Исследование рабочих процессов в рулевом приводе автомобилей (стр. 5 из 5)
Учитывая цель, поставленную в работе, а также то, что рабочие процессы рулевого привода характеризуются в первую очередь смещениями в его кинематической цепи, происходящими только под действием усилий, и удобство экспериментального получения графической записи этой зависимости, обратимся к геометрическому смыслу производной. Тогда критерий качества РП может быть представлен тангенсом угла между касательной к кривой функции
в данной её точке (т.е. для данного дискретного значения силы в рулевом приводе) и осью ОF:  . | (37) |
Причём, при построении графической зависимости смещения от усилия в РП в декартовой системе координат необходимо соблюдение равных (пропорциональных) масштабов осей для сравниваемых случаев.
Геометрическая интерпретация критерия качества РП следует из рисунков 5 и 6.
Критерий качества обладает разрешающей способностью для раздельного определения величин смещения, вызванных действием различных факторов, при обеспечении заданной погрешности измерения. Разработанная методика измерения позволяет оценить характеристики и состояние отдельных групп подвижных сопряжений, т.е. поэлементную оценку эксплуатационного состояния сопряжении рулевого привода, т.к. последние реагируют на усилие между дисками колёс не одновременно, а в соответствии с коэффициентами приведения смещений согласно принципу "виртуальных перемещений" аналитической механики.
При этом, поворот рулевого колеса на угол 35-40° ориентирует относительное расположение элементов подвижных сопряжении определённым образом, что следует из рисунка Так, уравнение (29) составлено для случая, когда после предварительной деформации рулевого привода (создания равного по величине, но приложенного сзади передней оси усилия) усилие прикладывается впереди передней оси к дискам.
Однако, после поворота рулевого колеса на указанный угол сопряжения рулевого привода деформированы усилием со стороны рулевой сошки. После поворота рулевого колеса, усилие, приложенное также между дисками управляемых колёс впереди передней оси, выбирает зазоры в определённых группах подвижных сопряжении РП (рис. 3). В этом случае, зависимость изменения схождения на величину смещений (29) приобретает вид, соответственно для поворота рулевого колеса:
влево  | (38.1) |
вправо  | (38.2) |
Равенство этих смещений является критерием правильности кинематики рулевого привода и оказывает положительное влияние на эксплуатационные свойства в режимах криволинейного движения.
В дальнейшем исследовании будет использована средняя величина смещений в кинематической цепи РП в случае неустановившегося движения по криволинейной траектории:
 . | (39) |
5.2 Обоснование критериев оценки эксплуатационного состояния шарниров рулевых тяг с осевой пружиной
Кинематическая цепь рулевого привода включает на менее четырёх шарнирных соединений, которые предназначены для подвижного соединения рулевых тяг при условии их перемещения в пространстве по сложным траекториям. В настоящее время имеется более 20 конструктивных вариантов и типоразмеров шаровых шарниров рулевых тяг отечественных автомобилей с нагрузкой на ось до 10 тонн [3, 4].
Рулевые шарниры рассматриваемых моделей легковых автомобилей различны по конструкции. Так, шаровый палец шарнира "ГАЗ-24" сопрягается с металлическим вкладышем, запрессованным в наконечник, а площадь контакта - наименьшая из всех конструкций; рулевой шарнир АЗЛК имеет два вкладыша, а ВАЗ - один, разрезной, причём поверхность контакта с шаровым пальцем наибольшая из всех конструкций.
Кроме того, шарниры рулевого привода одной модели также могут иметь конструктивные отличия. Так, шаровый палец маятникового рычага модели 2140 имеет не сферическую, а овальную форму и между вкладышами установлена дополнительная пластмассовая втулка для предотвращения проворачивания средней рулевой тяги вокруг её продольной оси.
Согласно классификации Лысова М.И. [6], рулевые шарниры легковых автомобилей имеют простую кинематику, т.е. перемещения шарового пальца относительно головки шарнира происходят за счёт скольжения его сферической поверхности относительно поверхности вкладышей во всех направлениях. Все они имеют одинаковый способ устранения зазоров, возникающих при износе - автоматические, с пружиной осевого действия.
