Рулевое управление
Рулевым управлением называется совокупность устройств, осуществляющих поворот управляемых колес автомобиля.
Рис. 2. Рулевые управления при независимой (а) и зависимой (б) подвесках управляемых колес:
1 - рулевое колесо; 2 - вал; 3 - рулевая передача (механизм); 4 и 12- цапфы;
5, 9, 11 и 14 - рычаги; 7- сошка; 6, 8, 10, 13 и 15 - тяги
Травмобезопасное рулевое управление
Кроме рулевого колеса с утопленной ступицей и двумя спицами, что значительно снижает тяжесть наносимых травм при ударе, в рулевом механизме устанавливают специальное энергопоглощающее устройство, а рулевой вал выполняют составным. Все это обеспечивает незначительное перемещение рулевого вала внутрь кузова автомобиля при лобовом столкновении с препятствием.
а - складывающийся рулевой вал; б - сильфонный вал; в - перфорированный вал; 1- кронштейн; 2 - карданный шарнир; 3 - цилиндр; 4- труба
В травмобезопасных рулевых управлениях легковых автомобилей применяют и другие энергопоглощающие устройства, которые соединяют составные рулевые валы: резиновые муфты специальной конструкции, устройства типа японского фонарика, в виде нескольких продольных пластин, приваренных к концам соединяемых частей рулевого вала. При столкновениях резиновая муфта разрушается, а соединительные пластины деформируются, уменьшая перемещение рулевого вала внутрь салона кузова.
Рулевой механизм
Рулевым называется механизм, преобразующий вращение рулевого колеса в поступательное перемещение рулевого привода, вызывающее поворот управляемых колес. Он служит для увеличения усилия водителя, прилагаемого к рулевому колесу, и передачи его к рулевому приводу.
Увеличение усилия, прилагаемого к рулевому колесу, проис-k ходит за счет передаточного числа рулевого механизма. Передаточное число рулевого механизма - это отношение угла поворота рулевого колеса к углу поворота вала рулевой сошки. В зависимости от типа автомобиля оно составляет 15...20 у легковых автомобилей и 20... 25 у грузовых автомобилей и автобусов. Такие передаточные числа за 1 ...2 полных оборота рулевого колеса обеспечивают поворот управляемых колес автомобилей на максимальные углы (35...45°).
На автомобилях применяются различные типы рулевых механизмов.
а - червячно-роликовый; б - винтореечный; в - реечный; 1 - червяк; 2, 4 и 9 - валы; 3 - ролик; 5 - винт; 6 - гайка; 7 - шарик; 8 - сектор; 10 - шестерня; 11 - рейка
Рулевой привод
Рулевым приводом называется система тяг и рычагов, осуществляющая связь управляемых колес автомобиля с рулевым механизмом. Он служит для передачи усилия от рулевого механизма к управляемым колесам и обеспечения их правильного поворота.
На автомобилях применяют различные типы рулевых приводов.
Основной частью рулевого привода является рулевая трапеция
Рулевая трапеция может быть передней или задней в зависимости от ее расположения перед осью передних управляемых колес (см. рис. 2, а) или за ней (см. рис. 2, б). Применение рулевого привода с передней или задней рулевой трапецией зависит от компоновки автомобиля и его рулевого управления. При этом рулевой привод может быть с неразрезной или разрезной рулевой трапецией в зависимости от типа подвески.
Неразрезная рулевая трапеция имеет сплошную поперечную рулевую тягу, соединяющую управляемые колеса (см. рис. 2, б).
Такую трапецию применяют при зависимой подвеске передних управляемых колес на грузовых автомобилях и автобусах.
Разрезная рулевая трапеция имеет многозвенную поперечную рулевую тягу, соединяющую управляемые колеса (см. рис. 2, а).
Ее используют при независимой подвеске управляемых колес на легковых автомобилях.
Рулевой усилитель
Рулевым усилителем называется механизм, создающий под давлением жидкости или сжатого воздуха дополнительное усилие на рулевой привод, необходимое для поворота управляемых колес автомобиля.
1 - золотник; 2, 3 и 11- маслопроводы; 4- пружина; 5-колесо; 6 и 9- тяги; 7 и 8- рычаги; 10 - поршень; а ...г - камеры; А и В - полости; Б - бачок; ГН - гидронасос; РМ - рулевой механизм; ГР - гидрораспределитель; ГЦ - гидроцилиндр
Конструкции рулевого управления
Левое, травмобезопасное, без усилителя. Травмобезопасность рулевого управления обеспечивается конструкцией промежуточного вала рулевого колеса и специальным креплением рулевого вала к кузову автомобиля.
