Обоснование выбора исходных параметров автомобиля ЗИЛ-130 и его технико-экономические показатели. Страница 11

работам шарнир, обладающий значительно большей надеж­ностью.
В связи с тем что шаровой палец, устанавливавшийся в шар­ниры старой конструкции, обладает достаточной усталостной и статической прочностью, он был применен на автомобиле ЗИЛ-130. Предел выносливости этого шарового пальца в сред­нем в 1,5 раза выше, чем у остальных деталей рулевого привода автомобиля ЗИЛ-130. Благодаря использованию единого шаро­вого пальца удалось обеспечить взаимозаменяемость шарниров новой и старой конструкций.
Ниже приведены результаты расчета деталей поперечной ру­левой тяги при действии максимального расчетного момента на валу сошки:
Напряжения шарового пальца в сечении наибольшего диа­метра в заделке в кгс/см2:
изгиба......................3100
среза....................... 285
Напряжение смятия в шарнире поперечной тяги в кгс/см2 400 Напряжение сжатия в поперечной тяге в кгс/см2 .... 315 Запас продольной устойчивости поперечной тяги..... 3,24
Примечание. При расчете на смятие учитывалась только поверхность трения верхнего вкладыша, воспринимающего в ос­новном нагрузки в шарнире.
Продольная рулевая тяга
Благодаря возможности применения по условиям прочности на автомобилях ЗИЛ-130 шарового пальца автомобиля ЗИЛ-164 были унифицированы шарниры продольных тяг этих автомоби­лей. Однако дорожные испытания и опыт эксплуатации, в пер­вую очередь автомобилей-самосвалов ЗИЛ-ММЗ-555, показали, что долговечность шарниров с вкладышами старой конструкции недостаточна из-за интенсивного износа поверхностей трения. Кроме того, было установлено, что изогнутая по компоновочным соображениям продольная тяга подрезает тело хвостовика шаро­вого пальца кромками окон.
Для повышения долговечности шарниров продольной тяги была несколько изменена ее конструкция. Увеличена поверхность трения шарниров новых тяг путем увеличения угла охвата шаро­вого пальца вкладышами (рис. 67), что обеспечило:
— значительное снижение интенсивности износа шаровых пальцев и вкладышей (по результатам сравнительных эксплуата­ционных испытаний тяг, проведенных на автомобилях-самосва­лах ЗИЛ-ММЗ-555 в тяжелых дорожных условиях, в 3,5— 3,8 раза);
— коренное, изменение характера износа сферических поверх­ностей пальцев, при котором исключалась ступенчатая выработ­ка по границам контакта с вкладышами, приводившая иногда в эксплуатации к заклиниванию шарнира;
— отсутствие сколов и выкрошиваний по периферии сфери­ческих поверхностей вкладышей.
Для уменьшения подреза шарового пальца тяга выполнена «уравновешенной», т. е. она изогнута так, чтобы центр ее тяже­сти лежал на оси между геометрическими центрами шаровых пальцев. Вследствие внедрения «уравновешенных» продольных рулевых тяг в 2—4 раза снизилась интенсивность «подреза» ша­рового пальца.

Рис. 67. Шарниры продольной рулевой тяги автомобилей ЗИЛ-130: а — выпускаемых вначале; 6 — выпускаемых в настоящее время
Ниже приведены расчетные напряжения в деталях шарнира продольной тяги при нагрузке его максимальным расчетным мо­ментом на валу сошки.
Напряжение шарового пальца рычага в сечении наиболь-
шего диаметра в заделке в кгс/см2:
изгиба...................... 3300
среза....................... 294
Напряжение смятия в шарнире в кгс/см2:
старой конструкции (расчетная площадь смятия рав­на 2,95 см2).................. 510
новой конструкции (расчетная площадь смятия равна 4,37 см2).................... 344
Следует особо отметить, что неправильная регулировка шар­ниров продольной рулевой тяги может привести к преждевремен­ным поломкам шаровых пальцев. В эксплуатации были отмечены отдельные случаи поломок шаровых пальцев при крайне малых пробегах (450—2500 км). Анализ характера разрушения пальцев и последующие стендовые испытания показали, что причиной этих разрушений было нарушение инструкции, по которой проб­ку шарнира после затягивания до отказа надо отпустить на XU оборота. При тугой затяжке пробки на шаровой палец дейст­вует дополнительный крутящий момент, возникающий даже при самых незначительных относительных поворотах шарнира.
