Рулевое управление

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 легкового автомобиля состоит из рулевого устройства и привода. В результате вращения рулевого колеса двигатель начинает поступательное движение. Затем управляемые колеса поворачиваются, и автомобиль меняет свое направление.

В ходе этого процесса изначальное движение водителя усиливается в несколько раз. Схема рулевого устройства показывает, какие детали и механизмы задействуются в процессе управления автомобилем. На современные автомобили и грузовые автомобили, предназначенные для перевозки больших грузов, дополнительно устанавливаются гидроусилители. Гидроусилители облегчают управление автомобилем и повышают безопасность движения.

а) традиционная схема; b) реечное рулевое управление;

1 - рычаг поворотного кулака; 2 - боковая рулевая тяга; 3 - маятниковый рычаг; 4 - поперечная рулевая тяга или зубчатая рейка; 5 - рулевое колесо; 6 - рулевой вал; 7 - картер рулевого механизма; 8 - рулевая сошка.

Рисунок 3.7 - Схема рулевого управления

Червячный тип рулевого механизма

Рисунок 3.8 - Червячный тип рулевого механизма

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.

Рулевой механизм с трехгребневым роликом и глобоидным червяком

Рулевой механизм может представлять собой червячную, винтовую, кривошипную, зубчатую передачи или комбинацию таких передач. Большее распространение среди легковых автомобилей получили рулевые механизмы в виде червячной передачи с глобоидным червяком и шестерни – рейки (реечного типа). Рассмотрим данные рулевые механизмы более подробно.

1-стопорная шайба; 2-хвостовик вала сошки; 3-винт; 4,9-гайки; 5-штифт; 6,22-манжеты; 7-вал сошки; 8-сошка; 10-вал; 11-трубка; 12,15,20,21-подшипник; 13-глобоидный червяк; 14-ось ролика; 16-ролик; 17-распорная втулка; 18-кривошип; 19-картер; 23-пружина; 24-прокладка.

Рисунок 3.9 – червяк-ролик

Рулевое колесо закреплено на верхнем конце вала 10. На противоположном конце вала на шлицы напрессован глобоидный червяк 13,опирающийся на конические роликоподшипники 12 и 21. В зацеплении с червяком находится трёхгребневый ролик 16, посаженный на двух шарикоподшипниках15 и 20, между которыми помещена распорная втулка17. Ось 14 ролика закреплена в вильчатом кривошипе 18 вала 7 сошки. Вал 7 сошки уплотнён манжетой 6. Сошка на конических шлицах вала укреплена гайкой 9. Вал имеет сдвоенные шлицы, обеспечивающие правильность установки сошки под необходимым углом. На картеле рулевого механизма сделаны выступы, служащие упорами для ролика при поворотах сошки из среднего положения в крайние на угол .

Осевой зазор подшипников 12 и 21 регулируют изменением числа прокладок 24 под крышкой картера. Зацепление червяка и ролика регулируют, не разбирая механизм, винтом 3, в паз которого входит хвостовик 2 вала сошки. Оси ролика и червяка лежат в разных плоскостях, поэтому для уменьшения зазора в зацеплении достаточно переместить вал сошки в сторону червяка, вворачивая винт 3. Для фиксирования регулировочного винта служат стопорная шайба, штифт 5 и навернутая на винт гайка. Аналогичное устройство рулевого механизма имеет многие российские легковые автомобили.

Червячный механизм состоит из:

– глобоидного червяка (червяка с переменным диаметром);

– рулевого вала;

– ролика.

Рисунок 3.10 – червячно- роликовый механизм

На валу ролика за корпусом рулевого механизма установлен рычаг (сошка), который связан с тягами рулевого привода.

Червячный механизм имеет меньшую чувствительность к ударным нагрузкам, обеспечивая большие углы поворота колес, результатом чего является лучшая маневренность автомобиля. Но червячный механизм сложен в изготовлении и его стоимость велика. Данному механизму требуется периодическая регулировка из-за большого числа соединений.

Червячный механизм используется на машинах повышенной проходимости с зависимой подвеской управляемых колес и легких грузовых автомобилях.

Принцип работы:

1. С вращением рулевого колеса обеспечивается перемещение ролика по червяку (обкат), качание сошки.

2. Происходит перемещение тяги рулевого привода, благодаря чему колеса поворачиваются.

Винтовой тип рулевого механизма

Рисунок 3.11- Винтовой тип рулевого механизма

1-рулевой механизм;2-уплотнитель;3-карданный шарнир;4-рулевой вал;5-труба рулевой колонки;6-контактное кольцо;7-гайка;8-рулевое колесо;

9-подшипник;10-рулевая сошка;11-шарнир наконечника боковой тяги;12-поворотный рычаг;13-стяжной хомут;14-регулировочная трубка;15-шарнир тяги сошки;16-боковая тяга;17-шарнир боковой тяги;18-тяга сошки;19-наконечник рулевой тяги;20-шарнир маятникового рычага;21-маятниковый рычаг;22-кронштейн маятникового рычага;23-резьбовая заглушка;24-коническая пружина;25-опорная пята;26-проушина тяги;27-корпус шарнира;

28-пластмассовая распорная втулка;29-резиновый уплотнитель шарнира боковой тяги;30-проушина поворотного рычага или тяги сошки;31-шаровой палец;32-гайка пальца шарнира;33-шплинт резьбовой заглушки;34-пластмассовый сухарь;35-резиновый уплотнитель шарнира тяги сошки;36-металлическая распорная втулка;37-палец маятникового рычага;38-гайка пальца маятникового рычага;39-втулка;40-резиновая защитная втулка;41-резиновая защитная втулка.

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. 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

Рисунок 3.12 -Реечный тип рулевого механизма

1-наконечник рулевой тяги;2-шаровой шарнир наконечника;3-поворотный рычаг;4-контргайка;5-тяга;6-внутренние наконечники рулевых тяг;7-болты крепления рулевых тяг к рейке;8-внутренние наконечники рулевых тяг;9-скоба крепления рулевого механизма;10-опора рулевого механизма;11-защитный чехол;12-соединительная пластина;13-стопорная пластина;14-сайлентблок;15-демпфирующее кольцо;16-опорная втулка рейки;17-рейка;18-картер рулевого механизма;19-стяжной болт муфты;20-нижний фланец эластичной муфты;21-верхняя часть облицовочного кожуха;22-демпфер;23-рулевое колесо;24-шариковый подшипник;25-вал рулевого управления;26-нижняя часть облицовочного кожуха;27-кронштейн крепления вала рулевого управления;28-защитный колпачок;29-роликовый подшипник;30-приводная шестерня;31-шариковый подшипник;32-стопорное кольцо; 33-защитная шайба;34-уплотнительное кольцо;35-гайка подшипника;36-пыльник;37-уплотнительное кольцо упора;38-стопорное кольцо гайки упора;39-упор рейки;40-пружина;41-гайка упора;42-палец шарового шарнира;43-защитный колпачок;44-вкладыш шарового пальца; А. метка на пыльнике; В. метка на картере рулевого механизма; С. поверхность шарового шарнира; D. поверхность поворотного рычага.

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.