Теоретические сведения

Рисунок 1 – Рулевое управление автомобиля КамАЗ – 5320.

1 - корпус клапана управления гидроусилителем; 2 - радиатор; 3 - карданный вал; 4 - рулевая колонка; 5 - трубопровод низкого давления; 6 - трубопровод высокого давления; 7 -бачок гидросистемы; 8 - насос гидроусилителя; 9 - сошка; 10 - продольная тяга; 11 - рулевой механизм с гидроусилителем; 12 - корпус углового редуктора.

Устройство рулевого управления автомобиля КамАЗ – 5320 представлено на рисунке 1, также в него входят детали рулевого привода: поворотный рычаг, поворотные кулаки с рычагами рулевой трапеции, поперечная рулевая тяга (не представлены на рис. 1).

Устройство рулевого механизма. Механизм рулевой со встроенным гидроусилителем (рис. 2) прикреплен к переднему кронштейну передней левой рессоры. Кронштейн закреплен на раме автомобиля.

Картер 14 рулевого механизма, в котором перемешается поршень - рейка, служит одновременно рабочим цилиндром гидроусилителя.

Винт 17 рулевого механизма имеет шлифованную винтовую канавку. В гайке 18 прошлифована такая же канавка и просверлены два отверстия, выходящие в нее. Отверстия соединяются косым пазом, выфрезерованным на наружной поверхности гайки.

Два одинаковых желоба 19 полукруглого сечения, установленные в упомянутые отверстия, и паз образуют обводный канал, по которому шарики 20, выкатываясь из винтового канала, образованного нарезками винта и гайки, вновь поступают в него.

Для предотвращения выпадения шариков из винтового канала наружу в каждом желобе предусмотрен язычок, входящий в винтовую канавку винта и изменяющий направление движения шариков. Количество циркулирующих шариков в замкнутом винтовом канале тридцать один, восемь из которых находятся в обводном канале. Винтовая канавка на винте в ее средней зоне выполнена так, что между винтом, гайкой и шариками образуется небольшой натяг. Это необходимо для обеспечения беззазорного сопряжения деталей в этой зоне.

Рисунок 2 - Рулевой механизм со встроенным гидроусилителем.

1 - крышка передняя; 2 -клапан управления гидроусилителем; 3, 29 - кольца стопорные; 4 - втулка плавающая; 5, 7 - кольца уплотнительные; 6, 8 - кольца распорные; 9 - винт установочный; 10 - вал сошки; 11 - клапан перепускной; 12 - колпачок защитный; 13 - крышка задняя; 14 - картер рулевого механизма; 15 – поршень - рейка; 16 - пробка сливная магнитная; 17 - винт; 18 - гайка шариковая; 19 - желоб; 20 - шарик; 21 - редуктор угловой; 22 - подшипник упорный; 23 - шайба пружинная; 24 - гайка; 25 - шайба упорная; 26 - шайба регулировочная; 27 - винт регулировочный; 28 - контргайка регулировочного винта; 30 - крышка боковая.

При перемещении гайки вследствие того, что глубина канавки на винте от середины к концам несколько увеличивается, в сопряжении винта и гайки появляется небольшой зазор. Указанный зазор необходим для обеспечения большей долговечности средней части винта, а также для облегчения возврата управляемых колес в среднее положение после поворота и лучшей стабилизации движения автомобиля.

Кроме того, ослабление посадки шариковой гайки на винте к краям его винтовой канавки облегчает подбор шариков и сборку шарико - винтовой пары.

Поскольку передача осевого усилия от винта к гайке осуществляется посредством шариков, потери на трение в винтовой паре минимальны.

Гайку после сборки с винтом и шариками устанавливают в поршень-рейку 15 и фиксируют двумя установочными винтами 9, которые закернивают в кольцевую проточку, выполненную на поршне - рейке.

Поршень-рейка зацепляется с зубчатым сектором вала 10 сошки. Вал сошки вращается в бронзовой втулке, запрессованной в картер рулевого механизма и в алюминиевой боковой крышке 30.

