Устройство и виды рулевого управления автомобиля
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.
Устройство системы рулевого управления
Схема рулевого управления
Конструктивно система рулевого управления состоит из следующих элементов:
- Рулевое колесо (руль) — предназначено для управления водителем с целью указания направления движения автомобиля. В современных моделях оно дополнительно оснащается кнопками управления мультимедийной системой. Также в рулевое колесо встраивается передняя подушка безопасности водителя.
- Рулевая колонка — выполняет передачу усилия от руля к рулевому механизму. Она представляет собой вал с шарнирными соединениями. Для обеспечения безопасности и защиты от угона колонка может быть оснащена электрическими или механическими системами складывания и блокировки. Дополнительно на рулевой колонке устанавливается замок зажигания, органы управления светотехникой и стеклоочистителем ветрового стекла автомобиля.
- Рулевой механизм — выполняет преобразование усилия, создаваемого водителем через поворот рулевого колеса и передает его приводу колес. Конструктивно представляет собой редуктор с некоторым передаточным отношением. Сам механизм соединяет с рулевой колонкой карданный вал рулевого управления.
- Рулевой привод — состоит из рулевых тяг, наконечников и рычагов, выполняющих передачу усилия от рулевого механизма к поворотным кулакам ведущих колес.
- Усилитель рулевого управления — повышает усилие, которое передается от руля к приводу.
- Дополнительные элементы (амортизатор рулевого управления или «демпфер», электронные системы).
Стоит также отметить, что подвеска и рулевое управление автомобиля имеют тесную взаимосвязь. Жесткость и высота первой определяют степень отклика автомобиля на вращение рулевого колеса.
Виды рулевого управления
В зависимости от типа редуктора системы, рулевой механизм (система рулевого управления) может быть следующих видов:
- Реечный — самый распространенный вид, используемый в легковых автомобилях. Этот вид рулевого механизма имеет простую конструкцию и отличается высоким КПД. Недостатки заключаются в том, что этот тип механизма чувствителен к возникающим ударным нагрузкам при эксплуатации в сложных дорожных условиях.
- Червячный — обеспечивает хорошую маневренность автомобиля и достаточно большой угол поворота колес. Этот вид механизма меньше подвержен влиянию ударной нагрузки, но более дорогостоящий в изготовлении.
- Винтовой — принцип работы похож на червячный механизм, однако он имеет более высокий КПД и позволяет создавать большие усилия.
В зависимости от вида усилителя, который предусматривает устройство рулевого управления, различают системы:
- С гидравлическим усилителем (ГУР). Его основным достоинством является компактность и простота конструкции. Гидравлическое рулевое управление среди современных транспортных средств является одним из наиболее распространенных. Недостатком такой системы является необходимость контроля уровня рабочей жидкости.
- С электрическим усилителем (ЭУР). Такая система рулевого управления с усилителем считается наиболее прогрессивной. Он обеспечивает простоту регулировки настроек управления, высокую надежность работы, экономный расход топлива и возможность управления автомобилем без участия водителя.
- С электрогидравлическим усилителем (ЭГУР). Принцип действия данной системы аналогичен системе с гидравлическим усилителем. Главное отличие заключается в том, что насос усилителя приводится в действие электродвигателем, а не ДВС.
Рулевое управление современного автомобиля может быть дополнено следующими системами:
- Активного рулевого управления (AFS) — система изменяет величину передаточного отношения в зависимости от текущей скорости. Она позволяет корректировать угол поворота колес и обеспечивает более безопасное и устойчивое движение на скользких поверхностях.
- Динамического рулевого управления — работает аналогично активной системе, однако в конструкции в этом случае вместо планетарного редуктора используется электродвигатель.
- Адаптивного рулевого управления для транспортных средств — главной особенностью является отсутствие жесткой связи между рулем автомобиля и его колесами.
[ads-pc-1]
Требования к рулевому управлению автомобиля
Согласно стандарту, к рулевому управлению применяются следующие основные требования:
- Обеспечение заданной траектории движения с необходимыми параметрами поворотливости, поворачиваемости и устойчивости
- Усилие на рулевом колесе для осуществления маневра не должно превышать нормированного значения
- Суммарное число оборотов руля от среднего положения до каждого из крайних не должно превышать установленного значения
- При выходе из строя усилителя должна сохраняться возможность управления автомобилем
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:
- 10° для легковых автомобилей и микроавтобусов
- 20° для автобусов и подобных транспортных средств
- 25° для грузовых автомобилей
Особенности правостороннего и левостороннего руля
Левостороннее и правостороннее рулевое управление
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.
Обратите внимание
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.
Таким образом, ГОРУ может обеспечивать и правостороннее, и левостороннее рулевое управление. Это позволяет его устанавливать в транспортных средствах с особыми режимами эксплуатации (дорожно-строительные машины, уборщики).
(4
Рулевое управление автомобиля
Одной из основных систем, обеспечивающих безопасность передвижения на автомобиле, является рулевое управление.
Назначение рулевого управления автомобиля — возможность менять направление движения, совершать повороты и маневры при объезде препятствий или обгоне. Эта составляющая также важна, как и тормозная система.
Доказательством тому является предписание ПДД, эксплуатация автомобиля с неисправными указанными механизмами категорически запрещена.
Особенности узла и конструкция
На автомобилях используется кинематический способ смены направления движения, подразумевающий, что осуществление поворота происходит за счет смены положения управляемых колес.
Обычно управляемой является передняя ось, хотя существуют и авто с так называемой системой подруливания.
Особенность работы в таких авто заключается в том, что колеса задней оси тоже поворачиваются при изменении направления, хоть и на меньший угол. Но пока эта система широкого распространения не получила.
Помимо кинематического способа на технике используется еще и силовой.
Особенность его заключается в том, что для совершения поворота колеса одной стороны притормаживаются, в то время, как с другой стороны они продолжают двигаться с прежней скоростью.
