Рулевое управление служит для обеспечения движения автомобиля в заданном водителем направлении. Рулевое управление состоит из рулевого механизма и рулевого привода.
Рулевой механизм 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 подвески McPherson, 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 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.
В рулевом механизме «шестерня – рейка» усилие к колесам передается 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.
Рулевой привод состоит из двух горизонтальных тяг и поворотных рычагов телескопических стоек передней подвески. Тяги соединяются с поворотными рычагами при помощи шаровых шарниров. Поворотные рычаги приварены к стойкам передней подвески. Тяги передают усилие на поворотные рычаги телескопических стоек подвески колес и соответственно поворачивают их вправо или влево.
Увеличенный люфт рулевого колеса, а также стуки могут явиться следствием ослабления крепления картера рулевого механизма, рулевой сошки или кронштейна маятникового рычага, чрезмерного износа шарниров рулевых тяг или втулок маятникового рычага, износа передающей пары («червяк-ролик» или «шестерня-рейка») или нарушения регулировки ее зацепления. Для устранения неисправности следует подтянуть все крепления, отрегулировать зацепление в передающей паре, заменить изношенные детали.
Тугое вращение рулевого колеса может быть из-за неправильной регулировки зацепления в передающей паре, отсутствия смазки в картере рулевого механизма, нарушения углов установки передних колес. Для устранения неисправности необходимо отрегулировать зацепление в передающей паре рулевого механизма, проверить уровень и при необходимости долить смазку в картер, отрегулировать углы установки передних колес в соответствии с рекомендациями завода-изготовителя.
Всем известно выражение: «Лучшее лечение это – профилактика». Поэтому каждый раз, общаясь со своим автомобилем снизу (на смотровой яме или эстакаде), одним из первых дел следует проверить элементы рулевого привода и механизма. Все защитные резинки должны быть целы, гайки зашплинтованы, рычаги в шарнирах не должны болтаться, элементы рулевого управления не должны иметь механических повреждений и деформаций. Люфты в шарнирах привода легко определяются, когда помощник покачивает рулевое колесо, а вы на ощупь, по взаимному перемещению сочлененных деталей, находите неисправный узел. К счастью времена всеобщего дефицита прошли, и есть возможность приобрести качественные детали, а не те многочисленные подделки, которые выходят из строя через неделю эксплуатации, как это было в недавнем прошлом.
Решающую роль в долговечности деталей и узлов автомобиля играют стиль вождения, состояние дорог и своевременное обслуживание. Все это влияет и на срок службы деталей рулевого управления. Когда водитель постоянно дергает руль, крутит его на месте, прыгает по ямам и устраивает гонки по бездорожью – происходит интенсивный износ всех шарнирных соединений привода и деталей рулевого механизма. Если после «жесткой» поездки ваш автомобиль при движении стало уводить в сторону, то в лучшем случае вы обойдетесь регулировкой углов установки передних колес, ну а в худшем – затраты будут более ощутимы, так как придется заменить поврежденные детали. После замены любой из деталей рулевого привода или при уводе автомобиля от прямолинейного движения необходимо отрегулировать «сход-развал» передних колес. Работы по этим регулировкам следует проводить на стенде автосервиса с использованием специального оборудования.
Основным узлом в любом транспортном средстве является рулевое управление. Для чего же нужно рулевое управление? За все время совершенствования конструкции системы, основной принцип работы рулевого управления остался прежним. Он заключается в преобразовании и передачи физического усилия водителя во время воздействия на руль автомобиля на колеса. Другими словами узел рулевого управления обеспечивает обратную связь, позволяя изменять траекторию движения транспортного средства.
Из чего состоит рулевое управление автомобиля? Общее устройство конструкции этого узла на транспортных средствах представлена следующими элементами:
Схема взаимодействия руля автомобиля с ведущей колесной парой не является сложной. Водитель через привод передает усилие на рулевой механизм, который обеспечивает поворот колес. Помимо этого, узел, обеспечивая обратную связь, предоставляет информацию о состоянии дорожного покрытия. Согласно вибрациям рулевого колеса максимально точно определяется тип движения, на основании чего происходит диагностика и корректируется управление машиной.
Средний диаметр руля легкового транспорта составляет примерно 400 мм. В грузовой и специальной технике руль несколько больше, а в спорткарах меньше.
