Кинематика и динамика поворота автомобиля

Рабочий процесс

Если вращать коронную шестерню, соединенную с ведущим валом, при свободно вращающейся на подшипниках солнечной шестерне, то водило, соединенное с ведомым валом, не будет вращаться. В этом случае сателлиты будут передавать вращение солнечной шестерне в обратном направлении с передаточным числом, которое зависит от соотношения диаметров сцепленных шестерен.

В случае если солнечную шестерню затормозить, то при вращении коронной шестерни, сателлиты, обкатываясь по неподвижной солнечной шестерне, будут вести за собой водило, вращая ведомый вал с необходимым передаточным числом.

Если же жестко соединить между собой солнечную шестерню и водило, например, при помощи муфты сцепления, планетарный механизм будет замкнут — заблокирован и начнет вращаться, как одно целое. При этом число оборотов ведущего и ведомого валов будет одинаковым, передаточное число равно 1,0.

Возможны и другие случаи использования планетарной передачи, когда ведущая часть — солнечная шестерня, а ведомая — коронная.

Шпаргалки «Сервис транспортных и технологических машин и оборудования» часть 2 — Кинематика и динамика поворота колесных машин.

Cмотрите так же…
Шпаргалки «Сервис транспортных и технологических машин и оборудования» часть 2
Металлизация. Газопламенное напыление. Электродуговая металлизация. Применение, оборудование, материалы.
Ведущие моменты приложенные к движителям.
Средства диагностики. Классификация системы диагностики. Виды датчиков в системах диагностирования. Методы диагностирования.
Требования к рулевому управлению. Классификация рулевого механизма и требования к нему.
Расчет действительного цикла двигателя, параметры впуска.
Устройство и принцип действия регулирования фаз газораспределения ДВС на примере систем VVTi, VITEC и DubleVANOS.
Требования безопасности при производстве газо- и электросварочных работ
Применение электролитических покрытий при восстановлении деталей машин.
Виды рулевых усилителей и их принципиальная схема работы. Параметры рулевых усилителей
Требования к тормозным системам. Виды тормозных механизмов и их характеристики. Тормоз-замедлитель.
Торможение автомобиля. Тормозной и остановочный пути.
Какие жидкости используются в качестве теплоносителя в системах охлаждения и их эксплуатационные свойства?
Восстановление посадочных отверстий.
Основные способы хранения и транспортировки химически опасных веществ.
Слесарно-механические работы. Окрасочные работы. Кузнечные работы. Сварочные работы
Применение газообразного топлива для двигателей.
Экологическая безопасность при эксплуатации автомобилей.
Конструкция и расчет втулочной муфты и упругой втулочно-пальцевой муфты.
Метод организации работ ТО и ТР
Виды смазочных материалов, назначение и предъявляемые к ним требования.
Первая помощь пострадавшему от воздействия химически опасных веществ
Характеристика постов и автомобилемест. Методика их расчета
Резьбовые соединения (РС): назначение, классификация, основные параметры, оценка. Сравнение прямоугольной и треугольной резьбы по трению.
Динамическая устойчивость автомобилей.
Порядок расследования несчастных случаев на предприятии.
ТО и ТР на универсальных постах. ТО и ТР на специализированных постах.
Антиблокировочная система. Виды и устройство АБС. Принцип работы относительно момента скольжения и тормозного механизма.
Влияние боковой упругости шин на управляемость колесных машин.
Основные причины производственного травматизма и заболеваемости в сельскохозяйственном производстве.
Расчет элементов резьбы на прочность и износостойкость.
Трансмиссионные масла, их свойства.
Кинематика и динамика поворота колесных машин.
Ремонт автобусных кузовов.
Шпоночные соединения: назначение, классификация, оценка. Расчет призматических, сегментных шпонок.
Организация пожарной охраны в сельскохозяйственном производстве
Применение полимерных материалов при ремонте машин
Дифференциация. Назначение и типы требования к дифференциалу
Устройство и принцип действия CAN- шины.
All Pages

Page 33 of 39

 Кинематика и динамика поворота колесных машин.

Кинематика и динамика поворота колёсных машин.

Основными параметрами, характеризующими поворачиваемость автомобиля, являются углы увода передних и задних колес и со­отношение между ними. Показателями поворачиваемости служат критическая скорость автомобиля по уводу и коэффициент пово­рачиваемости.

В зависимости от соотношения углов увода передних и задних колес (мостов) автомобили могут иметь различную поворачивас мость: нейтральную, недостаточную и излишнюю.