И хоть этот способ изменения направления на легковых авто распространения не получил, на них он все же используется, но в несколько ином качестве – как система курсовой устойчивости.
Этот узел автомобиля состоит из трех основных элементов:
- рулевая колонка;
- рулевой механизм;
- привод (система тяг и рычагов);
Рулевой узел
У каждой составляющей – своя задача.
Рулевая колонка
Выполняет передачу вращательного усилия, которое создает водитель для изменения направления. Состоит она из рулевого колеса, располагаемого в салоне (на него и воздействует водитель, вращая его). Оно жестко посажено на вал колонки. В устройстве этой части рулевого управления очень часто используется вал, разделенный на несколько частей, соединенных между собой карданными шарнирами.
Такая конструкция сделана не просто так.
Во-первых, это позволяет менять угол положения рулевого колеса относительно механизма, смещать его в определенную сторону, что нередко необходимо при компоновке составных частей авто.
В дополнение такая конструкция позволяет повысить комфортабельность салона – водитель может менять положение рулевого колеса по вылету и наклону, обеспечивая максимально удобное его положение.
Важно
Во-вторых, составная рулевая колонка имеет свойство «ломаться» в случае ДТП, снижая вероятность травмирования водителя. Суть такова – при фронтальном ударе двигатель может сместиться назад и толкнуть рулевой механизм.
Если бы вал колонки был цельным, изменение положения механизма привело бы к выходу вала с рулевым колесом в салон.
В случае же со составной колонкой, перемещение механизма будет сопровождаться всего лишь изменением угла одной составляющей вала относительно второй, а сама колонка остается неподвижной.
Рулевой механизм
Предназначен для преобразования вращения вала рулевой колонки в поступательные движения элементов привода.
https://www.youtube.com/watch?v=TNjrSKwj4V0
Наибольшее распространение на легковых автомобилях получили механизмы типа «шестерня-зубчатая рейка». Ранее же использовался еще один вид – «червяк-ролик», который сейчас в основном используется на грузовых авто. Еще один вариант для грузовиков – «винтовой».
«шестерня-рейка»
Распространение тип «шестерня-рейка» получил благодаря сравнительно простому устройству рулевого механизма. Состоит этот конструктивный узел из трех основных элементов – корпус, в котором размещается шестерня и перпендикулярно ей – рейка. Между двумя последними элементами имеется постоянное зубчатое зацепление.
Работает этот вид механизма так: шестерня жестко связана с рулевой колонкой, поэтому она вращается вместе с валом. Из-за зубчатого соединения вращение передается на рейку, которая при таком воздействии смещается внутри корпуса в ту или иную сторону. Если водитель вращает рулевое колесо влево, взаимодействие шестерни с рейкой приводит к тому, что последняя перемещается вправо.
Зачастую на авто применяются механизмы «шестерня-рейка» с фиксированным передаточным числом, то есть диапазон поворота рулевого колеса для изменения угла колес одинаков при всех их положениях.
Для примера, предположим, что для поворота колес на угол 15° необходимо сделать 1 полный оборот руля.
Так вот, неважно, в каком положении находятся управляемые колеса (крайнее, прямолинейное), для поворота на указанный угол придется сделать 1 оборот.
Но некоторые автопроизводители устанавливают на свои авто механизмы с меняющимся передаточным числом. Причем достигается это достаточно просто – изменением угла положения зубьев на рейке в определенных зонах.
Эффект от этой доработки механизма такой: если колеса стоят прямо, то для изменения их положения на те же 15° (пример) требуется 1 оборот. Но если они находятся в крайнем положении, то из-за измененного передаточного числа, колеса повернуться на указанный угол уже через пол-оборота.
Совет
В результате диапазон поворота руля «от края до края» значительно меньше, чем в механизме с фиксированным передаточным числом.
Рейка с переменным передаточным числом
Помимо простоты устройства тип «шестерня-рейка» используется еще потому, что в такой конструкции возможна реализация исполнительных механизмов гидроусилителя (ГУР) и электроусилителя (ЭУР), а также электрогидравлического (ЭГУР).
«червяк-ролик»
Следующий тип – «червяк-ролик», менее распространен и на легковых авто сейчас практически не используется, хотя его можно встретить на автомобилях ВАЗ классического семейства.
В основе этого механизма положена червячная передача. Представляет червяк собой винт с резьбой особого профиля. Этот винт располагается на валу, соединенном с рулевой колонкой.
С резьбой этого червяка контактирует ролик, соединенный с валом, на который посажена сошка – рычаг, взаимодействующий с элементами привода.
Червячный рулевой механизм
Суть работы механизма такова: при вращении вала, винт вращается, что приводит к продольному перемещению ролика по его резьбе. А поскольку ролик установлен на валу, то это смещение сопровождается поворотом последнего вокруг своей оси. Это в свою очередь приводит к полукруговому движению сошки, которая и воздействует на привод.
От механизма типа «червяк-ролик» на легковых авто отказались в пользу «шестерни-рейки» из-за невозможности интегрировать в него гидроусилитель (на грузовых авто он все же имелся, но исполнительный механизм был вынесенным), а также достаточно сложной конструкции привода.
Винтовой тип
Конструкция винтового механизма – еще сложнее.
В ней также имеется винт с резьбой, но контактирует он не с роликом, а со специальной гайкой, на внешней стороне которой нанесен зубчатый сектор, взаимодействующий с таким же, но сделанным на валу сошки.
Также существуют механизмы с промежуточными роликами между гайкой и зубчатым сектором. Принцип же действия такого механизма практически идентичен червячному – в результате взаимодействия вал проворачивается и тянет сошку, а та в свою очередь – привод.
Винтовой рулевой механизм
На винтовой механизм можно установить гидроусилитель (гайка выполняет роль поршня), но на легковых авто он не применяется из-за массивности конструкции, поэтому и используется он только на грузовиках.