1 и 3 - тяги; 2 - сошка; 4 и 7 - рычаги; 5 - муфта; 6 - кулак; 8 и 16 - кронштейны; 9 - подшипник; 10 - труба; 11 и 13 - валы; 12 - картер; 14 - колонка; 15- рулевое колего; 17- палец; 18 - чехол; 19 - наконечник; 20 - вкладыш; 21 - пружина; 22 - заглушка
Рулевой механизм легкового автоммобиля ВАЗ повышенной проходимости:
1 - сошка; 2 и 13 - манжеты; 3- втулка; 4 - картер; 5 и 12- валы; 6 - ролик; 7- винт; 8- гайка; 9- пробка; 10 и 16- крышки; 11 - червяк; 14 и 18 - подшипники; 15- регулировочные прокладки; 17- ось
1 - рычаг; 2 - шарнир; 3 и 5 - тяги; 4и 34- гайки; 6- палец; 7 и 13- чехлы; 8 - вкладыш; 9 и 33 - пружины; 10 и 20 - болты; 11- скоба; 12 - опора; 14 и 15 - пластины; 16 и 17- втулки; 18- рейка; 19- картер; 21 - муфта; 22- гасящее устройство, 23 - рулевое колесо; 24, 29 и 31 - подшипники; 25 - вал; 26- колонка; 27- кронштейн; 28- колпак; 30- шестерня; 32- упор
К рулевому механизму предъявляются следующие требования
:
- оптимальное передаточное число, определяющее соотношение между необходимым углом поворота рулевого колеса и усилием на нем;
- незначительные потери энергии при работе (высокий КПД);
- возможность самопроизвольного возврата рулевого колеса в нейтральное положение, после того как водитель перестал удерживать рулевое колесо в повернутом положении;
- незначительные зазоры в подвижных соединениях для обеспечения малого люфта или свободного хода рулевого колеса;
- высокая надежность.
Наибольшее распространение на легковых автомобилях сегодня получили реечные рулевые механизмы.
Реечный рулевой механизм без гидроусилителя
:
1 - чехол;
2 - вкладыш;
3 - пружина;
4 - шаровой палец;
5 - шаровой шарнир;
6 - упор;
7 - рулевая рейка;
8 - шестерня
Конструкция такого механизма включает в себя шестерню, установленную на валу рулевого колеса, и связанную с ней зубчатую рейку. При вращении рулевого колеса рейка перемещается вправо или влево и через присоединенные к ней тяги рулевого привода поворачивает управляемые колеса.
Причинами широкого применения на легковых автомобилях именно такого механизма являются: простота конструкции, малые масса и стоимость изготовления, высокий КПД, небольшое число тяг и шарниров. Кроме того, расположенный поперек автомобиля корпус реечного рулевого механизма оставляет достаточно места в моторном отсеке для размещения двигателя, трансмиссии и других агрегатов автомобиля. Реечное рулевое управление обладает высокой жесткостью, что обеспечивает более точное управление автомобилем при резких маневрах.
Вместе с тем реечный рулевой механизм обладает и рядом недостатков: повышенная чувствительность к ударам от дорожных неровностей и передача этих ударов на рулевое колесо; склонность к виброактивности рулевого управления, повышенная нагруженность деталей, сложность установки такого рулевого механизма на автомобили с зависимой подвеской управляемых колес. Это ограничило сферу применения такого типа рулевых механизмов только легковыми (с вертикальной нагрузкой на управляемую ось до 24 кН) автомобилями с независимой подвеской управляемых колес.
Реечный рулевой механизм с гидроусилителем
:
1 - жидкость под высоким давлением;
2 - поршень;
3 - жидкость под низким давлением;
4 - шестерня;
5 - рулевая рейка;
6 - распределитель гидроусилителя;
7 - рулевая колонка;
8 - насос гидроусилителя;
9 - резервуар для жидкости;
10 - элемент подвески
Рулевой механизм типа «глобоидальный червяк-ролик» без гидроусилителя
:
1 - ролик;
2 - червяк
Легковые автомобили с зависимой подвеской управляемых колес, малотоннажные грузовые автомобили и автобусы, легковые автомобили высокой проходимости оснащаются, как правило, рулевыми механизмами типа «глобоидальный червяк-ролик». Ранее такие механизмы применялись и на легковых автомобилях с независимой подвеской (например, семейство ВАЗ-2105, -2107), но в настоящее время их практически вытеснили реечные рулевые механизмы.
Механизм типа «глобоидальный червяк–ролик»
представляет собой разновидность червячной передачи и состоит из соединенного с рулевым валом глобоидального червяка (червяка с переменным диаметром) и ролика, установленного на вале. На этом же вале вне корпуса рулевого механизма установлен рычаг (сошка), с которым связаны тяги рулевого привода. Вращение рулевого колеса обеспечивает обкатывание ролика по червяку, качание сошки и поворот управляемых колес.
В сравнении с реечными рулевыми механизмами червячные механизмы имеют меньшую чувствительность к передаче ударов от дорожных неровностей, обеспечивают большие максимальные углы поворота управляемых колес (лучшая маневренность автомобиля), хорошо компонуются с зависимой подвеской, допускают передачу больших усилий. Иногда червячные механизмы применяют на легковых автомобилях высокого класса и большой собственной массы с независимой подвеской управляемых колес, но в этом случае усложняется конструкция рулевого привода - добавляется дополнительная рулевая тяга и маятниковый рычаг. Кроме того, червячный механизм требует регулировки и дорог в изготовлении.