Толщина зубьев сектора вала сошки и поршня- рейки переменная подлине, что позволяет изменять зазор в зацеплении перемещением регулировочного винта 27, ввернутого в боковую крышку. Головка регулировочного винта, на которую опирается упорная шайба 25, входит в гнездо вала сошки. Осевое перемещение регулировочного винта в вале сошки, выдерживаемое при сборке равным 0,02... 0,08 мм, обеспечивается подбором регулировочной шайбы 26 соответствующей толщины.

Детали 27, 26, 25 удерживаются в гнезде вала сошки стопорным кольцом 29. Средняя впадина между зубьями рейки, входящая в зацепление со средним зубом зубчатого сектора вала сошки, выполнена несколько меньшей ширины, чем остальные. Это необходимо для того, чтобы избежать заклинивания изношенного механизма после его регулирования при повороте вала сошки.

На части винта рулевого механизма, расположенной в полости корпуса углового редуктора нарезаны шлицы, которыми винт сопрягается с ведомой шестерней угловой передачи.

Редуктор угловой (рис. 3) с двумя коническими шестернями со спиральным зубом передает вращение от карданного вала на винт рулевого механизма. Ведущая шестерня углового редуктора выполнена заодно с валом 1 и установлена в корпусе 4 на шариковых подшипниках 5.

Шарикоподшипники напрессованы на вал шестерни и удерживаются от осевого перемещения гайкой 16. Для предотвращения самопроизвольного отворачивания буртик гайки вдавлен в паз на валу шестерни.

Ведомая шестерня 11 вращается в двух шариковых подшипниках 7, 10, посаженных на хвостовик шестерни с натягом. От продольных смещений ведомая шестерня удерживается стопорным кольцом 9 и упорной крышкой 12.

Зацепление конических шестерен регулируют прокладками 6, установленными между корпусами ведущей шестерни и углового редуктора.

Рисунок 3 - Угловой редуктор.

1 - вал ведущей шестерни; 2 - манжета; 3 - крышка корпуса; 4 - корпус ведущей шестерни; 5, 7, 10 - шарикоподшипники; 6 - прокладки регулировочные; 8, 15, 19 - кольца уплотнительные; 9 - кольцо стопорное; 11 - шестерня ведомая; 12 - крышка упорная; 13 - корпус редуктора; 14 - втулка распорная; 16 - гайка крепления подшипников; 17 - шайба; 18 - кольцо упорное; 20 - крышка защитная.

Клапан управления гидроусилителем рулевого управления (рис. 4) крепится к корпусу углового редуктора с помощью болта и четырех шпилек (или пяти шпилек — одной длинной и четырех коротких). Корпус 8 клапана имеет выполненные с большой точностью центральное отверстие и шесть (три сквозных и три глухих) расположенных вокруг него меньших отверстий.

Рисунок 4 – Клапан управления гидроусилителем.

1 – плунжер глухого отверстия; 2,5 – пружины; 3 – пробка резьбовая; 4- клапан обратный; 6 – золотник; 7 – плунжер реактивный; 8 – корпус клапана; 9 – кольцо уплотнительное; 10 – клапан предохранительный.

Золотник 6 клапана управления, размещенный в центральном отверстии, и упорные подшипники 22 (см. рис. 2) закреплены на винте гайкой 24, буртик которой вдавлен в паз винта 17. Под гайку подложена коническая пружинная шайба 23, обеспечивающая возможность регулирования силы затяжки упорных подшипников. Вогнутой стороной шайба направлена к подшипнику. Большие кольца подшипников обращены к золотнику.

Винт рулевого механизма и жестко связанный с ними золотник могут перемещаться в каждую сторону от среднего положения на 1... 1,2 мм. Величина перемещения определяется глубиной выточек на торцах корпуса клапана и ограничивается большими кольцами подшипников, которые упираются в торцы упомянутых выточек.