Привод
Привод в конструкции рулевого управления используется для передачи перемещения рейки или сошки на управляемые колеса.
Причем в задачу этой составляющей входит изменение положения колес на разные углы. Обусловлено это тем, что колеса при повороте движутся по разным радиусам.
Обратите внимание
Поэтому колесо с внутренней стороны при изменении траектории движения должно поворачиваться на больший угол, чем внешнее.
Конструкция привода зависит от используемого механизма. Так, если на авто используется «шестерня-рейка», то привод состоит всего лишь из двух тяг, соединенных с поворотным кулаком (роль которого выполняет амортизационная стойка) посредством шарового наконечника.
К рейке эти тяги могут крепиться двумя способами. Менее распространенным является жесткая фиксация их болтовым соединением (в некоторых случаях соединение осуществляется через сайлент-блок). Для такого соединения в корпусе механизма проделано продольное окно.
Более распространенный метод соединения тяг – жесткое, но подвижное соединение с концами рейки. Для обеспечения такого соединения на конце обеих тяг сделан шариковый наконечник. Посредством гайки этот шар прижимается к рейке. При передвижении последней тяга меняет свое положение, что и обеспечивает имеющееся соединение.
В приводах, где используется механизм «червяк-ролик», конструкция значительно сложнее и представляет собой целую систему рычагов и тяг, получивших называние рулевой трапеции.
Так, к примеру, на ВАЗ-2101 привод состоит из двух боковых тяг, одной средней, маятникового рычага и поворотных кулаков с рычагами.
При этом для обеспечения возможности изменения угла положения колеса поворотный кулак крепиться к рычагам подвески при помощи двух шаровых опор (верхней и нижней).
Большое количество составных элементов, а также соединений между ними делает такой тип привода более подверженным износу и возникновению люфтов. Этот факт — еще одна причина отказа от червячного механизма в пользу реечного.
«Обратная связь»
Стоит отметить, что в рулевом механизме существует еще и так называемая «обратная связь». Водитель не только воздействует на колеса, а посредством ее же получает информацию об особенностях движения колес по дороге.
Проявляется это в виде вибраций, рывков, создания определенно направленных усилий на руле. Эта информация считается очень важной для правильной оценки поведения авто.
Доказательством тому является тот факт, что в авто, оснащаемых ГУР и ЭУР, конструкторы сохранили «обратную связь».
Передовые разработки
Этот узел продолжают совершенствовать, так самыми последними достижениями являются системы:
- Активного (динамического) рулевого управления. Она позволяет изменять передаточное число механизма в зависимости от скорости автомобиля. Также выполняет и дополнительную функцию – корректировка угла передних колес в поворотах и при торможении на скользкой дороге.
- Адаптивного рулевого управления (управление по проводам). Это самая новая и перспективная система. В ней отсутствует прямая связь между рулем и колесами, всё работает за счёт датчиков и исполнительных устройств (сервоприводов). Большое распространение система ещё не получила по причине психологического и экономического факторов.
Система «рули по проводам»
Заключение
В целом механизм является достаточно надежным узлом, не требующим никакого обслуживания. Но при этом эксплуатация рулевого управления автомобиля подразумевает проведение своевременной диагностики для выявления неисправностей.
Конструкция этого узла состоит из множества элементов с подвижными соединениями. А где такие соединения есть, со временем из-за износа контактирующих элементов, в них появляются люфты, которые в значительной мере могут повлиять на управляемость авто.
Сложность диагностики рулевого управления зависит от его конструктивного исполнения. Так в узлах с механизмом «шестерня-рейка» соединений, которые необходимо проверять не так уж и много: наконечники, зацепление шестерни с рейкой, карданы рулевой колонки.
Важно
А вот с червячным механизмом из-за сложной конструкции привода точек диагностики значительно больше.
Что касается ремонтных работ при нарушении работоспособности узла, то наконечники при сильном износе просто заменяются. В рулевом механизме на начальном этапе люфт удается убрать регулировкой зацепления, а если это не помогло – переборкой узла с использованием ремкомплектов. Карданы колонки, как и наконечники – просто заменяются.
Рулевое управление автомобиля – назначение и устройство
Рулевое управление предназначено для изменения направления движения автомобиля. Обычно управляемыми являются колеса передней оси, но это преимущественно на легковых автомобилях.
Иногда для улучшения управляемости автомобиля и сохранения над ним полного контроля его делают полноуправляемым, то есть управляемыми являются не только основные передние колеса – задние также имеют возможность отклоняться на определенный угол.
Рулевое управление может быть с усилителем или без него, может устанавливаться на поперечине кузова в моторном отсеке или на подрамнике (практически на всех современных автомобилях).
Устройство рулевого управления
Рисунок 8.1 Пример рулевого механизма.
1 – рулевое колесо; 2 – гайка крепления рулевого колеса; 3 – верхний кожух рулевой колонки; 4 – шестерня рулевого редуктора; 5 – фланец рулевого вала; 6 – рулевой вал; 7 – труба рулевого вала; 8 – нижний кожух рулевой колонки; 9 – шаровой шарнир; 10 – наконечник рулевой тяги; 11 – пыльник; 12 – рейка рулевого редуктора; 13 – болт крепления рулевой тяги; 14 – стопорная пластина; 15 – рулевая тяга; 16 – поворотный рычаг передней стойки.
Рулевое колесо и рулевая колонка
Садясь в автомобиль на место водителя, первое, что вы видите, — это рулевое колесо. Вращая его в ту или иную сторону, вы направляете автомобиль. Ничего в рулевом колесе (или руле) сложного нет… если это, конечно, руль автомобиля самой простой комплектации.
В современных автомобилях руль — это и место для установки подушки безопасности, и пульт управления аудиосистемой вместе с телефоном, также это контроллер для управления бортовым компьютером.
Рулевое колесо современного автомобиля иногда бывает попросту перегружено всяческими переключателями и кнопками, которые имеют различное назначение.
