Управления. Для чего она нужна? Основные функции направлены на преобразование вращательного движения руля в возвратно-поступательные. Такую задачу выполняет рулевое управление и механизм. На автомобилях установлены различные системы. Давайте рассмотрим устройство и принцип действия этих узлов.
Чтобы транспортные средства имели возможность перемещаться по направлению, выбранному водителем, нужно, чтобы они были оборудованы механизмами для управления. Конструкция его определяет, будет ли движение на автомобиле безопасным, а также то, на какой скорости водитель будет уставать и утомляться.
К рулевому управлению и механизму предъявляются определенные требования. В первую очередь, это обеспечение высокой маневренности. Кроме этого, механизм должен быть устроен таким образом, чтобы управлять транспортным средством было легко. По возможности обеспечивается только качение, без боковых скольжений покрышек в повороте. Управляемые колеса должны автоматически возвращаться в состояние прямолинейного движения после того, как водитель отпустит руль. Еще одно требование - отсутствие обратимости. То есть в системе управления не должно быть даже малейшей возможности передать удары от дороги на рулевое колесо.
Важно, чтобы у системы было следящее действие. Автомобиль должен сразу же реагировать даже на самые минимальные повороты руля.
Рассмотрим устройство механизма рулевого управления. В целом система представляет собой непосредственно механизм, усилитель, а также привод. Что касается типов, то различают:
Общее устройство достаточно простое. Конструкция логичная и оптимальная. Это доказано тем, что за много лет в автомобилестроении в механизм управления каких-либо значительных изменений внесено не было.
Все без исключения механизмы оснащены рулевой колонкой. В ее устройство входит несколько различных узлов и деталей. Это руль, рулевой вал, а также кожух в виде трубы с подшипниками. Кроме того, колонка состоит из различных крепежных деталей, обеспечивающих неподвижность и устойчивость всей конструкции.
Функционирует данный узел очень просто. Водитель транспортного средства воздействует на рулевое управление. Механизм преобразует усилие водителя, которое передалось по валу.
Это наиболее популярный и широко распространенный тип рулевого механизма. Таким управлением зачастую оснащают легковые автомобили, имеющие независимую систему подвески на управляемой паре колес. В основе лежит шестеренка и рейка. Первая жестко и постоянно закрепляется к рулевому валу через кардан. Также она находится в постоянном зацеплении с зубьями на рейке. Когда водитель вращает рулевое колесо, под воздействием шестеренки двигается рейка влево или вправо. С каждой стороны к ней прикреплены тяги и наконечники. Это части рулевого привода, которые воздействуют на управляемые колеса.
Среди преимуществ выделяют простоту и надежность конструкции, высокий КПД, меньшее число и тяг по сравнению с другими типами рулевого управления. Рулевой механизм компактен и имеет невысокую цену.
Есть и недостатки - это восприимчивость и чувствительность к дорожным неровностям. Любые толчки от передних управляемых колес тут же передаются на рулевое колесо. Вообще механизм очень боится вибраций. Систему сложно устанавливать на автомобили, где подвеска передних колес зависимая. Это ограничивает сферу применения этого механизма только легковыми авто и легким коммерческим транспортом (например, "Фиат Дукато" или "Ситроен Джампер").
Стоит отметить, что реечный механизм любит аккуратную и размеренную езду по ровным дорогам. Если ездить неаккуратно, деталь начинает стучать и быстро выходит из строя. Если повредились зубья на рейке или на шестеренке, то рулевое колесо может закусывать. Это основные неисправности узла.
Червячный механизм рулевого управления сейчас считается уже устаревшим. Но его обязательно нужно рассмотреть, ведь им оснащены старые автомобили (например, «классика» от АвтоВАЗа), а они до сих пор находятся в эксплуатации. Также данную систему можно встретить на полноприводных автомобилях для бездорожья, на машинах с зависимым типом подвески управляемой пары колес. Кроме того, механизмом этой конструкции оснащены легкие грузовики, автобусы. Механизм рулевого управления УАЗа устроен и работает так же.
В основе червячного редуктора лежит зубчатый винт переменного диаметра. Он зацеплен с другими элементами. Это ролик и вал рулевой колонки. На данном валу установлен специальный рычаг - сошка. Последняя связана с рулевыми тягами.
