Рулевой механизм: описание,виды,назначение,принцип работы ,устройство.

Каждый узел и механизм автомобиля по-своему важен. Пожалуй, нет такой системы, без которой автомобиль мог бы нормально функционировать. Одна из таких систем – рулевой механизм. Наверное, это одна из самых важных частей машины. Давайте рассмотрим, как устроен этот узел, назначение его, элементы конструкции. А также научимся регулировать и ремонтировать эту систему.

Принцип работы реечной рулевой тяги

Реечный рулевой механизм

Реечный рулевой механизм — является самым распространенным типом механизма, устанавливаемым на легковые автомобили. Основными элементами рулевого механизма являются шестерня и рулевая рейка. Шестерня устанавливается на валу рулевого колеса и находится в постоянном зацеплении с рулевой (зубчатой) рейкой.
Схема реечного рулевого механизма

1 – подшипник скольжения; 2 – манжеты высокого давления; 3 – корпус золотников; 4 – насос; 5 – компенсационный бачок; 6 – рулевая тяга; 7 – рулевой вал; 8 – рейка; 9 – компрессионный уплотнитель; 10 – защитный чехол.
Работа реечного рулевого механизма происходит следующим образом. При вращении рулевого колеса рейка перемещается влево или вправо. Во время движения рейки перемещаются присоединенные к ней тяги рулевого привода и совершают поворот управляемых колес.

Реечный рулевой механизм отличается простотой конструкции и как следствие, высоким КПД, а также имеет высокую жесткость. Но такой тип рулевого механизма чувствителен к ударным нагрузкам от неровностей дороги, склонен к вибрациям. По причине своих конструктивных особенностей реечный рулевой механизм применяется на переднеприводных автомобилях

Червячный рулевой механизм

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.

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.

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.

Заключение

В целом механизм является достаточно надежным узлом, не требующим никакого обслуживания. Но при этом эксплуатация рулевого управления автомобиля подразумевает проведение своевременной диагностики для выявления неисправностей.

Конструкция этого узла состоит из множества элементов с подвижными соединениями. А где такие соединения есть, со временем из-за износа контактирующих элементов, в них появляются люфты, которые в значительной мере могут повлиять на управляемость авто.

Сложность диагностики рулевого управления зависит от его конструктивного исполнения. Так в узлах с механизмом «шестерня-рейка» соединений, которые необходимо проверять не так уж и много: наконечники, зацепление шестерни с рейкой, карданы рулевой колонки.

А вот с червячным механизмом из-за сложной конструкции привода точек диагностики значительно больше.

Что касается ремонтных работ при нарушении работоспособности узла, то наконечники при сильном износе просто заменяются. В рулевом механизме на начальном этапе люфт удается убрать регулировкой зацепления, а если это не помогло – переборкой узла с использованием ремкомплектов. Карданы колонки, как и наконечники – просто заменяются.

Типы рулевых устройств автомобилей

34. Рулевое управление, назначение и устройство привода его механизмов

34.1. Назначение и типы рулевых устройств автомобилей

Рулевым управлением называется совокупность устройств, осуществляющих поворот управляемых колес автомобиля. Рулевое управление служит для изменения и поддержания направления движения автомобиля. Оно в значительной степени обеспечивает безопасность движения автомобиля. Типы рулевых управлений, классифицированные по различным признакам проиллюстрированы на рис. 9.1.

Рис. 9.1. Типы рулевых управлений, классифицированные по различным

На автомобилях изменение направления движения осуществляется поворотом передних колес различными типами рулевых управлений (рис. 9.2).

Рис. 9.2. Рулевые управления при независимой (а) и зависимой (б) подвесках

управляемых колес:ь1 – рулевое колесо; 2 – вал; 3 – рулевая передача;

4, 12 – цапфы; 5, 9, 11, 14 – рычаги; 7 – сошка; 6, 8, 10, 13, 15 – тяги

Левое рулевое управление применяется в автомобилях большинства стран, где принято правостороннее движение транспорта (Россия, США и др.), а правое рулевое управление — в странах с левосторонним движением транспорта (Япония, Великобритания). При этом рулевое колесо, установленное с левой или правой стороны автомобиля, обеспечивает лучшую видимость при разъезде с транспортом, движущимся навстречу.

