Типы рулевого управления. Подбор внешней характеристики двигателя

1 Типы рулевого управления

 

Рулевым управлением называется совокупность устройств, осуществляющих поворот  управляемых колес автомобиля.

Рулевое управление служит для изменения  и поддержания направления движения автомобиля. Оно в значительной степени  обеспечивает безопасность движения автомобиля.

Рулевое управление автомобиля состоит из двух частей — рулевого механизма и  рулевого привода.

В рулевой  механизм входят рулевое колесо, рулевой  вал и рулевая передача, которая  определяет тип рулевого механизма.

В рулевой  привод входят рулевая сошка, рулевые  тяги, рычаги маятниковый и поворотных цапф, а также рулевой усилитель, устанавливаемый на ряде автомобилей. При этом рулевые тяги и рычаги поворотных цапф образуют рулевую трапецию, которая определяет тип рулевого привода.

На автомобилях  изменение направления движения осуществляется поворотом передних колес различными типами рулевых  управлений (рис. 1.1).

Применение  левого или правого рулевого управления зависит от принятого в той  или иной стране направления движения транспорта.

Левое рулевое  управление применяется в автомобилях  большинства стран, где принято  правостороннее движение транспорта (Россия, США и др.), а правое рулевое  управление — в странах с левосторонним  движением транспорта (Япония, Великобритания). При этом рулевое колесо, установленное  с левой или правой стороны  автомобиля, обеспечивает лучшую видимость  при разъезде с транспортом, движущимся навстречу.

 

Рисунок 1.1 - Типы рулевых управлений, классифицированных по различным признакам

 

Применение  рулевого управления различной конструкции (без усилителя или с усилителем) зависит от типа и назначения автомобиля. Рулевые управления без усилителя обычно устанавливаются на легковых автомобилях особо малого и малого классов и грузовых малой грузоподъемности.

Рулевое управление с усилителем применяется  на других автомобилях. При этом значительно  облегчается их управление, улучшается маневренность и повышается безопасность движения —при разрыве шины автомобиль можно удержать на заданной траектории движения.

Конструкция рулевого управления во многом зависит  от типа подвески передних колес автомобиля.

При независимой  подвеске передних управляемых колес, которая применяется на всех легковых автомобилях, в рулевое управление без усилителя входят рулевое  колесо 1(рис. 1.2, а), рулевой вал 2, рулевая передача (механизм) J, рулевая сошка 7, средняя рулевая тяга 8, маятниковый рычаг 9, боковые рулевые тяги 6 и 10, рычаги 5 и 11 поворотных цапф.

 

Рисунок 1.2 - Рулевое управление при независимой (а) и зависимой (б) подвесках управляемых колес: 1 — рулевое колесо; 2 — вал; 3 — рулевая передача; 4, 12 — цапфы; 5, 9, 11, 14 — рычаги; 6, 8, 10, 13, 15 — тяги; 7 — сошка при разрыве шины автомобиль можно удержать на заданной траектории движения.

При вращении рулевого колеса 1 усилие от него на поворотные цапфы 4 и 12 передних колес передается через вал 2, рулевую передачу 3, сошку 7, среднюю 8 и боковые тяги 6 и 10 рычаги 5 и 11. В результате осуществляется поворот управляемых колес автомобиля.

При зависимой  подвеске передних колес (рис. 1.2, б) рулевое управление без усилителя включает в себя рулевое колесо 1, рулевой вал 2, рулевую передачу J, рулевую сошку 7, продольную рулевую тягу 13, поворотный рычаг 14, рычаги 5 и II поворотных цапф и поперечную рулевую тягу 15. При вращении рулевого колеса 1 вместе с ним вращается вал 2. Усилие от вала через рулевую передачу 3 передается на сошку 7, которая через продольную тягу 13 перемещает рычаг 14с поворотной цапфой рулевого колеса. Одновременно через рычаги 5и 11 и поперечную тягу поворачивается цапфа 12 правого колеса. Так производится поворот передних управляемых колес автомобиля.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Подбор внешней характеристики двигателя

 

Расчет  начинают с определения мощности N_eυ, необходимой для обеспечения движения с заданной υ_max. Поскольку при υ_max = 0, то, пользуясь уравнением мощностного баланса и принимая r_к=r_д, найдем:

 

N_eυ = υ (G_aψ_υ +k_Bf υ²_max )/(1000η_т k_р);

 

Расчетный коэффициент суммарного дорожного  сопротивления ψ_υ для легковых автомобилей выбирают исходя из движения по горизонтальной дороге с цементобетонным или асфальтобетонным покрытием, учитывая зависимости   ψ_υ=f(υ). Если отсутствуют данные по сопротивлению качению шин, намеченных к применению на проектируемом автомобиле, можно приближенно считать               ψ_υ =0,01+5·10^-6 υ² _max . Для грузовых автомобилей и автопоездов можно принимать ψ_υ =(0,01…0,02)+ 5·10^-6υ²_max. В общем случае n_υ ≠n_N, следовательно, N_eυ≠N_max. У легковых автомобилей с карбюраторными двигателями n_υ, может быть как больше, так и меньше n_N.

