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. Данный текст является ознакомительным фрагментом.
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
В состав рулевого механизма входит рулевое колесо, вал, заключенный в рулевую колонку, и рулевой редуктор, связанный с рулевым приводом. Рулевой механизм позволяет уменьшить усилие, прикладываемое водителем к рулевому колесу для преодоления сопротивления, возникающего при повороте управляемых колес машины вследствие трения между шинами и дорогой, а также деформации грунта при движении по грунтовым дорогам.
Рулевой редуктор представляет собой механическую передачу (например, зубчатую), установленную в корпусе (картере) и имеющую передаточное число 15 - 30. Рулевой механизм уменьшает усилие, прикладываемое водителем к рулевому колесу, связанному посредством вала с редуктором, во столько раз. Чем больше передаточное отношение рулевого редуктора, тем легче водителю поворачивать управляемые колеса. Однако с увеличением передаточного числа рулевого редуктора для поворота на некоторый угол управляемого колеса, связанного через детали привода с выходным валом редуктора, водителю необходимо повернуть рулевое колесо на больший угол, чем при малом передаточном числе. При движении ТС с высокой скоростью труднее совершать резкий поворот под большим углом, поскольку водитель не успевает поворачивать рулевое колесо.
Передаточное отношение рулевого редуктора:
Up = (ap/ac) = (pc/pp)
где ар и ас - углы поворота соответственно рулевого колеса и выходного вала редуктора; Рр, Рс - усилие, приложенное водителем к рулевому колесу, и усилие на выходном звене рулевого механизма (сошке).
Так, для поворота сошки на 25° при передаточном отношении рулевого редуктора, равном 30, рулевое колесо необходимо повернуть на 750°, а при Up = 15 - на 375°. При усилии на рулевом колесе 200 Н и передаточном отношении Up = 30 водитель на выходном звене редуктора создает усилие 6 кН, а при Up = 15 - в 2 раза меньше. Целесообразно иметь переменное передаточное отношение рулевого механизма.
При малых углах поворота рулевого колеса (не более 120°) предпочтительно большое передаточное отношение, обеспечивающее легкое и точное управление автомобилем при движении с высокой скоростью. При низких скоростях малое передаточное отношение позволяет при небольших углах поворота рулевого колеса получать значительные углы поворота управляемых колес, что обеспечивает высокую маневренность автомобиля.
Выбирая передаточное отношение рулевого механизма, исходят из того, что управляемые колеса должны поворачиваться из нейтрального положения на максимальный угол (35…45°) не более чем за 2,5 оборота рулевого колеса.
Рулевые механизмы могут быть нескольких типов. Наиболее распространенными из них являются «червяк-трехгребневый ролик», «червяк-шестерня» и «винт-шариковая гайка-рейка-шестерня». Шестерня в рулевом механизме выполнена в виде сектора.
Рулевой механизм преобразует вращательное движение рулевого колеса в угловое перемещение рулевой сошки, установленной на выходном валу рулевого редуктора. Рулевой механизм при движении полностью груженого автомобиля, как правило, должен обеспечивать усилие на ободе рулевого колеса не более 150 Н.
Угол свободного поворота рулевого колеса (люфт) для грузовых автомобилей обычно не должен превышать 25° (что соответствует длине душ 120 мм, измеренной по ободу рулевого колеса) при движении грузового автомобиля по прямой. Для автомобилей других типов люфт рулевого колеса иной. Люфт возникает из-за износа в эксплуатации деталей рулевого управления и разрегулировки рулевого механизма и привода. Для уменьшения потерь на трение и защиты деталей рулевого редуктора от коррозии в его картер, укрепленный на раме машины, заливают специальное трансмиссионное масло.
При эксплуатации ТС необходимо регулировать рулевой механизм. Регулировочные устройства рулевых редукторов предназначены для устранения, во-первых, осевого люфта рулевого вала или ведущего элемента редуктора, а во-вторых - люфта между ведущим и ведомым элементами.
Рассмотрим конструкцию рулевого механизма типа «глобоидальный червяк- трехгребневый ролик».
