Устройство рулевого управления, червячный и реечный механизмы

В процессе движения водитель испытывает постоянную потребность в контроле за автомобилем и дорогой. Очень часто возникает необходимость смены режима движения: заезда на парковку или выезда с нее, изменения направления следования (поворота, разворота, перестроения, опережения, обгона, объезда, движения задним ходом и пр.), осуществления остановки или стоянки. Реализацию указанных действий обеспечивает рулевое управление автомобиля, являющееся одной из важнейших систем любого транспортного средства.

Общее устройство и принцип работы
Рулевая колонка
Рулевой механизм
Особенности привода
Усилитель руля
Основы эксплуатации системы управления

Общее устройство и принцип работы

Общее устройство рулевого управления, несмотря на большое количество узлов и агрегатов, представляется достаточно простым и действенным. Логистичность и оптимальность конструкции и функционирования системы доказывается хотя бы тем, что за многолетнюю теорию и практику автомобилестроения рулевое управление не претерпело глобальных сущностных изменений. Изначально оно включает в себя три основные подсистемы:

рулевую колонку, предназначенную для передачи вращательного движения руля;
рулевой механизм — устройство, преобразующее вращательные движения руля в поступательные перемещения деталей привода;
рулевой привод, имеющий целью доведение управляющих функций до поворотных колес.

Помимо основных подсистем, крупнотоннажные грузовики, маршрутные транспортные средства и многие современные легковые автомобили имеют специальное устройство усилителя руля, позволяющее использовать создаваемое силовое воздействие, облегчающее его движение.

Таким образом, схема рулевого управления достаточно проста и функциональна. Рулевое колесо, как первичный узел, хорошо знакомый каждому водителю, под влиянием его мысли и воздействием силы совершает вращательные движения в необходимом направлении. Эти движения посредством рулевого вала передаются на специальный рулевой механизм, где совершается преобразование крутящего момента в плоскостные перемещения. Последние через привод сообщают нужные углы поворота управляющим колесам. В свою очередь, пневматический, гидравлический, электрический и прочие усилители (при их наличии) облегчают вращение руля, делая процесс управления транспортным средством более комфортным.
Это основной принцип, по которому работает рулевое управление автомобиля.

Рулевая колонка

Схема рулевого управления обязательно включает в себя колонку, которая состоит из следующих деталей и узлов:

руля (или рулевого колеса);
вала (или валов) колонки;
кожуха (трубы) колонки с подшипниками, предназначенными для вращения вала (валов);
крепежных элементов для обеспечения неподвижности и устойчивости конструкции.

Схема действия колонки заключается в приложении водительского усилия на рулевое колесо и последующей передаче направленно-вращательных движений руля всей системе, если водитель желает изменить режим движения автомобиля.

Рулевой механизм

Рулевой механизм любого автомобиля — это способ преобразования вращения колонки в поступательные движения рулевого привода. Иными словами, функции механизма сводятся к тому, чтобы повороты руля превратились в нужные перемещения тяг и, в конечно счете, колес.

Устройство рулевого механизма является вариативным. В настоящее время оно представлено двумя основными принципами — червячным и реечным, которые отличаются способами преобразования крутящего момента.
Общее устройство рулевого механизма червячного типа включает в себя:

пару деталей «червяк-ролик»;
картер указанной пары;
рулевую сошку.

Картер представляет собой закрытый корпус со специальной смазкой, где в постоянном зацеплении находятся червяк и ролик. Червячный рулевой механизм основан именно на действии пары деталей «червяк-ролик». Вращение червяка вместе с колонкой приводит к скольжению и перемещению ролика по зубьям червяка. Ролик, перемещаясь, передает поступательные движения на рулевую сошку, а затем на привод и на колеса.

Схема действия механизма «червяк-ролик» массово применяется в отечественном автомобилестроении, в частности при создании так называемой «классики» (заднеприводных автомобилей семейства ВАЗ, «Москвич» и ГАЗ), а также при производстве грузовых автомобилей.

Реечный рулевой механизм считается более удобным и современным. Он оптимален и с точки зрения ремонта, и с позиций безопасности. Это своеобразный новаторский механизм рулевого управления, который актуален при производстве подавляющего числа современных автомобилей.

Реечный рулевой механизм состоит из следующих узлов:

пары деталей «шестерня-рейка»;
корпуса самого реечного механизма, предназначенного для крепления и защиты деталей.

Схема действия данного рулевого механизма заключается в функционировании упомянутой пары деталей «шестерня-рейка»: при повороте руля происходит вращение шестерни, соединенной с колонкой. Вращательные движения шестерни передаются рейке, которая совершает поступательные движения в горизонтальной плоскости влево или вправо. Реечные перемещения передаются дальше посредством рулевых тяг привода на управляющие колеса. Специалисты признают простоту и оптимальность подобного механизма.

