Задача 6 вариант 6 (1)

Задача 6 Рулевое управление
Вариант 6
Параметр Значение
параметра
Rр.к
0,212
d1
0,027
d2
0,0212
lc
0,215
lи
0,149
lк
0,012
a
0,037
b
0,031
lпр
0,082
d3
0,035
d4
0,021
lпоп
1,213
d5
0,0322
d6
0,02
Uω
18
lп
0,229
lц
0,217
Gк1
9000
Рв1
0,16
Рассчитать рулевую сошку на сложные напряжения; для продольной и
поперечной рулевых тяг определить запасы устойчивости при продольном
изгибе.
Дано (табл. 6):
радиус рулевого колеса Rр.к,= 0,212 м;
диаметр полого сечения рулевого вала:
d1 0,027 м;
d2, 0,0212 м;
плечо сошки lс, 0,215 м;
плечо изгиба сошки lи, 0,149 м;
плечо кручения сошки lк, 0,012 м;
размеры эллипса сошки:
a 0,037 м;
b 0,031 м;
длина продольной тяги lпр, 0,082 м;
диаметры полого сечения продольной тяги:
d3 0,035 м
d4 0,021 м;
длина поперечной тяги lпоп, 1,213 м;
диаметры полого сечения поперечной тяги:
d5 0,0322 м;
d6, 0,02 м;
передаточное число рулевого механизма Uω 18;
расстояние от поперечной тяги до передней оси автомобиля lп 0,229 м;
расстояние между осью шкворня и осью продольной тяги lц 0,217 м;
нагрузка, приходящаяся на переднее колесо, GкΙ 9000 Н;
давление в шинах передних колес Рв1 0,16 МПа;
модуль упругости первого рода Е = 210 ГПа;
коэффициент приведения длины тяг μ = 1;
коэффициент полезного действия рулевого управления η = 0,85.
2
Решение
При расчете максимального усилия на рулевом колесе по максимальному сопротивлению повороту управляемых колес на месте момент сопротивления повороту можно определить по формуле:
G 3кI
2
,
М с   y 
3
Рв1
где
(1)
 y = 0,9... 1,0 – коэффициент сцепления при повороте управляемого
колеса на месте;
G 3кI – нагрузка на колесо;
Р в1 – давление воздуха в шине.
2
90003
Мс  1 
 0,001  1423,02 Н∙м.
3
0,16
Усилие на рулевом колесе для поворота на месте
Р р.к. 
где
Мс
,
U  R р.к  
(2)
U  – угловое передаточное число рулевого управления;
R р.к – радиус рулевого колеса;
 – КПД рулевого управления.
Рр.к. 
1423,02
 438,72 Н.
18  0,212  0, 85
По заданному или найденному усилию на рулевом колесе рассчитывают нагрузки и напряжения в деталях рулевого управления.
Расчет рулевого вала на кручение
Исходя из набора исходных данных, не смотря на отсутствие задания
Вал работает на кручение, нагружаясь моментом
М р.к.  Pр.к.  R р.к. .
(3)
Мр.к.  438,72  0,212  93,01 Н.
3
Напряжения кручения трубчатого вала
кр 
где
Mр.к.  d1
0,2  (d14  d 24 )
,
(4)
d1 и d2 соответственно наружный и внутренний диаметры вала.
кр 
93,01  0,027
 0,000001  38,11 МПа.
0,2  (0,0274  0,02124 )
Допускаемые напряжения кручения рулевого вала [ кр ] = 100 МПа.
кр <[ кр ].
Рулевая сошка.
Расчет сошки (рис. 1) проводят на изгиб и кручение от максимальной
силы Рсош, действующей на шаровой палец от продольной рулевой тяги.
При отсутствии усилителя
Рсош 
М р.к.  U  
lc
(5)
где l c – расстояние между центрами головок рулевой сошки (плечо сошки).
Рисунок 1 – Схема для расчета рулевой сошки и шарового пальца:
1 – палец; 2 – сошка; А-А, Б-Б – опасные сечения.
Рсош 
93,01 18  0,85
 6618,85 Н.
0,215
4
Напряжение изгиба в опасном сечении АА
изг 
где
Рсош  lи
,
0,1  а 2  b
(6)
lи – плечо изгиба сошки;
a, и b – размеры сечения сошки.
изг 
6618,85  0,149
 0,000001  232,38 Мпа.
0,1  0,0372  0,031
Допускаемое напряжение изгиба [  изг ]=150…200 МПа.
 изг >[  изг ].
Напряжение кручения
кр 
где
Рсош  lк
,
0,2  а  b2
(7)
lк – плечо кручения сошки.