-Нейтральная поворачиваемость характеризуется тем, что углы увода передних и задних колес равны(δ1 = δ2), и, следо­вательно, радиусы поворота автомобилей с нейтральной поворачиваемостью и жесткими колесами тоже равны R1=R2

-Недостаточная поворачиваемоапь (рис. 9.2, а) характеризуется тем, что угол увода передних колес больше, чем задних (δ1 > δ2), и R1>R2

-Излишняя поворачиваемоапь (рис. 9.4, а) характеризуется тем что угол увода передних колес меньше, чем задних (δ1 < δ2), R1 < R.2

 Особенности безопасной эксплуатации передвижных электроустановок

Передвижные электросварочные установки на время их передвижения необходимо отключить от сети.

Наиболее желательно применение защитного отключения в передвижных электроустановках и для ручного электроинструмента, т. к. условия их эксплуатации затрудняют обеспечение безопасности применения заземления или других защитных мер.

Защитное отключение может быть применено как основная мера защиты с дополнительным защитным заземлени ем или занулением, а также как дополнительная мера к ним, кроме того защитное отключение может быть единственной мерой защиты вместо заземления, в этом случае обязателен самоконтроль защитного отключения.

Фрикционные муфты поворота

Фрикционные муфты поворота, как правило, изготовляют многодисковыми сухими постоянно замкнутыми. Ведущей частью муфты служит вал 1 (рисунок а) главной передачи с расположенным на его шлицах ведущим барабаном 2. На наружной цилиндрической поверхности барабана сделаны продольные канавки, в которых установлены внутренними зубцами тонкие стальные диски 3.

Ведомая часть муфты — барабан 4, укрепленный на ведущем валу 6 конечной передачи. На внутренней поверхности барабана сделаны канавки, в которые входят наружные зубцы дисков 5, снабженных фрикционными накладками. Ведомые и ведущие диски собраны через один. На валу 1 установлен нажимной диск 9, вращающийся вместе с валом, но имеющий возможность перемещаться вдоль его оси. В диск 9 ввинчены шпильки 7, проходящие через отверстие барабана 2. На шпильки установлены пружины 8, упирающиеся с одной стороны в диск 9, а с другой — в укрепленные на шпильках 7 шайбы. Пружины сжимают диски 3 и 5, и муфта, находясь в замкнутом состоянии, создает требуемый момент трения. При этом вращающий момент от главной передачи передается муфтами на конечные передачи — трактор совершает прямолинейное движение.

Для поворота трактора надо отключить соответствующую гусеницу от трансмиссии, т.е. выключить одну из муфт поворота. При выключении этой муфты (рисунок б) диск 9 перемещается в горизонтальном направлении, пружины 8 сжимаются, диски 3 и 5 освобождаются и вращение ведомого барабана и ведущей звездочки прекращается. В это время другая муфта остается замкнутой, вследствие чего трактор поворачивается вокруг отключенной гусеницы.

Влияет ли изменение угла кастора на радиус поворота автомобиля

Для примера возьмем автомобиль УАЗ Patriot, который имеет следующие характеристики:

• колесная база 2760 мм;
• колея 1600 мм;
• угол поворота колеса 27°;
• кастор 3°;
• радиус разворота от 6,5 до 6,7 м.

Какой вид имеет формула влияния кастора на реальный угол поворота колеса:

a’ = tan-1((SIN(a) * COS(caster))/COS(a))

В ходе эксперимента найдем нужные показатели, построим 3D-модель, а затем измерим реальный угол пересечения плоскостей дороги и колеса.

В результате у нас получились нижеследующие параметры a’:

• Приблизительно 26,968° при касторе 3°.
• Приблизительно 26,774° при касторе 8° (с ШОПКами плюс 5°).

Воспользуемся формулой R = L \ tan(А), в которой:

R — радиус;

L — колесная база;

А — угол поворота колеса.

Чтобы схему было проще понять, дополним ее:

R1 — минимальный радиус поворота автомобиля;

R2 — радиус пути заднего наружного колеса;

R3 — максимальный радиус поворота автомобиля;

L — колесная база;

H — колея.

Прямоугольный треугольник образуется передним внутренним колесом, задним внутренним колесом, а также точкой, вокруг которой машина разворачивается. В этом треугольнике:

угол А — угол поворота колеса;

катет а — колесная база (2760 мм) — L;

катет б — минимальный радиус поворота автомобиля — R1;

Как найти минимальный радиус R1:

для кастора +3°:

R1 = L / tan(A) = 2760 / tan(26,968) = ~5424 мм

для кастора +8°:

R1 = L / tan(A) = 2760 / tan(26,774) = ~5470 мм

Приступим к определению R2, то есть радиусу пути заднего внешнего колеса.