Таким образом, реечный рулевой механизм, наряду с червячным, представляет собой одну из важнейших подсистем, благодаря которой функционирует рулевое управление автомобиля.

Особенности привода

Привод системы управления отвечает за передачу поступательных движений рулевого механизма на управляющие (поворотные) колеса. Существует два основных вида привода. Выбор каждого из них обусловлен тем, какой рулевой механизм применяется на данном автомобиле. Соответственно различают:

привод, который используется вместе с червячным механизмом;
привод, предназначенный для реечного механизма.

Схема действия обоих видов привода сходны между собой, чего нельзя сказать об их общем устройстве, основных деталях и комплектации.

«Червячный» привод состоит из:

двух (правой и левой) боковых и одной средней тяг;
маятникового рычага;
двух (правого и левого) поворотных рычагов колес.

Каждая тяга имеет шарниры («шаровые») для обеспечения подвижности деталей привода и их свободного вращения в различных плоскостях.
«Реечный» привод включает в себя только две (правую и левую) тяги, которые так же заканчиваются наконечниками с шарнирными конструкциями («шаровыми»), которые обеспечивают свободное перемещение деталей привода и подвески автомобиля.

Усилитель руля

Рулевое управление современных автомобилей оснащается специальной дополнительной опцией — усилителем. Усилитель рулевого управления — это подсистема, состоящая из механизма, позволяющего значительно снизить усилия водителя при повороте руля и управлении автомобилем.

Основными видами усилителей руля являются:

пневмоусилитель (использующий силу сжатого воздуха);
гидроусилитель (основанный на изменении давления специальной жидкости);
электроусилитель (действующий на основе электрического двигателя);
электрогидроусилитель (применяющий комбинированный принцип действия) ;
механический усилитель (специальный механизм, имеющий увеличенное передаточное отношение).

Изначально система усиления применялась на крупнотоннажной и крупногабаритной технике. Здесь мышечной силы водителя было явно недостаточно для того, чтобы осуществить задуманный маневр. В современных легковых автомобилях она используются в качестве средства обеспечения комфортности при рулении.

Основы эксплуатации системы управления

В процессе эксплуатации автомобиля отдельные узлы и агрегаты, входящие в систему рулевого управления, постепенно приходят в негодность. Особенно, это усугубляется в условиях движения по некачественным дорогам. Свою лепту в износ системы вносит и недостаточное внимание водителя, уделяемое профилактике неисправностей, а также низкое качество запасных частей и комплектующих. Далеко не последнюю роль играет и низкая квалификация сервисменов, которым водитель доверяет обслуживание своего автомобиля.

Важность системы управления автомобилем обусловлена требованиями общей безопасности дорожного движения. Так, нормы «Основных положений по допуску ТС к эксплуатации…» и пункта 2.3.1 ПДД категорически запрещают движение (даже до автосервиса или места парковки) на транспортном средстве при наличии неисправностей в системе рулевого управления. К таким неисправностям относятся:

превышение допустимого свободного хода (люфта) руля (10 градусов для легковых машин, 25 — для грузовых, 20 — для автобусов);
перемещение деталей и узлов системы управления, не предусмотренных заводом-изготовителем;
наличие незафиксированности в резьбовых соединениях;
неадекватное функционирование усилителя рулевого управления.

Однако этот перечень неисправностей не является исчерпывающим. Помимо них, есть и иные «популярные» изъяны системы:

тугое вращение или заедание руля;
стук или биение, отдающие в руль;
негерметичность системы и пр.

Подобные неисправности считаются допустимыми при эксплуатации автомобиля, если не обусловливают отмеченных ранее недостатков системы.
» alt=»»>
Подведем итог. Рулевое управление является одной из важнейших составных частей конструкции современного транспортного средства. Оно требует постоянного контроля за своим состоянием и осуществления своевременного и качественного сервисного и технического обслуживания.

Устройство и виды рулевого управления автомобиля

Устройство системы рулевого управления

Схема рулевого управления
Конструктивно система рулевого управления состоит из следующих элементов:

Рулевое колесо (руль) – предназначено для управления водителем с целью указания направления движения автомобиля. В современных моделях оно дополнительно оснащается кнопками управления мультимедийной системой. Также в рулевое колесо встраивается передняя подушка безопасности водителя.
Рулевая колонка – выполняет передачу усилия от руля к рулевому механизму. Она представляет собой вал с шарнирными соединениями. Для обеспечения безопасности и защиты от угона колонка может быть оснащена электрическими или механическими системами складывания и блокировки. Дополнительно на рулевой колонке устанавливается замок зажигания, органы управления светотехникой и стеклоочистителем ветрового стекла автомобиля.
Рулевой механизм – выполняет преобразование усилия, создаваемого водителем через поворот рулевого колеса и передает его приводу колес. Конструктивно представляет собой редуктор с некоторым передаточным отношением. Сам механизм соединяет с рулевой колонкой карданный вал рулевого управления.
Рулевой привод – состоит из рулевых тяг, наконечников и рычагов, выполняющих передачу усилия от рулевого механизма к поворотным кулакам ведущих колес.
Усилитель рулевого управления – повышает усилие, которое передается от руля к приводу.
Дополнительные элементы (амортизатор рулевого управления или “демпфер”, электронные системы).

