Vetaif.ru

Авто журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Назначение и устройство рулевого механизма

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);

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.

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.

Винтовой рулевой механизм

Винтовой рулевой механизм объединяет следующие конструктивные элементы: винт на валу рулевого колеса; гайку, перемещаемую по винту; зубчатую рейку, нарезанную на гайке; зубчатый сектор, соединенный с рейкой; рулевую сошку, расположенную на валу сектора.

Особенностью винтового рулевого механизма является соединение винта и гайки с помощью шариков, чем достигается меньшее трение и износ пары.

Принципиально работа винтового рулевого механизма схожа с работой червячного механизма. Поворот рулевого колеса сопровождается вращением винта, который перемещает надетую на него гайку. При этом происходит циркуляция шариков. Гайка посредством зубчатой рейки перемещает зубчатый сектор и с ним рулевую сошку.

Винтовой рулевой механизм в сравнении с червячным механизмом имеет больший КПД и реализует большие усилия. Данный тип рулевого механизма устанавливается на отдельных легковых автомобилях представительского класса, тяжелых грузовых автомобилях и автобусах.

Реечный рулевой механизм

В рулевом механизме «шестерня – рейка» усилие к колесам передается с помощью прямозубой или косозубой шестерни, установленной в подшипниках, и зубчатой рейки, перемещающейся в направляющих втулках. Для обеспечения беззазорного зацепления рейка прижимается к шестерне пружинами. Шестерня рулевого механизма соединяется валом с рулевым колесом, а рейка — с двумя поперечными тягами, которые могут крепиться в середине или по концам рейки. Данные механизмы имеют небольшое передаточное число, что дает возможность быстро поворачивать управляемые колеса в требуемое положение. Полный поворот управляемых колес из одного крайнего положения в другое осуществляется за 1,75…2,5 оборота рулевого колеса.

Рулевой привод состоит из двух горизонтальных тяг и поворотных рычагов телескопических стоек передней подвески. Тяги соединяются с поворотными рычагами при помощи шаровых шарниров. Поворотные рычаги приварены к стойкам передней подвески. Тяги передают усилие на поворотные рычаги телескопических стоек подвески колес и соответственно поворачивают их вправо или влево.

Рулевой механизм — часть рулевого управления, преобразующая вращательное движение рулевого колеса в поступательное движение рулевых тяг. Как правило, это один из видов механического редуктора, хотя, например, в комбайнах применяется система «гидромотор-шланги-гидроцилиндр». Наиболее распространены следующие виды рулевых механизмов

  • Шестерня — зубчатая рейка — руль соединён с неподвижной (вращающейся) шестернёй, концы подвижной рейки через тяги поворачивают колёса. В настоящее время применяется на большинстве легковых автомобилей (переднеприводных).
  • Червяк — зубчатый сектор — рулевое колесо вращает червяк, по которому ходит вырожденный сектор зубчатого колеса — ролик (трение скольжения заменено на трение качения). Перекатываясь по сектору червяка, ролик вращает ось, с другой стороны которой закреплён рычаг, который своим движением перемещает рулевую трапецию. Эта достаточно сложная система, с большим числом деталей, широко применялась на заднеприводных автомобилях, с передней двухрычажной подвеской.
  • Винт — шариковая гайка — рулевое колесо вращает винтовой вал, поступательно перемещая «гайку» — соответствующую винтовую втулку, через тяги перемещающую рулевую трапецию. Между витками вала и втулки расположены шарики, переводящие трение скольжения в трение качения. Механизм применяется в основном на грузовых автомобилях, совместно с гидроусилителем (втулка-гайка является также поршнем гидроцилиндра).

Также имеются примитивные виды рулевого управления, когда рулевая сошка установлена прямо на рулевом валу, как на автомобилях типа карт, либо когда рулевой вал связан напрямую с управляемым колесом, как на велосипедах и мотоциклах.

Читать еще:  Знак перевернутый треугольник с красной окантовкой

Устройство рулевого механизма различается в зависимости от способа преобразования крутящего момента. По этому параметру выделяют червячный и реечный виды механизмов. Существует еще винтовой тип, принцип работы которого схож с червячной передачей, но он имеет больший КПД и реализует большее усилие.

Червячный рулевой механизм: устройство, принцип работы, преимущества и недостатки

Этот рулевой механизм является одним из «устаревших» устройств. Им оснащены практически все модели отечественной «классики». Механизм применяется на автомобилях с повышенной проходимостью с зависимой подвеской управляемых колес, а также в легких грузовых автомобилях и автобусах.

Схема червячного редуктора

Конструктивно устройство состоит из следующих элементов:

  • рулевой вал;
  • передача «червяк-ролик»;
  • картер;
  • рулевая сошка.