R2 = радиус внутреннего колеса + ширина колеи моста.

для кастора +3°:

R2 = R1 + H = 5424 + 1600 = 7024 мм

для кастора +8°:

R2 = R1 + H = 5470 + 1600 = 7070 мм

В завершение найдем R3, то есть максимальный радиус поворота автомобиля.

В нашем примере прямоугольный треугольник описан передним внешним и задним внешним колесом, а также точкой, вокруг которой машина разворачивается.

Что получится здесь:

Катет а = L(колесная база) = 2760 мм

Катет б = R2 = радиус пути заднего внешнего колеса

Гипотенуза = R3, то есть максимальный радиус поворота автомобиля.

Теорема Пифагора определяет соотношение между сторонами прямоугольного треугольника, в котором сумма квадратов длин катетов равняется квадрату длины гипотенузы.

R3 = SQRT(L^2 + R2^2)

Для кастора 3°:

R3 = SQRT(2760^2 + 7024^2) = ~7546 мм

Для кастора 8°:

R3 = SQRT(2760^2 + 7070^2) = ~7589 мм

Конечно, полученные показатели немного не соответствуют радиусу поворота автомобиля УАЗ Patriot, которые содержатся в руководстве (6,5 м против 7,5 м). Это объясняется погрешностями в методике расчета, а также исходных данных. Однако если рассчитать среднее значение между минимальным и максимальным радиусом (5,5 м и 7,5 м соответственно), в результате у нас будет 6,5 м.

Так или иначе, но можно прийти к выводу, что кастор влияет на радиус. То есть для нас важнее не абсолютные значения, но их относительная разница. В нашем примере она составит:

R3(для кастора +8°) — R3(для кастора +3°) = 7589 — 7546 = 43 мм, то есть меньше чем 5 см

При этом если будет отклонение ограничения поворота колеса на 1°, то это повлияет в 5 раз сильнее на радиус поворота по сравнению с отклонением кастора на 1°.

Максимальное срезание траектории и ее особенности

В процессе такого маневрирования водителю нельзя акцентировать внимание только на передней части автомобиля. У задних колес получается срезанная траектория, и разница между их следами и следами передних колес зависит от двух моментов:

Чем больше база, тем больше траектория срезания, поэтому у длинных и габаритных машин при прохождении поворота передние колеса зачастую выходят на встречную полосу, а задние соприкасаются с обочиной.

Если, к примеру, большой автобус совершает такой поворот, а рядом с ним находится легковой автомобиль, то задняя часть автобуса в ходе поворота неизбежно заденет его. Отсюда и четкое правило – никогда не следует вплотную прижиматься к габаритным транспортным средствам.

К рулевому управлению предъявляют следующие требования:

1. Обеспечение высокой маневренности, при которой возможны крутые и быстрые повороты на сравнительно ограниченных площадях.
2. Легкость управления, оцениваемая усилием, прилагаемым к рулевому колесу.
3. Высокая степень надежности действия, поскольку выход рулевого управления из строя в большинстве случаев заканчивается аварией или катастрофой.
4. Правильная кинематика поворота, при которой колеса всех осей автомобиля катятся по концентрическим окружностям (невыполнение этого требования приводит к скольжению шин по дороге, интенсивному их изнашиванию, излишним расходам мощности двигателя и топлива).
5. Умеренное ощущение толчков на рулевом колесе при езде по плохим дорогам, что снижает безопасность движения.
6. Точность следящего действия, в первую очередь кинематического, при котором любому заданному положению рулевого колеса будет соответствовать вполне определенная заранее рассчитанная крутизна поворота.
7. Отсутствие в рулевом управлении больших зазоров, приводящих к плохому держанию автомобилем дороги, к его вилянию.

Рулевое управление машины с передними управляемыми колесами состоит из переднего моста, трапеции управления, рулевого привода и рулевого механизма (рисунок а). Передние колеса устанавливают на цапфах 13, соединенных с передней осью шкворнями. Все это образует передний мост.

На цапфах закреплены рычаги 11, связанные шарнирно с поперечными тягами 12, Рычаги 11 и поперечные тяги 12 с передней осью 14 составляют трапецию управления, предназначенную для поворота колес.

Тяги 22 соединены с рулевой сошкой 15, сидящей на валу 10 с закрепленным на нем зубчатым сектором 8. Рулевая сошка и вал 10 образуют рулевой привод, передающий усилие от сошки к поворотным цапфам.