Рулевой механизм типа «винт-шариковая гайка–рейка–зубчатый сектор» без гидроусилителя (а)
:
1 - картер;
2 - винт с шариковой гайкой;
3 - вал-сектор;
4 - пробка заливного отверстия;
5 - регулировочные прокладки;
6 - вал;
7 - уплотнитель рулевого вала;
8 - сошка;
9 - крышка;
10 - уплотнитель вала-сектора;
11 - наружное кольцо подшипника вала-сектора;
12 - стопорное кольцо;
13 - уплотнительное кольцо;
14 - боковая крышка;
15 - пробка;
со встроенным гидроусилителем (б)
:
1 - регулировочная гайка;
2 - подшипник;
3 - уплотнительное кольцо;
4 - винт;
5 - картер;
6 - поршень-рейка;
7 - гидравлический распределитель;
8 - манжета;
9 - уплотнитель;
10 - входной вал;
11 - вал-сектор;
12 - защитная крышка;
13 - стопорное кольцо;
14 - уплотнительное кольцо;
15 - наружное кольцо подшипника вала-сектора;
16 - боковая крышка;
17 - гайка;
18 - болт
Наиболее распространенным рулевым механизмом для тяжелых грузовых автомобилей и автобусов является механизм типа «винт–шариковая гайка–рейка–зубчатый сектор». Иногда рулевые механизмы такого типа можно встретить на больших и дорогих легковых автомобилях (Mercedes, Range Rover и др.).
При повороте рулевого колеса вращается вал механизма с винтовой канавкой и перемещается надетая на него гайка. При этом гайка, имеющая на внешней стороне зубчатую рейку, поворачивает зубчатый сектор вала сошки. Для уменьшения трения в паре винт–гайка передача усилий в ней происходит посредством шариков, циркулирующих в винтовой канавке. Данный рулевой механизм имеет те же преимущества, что и рассмотренный выше червячный, но имеет большой КПД, позволяет эффективно передавать большие усилия и хорошо компонуется с гидравлическим усилителем рулевого управления.
Ранее на грузовых автомобилях можно было встретить и другие типы рулевых механизмов, например «червяк–боковой сектор», «винт–кривошип», «винт–гайка–шатун–рычаг». На современных автомобилях такие механизмы из-за их сложности, необходимости регулировки и низкого КПД практически не применяются.
Рулевое управление — одна из основных систем автомобиля, которая представляет собой совокупность узлов и механизмов, предназначенных для синхронизации положения рулевого колеса (руля) и угла поворота управляемых колес (в большинстве моделей автомобилей это передние колеса). Основное назначение рулевого управления для любых транспортных средств — это обеспечение поворота и поддержание заданного водителем направления движения.
Конструктивно система рулевого управления состоит из следующих элементов:
Стоит также отметить, что подвеска и рулевое управление автомобиля имеют тесную взаимосвязь. Жесткость и высота первой определяют степень отклика автомобиля на вращение рулевого колеса.
В зависимости от типа редуктора системы, рулевой механизм (система рулевого управления) может быть следующих видов:
В зависимости от вида усилителя, который предусматривает устройство рулевого управления, различают системы:
Рулевое управление современного автомобиля может быть дополнено следующими системами:
Согласно стандарту, к рулевому управлению применяются следующие основные требования:
Существует еще один стандартный параметр, определяющий нормальное функционирование рулевого управления — это суммарный люфт. Данный параметр представляет собой величину угла поворота руля до начала поворота управляемых колес.
Значение допустимого суммарного люфта в рулевом управлении должно быть в пределах:
В современных автомобилях может быть предусмотрено правостороннее или левостороннее рулевое управление, что зависит от вида транспортного средства и законодательства отдельных стран. В зависимости от этого руль может располагаться справа (при левостороннем движении) или слева (при правостороннем).
В большинстве стран левостороннее рулевое управление (или правостороннее движение). Основное отличие механизмов не только в позиции руля, но и в рулевом редукторе, который адаптирован под различные стороны подключения. С другой стороны, переоборудование правостороннего руля на левостороннее рулевое управление все же возможно.
В некоторых видах спецтехники, например, в тракторах, предусматривается гидрообъемное рулевое управление, которое обеспечивает независимость положения руля от компоновки других элементов. В этой системе отсутствует механическая связь привода и рулевого колеса. Для выполнения поворота колес гидрообъемное рулевое управление предусматривает силовой цилиндр, которым управляет насос-дозатор.
Основные достоинства, которые имеет гидрообъемное рулевое управление для транспортных средств в сравнении с классическим рулевым механизмом с гидравлическим усилителем: необходимость приложения меньших усилий для выполнения поворота, отсутствие люфта, а также возможность произвольного расположения узлов системы.
5.3. Устройство и работа рулевого управления
Рулевое управление служит для поворота передних колес автомобиля во время его движения и состоит из рулевого привода и рулевого механизма. Для того чтобы движение колес автомобиля на повороте происходило без бокового скольжения, управляемые колеса должны поворачиваться на различные углы: внутреннее колесо на больший угол, а внешнее – на меньший.
Рулевой механизм служит для преобразования вращательного движения рулевого колеса в поступательное прямолинейное движение, передаваемое колесам. Для прямолинейного движения нужно преобразовать вращательное движение рулевого колеса в качание рулевой сошки или создать возвратно-поступательное движение рейки рулевого механизма. Помимо этого, рулевой механизм обеспечивает понижающее передаточное число, благодаря которому уменьшается усилие, прикладываемое водителем для управления колесами. Это особенно важно, когда автомобиль неподвижен или медленно двигается и вращение руля максимально затруднено.
Соотношение между углом поворота рулевого колеса и углом поворота колес называется передаточным числом рулевого управления. Передаточные числа могут быть постоянными и переменными. Рулевое управление с постоянным передаточным числом именуется «линейным». При линейном рулевом управлении поворот рулевого колеса на фиксированное количество градусов перемещает управляемые колеса на пропорциональный угол, зависящий от передаточного числа, при любом положении рулевого управления.