Работает все это следующим образом. Когда водителю нужно изменить направление движения, он воздействует на руль. Тот поворачивается и воздействует на вал колонки. Вал в свою очередь действует на червячный. Ролик катается по рулевому валу, отчего сошка также приводится в движение. Вместе с сошкой двигаются рулевые тяги, а затем и пара передних управляемых колес.
Данный тип механизма имеет невысокую чувствительность к ударным нагрузкам в отличии от реечного механизма. Что касается других характеристик, то можно выделить больший выворот колес и улучшенную маневренность. Однако устройство более сложное, а цена производства выше по причине большого количества различных соединений. Для эффективной работы рулевого управления механизм этого типа нуждается в частых регулировках.
Многие автомобилисты встречали данную систему на автомобилях ГАЗ, ВАЗ и других. Но такой редуктор также встречается на дорогих комфортабельных машинах люкс-класса с большой массой и передней независимой подвеской.
В данном механизме работает вместе несколько элементов. Это винт, установленный на валу рулевой колонки, гайка, которая движется по винту, зубчатая рейка и соединенный с рейкой сектор. Последний оснащен валом, а на нем закреплена рулевая сошка. Данные редукторы встречаются, в основном, на грузовиках - так устроен механизм рулевого управления "КамАЗа".
Особенность данного механизма - это винт и гайка, соединенные между собой посредством шариков. За счет этого удалось достичь снижения трения и износа этой пары.
Что касается принципа действия, то работает данный механизм примерно так же, как и червячный. Когда поворачивают рулевое колесо, вращается винт, перемещающий гайку. При этом циркулируют шарики. Гайка через зубчатую рейку двигает сектор, а вместе с ним двигается и сошка.
Данный механизм отличается высоким КПД и способен реализовывать значительные усилия. Применяется система не только на грузовиках, но и на легких автомобилях (в большинстве своем представительского класса). Также подобное управление встречается и на автобусах. Можно встретить аналогичный механизм рулевого управления на «ГАЗели». Но это касается лишь старых моделей, а также версий бизнес-класса. На новых «Некстах» используется уже рейка.
Неисправности механизмов рулевого управления считаются одними из самых серьезных поломок автомобиля. Так как на большинстве легковых авто установлен реечный механизм, то количество поломок существенно сократилось.
К типовым поломкам можно отнести износ пары рейка-шестеренка, нарушение герметичности корпуса механизма, изношенный подшипник на рулевом валу, а также шарниры тяг. Последняя - это наиболее популярная неисправность в реечных механизмах.
В процессе активного использования автомобиля естественным образом изнашиваются рабочие участки ролика подшипников, вала сошки, червяка. Также стирается регулировочный винт. Вследствие износа в рулевых механизмах появляются зазоры, которые могут спровоцировать стуки при движении. Нередко эти зазоры способны вызывать вибрации на управляемых колесах, потерю устойчивости авто. Определить появление зазоров можно по увеличившемуся люфту на рулевом колесе. Зазор возникает в паре червяк-ролик. Затем вырастает осевое перемещения червяка. Зазоры можно устранить регулировкой.
Среди причин типовых неисправностей можно выделить несколько самых основных, Так, первая и главная причина, по которой выходят из строя рейки - это качество дорог. Затем можно отметить периодические нарушении правил эксплуатации, использование некачественных комплектующих, неквалифицированный ремонт механизмов рулевого управления.
Если в процессе движения на авто явно на слух определяется стук, то это говорит о том, что сильно изношено шарнирное соединение наконечника тяги. Также эти же симптомы могут сообщить о чрезмерно изношенной шаровой опоре.
Если ощущается биение на руле, то возможно, изношен шарнир на наконечнике тяги, разрушенный подшипник вала. Когда на руле явно ощущается свободный ход, то это тоже говорит об изношенности тяги или неисправной передающей паре.
Данный процесс представляет собой комплекс из операций, направленных на снижение люфта руля, повышение точности при движении, скорости реагирования автомобиля на действия водителя. Для настройки нужно верно выставить осевой и боковой зазоры вала сектора и червяка. Правильные настойки обеспечат незначительный люфт.
Процесс регулировки представляет собой отворачивание контрящей гайки и закручивание регулировочного винта. При этом постоянно в процессе закручивания винта нужно проверять наличие люфта. После того как он устранен, винт фиксируется в положении контргайкой.
