PS-8 - Katedra Budowy i Eksploatacji Maszyn

Transkrypt

Wydział Mechaniczny
Politechniki Białostockiej
Katedra Budowy i Eksploatacji Maszyn
Instrukcja do zajęć laboratoryjnych z przedmiotu:
POJAZDY SAMOCHODOWE
Ćwiczenie nr: PS - 8
Budowa i działanie układów kierowniczych
pojazdów
Kod przedmiotu:
MHBMS26005, MHBMN26005
Instrukcję opracował: dr inż. Konstanty Juziuczuk
dr inż. Andrzej Borawski
Białystok 2016
LABORATORIUM POJAZDÓW SAMOCHODOWYCH
Temat: Budowa i działanie układów kierowniczych pojazdów
CEL I ZAKRES ĆWICZEŃ
Celem zajęć jest zapoznanie studentów z ogólną budową układów kierowniczych, ich rozwiązaniami konstrukcyjnymi, zasadą pracy oraz demontaŜem na przykładzie mechanizmu kierowniczego hydraulicznego „orbitrol".
SPIS TREŚCI
1.
WPROWADZENIE .......................................................................................................................... 3
1.1. Mechaniczne mechanizmy kierownicze. ..................................................................................... 3
1.2. Mechanizmy kierownicze ze wspomaganiem. ............................................................................. 7
1.3. Hydrauliczny mechanizm kierowniczy. ........................................................................................ 8
2. METODYKA POMIARÓW .............................................................................................................. 10
2.1. Sprawdzenie wiedzy ogólnej.................................................................................................... 10
2.2. Zapoznanie się z budową stanowiska....................................................................................... 10
2.3. Przebieg pomiarów ................................................................................................................. 10
3. WYMAGANIA BHP ........................................................................................................................ 10
4. SPRAWOZDANIE Z ĆWICZENIA ................................................................................................... 10
5. PYTANIA KONTROLNE ................................................................................................................ 11
6. LITERATURA ............................................................................................................................... 11
PROTOKÓŁ POMIAROWY .................................................................................................................... 11
Instrukcja do zajęć laboratoryjnych
2
1.
WPROWADZENIE
Układem kierowniczym samochodu nazywa się zespół mechanizmów, słuŜących do nadawania kierunku
jazdy samochodu. Kierunek jazdy samochodu jest nadawany przez odpowiednie ustawienie kół jezdnych samochodu. W samochodach juŜ od dawna jest stosowany system skrętu kół kierowanych za pomocą zwrotnic
umoŜliwiających zmianę kąta ustawiania kół przez przetaczanie ich dookoła osi pionowej lub lekko odchylonej
od pionu, w ten sposób, Ŝe środek koła wykonuje obrót względem niej po łuku koła o promieniu nazywanym
promieniem zwrotnicy.
Układ kierowniczy składa się:
z mechanizmu kierowniczego, za pomocą którego kierowca ustawia koła kierowane pod kątem potrzebnym do uzyskania wymaganego kierunku jazdy,
• z mechanizmu zwrotniczego ustawiającego koła kierowane wzajemnie pod takimi kątami, aby toczenie się
kół na zakręcie odbywało się poprawnie pod względem kinematycznym.
•
Cechy, które powinien posiadać układ kierowniczy są następujące:
duŜe przełoŜenie dynamiczne mechanizmu kierowniczego dla ułatwienia kierowania samochodem;
duŜa sprawność mechaniczna przy przenoszeniu siły od koła kierownicy do kół jezdnych;
właściwości stabilizacyjne kół kierowanych takie, aby po skręceniu ich w czasie jazdy mogły samoczynnie
powrócić do połoŜenia neutralnego i utrzymywać kierunek jazdy na wprost;
• moŜliwie najmniejsze oddawanie na kierownicę uderzeń wywieranych przez nierówności drogi na koła
kierowane;
• prawidłowa kinematyka samochodu na zakrętach;
• zachowanie zaleŜności między siłą na kole kierownicy i momentem skręcającym koła kierowane.