Рулевое управление с переменным передаточным числом именуется «пропорциональным». При пропорциональном рулевом управлении передаточное число изменяется с каждым поворотом рулевого колеса. Как правило, по мере увеличения угла поворота рулевого колеса скорость изменения угла поворота колес увеличивается. Передаточное число – это угол поворота рулевого колеса, деленный на угол поворота колес.
Обычно понижающее передаточное число рулевого управления находится в пределах от 14:1 до 22:1. При передаточных числах от 14:1 до 18:1, как правило, требуется усилитель рулевого управления. Для перемещения колес между предельными положениями требуется повернуть рулевое колесо на 3–4 полных оборота. Рулевой механизм должен быть достаточно прочным и выдерживать разные нагрузки, которым он подвергается в различных условиях движения. Водитель не должен ощущать через рулевое колесо толчки, сопровождающие движение.
5.3.1. Рулевые механизмы
Существует несколько различных вариантов конструкций рулевых механизмов, но основных типов два:
Рулевые механизмы с вращательным движением (рис. 5.26);
Рис. 5.26. Рулевой механизм с вращательным движением
Рулевые механизмы со скользящим движением (рис. 5.27).
Рис. 5.27. Рулевой механизм со скользящим движением
Рулевые механизмы с вращательным движением
Рулевые механизмы с вращательным движением имеют различные конструкции:
Шариковинтовой рулевой механизм;
Рулевой механизм типа «винт-гайка» с кольцами-ползунами;
Червячно-секторный рулевой механизм;
Червячно-роликовый рулевой механизм;
Рулевой механизм с червяком и роликовым пальцем.
На рис. 5.28 изображен шариковинтовой рулевой механизм. В нем используется несколько шариков, которые циркулируют в «дорожках», образованных канавками, имеющимися в рулевой гайке и на рулевом валу. При вращении рулевого вала шарики катятся по «дорожкам» и заставляют рулевую гайку перемещаться вверх или вниз по рулевому валу. Рулевую сошку вращает зубчатый сектор, который находится в зацеплении с зубьями на рулевой гайке.
Рис. 5.28. Шариковинтовой рулевой механизм
Передаточное число в этом рулевом механизме постоянное. Шарики снижают трение между подвижными элементами, поэтому рулевой механизм этого типа практически не подвержен износу. Повышенный люфт в рулевом механизме, как правило, можно устранить путем регулировки положения рулевого вала.
На рис. 5.29 изображен рулевой механизм с червяком и роликовым пальцем. В его конструкции используется цилиндрический червяк с неравномерным шагом. При вращении червяка конический палец перемещается в осевом направлении вдоль червяка. Рулевая сошка закреплена на соответствующем валу, соединенным с пальцем, и может поворачиваться на 70°. Износ рабочих элементов этого механизма относительно низкий, люфт в рулевом вале и между пальцем и червяком регулируется. Передаточное число рулевого механизма с червяком и роликовым пальцем пропорционально изменяется вследствие неравномерного шага червяка.
Рис. 5.29. Рулевой механизм с червяком и роликовым пальцем
Червячно-секторный рулевой механизм представлен на рис. 5.30.
Рис. 5.30. Червячно-секторный рулевой механизм
В рулевом механизме этого типа на конце рулевого вала предусмотрен цилиндрический червяк, который перемещает зубчатый сектор. Преимущество червячного рулевого механизма заключается в том, что можно легко добиться высокого передаточного числа – до 22:1. Зубчатый сектор находится в постоянном зацеплении с червяком, любой поворот рулевого вала вызывает поворот зубчатого сектора. Рулевая сошка закреплена на зубчатом секторе и может поворачиваться на 70°. Износ рулевого механизма этого типа относительно высокий из-за трения скольжения рабочих элементов. Недостаток червячно-секторного рулевого механизма состоит в том, что водителю требуется прикладывать к рулевому колесу значительное усилие.
На рис. 5.31 изображен рулевой механизм типа «винт-гайка» с кольцами-ползунами.
Рис. 5.31. Рулевой механизм типа «винт-гайка» с кольцами-ползунами
По принципу действия этот механизм аналогичен рулевому механизму с циркуляцией шариков. Кольца-ползуны, расположенные сбоку от рулевой гайки, передают перемещение гайки к рулевой вилке. Рулевая сошка, установленная на вал сошки, который находится на рулевой вилке, поворачивается на 90°. Износ рулевого механизма этого типа, вызываемый трением, как правило, высокий. Передаточное число постоянное.
Рис. 5.32 представляет червячно-роликовый рулевой механизм.
Рис. 5.32. Червячно-роликовый рулевой механизм
В этом рулевом механизме для передачи движения от червяка вместо зубчатого сектора используется ролик. Червяк в этом рулевом механизме сводится на конус в направлении к центру и принимает форму, напоминающую песочные часы (глобоидную). Преимущество этой формы червяка в том, что она позволяет ролику поворачиваться относительно своего центра, и это уменьшает размер рулевого механизма. Рулевая сошка прикреплена к валу ролика и может поворачиваться на 90°. Передаточное число остается постоянным. Повышенный люфт можно устранить, отрегулировав положение рулевого вала.