Рулевые управления без усилителя обычно устанавливаются на легковых автомобилях особо малого и малого классов и грузовых малой грузоподъемности. Рулевые управления с усилителем применяются на всех остальных автомобилях. При этом значительно облегчается их управление, улучшается маневренностьи повышается безопасность движения, — при разрыве шины автомобиль можно удержать на заданной траектории движения. Конструкция рулевого управления во многом зависит от типа подвески передних колес автомобиля. При независимой подвеске передних управляемых колес, которая применяется на всех легковых автомобилях, в рулевое управление без усилителя входят, см. рис. 9.1, а; при зависимой подвеске передних колес см.рис. 9.1, б.

34.2. Травмобезопасное рулевое управление

На легковых автомобилях находят широкое применение травмобезопасные рулевые управления. Травмобезопасное рулевое управление обеспечивает пассивную безопасность автомобиля — свойство уменьшать тяжесть последствий дорожно-транспортных происшествий.

Водитель может получить травму от рулевого колеса или рулевого вала при резком перемещении вперед вследствие лобового столкновения. Для уменьшения тяжести травм, получаемых водителями при лобовых столкновениях, которые составляют более 50 % всех дорожно-транспортных происшествий, применяют различные конструкции травмобезопасных рулевых механизмов. С этой целью кроме рулевого колеса с утопленной ступицей и двумя спицами, позволяющими значительно снизить тяжесть наносимых травм при ударе, в рулевом механизме устанавливают специальное энергопоглощающее уст­ройство, а рулевой вал часто выполняют составным.

На рис. 9.3, а представлен рулевой механизм легкового автомобиля, рулевой вал которого состоит из трех частей, соединенных карданными шарнирами 2, а роль энергопоглощающего устройства выполняет специальное крепление рулевого вала к кузову автомобиля. При лобовом столкновении, когда передняя часть автомобиля деформируется, рулевой вал складывается и незначительно перемещается в салон кузова автомобиля. При этом кронштейн 1 крепления рулевого вала деформируется и поглощает часть энергии удара.

Рулевой механизм с энергопоглощающим устройством сильфонного типа показан на рис. 9.3, б. Рулевое колесо соединено с рулевым валом металлическим гофрированным цилиндром 3, который при столкновении деформируется, частично поглощает энергию удара и обеспечивает небольшое перемещение рулевого вала в сторону водителя.

Рис. 9.3. Травмобезопасные рулевые механизмы: 1 — кронштейн; 2 — карданный

шарнир; 3 — гофрированный цилиндр; 4 — перфорированная труба

На рис. 9.3, в представлен рулевой механизм, у которого верх­няя часть рулевого вала выполнена в виде перфорированной трубы 4. Показаны также последовательный процесс и максимальная деформация верхней части рулевого вала, которая весьма значительна.

В травмобезопасных рулевых управлениях легковых автомобилей применяются и другие энергопоглощающие устройства, ко­торые соединяют составные рулевые валы. К ним относятся резиновые муфты специальной конструкции, а также устройства типа «японский фонарик», который выполнен в виде нескольких продольных пластин, приваренных к концам соединяемых частей рулевого вала. При столкновениях резиновая муфта разрушается, а соединительные пластины деформируются и уменьшают переме­щение рулевого вала внутрь салона кузова.

Классификация рулевых управлений и требования к ним

Рулевое управление предназначено для изменения направления движения автомобиля.

Рулевые управления колесных машин подразделяются по следующим основным классификационным признакам:

по способу поворота:

• управляемыми колесами
• управляемой осью
• складыванием звеньев
• бортовым поворотом (принудительным вращением ведущих колес одного борта с иной угловой скоростью, чем ведущих колес другого борта)

расположению места водителя:

• правое — при левостороннем движении
• левое — при правостороннем движении

Кроме того, для получившего наибольшее применение на автомобилях рулевого управления с управляемыми колесами (оно состоит из рулевого колеса, рулевого механизма, рулевого привода, а также часто и усилителя) выделяют классификацию рулевых механизмов и рулевых приводов.

