Рулевой привод, как это было показано выше, представляет собой систему тяг и рычагов, соединенных шарнирно или неподвижно. Он служи т для передачи усилия от сошки на поворотные кулаки (цапфы) и осуществляет заданную зависимость между углами поворота управляемых колес. Последнюю задачу выполняет часть привода, которую называют рулевая трапеция.
При зависимой подвеске управляемых колес (рис.4-а) рулевой привод состоит из сошки, насаженной на вал рулевого механизма, продольной рулевой тяги, поворотного рычага и рулевой трапеции (два рычага и поперечная тяга). При этом, располагая рулевой механизм, необходимо выполнить два требования:
1. чтобы конец сошки (центр ее шарнира) при повороте рулевого механизма перемещался в плоскости, параллельной продольной плоскости автомобиля;
2. чтобы при нейтральном положении сошки (при прямолинейном движении автомобиля) цент ее шарнира совпадал с центром качания колеса (левого) на упругом элементе подвески.
Соблюдение этих требований исключает возникновение угловых колебаний управляемых колес вокруг шкворней при вертикальных ходах подвески во время прямолинейного движения автомобиля.
При независимой подвеске управляемых колес (рис. 4-б) поперечная тяга рулевой трапеции выполняется расчлененной на три шарнирно связанные части: средняя (собственно поперечная) тяга и две боковые тяги. При этом шарниры 10 должны находиться на продолжении осей качания поперечных рычагов подвески, что исключает угловые колебания управляемых колес вокруг шкворней при вертикальных ходах подвески во время прямолинейного движения автомобиля. Правильное положение указанных выше тяг расчлененной трапеции обеспечивается сошкой и маятниковым рычагом, расположенными симметрично относительно продольной плоскости автомобиля.
|
|
Основной задачей кинематического расчета рулевого привода является определение оптимальных параметров рулевой трапеции (обеспечение требуемого соотношения углов поворота управляемых колес вокруг шкворней). При проектировании привода, на первом этапе, считают, что оси шкворней вертикальные, а шины колес – жесткие.
Траектории качения всех колес на повороте должны иметь единый мгновенный центр (т. О), чтобы исключить их боковое скольжение. (см. рис. 2). Для выполнения этого условия должно соблюдаться условие:
,
где В1 – шкворневая колея; Lа – база автомобиля.
Это выражение называют уравнением котангенсов. Геометрия рулевого привода, определяемая этим уравнением, называется геометрией рулевого управления типа Аккерман.
В связи с боковой (поперечной) эластичностью шин добиться идеальной схемы поворота автомобиля, изображенной на Ошибка! Источник ссылки не найден. -а, невозможно. На практике центр поворота автомобиля – т. О находится на некотором расстоянии L¹La, за счет разной «поворачиваемости» автомобиля, связанной с уводом эластичных шин передней и задней осей,.
Для поворота автомобиля с эластичными шинами уравнение котангенсов будет иметь тот же вид, но вместо 
будет L.
Чем ближе 
к единице, тем совершеннее поворот.
Из треугольника ОАВ (рис. 2-а) выразим:
.
Тогда: 
,
а
.
Расчетными параметрами рулевой трапеции являются (рис.1):
– В1 – шкворневая колея,
– n – расстояние между центрами шарниров трапеции,
|
|
– m – длина рычагов поворотных кулаков (цапф).
Рис.1. Расчетные параметры рулевой трапеции и зависимость Х от B1/Lа при y, равном, соответственно: 1.– y = 0,12; 2. – y = 0,14; 3. – y = 0,16.
При проектировании трапеции для получения оптимального соотношения углов поворота управляемых колес должно быть выдержано условие: 
База автомобиля – Lа, известна из компоновки автомобиля. Шкворневую колею (В1) находят из компоновочных соображений по чертежу управляемого моста. Затем, вычислив отношение B1/Lа, по графику на рис. 5 находят три значения коэффициента Х для соответствующих значений коэффициента 
. Очевидно, что значения коэффициента y будут влиять на компоновочную ситуацию в зоне переднего моста. Поэтому предварительно просчитывают три варианта.