Между рулем и механизмом расположена рулевая колонка, которая представлена прочным валом с шарнирными соединениями. Особенностью конструкции колонки является минимальный риск получения травматизма водителя в случае ДТП, поскольку при сильном лобовом столкновении происходит ее схлопывание. Для комфортной эксплуатации транспортного средства, положение рулевой колонки настраивается при помощи механического либо электрического привода. Помимо этого, предусмотрена система блокировки механизма, которая позволяет предотвратить угон автомобиля.
Главное назначение рулевого управления заключается в увеличении механического усилия водителя и его передача на колеса. Для этого в конструкцию системы включен специальный редуктор. На легковых автомобилях в основном используют следующие типы рулевого управления:
Большинство современных моделей автомобильного транспорта имеют инновационную систему управления всеми четырьмя колесами. Благодаря этому значительно улучшается динамика движения транспортного средства на местности со сложным рельефом. Помимо этого, рулевое управление автомобиля адаптированное на все колеса позволяет добиться большей маневренности при скоростной езде. Это возможно благодаря повороту каждого из колес.
Примечательно, что в рулевом управлении подруливание колес может осуществляться системой в пассивном режиме. Это возможно благодаря наличию в конструкции задней части подвески специальных упругих резинометаллических деталей. При возникновении крена кузова за счет изменения величины и направления нагрузки осуществляется изменение направления движения. Рулевое управление с функцией подруливания задних колес позволяет эффективно распределить усилие для поворота всех колес. Помимо этого, такая система не позволяет осуществить поворот колес при активном состоянии подвески.
В конструкцию адаптивной системы подруливания входят шарниры и тяги. Шарнир имеет несколько элементов в своем составе, для удобства использования его конструкция представлена в виде снимающегося наконечника. Кинематическую схему рулевого управления автомобиля удобнее всего представить в идее прямоугольника, на каждой из сторон которого находятся:
Плечи, продольный и поперечный наклон обеспечивают стабилизацию движения, в то время как остальные параметры находятся в постоянном противодействии. Поэтому еще одной задачей рулевого управления является стабилизация всех возникающих в процессе движения сил.
Этот элемент помимо того, что позволяет снизить усилие прикладываемое водителем к рулевому колесу, позволяет значительно увеличить точность управления автомобилем. Благодаря наличию усилителя в конструкции рулевого управления появилась возможность использовать в системе элементы, обладающие небольшой величиной придаточного числа. Усилители системы управления делятся на три типа:
Однако большее распространение получил последний тип. Гидравлика отличается надежностью конструкции и плавностью работы, но требует технического обслуживания по замени жидкости. Электроусилитель рулевого управления встречается реже, но все же большинство моделей современной автомобильной техники укомплектовано именно им. Усиление в нем обеспечивает электрический привод. Заметим, что электронное управление отличается наличием расширенного ряда возможностей, но изредка требует проверки и регулировки.
Одной из перспективных разработок в автомобилестроении является интеллектуальная система автоматического управления транспортными средствами. Можно сказать, что автопилот, описанный большинством писателей-фантастов в своих произведениях, теперь стал реальностью. Сегодня современной автомобильной технике по силам выполнение большинства действий без участия водителя, самым распространенным из которых является парковка.
Лидером по производству автомобилей оборудованных этой инновационной системой является немецкий концерн BMW, который активно использует на своем модельном ряде сдвоенный планетарный редуктор. Управление таким редуктором осуществляется при помощи электропривода, в результате чего удается совместно с изменением скорости транспортного средства изменять придаточное отношение при передаче усилия от руля к поворотным колесам. Благодаря такому техническому решению значительно повышается быстродействие, и обеспечивается максимально точная обратная связь.
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.
Каждый узел и механизм автомобиля по-своему важен. Пожалуй, нет такой системы, без которой автомобиль мог бы нормально функционировать. Одна из таких систем - рулевой механизм. Наверное, это одна из самых важных частей машины. Давайте рассмотрим, как устроен этот узел, назначение его, элементы конструкции. А также научимся регулировать и ремонтировать эту систему.
Управление реечного типа - это одно из самых популярных видов систем управления. Таким механизмом сегодня оснащается большинство современных легковых авто. Рулевой механизм состоит из шестерни и рулевой рейки. Колесо руля закреплено на валу. На этом же валу закреплена и шестерня. Она всегда в постоянном зацеплении с рулевой рейкой. Для этого на рейке изготовлены зубья.
Водитель вращает рулевое колесо в необходимую сторону. При этом вращается и шестеренка, а вместе с ней движется и рейка. К рейке прикреплены рулевые тяги, которые двигают колеса.