Данная регулировка чаще всего помогает устранить люфты, но если зазор остался, то червячная пара в механизме слишком изношена и требует замены. Для этого следует демонтировать редуктор и заменить изношенные элементы.
Это все существующие на сегодня виды рулевых механизмов. Мы узнали, как они устроены, вкратце ознакомились с их принципом действия, узнали о признаках неисправностей. Эта информация может помочь в процессе ремонта или планового технического обслуживания автомобиля. Важно помнить, что рулевое управление - очень важный узел и нужно всегда содержать его в исправном состоянии. С его помощью водитель может быстро менять направление движения транспортного средства, что позволяет маневрировать авто на любом участке дороги, быстро реагировать при возникновении опасных ситуаций.
19.03.2013 в 05:03
Это основной элемент системы рулевого управления, связывающий вал рулевого колеса и тягу рулевого привода.
Рулевой механизм выполняет следующие функции:
– увеличение усилия, прилагаемого к рулевому колесу;
– передача усилий рулевому приводу;
– возврат рулевого колеса в нейтральное положение, при снятии нагрузки и отсутствии сопротивления.
Рулевой механизм представляет собой механическую передачу, иначе говоря, редуктор. Основной параметр рулевого механизма – передаточное число, которое определяется отношением числа зубьев ведомой шестерни к числу зубьев ведущей.
Различают три типа рулевых механизмов системы рулевого управления в зависимости от типа механической передачи: реечный, червячный, винтовой.
1. Реечный рулевой механизм
Конструкция
Это самый распространенный тип рулевого механизма, устанавливаемого на легковые автомобили. Реечный рулевой механизм состоит из:
– шестерни, устанавливаемой на валу рулевого колеса;
– рулевой рейки зубчатого типа, соединяющейся с шестерней.
Реечный механизм конструктивно прост, имеет высокий КПД и высокую жесткость. Однако такой механизм чувствителен к ударным нагрузкам по причине дорожных неровностей и склонен к вибрациям. Данный тип механизма устанавливается на автомобилях, имеющих передний привод с независимой подвеской управляемых колес .
Принцип работы
1. С вращением рулевого колеса рулевая рейка перемещается влево и вправо.
2. С движением рулевой рейки происходит перемещение присоединенной к ней тяги рулевого привода и поворачивание колеса автомобиля.
2. Червячный рулевой механизм
Конструкция
Червячный механизм состоит из:
– глобоидного червяка (червяка с переменным диаметром);
– рулевого вала;
– ролика.
На валу ролика за корпусом рулевого механизма установлен рычаг (сошка), который связан с тягами рулевого привода.
Червячный механизм имеет меньшую чувствительность к ударным нагрузкам, обеспечивая большие углы поворота колес, результатом чего является лучшая маневренность автомобиля. Но червячный механизм сложен в изготовлении и его стоимость велика. Данному механизму требуется периодическая регулировка из-за большого числа соединений.
Червячный механизм используется на машинах повышенной проходимости с зависимой подвеской управляемых колес и легких грузовых автомобилях .
Принцип работы
1. С вращением рулевого колеса обеспечивается перемещение ролика по червяку (обкат), качание сошки.
2. Происходит перемещение тяги рулевого привода, благодаря чему колеса поворачиваются.
3. Винтовой рулевой механизм
Конструкция
В конструкцию винтового механизма входят:
– винт на валу рулевого колеса;
– гайка, которая перемещается по винту;
– зубчатая рейка, нарезанная на гайке;
– зубчатый сектор, который соединен с рейкой;
– рулевая сошка, расположенная на валу сектора.
Главная особенность винтового механизма – соединение винта и гайки производится с помощью шариков, что приводит к меньшему трению и износу пары.
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.
Рулевой механизм - часть рулевого управления, облегчающая управление автомобилем, благодаря значительному передаточному числу в редукторе. К конструкции рулевых механизмов предъявляют следующие требования:
Рулевые механизмы выполняются с достаточно большими передаточными числами. Передаточное число (м м) определяется отношением углов поворота рулевого колеса и вала сошки рулевого механизма. У легковых автомобилей передаточное число от 16 до 20, а у грузовых автомобилей 20-25. Обычно передаточное число рулевого механизма величина постоянная (табл. 20.1).