По результатам стендовых испытаний шарнира с туго затяну­той пробкой было установлено, что в этом случае предел вынос­ливости шарового пальца уменьшается в 6 раз по сравнению с пределом выносливости шарнира, отрегулированного в соответ­ствии с инструкцией.
Глава IX. РУЛЕВОЕ УПРАВЛЕНИЕ
ВЫБОР КОНСТРУКЦИИ
На грузовых автомобилях ЗИЛ, выпуск которых был начат в 40-х годах, устанавливался механизм рулевого управления с гло­боидальным червяком без усиления. Эксплуатация этих автомо­билей показала, что их рулевое управление требует от водителя значительных физических усилий. Так, например, усилие на ру­левом колесе, необходимое для поворота автомобиля ЗИЛ-164, составляло 20—23 кгс, достигая в отдельных случаях 40 kic. На трехосных автомобилях с регулированием давления воздуха в шинах это усилие значительно больше указанной выше величины, что объясняется ростом сопротивления повороту колес при сни­жении давления в шинах из-за увеличения площади отпечатка последних.
Большая утомляемость водителей при работе на автомобилях ЗИЛ с рулевым управлением без усилителя определяется не только значительным усилием, необходимым для поворота ко­лес, но и многочисленными и часто очень сильными толчками, которые непрерывно передаются на рулевое колесо и на руки водителя при движении автомобиля по неровной дороге. На ав­томобилях ЗИЛ-130 было решено установить усилитель рулевого управления, чтобы облегчить труд водителя, улучшить маневрен­ность автомобиля и повысить безопасность движения, так как скорость новых автомобилей возросла до 90—100 км/ч (у авто­мобилей ЗИЛ-164 она была 65—70 км/ч). Опыт завода свиде­тельствовал о том, что усилитель рулевого управления способ­ствует повышению безопасности движения. Он позволяет удер­живать автомобиль на дороге в случае прокола камеры шины переднего колеса. Кроме того, безопасность движения повышает­ся также вследствие меньшей утомляемости водителя и лучшей маневренности автомобиля. Особое значение улучшение манев­ренности автомобиля имеет для повышения среднетехнической скорости движения на горных и лесных дорогах.
При проектировании рулевого управления автомобиля ЗИЛ-130 в целях унификации необходимо было предусмотреть возможность установки его агрегатов на другие автомобили, ко­торые будут выпускаться после наладки производства семейства автомобилей ЗИЛ-130. К этому времени заводом была уже про-
ведена большая работа по внедрению усилителей рулевого уп­равления на некоторых из выпускаемых им автомобилях 1.
Завод ориентировался только на гидравлические усилители рулевого управления, отказавшись от применения пневматиче­ских, хотя они в период начала проектирования автомобиля ЗИЛ-130 были еще также распространены, как и гидравличе­ские. Гидравлический усилитель более компактен, так как он ра­ботает при давлении до 70 кгс/см2 вместо давления до 9 кгс/см2, используемого в пневматических усилителях, имеет меньшее вре­мя срабатывания и поглощает удары, возникающие при движе­нии автомобиля по неровной дороге.
Недостатком гидравлического усилителя является необходи­мость установки дополнительного насоса. Однако в случаях при­менения пневматического усилителя потребовалось бы значи­тельное увеличение производительности компрессора, предназна­ченного для тормозной системы, а также емкости воздушных баллонов.
Впервые гидроусилитель рулевого управления был применен на междугородном автобусе ЗИЛ-127 главным образом для обес­печения безопасности движения пр искоростях около 100 км/ч. При этом использовался уже выпускавшийся гидроусилитель ав­топогрузчиков с непринципиальными изменениями.

