Marek Przejściowa.doc

POLITECHNIKA RZESZOWSKA

ZAKŁAD EKSPLOATACJI SAMOCHODÓW

PRACA PRZEJŚCIOWA

Temat: Projekt  układu kierowniczego

Student: Zawada Marek

Rok  IV MDE

Konsultant: Prof. dr hab. inż. R. Akopian

Rzeszów

Rok ak.1999/2000

1.Znaczenie oraz konstrukcyjne wymagania i klasyfikacja.

Układ kierowniczy - jest to zbiór mechanizmów , umożliwiających kierowanie pojazdem ,a więc  utrzymywanie stałego kierunku jazdy lub jego zmianę ,zgodnie z wolą kierowcy. Kierowanie pojazdem polega na zmianie ustawienia kół kierowanych, przy czym warunkiem prawidłowego (bez poślizgów bocznych)toczenia się kół podczas jazdy po torze krzywoliniowym jest niejednakowe skręcenie koła wewnętrznego i zewnętrznego . Mechanizm kierowniczy samochodu zapewnia możliwość zawracania oraz utrzymywanie zadanego kierunku jazdy.

Układ kierowniczy powinien odpowiadać następującym warunkom:

-zdolność do samoczynnego powrotu kół w położenie do jazdy na wprost,

-łatwość kierowania podczas postoju i w ruchu,

-kierowanie pojazdem powinno być łatwe i skuteczne, z użyciem możliwie jak najmniejszych sił na kole kierowniczym,

-uderzenia wywołane nierównościami nawierzchni nie powinny być odczuwalne na kole kierowniczym,

pionowe przemieszczenia kół kierowanych wywołane nierównościami drogi nie powinny powodować zmiany kierunku jazdy,

-maksymalny sumaryczny luz koła kierowniczego powinien wynosić nie

więcej niż 10...20*.

Układ kierowniczy

W różnych samochodach warunki te spełniane są w większym lub mniejszym stopniu, zależnie od zastosowanych rozwiązań konstrukcyjnych .Różnice te dotyczą poszczególnych fragmentów układu kierowniczego ,większość rozwiązań charakteryzują jednak wspólne cechy . Tak więc układy kierownicze samochodów działają najczęściej tylko na koła przednie ,a jedynie w nielicznych przypadkach na koła przedniej  i tylnej osi. W układzie kierowniczym rozróżnia się dwie grupy elementów ,tworzące mechanizmy: zwrotniczy i kierowniczy.

Mechanizm zwrotniczy –zespół dzwigni i drążków łączących koła kierowane. Zapewnia on takie połączenie kinematyczne, dzięki któremu koła pojazdu poruszającego się po torze krzywoliniowym toczą się bez poślizgu.

Mechanizm kierowniczy – umożliwia skręt kół kierowanych (pod wpływem obrotu koła kierownicy) oraz, dzięki odpowiedniemu  przełożeniu, dostosowuje wartości sił przyłożonych przez kierowcę do koła kierownicy i wartości kątów obrotu tego koła do wartości sił i kątów niezbędnych do kierowania pojazdem.

Najbardziej rozpowszechnione są mechanizmy kierownicze wyposażone w przekładnię ślimakową, śrubową lub stożkową.

Zgodnie z OCT 37001 013- 76 rozpatrzono dwa mechanizmy w zależności od osiowego obciążenia mostu kierowanego :

-         ślimakowy dla obciążenia do 25 kN ( bez wspomagania ) i do 40 kN (ze wspomaganiem

-         mechanizm śrubowy dla dużych obciążeń.

Mechanizmy kierownicze dzieli się według konstrukcji trapezu kierowniczego (z drążkiem poprzecznym dzielonym i niedzielonym) oraz według jego (drążka) położenia w stosunku do kierowanej osi na :

-mechanizmy z przednim umieszczeniem drążka,

-mechanizmy z tylnym umieszczeniem drążka,

-mechanizmy z kombinowanym umieszczeniem drążka.

2. Budowa mechanizmu kierowniczego samochodu ciężarowego Ził- 130.

Mechanizm kierowniczy samochodu ciężarowego Ził-130 posiada śrubę łączącą się z kolumną kierownicy krótkim wałkiem z dwoma przegubami Cardana. Podczas obrotów śruby przesuwa się wałek zakończony z jednej strony nakrętką z drugiej  kulką ,związany z tłokiem siłownika za pomocą poprzeczki .Tłok posiada poprzeczkę będącą w zazębieniu z zębami listwy zębatej. Przesunięcie tłoka powoduje obrót wału . Nakrętka jest przymocowana do tłoka – poprzeczki za pomocą gwintu . Nakrętka wyposażona jest w element w kształcie rurki , po której porusza się element napędzający , podczas przesuwu gwintu z jednego położenia w drugie.