Зубчатый сектор 8 находится в зацеплении с поршнем-рейкой 7, укрепленной на винте 6 гидроусилителя, и образует рулевой механизм. Действие рулевого механизма облегчается гидравлическим усилителем. Усилие к рулевому механизму передается от рулевого колеса 2, сидящего на валу 4, через карданную передачу 5 на винт 6.

В рулевых механизмах применяют передачи типа червяк ролик, червяк — сектор, червяк — червячная шестерня и др. Передачи первого типа наиболее распространены в рулевых механизмах тракторов и грузовых автомобилей.

На отечественных автомобилях принято левое (по ходу) рулевое управление, обеспечивающее лучший обзор. У тракторов рулевое управление расположено справа, благодаря чему создаются условия для лучшего наблюдения за работой агрегата и более точного его вождения при выполнении ряда технологических операций (пахота, косьба и т. д.).

С целью облегчения управления трактором или автомобилем применяют усилители рулевого управления преимущественно гидравлического типа (в тракторах К-701, Т-150К, МТЗ-80, ЛТЗ-55, в автомобиле ЗИЛ-130).

Управляемые (направляющие) колеса трактора (автомобиля) должны быть установлены правильно, чтобы износы шин и затраты мощности на качение были наименьшими, устойчивость — хорошей, а управление — легким. Установка управляемых (передних) колес характеризуется их развалом в вертикальной плоскости и схождением в горизонтальной, а также наклоном шкворней поворотных цапф в продольной и поперечной плоскостях.

Развал колес (рисунок б) определяется установкой цапф колес с наклоном их шипов вниз. Это позволяет уменьшить нагрузки на внешний подшипник и улучшить управляемость. Угол развала колес различных машин а < 2°.

Схождение колес (рисунок г) находят по разнице размеров А и Б между серединами колес впереди и сзади, если смотреть на них сверху. Схождение колес обеспечивает правильное параллельное качение их при наличии развала и зазоров в шкворнях, рулевых тягах и подшипниках колес. В руководстве по каждой машине указывают требуемые размеры А и Б, которые проверяют специальными приспособлениями и регулируют, изменяя длину поперечной тяги рулевого управления. Схождение колес находится в пределах 2…12 мм.

Поперечный в (рисунок б) и продольный у (рисунок в) наклоны шкворня способствуют повышению устойчивости колеса в среднем положении. Угол у, характеризующий поперечный наклон шкворня, составляет у автомобилей 6…8° и определяется соответствующей формой передней оси. Угол у, характеризующий продольный наклон шкворня, изменяется в пределах 0…40 и определяется установкой цапфы передней оси в наклонном положении. Углы наклона шкворней в процессе эксплуатации машин регулировкам не подлежат.

Устройство гусеничного трактора

Любая схема гусеничного трактора отображает три основные составные части трактора: двигатель, трансмиссию и ходовую часть. Двигатели в основном применяются дизельные, как наиболее экономичные. Трансмиссия может быть механической, электромеханической, гидромеханической. В устройстве гусеничных тракторов обычно применяют упругую и полужесткую ходовую часть. Упругая ходовая часть позволяет трактору двигаться более плавно и быстрее. Полужесткая ходовая — переносит большие нагрузки и облегчает точность управления навесного оборудования при движении трактора.

В тракторостроении используют две схемы устройства гусеничного трактора, с передним и задним расположением двигателя. Классическая компоновочная схема гусеничного трактора предусматривает расположение двигателя впереди. Такая схема удобна для сельскохозяйственных тракторов, т.к. обеспечивается хороший обзор прицепного оборудования, и двигатель уравновешивает нагрузку от этого оборудования. Заднее расположение двигателя и переднее расположение кабины удобно для работы бульдозера, но при этом усложняется конструкция трансмиссии.

В зависимости от подвески гусеничного трактора остов трактора может быть рамным, полу рамным или безрамным. Если трактор имеет упругую парную подвеску опорных катков, то он имеет рамный остов. У трактора с рамным остовом основные узлы и агрегаты монтируются на сварной раме. Это упрощает проведение ремонтных работ и облегчает механизмы трактора. Недостатком такой конструкции является то, что рама в процессе работы деформируется, и соединительные детали между механизмами быстрее изнашиваются. Тракторы с полужесткой подвеской имеют полу рамный остов. Они занимают промежуточное положение между рамными и безрамными тракторами. Тракторы с жесткой или упругой групповой подвеской катков к балансиру имеют безрамный остов. Недостатком такого остова является то, что на нем трудно крепить навесное оборудование и оборудование самого трактора. Достоинством является жесткость, дающая возможность обходиться без соединительных муфт между узлами трактора.