При анализе рабочих процессов в рулевых шарнирах определялись удельные давления из условия нагружения рулевого привода усилием 30 даН и отсутствии зазоров в них, которые составили, соответственно: ГАЗ-24 - 0,476 МПа, АЗЛК – 0,264 МПа и ВАЗ - 0,186 МПа, что позволило обосновать диапазоны усилий при оценке эксплуатационного состояния.
Из анализа конструкций шарнирных соединений рулевых тяг следует, что их эксплуатационное состояние характеризуется критериями:
- Fпр- осевое усилие при перемещении шарового пальца и преодолении усилия сжатия пружины шарнира и сопротивления перемещению вкладыша в наконечнике тяги (корпусе);
- Mшп - момент сопротивления шарового пальца повороту;
- Км - коэффициент стабильности момента сопротивления шарового пальца повороту при его установке в ряд угловых положений;
- Sа - обратимое и необратимое относительное смещение шарового пальца в осевом направлении;
- Sr- обратимое и необратимое относительное смещение шарового пальца в радиальном направлении.
Кроме момента сопротивления повороту и коэффициента его стабильности остальные критерии эксплуатационного состояния рулевых шарниров доступны для измерения непосредственно на автомобиле.
Осевое усилие перемещения шарового пальца и момент сопротивления его повороту характеризуют конструктивные факторы, определяющие эксплуатационное состояние рулевых шарниров. Относительные смещения элементов шарнира в осевом и радиальном направлении характеризуют эксплуатационные факторы и техническое состояние рулевого шарнира.
Из практики технической эксплуатации автомобилей [2, 6] известно, что отказ рулевых шарниров наступает в большинстве случаев из-за потери жёсткости пружины шарнира. После чего наблюдается резкое нарастание интенсивности износа сопряжения. Поэтому, величину момента сопротивления повороту и осевое усилие пружины следует считать основными критериями эксплуатационного состояния шарниров.
Таким образом, рассмотренные критерии оценки эксплуатационного состояния рулевого привода и его элементов отражают рабочие процессы в них и позволяют выполнить комплексное исследование влияния характеристик и состояния рулевого привода на эксплуатационные свойства.
шарнир рулевой привод трение скольжение
Библиографический список
1. Власов B.M. Организация технического контроля и диагностики в региональных автотранспортных системах. - Автомобильный и городской транспорт. (Итоги науки и техники. ВИНИТИ). - М.: 2006. - №11. - С. 1-66.
2. Волошин Г.Я. Анализ дорожно-транспортных происшествий / Г.Я. Волошин, В. П. Мартынов, А. Г. Романов. – М.: Транспорт, 2007. – 240 с.
3. Герами В.Д. Концепция формирования системы городского пассажирского общественного транспорта / В.Д. Герами // Автотранспортное предприятие. – 2008. - №5. - С. 8.
4. Говорущенко Н.Я. Диагностика технического состояния автомобилей / Н.Я. Говорущенко. - М.: Транспорт, 2010. – С. 54.
5. Гольд Б.В. Прочность и долговечность автомобиля / Б.В. Гольд. - М.: Машиностроение, 2008. – С. -328.
6. Денисов А.С. Основы формирования эксплуатационно-ремонтного цикла автомобилей / А.С. Денисов. – Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2009. – 352 с.
7. Дмитриев С.Н. Дорожно-патрульная служба: Пособие для сотрудников ГИБДД / С.Н. Дмитриев. – М.: Спарк, 2010. – 656 с.
8. Иванов В.Н. Пассивная безопасность автомобиля / В.Н. Иванов, В.А. Лялин. – М.: Транспорт, 2009. – 304 с., ил., табл.
9. Иларионов В.А. Стабилизация управляемых колес автомобиля / В.А. Иларионов. – М.: Транспорт, 2006. – 167 с.
10. Келдыш М.В. Шимми переднего колеса трехколесного шасси. - М: Бюро новой техники НКАП, 2008. – С. 1-32.
11. Клинковштейн Г.И. Организация работы службы безопасности движения на автомобильном транспорте: Учеб. пособие / Г.И. Клинковштейн, М.А. Луковецкий. – М.: МАДИ, 2010. – 73 с.