Таблица 20.1. Передаточные числа рулевых механизмов
|
Легковые автомобили |
Грузовые автомобили |
Автобусы |
|||
Конструкции некоторых рулевых механизмов позволяют изменять передаточное число в процессе поворота рулевого колеса или в сторону увеличения (для грузовых автомобилей), или в сторону уменьшения (для легковых автомобилей). Делается это для повышения безопасности движения на высоких скоростях и облегчения управления автомобилем при маневрировании.
Наиболее применяемыми являются три типа рулевых механизмов: червячные, винтовые и реечные. В червячном и реечном рулевом механизмах в передаче усилия на вал сошки участвует одна пара деталей, а в винтовом рулевом механизме из-за низкого КПД винтовой пары вводится еще одна дополнительная пара. Поэтому такие рулевые механизмы называются комбинированными.
Червячные рулевые механизмы применяются как на легковых, так и на грузовых автомобилях и автобусах. Они различаются формой червяка и конструкцией сопрягаемого с червяком ведомого элемента. Наибольшее распространение получили червячно-роликовые рулевые механизмы. Рулевая пара состоит из глобоидального червяка и двух- или трехгребневого ролика. Червяк называют глобоидальным потому, что он имеет вогнутую форму, т. е. форму однополостного гиперболоида вращения. Такая передача имеет высокую нагрузочную способность из-за одновременного зацепления большого числа зубьев и малые потери на трение, так как трение скольжения в этой передаче заменено трением качения.
В зацеплении червяка с роликом предусматривают переменный зазор: от практически беззазорного зацепления в среднем положении ролика, соответствующего прямолинейному движению, до значительно увеличенного зазора в крайних положениях. Такое изменение зазоров достигается смещением центра вала сошки по направлению к червяку. Оно необходимо для исключения заклинивания рулевого механизма в крайних положениях после регулировки, возникающего в результате изнашивания зазора в средней части червячной пары.
На рис. 20.5 представлен червячный рулевой механизм автомобиля ГАЗ-66-11. Он состоит из картера /, внутри которого находится червяк 6, входящий в зацепление с трехгребневым роликом 2. Червяк запрессован на пустотелый вал 7 и установлен в картере на двух конических подшипниках 5 и 8. Между нижней крышкой 4 и картером рулевого управления установлено несколько тонких бумажных прокладок 3 для регулировки подшипников червяка.
Рис. 20.5. Червячный рулевой механизм автомобиля ГАЗ-66-11: 1 - картер; 2 - ролик; 3 - регулировочные прокладки; 4- нижняя крышка; 5, 8, 11, 17, 18- подшипники; 6- червяк; 7 - вал; 9 - шпонка; 10 - ось; 12 - винт; 13 - штифт; 14 - вал сошки; 15 - уплотнительная манжета; 16 - сошка; 19 - стопорная шайба; 20 - гайка
Ролик установлен на оси 10 на подшипниках 77 в щечках головки вала сошки. Вал сошки вращается в двух подшипниках 77 и 18. В месте выхода вала сошки установлена уплотнительная манжета 15. На шлицованную часть вала посажена сошка 16. Правильность установки сошки достигается наличием на ней четырех сдвоенных шлицов.
Зацепление червяка с роликом регулируют с помощью винта 72, который ввернут в боковую крышку картера. Винт фиксируется с помощью стопорной шайбы /9, штифта 13 и гайки 20.
Вал червяка с помощью шпонки 9 соединен с нижней вилкой рулевого вала. Вал рулевого механизма состоит из верхнего рулевого вала и промежуточного вала, соединенных между собой и с редуктором рулевого механизма с помощью карданных шарниров. На конце рулевого вала установлена ступица рулевого колеса.
Разновидностью червячного рулевого механизма является червяч-но-спироыдныы рулевой механизм с боковым сектором , который применяется на автомобиле Урал-4320 (рис. 20.6). Рулевая пара состоит из двухходового цилиндрического червяка 2 и бокового сектора 3 со спиральными коническими зубьями. Червяк закреплен на валу 4 , который вращается на подшипниках 7, допускающих небольшое осевое перемещение. Сектор 3 выполнен заодно с валом 6, на шлицах которого устанавливается сошка 5.