Рис. 68. Гидроусилитель рулевого управления автобуса ЗИЛ-127
Гидроусилитель (рис. 68), установленный параллельно про­дольной рулевой тяге, имеет рабочий цилиндр диаметром 70 мм. Клапан управления расположен в передней крышке 6 цилиндра 7 соосно с последним. Золотник 5 клапана соединен стержнем со стаканом 3 шарового пальца 4 сошки рулевого механизма. Ста­кан с шаровым пальцем может несколько перемещаться в осе­вом направлении. Он центрируется пружиной 1. Хромированный шток 8 поршня гидроусилителя связан с основанием автобуса,
1 Гоникберг Е. М. Гидроусилители рулевого управления автомобилей ЗИЛ.— «Автомобильная промышленность», 1961, № 10.
а продольная рулевая тяга соединена с корпусом 2 стакана ша­рового пальца сошки. Таким образом, при повороте рабочий ци­линдр гидроусилителя перемещается вместе с продольной руле­вой тягой. Для установки этого гидроусилителя необходимо было применение усилительной рамки, прикрепленной к фермам осно­вания автобуса, и направляющей, удерживающей гидроусилитель от выворачивания. В передней крышке цилиндра находятся пре­дохранительный и аварийный клапаны, служащие для управле­ния автобусом при неработающем насосе. «Чувство дороги», т. е. определенная зависимость усилия на рулевом колесе от сопро­тивления повороту колес, данным гидроусилителем не обеспечи­вается.
Несмотря на то что описанная конструкция гидроусилителя успешно работала на автобусах ЗИЛ-127, она имела ряд недо­статков: чрезмерная масса и сложность конструкции из-за необ­ходимости   применения   усилительной рамки и направляющей.
Использование этой конструкции на грузовых автомобилях средней грузоподъемности, имеющих другую по сравнению с ав­тобусной компоновку, невозможно из-за отсутствия места для размещения гидроусилителя и его направляющей.
Для уменьшения массы гидроусилителя была разработана конструкция с клапаном управления, встроенным в продольную рулевую тягу, и отдельным рабочим цилиндром. Основной труд­ностью при создании этой конструкции было устранение авто­колебаний колес, возникающих при использовании описанного выше простого клапана с центрирующей пружиной. Особенно сильно автоколебания проявлялись при воздействии рабочего ци­линдра на правый поворотный кулак. Однако даже при присое­динении цилиндра к левому поворотному кулаку, несмотря на значительное увеличение жесткости системы, полностью исклю­чить автоколебания не удалось. Для полного устранения автоко­лебаний были сконструированы два варианта встраиваемых в продольную рулевую тягу клапанов с реактивными элементами.
В первом варианте (рис. 69, а) золотник 1, соединенный с по­движным стаканом 4 шарового пальца 5 сошки рулевого меха­низма, устанавливается в среднее положение четырьмя пружина­ми 7 и реактивными плунжерами 6. В корпусе 3 находится ава­рийный клапан 2.
Во втором варианте (рис. 69, б) центрирующие пружины от­сутствуют и золотник 11 устанавливается в среднее положение чисто гидравлическим путем. Реактивные камеры 10 и 12, уплот­ненные резиновыми кольцами 9 и 13 U-образного сечения, соеди­нены небольшими отверстиями с проточками золотника, через которые подается масло к рабочим полостям цилиндра гидроуси­лителя. Диаметры уплотняемых шеек золотника сделаны неоди­наковыми, чтобы площади реактивных камер были пропорцио­нальны площадям рабочего цилиндра гидроусилителя с учетом площади штока.
При повороте золотник, связанный с подвижным стаканом 14 шарового пальца 15 сошки рулевого механизма, смещается и под действием нарастающего давления в рабочей полости цилиндра перемещается не только поршень, но и золотник стремится сме­ститься обратно в среднее положение, чем обеспечивается следя­щее действие.
В корпусе 8 расположен аварийный клапан.
Рис. 69. Клапаны уп­равления гидроусили­теля рулевого управ­ления:
а   —   с реактивными пружинами;    б — с ре­активными камерами



Рабочий цилиндр гидроусилителя (рис. 70) действует непо­средственно на рычаг поворотного кулака. В зависимости от типа автомобиля цилиндр можно устанавливать как вдоль передней оси, так и перпендикулярно ей. Он рассчитан на рабочее давле­ние до 70 кгс/см2.