Рулевая колонка, это, по сути, два вала (реже один), соединенных между собой универсальными шарнирами (похожими на карданные). Она призвана передавать вращение от рулевого колеса к рулевому механизму.
На многих нынешних автомобилях предусмотрена регулировка угла наклона рулевого колеса и расстояния его вылета.
Другими словами, вы можете, перемещая рулевое колесо вверх/вниз и на себя/от себя, установить то положение, которое наиболее близко к идеальному, согласно вашим пожеланиям.
Примечание
Для обеспечения высоких показателей пассивной безопасности, к проектированию рулевой колонки относятся так же серьезно, как и, например, к проектированию сиденья. Это связано с тем, что при фронтальном столкновении рулевое колесо не должно смещаться более, чем это допустимо. Поэтому при столкновении рулевая колонка должна складываться или ломаться в определенных местах.
Рулевой механизм
На современных легковых автомобилях применяются два самых распространенных типа рулевых механизмов: червячный и реечный.
Интересно
Огромное значение имеет место расположения на подрамнике рулевого механизма относительно воображаемой оси управляемых колес. Так, установка рулевого механизма за передней осью или перед ней в итоге может кардинально изменить поведение автомобиля на дороге, поэтому конструкторы при проектировании автомобиля подходят к этому вопросу очень серьезно.
Червячный рулевой механизм
Если рулевой механизм червячный, то он состоит из глобоидного червяка и углового сектора, на который установлен ролик. К угловому сектору подсоединен вал, а на валу закреплена сошка.
Перемещение сошки передается на рулевую трапецию, которая состоит из рулевых тяг. Тяги, перемещаясь, поворачивают колеса в ту или иную сторону. Устройство рулевого механизма показано на рисунке 8.2.
Сейчас автомобили с червячным рулевым механизмом встречаются все реже.
Рисунок 8.2 Червячный рулевой механизм.
Червячная передача – это такой тип передачи, в которой имеется червяк, представляющий собой резьбовую часть болта, но только с увеличенными во много раз витками, и шестерня, входящая в зацепление с этим червяком.
Совет
Глобоидным червяк называется из-за своей формы: его профиль вогнутый, как показано на рисунке 8.3.
Рисунок 8.3 Внешний вид глобоидного червяка.
Реечный рулевой механизм
Теперь опишем реечный рулевой механизм (рисунок 8.4). Он состоит из шестерни и зубчатой рейки. Шестерня соединена с валом рулевой колонки, а рейка через тяги – с поворотными кулаками колес.
Рисунок 8.4 Реечный рулевой механизм.
Интересно
Иногда зубья на рейке наносят с переменным шагом (рисунок 8.5). Делают это для того, чтобы получить подобие активного рулевого управления для получения сочетания таких противоречивых показателей, как управляемость и комфорт.
Так, для того чтобы при парковке водитель не вращал рулевое колесо на 5—10 оборотов в угоду легкости, желательно, чтобы число оборотов от упора до упора составляло как можно меньше – один, а то и пол-оборота.
Но если от правого крайнего положения руля до левого будет всего один оборот, то рулевое управление будет довольно чувствительным к каждому движению, что опасно при движении на высоких скоростях, так как плавно выполнить все маневры не удастся, а это чревато последствиями.
Вот и пришли к такому довольно простому компромиссному решению: шаг центральных зубьев рулевой рейки небольшой, а передаточное отношение чуть выше, а, следовательно, и чувствительность к отклонению рулевого колеса небольшая. Но от центра шаг зубьев увеличивается, чтобы уменьшить передаточное отношение и общее число оборотов рулевого колеса.
Рисунок 8.5 Пример зубчатой рейки рулевого механизма с переменным шагом зубьев.
Примечание
Шаг зубьев – это расстояние между центрами вершин зубьев.
Интересно
Кстати, может быть и обратная ситуация, когда шаг зубьев рейки уменьшается ближе к концам рейки.
Реечный рулевой механизм занял место червячного и основательно закрепился как наиболее актуальная конструкция, так как его преимущества говорят сами за себя: управление автомобилем, даже не оборудованным усилителем рулевого управления, несложное, небольшое количество звеньев всего рулевого механизма, простота монтажа на автомобиль и сведение к минимуму операций по обслуживанию.
Рулевой привод
Рулевой привод — это набор тяг и шарниров, связывающих и передающих перемещения от рулевого механизма к поворотным кулакам управляемых колес.
Если вернуться к червячному рулевому механизму, то в классической схеме имеются три тяги — одна центральная и две боковые, они соединяются через шарниры. Тяги рулевого привода в данном случае называют рулевой трапецией. Конструкция рулевой трапеции в геометрическом плане такова, что она обеспечивает поворот управляемых колес на разные углы (смотрите главу «Ходовая часть»).
Обратите внимание
При условии установки реечного рулевого механизма все немного проще. К рулевой рейке крепятся рулевые тяги с обеих сторон, которые передают перемещение на поворотные кулаки колес. Преимущества очевидны, ведь чем меньше различных промежуточных звеньев, тем надежнее и точнее весь механизм.
Примечание
Чтобы исключить попадание грязи и пыли в корпус реечного рулевого механизма, с обеих его сторон установлены так называемые пыльники (гофрированные резиновые чехлы).
Углы поворота управляемых колес
При повороте управляемые колеса автомобиля проходят различные расстояния. И если оба колеса будут поворачиваться на одинаковый угол, автомобиль будет смещаться с заданной траектории, при этом шины колес будут значительно быстрее изнашиваться.
Рисунок 8.6 Поворот управляемых колес на разные углы.
Для того чтобы избежать этого, рулевое управление проектируют таким образом, чтобы обеспечить поворот внутреннего колеса на больший угол относительно наружного.
Рисунок 8.7 Поворот управляемых колес на различные углы.