После этого, для каждого значения Х вычисляют значения параметров трапеции:
;
;
.
Если компоновочные условия позволяют разместить рулевую трапецию перед управляемым мостом, то длина поперечной тяги (n) должна быть больше шкворневой базы, т. е.:
.
Затем для ряда последовательных значений 
графически определяют величины 
и вычисляют коэффициенты 
. После этого на одном графике строят три кривые зависимости 
от и прямую:– 
.
К окончательной проработке принимают тот вариант трапеции, у которого, для наиболее часто используемых при эксплуатации углов поворота управляемых колес, линия, выражающая на графике зависимость 
, находится ближе к прямой .
Очевидно, что максимальные углы поворота управляемых колес, во время эксплуатации используются достаточно редко и при небольших скоростях движения, поэтому указанное выше условие выбора варианта трапеции следует применять для небольших углов поворота управляемых колес.
|
|
При высокой поперечной эластичности шин форма трапеции приближается к прямоугольнику. Но в общем случае, для нормальной работы рулевого привода максимальное значение углов поворота управляемых колес ограничивается условием: 
.
После принятия решения выполняют схематическую компоновку рулевого привода для определения размеров и расположения в пространстве сошки, тяг и рычагов, необходимых для вычисления передаточных чисел привода. При этом необходимо стремиться к симметричности крайних положений сошки относительно нейтрального и к равенству передаточных чисел привода при повороте колес как направо, так и налево. Это условие обычно выполняется, если углы между сошкой и продольной тягой и между тягой и поворотным рычагом в крайних положениях приблизительно одинаковые.
При необходимости, может быть выполнен графический анализ правильности принятого решения. Суть графического анализа рулевого привода (рис. 0.) заключается в построении нескольких положений продольных рычагов и поперечной тяги при повороте управляемых колес, и анализе положений связанных с ними точек относительно теоретической линии MF.
Вначале угол dI поворота рычага трапеции внутреннего переднего колеса (1) (на рисунке справа) с соответствующим шагом отклонения изображают от начального положения рулевого рычага, рис. 0.. Затем от шарнира этого рычага проводят дуговую заметку с радиусом, равным длине поперечной рулевой тяги.
Эта дуга пересекает дугу радиуса, равного длине продольных рычагов трапеции, проведенную из оси шкворня наружного колеса, определяя соответствующий угол d0 поворота наружного переднего колеса. При изображении углов di поворота внутреннего переднего колеса и соответствующих углов d0 поворота наружного переднего колеса, от линии передней оси их не общие стороны будут пересекаться в точках O1, O2, O3 на кривой погрешностей как это показано на рис. 0..
Рис. 0. Кривая погрешности рулевой трапеции
Если геометрия рулевого управления отвечает уравнению котангенсов, то пересечение не общих сторон углов di и d0 должны лежать на прямой линии MF, как это упоминалось раньше. Поэтому отклонение кривой, последовательно соединяющей точки O1, O2, O3, от линии MF является показателем погрешности геометрии рулевого управления в отношении критерия рулевой трапеции Аккермана. Геометрия рулевого управления с кривой погрешности, которая существенно отклоняется от линии MF, будет вызывать значительное трение шин при повороте. Это приведет к интенсивному износу шин и увеличению усилия на рулевом колесе для поворота.
Этот графический метод является приемлемым только для рулевых систем с неразрезной трапецией, которая обычно используется на транспортных средствах с передней зависимой подвеской.
Для машин с передней независимой подвеской система рулевых тяг будет более сложной, и использование этого метода или потребует дополнительных сложных построений, или станет просто невозможным.
Наличие боковой эластичности шин оказывает существенное влияние на поведение автомобиля при маневрировании (на соотношение реальных углов поворота левого и правого управляемых колес и положение мгновенного центра поворота автомобиля). Но это требует более серьезных исследований, методика которых приводится в специальной литературе.