ОЦЕНКА УСИЛИЯ НА РУЛЕВОМ КОЛЕСЕ МЕТОДОМ МОДЕЛИРОВАНИЯ В СРЕДЕ MSC.ADAMS Харитончик С.В., Выгонный А.Г., Колесникович А.Н., Калинин А.А. Объединенный институт машиностроения НАН Беларуси РУП Минский автомобильный завод

Взаимосвязь критериев проектирования и оценки эксплуатационных свойств автомобиля

Нормативные требования к оценке усилия на рулевом колесе

Выписка из правила ЕЭК ООН 79 (категория N 2 ) Исправный механизмНеисправный механизм Максималь ное усилие, даН Время, с Радиус поворота, м Макси- мальное усилие, даН Время, с Радиус поворота, м Скорость выполнения маневра – 10 км/час

Выписка из ГОСТ Согласно ГОСТ усилие на рулевом колесе движущегося автомобиля не должно превышать: 245 Н (25 кгс) – для рулевого управления без усилителя; 118 Н (12 кгс) – для рулевого управления с усилителем; 490 Н (50 кгс) – для рулевого управления с усилителем в случае прекращения действия усилителя.

Выписка из ОСТ Предельные усилия на рулевом колесе, Н Неподвижный автомобильДвижущийся автомобиль Без рулевого усилителя С рулевым усилителем С исправным рулевым управлением При отказе усилителя Испытания проводятся как для неподвижного автомобиля, так и для движущегося со скоростью 10 км/час

Особенности расчетной модели, учитываемые в MSC.ADAMS : распределение масс и учет инерционности деталей привода; силы трения и преднатяга в шарнирах рулевого привода; переменное передаточное число рулевого механизма; углы установки управляемых колес; кинематику рулевой трапеции; возможность получения реального момента сопротивления колес повороту: – – в движении; – – на месте.

Объект исследования Среднетоннажный автомобиль-самосвал

Расчетные схемы Кинематическая схема рулевого управления Тип А Тип Б Тип А - распределитель встроен в рулевой механизм, силовой цилиндр в виде отдельного агрегата, устанавливаемого в рулевом приводе Тип Б - силовой цилиндр и распределитель встроен в рулевой механизм

Элементы модели рулевого управления

Углы установки управляемых колес Наименование Значение развал колёс ( ), град 0,5-1 схождение колёс (А-В), мм- поперечный наклон шкворня ( ), град 7 продольный наклон шкворня ( ), град 2,5

Модель шины Параметр Обозначение в файле свойств шины Значение Масса шины, кг40 Моменты инерции колеса, I xx, I yy, I zz, кг мм , 2800, 700 Ширина беговой дорожки шины, мм235 Свободный радиус шины, ммR1405,5 Радиус тороидального каркаса шины, ммR2R2117,5 Радиальная жесткость шины, Н/ммCNORMAL920 Коэффициент продольной силы, НCSLIP30000 Коэффициент увода колеса, Н/градCALPHA Смещение радиальной реакции на шину в пятне контакта, ммCRR40 Относительный коэффициент затухания колебаний шиныRDR0,7 Коэффициента сцепления шины с опорной поверхностью при отсутствии скольжения U00,99 Коэффициента сцепления шины с опорной поверхностью при полном скольжении U10,74

Расчет момента сопротивления повороту 1. формула для расчета суммарного момента на цапфах : момент сопротивления перекатыванию управляемых колес при их повороте вокруг шкворней; момент сопротивления деформации шин и трения в контакте с опорной поверхностью вследствие проскальзывания шины; моменты, обусловленные поперечным и продольным наклонами шкворней. р ш – давление в шине, МПа; - коэффициент трения шины с дорогой: =0.7…0.9 /3/. 2. формула Гуха В.Е. : - нагрузк на переднюю ось, Н - коэффициент сопротивления качению - радиус обкатки,м - коэффициент трения шины - статический радиус колеса, м 3. формула Лысова М.И. :

