Расчет рулевого привода

В рулевом приводе производится расчет вала сошки,сошки, продольной и поперечной тяг, поворотный рычаг и рычаги поворотных цапф.

Вал рулевой сошки рассчитывается на напряжение кручения:

- при отсутствия усилителя руля-

 

τ_кр = ;                                                                                                                         (9.51)             

 

- при совмещении гидроцилиндра усилителя и рулевого механизма-

 

τ_кр = .                                                                                                     (9.52)             

 

      Вал рулевой сошки изготавливают из легированной стали марок 30, 18ХГТ, 20ХН3А. Допускаемые напряжения на кручение [ τ_кр ] = 300…350Мпа.

Рулевая сошка рассчитывается на изгиб и кручение в опасном сечении А-А.

 

Рис. 9.26. Расчетная схема рулевой сошки: А-А, Б-Б-опасные сечения; 1 – палец продольной тяги, 2 - сошка  

 

  Максимальное усилие на шаровом пальце от действия продольной тяги при отсутствии гидроусилителя руля равно

P_сош =                                                                                                                 (9.53)

максимальное усилие на шаровом пальце от действия продольной тяги при совмещении гидроцилиндра усилителя и рулевого механизма, равно

 P_сош =  +  .                                                                                            (9.54)             

  Напряжение изгиба и кручения в сечении А-А:

 - напряжение изгиба при отсутствии гидроусилителя руля-

 

σ_из =  = ;                                                                                                   (9.55)                                                                                                        

-  напряжение изгиба при совмещении гидроцилиндра усилителя  и рулевого механизма –

 

σ_из = =  + ;                                                                            (9.56)             

 

- напряжение кручения в сечении А-А при отсутствии гидроусилителя руля-

 

 τ_кр =  = ;                                                                                                 (9.57)                                                                                                                      

 

- напряжение изгиба в сечении А-А при наличии усилителя, совмещенного цилиндра и рулевого механизма –

 

τ_кр = =  + ;                                                                           (9.58)             

 

где l₁ – расстояние между осями вала сошки и шарового пальца (рис.9.26);

 l₂, l₃ – плечи действия силы при изгибе и кручении (рис.9.26).

Рулевые сошки изготавливаются из сталей марок 30, 18ХГТ. Допускаемые напряжения изгиба [ σ_из ] = 150…200МПа, допускаемые напряжения кручения [ τ_кр ] = 60…80МПа.

Шаровый палец 1 крепления продольной тяги к рулевой сошке 2 (рис.9.26) рассчитывается на изгиб и срез в опасном сечении Б-Б и на смятие поверхности контакта с сухарями.

Напряжение изгиба

 

σ_из = ;                                                                                                                            (9.59)             

 

напряжение среза

 

σ_ср = ;                                                                                                                              (9.60)             

 

напряжение смятия

 

σ_см = ,                                                                                                                             (9.61)             

 

где е – плечо изгиба пальца;

d_п, d_г – диаметры пальца и головки.

Шаровые пальцы продольной и поперечной тяг рассчитываются аналогично с учетом действующих на каждую из них нагрузок и размеров. 

    Шаровые пальцы изготавливают из стали марок 40Х, 20ХН№А. Допускаемы напряжения изгиба [ σ_из ] = 300...400МПа, среза [ σ_ср ]= 25…35МПа и смятия [ σ_см ]= 25…35МПа.  

Продольная рулевая тяга рассчитывается на сжатие и прдольный изгиб по усилию P_сош (9.53) и (9.54). Напряжение сжатия определяется выражением

 

σ_сж =  = ,                                                                                                        (9.62)             

где F_T -  площадь сечения рулевой тяги;

d_Tн, d_Tв – наружный и внутренний диаметры трубы продольной тяги.

Критическое напряжение при продольном изгибе можно определить по формуле:

 

σ_кр = ,                                                                                                                            (9.63)          

где Е – модуль упругости 1-го рода;

I = π(  - момент инерции сечения тяги;

l_T –  длина продольной тяги.

Размеры рулевой тяги должны быть выбраны так, чтобы запас устойчивости

δ_уст =  =                                                                                                                   (9.64)          

не был меньше допустимого значения [δ_уст] =1,5…2,5.

Продольные рулевые тяги изготавливают из стали марок 20 и 35.

Поперечная рулевая тяга рассчитывается на сжатие и продольный изгиб (9.62). (9.63) и (9.64) по силе нагрузки

 

P _пт =  ,                                                                                                                       (9.65)          

где l_пр, l_р – длины плеч поворотного рычага и рычага поворотного кулака (рис. 9.27).

Поворотный рычаг рассчитывается на изгиб и кручение по моментам: изгибающему

M_из = P_сош l_пр и крутящему М_кр = P_сош l_р.

Напряжения изгиба и кручения

 

σ_из = и τ_кр = .

Поворотный рычаг изготавливают из стали марок 30, 35, 40. Допускаемые значения изгиба и кручения состаляют [σ_из] =150МПа, [τ_кр] = 60…80МПа.

 

Рис. 9.27. Схема для расчета поперечной тяги и рулевых рычагов  

        

   Рычаги поворотных цапф (рис. 9.27) рассчитывают по силе   P _ПТ (9.65) на изгиб и кручение с определением напряжений:

 

σ_из = и τ_кр = .

  Рычаги поворотных цапф также изготавливают из стали марок 30, 35, 40. Допускаемые значения изгиба и кручения состаляют [σ_из] =150МПа, [τ_кр] = 60…80МПа.