Среди достоинств такой системы можно выделить простоту конструкции, высокий коэффициент полезного действия. Но реечный рулевой механизм очень любит аккуратное вождение.
Здесь в конструкции выделяется глобоидальный червяк. Он соединяется с рулевым валом. Также конструкция включает в себя специальный ролик. На этом ролике установлена сошка, находящаяся не в корпусе системы. Сошка двигает рулевые тяги.
Когда водитель вращает рулевое колесо, работает и червяк, а по нему работает ролик. Последним изменяются положения сошки и тяг на колеса.
Этот привод часто встречается в классических моделях советского автопрома. Но, такая конструкция иногда встречается и на внедорожниках, и на грузовиках. В грузовых авто он работает просто идеально. Так устроен рулевой механизм УАЗа, автомобилей типа «Классика» и на многих других моделях и марках отечественного автопрома.
Этот механизм смонтирован в герметичном корпусе. В конструкцию входит винт на рулевом валу, гайка, а также зубчатая рейка. Гайка может двигаться по валу, и на ней нарезана эта самая рейка. Такие конструкции применялись на некоторых моделях ВАЗа, а также рулевой механизм КамАЗа работает по такому же принципу, но с гидроусилителем.
Здесь работа похожа на червяк. При повороте рулевого колеса перемещается гайка и смещает зубчатые сектора и сошку. Сошка тянет или толкает тяги.
На классических моделях этих авто применяется рулевая с редуктором. На более современных моделях используется реечный механизм. На примере ВАЗ-2105 посмотрим конструкцию механизма, а также рассмотрим реализацию реечного управления от инженеров АвтоВАЗа.
Устройство рулевой системы простое и отлично продуманное. Среди самых интересных узлов - трапеция. Она, в свою очередь, сама состоит из большого количества различных рычагов и тяговых механизмов.
Большинство автолюбителей считают рулевую колонку не слишком мощной, однако это не так. Эта рулевая надежно выдерживает все испытания. Ей по плечу даже самые экстремальные дорожные условия.
Устройство рулевого механизма ВАЗ-2105 не такое архаичное, как может показаться на первый взгляд. Колонка оснащена специальной пластиной, которая при аварии буквально складывает рулевой вал, а колесо не нанесет водителю травм. Червячная передача, редуктор и рычаги отлично увеличивают усилие водителя. Не требуется прикладывать серьезных усилий для поворота. Но для вождения «классики» сила все-таки нужна.
Внутри корпуса рулевой в ВАЗ-2105 спрятана карданная передача, которая идет к редуктору. Для того чтобы соединить вал кардан, применяется крестовина. Вся конструкция довольна надежная и ее хватает очень надолго. Все узлы и детали производятся из качественных стальных сплавов. Вот почему так мало ДТП с неполадками рулевого.
Одна из самых сложных деталей в рулевой - это редуктор. Он работает по принципу червячной передачи. Червяк известен своими зазорами и быстрым износом. Поэтому инженеры предусмотрительно оснастили корпус редуктора регулировочным болтом. Он регулирует зазоры между сошкой и червяком. Так, нет зазоров - не будет биений в колесах.
Детали редуктора помещаются в масляную ванну. Это значительно снижает износ. В качестве смазки - обыкновенное масло для трансмиссии. Тяги ВАЗ-2105 закрепляются на специальных шарнирах, а защищаются пыльниками.
Нет нужды в постоянной смазке и шприцевании механизмов и узлов. Нужно лишь время от времени проверять состояние пыльников. Для того чтобы разобрать тяги, могут понадобиться специальные инструменты, но их при случае можно легко изготовить в гаражных условиях.
В “классиках” неисправности рулевой характеризуются не только потерей управления, но и люфтами, а также различными стуками и посторонними звуками. Зачастую стучит колонка, а если точнее, то одна из изношенных крестовин. Ранее умельцы выпрессовывали деталь и заменяли ее. Сегодня таким больше не занимаются. Услышали звук - полная замена вместе с карданом.
Если рулевой механизм стучит в нескольких местах, то здесь также необходима замена всего управления, в том числе и редуктора. Если выявлены повреждения пыльников, тогда их просто нужно заменить на новые. Некоторые владельцы этих автомобилей не обслуживают эти механизмы долгие годы, а только контролируют время от времени состояние пальцев.
Среди более серьезных поломок - деформация тяг или рычагов. Это случается при неаккуратном вождении на высоких скоростях. Порой трудно выяснить, менять рулевую или не менять. Поврежденную тягу порой заменить довольно трудно. Ремонт рулевого механизма сводится к замене поврежденных деталей.