Стоит также отметить, что подвеска и рулевое управление автомобиля имеют тесную взаимосвязь. Жесткость и высота первой определяют степень отклика автомобиля на вращение рулевого колеса.

Рулевой механизм червячного типа

Червячный тип рулевого управления
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.

Виды рулевого управления

В зависимости от типа редуктора системы, рулевой механизм (система рулевого управления) может быть следующих видов:

Реечный – самый распространенный вид, используемый в легковых автомобилях. Этот вид рулевого механизма имеет простую конструкцию и отличается высоким КПД. Недостатки заключаются в том, что этот тип механизма чувствителен к возникающим ударным нагрузкам при эксплуатации в сложных дорожных условиях.
Червячный – обеспечивает хорошую маневренность автомобиля и достаточно большой угол поворота колес. Этот вид механизма меньше подвержен влиянию ударной нагрузки, но более дорогостоящий в изготовлении.
Винтовой – принцип работы похож на червячный механизм, однако он имеет более высокий КПД и позволяет создавать большие усилия.

В зависимости от вида усилителя, который предусматривает устройство рулевого управления, различают системы:

С гидравлическим усилителем (ГУР). Его основным достоинством является компактность и простота конструкции. Гидравлическое рулевое управление среди современных транспортных средств является одним из наиболее распространенных. Недостатком такой системы является необходимость контроля уровня рабочей жидкости.
С электрическим усилителем (ЭУР). Такая система рулевого управления с усилителем считается наиболее прогрессивной. Он обеспечивает простоту регулировки настроек управления, высокую надежность работы, экономный расход топлива и возможность управления автомобилем без участия водителя.
С электрогидравлическим усилителем (ЭГУР). Принцип действия данной системы аналогичен системе с гидравлическим усилителем. Главное отличие заключается в том, что насос усилителя приводится в действие электродвигателем, а не ДВС.

Рулевое управление современного автомобиля может быть дополнено следующими системами:

Активного рулевого управления (AFS) – система изменяет величину передаточного отношения в зависимости от текущей скорости. Она позволяет корректировать угол поворота колес и обеспечивает более безопасное и устойчивое движение на скользких поверхностях.
Динамического рулевого управления – работает аналогично активной системе, однако в конструкции в этом случае вместо планетарного редуктора используется электродвигатель.
Адаптивного рулевого управления для транспортных средств – главной особенностью является отсутствие жесткой связи между рулем автомобиля и его колесами.

Требования к рулевому управлению автомобиля

Согласно стандарту, к рулевому управлению применяются следующие основные требования:

Обеспечение заданной траектории движения с необходимыми параметрами поворотливости, поворачиваемости и устойчивости.
Усилие на рулевом колесе для осуществления маневра не должно превышать нормированного значения.
Суммарное число оборотов руля от среднего положения до каждого из крайних не должно превышать установленного значения.
При выходе из строя усилителя должна сохраняться возможность управления автомобилем.

Существует еще один стандартный параметр, определяющий нормальное функционирование рулевого управления – это суммарный люфт. Данный параметр представляет собой величину угла поворота руля до начала поворота управляемых колес.

Значение допустимого суммарного люфта в рулевом управлении должно быть в пределах:

10° для легковых автомобилей и микроавтобусов;
20° для автобусов и подобных транспортных средств;
25° для грузовых автомобилей.

Назначение рулевого управления

Для осуществления движения транспортного средства (ТС) по выбираемой водителем траектории служит рулевое управление (РУ), конструкция которого во многом определяет безопасность движения и утомляемость водителя. К рулевому управлению ТС предъявляются специфические требования, основными из которых являются:

обеспечение высокой маневренности ТС
легкость управления (за счет применения усилителей рулевого управления)
обеспечение по возможности чистого качения (без бокового скольжения) всех колес ТС при поворотах (за счет правильной конструкции привода)
автоматическая стабилизация управляемых колес, т.е. возвращение их в состояние прямолинейного движения после снятия воздействия со стороны водителя
необратимость рулевого управления — отсутствие передачи ударов управляемых колес о неровности дороги на руки водителя
обеспечение следящего действия (любое воздействие водителя на рулевое управление должно вызывать соответствующее изменение направления движения)

Рис. Рулевое управление: 1 — масляный радиатор; 2, 4 — валы; 3 — рулевая колонка; 5 — рулевое колесо; 6 — насос гидроусилителя руля; 7 — рулевой механизм; 8 — сошка

Система рулевого управления представляет собой совокупность устройств, служащих для поворота управляемых колес автомобиля при воздействии водителя на рулевой управляющий орган (рулевое колесо).