Пара «червяк-ролик» находится в постоянном зацеплении. Глобоидальный червяк представляет собой нижнюю часть рулевого вала, а ролик закреплен на валу сошки. При вращении руля ролик перемещается по зубьям червяка, благодаря чему вал рулевой сошки также поворачивается. Результатом такого взаимодействия является передача поступательных движений на привод и колеса.

Рулевой механизм червячного типа имеет следующие преимущества:

  • возможность поворота колес на больший угол;
  • гашение ударов от дорожных неровностей;
  • передача больших усилий;
  • обеспечение лучшей маневренности машины.

Изготовление конструкции достаточно сложное и дорогое – в этом главный ее минус. Рулевое управление с таким механизмом состоит из множества соединений, периодическая регулировка которых просто необходима. В противном случае придется заменять поврежденные элементы.

Реечный рулевой механизм: устройство, принцип работы, преимущества и недостатки

Рулевой механизм реечного типа считается более современным и удобным. В отличие от предыдущего узла, это устройство применимо на транспортных средствах с независимой подвеской управляемых колес.

В реечный рулевой механизм входят следующие элементы:

  • корпус механизма;
  • передача «шестерня-рейка».

Шестерня устанавливается на рулевом валу и находится в постоянном зацеплении с рейкой. В процессе вращения рулевого колеса рейка перемещается в горизонтальной плоскости. В результате соединенные с ней тяги рулевого привода также перемещаются и приводят в движение управляемые колеса.

Механизм «шестерня-рейка» отличается простотой конструкции и высоким КПД. К ее преимуществам также можно отнести:

  • меньшее количество шарниров и тяг;
  • компактность и невысокая цена;
  • надежность и простота конструкции.

С другой стороны, редуктор этого типа чувствителен к ударам от неровностей дороги – любой толчок от колес передастся на руль.

Винтовой редуктор

Особенностью этого механизма является соединение с помощью шариков винта и гайки. За счет чего наблюдается меньшее трение и износ элементов. Механизм состоит из следующих элементов:

  • вал рулевого колеса с винтом
  • гайка, перемещаемая по винту
  • зубчатая рейка, нарезанная на гайке
  • зубчатый сектор, с которым соединена рейка
  • рулевая сошка

Винтовой рулевой механизм применяется в автобусах, тяжелых грузовых автомобилях и в некоторых легковых автомобилях представительского класса.

8.1 Назначение и устройство рулевого управления

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.

Читать еще:  Замена задних пружин приора хэтчбек

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.

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»).

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.

Разновидности рулевых механизмов

Можно выделить три наиболее популярные схемы редукторов:

  • червячно-роликовый;
  • реечный;
  • типа «винт-шариковая гайка».

У каждого из них свои преимущества и области использования.

Механизм типа «червяк-ролик»

Данный типа широко применялся в прошлом на всех автомобилях, но сейчас имеет ограниченное использования из-за многих недостатков в сравнении с прочими схемами.

Принцип действия червячного редуктора состоит в обкатывании секторного зубчатого ролика спиральным червячным колесом на валу рулевой колонки. Входной вал редуктора выполнен как одно целое с червячной накаткой переменного радиуса, а для соединения с валом колонки снабжён шлицевым или клиновым разъёмом. Зубчатый сектор ролика находится на валу выхода на сошку, с помощью которой редуктор соединяется с тягами рулевой трапеции.

Вся конструкция помещена в жёсткий корпус, называемый также картером из-за наличия в нём смазки. Обычно это жидкое масло трансмиссионного типа. Выходы валов из картера герметизированы сальниками. Картер крепится болтами к раме или моторной перегородке кузова.

Читать еще:  В чем причина магнитола не включается

Вращение входного вала в редукторе преображается во вращательно-поступательное шарового наконечника сошки. К ней же крепятся тяги к колёсам и дополнительным рычагам трапеции.

Механизм способен передавать значительные усилия и достаточно компактен при больших передаточных числах. Но при этом в нём сложно организовывать управление с минимальным люфтом и низким трением. Отсюда и область применения – грузовые автомобили и внедорожники, в основном консервативной конструкции.

Рулевые рейки

Наиболее широко распространённый механизм для легковых автомобилей. Реечное управление работает гораздо более точно, обеспечивает хорошую обратную связь и неплохо компонуется в автомобиле.

Реечный механизм состоит из:

  • корпуса с креплением к переборке кузова;
  • зубчатой рейки, лежащей на опорных подшипниках скольжения;
  • приводной шестерни, соединённой с входным валом;
  • упорного механизма, обеспечивающего минимальный зазор между шестерней и рейкой.