кр 
6618,85  0,012
 0,000001  11,17 МПа.
0,2  0,037  0,0312
Допускаемое напряжение кручения [ кр ]=60…80 МПа.
кр <[ кр ].
Эквивалентное напряжение
э 
 изг 
2
 4   кр 
2
(8)
э  232,382  4  11,172  233,45 МПа.
[ э ]=192…200 МПа.
э >[ э ].
Продольная рулевая тяга.
Тягу рассчитывают на сжатие и продольный изгиб.
Напряжения сжатия
сж 
где
Р сош
,
Fт
(9)
Fт – площадь поперечного сечения тяги.
5
Для трубчатого сечения:
  (d 32  d 24 )
Fт 
.
4
(10)
3,14  (0,0352  0, 0212 )
Fт 
 6,15  104 м2.
4
сж 
6618,85
 0,000001  10,75 МПа.
6,15 104
При продольном изгибе в тяге возникают критические напряжения
2  E  J
кр 
,
2
  lпр
 Fт
где
(11)
Е – модуль упругости первого рода;
J – момент инерции среднего трубчатого сечения;
 – коэффициент приведения длины тяг;
lпр – длина тяги по центрам шаровых пальцев.
J    (d34  d 44 ) / 64 .
(12)
J  3,14  (0,0354  0,0214 ) / 64  6,41 108 м4/м.
3,142  210  109  6,41 108
кр 
 103  32063,13 МПа.
2
4
1  0,082  6,15 10
Получили некорректное значение.
Анализируя исходные данные, принимаем во внимание, что длина тяги
по центрам шаровых пальцев lпр  0,082 указано некорректно. Принимаем
lпр  0,82 .
3,142  210  109  6,41 108
кр 
 103  320,63 МПа.
2
4
1  0,82  6,15  10
Запас устойчивости тяги
 ус 
кр
сж
.
(13)
6
ус 
320,63
 29,83 .
10, 75
Запас устойчивости  ус тяги должен составлять 1,5...2,5.
Поперечная рулевая тяга. Тяга нагружается силой Рп.т (рис. 2), которая
равна:
Р п.т. 
где
Р сош  lц
,
lп
(14)
lп – расстояние от поперечной тяги до передней оси автомобиля;
lц – расстояние между осью шкворня и осью продольной тяги.
Рп.т. 
6618,85  0,217
 6272,01 Н.
0,229
Рисунок 2 – Схема для расчета деталей рулевого привода: 1 – рычаг
поворотного кулака; 2 – поворотный рычаг; 3 – поперечная тяга; 4 –
продольная тяга
Тягу рассчитывают на сжатие и продольный изгиб.
Напряжения сжатия
сж 
где
Р п.т
,
Fт
(15)
Fт – площадь поперечного сечения тяги.
Для трубчатого сечения:
7
  (d 52  d 62 )
Fт 
.
4
(16)
3,14  (0,03222  0,022 )
Fт 
 4,99  104 м2.
4
сж 
6272,01
 106  12,55 МПа.
4
4,99 10
При продольном изгибе в тяге возникают критические напряжения
2  E  J
,
кр 
2
  lпоп
 Fт
где
(17)
Е – модуль упругости первого рода;
J – момент инерции среднего трубчатого сечения;
lпоп – длина поперечной тяги.
J    (d54  d 64 ) / 64 .
(18)
J  3,14  (0,03224  0,024 ) / 64  4,49  108 м4/м.
3,142  210  109  4,49  108
кр 
 106  126,37 МПа.
2
4
1  1,213  4,99  10
Запас устойчивости тяги
 ус 
ус 
кр
сж
.
(19)
126,37
 10,07 .
12,55
Запас устойчивости  ус тяги должен составлять 1,5...2,5.
8
Список литературы
1. Вахламов, В. К. Автомобили: Конструкция и элементы расчета:
учебник для студ. высш. учеб. заведений / В. К. Вахламов. – М.: Издательский центр «Академия», 2006. – 480 с.
2. Вахламов, В. К. Автомобили: конструкция и эксплуатационные
свойства.: учеб. пособие для вузов (направ. «Эксплуатация назем. тр-та и
транспорт. оборуд.» по заоч. форме) / В. К. Вахламов. – М.: Academia, 2009. –
480 с.
3. Стуканов, В. А. Устройство автомобилей: учеб. пособие / В. А. Стуканов, К. Н. Леонтьев. – М.: Форум, 2010. – 496 с.
4. Яхъяев, Н. Я. Безопасность транспортных средств: учеб. для / Н. Я.
Яхъяев. – М.: Academia, 2011. – 432 с.
9