Рис. Рулевой механизм типа «глобоидальный червяк-трехгребневый ролик»:
1 - картер рулевого редуктора; 2 - головка вала рулевой сошки; 3 - трехгребневый ролик; 4 - регулировочные прокладки; 5 - червяк; 6 - рулевой вал; 7 - ось; 8 - подшипник вала сошки; 9 - стопорная шайба; 10 - колпачковая гайка; 11 - регулировочный винт; 12 - вал сошки; 13 - сальник; 14 - рулевая сошка; 15 - гайка; 16 - бронзовая втулка; h - регулируемая глубина зацепления ролика с червяком
Глобоидальный червяк 5 установлен в картере 1 рулевого редуктора на двух конических роликовых подшипниках, хорошо воспринимающих осевые усилия, возникающие при взаимодействии червяка с трехгребневым роликом 3. Червяк, напрессованный на шлицы, имеющиеся на конце рулевого вала 6, обеспечивает при ограниченной длине хорошее зацепление гребней ролика с нарезкой червяка. Благодаря тому что действие нагрузки рассредоточено по нескольким гребням в результате их контакта с червяком, а также замене трения скольжения в зацеплении значительно меньшим трением качения достигается высокая износостойкость механизма и достаточно большой КПД.
Ось ролика закреплена в головке 2 вала 12 рулевой сошки 14, а сам ролик установлен на игольчатых подшипниках, уменьшающих потери при прокрутке ролика относительно оси 7. Опорами вала рулевой сошки являются, с одной стороны, роликовый подшипник, а с другой - бронзовая втулка 76. Сошка соединена с валом при помощи мелких шлицов и закреплена шайбой и гайкой 15. Для уплотнения вала сошки применяется сальник 13.
Зацепление червяка с гребнями осуществляется таким образом, что при положении, соответствующем прямолинейному движению машины, свободный ход рулевого колеса практически отсутствует, а по мере увеличения угла поворота рулевого колеса он возрастает.
Регулировка затяжки подшипников рулевого вала осуществляется с помощью изменения числа прокладок устанавливаемых под крышку картера, своей плоскостью упирающуюся в торец крайнего конического роликового подшипника. Регулировку зацепления червяка с роликом осуществляют смещением вала рулевой сошки в осевом направлении с помощью регулировочного винта 11. Этот винт установлен в боковой крышке картера, снаружи закрыт колпачковой гайкой 10 и зафиксирован стопорной шайбой 9.
На автомобилях большой грузоподъемности применяются рулевые механизмы типа «червяк-боковой сектор (шестерня)» или «винт-шариковая гайка-рейка-шестерня», имеющие большую площадь контакта элементов и как следствие малые давления между поверхностями рабочих пар редуктора.
Рулевой механизм типа «червяк-боковой сектор», наиболее простой по конструкции, используется на некоторых автомобилях. В зацепление с червяком 2 входит боковой сектор 3 в виде части шестерни со спиральными зубьями. Боковой сектор выполнен как единое целое с валом 1 сошки. Сошка расположена на валу, установленном на игольчатых подшипниках.
Зазор в зацеплении между червяком и сектором непостоянен. Наименьший зазор соответствует среднему положению рулевого колеса. Зазор в зацеплении регулируется изменением толщины шайбы, расположенной между боковой поверхностью сектора и крышкой картера рулевого редуктора.
Конструкция рулевого механизма типа «винт-шариковая гайка-рейка-сектор» показана на рисунке. Вал рулевого колеса посредством карданной передачи соединен с винтом 4, взаимодействующим с шариковой гайкой 5, неподвижно закрепленной стопорным винтом 15 в поршне-рейке 3. Резьба винта и гайки выполнена в виде полукруглых канавок, заполняемых шариками 7, циркулирующими по резьбе при вращении винта. Крайние нитки гайки соединены желобом 6 с наружной трубкой, обеспечивающей циркуляцию шариков. Трение качения этих шариков по резьбе во время вращения винта незначительно, что обусловливает высокий КПД такого механизма.