•
•
•
Mechanizmy kierownicze ze względu na konstrukcję i sposób działania dzielą się na:
- mechaniczny mechanizm kierowniczy;
- mechanizm kierowniczy ze wspomaganiem;
- mechanizm kierowniczy hydrauliczny.
1.1. Mechaniczne mechanizmy kierownicze.
PrzełoŜenie między zwrotnicami i kołem kierownicy w mechanicznych mechanizmach układów kierowniczych prawie całkowicie jest uzyskiwane w przekładni kierowniczej.
•
•
•
•
1.
2.
3.
Przekładnie kierownicze powinny spełniać następujące warunki:
zapewniać przełoŜenie o wymaganej wartości, przy zachowaniu zdolności przenoszenia napędu od jednej
i drugiej strony;
mieć moŜliwie duŜą sprawność przy przenoszeniu napędu w jednym i w drugim kierunku;
mieć moŜliwie małe wymiary i małą masę;
mieć dostatecznie duŜą trwałość i zapewniać usuwania powstających w czasie eksploatacji luzów.
W układach kierowniczych samochodu są stosowane następujące podstawowe rodzaje przekładni:
ślimakowe;
śrubowe;
zębatkowe.
3
Ad. 1.
a)
b)
Przekładnie ślimakowe dzielimy na:
ze ślimakiem i ślimacznicą (lub jej wycinkiem);
ze ślimakiem globoidalnym i rolką.
Przekładnie typu a) ze względu na duŜą ilość wad: mała sprawność, duŜe wymiary, brak moŜliwości usuwania nadmiernych luzów, są stosowane bardzo rzadko.
Wszystkie wady przekładni ślimakowych zostały usunięte w ślimakowej przekładni globoidalnej (rys.1).
Rys. 1. Przekładnia kierownicza ze ślimakiem globoidalnym i krąŜkiem podwójnym: 1-wał kierownicy; 2-ślimak globoidalny; 3profilowy krąŜek podwójny; 4-wał główny przekładni; 5-głowica wału głównego przekładni; 6-podkładka zabezpieczająca; 7śruba regulacyjna luzu; 8-nakrętka zabezpieczająca; 9-sworzeń (Studziński, 1980)
Ad. 2.
Przekładnie śrubowe dzieli się, w zaleŜności od zastosowanych elementów i sposobu ich pracy na:
a) ze śrubą, nakrętką i dźwignią;
b) ze śrubą i obracającą się nakrętką;
c) ze śrubą, nakrętką i współpracującym z nią wycinkiem koła zębatego (kulkowo-śrubowa).
Najprostszym rodzajem przekładni śrubowej jest przekładnia typu a, przedstawiona na rysunku 2. Składa
się ona ze śruby o zwoju prostokątnym lub okrągłym i osadzonej na niej nakrętki, która przy obrocie śruby
moŜe poruszać się tylko wzdłuŜnie. Ruch nakrętki przenoszony jest na wał główny przekładni za pomocą
dźwigni wchodzącej w prowadnicę nakrętki i przy przesunięciach wzdłuŜnych nakrętki dźwignia ta wywołuje
obrót wału głównego.
Odmianą przedstawionej konstrukcji przekładni kierowniczej jest przekładnia typu b, działająca według
schematu przedstawionego na rys. 3.
4
Rys. 2. Przekładnia kierownicza śrubowa (Studziński, 1980)
Rys 3. Śrubowa przekładnia kierownicza z nakrętką wodzącą i obracającą się (Studziński, 1980)
Jeśli przy obracaniu kierownicy w lewo nakrętka przemieszcza się w dół, to przegub dźwigni znajdujący się
w połoŜeniu neutralnym w punkcie A, będzie się przesuwał po łuku równieŜ w dół, lecz przy ruchu tym nakrętka musi wykonać obrót w lewo o kąt. Obrót nakrętki w tym samym kierunku, w którym obraca się śruba będzie
zmniejszał kąt skrętu "fi" kierownicy, a więc równieŜ i jej połoŜenie. Przy skręcaniu kierownicy w odwrotną
stronę nakrętka równieŜ obróci się o kąt <p, lecz kąt ten w tym przypadku będzie zwiększał kąt obrotu śruby
względem nakrętki, a więc równieŜ zwiększał przełoŜenie iffl przekładni kierownicy
Wadą przekładni śrubowych jest mała sprawność mechaniczna zwłaszcza przy napędzie od kół kierowanych, wskutek czego z reguły są one nieodwracalne.