Особенности правостороннего и левостороннего руля

Левостороннее и правостороннее рулевое управление
В современных автомобилях может быть предусмотрено правостороннее или левостороннее рулевое управление, что зависит от вида транспортного средства и законодательства отдельных стран. В зависимости от этого руль может располагаться справа (при левостороннем движении) или слева (при правостороннем).

В большинстве стран левостороннее рулевое управление (или правостороннее движение). Основное отличие механизмов не только в позиции руля, но и в рулевом редукторе, который адаптирован под различные стороны подключения. С другой стороны, переоборудование правостороннего руля на левостороннее рулевое управление все же возможно.

В некоторых видах спецтехники, например, в тракторах, предусматривается гидрообъемное рулевое управление, которое обеспечивает независимость положения руля от компоновки других элементов. В этой системе отсутствует механическая связь привода и рулевого колеса. Для выполнения поворота колес гидрообъемное рулевое управление предусматривает силовой цилиндр, которым управляет насос-дозатор.

Основные достоинства, которые имеет гидрообъемное рулевое управление для транспортных средств в сравнении с классическим рулевым механизмом с гидравлическим усилителем: необходимость приложения меньших усилий для выполнения поворота, отсутствие люфта, а также возможность произвольного расположения узлов системы.

Таким образом, ГОРУ может обеспечивать и правостороннее, и левостороннее рулевое управление. Это позволяет его устанавливать в транспортных средствах с особыми режимами эксплуатации (дорожно-строительные машины, уборщики).

Автомобили. Проектирование и расчет рулевых управлений: Учебно-методическое пособие, страница 11

8.2. Передаточное число рулевого управления

Общее кинематическое передаточное число рулевого управления определяется как отношение

где	a	– угол поворота управляемых колес;
Q	– угол поворота рулевого колеса.

Для легковых автомобилей полный угол поворота рулевого колеса составляет Q = 1080…1260° (3…3,5 оборота), а полный угол поворота управляемых колес a = 65…70. Передаточное число рулевого привода uРП

= 1. Для грузовых автомобилей при повороте управляемых колес на a = 40° (±20° от нейтрального положения) угол поворота рулевого колеса не должен превышать Q £ 1260°, без учета угла свободного поворота рулевого колеса. Передаточное число рулевого привода
uРП
£ 1,3…1,5.

Передаточное число рулевого управления определяется и как произведение передаточного числа рулевого привода uРП

и передаточного числа рулевого механизма,
uРМ
.

Из этого выражения передаточное число рулевого механизма определяется

Для сравнительного анализа следует отметить, что передаточное число рулевых механизмов легковых автомобилей укладывается в пределах uРМ

= 16…20, а грузовых –
uРМ
= 20…24.

При выполнении кинематического расчета рулевого управления выполняется разработка* кинематики совместной работы рулевых тяг и направляющего устройства подвески, задача которой состоит в том, чтобы найти такие размеры и расположение в пространстве рычагов шарниров и тяг рулевого управления, при которых не будет происходить угловых перемещений управляемых колес при деформации упругих элементов подвески.

Читать еще: Двойной выхлоп на оку

9. СИЛОВОЙ РАСЧЕТ РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ

Задачей силового расчета является определение максимальных сил, действующих на рулевое управление. В силовом расчете определяются: усилие на рулевом колесе, необходимое для поворота управляемых колес (сила, действующая на рулевое управление от рулевого колеса); на управляемых колесах при торможении; на отдельных деталях рулевого управления, а также усилие, развиваемое цилиндром усилителя (сила, действующая на рулевое управление от усилителя).

9.1.Усилие на рулевом колесе

Наибольшего значения усилие на рулевом колесе Fр

достигает при повороте автомобиля, стоящего на сухом асфальтобетонном покрытии. В движении это усилие снижается почти в два раза:

где	МСП	– момент сопротивления повороту управляемых колес на месте (момент на цапфах), Н×м;
Rр	– радиус рулевого колеса, м;
– прямой КПД рулевого управления ().

Размеры рулевого колеса нормированы и имеют следующие значения (табл. 4).

Момент сопротивления повороту управляемых колес определяется как

Для расчетов МСП

можно воспользоваться полуэмпирической формулой, дающей достаточно близкие значения к опытным:

где	– давление воздуха в шине, Па;
j	– коэффициент сцепления (j = 0,7…0,9);
– осевая нагрузка, воспринимаемая управляемыми колесами, Н.