Рис. Рулевой механизм типа «червяк-боковой сектор»:
1 - вал сошки; 2 - червяк; 3 - боковой сектор
Рис. Рулевой механизм типа «винт-шариковая гайка-рейка-сектор»:
1 - крышка цилиндра; 2 - картер; 3 - поршень-рейка; 4 - винт; 5 - шариковая гайка; 6 - желоб; 7 - шарики; 8 - промежуточная крышка; 9 - золотник; 10 - корпус клапана управления; 11 - гайка; 12 - верхняя крышка; 13 - пружина плунжера; 14 - плунжер; 15 - стопорный винт; 16 - зубчатый сектор (шестерня); 17 - вал; 18- сошка; 19 - боковая крышка; 20 - стопорное кольцо; 21 - регулировочный винт; 22 - шаровой палец
При повороте автомобиля водитель с помощью рулевого колеса и вала вращает винт, относительно оси которого на циркулирующих шариках перемещается шариковая гайка. Вместе с гайкой перемещается и поршень-рейка, поворачивая зубчатый сектор (шестерню) 16, выполненный как единое целое с валом 17. Сошка 18 установлена на валу с помощью шлицов, а сам вал размещен на бронзовых втулках в картере 2 рулевого редуктора.
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.
Назначение
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.
Требования
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.
Устройство
Рассмотрим устройство механизма рулевого управления. В целом система представляет собой непосредственно механизм, усилитель, а также привод. Что касается типов, то различают:
- реечное рулевое управление;
- червячный механизм;
- винтовой.
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.
Колонка
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.
Рейка
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.
Червяк
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.
Винтовой редуктор
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
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.
Причины неисправности
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.
Признаки
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.
Регулировка
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.
Заключение
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.
Он обеспечивает поворот управляемых колес с небольшим усилием на рулевом колесе. Это может быть достигнуто за счет увеличения передаточного числа рулевого механизма. Однако передаточное число ограничено количеством оборотов рулевого колеса. Если выбрать передаточное число с количеством оборотов рулевого колеса больше 2-3, то существенно увеличивается время, требуемое на поворот автомобиля, а это недопустимо по условиям движения. Поэтому передаточное число в рулевых механизмах ограничивают в пределах 20-30, а для уменьшения усилия на рулевом колесе в рулевой механизм или привод встраивают усилитель.
Ограничение передаточного числа рулевого механизма также связано со свойством обратимости, т. е. способностью передавать обратное вращение через механизм на рулевое колесо. При больших передаточных числах увеличивается трение в зацеплениях механизма, свойство обратимости пропадает и самовозврат управляемых колес после поворота в прямолинейное положение оказывается невозможным.
Рулевые механизмы в зависимости от типа рулевой передачи разделяют на:
червячные,
винтовые,
шестеренчатые.
Рулевой механизм с передачей типа червяк - ролик имеет в качестве ведущего звена червяк, закрепленный на рулевом валу, а ролик установлен на роликовом подшипнике на одном валу с сошкой. Чтобы сделать полное зацепление при большом угле поворота червяка, нарезку червяка выполняют по дуге окружности - глобоиде. Такой червяк называют глобоидным.
В винтовом механизме вращение винта, связанного с рулевым валом, передается гайке, которая заканчивается рейкой, зацепленной с зубчатым сектором, а сектор установлен на одном валу с сошкой. Такой рулевой механизм образован рулевой передачей типа винт-гайка-сектор.
В шестеренчатых рулевых механизмах рулевая передача образуется цилиндрическими или коническими шестернями, к ним же относят передачу типа шестерня-рейка. В последних цилиндрическая шестерня связана с рулевым валом, а рейка, зацепленная с зубьями шестерни, выполняет роль поперечной тяги. Реечные передачи и передачи типа червяк-ролик преимущественно применяют на легковых автомобилях, так как обеспечивают сравнительно небольшое передаточное число. Для грузовых автомобилей используют рулевые передачи типа червяк-сектор и винт-гайка-сектор, снабженные либо встроенными в механизм усилителями, либо усилителями, вынесенными в рулевой привод.
