Курсовая работа (т): Разработка системы управления легкового автомобиля класса E габаритной длинной 4.8 метра

Таблица 3.2 - Требования к рулевому управлению автомобиля.

3.2 Основные параметры и функциональные характеристики рулевого управления

Далее определим функциональные параметры и характеристики рулевого управления автомобиля. Основными параметрами рулевого управления являются максимальные углы поворота управляемых колес и передаточное число рулевого управления. В данном разделе приведем указанные параметры и характеристики, используя материалы выполнения курсовой работы по дисциплине «Теория движения автомобиля».

                                                            (3.1)

                                                                            (3.2)

где Qemax, Qimax - соответственно наружный и внутренний углы поворота управляемых колес;

L=2,85м - база автомобиля;

J - шкворневая колея автомобиля, определяемая по формуле:

где B=1,85м - передняя колея автомобиля;

r_f =0,05м - радиус обкатки колеса.

Далее определим среднее передаточное число рулевого управления:

                                                              (3.4)

где nр - число оборотов рулевого колеса, необходимое для поворота управляемых колес из одного крайнего положения в другое, принимаем nр=3,5.

Используя данные зависимости можно построить теоретическую характеристику поворота управляемых колес представленную на рисунке 3.1

Рисунок 3.1- График зависимости угла поворота внешнего колеса от внутреннего.

.3 Разработка принципиальной схемы рулевого управления

Проектируемый автомобиль имеет зависимую подвеску. Установим рулевую трапецию выполненную в виде четырехзвенного шарнирного механизма с неразрезной поперечной тягой. В процессе анализа существующих конструкций систем управления современных грузовых автомобилей в качестве системы рулевого управления для проектируемого автомобиля были выбраны:

способ поворота автомобиля - поворотом управляемых колес переднего моста;

тип рулевого привода - механический;

схема рулевого привода - рулевая трапеция в виде четырехзвенного шарнирного механизма с неразрезной поперечной тягой, установленной спереди балки моста;

конструкция рулевого механизма -реечный;

усилитель рулевого управления - гидравлический, с механической обратной связью;

схема компоновки усилителя - встроенная;

распределительное устройство - тип В, без реактивных элементов с роторным золотником.

Принципиальная схема рулевого управления приведена на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 - Принципиальная схема рулевого управления

3.4 Определение параметров рулевого привода

Определению подлежат следующие параметры и характеристики рулевого привода:

длина боковых рычагов r;

длина поперечной тяги u;

угол наклона боковых рычагов l;

Расчетная схема для определения параметров рулевого привода представлена на рисунке 3.3.

Рисунок3.3 - Расчетная схема рулевого привода

Параметры рулевой трапеции l, u, r выбираем такими, чтобы обеспечивалась реализация теоретической характеристики поворота управляемых колес с заданной точностью. В качестве критерия точности аппроксимации используем условие:

Dq_i=½q_im-q_iф½<3⁰, (3.5)

где q_im=¦(q_e) - теоретическая характеристика поворота управляемых колес;

q_iф=¦(q_e) - фактическая характеристика поворота колес, реализуемая трапецией при выбранных параметрах.

Угол наклона боковых рычагов l находят из условия пересечения их осей на расстоянии χl. Из геометрических соотношений рисунка 3.3 можно записать:

(3.6)

Приняв :

 (3.7)

Далее из последнего рисунке запишем зависимость:

 (3.8)

Задаемся отношением r/u=0,16 и, выразив из уравнения (3.8) длину продольной тяги u, получим:

Используя отношение r/u=0,16 определим длину боковых рычагов:

 (3.10)

Для построения фактической характеристики поворота колес q_iф=¦(q_e) воспользуемся расчетной схемой, представленной на рисунке 3.4.

Рисунок 3.4 - расчетная схема для построения фактической характеристики поворота колес

Для определения зависимости  рассчитаем следующие формулы:

 (3.11)

 (3.12)

 (3.13)

 (3.14)

Варьируя значением угла поворота внутреннего колеса строим фактическую зависимость  и сравниваем её с теоретической.

Рисунок 3.5 - Фактическая характеристика поворота управляемых колес

.4 Определение параметров рулевого механизма

Главными параметрами гидроцилиндра рулевого усилителя являются:

)        диаметр поршня d_п;

)        ход поршня h;

)        диаметр штока d_ш;

)        давление в гидросистеме p_ном.

