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.
Устройство рулевого управления
Из чего состоит рулевое управление автомобиля? Общее устройство конструкции этого узла на транспортных средствах представлена следующими элементами:
- колеса;
- рулевой привод;
- механизм рулевого управления;
- тяги и колонка.
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.
Что входит в рулевое управление?
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:
- Реечный механизм, конструкция которого состоит из набора смонтированных на валу шестерней, агрегатируемых с рейкой, на одной из ее плоскостей по всей длине нанесены специальные зубцы. При вращении руля усилие через колонку передается рулевой рейке, в результате чего она свободно перемещается, взаимодействуя с рулевыми тягами и поворачивая колеса. Необходимо заметить, что рулевое управление автомобилем может иметь рейку, на которой располагаются зубья с переменным шагом. Такая конструкция значительно повышает эффективность управления транспортным средством.
- Червячный рулевой механизм. Его принцип функционирования следующий: «червяк» при взаимодействии с ведомой шестерней передает усилие сошке. В свою очередь, сошка рулевого управления взаимодействует с одной из тяг, конец которой заканчивается маятниковым рычагом. Этот рычаг смонтирован на опоре. При повороте руля сошка приводит в движение боковую тягу одновременно со средним рычагом, который взаимодействует со второй боковой тягой и изменяет ее положение. Благодаря этому осуществляется поворот ступиц управляемых колес.
Некоторые особенности работы рулевого управления автомобиля
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;
- угол схождения;
- развал;
- продольный и поперечный наклон.
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.
Роль усилителя в системе рулевого управления
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:
- Электрический.
- Пневматический.
- Гидравлический.
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.
Что такое автоматическое рулевое управление?
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.
Назначение и типы рулевых механизмов
Рулевой механизм – часть рулевого управления, облегчающая управление автомобилем, благодаря применению редуктора с высоким передаточным числом. Редуктор позволяет значительно уменьшить усилие, необходимое для вращения рулевого колеса, что особенно актуально при управлении автомобилями, имеющими значительную массу и диаметр управляемых колес.
Однако, в соответствии с Золотым правилом механики, при этом выигрыш в силе оборачивается проигрышем в расстоянии, и чтобы повернуть управляемые колеса автомобиля на некоторый угол, необходимо повернуть рулевое колесо на угол, равный произведению угла поворота колес на передаточное число редуктора.
Если учесть, что передаточное число редукторов рулевого механизма современных автомобилей может достигать значения u = 20 и даже более, то, например, чтобы повернуть управляемые колеса на угол 20˚, рулевое колесо должно совершить полный оборот. По этой причине повышение передаточного числа редуктора рулевого механизма для снижения усилия на рулевом колесе нельзя увеличивать без предела – увеличивается время выполнения маневра или поворота.
Передаточные числа рулевых механизмов современных легковых автомобилей обычно находятся в пределах 16…20 , грузовых автомобилей – 20…25 . Так, например, у рулевого механизма автомобиля ВАЗ-2105 передаточное число u = 16,4 , у автомобиля ГАЗ-66-11 – 21,3 , у автомобиля КамАЗ-5320 – 20 , у автобуса ЛиАЗ-5256 – 23,6 .
При управлении автомобилем выгоднее использовать рулевой механизм с изменяемым передаточным числом, поскольку максимальное усилие на рулевом колесе требуется при маневрировании на малых скоростях движения и особенно – при повороте колес неподвижного автомобиля. При высокой скорости движения для поворотов требуется значительно меньшее усилие.
При работе рулевого управления детали, составляющие рулевой механизм подвергаются износу, что приводит к появлению зазоров, негативно сказывающихся управляемости автомобиля и на безопасности движения. По этой причине необходимо использовать для изготовления ответственных деталей механизма износостойкие материалы, а также предусматривать возможность проведения регулировок зазоров либо их устранение в автоматическом следящем режиме с помощью различных устройств и трансформируемых элементов конструкции.