3.2.Рулевой привод.
Конструкции рулевого привода различаются расположением рычагов и тяг, составляющих рулевую трапецию, по отношению к передней оси. Если рулевая трапеция находится впереди передней оси, то такая конструкция рулевого привода называется передней рулевой трапецией, при заднем расположении - задней трапецией. Большое влияние на конструктивное исполнение и схему рулевой трапеции оказывает конструкция подвески передних колес.
При зависимой подвеске (рис. 2.(а)) рулевой привод имеет более простую конструкцию, так как состоит из минимума деталей. Поперечная рулевая тяга в этом случае сделана цельной, а сошка качается в плоскости, параллельной продольной оси автомобиля. Можно сделать привод и с сошкой, качающейся в плоскости, параллельной переднему мосту. Тогда продольная тяга будет отсутствовать, а усилие от сошки передается прямо на две поперечные тяги, связанные с цапфами колес.
При независимой подвеске передних колес (рис. 2.(б)) схема рулевого привода конструктивно сложнее. В этом случае появляются дополнительные детали привода, которых нет в схеме с зависимой подвеской колес. Изменяется конструкция поперечной рулевой тяги. Она сделана расчлененной, состоящей из трех частей: основной поперечной тяги и двух боковых тяг - левой и правой. Для опоры основной тяги служит маятниковый рычаг, который по форме и размерам соответствует сошке. Соединение боковых поперечных тяг с поворотными рычагами цапф и с основной поперечной тягой выполнено с помощью шарниров, которые допускают независимые перемещения колес в вертикальной плоскости. Рассмотренная схема рулевого привода применяется главным образом на легковых автомобилях.
Рулевой привод, являясь частью рулевого управления автомобиля, обеспечивает не только возможность поворота управляемых колес, но и допускает колебания колес при наезде ими на неровности дороги. При этом детали привода получают относительные перемещения в вертикальной и горизонтальной плоскостях и на повороте передают усилия, поворачивающие колеса. Соединение деталей при любой схеме привода производят с помощью шарниров шаровых либо цилиндрических.
Рулевое управление
Рулевым управлением называется совокупность устройств, осуществляющих поворот управляемых колес автомобиля.
Рис. 2. Рулевые управления при независимой (а) и зависимой (б) подвесках управляемых колес:
1 - рулевое колесо; 2 - вал; 3 - рулевая передача (механизм); 4 и 12- цапфы;
5, 9, 11 и 14 - рычаги; 7- сошка; 6, 8, 10, 13 и 15 - тяги
Травмобезопасное рулевое управление
Кроме рулевого колеса с утопленной ступицей и двумя спицами, что значительно снижает тяжесть наносимых травм при ударе, в рулевом механизме устанавливают специальное энергопоглощающее устройство, а рулевой вал выполняют составным. Все это обеспечивает незначительное перемещение рулевого вала внутрь кузова автомобиля при лобовом столкновении с препятствием.
а - складывающийся рулевой вал; б - сильфонный вал; в - перфорированный вал; 1- кронштейн; 2 - карданный шарнир; 3 - цилиндр; 4- труба
В травмобезопасных рулевых управлениях легковых автомобилей применяют и другие энергопоглощающие устройства, которые соединяют составные рулевые валы: резиновые муфты специальной конструкции, устройства типа японского фонарика, в виде нескольких продольных пластин, приваренных к концам соединяемых частей рулевого вала. При столкновениях резиновая муфта разрушается, а соединительные пластины деформируются, уменьшая перемещение рулевого вала внутрь салона кузова.
Рулевой механизм
Рулевым называется механизм, преобразующий вращение рулевого колеса в поступательное перемещение рулевого привода, вызывающее поворот управляемых колес. Он служит для увеличения усилия водителя, прилагаемого к рулевому колесу, и передачи его к рулевому приводу.