Общее устройство рулевого управления
Рулевое управление (рис. 5.3) современных автомобилей с поворотными колесами включа ет в себя следующие элементы:
— рулевое колесо с рулевым валом (рулевой колонкой);
— рулевой механизм;
— рулевой привод (может содержать усилитель и (или) амортизаторы).
Рулевое колесо находится в кабине водителя и расположено под таким углом к вертика ли, который обеспечивает наиболее удобный охват его обода руками водителя.
Чем больше диаметр рулевого колеса, тем при прочих равных условиях меньше усилия на ободе рулево го колеса, но при этом уменьшается возможность быстрого поворота руля при выполнении резких маневров.
Диаметр рулевого колеса современных легковых автомобилей лежит в пределах 380-425 мм, тяжелых грузовых и автобусов — 440-550 мм, наименьшие диа метры имеют рулевые колеса спортивных автомобилей.
Рулевой механизм представляет собой механический редуктор, его основная за дача — увеличение приложенного к рулевому колесу усилия водителя, необходимого для поворота управляемых колес.
Рулевые управления без рулевых механизмов, когда водитель непосредственно поворачивает управляемое колесо, сохранились лишь на очень легких транспортных средствах, например на мотоциклах.
Рулевой механизм имеет достаточно большое передаточное число, поэтому для поворота управляемых колес на максимальный угол 30-45 ° необходимо сделать несколько оборотов рулево го колеса.
Важно
Рулевой вал соединяет рулевое колесо с рулевым механизмом и часто выполняется шар нирным, что позволяет более рационально компоновать элементы рулевого управления, а для грузовых автомобилей применять откидывающуюся кабину (рис. 5.4).
Кроме того, шарнирный рулевой вал повышает травмобезопасность рулевого колеса при авариях, уменьшая перемещение рулевого колеса внутрь салона и возможность травмиро вания грудной клетки водителя.
С этой же целью в рулевой вал иногда встраивают сминаемые элементы (рис. 5.5), а ру левое колесо покрывают относительно мягким материалом, не дающем при разрушении ост рых осколков.
8″ 227
Рис. 5.
3 Рулевое управление с гидроусилителем:1 — рулевая сошка; 2 — продольная ру левая тяга; 3 — рулевой механизм; 4 — всасывающий шланг; 5 — сливной шланг; 6 — ба чок; 7 — правая боковая рулевая тяга; 8 — правый маятниковый рычаг; 9 — поперечная рулевая тяга; 10 — входной вал рулевого механизма; 11 — нижний карданный шарнир; 12 — карданный вал; 13 — верхний карданный шарнир; 14 — вал рулевой колонки; 15 — ру левое колесо; 16 — левый маятниковый рычаг; 17, 21 — наконечники левой боковой тяги; 18 — хомут регулировочной трубки; 19 — левый рычаг рулевой трапеции; 20 — чехол шар нира; 22 — шарнир; 23 — нагнетательный шланг; 24 — насос гидроусилителя
Рулевой привод представляет собой систему тяг и шарниров, связывающих рулевой ме ханизм с управляемыми колесами.
Поскольку рулевой механизм закреплен на несущей сис теме автомобиля, а управляемые колеса при движении перемещаются на подвеске вверх и вниз относительно несущей системы, рулевой привод обязан обеспечить необходимый угол поворота колес независимо от вертикальных перемещений подвески (согласованность кинематики рулевого привода и подвески). В связи с этим конструкция рулевого привода,
Рис. 5.
4. Шарнирный рулевой вал грузо вого автомобиля
Рис. 5.
5. Рулевой вал со сминаемыми при ударе элементами:1 — вал до удара; 2 — вал в процессе смятия; 3 — полностью «сложенный» вал; 4 — максимальный ход рулевого вала
а именно количество и расположение рулевых тяг и шарниров, зависит от типа применяемой подвески автомобиля. Наиболее сложным рулевой привод имеют автомобили с нескольки ми управляемыми мостами.
Для дополнительного уменьшения усилий, необходимых для поворота рулевого колеса, в рулевом приводе применяют усилители рулевого управления. Источником энергии для ра боты усилителя является, как правило, двигатель автомобиля. Первоначально усилители применялись лишь на тяжелых грузовых автомобилях и автобусах, в настоящее время ис пользуются и на легковых.
Совет
Для смягчения рывков и ударов, которые передаются на рулевое колесо при движении по неровной дороге, в рулевой привод иногда встраивают гасящие элементы — аморти заторы рулевого управления. Конструкция указанных амортизаторов принципиально не от личается от конструкции амортизаторов подвески.
РУЛЕВОЙ МЕХАНИЗМ
К рулевому механизму предъявляются следующие требования:
— оптимальное передаточное число, определяющее соотношение между необходимым уг лом поворота рулевого колеса и усилием на нем;
— незначительные потери энергии при работе (высокий КПД);
— возможность самопроизвольного возврата рулевого колеса в нейтральное положе ние, после того как водитель перестал удерживать рулевое колесо в повернутом по ложении;
— незначительные зазоры в подвижных соединениях для обеспечения малого люфта или свободного хода рулевого колеса;
— высокая надежность.
Наибольшее распространение на легковых автомобилях сегодня получили реечные руле вые механизмы (рис. 5.6).
Конструкция такого механизма включает в себя шестерню, установленную на валу рулево го колеса, и связанную с ней зубчатую рейку. При вращении рулевого колеса рейка переме щается вправо или влево и через присоединенные к ней тяги рулевого привода поворачивает управляемые колеса.
Причинами широкого применения на легковых автомобилях именно такого механизма явля ются: простота конструкции, малые масса и стоимость изготовления, высокий КПД, небольшое число тяг и шарниров.
Кроме того, расположенный поперек автомобиля корпус реечного рулево го механизма оставляет достаточно места в моторном отсеке для размещения двигателя, транс миссии и других агрегатов автомобиля.
Реечное рулевое управление обладает высокой жестко стью, 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 ко лесо; склонность к виброактивности рулевого управления, повышенная нагруженность дета лей, сложность установки такого рулевого механизма на автомобили с зависимой подвес кой 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.
