Основным узлом в любом транспортном средстве является рулевое управление. Для чего же нужно рулевое управление? За все время совершенствования конструкции системы, основной принцип работы рулевого управления остался прежним. Он заключается в преобразовании и передачи физического усилия водителя во время воздействия на руль автомобиля на колеса. Другими словами узел рулевого управления обеспечивает обратную связь, позволяя изменять траекторию движения транспортного средства.

Устройство рулевого управления

Из чего состоит рулевое управление автомобиля? Общее устройство конструкции этого узла на транспортных средствах представлена следующими элементами:

• колеса;
• рулевой привод;
• механизм рулевого управления;
• тяги и колонка.

Схема взаимодействия руля автомобиля с ведущей колесной парой не является сложной. Водитель через привод передает усилие на рулевой механизм, который обеспечивает поворот колес. Помимо этого, узел, обеспечивая обратную связь, предоставляет информацию о состоянии дорожного покрытия. Согласно вибрациям рулевого колеса максимально точно определяется тип движения, на основании чего происходит диагностика и корректируется управление машиной.

Средний диаметр руля легкового транспорта составляет примерно 400 мм. В грузовой и специальной технике руль несколько больше, а в спорткарах меньше.

Что входит в рулевое управление?

Между рулем и механизмом расположена рулевая колонка, которая представлена прочным валом с шарнирными соединениями. Особенностью конструкции колонки является минимальный риск получения травматизма водителя в случае ДТП, поскольку при сильном лобовом столкновении происходит ее схлопывание. Для комфортной эксплуатации транспортного средства, положение рулевой колонки настраивается при помощи механического либо электрического привода. Помимо этого, предусмотрена система блокировки механизма, которая позволяет предотвратить угон автомобиля.

Главное назначение рулевого управления заключается в увеличении механического усилия водителя и его передача на колеса. Для этого в конструкцию системы включен специальный редуктор. На легковых автомобилях в основном используют следующие типы рулевого управления:

1. Реечный механизм, конструкция которого состоит из набора смонтированных на валу шестерней, агрегатируемых с рейкой, на одной из ее плоскостей по всей длине нанесены специальные зубцы. При вращении руля усилие через колонку передается рулевой рейке, в результате чего она свободно перемещается, взаимодействуя с рулевыми тягами и поворачивая колеса. Необходимо заметить, что рулевое управление автомобилем может иметь рейку, на которой располагаются зубья с переменным шагом. Такая конструкция значительно повышает эффективность управления транспортным средством.
2. Червячный рулевой механизм. Его принцип функционирования следующий: «червяк» при взаимодействии с ведомой шестерней передает усилие сошке. В свою очередь, сошка рулевого управления взаимодействует с одной из тяг, конец которой заканчивается маятниковым рычагом. Этот рычаг смонтирован на опоре. При повороте руля сошка приводит в движение боковую тягу одновременно со средним рычагом, который взаимодействует со второй боковой тягой и изменяет ее положение. Благодаря этому осуществляется поворот ступиц управляемых колес.

Некоторые особенности работы рулевого управления автомобиля

Большинство современных моделей автомобильного транспорта имеют инновационную систему управления всеми четырьмя колесами. Благодаря этому значительно улучшается динамика движения транспортного средства на местности со сложным рельефом. Помимо этого, рулевое управление автомобиля адаптированное на все колеса позволяет добиться большей маневренности при скоростной езде. Это возможно благодаря повороту каждого из колес.

Примечательно, что в рулевом управлении подруливание колес может осуществляться системой в пассивном режиме. Это возможно благодаря наличию в конструкции задней части подвески специальных упругих резинометаллических деталей. При возникновении крена кузова за счет изменения величины и направления нагрузки осуществляется изменение направления движения. Рулевое управление с функцией подруливания задних колес позволяет эффективно распределить усилие для поворота всех колес. Помимо этого, такая система не позволяет осуществить поворот колес при активном состоянии подвески.

В конструкцию адаптивной системы подруливания входят шарниры и тяги. Шарнир имеет несколько элементов в своем составе, для удобства использования его конструкция представлена в виде снимающегося наконечника. Кинематическую схему рулевого управления автомобиля удобнее всего представить в идее прямоугольника, на каждой из сторон которого находятся:

• плечи;
• угол схождения;
• развал;
• продольный и поперечный наклон.

Плечи, продольный и поперечный наклон обеспечивают стабилизацию движения, в то время как остальные параметры находятся в постоянном противодействии. Поэтому еще одной задачей рулевого управления является стабилизация всех возникающих в процессе движения сил.

Роль усилителя в системе рулевого управления

Этот элемент помимо того, что позволяет снизить усилие прикладываемое водителем к рулевому колесу, позволяет значительно увеличить точность управления автомобилем. Благодаря наличию усилителя в конструкции рулевого управления появилась возможность использовать в системе элементы, обладающие небольшой величиной придаточного числа. Усилители системы управления делятся на три типа:

1. Электрический.
2. Пневматический.
3. Гидравлический.

Однако большее распространение получил последний тип. Гидравлика отличается надежностью конструкции и плавностью работы, но требует технического обслуживания по замени жидкости. Электроусилитель рулевого управления встречается реже, но все же большинство моделей современной автомобильной техники укомплектовано именно им. Усиление в нем обеспечивает электрический привод. Заметим, что электронное управление отличается наличием расширенного ряда возможностей, но изредка требует проверки и регулировки.

Что такое автоматическое рулевое управление?

Одной из перспективных разработок в автомобилестроении является интеллектуальная система автоматического управления транспортными средствами. Можно сказать, что автопилот, описанный большинством писателей-фантастов в своих произведениях, теперь стал реальностью. Сегодня современной автомобильной технике по силам выполнение большинства действий без участия водителя, самым распространенным из которых является парковка.

Лидером по производству автомобилей оборудованных этой инновационной системой является немецкий концерн BMW, который активно использует на своем модельном ряде сдвоенный планетарный редуктор. Управление таким редуктором осуществляется при помощи электропривода, в результате чего удается совместно с изменением скорости транспортного средства изменять придаточное отношение при передаче усилия от руля к поворотным колесам. Благодаря такому техническому решению значительно повышается быстродействие, и обеспечивается максимально точная обратная связь.

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.

В предыдущей статье под названием "", мы с вами разобрались для чего нужен механизм рулевого управления в автомобиле и почему к нему придъявляются такие требования. А теперь давайте рассмотрим разновидности рулевых управлений активно устанавливаемых на современные авто.

Долгое время автомобильные конструкторы и не помышляли о сервоусилителях руля. Невысокие требования к управляемости и комфорту и небольшое пятно контакта сравнительно узких шин позволяли обходиться одной человеческой силой даже в управлении тяжелыми грузовиками. Средство для уменьшения усилия на руле было одно: сделать побольше передаточное отношение привода и диаметр баранки. А с тем, что водителю придется наяривать огромным рулем пять-шесть оборотов от отбоя до отбоя, да и точность управления будет невысокой, приходилось мириться.

Сначала усилители рулевого управления появились на тяжелой технике — карьерных самосвалах. Произошло это в конце 30-х годов, перед войной. Правда, сначала стали использовать пневмоусилители — они были несложными и запитывались от компрессора или впускного коллектора . Но гидравлика, хотя была сложнее и дороже пневматики, работала тише и точнее. На ней и остановились конструкторы легковых автомобилей. В 1951 году серийные автомобили Chrysler Crown Imperial стали впервые оснащать гидравлическими усилителями Hydraguide в качестве стандартного оборудования. А в Европе в 1954 году гидроусилителем обзавелся Citroen DS 19.

Рулевой механизм.
Механизм рулевого управления служит для увеличения и передачи на рулевой привод усилия, прилагаемого водителем к рулевому колесу. В легковых автомобилях в основном применяются рулевые механизмы червячного и реечного типа. К достоинствам механизма «червяк-ролик» относятся: низкая склонность к передаче ударов от дорожных неровностей, большие углы поворота колес, возможность передачи больших усилий. Недостатками являются большое количество тяг и шарнирных сочленений с вечно накапливающимися люфтами, «тяжелый» и малоинформативный руль. Минусы в итоге оказались весомее плюсов. На современных автомобилях такие устройства практически не применяют.

Самый распространенный на сегодняшний день - реечный рулевой механизм. Малая масса, компактность, невысокая цена, минимальное количество тяг и шарниров - все это обусловило широкое применение. Механизм «шестерня-рейка» идеально подходит для переднеприводной компоновки и , обеспечивая большую легкость и точность рулевого управления. Однако тут есть и минусы: из-за простоты конструкции любой толчок от колес передается на руль. Да и для тяжелых машин такой механизм не совсем подходит.

Рулевой привод.