Mechanizmy kierownicze ze śrubą i nakrętką charakteryzują się małymi stratami tarcia i zwiększoną trwałością. Obudowa przekładni kierowniczej samochodu ciężarowego jest jednocześnie cylindrem siłownika hydraulicznego. Na śrubie zamocowane są dwa oporowe łożyska kulkowe , a między nimi – sterownik pracy zaworu serwomechanizmu. Luz w skojarzeniu przekładni kierowniczej reguluje się kosztem osiowego przesunięcia wału mechanizmu kierowniczego , którego końcówka (okrągła) nachodzi na otwór i opiera się o podkładkę.

Rys 2. Rodzaje przekładni kierowniczych

3.Parametry oceniające mechanizm kierowniczy.

-         kinematyczne Up-4 (wartość przełożeń)

-         siłowe U’p4 (wartość przełożeń)

-         wielkość luzu w skojarzeniu przekładni kierowniczej i mechanizmu kierowniczego jako całości.

Parametry kinematyczne i siłowe są odpowiedzialne za wartości przełożeń.

Przy wyborze Up-4 –charakteryzującego stosunek kąta obrotu koła kierownicy do średniego kąta obrotu kół kierowanych, kierujemy się tym, że przy od  1.5-2.5 pełnych obrotach koła kierownicy koła kierowane powinny obrócić z położenia neutralnego do maksymalnego wychylenia od 350-400 wartość przełożenia :

Upy=Upu*Upn=20*1=20

gdzie:

Upu-Upn-  liczby przełożeń kinematycznych mechanizmu oraz przekładni

Upn=1

Przełożenie kinematyczne UpM jest zobrazowane w stosunku do elementarnych kąta obrotu koła kierownicy i wału.

-dla mechanizmu śrubowego

UpM=

UpM=

gdzie:

-promień skrętu

t – skok gwintu śruby

Przełożenie siłowe (wspomaganie) mechanizmu kierowniczego:

gdzie:

- sprawność układu kierowniczego (składa się ona ze sprawności przekładni i mechanizmu).

Ogólnie =0,7- 0,82  -przy przełożeniu siły w kierunku przeciwnym

Straty ogólne tarcia określające znaczenie sprawności składają się ze strat w siłowniku (40% -50%),w łożyskach (10% -15%) i w przekładni (35%-50%) .Z uwzględnieniem tarcia w skojarzeniu przekładni sprawność układu określa wzór

-         w kierunku jazdy na wprost

-         w kierunku przeciwnym

gdzie:

-kąt wzniosu gwintu

-kąt tarcia

4. Projektowanie i obliczanie mechanizmu kierowniczego.

Podczas projektowania mechanizmu kierowniczego wykonuje się obliczenia kinematyczne układu oraz wytrzymałościowe elementów układu.

4.1 Obliczenia kinematyczne układu

Należy określić parametry układu trapezowego i przełożenie kinematyczne przekładni.

Schemat obliczeniowy z zaznaczonymi wielkościami obrazuje powyższy  rysunek 3.

Parametry układu trapezowego:

-         rozstaw sworzni zwrotnic B

-         odległość n między przegubami drążka poprzecznego

-         długość m

-         kąt nachylenia dolnych ramion zwrotnicy

Rozstaw sworzni zwrotnic B określa się z rysunku kierowanego mostu (wykresu). Stąd dla trzech pokazanych na rys. 2 znaczeń stosunku m/n. Według wykresu określa się znaczenie współczynnika x , a także kąt , przełożenie n oraz długość m.

=arc tg 2xL/B

n =B/ 1-(2m/n)cos

m=(m/n)n

Rysunek 4.

1,2,3- znaczenie x odpowiednie przy m/n = 0,12; 0,14; 0,16

Mając długość między osiami i rozstaw kół samochodu ZIŁ- 130 znajdujemy stosunek B/L = 1800/3800= 0,4736

Z wykresu (rys. 2) określamy 3 możliwe wartości współczynnika x.

    przy  m/n=0,12

  przy  m/n=0,14

    przy  m/n=0,16

Określamy parametry przekładni kierowniczej dla trzech możliwych wariantów:

  ;   ;

Oznaczenia w powyższych wzorach odpowiadają przyjętym na rys. 1

Po określeniu kilku wariantów trapezu kierowniczego należy dokonać wyboru właściwego, biorąc pod uwagę warunek znoszenia bocznego wszystkich kół podczas skrętu z maksymalnym kątem skręcenia kół kierowanych. Schemat pokazano na rys. 3. Aby podczas skrętu samochodu w ruchu nie następowało znoszenie boczne kół, należy tak dobrać geometrię trapezu, aby koła toczyły się po okręgach współśrodkowych o środku chwilowym w punkcie O. Osiągamy to spełniając warunek:

gdzie:

- kąty skrętu odpowiednio koła wewnętrznego i zewnętrznego.

Położenie chwilowego środka obrotu charakteryzuje się odcinkiem . Dla kół sztywnych ,a dla elastycznych określany przez współczynnik

Dla szeregu pośrednich znaczeń określamy graficznie odpowiadające im wartości kąta ,a według wzoru – wielkość rys.5

Rys.5