Легковые автомобили с зависимой подвеской управляемых колес, малотоннажные гру зовые автомобили и автобусы, легковые автомобили высокой проходимости оснащаются, как правило, рулевыми механизмами типа «глобоидальный червяк—ролик» (рис. 5.7).
Обратите внимание
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.
Рис. 5.6 а. Реечный рулевой механизм без гидроусилителя:1 — чехол; 2 — вкладыш; 3 — пружина; 4 — шаровой палец; 5 — шаровой шарнир; 6 — упор; 7 — рулевая рейка; 8 — шестерня
Рис. 5.6 б, в. 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 гидроуси лителя; 9 — резервуар для жидкости; 10 — элемент подвески
Рис. 5.
7. Рулевой механизм типа «глобоидальный червяк-ролик» без гидроусилителя:
1 — ролик; 2 — червяк
Механизм типа «глобоидальный червяк-ролик» представляет собой разновидность червячной передачи и состоит из соединенного с рулевым валом глобоидального червяка (червяка с перемен ным диаметром) и ролика, установленного на вале.
На этом же вале вне корпуса рулевого механиз ма установлен рычаг (сошка), с которым связаны тяги рулевого привода. Вращение рулевого коле са 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 мак симальные углы поворота управляемых колес (лучшая маневренность автомобиля), хорошо компонуются с зависимой подвеской, допускают передачу больших усилий.
Иногда червяч ные механизмы применяют на легковых автомобилях высокого класса и большой собствен ной 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.
Наиболее распространенным рулевым механизмом для тяжелых грузовых автомобилей и ав тобусов является механизм типа «винт-шариковая гайка-рейка-зубчатый сектор» (рис. 5.8).
Иногда рулевые механизмы такого типа можно встретить на больших и дорогих легковых автомобилях (Mercedes, Range Rover и др.).
Важно
При повороте рулевого колеса вращается вал механизма с винтовой канавкой и переме щается надетая на него гайка. При этом гайка, имеющая на внешней стороне зубчатую рей ку, поворачивает зубчатый сектор вала сошки.
Для уменьшения трения в паре винт-гайка передача усилий в ней происходит посредством шариков, циркулирующих в винтовой канав ке.
Данный рулевой механизм имеет те же преимущества, что и рассмотренный выше чер вячный, но имеет большой КПД, позволяет эффективно передавать большие усилия и хоро шо компонуется с гидравлическим усилителем рулевого управления.
Ранее на грузовых автомобилях можно было встретить и другие типы рулевых механиз мов, например «червяк-боковой сектор», «винт-кривошип», «винт-гайка-шатун-рычаг». На современных автомобилях такие механизмы из-за их сложности, необходимости регули ровки и низкого КПД практически не применяются.
Рис. 5.
8. Рулевой механизм типа «винт-шариковая гайка-рейка-зубчатый сектор» без гидроусилителя (а):1 — картер; 2 — винт с шариковой гайкой; 3 — вал-сектор; 4 — проб ка заливного отверстия; 5 — регулировочные прокладки; 6 — вал; 7 — уплотнитель рулево го вала; 8 — сошка; 9 — крышка; 10 — уплотнитель вала-сектора; 11 — наружное кольцо подшипника вала-сектора; 12 — стопорное кольцо; 13 — уплотнительное кольцо; 14 — бо ковая крышка; 15 — пробка; со встроенным гидроусилителем (б):1 — регулировочная гайка; 2 — подшипник; 3 — уплотнительное кольцо; 4 — винт; 5 — картер; 6 — поршень-рей ка; 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 — гай ка; 18 — болт
РУЛЕВОЙ ПРИВОД
Рулевой привод должен обеспечивать оптимальное соотношение углов поворота разных уп равляемых колес, не вызывать поворотов колес при работе подвески, иметь высокую на дежность.
Наиболее распространен механический рулевой привод, состоящий из рулевых тяг, руле вых шарниров и, иногда, промежуточных (маятниковых) рычагов.
Поскольку рулевой шарнир должен, как правило, работать в нескольких плоскостях он делается сферическим (шаровым). Такой шарнир состоит из корпуса с вкладышами и шаро вого пальца с надетым на него эластичным защитным чехлом (рис. 5.9 и см. рис. 5.6а).
Совет
Вкладыши выполняются из материала с антифрикционными свойствами. Чехол предот вращает попадание грязи и воды внутрь шарнира.
Рулевой привод многоосных автомобилей с несколькими передними управляемыми ося ми принципиально не отличается от привода автомобиля с одной управляемой осью, но име ет большее количество тяг, шарниров и рычагов (рис. 5.10).
Рис. 5.9. Шарнир рулевого привода с шаровым пальцем
Рис.5.10. Рулевой привод многоосных автомобилей
Рис. 5.11. Рулевой привод задних управляемых колес грузового автомобиля:1 — рулевой механизм; 2 — датчик угла поворота колес; 3 — датчик частоты вращения коленчатого вала; 4 — аварийная лампа; 5 — датчик частоты вращения колеса; 6 — электронный блок управле ния; 7 — гидроцилиндр; 8 — управляющий клапан; 9 — фильтр; 10 — насос; 11 — масляный бак
Рис. 5.12. Рулевой привод задних управляемых колес автомобиля
Как было сказано выше, основная цель дополнительного поворота задних колес автомобиля — повышение маневренности, причем задние колеса должны повора чиваться в другом направлении, нежели передние.
Создать механический рулевой привод, который обеспечивал бы указанный характер поворота, несложно, но ока залось, что автотранспортные средства с таким управлением склонны к рысканью при движении по прямой и плохо управляются при входе в скоростные повороты.
Поэтому в рулевой привод современных автомобилей с задними управляемыми колесами устанавливают устройства, которые отключают поворот задних колес при скоростях выше 20-3 0 км/ч. В связи с этим привод задних колес делается гидрав лическим или электрическим (рис. 5.11).