Рулевой механизм со скольжением
На рис. 5.33 изображен рулевой механизм с постоянным шагом зубьев – наиболее распространенный тип рулевого механизма, применяемый в современных автомобилях.
Рис. 5.33. Рулевой механизм с постоянным шагом зубьев
В реечных рулевых механизмах для создания линейного перемещения рейки используется вращающаяся шестерня. Зубья шестерни находятся в постоянном зацеплении с зубьями рейки, и любое перемещение вала рулевой колонки вызывает поперечное перемещение рулевой рейки. Перемещение рейки напрямую передается к рулевым тягам, установленным на обоих концах рейки. Шаровые шарниры, расположенные между рейкой и рулевыми тягами, обеспечивают возможность независимого вертикального перемещения рулевых тяг. Рейка удерживается в зацеплении с шестерней с помощью подпружиненной прижимной колодки, которая регулирует любой зазор между зубьями. Трение скольжения между рейкой и шестерней осуществляет амортизирующее действие и поглощает толчки, возникающие при движении.
В числе преимуществ реечного рулевого механизма – прямое рулевое управление. Передаточное число постоянное.
На рис. 5.34 изображена рейка рулевого механизма с переменным шагом зубьев. Для наглядности корпус и шестерня рулевого механизма не показаны.
Рис. 5.34. Рейка рулевого механизма с переменным шагом зубьев
Реечный рулевой механизм с переменным шагом зубьев работает так же, как и описанный выше реечный рулевой механизм с постоянным шагом. В центре рейки шаг зубьев больше, чем на краях. Переменный шаг дает возможность увеличивать передаточное число рулевого управления по мере вращения шестерни. Зубья в центре рейки обеспечивают большее перемещение рейки при каждом повороте шестерни, для чего требуется относительно большое усилие. Зубья на концах рейки обеспечивают меньшее перемещение рейки, для чего требуется относительно небольшое усилие водителя. Для устранения этого недостатка на современных автомобилях устанавливаются усилители рулевого управления. Фактически в этой системе, чем больше поворачивается рулевое колесо, тем меньше усилие. При движении по прямой рулевое управление тяжелее, чем при повороте рулевого колеса в предельное положение – это облегчает маневрирование и парковку.
В реечном рулевом механизме с переменным шагом предусмотрено пропорционально возрастающее передаточное число.
На рис. 5.35 (см. также на цветной вклейке рис. ЦВ 5.35) изображена типовая гидравлическая система усилителя рулевого управления, оснащенная жидкостным насосом, который служит для подачи рабочей жидкости под давлением в гидравлический контур. Насос может иметь электрический привод и находиться в бачке усилителя рулевого управления или иметь механический привод от двигателя.
Рис. 5.35. Гидравлическая система усилителя рулевого управления
Механические насосы, как правило, снабжены отдельным бачком для рабочей жидкости. Рабочая жидкость под давлением, созданным насосом, поступает в золотниковый распределительный клапан в рулевом механизме. Когда рулевой вал находится в прямолинейном положении, рабочая жидкость проходит через золотниковый распределительный клапан и возвращается в бачок. При повороте рулевого колеса золотниковый распределительный клапан направляет рабочую жидкость на соответствующую сторону поршня, который располагается в цилиндре на конце реечного рулевого механизма. Тяга, присоединенная к поршню, соединена с рейкой, и любое давление рабочей жидкости, воздействующее на поршень, способствует перемещению рейки. Рабочая жидкость с обратной стороны возвращается в бачок через золотниковый распределительный клапан. При повороте рулевого колеса в другом направлении происходит противоположный процесс. Если усилитель рулевого управления выходит из строя, сохраняется механическое действие рулевого механизма, но при этом придется прикладывать гораздо большее усилие.
5.3.2. Рулевой привод
Рулевой привод служит для передачи усилия водителя через рулевое колесо к управляемым колесам автомобиля. Рулевой механизм преобразует вращательное движение рулевого колеса в прямолинейное движение, которое тянет тяги рулевого привода. Преобразованное движение передается от рулевого механизма к рулевому приводу. Шаровые шарниры на концах продольных и поперечных рулевых тяг обеспечивают возможность любых поворотных и вращательных перемещений в приводе. Компоновка и количество поперечных рулевых тяг в рулевом приводе зависит от конструкции моста и подвески.
Варианты компоновки приводов рулевого механизма
Простейшая конструкция рулевого привода – это односекционная поперечная рулевая тяга, перемещаемая рулевой сошкой (рис. 5.36). Рулевая сошка толкает или тянет продольную рулевую тягу для перемещения рычага, который соединен с поворотным шарниром на поворотном кулаке. Поперечная рулевая тяга соединяет оба поворотных шарнира на поворотных кулаках передних колес автомобиля. Любое перемещение одного из поворотных шарниров передается через рулевую тягу к шарниру на противоположном поворотном кулаке.
Рис. 5.36. Рулевой привод с односекционной рулевой тягой
Рулевой привод этого типа, как правило, применяется в автомобилях с жестким мостом, в которых расстояние между рычагами поворотных кулаков не изменяется. Для соединения продольной рулевой тяги с рычагами поворотных кулаков служат шаровые шарниры.