Размеры рулевого колеса

Тип автомобиля	Диаметр рулевого колеса, мм
Легковые особо малого класса	380
Легковые, микроавтобусы, грузовые малой грузоподъемности	400 и 425
Грузовые средней грузоподъемности и автобусы средней вместимости	440 и 475
Грузовые и тягачи большой грузоподъёмности, многоместные автобусы и троллейбусы	550

Полученное значение Fр

сопоставляется с допустимым [
Fр
] = 250 Н на рулевом колесе. Если
Fр
> [
Fр
], необходима установка усилителя.

9.2. Усилие, развиваемое цилиндром усилителя

Назначение, классификация, устройство и принцип работы рулевых механизмов

Рулевым называется механизм, преобразующий вращение рулевого колеса в поступательное перемещение рулевого привода, вызывающее поворот управляемых колес автомобиля. Рулевой механизм служит для увеличения усилия водителя, прилагаемого к рулевому колесу, и передачи его к рулевому приводу. Увеличивать усилие водителя необходимо для облегчения управления автомобилем. Увеличение усилия, прилагаемого к рулевому колесу, происходит за счет передаточного числа рулевого механизма. Передаточное число рулевого механизма зависит от типа автомобиля и составляет для различных автомобилей 15. 25. Такие передаточные числа за один-два полных оборота рулевого колеса обеспечивают поворот управляемых колес автомобиля на максимальные углы, равные 35. 45°.

К рулевым механизмам, кроме общих требований к конструкции автомобиля, предъявляется ряд дополнительных требований:

• высокий КПД при передаче усилия от рулевого колеса к управляемым колесам для легкости управления автомобилем и несколько меньший КПД в обратном направлении для уменьшения толчков и ударов на рулевом колесе от дорожных неровностей;

• обратимость механизма, исключающую снижение стабилизации управляемых колес автомобиля;

• минимальный зазор в зацеплении механизма при нейтральном положении управляемых колес и возможность регулирования этого зазора в процессе эксплуатации;

• заданный характер изменения передаточного числа механизма. На современных автомобилях имеют применение различные типы рулевых механизмов.

На автомобилях применяются различные типы рулевых механизмов:

рулевой механизм
червячный	винтовой	зубчатый
черв-роликовый	винторычажный	шестеренный
черв-секторный	винтореечный	Реечный

Червячные рулевые механизмы применяются на легковых, грузовых автомобилях и автобусах. Наибольшее распространение получили червячно-роликовые рулевые механизмы,рулевая передача которых состоит из червяка и ролика. Червякимеет форму глобоида — его диаметр в средней части меньше, чем по концам. Такая форма обеспечивает надежное зацепление червяка с роликомпри повороте рулевого колеса на большие углы. Ролики могут быть двухгребневыми или трехгреб-невыми. Двухгребневые ролики применяются в рулевых механизмах легковых автомобилей, а трехгребневые — в рулевых механизмах грузовых автомобилей и автобусов.

При вращении червяка, закрепленного на рулевом валу, момент от червяка передается ролику, который установлен на подшипнике на оси, размещенной в пазу валарулевой сошки. При этом благодаря глобоидной форме червяка обеспечивается надежное зацепление его с роликом при повороте рулевого колеса на большие углы. Червячно-роликовые рулевые механизмы имеют небольшие габаритные размеры, надежны в работе и просты в обслуживании. Червячно-секторные (червячно-спироидные) рулевые механизмыполучили меньшее распространение и применяются только на грузовых автомобилях. Рулевая передача этих механизмов состоит из цилиндрического червякаи бокового секторасо спиральными зубьями, который выполнен совместно с валом рулевой сошки. Механизмы имеют небольшое давление на зубья при передаче больших усилий и небольшое изнашивание.

Винтовые рулевые механизмы используют на тяжелых грузовых автомобилях. Наибольшее применение получили винтореечные механизмы. Винтореечная рулевая передачавключает в себя винт, шариковую гайку-рейкуи сектор, изготовленный вместе с валом рулевой сошки. Вращение винта преобразуется в поступательное перемещение гайки, на которой нарезана рейка, находящаяся в зацеплении с зубчатым секторомвала рулевой сошки. Для уменьшения трения и повышения износостойкости соединение винта с гайкой осуществляется через шарики. Винторычажные рулевые механизмыв настоящее время применяются редко, так как имеют низкий КПД и значительное изнашивание, которое невозможно компенсировать регулировкой.

Зубчатые рулевые механизмы применяются в основном на легковых автомобилях малого и среднего классов. Шестеренные рулевые механизмы,имеющие цилиндрические или конические шестерни, используются редко. Наибольшее применение получили реечные рулевые механизмы. Реечная рулевая передачасостоит из шестернии рейки. Вращение шестерни, закрепленной на рулевом валу, вызывает перемещение рейки, которая выполняет роль поперечной рулевой тяги. Реечные рулевые механизмы просты по конструкции, компактны и имеют наименьшую стоимость по сравнению с рулевыми механизмами других типов. Из-за большого значения обратного КПД реечные рулевые механизмы без усилителя устанавливают на легковых автомобилях особо малого и малого классов, так как только в этом случае они способны поглощать толчки и удары, которые передаются от дорожных неровностей на рулевое колесо. На легковых автомобилях более высокого класса с реечным рулевым механизмом применяют гидроусилитель руля, поглощающий толчки и удары со стороны дороги.