В ряде случаев задние колеса легковых автомобилей делаются поворотными не столько для повышения маневренности, сколько для подруливания при прохождении поворотов на большой скорости.
Механический, гидравлический или электрический рулевой приводы (рис. 5.
12) обеспечивают поворот задних колес в ту или иную сторону на небольшие углы (не более 2-3°), что улучшает управляемость на высоких скоростях.
Дата добавления: 2016-09-06; просмотров: 4467;
Устройство механизма рулевого управления автомобиля – Авто Мото Спец
Задача рулевого механизма состоит в том, чтобы изменять направление движения автомобиля. В большинстве автомобилей можно изменить лишь направление передних колес, но существуют современные модели, управление которыми происходит путем изменения направления всех четырех колес.
Система рулевого управления состоит из рулевого устройства и привода. В результате вращения рулевого колеса двигатель начинает поступательное движение. Затем управляемые колеса поворачиваются, и автомобиль меняет свое направление.
Устройство рулевого управления автомобиля
В ходе этого процесса изначальное движение водителя усиливается в несколько раз. Схема рулевого устройства показывает, какие детали и механизмы задействуются в процессе управления автомобилем.
Обратите внимание
На современные автомобили и грузовые автомобили, предназначенные для перевозки больших грузов, дополнительно устанавливаются гидроусилители.
Гидроусилители облегчают управление автомобилем и повышают безопасность движения.
Устройство рулевого управления
Червячная передача рулевого управления
Это самый древний тип рулевого управления. Система состоит из картера со встроенным винтом, получившим название «червяк». «Червяк» напрямую соединяется с рулевым валом.
Помимо винта, в системе присутствует еще один вал с роликом-сектором. Вращение руля приводит к вращению «червяка» и последующему вращению ролика-сектора.
К ролику-сектору присоединена рулевая сошка, связанная посредством шарнирного управления с системой тяг.
В результате работы этой системы тяг управляемые колеса поворачиваются, и автомобиль изменяет направление движения. Червячный тип рулевого механизма имеет ряд недостатков. Во-первых, это большая потеря энергии за счет большого трения внутри механизма. Во-вторых, отсутствует жесткая связь между колесами и рулем.
В-третьих, для того, чтобы изменить направление движения, нужно обернуть руль несколько раз, что не только выглядит несовременно, но и не соответствует существующим в мире стандартам управления. В настоящее время устройства червячного типа используются только в российских УАЗах, ВАЗах с задним приводом и ГАЗах.
Винтовой тип рулевого механизма
Рулевое управление автомобиля Волга ГАЗ 31105
Винтовой механизм по-другому называют «винт-шариковая гайка». Разрабатывая эту систему, конструкторы заменили «червяка» специальным винтом с присоединенной к нему шариковой гайкой. На внешней стороне гайки располагаются зубья, которые и входят в контакт с таким же, как и в предыдущей системе, роликом-сектором.
Для того чтобы уменьшить трение, разработчики предложили разместить между роликом-сектором и гайкой шариковые каналы. Благодаря такому решению удалось значительно уменьшить трение, увеличить отдачу и облегчить управление.
Важно
Однако наличие все той же сложной системы тяг, большие размеры и неудобная форма винтового механизма привели к тому, что винтовая система была признана также неприспособленной к современным условиям.
Однако некоторые известные автопроизводители до сих пор используют механизм «винт-шариковая гайка» при изготовлении машин с продольным двигателем. Подобные механизмы имеют автомобили Nissan Patrol, Mitsubishi Pajero и другие.
Реечный тип рулевого механизма
Устройство рулевого управления автомобиля ваз 2108, ваз 2109, ваз 21099
Реечная конструкция – самое распространенное устройство рулевого управления. Сила этой конструкции заключается в ее простоте. Этот простой и прогрессивный механизм используется при производстве 90% автомобилей.
В основе устройства рулевой рейки лежит основной элемент – вал-рейка. Вал-рейка оснащена поперечными зубьями. На рулевом валу располагается шестерня, которая зацепляется за зубья рулевого вала и перемещает рейку.
Благодаря использованию этой системы удалось добиться минимизации количества шарнирных соединений и значительного сохранения энергии. Каждому колесу «полагается» по два шарнира и по одной тяге.
Для сравнения: в системе «винт-шариковая гайка» колесу соответствует три тяги, в «червячном» механизме – пять тяг. Рулевая рейка обеспечила практически прямую связь между рулем и колесами, а значит, в несколько раз увеличила легкость управления автомобилем.
Такое рулевое устройство автомобиля сделало возможным изменять направление движения минимальным количеством оборотов руля.
Еще одно преимущество реечной конструкции – размер и форма картера. При своем небольшом размере и продолговатой форме, картер способен разместиться в автомобиле где угодно.
Автопроизводители размещают картер над двигателем, под двигателем, впереди или сзади, исходя из модели автомобиля. Реечный механизм позволил добиться практически мгновенной реакции колес на поворот руля.
Эта система позволила создавать скоростные автомобили с современной, усовершенствованной системой управления.
Усилитель
Элементы гидроусилителя рулевого управления автомобиля Волга ГАЗ 31105
Усилитель используется для облегчения управления. Благодаря усилителю, удается достичь большей точности управления, увеличить скорость передачи движения от руля к колесу.
Автомобиль с усилителем управляется проще, легче, быстрее. Усилитель может быть электрическим, пневматическим или гидравлическим.
В большинстве современных автомобилей используется гидравлический усилитель, получающий питание от электродвигателя.
Совет
Гидроусилитель состоит из поворотного клапана и лопастного насоса. За счет движения лопастного насоса гидравлическая энергия поступает в рулевой механизм. Насос работает за счет электрического двигателя автомобиля.
Он перемещает гидравлическую жидкость. Величина давления регулируется при помощи встроенного в насос предохранительного клапана.