В каждое из трех сквозных отверстий корпуса клапана вставлены по два реактивных плунжера 7 (см. рис. 4) с центрирующими пружинами между ними.

Чтобы обеспечить одинаковое реактивное усилие на рулевом колесе от давления масла и необходимые для этого равные активные площади плунжеров при поворотах как направо, так и налево, в каждое из трех глухих отверстий, обращенных в сторону углового редуктора, установлено по плунжеру 1. Общая площадь этих трех реактивных элементов по величине равняется площади сечения винта в месте его уплотнения в упорной крышке углового редуктора.

В одном из плунжеров, находящихся в глухих отверстиях, встроен шариковый обратный клапан 4, соединяющий при отказе гидросистемы рулевого управления линии высокого и низкого давления и обеспечивающий, таким образом, возможность управления автомобилем. В этом случае, рулевое управление работает как обычная механическая система без усиления.

В корпусе клапана управления установлен также предохранительный клапан 10, соединяющий линии нагнетания и слива при давлении в системе, превышающем 7357,5... 7848 кПа (75... 80 кгс/см2), и предохраняющий, таким образом, насос от перегрева, а детали механизма от чрезмерных нагрузок.

Предохранительный клапан размещен в отдельной бобышке, что дает возможность произвести проверку, регулировку или замену его деталей при необходимости.

Полости, находящиеся под передней крышкой 1 (см. рис. 2) и в угловом редукторе, соединены отверстиями в корпусе клапана управления со сливной магистралью и уплотнены по торцам резиновыми кольцами круглого сечения. Аналогичными кольцами уплотнены все неподвижные соединения деталей рулевого механизма и гидроусилителя.

Рисунок 5 - Работа гидроусилителя рулевого управления КамАЗ – 5320.

А и В - дросселирующие отверстия; I - движение прямо; II - поворот направо; III - поворот налево.

1 - колесо рулевое; 2 - пружина предо-хранительного клапана фильтра гидросистемы; 3 - фильтр; 4 - насос гидроусилителя руля; 5 - клапан перепускной; 6 - вал сошки с зубчатым сектором; 7 - полость задняя гидроусилителя; 8 - поршень-рейка; 9 - сошка; 10 - тяга продольная; 11 -Тяга поперечная; 12 - колесо переднее автомобиля; 13 – пробка магнитная; 14 - гайка шариковая; 15 - винт; 16 - картер рулевого механизма; 17 - клапан обратный; 18 - клапан предохранительный рулевого механизма; 19 - клапан управления гидроусилителем; 20 - золотник; 21 - подшипник упорный; 22 - плунжер реактивный; 23 - пружина центрирующая; 24 - редуктор угловой; 25 - полость передняя гидроусилителя; 26 - линия нагнетания; 27 - вал карданный; 28 - радиатор; 29 - колонка рулевая; 30 - фильтр заливочный; 31 - бачок насоса (гидроусилителя); 32 -линия слива; 33 - пружина перепускного клапана; 34 - клапан предохранительный насоса; 35 - клапан перепускной.

Вал сошки уплотнен манжетой со специальным упорным кольцом, предотвращающим выворачивание рабочей кромки манжеты при высоком давлении. Внешняя манжета защищает вал сошки от попадания пыли и грязи. Уплотнения поршня в цилиндре и винта рулевого механизма в крышке корпуса углового редуктора осуществляются фторопластовыми кольцами 5 и 7 в комбинации с распорными резиновыми кольцами 6, 8. Регулировочный винт вала сошки уплотнен резиновым кольцом.

Уплотнение вала ведущей шестерни углового редуктора комбинированное и состоит из двух манжет, которые фиксируются разрезным упорным кольцом.

В картере рулевого механизма имеются сливная пробка 16 с магнитом, служащая для улавливания стальных и чугунных частиц, и перепускной клапан 11, использующийся при заправке и прокачке гидросистемы рулевого управления.