Результаты компьютерного моделирования

Оценка усилия на рулевом колесе автомобиля в движении со скоростью 10 км/час

Оценка усилия на рулевом колесе автомобиля, стоящего на месте

Результаты оценки усилия на рулевом колесе автомобиля с компоновкой рулевого управления по типу А и движущегося со скоростью 10 км/час Наименование параметраЗначение Угол поворота внутреннего колеса при R min =20 м, град11,43 Угол поворота внешнего колеса при R min =20 м, град10,66 Угол поворота рулевого колеса при повороте влево, град177 Угол поворота рулевого колеса при повороте вправо, град182 Время входа в поворот R min =20 м, с4 Усилие на рулевом колесе, даН поворот влево поворот вправо 16,116,916,116,9

Результаты оценки усилия на рулевом колесе автомобиля с компоновкой рулевого управления по типу А, стоящего на месте Формула суммарного момента Формула ГухаФормула Лысова поворот влево поворот вправо поворот влево поворот вправо поворот влево поворот вправо Момент сопротивления на цапфе, Нм Сила сопротивления повороты на продольной тяге, Н Сила сопротивления повороту на руле, даН 55,654,268,266,432,932,3

Результаты оценки усилия на рулевом колесе автомобиля с компоновкой рулевого управления по типу Б и движущегося со скоростью 10 км/час Наименование параметраЗначение Угол поворота внутреннего колеса при R min =20 м, град11,43 Угол поворота внешнего колеса при R min =20 м, град10,66 Угол поворота рулевого колеса при повороте влево, град210 Угол поворота рулевого колеса при повороте вправо, град216 Время входа в поворот R min =20 м, с6 Усилие на рулевом колесе, даН поворот влево поворот вправо 13,3 13,5

Результаты оценки усилия на рулевом колесе автомобиля с компоновкой рулевого управления по типу Б, стоящего на месте Формула суммарного момента Формула ГухаФормула Лысова поворот влево поворот вправо поворот влево поворот вправо поворот влево поворот вправо Момент сопротивления на цапфе, Нм Сила сопротивления повороты на продольной тяге, Н Сила сопротивления повороту на руле, даН 48,547,160,258,429,328,5

Сравнение результатов моделирования с результатами натурных испытаний Натурные испытанияРасчет в среде MSC.ADAMS поворот влевоповорот вправоповорот влевоповорот вправо усилие, даН время, сусилие, даНвремя, сусилие, даНвремя, сусилие, даНвремя, с 13,25,913,65,8 13,313,3613,513,56 13,06,013,75,9 13,06,013,66,0 Среднее значение 13,06,013,65,9

Выводы: 1. Разработаны математические модели среднетоннажного автомобиля-самосвала для различных вариантов компоновки рулевого управления : а) тип А – распределитель встроен в рулевой механизм, силовой цилиндр в виде отдельного агрегата, устанавливаемого в рулевом приводе; б) тип Б – силовой цилиндр и распределитель встроен в рулевой механизм. 2. Методом моделирования в MSC.ADAMS проведена оценка усилия на рулевом колесе для четырех вариантов расчетных схем (компоновка рулевого управления по типу А или Б и автомобиль стоящий на месте или в движении) в соответствии с нормативными требованиями. 3. В результате выполнения работы установлено, что принятая для расчета модель шины дает неадекватные результаты в расчетах усилия на рулевом колесе при нулевой скорости автомобиля, т.е. «автомобиль стоящий на месте», поэтому для данного случая расчета применена методика расчета суммарного момента сопротивления на цапфах автомобиля. В связи с этим в таких расчетах рекомендуется использовать другие модели шин пакета MSC.ADAMS, поддерживающих нулевую скорость автомобиля. 4. Для компоновки рулевого управления по типу Б при движении автомобиля со скоростью 10 км/час проведено сравнение результатов расчета в пакете ADAMS с результатами натурных испытаний. Полученное расхождение не превышает 3%, что говорит о высокой точности результатов моделирования.

Спасибо за внимание !