Рассмотрим более подробно устройство гусеничного трактора с передним расположением двигателя, т.к. такие тракторы наиболее распространены. Непосредственно за двигателем располагается трансмиссия, которая передает вращение и крутящий момент на ведущие колеса гусениц. Справа и слева от рамы трактора располагаются гусеницы с опорными катками и натяжными роликами. Над трансмиссией располагается рабочее место водителя с органами управления трактором. Рабочее место располагается в кабине, защищающей водителя и органы управления от воздействия атмосферы и пыли.

Двигатель трактора оснащается агрегатами обеспечения работы: подачи топлива, охлаждения, смазки и зажигания, если двигатель карбюраторный. Одни из этих агрегатов встроены в двигатель, другие, монтируются на нем, третьи устанавливаются отдельно (бак с топливом, радиатор охлаждения) и соединяются с двигателем. Обычно двигатель гусеничного трактора крепится к раме в трех точках. Так как рама в процессе работы деформируется, в местах крепления двигателя под его лапы подкладываются эластичные прокладки. Радиатор водяного охлаждения устанавливается перед двигателем. Перед водяным радиатором устанавливаются жалюзи, регулирующие набегающий поток воздуха. Для охлаждения системы смазки служит масляный радиатор. Его обычно устанавливают перед водяным радиатором.

Для поворота и торможения гусеничными тракторами применяют планетарный механизм поворота, дифференциалы, фрикционные муфты. При наличии дифференциала трактор поворачивает за счет притормаживания той гусеницы, в сторону которой надо повернуть. У тракторов с муфтами и планетарным механизмом поворот осуществляется за счет отключения гусеницы от механизма вращения. При крутом повороте требуется еще и притормаживать эту гусеницу.

Почему колеса поворачиваются под разными углами?

Ответ на самом деле очевиден. Достаточно представить только ситуацию, когда транспортное средство передвигается по направлению часовой стрелки по кругу. В такой ситуации окружность движения правого колеса намного меньше, чем получается левая окружность. Потому если машина едет с одной и той же скоростью, колеса транспортного средства на идентичной оси вращаются с различным скоростным режимом. 

Теперь вернемся к тому, что они поворачиваются под одинаковым углом. Это будет провоцировать стремление внутреннего колеса двигаться по аналогии с наружным, но оно будет проскальзывать. Идентично будет вести себя и наружное. Такое движение транспортного средства во время маневров будет непредсказуемым, провоцирующим глобальный износ резины

Для наглядного примера советую обратить внимание на многоосные тележки прицепов и грузовых машин: шина изнашивается неравномерно и очень быстро

Можно ли изменить радиус поворота автомобиля

Очевидно, что радиусы поворота грузовых автомобилей, седанов или кроссоверов определяются габаритами транспортного средства, а также углом поворота передних колес. Изменить размеры авто невозможно. При этом угол поворота колес на стоковой машине ограничивается параметрами функционирования руля. Если на авто передний привод, при этом рабочие диапазоны ШРУС, или «гранат», это значит, что выворачивать до упора колеса не стоит. Чтобы не запутаться в теории, запомните, что изменить радиус можно, но для этого придется менять конструкцию транспортного средства, а это ухудшит его работу.

Не боитесь потерять гарантию? Тогда радиус можно сделать меньше.

Насколько маневренность машины улучшится после вмешательства? Это определяется конструктивными особенностями авто. Однако чаще всего заметно улучшается запас хода руля, в результате радиус поворота автомобиля становится меньше.

Причем изменить этот параметр на некоторых моделях авто бывает достаточно просто, особенно если конструкция рулевого управления позволяет сделать это.

Пластиковые ограничители определяют то, каким будет запас хода рулевой рейки. Как сделать угол поворота колес больше? Для этого уменьшаем толщину распорок или же подпиливаем их (стачиваем). Также можно монтировать не оригинальные тонкие проставки из пластика.

К сожалению, после такого вмешательства колеса станут задевать подвеску и кузов авто. Что делать?

Можно воспользоваться тонкими пластиковыми ограничителями, которые вы сделаете своими руками. Потребуется заготовка с таким же диаметром, как у оригинального ограничителя хода рулевой рейки.

Не хотите, чтобы колеса во время маневров задевали подвеску и кузов? Тогда монтируйте проставки на ступицы для выноса колес. Так вы увеличите ширину между передними колесам. В результате радиус станет больше, при этом колеса не будут ничего задевать.