Углы спиралей червяка и сектора разные. При трапециевидном профиле поперечного сечения витков червяка и зубьев сектора они соприкасаются по линии, поэтому зубья воспринимают передаваемую нагрузку по всей осевой длине. Это снижает нагрузку на зубья, уменьшает контактные напряжения и повышает износостойкость передачи. Вал сошки 6 устанавливается с большой точностью на удлиненных игольчатых подшипниках 7. Прогиб червяка ограничивается специальным упором 8 , установленным в картере рулевого механизма. Аналогичный упор 9 ограничивает прогиб сектора с противоположной стороны. За-
Рис. 20.6. Рулевой механизм автомобиля Урал-4320: 1 - подшипник; 2 - червяк; 3 - сектор; 4 - вал червяка; 5 - сошка; 6 - вал сошки; 7 - игольчатый подшипник; 8, 9 - упоры; 10 -
регулировочная шайба
цепление червяка с сектором регулируют подбором толщины бронзовой шайбы 10 , расположенной между крышкой картера и сектором. Зазор в зацеплении увеличивается при повороте червяка в обе стороны от среднего положения с целью исключения заклинивания рулевого механизма в крайних положениях.
Винтовые рулевые механизмы применяются на автомобилях большой грузоподъемности и, как правило, имеют две рабочие пары: винт-гайка и рейка-зубчатый сектор. Они отличаются от обычной винтовой пары тем, что момент передается от винта на гайку не непосредственно, а через шарики. Дорожками качения при этом для них служат винтовые канавки, выполненные на теле винта и в гайке. При повороте винта шарики циркулируют в гайке по замкнутому кругу, выкатываясь из винтового канала через отверстие с одной стороны гайки и возвращаясь в гайку через обводной канал с противоположной стороны. Использование циркулирующих шариков позволяет заменить трение скольжения в паре винт-гайка трением качения, что повышает КПД передачи как в прямом направлении, так и в обратном. Это улучшает условия для стабилизации управляемых колес, но и делает механизм довольно чувствительным к толчкам со стороны дороги. Поэтому для сглаживания ударов должны устанавливаться амортизаторы или усилители рулевого управления. Глубина винтовой канавки выполняется переменной, а толщина среднего зуба сектора увеличенной по сравнению с другими зубьями для исключения заклинивания в крайних положениях.
Зазор в зацеплении поршня-рейки с сектором вала сошки регулируют путем осевого перемещения вала сошки с помощью специального регулировочного винта. Зазор в паре винт-гайка не регулируется, поэтому высокая надежность и требуемый срок службы в этом зацеплении обеспечивают путем применения высококачественных легированных сталей.
Рулевой механизм автомобиля ЗИЛ-431410 показан на рис. 20.7. Редуктор соединяется с валом рулевого колеса с помощью карданного вала с двумя шарнирами. Картер 3 редуктора отлит из чугуна и имеет нижнюю /, промежуточную 9, верхнюю 14 и боковую 19 крышки. В картере размещается поршень-рейка 4, в которой неподвижно установлена шариковая гайка 6. Шариковая гайка собрана с винтом таким образом, что образуются винтовые канавки, в которые вкладываются шарики 8. В паз шариковой гайки, соединенный двумя отверстиями с ее винтовой канавкой, вставляют два штампованных желоба 7, образующих трубку, по которой шарики, выкатываясь при повороте винта 5 с одного конца гайки, возвращаются к ее другому концу.
Поршень-рейка 4 находится в зацеплении с зубчатым сектором 18 вала 21 сошки, который вращается на запрессованных в картер бронзовых втулках. Осевое перемещение вала сошки производится путем вращения регулировочного винта 20, головка которого входит в отверстие вала сошки. При завертывании регулировочного болта уменьшается за-
Рис. 20.7. Винтореечный рулевой механизм автомобиля ЗИЛ-431410: 1 - нижняя крышка; 2 - заглушка; 3 - картер; 4 - поршень-рейка; 5 - винт; 6 - гайка; 7 - желоб; 8 - шарик; 9 - промежуточная крышка; 10 - упорный подшипник; 11 - шариковый клапан; 12 - золотник; 13 - корпус клапана управления; 14 - верхняя крышка; 15 -пружина; 16 - реактивный плунжер; 17 - установочный винт; 18 - зубчатый сектор; 19 - боковая крышка; 20 - регулировочный винт; 21 - вал сошки; 22 - магнитная пробка; 23 - сошка
зор в зацеплении рейка-зубчатый сектор, увеличивающийся из-за этого момент сопротивления повороту не должен превышать 500 Н. На наружный шлицованный конец вала устанавливается сошка 23.