Przekładnie śrubowe zyskały rozpowszechnienie dopiero z chwilą wprowadzenia tzw. gwintów kulkowych
polegających na tym, Ŝe linia gwintu śruby i nakrętki wykonana jest w postaci rowka o przekroju kołowym, do
5
którego wprowadzone są kulki. Przy obracaniu się śruby w stosunku do nakrętki, kulki przetaczają się w tych
rowkach, wskutek czego tarcie ślizgowe zwojów gwintu zostało zamienione na tarcie toczne, co podniosło
sprawność mechaniczną z ηm= 0,55 -: 0,6 do ηm= 0,85. Aby przy obracaniu się śruby nie następowało wypadanie kulek, wylot gwintu nakrętki jest połączony z wlotem za pomocą wygiętej rurki stanowiącej kanał, którym
kulki wędrują z jednej do drugiej strony nakrętki. Opisana przekładnia typu c) została pokazana na rys. 4.
Rys. 4. Kulkowo - śrubowa przekładnia kierownicza: a- przekrój wzdłuŜ osi kierownicy; b- przekrój wzdłuŜ osi wału głównego; cwidok z góry, 1-ramię przekładni; 2-kadłub przekładni; 3-łoŜysko kulkowe skośne; 4-śruba; 5-nakrętka; 6-śruba regulacyjna; 7pokrywa przekładni; 8-kanały obiegowe kulek; 9-oprawa łoŜyska nastawna; 10-pierścień uszczelniający; 11-pierścień zabezpieczający; 12-pierścień ustalający; 13- łoŜyska igiełkowe; 14-kanał prowadzący kulki; 15-uszczelka; 16-wał główny (Rimpell, 2004)
Ad. 3.
Przekładnia zębatkowa kierownicy została przedstawiona na rysunku 5 Składa się ona z drąŜka poprzecznego z naciętą na nim zębatką oraz współpracującego z nią koła zębatego osadzonego na końcu wału kierownicy. Przekładnie tego rodzaju w porównaniu z poprzednio opisanymi odznaczają się wielką prostotą budowy, małymi wymiarami i łatwością konstrukcyjnego powiązania z mechanizmem zwrotniczym niezaleŜnego
zawieszenia kół kierowanych.
Sprawność ich wynosi ok. ηmo = 0,9 przy przenoszeniu ruchu od kierownicy do kół i niewiele jest mniejsza
przy odwrotnym przenoszeniu ruchu.
6
Rys. 5. Zębatkowa przekładnia kierownicza (Rimpell, 2004)
Przekładnia zębatkowa nie ma przełoŜenia kątowego w znaczeniu przyjętym dla poprzednich przekładni,
poniewaŜ ruch obrotowy koła zębatego kierownicy zostaje bezpośrednio zamieniony na ruch liniowy zębatki.
1.2. Mechanizmy kierownicze ze wspomaganiem.
Mechanizm wspomagający układu kierowniczego powinien spełniać następujące warunki.
− naśladować czynność kierowcy obracającego koło kierownicy i wykonywać tylko takie skręty
kół, jakie odpowiadają skrętowi koła kierownicy obróconego przez kierowcę;
− moŜliwie szybko reagować na impulsy kierowcy i wymuszać skręt kół z pewnym wyprzedzeniem w czasie,
w stosunku do obrotu koła kierownicy przez kierowcę;
− w przypadku awarii mechanizmu wspomagającego powinna być zachowana zdolność skręcania
kół za pomocą oddziaływania siły rąk na koło kierownicy;
− powinien mieć duŜą czułość na impulsy kierowcy, lecz nie powinien przenosić na koło kierownicy uderzeń
wywieranych przez drogę na koła kierowane.
Mechanizmy wspomagające moŜna podzielić na:
1. hydrauliczne, gdy czynnikiem roboczym jest ciecz;
2. pneumatyczne, gdy czynnikiem roboczym jest spręŜone powietrze.