Иногда υ ²_max соответствует движению не на высшей, а на предшествующей передаче (рис. 2.1) — будем называть такую передачу высшей расчетной. Передачу с минимальным передаточным числом у таких автомобилей используют для улучшения топливной экономичности.

 

Рисунок 2.1 - Определение высшей расчетной передачи по мощностному балансу

 

 

 

 

Рисунок 2.2 - Зависимость времени разгона и максимальной мощности от отношения n_υ /n_N

 

Отношение n_υ /n_N влияет при заданной скорости υ_max на значение мощности N_max, время разгона τ_р с места до заданной скорости и ускорение на высшей расчетной передаче. На рис. 2.2 показаны зависимости n_max и τ_р (без учета времени на переключение передач) от n_υ /n_N при заданных ψ_max и υ_max. Ускорение на расчетной высшей передаче тем меньше, чем меньше n_υ /n_N. Если за 100 % принять ускорение при n_υ /n_N =1, то на горизонтальной дороге хорошего качества во всем диапазоне скоростей при n_υ /n_N = 0,9, ускорение уменьшается приблизительно на 15 %, а при n_υ /n_N = 1,1 - увеличивается приблизительно на 30 %.

У легковых автомобилей с карбюраторными двигателями  обычно                       n_υ/n_N =0,9...1,1. Задавшись, ориентируясь на аналог или по каким-либо другим соображениям, n_υ /n_N максимальную мощность можно найти, решая уравнение относительно N_max и считая N_e= N_eυ

 

N_max = N_eυ /[a n_υ /n_N +b(n_υ /n_N)²-c(n_υ /n_N)³],

 

У автомобилей, снабженных двигателями с ограничителем  частоты вращения или регулятором, n_υ=n_N и N_max= N_eυ.

Для построения внешней характеристики при известной мощности N_max и выбранных коэффициентах а, b и с необходимо выбрать частоту n_N. У двигателей различных автомобилей значения частоты n_N (в мин^-1) изменяются в следующих пределах.

Карбюраторные двигатели:

легковых  автомобилей ………………………...4500…6000

грузовых  автомобилей и автобусов ..................3000….4600

 

Дизели:

легковых  автомобилей ……………………….3500...4600

грузовых  автомобилей ……………………….2000...3200

 

Для окончательной  проверки правильности выбора внешней  характеристики двигателя определяют время разгона с места и  сравнивают с заданным.

 Если  подсчитанное при выбранной внешней  характеристике время τ_р больше заданного, то для легковых автомобилей следует увеличить n_υ /n_N или повысить скорость υ_max. Для грузовых автомобилей в этом случае следует увеличить расчетное значение коэффициента ψ_υ.

Если  время τ_р не задано, то полученные расчетом его значения сравнивают со средним статистическим значением для класса автотранспортного средства, соответствующего проектируемому, или с временем разгона аналога.

 

Рисунок 2.3 - Зависимость времени разгона с места до скорости 100 км/ч от максимальной скорости

 

На рис. 2.1 показана зависимость времени разгона с места до 100 км/ч от υ_max, полученная статистической обработкой данных для отечественных и зарубежных легковых автомобилей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Конструкция тормозной системы   автомобиля ВАЗ 21114

 

 

 

 

 

Рис.3.1 - Схема гидропривода тормозов: 1 – главный цилиндр гидропривода тормозов 2 – трубопровод контура "правый передний – левый задний тормоз" 3 – гибкий шланг переднего тормоза 4 – бачок главного цилиндра 5 – вакуумный усилитель 6 – трубопровод контура "левый передний – правый задний тормоз" 7 – тормозной механизм заднего колеса 8 – упругий рычаг привода регулятора давления 9 – гибкий шланг заднего тормоза 10 – регулятор давления 11 – рычаг привода регулятора давления 12 – педаль тормоза 13 – тормозной механизм переднего колеса

 

Рабочая тормозная система – гидравлическая, двухконтурная (с диагональным разделением  контуров), с регулятором давления 10, вакуумным усилителем 5 и индикатором  недостаточного уровня тормозной жидкости в бачке. При отказе одного из контуров тормозной системы второй контур обеспечивает торможение автомобиля, хотя и с меньшей эффективностью.