При вращении рулевого колеса усилие водителя передается через вал рулевого колеса и карданную передачу на винт 5. Шариковая гайка 6 перемещается вдоль оси винта, увлекает за собой поршень-рейку 4 , которая производит поворот зубчатого сектора 18 с валом 21 сошки вокруг своей оси. Усилие от сошки 23 передается на рулевой привод, который поворачивает управляемые колеса.
По аналогичной схеме работают рулевые механизмы автомобилей марок «КамАЗ», «КрАЗ», «МАЗ».
Реечные рулевые механизмы просты по конструкции и компактны, имеют высокий КПД, поэтому широко используются на легковых автомобилях. В последнее время такие механизмы применяются на грузовых автомобилях малой грузоподъемности, имеющих независимую подвеску. Рабочей парой является шестерня-зубчатая рейка, при нормальном профиле зубьев шестерни и рейки передаточное число механизма постоянно. Современные реечные рулевые механизмы могут иметь переменное передаточное число, что достигается нарезкой зубьев рейки специального профиля.
Повышенная чувствительность к внешним воздействиям вследствие малого трения, чувствительность к колебаниям рулевого управления вызывают необходимость установки амортизаторов или усилителей для поглощения толчков.
Реечный рулевой механизм (рис. 20.8) состоит из картера 2, в котором на двух подшипниках 6 и? установлено приводное зубчатое колесо 7, находящееся в зацеплении с рейкой 10. Рейка поджимается к зубчатому колесу пружиной 12 через металлокерамический упор 11. Регулировка зазора в зацеплении осуществляется гайкой 13.
Рис. 20.8. Реечный рулевой механизм автомобиля ВАЗ-2109: 1 - защитный чехол; 2 - картер рулевого механизма; 3 - эластичная муфта; 4 - поворотный рычаг; 5 - рулевая тяга; 6 - роликовый подшипник; 7 - зубчатое колесо; 8 - шариковый подшипник; 9 - вал рулевого управления; 10 - рейка; 11 - упор рейки; 12 - пружина; 13 - гайка упора
При повороте вала 9, связанного с рулевым колесом, зубчатое колесо 7 перемещает рейку 10, от которой усилие передается на рулевые тяги и далее через поворотные рычаги 4 на колеса.
Рулевые колонки и валы. В общем случае передача вращения от рулевого колеса на рулевой механизм осуществляется валом, который размещается внутри колонки. На грузовых автомобилях (рис. 20.9, а, б) рулевая колонка 3, установленная внутри кабины водителя, крепится средней частью к внутренней панели и переднему щитку кабины. На рулевой колонке может устанавливаться токосъемник звукового сигнала и переключатель указателя поворота. Вал 8 установлен в колонке 3 на подшипниках 7, а рулевое колесо 4 соединяется с валом шпонкой или шлицами и крепится с помощью гайки. Нижний конец вала имеет канавку для крепления вилки карданной передачи. В центре рулевого колеса расположено контактное устройство кнопки сигнала.
Рулевой вал и винт рулевого механизма не всегда соосны из-за компоновки автомобиля и необходимости правильной установки рулевого колеса. Кроме того, угол между валом и винтом может меняться, так как кабина имеет возможность небольшого перемещения относительно рамы. Поэтому вал соединяется с винтом через карданную передачу 2. На некоторых автомобилях с размещением кабины над двигателем карданная передача позволяет поднимать кабину для того, чтобы обеспечить доступ к двигателю. Карданная передача рулевого механизма име-
Рис. 20.9. Рулевые колонки грузовых автомобилей: а - КамАЗ-5320; б - ГАЗ-66-11; в - угловой редуктор; 1 - клапан управления усилителя руля; 2 - карданная передача; 3 - рулевая колонка; 4 - рулевое колесо; 5 - рулевой механизм; 6 - угловой редуктор; 7 - подшипник; 8 - рулевой вал; 9 - кронштейн крепления; 10 - ведущее зубчатое колесо; 11 - крышка; 12 - вал ведущего зубчатого колеса; 13, 14 - подшипники; 15 - ведомое зубчатое колесо
ет два шарнира неравных угловых скоростей, которые по своей конструкции аналогичны применяемым в трансмиссии автомобиля.