Еще одно условие, которое необходимо учитывать в конструкции рулевого управления – обратная связь между управляемыми колесами и рулевым колесом. Удары и толчки со стороны дороги (особенно боковые) не должны ощутимо передаваться рулевому колесу, и уж тем более – не изменять его положение, поскольку это может вызвать непроизвольное изменение направления движения автомобиля.
Требования к рулевым механизмам автомобиля
Исходя из всего, перечисленного выше, к конструкциям рулевых механизмов предъявляются следующие основные требования:
- высокое передаточное число и обеспечение заданного характера изменения передаточного числа рулевого механизма;
- высокий КПД при передаче усилия от рулевого колеса сошке;
- способность рулевого механизма воспринимать усилия от управляемых колес к рулевому колесу, что необходимо для стабилизации управляемых колес;
- высокая надежность механизма и износостойкость его деталей;
- минимальное число необходимых в процессе эксплуатации регулировок и простота технического обслуживания.
Рулевые механизмы современных автомобилей разделяют на червячные, винтовые, шестерные (в т. ч. - реечные) и комбинированные
.
Червячные рулевые механизмы бывают с передачей червяк-ролик, червяк-сектор и червяк-кривошип. Ролик может быть двух- или трехгребневый, сектор - двух- или многозубый, кривошип с одним или двумя шипами.
К отдельной категории можно отнести гидростатические рулевые механизмы
, использующие для своей работы давление масла из подведенной напорной магистрали. Такие рулевые механизмы могут оборудоваться гидравлическим усилителем, но могут работать и без него. Гидростатические усилители рулевого управления практически не применяются в конструкциях автомобилей, их чаще используют для управления колесными тракторами и другими самоходными машинами.
Наибольшее распространение получили червячно-роликовые рулевые механизмы, в которых рулевая пара состоит из глобоидного червяка (образующая такого червяка - дуга окружности) и двух- или трехгребневого ролика. Такая передача имеет высокую нагрузочную способность из-за одновременного зацепления большого числа зубьев и малые потери на трение, так как трение скольжения зубчатого колеса (сектора) в этой передаче заменено трением качения ролика, размещенного на подшипнике. В рулевом механизме такой конструкции сохраняется зацепление на большом угле поворота червяка, снижен износ деталей из-за уменьшения потерь на трение.
В комбинированном рулевом механизме передача осуществляется обычно через две передающие пары: винт, гайка-рейка и сектор; винт, гайка и кривошип; винт, гайка и рычаг. На некоторых моделях автомобилей применяются рулевой механизм с комбинированной винтовой передачей, в которую для уменьшения сил трения вводят непрерывную цепь циркулирующих стальных шариков.
В винтовом рулевом механизме «винт-гайка-рейка-сектор» вращение винта преобразуется в прямолинейное движение гайки, на которой нарезана рейка, находящаяся в зацеплении с зубчатым сектором. Сектор установлен на общем валу с сошкой. Для уменьшения трения в рулевом механизме и повышения износостойкости соединение винта и гайки часто осуществляют через шарики. Передаточное число рулевого механизма обычно определяется из соотношения углов поворота рулевого колеса и вала сошки.
К шестеренным рулевым механизмам относятся механизмы с цилиндрическими или коническими шестернями, а также реечные рулевые механизмы. В реечных рулевых механизмах передаточная пара выполнена в виде ведущей шестерни и зубчатой рейки, при этом зубчатую рейку можно считать зубчатым колесом с бесконечно большим радиусом. Вращение шестерни, закрепленной на рулевом валу, вызывает линейное перемещение рейки, которая является частью составной поперечной тяги рулевого управления.
Реечные рулевые механизмы в настоящее время получили широкое применение на легковых автомобилях, особенно - переднеприводных. Такой механизм отличается простотой конструкции и высокой точностью работы, имеет малые габариты и прост в обслуживании. Однако реечный рулевой механизм не лишен и некоторых недостатков, в первую очередь – высокой чувствительностью к толчкам и ударам со стороны дороги (обратная связь с рулевым колесом), а также неудобством защиты деталей от попадания грязи.
Конструктивные особенности рулевых механизмов, применяемых на автомобилях разных марок можно ознакомиться на отдельных страницах сайта.