Рулевое управление автомобиля

Рулевое управление автомобиля включает в себя большое число составляющих его деталей. К таким деталям относятся шарниры, тяги, поворотные кулаки — и это еще далеко не все, что называется всего двумя словами: рулевой механизм. Сегодня мы разберем рулевое управление автомобилем по полочкам и выясним, из каких деталей оно состоит и каким образом работает.

Рулевой вал

Схема рулевого управления достаточно проста, несмотря на то, что количество входящих в него составляющих фактически зашкаливает. Все, что нужно знать — абсолютно все шарниры смазываются большим количеством масла. По ходу расходования масла на транспортных средствах необходимо производить пополнение смазки деталей при помощи сподручных инструментов. К числу таких инструментов для транспортных средств можно отнести, к примеру, специальный шприц для масла, который является неотъемлемым атрибутом любого гаража.

Тем не менее система, представляющая собой рулевое управление, совершает работу за счет того, что водитель вращает руль, и лишь потом специальные механизмы и шарниры, наполненные маслом, начинают приходить в движение и вращать колеса в ту или иную сторону.

Разумеется, такое управление транспортными средствами, в которые входит подобный рулевой механизм, производится за счет действия на рулевое колесо. Но как руль соединяется со всеми остальными деталями, составляющими рулевое управление машины? Как происходит манипуляция шарнирами и тягами, которые наполняются маслом?

Одной из деталей, которая на транспортных средствах как раз отвечает за соединение руля с устройствами управления тягой, является рулевая рейка, выполненная из особо прочного и при этом легкого материала. Устройство рулевого управления таково, что расположение рейки предугадать достаточно просто: она простирается от руля и уходит вниз, под приборную доску.

Она представляет собой продолговатую металлическую деталь, которая имеет с одного конца выступы под крепление самого руля, а с другой обладает смазанным маслом шарниром для надежного соединения с таким узлом, как рулевой редуктор. Также не стоит забывать, что на транспортных средствах в рулевую рейку нередко встраиваются различного рода блокираторы.

Так, одни блокираторы из усиленного материала, которые включает в себя система рулевого управления, являются штатными и имеют расположение внутри рейки. Для обеспечения должного уровня безопасности блокиратор, выполненный из особо прочного материала, активируется в те моменты, когда ключ вытаскивают из замка зажигания или, допустим, активируют специальные охранные устройства.

Другие инструменты блокираторов для транспортных средств нештатны. Они обеспечивают дополнительную безопасность и могут вручную устанавливаться в паз, который располагается в нижней части конструкции. Назначение таких блокираторов — не позволить злоумышленнику маневрировать автомобилем и, таким образом, далеко на нем уехать.

Еще одно важное понятие – передаточное число рулевого механизма. Это соотношение угла поворота руля и угла поворота колес авто.

Редуктор

Описание работы и расположения всех составляющих, которые входят в рулевой механизм современного автомобиля и его конструкцию, можно продолжить столь важным функциональным узлом, как рулевой редуктор. Редуктор, выполненный из усиленного материала, функционирует по принципу шестерни и на транспортных средствах представляет собой систему различных шарниров, которые регулярно смазываются специальным маслом. Масло не позволяет шарнирам закисать, а потому составляющая много лет может прослужить без серьезного вмешательства.

Принцип работы редуктора на транспортных средствах достаточно прост. Один шарнир располагается со стороны рейки. Он жестко к ней приварен и является абсолютно неподвижным узлом. Встречная часть механизма, выполненная из усиленного материала, является плоской, но тоже имеет на себе большое число шестеренчатых насечек. Недостатком такого типа механизма можно назвать трудоемкость обслуживания, которая обуславливается относительной труднодоступностью каждого функционального узла.

Еще одним недостатком, который можно упомянуть, рассматривая рулевой механизм данного типа и принцип его функционирования, является слабая степень смазки всех функциональных узлов. К сожалению, это требует регулярного обслуживания с целью обеспечить достаточную безопасность и комфорт управления. Правда, современные производители комплектующих стараются производить свои товары из таких материалов, которые одновременно обладают высокой прочностью и стойкостью к истиранию со временем.

Рулевые тяги и наконечники имеют особенное назначение, и их расположение — рядом с передней осью авто. На эти узлы, не имеющие недостатков, ложится нагрузка по перемещению поворотных кулаков, которые связаны со ступицей колеса. Это требует того, чтобы тяги выполнялись из материала, который сможет выдержать высокие нагрузки и не будет изнашиваться с течением времени. Таким материалом является сталь, которая, помимо прочего, обладает небольшим весом и отличными противокоррозионными свойствами.