Увеличение усилия, прилагаемого к рулевому колесу, проис-k ходит за счет передаточного числа рулевого механизма. Передаточное число рулевого механизма - это отношение угла поворота рулевого колеса к углу поворота вала рулевой сошки. В зависимости от типа автомобиля оно составляет 15...20 у легковых автомобилей и 20... 25 у грузовых автомобилей и автобусов. Такие передаточные числа за 1 ...2 полных оборота рулевого колеса обеспечивают поворот управляемых колес автомобилей на максимальные углы (35...45°).
На автомобилях применяются различные типы рулевых механизмов.
а - червячно-роликовый; б - винтореечный; в - реечный; 1 - червяк; 2, 4 и 9 - валы; 3 - ролик; 5 - винт; 6 - гайка; 7 - шарик; 8 - сектор; 10 - шестерня; 11 - рейка
Рулевой привод
Рулевым приводом называется система тяг и рычагов, осуществляющая связь управляемых колес автомобиля с рулевым механизмом. Он служит для передачи усилия от рулевого механизма к управляемым колесам и обеспечения их правильного поворота.
На автомобилях применяют различные типы рулевых приводов.
Основной частью рулевого привода является рулевая трапеция
Рулевая трапеция может быть передней или задней в зависимости от ее расположения перед осью передних управляемых колес (см. рис. 2, а) или за ней (см. рис. 2, б). Применение рулевого привода с передней или задней рулевой трапецией зависит от компоновки автомобиля и его рулевого управления. При этом рулевой привод может быть с неразрезной или разрезной рулевой трапецией в зависимости от типа подвески.
Неразрезная рулевая трапеция имеет сплошную поперечную рулевую тягу, соединяющую управляемые колеса (см. рис. 2, б).
Такую трапецию применяют при зависимой подвеске передних управляемых колес на грузовых автомобилях и автобусах.
Разрезная рулевая трапеция имеет многозвенную поперечную рулевую тягу, соединяющую управляемые колеса (см. рис. 2, а).
Ее используют при независимой подвеске управляемых колес на легковых автомобилях.
Рулевой усилитель
Рулевым усилителем называется механизм, создающий под давлением жидкости или сжатого воздуха дополнительное усилие на рулевой привод, необходимое для поворота управляемых колес автомобиля.
1 - золотник; 2, 3 и 11- маслопроводы; 4- пружина; 5-колесо; 6 и 9- тяги; 7 и 8- рычаги; 10 - поршень; а ...г - камеры; А и В - полости; Б - бачок; ГН - гидронасос; РМ - рулевой механизм; ГР - гидрораспределитель; ГЦ - гидроцилиндр
Конструкции рулевого управления
Левое, травмобезопасное, без усилителя. Травмобезопасность рулевого управления обеспечивается конструкцией промежуточного вала рулевого колеса и специальным креплением рулевого вала к кузову автомобиля.
1 и 3 - тяги; 2 - сошка; 4 и 7 - рычаги; 5 - муфта; 6 - кулак; 8 и 16 - кронштейны; 9 - подшипник; 10 - труба; 11 и 13 - валы; 12 - картер; 14 - колонка; 15- рулевое колего; 17- палец; 18 - чехол; 19 - наконечник; 20 - вкладыш; 21 - пружина; 22 - заглушка
Рулевой механизм легкового автоммобиля ВАЗ повышенной проходимости:
1 - сошка; 2 и 13 - манжеты; 3- втулка; 4 - картер; 5 и 12- валы; 6 - ролик; 7- винт; 8- гайка; 9- пробка; 10 и 16- крышки; 11 - червяк; 14 и 18 - подшипники; 15- регулировочные прокладки; 17- ось
1 - рычаг; 2 - шарнир; 3 и 5 - тяги; 4и 34- гайки; 6- палец; 7 и 13- чехлы; 8 - вкладыш; 9 и 33 - пружины; 10 и 20 - болты; 11- скоба; 12 - опора; 14 и 15 - пластины; 16 и 17- втулки; 18- рейка; 19- картер; 21 - муфта; 22- гасящее устройство, 23 - рулевое колесо; 24, 29 и 31 - подшипники; 25 - вал; 26- колонка; 27- кронштейн; 28- колпак; 30- шестерня; 32- упор