Рулевой привод предназначен для передачи усилия от рулевого механизма на управляемые колеса, обеспечивая при этом их поворот на неодинаковые углы. Если оба колеса повернуты на одинаковую величину, внутреннее колесо будет скрестись по дороге (скользить боком) что будет снижать эффективность рулевого управления. Это скольжение, которое также создает дополнительный нагрев и износ колеса, может быть устранено с помощью поворота внутреннего колеса на больший угол, чем угол поворота внешнего колеса. При движении на повороте каждое из колес описывает свою окружность отличную от другой, причем внешнее (дальнее от центра поворота) колесо движется по большему радиусу, чем внутреннее. А так как центр поворота у них общий, то соответственно внутреннее колесо необходимо повернуть на больший угол, чем внешнее. Это обеспечивается конструкцией так называемой «рулевой трапеции», которая включает в себя поворотные рычаги и рулевые тяги с шарнирами. Необходимое соотношение углов поворота колес обеспечивается подбором угла наклона рулевых рычагов относительно продольной оси автомобиля и длины рулевых рычагов и поперечной тяги.

- Рулевой механизм червячного типа состоит из:
- рулевого колеса с валом,
- картера червячной пары,
- пары «червяк-ролик»,
- рулевой сошки.

В картере рулевого механизма в постоянном зацеплении находится пара «червяк-ролик». Червяк есть ни что иное, как нижний конец рулевого вала, а ролик, в свою очередь, находится на валу рулевой сошки. При вращении рулевого колеса ролик начинает перемещаться по винтовой нарезке червяка, что приводит к повороту вала рулевой сошки. Червячная пара, как и любое другое зубчатое соединение, требует смазки, и поэтому в картер рулевого механизма заливается масло, марка которого указана в инструкции к автомобилю. Результатом взаимодействия пары «червяк-ролик» является преобразование вращения рулевого колеса в поворот рулевой сошки в ту или другую сторону. А далее усилие передается на рулевой привод и от него уже на управляемые (передние) колеса. В современных автомобилях применяется безопасный рулевой вал, который может складываться или ломаться при ударе водителя о рулевое колесо во время аварии во избежание серьезного повреждения грудной клетки.

Рулевой привод, применяемый с механизмом червячного типа включает в себя:
- правую и левую боковые тяги,
- среднюю тягу,
- маятниковый рычаг,
- правый и левый поворотные рычаги колес.

Каждая рулевая тяга на своих концах имеет шарниры, для того чтобы подвижные детали рулевого привода могли свободно поворачиваться относительно друг друга и кузова в разных плоскостях.

- Рулевом механизме «шестерня - рейка».

Данный рулевой механизм усилие к колесам передает 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.

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.

автора Шунейко Иван Иванович

2.1. 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 Владимир

Работа 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 неизвестен

Диагностика 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 Алексеевич

Работа 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 Сергей

Мужская 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 Илья

Возможные неисправности рулевого управления с

Из книги Грузовые автомобили. Кривошипно-шатунный и газораспределительный механизмы автора Мельников Илья

2.2. 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 авторов

4.1. 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 автора

5.2. 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 автора

Неисправности 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 автора

Регулировка 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 автора

Техническое 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 автора

Схема, 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 автора

5.5.4. 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



Назначение и типы рулевых механизмов

Рулевой механизм – часть рулевого управления, облегчающая управление автомобилем, благодаря применению редуктора с высоким передаточным числом. Редуктор позволяет значительно уменьшить усилие, необходимое для вращения рулевого колеса, что особенно актуально при управлении автомобилями, имеющими значительную массу и диаметр управляемых колес.
Однако, в соответствии с Золотым правилом механики, при этом выигрыш в силе оборачивается проигрышем в расстоянии, и чтобы повернуть управляемые колеса автомобиля на некоторый угол, необходимо повернуть рулевое колесо на угол, равный произведению угла поворота колес на передаточное число редуктора.

Если учесть, что передаточное число редукторов рулевого механизма современных автомобилей может достигать значения u = 20 и даже более, то, например, чтобы повернуть управляемые колеса на угол 20˚, рулевое колесо должно совершить полный оборот. По этой причине повышение передаточного числа редуктора рулевого механизма для снижения усилия на рулевом колесе нельзя увеличивать без предела – увеличивается время выполнения маневра или поворота.

Передаточные числа рулевых механизмов современных легковых автомобилей обычно находятся в пределах 16…20 , грузовых автомобилей – 20…25 . Так, например, у рулевого механизма автомобиля ВАЗ-2105 передаточное число u = 16,4 , у автомобиля ГАЗ-66-11 – 21,3 , у автомобиля КамАЗ-5320 – 20 , у автобуса ЛиАЗ-5256 – 23,6 .

При управлении автомобилем выгоднее использовать рулевой механизм с изменяемым передаточным числом, поскольку максимальное усилие на рулевом колесе требуется при маневрировании на малых скоростях движения и особенно – при повороте колес неподвижного автомобиля. При высокой скорости движения для поворотов требуется значительно меньшее усилие.