Тяга, входящая в рулевой механизм, закрепляется за счет специальных крепежных элементов. Тяги в обязательном порядке снабжаются пыльниками. Пыльники не позволяют попасть грязи и посторонним частицам в механизм. Это продлевает элементам срок службы и, судя по описанию, теперь они могут прослужить без замены около 100 тысяч километров.

Обычно в рулевое управление входят как рулевые тяги, так и наконечники. Рулевой механизм устроен таким образом, что каждая тяга имеет на себе резьбовое соединение, которое подвижно и может регулироваться. Таким образом, можно изменять технические характеристики рулевого управления так, чтобы нивелировать крен машины в сторону во время движения и дискомфорт при управлении авто.

Стоит отметить, что регулировка тяг, входящих в рулевой механизм, — это не та процедура, которой стоит заниматься самому, без помощи профессионалов. Если вспомнить советские автомобили, которые не двигались с особенно большими скоростями, а также отсутствие необходимого оборудования несколько десятилетий назад, то примерную регулировку можно допустить. Но в век высоких технологий рулевое управление не терпит неточностей, и для грамотной настройки руля требуется дорогостоящее оборудование, которое можно найти лишь на специализированных СТО.

Резюме

Рулевой механизм современного автомобиля является достаточно сложным устройством. Однако при соблюдении всех требований по техническому обслуживанию данный узел авто сможет прослужить долго, а такое действие, как вождение машины, станет делом, действительно приносящим удовольствие.

Рулевое управление

Рулевое управление — система управления направлением движения транспортных средств с помощью рулевого колеса. Состоит из механизмов, преобразующих положение (угол поворота) руля в пропорциональное изменение положения колёс или аналогичных управляющих направлением движения элементов (поворот движителя, поворот направляющей лыжи, конька).

Содержание

Рулевое управление автомобилей

На автомобилях рулевое управление состоит из механического редуктора и системы тяг, преобразующих поворот руля в поворот управляемых (передних) колёс. Отношение углов поворота руля и колёс известно как «передаточное отношение рулевого управления» и обычно составляет 15:1 … 25:1. Колесо, находящееся с той стороны, куда происходит поворот, поворачивается на больший угол, так, чтобы точка пересечения осей передних колёс находилась на оси задних колёс (в этом случае все колёса вращаются вокруг одной точки и не происходит бокового скольжения шин). Система тяг, обеспечивающая поворот колёс на разный угол, называется рулевая трапеция.

Рулевое управление тракторов

Как и компоновка трактора, рулевое управление бывает двух основных видов — поворот передних колёс (аналогично автомобилям), и относительный поворот полурам (тракторы К-700, Т-150К). В компоновке (и рулевом управлении) из двух полурам имеются следующие достоинства:

Унификация, простота и надёжность ведущих мостов — они не содержат узлов поворота колёс.
Две колеи при любом повороте полурам (задний мост идёт точно по следам переднего), что значительно улучшает проходимость.
Поворот полурам позволяет плавно перемещать влево-вправо переднее или заднее навесное орудие, что повышает удобство работы.

Рулевое управление комбайнов

Из-за большого веса жатки, и особенностей компоновки, на переднюю часть самоходного зерноуборочного комбайна приходится основная часть веса, поэтому передние колёса выполняют ведущими и большого размера. Ввиду технических сложностей поворота этих колёс, рулевое управление зерноуборочных комбайнов осуществляется задними колёсами небольшого размера. Они также поворачиваются на разные углы (рулевой трапецией), чтобы избежать бокового скольжения, аналогично управлению автомобилей.

Управление задними колёсами является крайне неудобным в эксплуатации ввиду большой задержки между поворотом колёс и изменением направления движения транспортного средства.

Рулевое управление катков(дорожная техника)

Ввиду большой массы переднего цилиндра катка поворачивает он с помощью гидроруля. Руль просто переключает клапаны подачи жидкости в цилиндры поворота катка

Рулевой механизм

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-рейка — руль соединён с неподвижной (вращающейся) шестернёй, концы подвижной рейки через тяги поворачивают колёса. В настоящее время применяется на большинстве легковых автомобилей (переднеприводных).
Червячная передача — 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).

См. также

Рулевое колесо
Усилители рулевого управления

Добавить иллюстрации.
Викифицировать статью.
Проверить достоверность указанной в статье информации.
Проставить интервики в рамках проекта Интервики.
Проставить для статьи более точные категории.
Проставив сноски, внести более точные указания на источники.
Найти и оформить в виде сносок ссылки на авторитетные источники, подтверждающие написанное.

Wikimedia Foundation . 2010 .