Нетрудно догадаться, что чем больше скорость движения двигателя, тем большее количество жидкости поступает в насосный механизм.
Новые технологии
Устройство рулевого управления автомобиля
В последнее время автопроизводители стали выпускать модели с электрическим усилителем. Такие автомобили управляются «бортовым компьютером», то есть электронной системой, работающей в автоматическом режиме.
Больше всего эта система напоминает компьютерную игру, в которой специальные датчики, установленные на руле, подают на центральный компьютер сведения обо всех изменениях и изменяют положение механизмов.
«Слабые звенья» рулевого управления
Как и любой другой механизм, рулевое управление время от времени ломается. Опытный водитель прислушивается к своему автомобилю и может определить наличие той или иной неисправности по характерным звукам.
Например, стуки или увеличение люфта рулевого колеса могут свидетельствовать о том, что в рулевом механизме ослаблено крепление картера, кронштейна маятникового рычага или рулевой сошки.
Также это может быть признаком того, что шарниры рулевых тяг, передающая пара или втулка маятникового рычага пришли в негодность.
Эти неисправности можно устранить при помощи нехитрых манипуляций: замены износившихся деталей, регулировки зацеплений или креплений.
В том случае, если при вращении руля ощущается чрезмерное сопротивление, можно говорить о том, что нарушилось соотношение углов установки передних колес или зацепление передающей пары. Также руль может туго двигаться при отсутствии смазки в картере. Следует устранить данные недостатки: долить смазку, сбалансировать углы установки, отрегулировать зацепление.
Профилактика
Чтобы устройство рулевого управления автомобиля служило долго, необходимо уделять внимание его профилактике. Тщательная проверка деталей и механизмов рулевого управления сможет уберечь от поломок, требующих длительного и дорогостоящего ремонта. Помимо профилактики, большое значение имеет стиль вождения.
Предупредить возникновение неисправностей может своевременное техническое обслуживание, включающее в себя диагностику состояния рулевого механизма и других важных деталей и элементов автомобиля.
Устройство рулевого управления с гидроусилителем: легкий руль
И тема сегодняшней статьи: устройство рулевого управления с гидроусилителем.
Уважаемые коллеги-автолюбители, вряд ли вы будете спорить с тем, что приятно, когда руль машины поворачивается легко, практически одним пальцем.
Что же позволяет превратить тяжело управляемого монстра в послушную ласточку? Есть такое приспособление – гидроусилитель руля!
При управлении автомобиля с гидроусилителем руля возникает чувство полного контроля над авто, а поездка приносит одно удовольствие.
Обратите внимание
Но так было не всегда. Если среди вас имеются владельцы «классики» от ВАЗ, то они, наверняка, знают, каково это – настоящая физическая работа за рулём.
Давайте разберёмся, что это за зверь, этот гидроусилитель, и с чем его едят.
Гидравлический усилитель рулевого управления (ГУР) – это узел, спрятанный в недрах наших автомобилей, который создаёт дополнительные усилия для поворота колёс, тем самым помогая нам рулить без напряжения мускул.
Несмотря на то, что использование этих устройств на легковых машинах началось примерно с конца 50-х годов прошлого столетия, они ещё долгие десятилетия считались чем-то экзотическим.
Тем не менее, история ГУР уходит корнями даже не в 50-е, всё началось гораздо раньше. Так, первый патент на устройство, напоминающее нынешний гидроусилитель руля был получен аж в 1902 году.
Последующие годы, ознаменованные бурным развитием автопрома, определили нишу, где гидроусилитель чувствовали себя лучше всего и считались наиболее полезными – это грузовая техника.
Первыми попробовали применить этот девайс на легковушках специалисты из Rolls-Royce в 20-х годах, но их инновация тогда так и не прижилась.
В наши дни это звучит, конечно, дико – гидроусилители сейчас являются почти стандартным устройством для всех авто, иногда, правда, уступая место более продвинутым электрогидроусилителям и электроусилителям.
Устройство рулевого управления с гидроусилителем
Как же устроен классический ГУР? Основными элементами любого гидроусилителя являются следующие:
• бачок для рабочей жидкости (как правило, специального масла);• насос;• набор соединительных шлангов;• распределитель;
• гидроцилиндр.
Функционируют все вышеперечисленные детали по такой схеме. Когда Вы едете прямо и не планируете поворот, гидроусилитель уже работает. Если точнее, работает насос, раскручивающийся приводом от коленвала мотора и нагнетающий давление масла в системе.
Как только руль повернулся, за дело принимается распределитель, в недрах которого находится один из важнейших элементов всего ГУР – золотник.
Важно
Он двигается синхронно с баранкой и открывает при определённом положении доступ для рабочей жидкости в ту или иную полость гидроцилиндра. Масло, попавшее в него, давит на поршень, связанный с системой тяг рулевого механизма, и происходит поворот колёс.
Как видите, алгоритм работы гидроусилителя довольно прост и понятен. Кстати устройство рулевого управления с гидроусилителем устроено таким образом, чтобы при его поломке, контроль над автомобилем не терялся.
Правда, в этом случае вы прочувствуете все прелести механического типа привода рулевого управления.
И гидроусилитель требует внимания
В завершении несколько слов об уходе за гидроусилителями автомобиля. Как и любой другой механизм, он требует к себе определённого внимания. На самом деле, правил немного, и соблюдая их, Вы однозначно продлите жизнь Вашего авто. Вот основные:
• контроль и замена масла в бачке ГУР (не реже одного раза в два года);• регулярная замена фильтра в бачке;• если обнаружили протечку в гидроусилителе – сразу же в сервис;
• регулярная проверка натяжения ремня привода насоса ГУР.
На этом, друзья, мы будем заканчивать наш рассказ о гидравлическом усилителе рулевого управления машин.
Подписывайтесь на блог, и вы гарантированно не пропустите свежие и интересные публикации, посвящённые устройству автотехники.