Если слышен хруст при повороте, значит, необходимо искать поврежденный подшипник. Он может находиться где угодно. Замена считается сложной процедурой, разобрать рулевую колонку довольно трудно. И если редуктор можно заменить своими руками, то ремонтировать рулевую лучше у специалистов.
Даже тщательная регулировка не победит проблему «рыскания» по дороге. Во-первых, нужно отрегулировать редуктор. Эта операция может быть довольно сложной для начинающих.
Чтобы выполнить настройку, понадобится ровная площадка. Затем при помощи съемника следует снять пальцы и сошку. Дальше все намного проще - требуется качать сошку, держать руль и поймать зазор в передаче редуктора. Если наблюдается люфт, тогда следует выкрутить гайку, завинтить винт регулировки и затянуть гайку.
Важно все делать предельно аккуратно, потому что есть риск сорвать резьбу на винте. Да и так управление будет сильно тугим. Усилие можно контролировать, когда сошка находится в рабочем положении, а пальцы на своих местах. Проверить усилие можно при помощи динамометрического ключа. Оно должно составлять 25 кгс.
В некоторых случаях регулировки ничего не дают. Если наблюдается износ, то в этом случае поможет только замена редуктора.
Рейка крепится в отсеке двигателя. Система выполнена в литом алюминиевом картере. В картере имеется шестерня привода. Чтобы ограничить осевое движение вала, применен специальный подшипник. Внутреннее кольцо подшипника удерживается при помощи стопорного кольца. Все узлы закрыты пыльниками.
Рейка прижимается к зубьям шестерни при помощи специальной пружины, но не напрямую, а через упор из металлокерамики. На рейке нанесены метки для регулировок. Пружина также прижимается гайкой для регулировок со стопорным кольцом.
Зазор между рейкой и шестеренкой можно регулировать, лишь полностью разобрав механизм. Также регулируют рейку, если наблюдаются посторонние звуки.
Чтобы отрегулировать зазор, нужно вначале установить упор рейки с уплотнением до момента касания рейки, а дальше требуется вложить стопорное кольцо, затем пружину, а потом все это собрать. Гайку затягивают с моментом не больше 1,37 кгс. Зазор при этом нужно выставлять в районе 0,12 мм, а допустимый размер - 0,2 мм.
После сборки проверьте легкость работы рулевой, отсутствие различных посторонних звуков.
Рулевой механизм ГАЗа собран в корпусе из алюминия. В качестве рабочих элементов выступают винт и шариковая гайка. Также конструкция включает в себя вал-сектор. Винт установлен на двух радиально-упорных подшипниках. Гайка шарикового типа с канавкой внутри смонтирована на винте. Между винтом и гайкой - шарики. Шлицы вала-сектора конической формы, а на них установлена сошка. Также в конструкции есть рулевые тяги, рычаги кулаков, шарнирные тяги.
Регулируют рулевую в том случае, если у рулевого колеса обнаруживается свободный ход. Чтобы отрегулировать зазоры, желательно полностью снять механизм. Дальше требуется снять пластиковую защитную крышку и уплотнитель. Далее ключом на 13 откручиваем болты крышки. Крышка легко снимается. Также снимается и регулировочная прокладка.
Затем снова установим крышку и закрутим ее. После проверки люфта можно перейти к регулировке зазора между гайкой и валом. Для этого на вал устанавливают сошку и, вращая винт регулировки, устанавливают сошку в среднем положении. Дальше остается покачать вал, удерживая его за сошку. Хода быть не должно. Если ход все-таки есть, то снова снимают пластиковую крышку, вынимают пробку, снимают стопорные кольца, тонким инструментом с тупым концом выпрямляют лунки на кромке кольца подшипников вала. Теперь при помощи специального ключа требуется повернуть эксцентриковые кольца подшипников по часовой стрелке.
Каждый день, садясь за руль, желательно проверять свободный ход руля. После 2-3 тысяч км пробега и дальше, для отечественных автомобилей - через 10 тысяч, следует провести полную проверку состояния механизма. В ходе проверки выполняется очистка механизмов и приводов от грязи.
При наличии стуков, скрипов, биений колес или руля желательна замена рулевого механизма. К примеру, ремонт редуктора - достаточно сложный процесс, а установка нового решает все проблемы. Так же происходит и с реечным механизмом.
Итак, мы выяснили, как устроен рулевой механизм автомобиля, как производить его регулировку и замену своими руками.
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