Выходные механические разъёмы рейки соединены с шаровыми шарнирами рулевых тяг, работающих через наконечники непосредственно с поворотными рычагами. Такая конструкция легче и компактней, чем рулевая трапеция червячного редуктора. Отсюда и происходит высокая точность управления. К тому же зазор ведущей шестерни гораздо точнее и стабильней, чем у сложной формы ролика и червяка. А повышенная отдача на руль компенсируется современными усилителями и демпферами.

Винт с шариковой гайкой

Такой редуктор похож на червячный, но в нём введены важные элементы в виде отрезка рейки с зубчатым сектором, перемещающегося вдоль винта входного вала через циркулирующие металлические шарики. Сектор рейки связан с зубьями на валу сошки.

За счёт использования короткой рейки, фактически являющейся гайкой с шариками вдоль резьбы, значительно снижается трение при высоких нагрузках. А именно это и стало определяющим фактором при использовании механизма на тяжёлых грузовиках и прочих подобных автомобилях. При этом соблюдается точность и минимальные зазоры, за счёт чего эти же редукторы нашли применение в больших легковых автомобилях премиум-класса.

Основные требования к рулевому управлению

Существуют стандартные требования, которые предъявляются к системе рулевого управления. Если система этим требованиям соответствует, ее можно считать исправной.

  1. Угол свободного хода руля. Это тот угол поворота, который делается «вхолостую», до начала поворота колес. В норме для легковых автомобилей он должен быть не боле 10 градусов, и если свободный ход постепенно увеличивается, это говорит о необходимости регулировки или ремонта.
  2. Система должна правильно «рулить»! То есть, нормально держать автомобиль при езде по прямой, точно выполнять маневры, не отклоняться от заданной траектории.
  3. Руль должен легко поворачиваться во время выполнения маневров. Усилители для того и придумали, чтобы на дороге водитель думал о дороге, а не о том, хватит ли ему сил на следующий поворот. Если управление тугое, требует значительных усилий, проблему нужно найти и решить.
  4. Строго выверенное число полных оборотов руля от среднего до крайнего положения. Для выполнения поворота водитель не должен выкручивать руль до бесконечности.
  5. Система должна работать даже после того, как отключится усилитель руля. В дороге может случиться всё, что угодно, в том числе утечка гидравлической жидкости или отказ электродвигателя в ЭУР. При этом автомобиль должен сохранить управляемость. Да, усилий это потребует больше, но и остановка будет там, где захочет водитель.

Неисправности рулевого управления

О том, что с рулевым управлением проблемы, может свидетельствовать один из следующих «симптомов»:

  • увеличение люфта (то есть свободного хода) руля, из-за чего управлять машиной становится сложнее;
  • сильное сопротивление рулевого колеса при вращении;
  • заедание или клин руля;
  • стук, другие посторонние звуки при выполнении поворота;
  • вытекание масла из картера системы.

Также о проблемах может говорить уменьшенный угол поворота колес при полном повороте руля.

Чаще всего встречаются следующие неисправности.

  • Появление зазоров в шарнирных креплениях тяги или нарушение зацепления червячной передачи. Такая проблема вызывает увеличенный ход руля. Диагностируется наблюдением за работой механизма во время поворота. «Лечится» неисправность заменой шарнира или корректной настройкой червячной передачи.
  • Износ. Чаще всего изнашиваются втулки или ось маятникового рычага, в результате чего при повороте начинают появляться посторонние звуки (чаще всего – характерный стук). Иногда помогает затягивание оси рычага имеющейся гайкой, но в большинстве случаев требуется замена изношенных компонентов.
  • Деформация рулевых тяг. Вызывает усиление сопротивления руля при выполнении поворота. Решается проблема заменой тяг на новые или их выпрямлением до исходной формы.
  • Недостаток масла в картере. Также вызывает более тугой проворот руля. Обычно вызывается износом сальников, в результате чего масло начинает подтекать. Решается проблема заменой этих деталей, а также восполнением потерянного масла путем дозаправки системы.
  • Обрыв привода насоса гидроусилителя. Приводит к тому, что поворот осуществляется без усиления и руль становится очень тугим. Устраняется путем замены приводного ремня.

Следует отметить, что проблемы с поворотом могут быть вызваны не рулевой системой, а некорректной балансировкой колес или недостаточным давлением воздуха в шинах.

Чтобы избежать проблем с системой рулевого управления, необходим ее периодический осмотр. Особенно это касается гидроусилителя – он является одним из самых «капризных» элементов. Если своевременно устранять мелкие неприятности, более серьезных поломок не возникнет. А значит, не возникнет и проблем при эксплуатации транспортного средства.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector