Конструкция рулевого устройства (стр. 2 из 6)

Н;

Н.

Результирующий вращающий момент каждой из частей руля может быть вычислен как:

Нм;

Нм

м;

;

где: b₁, b₂ – средние высоты частей площади пера руля А₁и А₂ соответственно. См. рис. 1.

Рисунок 1

Данные для расчета результирующего вращающего момента:

b₁=4 м; b₂=3 м; с₁=3,1 м; с₂=2,08 м; А_1f=2,081 м²; A₂_f=4,2 м²

α =0,33 для переднего хода

=0,66 для заднего хода

k_b - коэффициент симметрии

=0.08 – для небалансирных рулей

k_b₁=2,081/12,383=0,168; k_b₂=4,2 / 6,246=1,487

r₁₀=3,1(0,33-0,168) = 0,501 м,

r_1а=3,1(0,66-0,168) = 1,523 м,

r₂₀=2,081(0,33-0,672) = -2,409 м,

r_2а=2,081(0,66-0,672) = -1,722 м.

Q_R₁₀=3575,59*0,501 = 1792,61 Нм,

Q_R_1а=650,11*1,523 = 2746,68 Нм,

Q_R₂₀=1803,53*(-0,713) = -1566,22 Нм,

Q_R_2а=327,92*(-0,026) = -564,71 Нм.

Суммарный вращающий момент руля может быть вычислен согласно следующей формуле:

Q_R= Q_R₁+Q_R₂ [Нм] или Q_RMIN= C_R*r_1,2_MIN[Нм]

r_1,2_MIN =

[м] для переднего хода.

Q_R₀= Q_R₁₀+Q_R₂₀=1792,61+(-1566,22) = 226,39 Нм,

Q_R_а= Q_R_1а+Q_R_2а=2746,68 +(-564,71) = 2181,97 Нм,

r_1,2_MIN =

=0,206 м,

Q_RMIN= 7192,76*0,206 = 1482,41 Нм.

Выбираем наибольшее значение вращающего момента и принимаем его в качестве расчетного.

Таким образом расчетное значение вращающего момента Q_R=2181,97 Нм.

Размеры баллера руля

Диаметр баллера руля

Диаметр баллера руля, передающий вращающий момент на руль, не может быть больше чем:

Зависимость напряжения кручения:

Материал для баллера руля возьмем стали с пределом текучести Reh [Н/мм²] : 315 и 345. Результаты занесем в таблицу 2.

Таблица 2.

Reh , [Н/мм²]	Τ_t, [Н/мм²]	D_t, мм
315	84,711	506,3
345	90,693	494,9

Уменьшение диаметра баллера руля эквивалентно напряжениям изгиба и кручения и не должно превышать :

Напряжение при изгибе:

где: M_b - изгибающий момент

Напряжение при кручении:

где: D₁ - уменьшенный диаметр баллера руля

Уменьшение диаметра баллера руля может быть найдено по следующей формуле:

[см]

Уменьшенный диаметр баллера руля для стали с пределом текучести Reh=315 Н/мм²:

на переднем ходу:

см;

на заднем ходу:

см.

Уменьшенный диаметр баллера руля для стали с пределом текучести Reh=345 Н/мм²:

на переднем ходу:

см;

на заднем ходу:

см.

Окончательно диаметр баллера руля D будет равен:

для стали с пределом текучести Reh=315 Н/мм²:

на переднем ходу:

D=D_f-D₁=506,3-147,6=358,7 мм

на заднем ходу:

D=D_f-D₁=506,3-71=435,3 мм,

для стали с пределом текучести Reh=345 Н/мм²:

на переднем ходу:

D=D_f-D₁=494,9-144,3=350,6 мм;

на заднем ходу:

D=D_f-D₁=494,9-69,4=425,5 мм.

В качестве расчетного диаметра баллера руля примем

D=35,87 см., но сначала произведем проверку баллера руля на допустимые напряжения изгиба и кручения:

Н/мм²;

В ходе расчетов произведенных выше можно сделать заключение, что данный диаметр баллера руля удовлетворяет условию допустимых напряжений изгиба и кручения.

Соединение пера руля с баллером

Горизонтально-фланцевое соединение

Соединения обеспечивают прочную и надежную связь руля и баллера.

Диаметр соединительных болтов должен быть не меньше чем:

, мм

где:

D – диаметр баллера руля в мм;

n – количество болтов, но не меньше 6;

е – среднее расстояние от центров болтов до центра фланца в мм, которое принимается равным;

k_r – критерий материала баллера руля;

k_b – критерий материала болтов.

Данные для расчета:

для баллера руля и соединительных болтов будем использовать сталь с пределом текучести R_EH=345 Н/мм²; D=358,7 мм; n=6; e= 408,4 мм; k_r=0,803; k_b=0,803.

мм.

Примем диаметр соединительных болтов d_b=90 мм.

Болтовое соединение в этом случае представляет собой ответственный узел, работающий со знакопеременной нагрузкой, вследствие чего все болты выполняют призонными с гайками нормальной высоты, которые после затяжки надежно стопорят с помощью шплинтов. Головки болтов могут быть круглыми или шестигранными нормальной высоты. Болты с круглыми головками снабжают угловой шпонкой или срезают две фаски под ключ.

Толщина фланца должна быть не меньше высчитанной по следующей формуле:

мм;

мм

где:

D – диаметр баллера руля в мм;

n – количество болтов, но не меньше 6;

е – среднее расстояние от центров болтов до центра фланца в мм, которое принимается равным;

k_r – критерий материала баллера руля;

k_f – критерий материала для фланцевого соединения.

Данные для расчета:

для фланцевого соединения будем использовать сталь с пределом текучести R_EH=345 Н/мм²; D=358,7 мм; n=6;

e = 408,4 мм; k_r= 0,803; k_b= 0,803.

мм

Фланец баллера может быть круглым, прямоугольным, овальным, однако во всех случаях отстояние края отверстий для болтов до наружных кромок фланца не должно быть меньше:

, мм

где:

d_b – диаметр соединительных болтов.

мм.

Диаметр штырей

Диаметр штырей должен быть не менее определенного по формуле:

, см

где:

В₁ – сила поддержания, Н;

k_r – критерий материала штыря.

Данные для расчета:

В₁=3850,64 Н; k_r=0,75

см.

Примем диаметр штырей равным d=19 см.

Толщина втулки или вкладыша должна быть не менее чем:

, см

Данные для расчета:

В₁=3850,64 Н

см