К атегория:
1Отечественные автомобили
Назначение и устройство рулевого управления
Назначение рулевого управления. Рулевое управление предназначено для обеспечения движения автомобиля по заданному водителем направлению. Оно состоит из рулевого механизма и рулевого привода. Конструкция рулевого механизма и рулевого привода должна обеспечить точность управления автомобилем, надежность работы всех узлов и деталей* не требовать от водителя затраты больших усилий и не передавать на рулевое колесо толчки, воспринимаемые колесами автомобиля.
Чтобы автомобиль двигался на повороте без бокового скольжения колес, все колеса должны совершать качение по дугам, описанным из одного центра, лежащего на продолжении задней оси автомобиля. При этом передние управляемые колеса автомобиля необходимо поворачивать на разные углы. Внутреннее (по отношению к центру поворота) колесо должно быть повернуто на больший угол, наружное колесо - на меньший угол. Такая схема поворота достигается применением в рулевом приводе трапеции с шарнирными соединениями.
Рулевой механизм. Существует несколько типов рулевого механизма. Наиболее распространенными из них являются червяк - ролик, червяк - сектор и винт - шариковая гайка.
Рулевой механизм типа червяк - ролик применяется на большинстве легковых автомобилей и многих грузовых автомобилях. На рис. 1 показано устройство рулевого механизма этого типа автомобиля ГАЗ -53А. В картере рулевого механизма на двух конических роликовых подшипниках вращается глобоидальный червяк, установленный на конце вала руля.
Рис. 1. Схема поворота управляемых колес автомобиля: а - угол поворота внешнего колеса, Р - угол поворота внутреннего колеса; 1 - поперечная рулевая тяга, 2 - передний мост, 3 - рычаги поворотных цапф
В зацепление с червяком входит трехгребневый ролик, вращающийся на двух игольчатых подшипниках. Между подшипниками установлена распорная втулка. Ось ролика закреплена в головке вала рулевой сошки. Опорами вала рулевой сошки служат с одной стороны роликовый подшипник, а с другой - бронзовая втулка. Рулевая сошка соединена со своим валом мелкими шлицами и закреплена гайкой 15. Конец вала рулевой сошки уплотнен сальником. Для регулировки затяжки подшипников рулевого вала под нижней крышкой картера установлены прокладки.
Зацепление рабочей пары рулевого механизма выполнено таким образом, что при положении, соответствующем прямолинейному движению автомобиля, свободный ход рулевого колеса должен отсутствовать. По мере поворота руля в ту или иную сторону зазор между червяком и роликом и свободный ход I рулевого колеса возрастают. Регулировку зацепления червяка с роликом осуществляют смещением вала рулевой сошки в осевом на- I правлении при помощи регулировочного винта. Винт установлен в боковой крышке! картера рулевого механизма, снаружи закрыт колпачковой гайкой 8 и фиксируется стопорной шайбой, закрепленной штифтом.
Рулевой механизм типа червяк - ролик обеспечивает наименьшие потери на трение. Благодаря этому требуется меньшее усилие водителя на управление автомобилем и снижается износ деталей.
У автомобилей большой грузоподъемности рулевой механизм имеет большее передаточное число для облегчения управления, при этом не допускается возникновения значительных удельных давлений между поверхностями рабочей пары.
В связи с этим на таких автомобилях применяют рулевой механизм типа червяк - сектор с большой поверхностью зацепления или механизм с двумя рабочими парами типа винт - гайка и рейка - сектор.
Рулевой механизм типа червяк - сектор наиболее прост по конструкции. В зацепление с глобоидальным червяком входит боковой сектор в виде части шестерни со спиральными зубьями, выполненный заодно целое с валом сошки. Зазор в зацеплении червяка с сектором не является постоянным. Наименьшее значение зазора соответствует среднему положению рулевого колеса.