На рис. 5.37 изображен доработанный вариант односекционной рулевой тяги – рулевой привод с двухсекционной рулевой тягой, перемещаемой рулевой сошкой. Рулевая сошка тянет или толкает две отдельные рулевые тяги, которые соединены с рычагами поворотных кулаков посредством шаровых шарниров. Перемещение рулевых тяг поворачивает поворотные шарниры на поворотных кулаках. Рулевой привод этого типа, как правило, применяется в автомобилях с независимой подвеской, в которой поворотные шарниры могут перемещаться один независимо от другого.
Рис. 5.37. Рулевой привод с двухсекционной рулевой тягой
Рулевой привод с трехсекционной рулевой тягой, перемещаемой рулевой сошкой, представлен на рис. 5.38. В этой рулевой тяге предусмотрен маятниковый рычаг, который передает движение рулевого управления к противоположной стороне автомобиля. Рулевой привод этого типа применяют в автомобилях с независимой подвеской, но у этого варианта конструкции высокая стоимость.
Рис. 5.38. Рулевой привод с трехсекционной рулевой тягой
Трехсекционная рулевая тяга обеспечивает самую высокую степень точности и максимальный контроль над рулевым управлением. При движении автомобиля по неровной дороге толчки передаются через рулевой привод и механизм рулевого управления водителю. Для смягчения этих толчков на рулевой привод устанавливают амортизатор. Амортизаторы рулевого управления могут быть встроены в рулевой привод любого типа (рис. 5.39), но в автомобилях с реечным рулевым механизмом их применяют не часто. Амортизатор рулевого управления помогает противодействовать повышению усилий на рулевом колесе и непреднамеренному перемещению рулевого колеса.
Рис. 5.39. Амортизаторы рулевого управления
На рис. 5.40 изображены рулевые приводы с двухсекционными рулевыми тягами перемещаемой рейки. В реечной системе рулевого управления для передачи рулевого воздействия к поворотным кулакам используются две рулевые тяги.
Рис. 5.40. Рулевые приводы с двухсекционными рулевыми тягами
Существуют также рулевые рейки для соединения с поворотными кулаками. В них применяются рулевые привода похожей конструкции. Прямолинейное перемещение рулевой рейки передается через шаровой шарнир на рулевые тяги.
5.3.3. Диагностика и техническое обслуживание передней, задней подвески и рулевого управления
Неисправности и способы их устранения
Величина свободного хода рулевого колеса указана в инструкции по эксплуатации автомобиля. Увеличенный свободный ход обнаруживается покачиванием рулевого колеса. Причин для его возникновения может быть несколько:
Ослабление затяжки гаек крепления шаровых шарниров рулевых тяг;
Увеличенный зазор шаровых шарниров рулевых тяг;
Увеличенный зазор шаровых шарниров рычагов передней подвески;
Люфт в результате износа передних ступичных подшипников;
Люфт в результате износа зубьев рулевого механизма;
Люфт в упругой муфте, соединяющей рулевой механизм с валом рулевого колеса;
Люфт в подшипниках рулевого вала рулевого колеса.
Для устранения неисправности необходимо проверить затяжку всех креплений и произвести замену изношенных деталей.
Шум (стуки) в рулевом управлении могут вызвать следующие причины:
Ослабление гаек крепления шаровых шарниров рулевых тяг;
Увеличение зазора между упором рейки и гайкой;
Ослабление гаек крепления рулевого механизма, а также все вышеперечисленные неисправности.
Тугое вращение рулевого колеса:
Повреждение подшипника верхней опоры вала рулевого колеса;
Понижение давления воздуха в шинах передних колес;
Повреждение деталей телескопической стойки и подвески колес;
Нарушение работы насоса рулевого гидроусилителя;
Попадание посторонних частиц в гидросистему рулевого управления;
Повышенный уровень масла в бачке насоса рулевого управления;
Износ или повреждение манжет рулевого механизма и насоса;
Износ шлангов гидросистемы.
Для устранения неисправностей необходимо проверить затяжку всех креплений и произвести замену изношенных узлов и деталей, а также проверить уровень жидкости гидроусилителя рулевого управления и заменить изношенные и поврежденные детали гидроусилителя.
Из книги Пилотируемые полеты на Луну автора Шунейко Иван Иванович2.1. Реактивная система управления корабля Apollo. Общая характеристика системы управления Все 3 отсека корабля Apollo – командный отсек, служебный отсек и лунный корабль – имеют самостоятельные реактивные системы управления (рис. 21.1). Рис. 21.1. Корабль Apollo: 1 – лунный корабль; 2 –
Из книги Теплотехника автора Бурханова Наталья Из книги Определение и устранение неисправностей своими силами в автомобиле автора Золотницкий ВладимирРабота бесплатформенной аварийной системы управления Двумя участками, на которых работа аварийной системы управления в максимальной степени подвержена влиянию динамики полета лунного корабля, являются участки спуска и подъема (обычно разделенные отрезком времени, в
Из книги Последний рывок советских танкостроителей автора Апухтин Юрий Из книги Мир Авиации 2000 01 автора Автор неизвестенДиагностика неисправностей рулевого управления и их устранение Повышенная передача но руль дорожных толчков при движении автомобиля. Вибрация и стуки, ощущаемые на рулевом колесе Диагностика элементов рулевого управления сводится к прослушиванию стуков при резких
Из книги Обслуживаем и ремонтируем Волга ГАЗ-3110 автора Золотницкий Владимир АлексеевичРабота на поприще СТК Этим «Посмотрим» заканчивается мой дневник, дальше записей я не вёл по причине какой-то беспросветной перспективы создания танка, принципиально ничего не менялось и работы продолжались в том же духе, что и в 1989 г.После избрания меня председателем
Из книги Советы автомеханика: техобслуживание, диагностика, ремонт автора Савосин СергейМужская работа Владимир РАТКИН Москва«Гул моторов нарушал тишину нашего командного пункта. Вдруг я услышал, как кто-то бранится, призывая на помощь всех святых. …Вероятно, опять какая-то авария, подумал я. В этот час это было неприятно. Регулярно в десять часов вечера
Из книги Грузовые автомобили. Ведущие мосты автора Мельников ИльяВозможные неисправности рулевого управления с
Из книги Грузовые автомобили. Кривошипно-шатунный и газораспределительный механизмы автора Мельников Илья2.2. Устройство и работа Бензиновый двигатель – это двигатель с возвратно-поступательным движением поршней и принудительным воспламенением, работающий на топливно-воздушной смеси. В процессе сгорания запасенная в топливе химическая энергия преобразуется в тепловую, а
Из книги История электротехники автора Коллектив авторов4.1. Устройство и работа Для передачи крутящего момента от коленчатого вала двигателя к колесам автомобиля необходимо сцепление (если у автомобиля ручная КПП), коробка передач, карданная передача (для заднеприводной машины), главная передача с дифференциалом и полуоси
Из книги автора5.2. Устройство и работа передней и задней подвески Рассмотрим наиболее распространенные виды подвески переднего моста.1. Двойные поперечные рычаги (рис. 5.3). Рис. 5.3. Передняя подвеска с двойными поперечными рычагамиЗдесь показаны элементы базовой системы независимой
Из книги автораНеисправности подвески и рулевого управления К неисправностям подвески и рулевого управления относятся:– увеличение свободного хода (люфта) рулевого колеса;– повышение силы, необходимой для поворота передних колес, слишком "жесткое" рулевое управление;– подтекание
Из книги автораРегулировка рулевого управления Техническое состояние рулевого управления непосредственно влияет на безопасность движения, поэтому регулировать его механизмы надо своевременно и особенно тщательно. Приближенно оценить техническое состояние рулевого колеса, т.е.
Из книги автораТехническое обслуживание системы рулевого управления с гидроусилителем руля Люфт руля на автомобилях с гидроусилителем измеряют при работающем двигателе. Как правило, рулевой механизм с гидроусилителем прост в обслуживании. Даже когда отказывает насос
Из книги автораСхема, устройство работа В механизм газораспределения входят: распределительный вал и его привод. Передаточные детали – толкатели с направляющими втулками, а при верхнем расположении клапанов еще штанги и коромысла, клапаны, их направляющие втулки и пружины, опорные
Из книги автора5.5.4. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ И КОМПЛЕКСЫ ПРОТИВОАВАРИЙНОГО УПРАВЛЕНИЯ Работы по созданию автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) электроэнергетических объектов были начаты с появлением
Существует несколько типов рулевого механизма Вам известно, что при повороте руля поворачиваются колеса автомобиля. Но между поворотом руля и поворотом колес происходят определенные действия.
В этой статье мы рассмотрим особенности двух наиболее распространенных типов рулевого механизма: реечный рулевой механизм и рулевой механизм с шариковой гайкой. Также мы расскажем о рулевом управлении с гидроусилителем и узнаем об интересных технологиях развития систем рулевого управления, позволяющих сократить расход топлива. Но, прежде всего, мы рассмотрим, как происходит поворот. Не все так просто, как может показаться.
Возможно, Вы удивитесь, узнав, что при повороте колеса на передней оси проходят по различной траектории.Для обеспечения плавного поворота, каждое колесо должно описать разную окружность. В связи с тем, что внутреннее колесо описывает колесо меньшего радиуса, оно совершает более крутой поворот, чем внешнее. Если провести перпендикуляр к каждому колесу, линии будут пересекаться в центральной точке поворота. Геометрия поворота заставляет внутреннее колесо поворачиваться сильнее, чем внешнее.
Существует несколько типов рулевого механизма. Наиболее распространенными являются реечный рулевой механизм и рулевой механизм с шариковой гайкой.
Реечный рулевой механизм широко используется в легковых автомобилях, грузовиках малой грузоподъемности и внедорожниках. Фактически, этот механизм довольно прост. Реечные шестерни расположены в металлической трубке, с каждой стороны которой выступает рейка. Рулевой наконечник соединяется с каждой стороной рейки.Ведущая шестерня сопряжена с валом рулевого механизма. Когда Вы поворачиваете руль, шестерня начинает вращаться и приводит рейку в движение. Рулевой наконечник на конце рейки соединяется с рулевой сошкой на шпинделе (см. рисунок).
Функции зубчатой рейки с шестерней заключаются в следующем:
Передаточное отношение рулевого механизма - это отношение градуса поворота руля к градусу поворота колес. Например, если один полный оборот руля (360 градусов) поворачивает колесо на 20 градусов, тогда передаточное отношение рулевого механизма составляет 18:1 (360 разделить на 20). Чем выше отношение, тем больше градус поворота руля. При этом, чем выше отношение, тем меньше усилий требуется приложить.
