Шарнирные соединения рулевых тяг автомобилей являются основным элементами, регламентирующими надёжность рулевого привода [2]. Рабочие процессы в них характеризуются значительным количеством циклов относительного скольжения элементов шарнира. При этом особую важность приобретает фактор, учитывающий переход трения покоя в трение скольжения, когда преодолеваются "точки покоя". Последнее обстоятельство является причиной увеличения интенсивности изнашивания шарнира, несмотря на некоторое её ослабление из-за нестационарности процесса нагружения рулевого привода.

Для автомобилей с независимой передней подвеской нагружение рулевых шарниров определяется тремя факторами: рулевыми воздействиями водителя, колебаниями колёс относительно оси поворотной стойки и колебаниями подвески. При этом скорость движения способствует увеличению интенсивности возбуждений и при возрастании становится фактором, определяющим частоту и амплитуду колебаний колёс.

Из практики технической эксплуатации автомобилей известно, что наибольший износ имеют шарнирные соединения рычагов поворотных цапф и боковых рулевых тяг (крайние рулевые шарниры). Основная причина в том, что эти шарниры соединяют без упругих элементов неподрессоренную массу колёсного узла передней подвески и подрессоренную массу кузова. Это определяет интенсивные динамические нагрузки на элементы шарнира, частично воспринимаемые его пружиной.

Анализируя пространственное скольжение элементов рулевых шарниров, следует отметить, что характеристикой рабочих процессов являются путь трения и скорость относительного скольжения. Используя методику Фоллерта Людера для шарниров автомобилей МАЗ, и рассмотрев дополнительно процесс относительного перемещения элементов шарнира от колебаний подвески для исследуемых моделей, определим суммарный путь трения, отнесённый к площади трения с диаметром, равным диаметру шарового пальца, на 1000 км пробега для автомобилей ВАЗ.

Путь трения в случае имитации процесса основных угловых перемещений управляемых колёс случайной последовательностью, имеющей место от рулевых воздействий водителя, может быть определён:

где  - среднестатистический угол поворота шарового пальца, град;

d - диаметр шарового пальца, мм.

Путь трения в случае имитации процесса основных угловых перемещений управляемых колёс гармоническим процессом, имеющем место при колебаниях управляемых колёс относительно оси поворотной стойки и при колебаниях передней подвески, может быть определён :

где n - число колебаний на 1 км пути;

 - угол размаха, град.

Так, относительная величина пути трения при движении на булыжном шоссе со скоростью 8,4 м/с определена следующим образом:

а) от рулевых воздействий водителя:

;

б) от колебаний колес относительно оси поворотной стоки:

;

в) от колебаний передней подвески:

.

Результаты расчёта сведены в таблице 1. Исходные данные взяты из работы Гольда Б.В. [3], получены экспериментально.

Характеристикой рабочих процессов в рулевом шарнире является также, скорость относительного скольжения его элементов. Известно [6], что главными механизмами нарушения работоспособности рулевых шарниров являются окислительное, абразивное изнашивание и усталостное выкрашивание поверхностей трения. Кинематической характеристикой этих механизмов является средняя скорость скольжения шарового пальца в наконечнике рулевой тяги:

Таблица 1 Результаты расчёта относительных величин пути трения и скорости скольжения элементов шарниров рулевых тяг автомобилей ВАЗ-2105

Максимальная скорость относительного перемещения трущихся деталей зависит от параметров и кинематики рулевого привода и может быть определена по рекомендации Фоллерта Людера:

где  - угловая скорость вращения шарового пальца;

 - максимальная амплитуда отклонения.

Результаты расчёта относительной скорости скольжения шарового пальца в наконечнике для рассматриваемых условий приведены в таблице 1.

В этих условиях особую важность приобретает оптимальная жёсткость осевой пружины рулевого шарнира, которая должна превышать инерционные усилия, возникающие от массы рулевых тяг при движении с колебаниями.

3. Исследование зависимости изменения схождения управляемых колёс от упругости, зазоров в сопряжениях и усилия в рулевом приводе

Изменение схождения управляемых колёс происходит под действием среднеэксплуатационных нагрузок с интенсивностью, которая зависит от его первоначальной величины. Оно вызвано смещениями в кинематической цепи рулевого привода, которые формируются за счёт упругости деталей и подвижных сопряжении РП с одной стороны и зазорами, вызванными износом и деформацией элементов подвижных сопряжении, а также ослаблением креплений и потерей прочности деталей РП с другой. Изменение величины первоначального схождения колёс проявляется взаимными относительными смещениями звеньев кинематической цепи рулевого привода, которые могут быть приведены к приращению расстояния между дисками управляемых колёс. Процесс формирования смещений в РП рассмотрим в виде схемы, где изображена плоская модель рулевого привода автомобилей рассматриваемого класса. Исследуем вначале этот процесс при допущении, что в рулевом приводе действует усилие 30 даН, достаточное для выбора зазоров и начала деформации РП. При этом, изменение схождения происходит только под действием упругости и зазоров, остальные факторы можно считать постоянными. Тогда, согласно обозначениям (рис. 3) схождение, измеренное как разность расстояний между заокраинами дисков управляемых колёс впереди и сзади передней оси на высоте центров колёс, равно:

Угол схождение управляемых колес можно выразить:

где Срп - суммарная упругость элементов рулевого привода, мм/даН; Dрп - суммарная величина зазоров в сопряжениях РП, приходящаяся на единицу приложенного усилия при замере, мм/даН.  - коэффициент приведения к высоте центров колёс, учитывающий измерение смещений на высоте РП. ВАЗ, АЗЛК -  =1,25, ГАЗ- = 1,30;  - коэффициент пропорциональности между величинами схождения, измеренными по разности расстояний и углу поворота управляемых колёс.

Страницы: 1, 2, 3, 4