Рис. 2. Рулевой механизм типа червяк-ролик: 1 - картер механизма, 2 - вал сошки, 3 -- трехгребневый ролик, 4 - прокладка. 5 - червяк, б - пробка, 7 - стопорная шайба, 8 - колпачковая гайка, 9 -- ось ролика, 10 - вал руля, 11 - регулировочный винт, 12 - стопорный штифт, 13 - сальник, 14 - рулевая сошка, 15 - гайка, 16 - бронзовая втулка
При повороте рулевого колеса в ту или другую сторону величина зазора увеличивается в зависимости от угла поворота, достигая максимального значения в крайних положениях. Такое распределение зазора облегчает маневрирование с большими углами поворота руля и достигается постепенным понижением высоты зубьев сектора от середины к крайним точкам. При сборке правильность установки механизма проверяют по меткам, имеющимся на червяке и секторе.
Сошка посажена на вал, вращающийся в двух игольчатых подшипниках, между которыми установлена распорная втулка. При этом зазор в зацеплении червяк - сектор легко регулируется изменением толщины упорной шайбы, расположенной между боковой поверхностью сектора и крышкой картера рулевого механизма.
Рис. 3. Рулевой механизм со встроенным гидроусилителем: 1 - шкив привода насоса, 2 - насос гидроусилителя, 3 - бачок насоса, 4 - фильтр, 5 - предохранительный клапан фильтра, б-линия слива, перепускной клапан, 8 предохранительный клапан, 9 – трубопровод высокого давления, 10 - поршень-рейка. 11 - картер рулевого механизма. 12 - винт, 13 - шарик, 14 - шариковая гайка, 15 - упорный шарикоподшипник, 16 - корпус клапана управления, 17 - обратный клапан, 18 -золотник, 19 - регулировочная гайка, 20 – пружинная шайба, 21 - пружина реактивного плунжера, 22 - реактивный плунжер, 23 - зубчатый сектор, 4 - сошка, 25 - статор насоса, 26 - ротор насоса, 27 - полость всасывания, 28 - полость нагнетания, 29 - лопасти
Рулевой механизм типа винт - гайка и рейка - сектор применяется на многих грузовых автомобилях (ЗИЛ -130, КамАЗ всех моделей и др.), устройство его показано на рис. 3.
Вал рулевого механизма, установленный в шариковых подшипниках, имеет на конце винт. На винте закреплена шариковая гайка, входящая в поршень-рейку. При повороте рулевого вала рейка-поршень перемещается вдоль его оси. Осевое перемещение рейки-поршня, имеющей на наружной поверхности зубья, вызывает поворот зубчатого сектора, установленного на валу сошки. Сошка через рулевой привод осуществляет поворот передних колес.
В гайке и винте выполнены полукруглые винтовые канавки. В них свободно перекатываются шарики. Чтобы шарики не выпадали из винтовых канавок, в пазы гаики вставлены штампованные направляющие, представляющие собой замкнутый желоб. Поворот винта вызывает перекатывание шариков по желобу. При этом они выходят с одной стороны гайки и возвращаются в нее с противоположной стороны. Наличие шариков значительно облегчает поворачивание вала рулевого механизма.
Рулевой механизм соединен с валом рулевой колонки при помощи карданного вала с двумя шарнирами. Это вызвано трудностью размещения рулевого управления обычной конструкции на автомобиле, имеющем V-образный двигатель и максимально приближенную к нему кабину.
Травмобезопасная рулевая колонка. При фронтальных ударах автомобиля, в случае аварии, водитель может быть травмирован рулевым колесом. Чтобы максимально уменьшить опасность удара водителя о рулевое колесо, на легковых автомобилях последних моделей устанавливают трав-мобезопасную рулевую колонку. Так, на автомобиле «Москвич-1500» рулевая колонка телескопического типа состоит из трубчатых частей, которые могут входить одна в другую.
При ударе о рулевое колесо нижняя часть рулевого вала получает осевое перемещение в упругой с прорезями шлицевой втулке, а верхняя и нижняя части трубы рулевой колонки входят в среднюю часть трубы. Энергия удара поглощается трением между перемещающимися деталями.
Само рулевое колесо с утопленной ступицей и мягкой накладкой снижает опасность удара о него.