Из кинематического анализа можно принять ход поршня h=100мм. Исходя из конструкторских соображений выбирается диаметр штока, d_ш=0,029м. p_ном назначается из стандартного ряда давлений, принимается равным 6,3МПа.

Используя формулу Таборека вычисляется момент сопротивления повороту управляемых колес:

 (3.15)

Диаметр поршня определяется по следующей формуле:

, (3.16)

Одним из основных параметров насосной установки является подача насоса Q_н. Она должна быть такой, чтобы гидроцилиндр обеспечивал поворот колес с большей скоростью, чем это в состоянии сделать водитель. Иначе при быстрых поворотах усилитель будет создавать дополнительное сопротивление. Для выполнения этого условия необходимо, чтобы подача насоса была бы боль наибольшего расход жидкости Q_max, потребляемой исполнительным механизмом: Q_н ≥ Q_max. Значение Q_max вычисляется по формуле:

 (3.17)

где -максимальная скорость поворота рулевого колеса;

 - объемный кпд гидроцилиндра;

 - объемный кпд гидрораспределителя;

- передаточное число участка привода от рулевого колеса к поршню гидроцилиндра.

В данной курсовой работе, рассчитывая параметры распределителя, необходимо только вычислить диаметр золотника d_з:

 (3.18)

где - плотность рабочей жидкости;

 - коэффициент расхода жидкости;

 - потери давления при дросселировании жидкости в распределителе при среднем положении золотника.

Центрирующие устройства в распределителях с роторным золотником - торсионы, основными параметрами которого являются его длина l_т(без опорных шеек) и диаметр d_т.

Длину торсиона назначают из компоновочных соображений(l_т=25мм), а диаметр находят из условия:

 (3.19)

где - усилие на рулевом колесе, при котором усилитель включается в работу; - радиус рулевого колеса;

G = 8,5е+4МПа - модуль упругости второго рода материала торсиона;

- угол закрутки торсиона, соответсвующий началу включения усилителя в работу.

Выбранные параметры должны удовлетворять условию прочности торсиона при максимальном угле закрутки:

, (3.20)

где - допускаемое касательное напряжение материала торсиона. Для построения нагрузочной характеристики рулевого управления(рисунок 3.6) без усилителя используется уравнение:

, (3.21)

а при наличии усилителя - уравнение:

. (3.22)

Уравнение (3.22) используют для определения усилия на рулевом колесе при 0 ≤ М_с ≤ М_сmax. В случае, когда М_с ≥ давление в гидросистеме достигает номинального значения и больше расти не будет. Поэтому усилие, развиваемое гидроцилиндром усилителя, остается постоянным и возрастающее сопротивление колес вызовет резкий рост усилия на рулевом колесе. При М_с ≥ усилие на рулевом колесе определяют по уравнению:

 (3.23)

График зависимости  (рисунок 3.7) строят по уравнению:

. (3.24)

Рисунок 3.6 - Нагрузочная характеристика рулевого управления

Рисунок 3.7- График зависимости

Заключение

В процессе выполнения курсового проекта была спроектирована система управления легкового автомобиля Е-класса габаритной длиной 4,8м с полной массой 2210 кг.

На первом этапе были разработаны технические требования к системе управления на основе существующих стандартов. Были выбраны схемы рулевого привода и тормозной системы, а также типы и конструкции основных элементов системы управления.

На этапе функционального проектирования были определены функциональные характеристики системы управления и проведена оценка их эффективности.

Целью конструкторского проектирования было определение конструктивных параметров исполнительных, силовых, и регулирующих элементов рулевого управления и тормозной системы, а также разработка компоновки основных элементов системы управления.

Спроектированная система управления отвечает современным требованиям к автомобилям данного класса.

Список использованных источников

1Армейские автомобили. Конструкция и расчет Ч.2, Ходовая часть и органы управления/ Под ред. А.С. Антонова. - Воениздат, 1973. - 480 с.

Автомобили. Конструкция, конструирование и расчет. Системы управления и ходовая часть./ Под ред. А.И. Гришкевича - Мн.: Вышэйшая школа, 1987. - 200 с.

Горбатенко Н.Н. Функциональное проектирование рулевого управления автомобилей. Методические указания для курсового и дипломного проектирования.- Могилев: ММИ, 1997. - 29 с.

Шасси автомобиля. Атлас конструкций. - М.: Машиностроение, 1977. - 108 с.

Раймпель Й. Шасси автомобиля: Рулевое управление./ Пер. с нем. - М.: Машиностроение, 1987. - 232 с.