Тормозные механизмы передних колес 13 – дисковые (на автомобилях ВАЗ-21103, -21114 и -2112 – вентилируемые), с однопоршневой плавающей скобой и сигнализатором износа тормозных накладок. Тормозные механизмы задних колес 7 – барабанные, с двухпоршневыми колесными цилиндрами и автоматической регулировкой зазора между колодками и барабаном. Устройство автоматической регулировки зазора расположено в колесном цилиндре.

Главный тормозной цилиндр 1 крепится к корпусу  вакуумного усилителя 5 на двух шпильках. В отверстия в верхней части  цилиндра на резиновых уплотнениях  вставлен полупрозрачный полиэтиленовый бачок 4 с датчиком аварийного уровня жидкости. На бачке нанесены метки  максимального и минимального уровней  жидкости. В нижней части цилиндра ввернуты два винта, ограничивающие перемещение поршней. Винты уплотнены  медными прокладками. В передней части цилиндра (по ходу автомобиля) ввернута заглушка, служащая упором возвратной пружины, также уплотненная медной прокладкой. Поршни в главном цилиндре расположены последовательно, ближайший к вакуумному усилителю приводит в действие правый передний и левый задний тормозные механизмы, а тот, что ближе к заглушке – левый передний и правый задний. Уплотнительные резиновые кольца высокого давления (манжеты) главного тормозного цилиндра и задних колесных цилиндров взаимозаменяемы (номинальный диаметр – 20,64 мм). Уплотнительное кольцо низкого давления – с проточкой, установлено на поршне, контактирующем со штоком вакуумного усилителя.

Вакуумный усилитель 5 расположен между педальным  узлом и главным тормозным  цилиндром 1 и крепится к кронштейну педального узла на двух шпильках. Усилитель  – неразборной конструкции, при  выходе из строя его следует заменить. Простейшая проверка исправности усилителя: на автомобиле с заглушенным двигателем несколько раз нажимаем на педаль тормоза и, удерживая педаль нажатой, запускаем двигатель. При исправном  усилителе с началом работы двигателя  педаль должна уйти вперед. Отказ в  работе или недостаточная эффективность  вакуумного усилителя могут быть также вызваны негерметичностью шланга, отбирающего вакуум от впускного коллектора.

Регулятор давления задних тормозов 10 крепится двумя  болтами к кронштейну в левой  задней части кузова. Один из этих болтов (передний) также крепит вильчатый  кронштейн рычага привода регулятора давления 11. За счет овальности отверстий  для его крепления кронштейн  вместе с рычагом можно перемещать относительно регулятора давления, изменяя  усилие, с которым рычаг действует  на поршень регулятора. С увеличением  нагрузки на заднюю ось автомобиля упругий рычаг также нагружается, передавая усилие на поршень регулятора давления. При нажатии на педаль тормоза давление жидкости стремится  выдвинуть поршень наружу, чему препятствует усилие со стороны упругого рычага. Когда система приходит в равновесие, клапан, расположенный в регуляторе, изолирует задние тормозные цилиндры от главного тормозного цилиндра, не допуская дальнейшего роста тормозного усилия на задней оси и препятствуя опережающей  блокировке задних колес по отношению  к передним. При увеличении нагрузки на заднюю ось, когда сцепление задних колес с дорогой улучшается, регулятор  обеспечивает большее давление в  колесных цилиндрах и наоборот – с уменьшением нагрузки давление падает. В корпусе регулятора имеется отверстие, закрытое заглушкой. Подтекание тормозной жидкости из этого отверстия говорит о негерметичности уплотнительных колец регулятора.

Плавающая скоба переднего тормоза включает в себя суппорт и колесный цилиндр, которые стянуты между собой  двумя болтами. Двумя другими  болтами скоба крепится к пальцам, установленным в отверстиях направляющей колодок. В эти отверстия закладывается  смазка. Между пальцами и направляющей колодок установлены резиновые  защитные чехлы. К пазам направляющей поджаты пружинами тормозные  колодки. Внутренняя колодка имеет  сигнализатор износа накладок. В цилиндре установлен поршень с уплотнительным резиновым кольцом прямоугольного сечения. За счет упругости этого кольца поддерживается постоянный оптимальный зазор между тормозными колодками и диском.