В случае размещения кабины над двигателем рулевая колонка располагается почти вертикально и для передачи вращения под большим углом на винт в рулевом механизме применяется угловой редуктор 6 (рис. 20, в) с передаточным числом 1. Вал 12 с ведущим зубчатым колесом 10 установлен в корпусе на шариковых подшипниках 13, закрепленных гайкой со стопорной шайбой. Ведомое зубчатое колесо 15 соединено с винтом шлицами, что обеспечивает возможность перемещения винта относительно зубчатого колеса в продольном направлении.
На легковых автомобилях (рис. 20.10, а) рулевая колонка включает в себя вал 7, размещенный в трубе, которая крепится к передней панели. Соединение рулевого вала с валом с ведущим зубчатым колесом рулевого механизма осуществляется через упругую муфту. Вал вращается на подшипнике 3, на верхнем конце вала на шлицах устанавливается рулевое колесо. На современных автомобилях рулевая колонка может иметь несколько положений регулировки по вертикали и в продольном направлении для обеспечения удобства управления, что усложняет ее конструкцию.
Рис. 20.10. Рулевые колонки легковых автомобилей: а - рулевая колонка; б - деформируемый рулевой вал; / - рулевой вал; 2 - рулевая колонка с кронштейном крепления; 3 - подшипник; 4 - перфорированный трубчатый рулевой вал
Рулевые колонки могут становиться причиной серьезных травм водителя при авариях. Для уменьшения опасного воздействия рулевой колонки на водителя используется рулевое колесо, которое деформируется при ударе и поглощает часть энергии удара. Вал рулевого колеса при аварии должен изгибаться или расцепляться, не перемещаясь внутрь салона более чем на 127 мм. Это осуществляется установкой травмобезопасных рулевых колонок, являющихся элементами пассивной безопасности автомобиля.
На автомобиле ВАЗ-2121 вал складывается, так как имеет карданную передачу, а энергия удара поглощается кронштейном крепления рулевой колонки особой конструкции.
На автомобиле ГАЗ-3102 энергопоглощающим элементом является резиновая муфта, устанавливаемая между двумя частями рулевого вала.
Поглощать энергию удара при столкновении может и деформируемый рулевой вал 4 , устанавливаемый на зарубежных автомобилях (рис. 20.10, б). Такой вал представляет собой перфорированную трубу, которая может значительно укорачиваться при силовом воздействии на нее в осевом направлении.
Рулевой вал также может состоять из двух частей и соединяться несколькими продольными пластинами, которые будут при ударе изгибаться, поглощая энергию.
В предыдущей статье под названием "", мы с вами разобрались для чего нужен механизм рулевого управления в автомобиле и почему к нему придъявляются такие требования. А теперь давайте рассмотрим разновидности рулевых управлений активно устанавливаемых на современные авто.
Долгое время автомобильные конструкторы и не помышляли о сервоусилителях руля. Невысокие требования к управляемости и комфорту и небольшое пятно контакта сравнительно узких шин позволяли обходиться одной человеческой силой даже в управлении тяжелыми грузовиками. Средство для уменьшения усилия на руле было одно: сделать побольше передаточное отношение привода и диаметр баранки. А с тем, что водителю придется наяривать огромным рулем пять-шесть оборотов от отбоя до отбоя, да и точность управления будет невысокой, приходилось мириться.
Сначала усилители рулевого управления появились на тяжелой технике — карьерных самосвалах. Произошло это в конце 30-х годов, перед войной. Правда, сначала стали использовать пневмоусилители — они были несложными и запитывались от компрессора или впускного коллектора . Но гидравлика, хотя была сложнее и дороже пневматики, работала тише и точнее. На ней и остановились конструкторы легковых автомобилей. В 1951 году серийные автомобили Chrysler Crown Imperial стали впервые оснащать гидравлическими усилителями Hydraguide в качестве стандартного оборудования. А в Европе в 1954 году гидроусилителем обзавелся Citroen DS 19.
Рулевой механизм.