При работе рулевого управления детали, составляющие рулевой механизм подвергаются износу, что приводит к появлению зазоров, негативно сказывающихся управляемости автомобиля и на безопасности движения. По этой причине необходимо использовать для изготовления ответственных деталей механизма износостойкие материалы, а также предусматривать возможность проведения регулировок зазоров либо их устранение в автоматическом следящем режиме с помощью различных устройств и трансформируемых элементов конструкции.

Еще одно условие, которое необходимо учитывать в конструкции рулевого управления – обратная связь между управляемыми колесами и рулевым колесом. Удары и толчки со стороны дороги (особенно боковые) не должны ощутимо передаваться рулевому колесу, и уж тем более – не изменять его положение, поскольку это может вызвать непроизвольное изменение направления движения автомобиля.



Требования к рулевым механизмам автомобиля

Исходя из всего, перечисленного выше, к конструкциям рулевых механизмов предъявляются следующие основные требования:

• высокое передаточное число и обеспечение заданного характера изменения передаточного числа рулевого механизма;
• высокий КПД при передаче усилия от рулевого колеса сошке;
• способность рулевого механизма воспринимать усилия от управляемых колес к рулевому колесу, что необходимо для стабилизации управляемых колес;
• высокая надежность механизма и износостойкость его деталей;
• минимальное число необходимых в процессе эксплуатации регулировок и простота технического обслуживания.

Рулевые механизмы современных автомобилей разделяют на червячные, винтовые, шестерные (в т. ч. - реечные) и комбинированные .
Червячные рулевые механизмы бывают с передачей червяк-ролик, червяк-сектор и червяк-кривошип. Ролик может быть двух- или трехгребневый, сектор - двух- или многозубый, кривошип с одним или двумя шипами.
К отдельной категории можно отнести гидростатические рулевые механизмы , использующие для своей работы давление масла из подведенной напорной магистрали. Такие рулевые механизмы могут оборудоваться гидравлическим усилителем, но могут работать и без него. Гидростатические усилители рулевого управления практически не применяются в конструкциях автомобилей, их чаще используют для управления колесными тракторами и другими самоходными машинами.

Наибольшее распространение получили червячно-роликовые рулевые механизмы, в которых рулевая пара состоит из глобоидного червяка (образующая такого червяка - дуга окружности) и двух- или трехгребневого ролика. Такая передача имеет высокую нагрузочную способность из-за одновременного зацепления большого числа зубьев и малые потери на трение, так как трение скольжения зубчатого колеса (сектора) в этой передаче заменено трением качения ролика, размещенного на подшипнике. В рулевом механизме такой конструкции сохраняется зацепление на большом угле поворота червяка, снижен износ деталей из-за уменьшения потерь на трение.

В комбинированном рулевом механизме передача осуществляется обычно через две передающие пары: винт, гайка-рейка и сектор; винт, гайка и кривошип; винт, гайка и рычаг. На некоторых моделях автомобилей применяются рулевой механизм с комбинированной винтовой передачей, в которую для уменьшения сил трения вводят непрерывную цепь циркулирующих стальных шариков.

В винтовом рулевом механизме «винт-гайка-рейка-сектор» вращение винта преобразуется в прямолинейное движение гайки, на которой нарезана рейка, находящаяся в зацеплении с зубчатым сектором. Сектор установлен на общем валу с сошкой. Для уменьшения трения в рулевом механизме и повышения износостойкости соединение винта и гайки часто осуществляют через шарики. Передаточное число рулевого механизма обычно определяется из соотношения углов поворота рулевого колеса и вала сошки.

К шестеренным рулевым механизмам относятся механизмы с цилиндрическими или коническими шестернями, а также реечные рулевые механизмы. В реечных рулевых механизмах передаточная пара выполнена в виде ведущей шестерни и зубчатой рейки, при этом зубчатую рейку можно считать зубчатым колесом с бесконечно большим радиусом. Вращение шестерни, закрепленной на рулевом валу, вызывает линейное перемещение рейки, которая является частью составной поперечной тяги рулевого управления.

Реечные рулевые механизмы в настоящее время получили широкое применение на легковых автомобилях, особенно - переднеприводных. Такой механизм отличается простотой конструкции и высокой точностью работы, имеет малые габариты и прост в обслуживании. Однако реечный рулевой механизм не лишен и некоторых недостатков, в первую очередь – высокой чувствительностью к толчкам и ударам со стороны дороги (обратная связь с рулевым колесом), а также неудобством защиты деталей от попадания грязи.

Конструктивные особенности рулевых механизмов, применяемых на автомобилях разных марок можно ознакомиться на отдельных страницах сайта.