Układy kierownicze z mechanizmem wspomagającym pod względem konstrukcyjnym mogą mieć róŜne
rozwiązania:
a)
siłownik hydrauliczny i zawór sterujący stanowią jedną całość z przekładnią kierowniczą;
b)
siłownik hydrauliczny i zawór sterujący stanowią jedną całość umieszczoną oddzielnie od przekładni
kierowniczej;
c)
siłownik hydrauliczny i zawór sterujący stanowią oddzielne elementy umieszczone w róŜnych miejscach,
nawet dość znacznie oddalonych od siebie.
7
Pneumatyczne mechanizmy wspomagające są oparte na wykorzystaniu róŜnicy ciśnień powietrza po obu
stronach tłoka w cylindrze siłownika, przy czym w cylindrze po jednej stronie tłoka znajduje się spręŜone powietrze, a po drugiej powietrze o ciśnieniu atmosferycznym.
Wadami pneumatycznych mechanizmów kierowniczych wspomagających są:
• duŜe wymiary wszystkich mechanizmów instalacji ze względu na stosunkowo niskie ciśnienie
wykorzystywanego czynnika roboczego zwykle nie przekraczające 1 MPa;
• opieszałość w działaniu mechanizmu wspomagającego w stosunku do ruchu koła kierownicy ze
względu na duŜą ściśliwość gazu.
Pneumatyczne mechanizmy wspomagające są stosowane w samochodach cięŜarowych o duŜej ładowności (nacisk kół przedniej osi 3-6 ton) ze względu na znajdujące się do dyspozycji w samochodach cięŜarowych
o takiej ładowności powietrze spręŜone. Ze względu na swe wymiary nie mogą być łączone w jedną całość z
przekładnią kierowniczą tak, jak to jest rozwiązywane w hydraulicznych mechanizmach wspomagających.
1.3. Hydrauliczny mechanizm kierowniczy.
Układ kierowniczy całkowicie hydrauliczny przedstawia (rys. 6).
W systemie tym nie występują Ŝadne mechaniczne
połączenia pomiędzy kołami kierowanymi, a kołem
kierownicy. Czysto hydrauliczne przenoszenie energii
umoŜliwia łatwą realizację połączenia serwomechanizmu kierowniczego z osią kierowaną za pomocą
przewodów giętkich, równieŜ w przestrzennie niekorzystnych warunkach zabudowy układu kierowniczego.
Zasadniczym zespołem tego układu jest pompa
dozująca RB (orbitrol) z blokiem zaworów ZP lub ZK.
BUDOWA I ZASADA DZIAŁANIA STEROWNIKA
„ORBITROL"
Budowa sterownika „orbitrol" została przedstawiona na rys. 7, natomiast schemat przepływu oleju
Rys. 6. Hydrauliczny mechanizm kierowniczy Valve bank. ZP
or ŹK - blok zaworów ZP lub ZK; Valve unit, RB - pompa dozu- w tym sterowniku na rys. 8.
Na wielowypuście końca wału kierowniczego
jąca RB (orbitrol); L - do siłownika (komora skrętu w lewo); R do siłownika (komora skrętu w prawo); P - z pompy zębatej; T jest osadzona tuleja wewnętrzna sterownika, na którą
- przelew do zbiornika (Pronar Narew)
jest z kolei nasunięta tuleja zewnętrzna. Obie tuleje są
połączone kołkiem w ten sposób, Ŝe mogą się względem siebie obracać kątowo w granicach 6°. Aby było to
moŜliwe, średnice otworów na kołek w tulei zewnętrznej są ściśle dopasowane do średnicy kołka, zaś średnice otworów na kołek w tulei wewnętrznej są znacznie większe od średnicy kołka, a ponadto otwory te są
wykonane w kształcie dwóch stoŜków. Wewnątrz tulei wewnętrznej znajduje się wał napędu ręcznej pompy
orbitalnej.
8
Na zewnętrznej powierzchni tulei
wewnętrznej wyfrezowane są odpowiednio rozmieszczone kanaliki i otwory olejowe, szereg takich otworów jest wykonany w tulei zewnętrznej. Obie tuleje są
umieszczone w korpusie sterownika.
Pomiędzy obiema tulejami znajduje się
płaska spręŜyna oddziaływująca na kątowe połoŜenie tych tulei. JeŜeli na kierownicę nie działają Ŝadne siły, spręŜyna
utrzymuje obie tuleje w połoŜeniu neutralnym tj. przy takim wzajemnym ustawieniu ich kanalików i otworów, przy
którym przewody hydrauliczne prowaRys. 7 Budowa sterownika „Orbitrol” (Pronar Narew)
dzące do siłownika są odcięte, a jednocześnie otwarta droga oleju z zębatej pompy hydraulicznej z powrotem do zbiornika. Przy obracaniu kołem
kierownicy w dowolną stronę w pierwszej chwili wzajemnie przekręcają się obie tuleje (o kąt, na jaki pozwala
większa od średnicy kołka średnica otworu na kołek w tulei wewnętrznej), co powoduje jednocześnie napięcie
płaskiej spręŜyny Gdy więc ustanie działanie sił obracających kierownicę, spręŜyna rozpręŜając się przekręca
obie tuleje do połoŜenia neutralnego.
Skręt w prawo
Skręt w lewo
Rys.8. Schemat przepływu oleju w sterowniku „orbitrol” (Pronar Narew)
Ręczna pompa orbitalna składa się ze stałego przymocowanego do korpusu sterownika, koła zębatego o
zazębieniu wewnętrznym oraz koła o zazębieniu zewnętrznym napędzanego wałem połączonym za pośrednictwem kołka z tuleją wewnętrzną, a więc i z wałem kierownicy. JeŜeli napędzana od silnika hydrauliczna pompa
zębata pracuje, to do sterownika doprowadzany jest olej pod ciśnieniem. Przy obracaniu koła kierownicy pompa orbitalna pełni rolę dozownika, który przepuszcza jedynie odpowiednią, zaleŜną od kąta skręcenia tego koła
9
porcję oleju do obu tulei w korpusie sterownika i dalej do siłownika hydraulicznego układu kierowniczego.
Działanie hydrostatycznego układu kierowniczego polega na tym, Ŝe obrócenie, przed zamierzonym skrętem
na przykład w prawo, koła kierowniczego powoduje odpowiednią zmianę połoŜenia elementów sterownika i
skierowanie oleju pod ciśnieniem na tłok siłownika hydraulicznego, a jednocześnie otwarcie drogi oleju spod
tłoka (poprzez sterownik) do zbiornika. Olej pod ciśnieniem tłoczony nad tłok powoduje wysuwanie się tłoczyska i przekręcanie w prawo dźwigni, która powoduje skręt obu kół przednich w prawo. W przypadku uszkodzenia silnika lub pompy zębatej układu kierowniczego moŜliwe jest kierowanie pojazdem. Jednak siła przyłoŜona do koła kierownicy musi być większa. Wtedy ręczna pompa orbitalna sterownika zasysa olej z jednej
przestrzeni siłownika poprzez zawór zwrotny i przepycha poprzez odpowiednio usytuowane kanaliki w tulejach
na przeciwną stronę siłownika.
2. METODYKA POMIARÓW
Zajęcia laboratoryjne powinny przebiegać zgodnie z podaną niŜej kolejnością. Zmiana kolejności wykonywania poszczególnych zadań moŜliwa jest tylko po ustaleniu tego z prowadzącym zajęcia.
2.1. Sprawdzenie wiedzy ogólnej
Warunkiem przystąpienia do zajęć jest wykazanie się wiedzą teoretyczną z zakresu tematu zajęć laboratoryjnych. Sprawdzenie wiadomości z zakresu tematu wykonywanego ćwiczenia odbędzie się na podstawie
zaliczenia pisemnego po zakończeniu bloku tematycznego.
2.2. Zapoznanie się z budową stanowiska
Zajęcia będą przeprowadzane w oparciu o plansze, modele, przekroje mechanizmów i stanowisko układu kierowniczego z hydraulicznym wspomaganiem „orbitrol".