Водитель, наблюдая за дорогой, управляет автомобилем при помощи рулевого управления. Назначение рулевого управления - изменять направление движения автомобиля так, чтобы при повороте автомобиля качение его колес по дороге происходило по возможности без проскальзывания. Последнее очень важно, так как боковое скольжение шин вызывает их повышенный износ и ухудшает устойчивость движения автомобиля.
Рулевое управление состоит из рулевого механизма и рулевого привода. Иногда в рулевое управление включен усилитель.
Рулевым механизмом называют замедляющую передачу, преобразующую вращение вала рулевого колеса во Вращение вала сошки. Этот механизм увеличивает приложенное к рулевому колесу усилие водителя и облегчает его работу.
Рулевым приводом называют систему тяг и рычагов, осуществляющую в совокупности с рулевым механизмом поворот автомобиля. Рулевой привод (или рулевая трапеция) служит для поворота управляемых колес автомобиля на разные углы, что необходимо для качения колес без бокового проскальзывания. Рулевая трапеция представляет собой шарнирный четырехугольник, образуемый центральной частью передней оси, поперечной рулевой тягой и поворотными рычагами. Последние соединены с поворотными цапфами, на которых насажены управляемые колеса.
Рис. 4. Схема поворота автомобиля и рулевая трапеция: а - схема поворота; б - схема рулевой трапеции; R - радиусы поворота колес; 1 к 8 - поворотные цапфы; 2 и 6 - поворотные рычаги; 3 - передняя ось; 4 - поперечная рулевая тяга; 5 - рычаг
Рулевой механизм соединен с левой поворотной цапфой, продольной рулевой тягой и рычагом. Сошкой рулевого механизма перемещают продольную рулевую тягу вперед или назад, вызывая этим поворот управляемых колес влево или вправо.
Благодаря наличию рулевой трапеции управляемые колеса повертываются на разные углы: внутреннее (ближайшее к центру поворота) колесо на больший угол, чем внешнее. Разница в углах поворота определяется величиной угла наклона поворотных рычагов трапеции.
Схема рулевого привода передних управляемых колес, показанная на рис. 4, соответствует принятому на отечественных автомобилях расположению рулевого колеса при правостороннем движении.
К атегория: - 1Отечественные автомобили
Многие согласятся с тем, что двигатель является основой автомобиля. И это действительно так. Однако представить автомобиль без рулевого управления тоже трудно. Это важный и необходимый в каждой машине элемент. Задача рулевого управления состоит в обеспечении движения транспортного средства в заданном направлении. Данный узел состоит из нескольких компонентов. Это рулевое колесо, колонка, привод и рулевой механизм. О последнем мы сегодня и поговорим.
Функции
Механизм рулевого управления имеет несколько основных задач:
- Передача усилий на привод.
- Увеличение усилия, что прикладывается водителем к рулю.
- Самостоятельный возврат руля в нейтральное положение при снятии нагрузки.
Разновидности
Данный элемент может быть нескольких типов. Сегодня встречаются следующие типы рулевых механизмов:
- Реечный.
- Червячный.
- Винтовой.
Что собой представляет каждый из них? Все эти типы механизмов мы рассмотрим по отдельности.
Реечный
На данный момент он является одним из самых распространенных. В основном, устанавливается на легковые автомобили и кроссоверы. Устройство рулевого механизма реечного типа предполагает наличие следующих деталей:
Первая устанавливался на валу руля. Шестерня находится в постоянном зацеплении с зубчатой рейкой. Действует данный механизм довольно просто. При вращении руля рейка перемещается вправо или влево. При этом тяги, что присоединены к приводу, поворачивают управляемые колеса на заданный угол.
Среди преимуществ такого механизма стоит отметить простоту конструкции, большой КПД и высокую жесткость. Однако при этом такой механизм сильно чувствителен к неровностям на дороге, из-за чего быстро изнашивается. Нередко владельцы подержанных автомобилей сталкивались с проблемой стучащей рейки. Это и есть следствие износа рулевого механизма. Поэтому элемент устанавливается лишь на определенные типы автомобилей. В основном это переднеприводные машины с независимой передней подвеской. Если говорить про ВАЗ, то рейка встречается на всех моделях, начиная с «восьмерки». На «классике» же устанавливается несколько иной рулевой механизм.