Механизм рулевого управления служит для увеличения и передачи на рулевой привод усилия, прилагаемого водителем к рулевому колесу. В легковых автомобилях в основном применяются рулевые механизмы червячного и реечного типа. К достоинствам механизма «червяк-ролик» относятся: низкая склонность к передаче ударов от дорожных неровностей, большие углы поворота колес, возможность передачи больших усилий. Недостатками являются большое количество тяг и шарнирных сочленений с вечно накапливающимися люфтами, «тяжелый» и малоинформативный руль. Минусы в итоге оказались весомее плюсов. На современных автомобилях такие устройства практически не применяют.
Самый распространенный на сегодняшний день - реечный рулевой механизм. Малая масса, компактность, невысокая цена, минимальное количество тяг и шарниров - все это обусловило широкое применение. Механизм «шестерня-рейка» идеально подходит для переднеприводной компоновки и , обеспечивая большую легкость и точность рулевого управления. Однако тут есть и минусы: из-за простоты конструкции любой толчок от колес передается на руль. Да и для тяжелых машин такой механизм не совсем подходит.
Рулевой привод.
Рулевой привод предназначен для передачи усилия от рулевого механизма на управляемые колеса, обеспечивая при этом их поворот на неодинаковые углы. Если оба колеса повернуты на одинаковую величину, внутреннее колесо будет скрестись по дороге (скользить боком) что будет снижать эффективность рулевого управления. Это скольжение, которое также создает дополнительный нагрев и износ колеса, может быть устранено с помощью поворота внутреннего колеса на больший угол, чем угол поворота внешнего колеса. При движении на повороте каждое из колес описывает свою окружность отличную от другой, причем внешнее (дальнее от центра поворота) колесо движется по большему радиусу, чем внутреннее. А так как центр поворота у них общий, то соответственно внутреннее колесо необходимо повернуть на больший угол, чем внешнее. Это обеспечивается конструкцией так называемой «рулевой трапеции», которая включает в себя поворотные рычаги и рулевые тяги с шарнирами. Необходимое соотношение углов поворота колес обеспечивается подбором угла наклона рулевых рычагов относительно продольной оси автомобиля и длины рулевых рычагов и поперечной тяги.
 |
- Рулевой механизм червячного типа
состоит из:
- рулевого колеса с валом,
- картера червячной пары,
- пары «червяк-ролик»,
- рулевой сошки.
В картере рулевого механизма в постоянном зацеплении находится пара «червяк-ролик». Червяк есть ни что иное, как нижний конец рулевого вала, а ролик, в свою очередь, находится на валу рулевой сошки. При вращении рулевого колеса ролик начинает перемещаться по винтовой нарезке червяка, что приводит к повороту вала рулевой сошки. Червячная пара, как и любое другое зубчатое соединение, требует смазки, и поэтому в картер рулевого механизма заливается масло, марка которого указана в инструкции к автомобилю. Результатом взаимодействия пары «червяк-ролик» является преобразование вращения рулевого колеса в поворот рулевой сошки в ту или другую сторону. А далее усилие передается на рулевой привод и от него уже на управляемые (передние) колеса. В современных автомобилях применяется безопасный рулевой вал, который может складываться или ломаться при ударе водителя о рулевое колесо во время аварии во избежание серьезного повреждения грудной клетки.
 |
Рулевой привод, применяемый с механизмом червячного типа
включает в себя:
- правую и левую боковые тяги,
- среднюю тягу,
- маятниковый рычаг,
- правый и левый поворотные рычаги колес.
Каждая рулевая тяга на своих концах имеет шарниры, для того чтобы подвижные детали рулевого привода могли свободно поворачиваться относительно друг друга и кузова в разных плоскостях.
- Рулевом механизме «шестерня - рейка».
Данный рулевой механизм усилие к колесам передает с помощью прямозубой или косозубой шестерни, установленной в подшипниках, и зубчатой рейки, перемещающейся в направляющих втулках. Для обеспечения беззазорного зацепления рейка прижимается к шестерне пружинами. Шестерня рулевого механизма соединяется валом с рулевым колесом, а рейка — с двумя поперечными тягами, которые могут крепиться в середине или по концам рейки. Данные механизмы имеют небольшое передаточное число, что дает возможность быстро поворачивать управляемые колеса в требуемое положение. Полный поворот управляемых колес из одного крайнего положения в другое осуществляется за 1,75...2,5 оборота рулевого колеса.