Как правило, у легких спортивных автомобилей передаточное отношение рулевого механизма ниже, чем у крупных автомобилей и грузовиков. При низком передаточном отношении у рулевого механизма более быстрый отклик, поэтому Вам не нужно с усилием крутить руль чтобы выполнить поворот. Чем меньше автомобиль, тем меньше его масса, и, даже при низком передаточном отношении, не требует прилагать дополнительное усилие для поворота.
Также существуют автомобили с переменным передаточным отношением рулевого механизма. В этом случае у зубчатой рейки с шестерней разный шаг зубьев (число зубьев на дюйм) в центре и по бокам. В результате, автомобиль реагирует на поворот руля быстрее (рейка расположена ближе к центру), а также снижается усилие при повороте руля до упора.
Часть рейки включает цилиндр с поршнем посередине. Поршень соединен с рейкой. С обеих сторон поршня имеются два отверстия. Подача жидкости под высоким давлением на одну из сторон поршня приводит поршень в движение, он поворачивает рейку, обеспечивая усиление рулевого механизма.Рулевой механизм с шариковой гайкой включает червячную передачу. Условно червячную передачу можно разделить на две части. Первая часть представляет собой металлически блок с резьбовым отверстием. Данный блок имеет зубья с наружной стороны, которые сопрягаются с шестерней, которая приводит в движение рулевую сошку (см. рисунок). Рулевое колесо соединено с резьбовым стержнем, похожим на болт, установленным в резьбовое отверстие блока. Когда рулевое колесо вращается, болт поворачивается вместе с ним. Вместо того, чтобы вкручиваться в блок, как обычные болты, этот болт закреплен так, что, когда он вращается, он приводит в движение блок, который, в свою очередь, приводит в движение червячную передачу.
Болт не соприкасается резьбой с блоком, поскольку она заполнена шарикоподшипниками, циркулирующими по механизму. Шариковые подшипники используются для двух целей: Они снижают трение и износ передачи, а также снижают загрязнение механизма. Если в рулевом механизме не будет шариков, на какое-то время зубья не будут соприкасаться друг с другом и Вы почувствуете что руль потерял жесткость.
Гидроусилитель в рулевом механизме с шариковой гайкой функционирует точно так же, как и в реечном рулевом механизме. Усиление обеспечивается подачей жидкости под высоким давлением на одну из сторон блока.
Помимо самого рулевого механизма, гидроусилитель включает несколько основных компонентов.
При вращении лопатки выталкивают гидравлическую жидкость низкого давления из обратной магистрали в выпускное отверстие под высоким давлением. Сила потока зависит от количества оборотов двигателя автомобиля. Конструкция насоса обеспечивает необходимый напор даже на холостых оборотах. В результате, насос перемещает большее количество жидкости при работе двигателя на более высоких оборотах.
Насос имеет предохранительный клапан, обеспечивающий надлежащее давление, что особенно важно при высоких оборотах двигателя, когда подается большой объем жидкости.
Основным компонентом поворотного клапана является торсион. Торсион представляет собой тонкий металлический стержень, который поворачивается под действием крутящего момента. Верхний конец торсиона соединен с рулевым колесом, а нижний с шестерней или червячной передачей (которая поворачивает колеса), при этом крутящий момент торсиона равен крутящему моменту, прилагаемого водителем для поворота колес. Чем выше прилагаемый крутящий момент, тем больше поворот торсиона. Входная часть вала рулевого механизма формирует внутреннюю часть поворотного клапана. Также он соединен с верхней частью торсиона. Нижняя часть торсиона соединена с внешней частью поворотного клапана. Торсион также вращает шестерню рулевого механизма, соединяясь с ведущей шестерней или червячной передачей, в зависимости от типа рулевого механизма.
При повороте торсион вращает внутреннюю часть поворотного клапана, внешняя часть при этом остается неподвижной. В связи с тем, что внутренняя часть клапана также соединена с рулевым валом (и, следовательно, с рулевым колесом), количество оборотов внутренней части клапана зависит от крутящего момента, прилагаемого водителем.
Когда руль неподвижен, обе гидравлические трубки обеспечивают равное значение давления на шестерню. Но при повороте клапана каналы открываются для подачи жидкости под высоким давлением к соответствующей трубке.
Практика показала не самую высокую эффективность такого типа усилителя рулевого управления.
Фактически руль работает так же, как руль для компьютерных игр. Руль будет оснащен датчиками для подачи автомобилю сигналов о направлении движения колес и моторами, обеспечивающими отклик на действия автомобиля. Выходные данные таких датчиков будут использоваться для управления рулевым механизмом с электроприводом. В этом случае устраняется необходимость наличия рулевого вала, что увеличивает свободное пространство в моторном отсеке.
General Motors представила концепт-кар Hy-wire, на котором уже установлена такая система. Отличительной особенностью такой системы с электронным управлением от GM является то, что Вы можете сами настроить управляемость автомобиля с помощью нового компьютерного программного обеспечения без замены механических компонентов. В автомобилях с электронным управлением будущего Вы сможете подстроить систему контроля под себя нажатием лишь нескольких кнопок. Все очень просто! За последние пятьдесят лет система рулевого управления не сильно изменились. Но в следующем десятилетии наступит эпоха более экономичных автомобилей