Червячный
Именно такой тип используется на отечественных «Жигулях», а также на некоторых автобусах и малотоннажных грузовиках. Состоит данный узел из:
- Червяка глобоидного типа с переменным диаметром.
- Рулевого вала, с которым соединяется червяк.
- Ролика.
Вне рулевого механизма расположена сошка. Это специальный рычаг, который связан с тягами привода. По такой же схеме устроен рулевой механизм на ГАЗ-3302.
Среди преимуществ такого узла стоит отметить меньшую чувствительность к ударным нагрузкам. Поэтому данный рулевой механизм, на ВАЗ-2107 устанавливаемый, является практически вечным. Владельцы редко сталкиваются со стуком и вибрациями на руле. Однако такая схема конструкции имеет больше соединений. Поэтому периодически механизм нуждается в регулировке.
Винтовой
Это более сложный в устройстве узел. В его конструкцию входит:
- Винт. Расположен на валу рулевого колеса.
- Гайка. Она перемещается по предыдущему элементу.
- Зубчатая рейка.
- Зубчатый селектор. Он соединен с рейкой.
- Рулевая сошка. Находится на валу селектора.
Ключевая особенность данного механизма заключается в способе соединения гайки и винта. Крепление осуществляется при помощи шариков. Таким образом, достигается меньший износ и трение пары.
Принцип работы винтового элемента схож с червячным. Поворот руля осуществляется посредством вращения винта, что перемещает гайку. Последняя передвигает при помощи рейки зубчатый сектор, а вместе с ней и рулевую сошку.
Где используется винтовой механизм? Зачастую, он применяется на тяжелой коммерческой технике - грузовиках и автобусах. Если говорить о легковых автомобилях, то это лишь модели представительского класса. Механизм более сложный в устройстве и дорогой, поэтому значительно увеличивает стоимость самого автомобиля.
Усилитель
Сейчас практически на всех автомобилях применяется усилитель рулевого управления. Он служит для уменьшения усилий, что необходимы для поворота передних колес. Данный элемент позволяет обеспечить высокую точность и быстродействие рулевого управления. На данный момент различают несколько типов усилителей:
- Гидравлический.
- Электрический.
Первый тип является более популярным. Устанавливается как на легковые автомобили, так и на грузовики. В устройстве усилителя имеется насос, который создает определенное давление в гидравлической системе. В зависимости от стороны поворота руля, эта жидкость давит на первый либо второй контур рейки. Таким образом, снижается усилие, что требуется приложить для поворота. Среди преимуществ гидравлической системы стоит отметить высокую надежность. Усилитель редко выходит из строя. Однако, поскольку механизм насоса приводится в действие от коленвала, забирается часть мощности от ДВС. Хотя на современных двигателях это вовсе незаметно.
Электрический усилитель состоит из отдельного двигателя. Крутящий момент от него передается на сам вал рулевого колеса. Конструкция применяется только на легковых автомобилях, так как не рассчитана на большие усилия.
ЭУР оборудован отдельной электроникой, которая и управляет данным двигателем. Иногда усилитель доукомплектовывается адаптивными системами, которые направлены на увеличение безопасности при движении по полосе.
Среди инновационных решений стоит отметить систему динамического управления от «Ауди». Здесь передаточное число изменяется в зависимости от текущей скорости автомобиля. Таким образом, на высоких скоростях руль жесткий и сбитый, а при парковке он становится легким. Передаточное число изменяется при помощи сдвоенного планетарного редуктора, который добавлен в вал. Корпус его может проворачиваться в зависимости от скорости автомобиля.
Заключение
Итак, мы выяснили, что собой представляет данный механизм. Это очень ответственный узел в рулевом управлении. Вне зависимости от типа, его нужно периодически проверять. Ведь потеря управления на скорости - это самое опасное, что может произойти с водителем.
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.