От насоса к корпусу клапана управления подведены рукава и трубопроводы высокого и низкого давления. По первым масло направляется к механизму, а по вторым возвращается в бачок гидросистемы.

Принцип работы рулевого механизма со встроенным гидроусилителем рулевого управления автомобиля КамАЗ – 5320.

При прямолинейном движении винт 15 (рис.5) и золотник 20 находятся в среднем положении. Линии нагнетания 26 и слива 32, а также обе полости 7 и 25 гидроцилиндра соединены. Масло свободно проходит от насоса через клапан 19 управления и возвращается в бачок 31 гидросистемы.

При поворачивании водителем рулевого колеса 1 винт 15 вращается. Вследствие сопротивления повороту колес, первоначально удерживающего колеса 12 и поршень-рейку 8 на месте, возникает сила, стремящаяся сдвинуть винт в осевом направлении в соответствующую сторону. Когда эта сила превысит усилие предварительного сжатия центрирующих пружин 23, винт перемещается и смещает жестко связанный с ним золотник. При этом одна полость цилиндра гидроусилителя сообщается с линией нагнетания и отключается от линии слива, другая – наоборот, оставаясь соединенной со сливом, отключается от линии нагнетания. Рабочая жидкость, поступающая от насоса в соответствующую полость цилиндра, оказывает давление на поршень - рейку 8 и, создавая дополнительное усилие на секторе вала 6 сошки рулевого управления, способствует повороту управляемых колес. Давление в рабочей полости цилиндра устанавливается пропорциональным величине сопротивления повороту колес. Одновременно возрастает давление в полостях под реактивными плунжерами 22. Чем больше сопротивление повороту колес, а следовательно, выше давление в рабочей полости цилиндра, тем больше усилие, с которым золотник стремится вернуться в среднее положение, а также усилие на рулевом колесе. Таким образом, у водителя создается «чувство дороги».

При прекращении поворота рулевого колеса, если оно удерживается водителем в повернутом положении, золотник, находящийся под действием центрирующих пружин и нарастающего давления в реактивных полостях, сдвигается к среднему положению. При этом золотник не доходит до среднего положения. Размер щели для прохода масла в возвратную линию установится таким, чтобы в находящейся под напором полости цилиндра, поддерживалось давление, необходимое для удерживания управляемых колес в повернутом положении.

Если переднее колесо при прямолинейном движении автомобиля начнет резко поворачиваться, например, вследствие наезда на какое-либо препятствие на дороге, вал сошки, поворачиваясь, будет перемещать поршень-рейку. Поскольку винт не может вращаться (водитель удерживает рулевое колесо в одном положении), он тоже переместится в осевом направлении вместе с золотником 20. При этом полость цилиндра гидроусилителя рулевого управления, внутрь которой движется поршень-рейка, будет соединена с линией нагнетания насоса и отделена от возвратной линии. Давление в этой полости цилиндра начнет возрастать, и удар будет уравновешен (смягчен) возрастающим давлением.

Винт, гайка, шарики, упорные подшипники, а также угловая передача, карданный вал и колонка рулевого управления при работе гидроусилителя нагружены относительно небольшими силами. В то же время зубчатое зацепление рулевого механизма, вал сошки и картер воспринимают основное усилие, создаваемое давлением масла на поршень-рейку.

Когда гидроусилитель не работает, рулевой механизм по-прежнему обеспечивает поворот колес, но на шарико-винтовую пару и другие детали действуют уже полные нагрузки. Поэтому при продолжительной эксплуатации с неработающей гидросистемой появляется преждевременный износ и могут иметь место поломки упомянутых деталей. Движение с неработающим гидроусилителем руля, включая сюда буксирование автомобиля, должно быть сведено к минимуму.

Насос гидроусилителя с бачком для масла установлен в развале блока цилиндров и приводится в действие от коленчатого вала двигателя. Насос пластинчатого типа, двойного действия, то есть за один оборот вала совершаются два полных цикла всасывания и два – нагнетания.