Испытания автобусов ЗИЛ-127 и опытных городских автобу­сов при пробеге 130—200 тыс. км показали следующее:
— клапаны обоих вариантов позволили полностью исклю­чить автоколебания в системе рулевого управления, даже при присоединении рабочего цилиндра к правому поворотному ку­лаку. Однако в этом случае удары и вибрации, возникающие от неровностей дороги, передавались на рулевое колесо, чего не было при присоединении цилиндра к левому кулаку;
— гидроусилители с клапанами обоих вариантов работали нормально и обладали теми же преимуществами, что и гидроуси­лители автобуса ЗИЛ-127; управление автомобилем было лучше в связи с наличием «чувства дороги», что особенно хорошо ощу­щалось при установке клапана второго варианта;
7 8        9 10 11
Рис. 70. Рабочий цилиндр гидроусилителя:
I — шаровой палец; 2 — регулируемая крышка; 3 — разрезное кольцо; 4 — фланец; 5 — цилиндр; 6 —поршень; 7 — поршневое кольцо; 8 и 10 — уплот-нительные кольца; 9 неподвижная крышка; // — шток
— применение гидроусилителя с клапаном второго варианта позволило снизить его массу приблизительно на 35 кг по срав­нению с массой серийного  гидроусилителя  автобуса ЗИЛ-127.
Конструкция клапана первого варианта используется в руле­вом управлении автомобиля ЗИЛ-130, а конструкция клапана второго варианта — в других автомобилях ЗИЛ.
При проектировании легкового автомобиля ЗИЛ-111 завод отказался от применения конструкции гидроусилителя, располо­женного отдельно от рулевого механизма. Причинами этого яви­лись компоновочные трудности и уменьшение надежности конст­рукции из-за нижнего расположения шлангов и цилиндра гидро­усилителя. На этот автомобиль устанавливался рулевой меха­низм с гидроусилителем, объединенным с ним в одном картере (рис. 71).
Рулевой механизм снабжен винтом 13 с гайкой 3 на цирку­лирующих шариках и рейкой 2, зацепляющейся с зубчатым сек­тором вала 18 сошки. Рейка одновременно служит и поршнем гидроусилителя. Передаточное число рулевого механизма равно 17,5 вместо 20,5 у ранее выпускавшегося рулевого механизма автомобиля ЗИЛ-110.
Клапан 4 гидроусилителя расположен сбоку картера 1 руле­вого механизма. Золотник 5 клапана управления перемещается рычагом Р, нижний конец которого охватывает среднее кольцо двойного упорного подшипника 10 винта 13. Подшипник может перемещаться в осевом направлении; он центрируется пружина­ми 14 и 15 и пружиной 8 клапана управления.
Наличие реактивной камеры 7 в клапане управления обеспе­чивает «чувство дороги». Клапан 6 поддерживает в реактивной камере давление не более 17 кгс/см2, соответственно ограничи­вается и максимальное усилие на рулевом колесе.
Таким образом, к моменту начала проектирования рулевого управления автомобиля ЗИЛ-130 завод располагал определен­ным опытом проектирования, изготовления и эксплуатации гид­роусилителей нескольких типов, в том числе и рулевого меха­низма автомобиля ЗИЛ-111. Первоначально для новых грузовых автомобилей было запроектировано рулевое управление с глобо­идальным червяком без усилителя, унифицированное с рулевым управлением автомобилей ЗИЛ-164 и ЗИЛ-157. Клапан управ­ления гидроусилителя был встроен в продольную рулевую тягу, а рабочий цилиндр располагался с правой стороны автомобиля, параллельно его оси. Конструкция этих узлов (рис. 69, б и 70) обеспечивала: возможность выпуска части автомобилей, работа­ющих в более легких условиях, без гидроусилителя; значитель­ную, хотя и не полную унификацию деталей нового и старого рулевых механизмов, в частности деталей, подверженных быст­рому износу: червяка, ролика вала сошки и др.
Однако определение контингента автомобилей ЗИЛ-130, ко­торые могли бы выпускаться без гидроусилителя рулевого управ-


1 A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z 
А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я