Классификация рулевых механизмов:

по типу передачи:

• механический
• гидравлический (рулевой механизм или рулевое управление)

• изменяемое
• неизменяемое
• обратимости
• обратимый
• на пределе обратимости

Классификация рулевых приводов (рулевых трапеций):

• передняя — перед осью
• задняя — за осью

в зависимости от типа подвески:

• цельная (при зависимой подвеске)
• разрезная (при независимой подвеске)

Рис. Схемы типовых способов поворота колесных машин:
а, б — управляемыми колесами; в — управляемой осью; г — складыванием звеньев; д — бортовой поворот; 0ш — ось шкворня; Оип — центр поворота. Оим — центр масс

Основные требования к рулевому управлению следующие:

• обеспечение высокой маневренности автомобиля;
• удобство и легкость управления, в том числе минимальная передача толчков ог дороги на рулевое колесо;
• соответствие радиуса поворота управляющему воздействию водителя;
• высокая надежность;
• минимальное боковое скольжение колес при повороте автомобиля;
• стабилизация повернутых управляемых колес;
• минимальные вибрации, в том числе отсутствие автоколебаний управляемых колес;
• кинематическая согласованность с подвеской.

Кроме того, к рулевым управлениям, как и к остальным механизмам и системам автомобиля, предъявляют также общие требования:

• обеспечение минимальных размеров и массы, высокая надежность (здесь она выделена отдельным пунктом, поскольку из механизмов и систем автомобиля рулевое управление и тормозное управление прежде всего влияют на безопасность движения);
• минимальное обслуживание;
• технологичность.

Рассмотрим, какими конструктивными мероприятиями обеспечивается выполнение требований к рулевым управлениям с управляемыми колесами.

Высокая маневренность (малый радиус поворота и малая ширина коридора) обеспечивается в основном уменьшением базы и увеличением угла поворота управляемых колес. Обычно минимальный радиус поворота легковых автомобилей составляет 4,5… 5,5 м, грузовых — 8… 12 м. Маневренность существенно улучшается, если, кроме передних управляемых колес, используются сше и задние управляемые колеса.

Удобство и легкость управления, как и для любого органа управления, определяются обычно удобным расположением органа управления (рулевого колеса), величиной его полного хода (который не должен превышать 5 оборотов от одного до другого крайнего положения), невысокими значениями усилия, необходимого для перемещения рулевого колеса. Обычно считается, что его усилие не должно превышать 100 Н для легковых автомобилей и 250 Н для грузовых. Удобство расположения определяется в частности соответствием расположения плоскости рулевого колеса посадке водителя.

Соответствие радиуса поворота управляющему воздействию водителя обеспечивается в основном использованием жесткой кинематической связи между управляемыми колесами и рулевым колесом. Кроме того, суммарный люфт рулевого колеса должен находиться в заданных минимальных значениях. При этом управляющее воздействие водителя не должно вызывать боковых скольжений управляемых и неуправляемых колес.

Высокая надежность рулевого управления обеспечивается в основном достаточно большими запасами по напряжениям в деталях рулевого управления. Применение дублирующих систем в рулевом управлении, как и в тормозном управлении, пока не представляется возможным.

Минимальное боковое скольжение колес при повороте автомобиля обеспечивается в основном применением рулевых трапеций в приводе управляемых колес, а при трех и более осях, кроме того, расположением осей, обеспечивающим минимальное боковое скольжение. Меньшая высота профиля и более широкий протектор шины уменьшают углы увода наружных колес при движении на повороте.

Стабилизация повернутых управляемых колес обеспечивается в основном при малых скоростях движения применением поперечного наклона оси шкворня, а при больших скоростях движения — упругостью шин и продольным наклоном оси шкворня.