Układ kierowniczy ze wspomaganiem zamocowany jest na sztywnej konstrukcji ramowej.
2.3. Przebieg pomiarów
Studenci przeprowadzają demontaŜ i montaŜ sterownika „orbitrol" w oparciu o instrukcję, rysunek 7 (budowa sterownika ), rysunek 8 (schemat przepływu).
3. WYMAGANIA BHP
Nie naleŜy przystępować do demontaŜu bez zgody osoby prowadzącej. Podczas przeprowadzania czynności zarówno demontaŜowych jak i montaŜowych naleŜy:
- uŜywać tylko słuŜących do tego celu narzędzi i przyrządów nieuszkodzonych,
- elementy demontowane układać w wyznaczonym miejscu,
- czynności demontaŜowe elementów naleŜy wykonywać uwaŜnie, uwzględniając moŜliwość spowodowania
przez nie uszkodzenia ciała,
- o zaistniałych zdarzeniach niezwłocznie poinformować prowadzącego ćwiczenie.
4. SPRAWOZDANIE Z ĆWICZENIA
Sprawozdanie studenckie winno zawierać:
- stronę tytułową;
- cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego;
- wykresy charakterystyk otrzymanych z poszczególnych pomiarów;
- wykonane obliczenia;
- dwie karty weryfikacji wybranych przez prowadzącego części składowych przekładni;
- wnioski.
10
5. PYTANIA KONTROLNE
1. Zadania układu kierowniczego
2. Wymagania stawiane układom kierowniczym
3. Podział ze względu na rozwiązanie konstrukcyjne i krótka charakterystyka przekładni kierowniczych
4. Budowa mechanizmu kierowniczego ze wspomaganiem
5. Zadania i wymagania stawiane mechanizmom wspomagania
6. LITERATURA
1. Dajniak: Ciągniki- Teoria ruchu i konstruowanie.
2. Juziuczuk K., Kamiński Z., Czaban J., Szpica D., (2011), Laboratorium pojazdów : analiza funkcjonalna i
zagadnienia ruchu , red. nauk. F. Siemieniako, Oficyna Wydawnicza Politechniki Białostockiej, Białystok.
3. Łukasiewicz, M. Wykonywanie naprawy układów kierowniczych. Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2007.
4. Materiały firmy Pronar Narew.
5. Reimpell J., Betzler J., (2004), Podwozia samochodów: podstawy konstrukcji, Wydaw. Komunikacji i Łączności, Warszawa.
6. Studziński, K. Samochód- teoria, konstrukcja, obliczanie. WKŁ Warszawa 1980.
PROTOKÓŁ POMIAROWY
11
KARTA WERYFIKACJI
Nr 1
PS-8
Ilość
stron
Strona
Nazwa sprzętu
Nazwa części nr 1
Nr. Zespołu
Numer katalogowy
Schemat części:
Lp.
Określenie uszkodzenia – warunki techniczne
1
Sprawdzenie czy na powierzchni nie
ma pęknięć, ubytków, deformacji
2
3
Data
Przyrząd
kontrolny lub
sposób sprawdzania
Wymiar zmierzony
Wymiar nominalny lub naprawczy
Orzeczenie
weryfikatora
..........................................................
..........................................................
Opracował
Data
Sprawdził
Data
Zatwierdził
12
KARTA WERYFIKACJI
Nr 2
PS-8
Ilość
stron
Strona
Nazwa sprzętu
Nazwa części nr 2
Nr. Zespołu
Numer katalogowy
Schemat części:
Lp.
Określenie uszkodzenia – warunki techniczne
1
Sprawdzenie czy na powierzchni nie
ma pęknięć, ubytków, deformacji
2
3
Data
Przyrząd
kontrolny lub
sposób sprawdzania
Wymiar zmierzony
Wymiar nominalny lub naprawczy
Orzeczenie
weryfikatora
..........................................................
..........................................................
Opracował
Data
Sprawdził
Data
Zatwierdził
13

PS-8 - Katedra Budowy i Eksploatacji Maszyn

Transkrypt

Podobne dokumenty

jak działa hydrauliczny układ wspomagania kierownicy - Skraw-Met