Рулевое колесо
Рулевой винт

Смотреть что такое «Рулевое управление» в других словарях:

РУЛЕВОЕ УПРАВЛЕНИЕ — механизм для изменения направления движения безрельсовых колёсных машин путём поворота управляемых колёс. У большинства машин применяется Р. у. автомобильного типа, состоящее из рулевого механизма и рулевого привода. Рулевой механизм позволяет… … Большая политехническая энциклопедия

рулевое управление — (устройство) – устройство, обеспечивающее преобразование поворота руля в поворот колес. EdwART. Словарь автомобильного жаргона, 2009 … Автомобильный словарь

рулевое управление — 2.3 рулевое управление: Рулевой привод, рулевая колонка и детали ее облицовки, рулевой вал, рулевая передача и все другие компоненты, непосредственно влияющие на эффективность устройства для предотвращения несанкционированного использования.… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

РУЛЕВОЕ УПРАВЛЕНИЕ — система механизмов для изменения направления движения безрельсовых колёсных машин. У большинства машин применяется Р. у. автомоб. типа, состоящее из рулевого механизма и рулевого привода (см.рис.). Рулевые механизмы совр. машин имеют кинематич.… … Большой энциклопедический политехнический словарь

РУЛЕВОЕ УПРАВЛЕНИЕ — механизм, осуществляющий повороты движущегося трактора или автомобиля и предупреждающий машину от произвольных поворотов (при попадании препятствия под одно из колес и т. д.). Рулевое колесо (1) механизма соединено с валом (2), на нижнем конце… … Сельскохозяйственный словарь-справочник

Рулевое управление — автомобиля, механизм для изменения направления движения. Р. у. состоит из рулевого механизма и привода (см. в ст. Автомобиль). В механизме червяк ролик, применяемом на большинстве легковых автомобилей, червяк установлен на конце… … Большая советская энциклопедия

Рулевое управление — совокупность механизмов транспортного средства, обеспечивающих его движение в заданном водителем направлении. Может быть объектом изучения при производстве автотехнических экспертиз … Криминалистическая энциклопедия

рулевое управление с усилителем, — 2.5.1.2 рулевое управление с усилителем, при котором рулевое усилие обеспечивается как за счет мускульной силы водителя, так и за счет устройства (устройств) энергопитания; 2.5.1.2.1 рулевое управление, в котором рулевое усилие обеспечивается в… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Читать еще: Как отполировать стеклянные фары своими руками видео

Рулевое управление с шарнирно-сочлененной рамой — 4.3. Рулевое управление с шарнирно сочлененной рамой система, содержащая вертикальную ось поворота, соединяющую две секции машины, например переднюю и заднюю секции шасси или рамы. Управление поворотом осуществляется посредством складывания… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Рулевое управление (указать тип) — 8.4. Рулевое управление (указать тип) по ГОСТ 27254 87 Примеры: С поворотом одноосного тягача С передними управляемыми колесами С усилителем, ручное, с объемным гидроприводом С силовым приводом С объемным гидроприводом Способ управления поворотом … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Устройство и принцип работы рулевого управления

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.

Виды и принцип работы

Выделяют три основных вида РУ: реечный, червячный и винтовой. Самым распространенным является первый. У него достаточно простая конструкция и высокий КПД. Реечный механизм базируется на рулевой рейке с шестерней. Последняя размещается на валу и постоянно находится в связке с рейкой. При вращении рулевого колеса рейка с помощью шестеренки перемещается в горизонтальном положении влево или вправо. Одновременно с этим двигаются и тяги, которые передают усилия на колеса авто. Плюсами данного механизма являются простая конструкция, надежность и низкая стоимость. В качестве недостатков устройства называют чувствительность к любым неровностям на дороге.

Червячный механизм самый старый среди всех. Его можно встретить на классических представителях АвтоВАЗа, а также на некоторых внедорожниках. В паре с данным механизмом, как правило, устанавливается зависимая подвеска. Конструктивная особенность этого устройства – наличие червячного ролика, который заменил собой шестерню, а также картера и рулевой сошки. Сам «червяк» расположен в нижней части рулевого вала и находится с постоянном сцеплении роликом. Благодаря подобной конструкции вал поворачивается, передавая усилия на колеса машины. С таким механизмом транспортное средство становится более маневренным, оно может повернуть колеса на больший угол, а также на руль не передаются дорожные неровности. Однако данную конструкцию очень дорого обслуживать ввиду ее сложности.

Винтовое рулевое управление соединяется с помощью гайки и шариков специального винта. Как правило, таким механизмом комплектуются грузовые машины, автобусы и легковушки повышенного класса. Принцип работы «винта» практически такой же, что и у «червяка». Износ такого устройства минимальный, а детали ломаются крайне редко.

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:

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.
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.

Особенности правостороннего и левостороннего руля

На сегодняшний день в части стран мира правостороннее движение, а в части – левостороннее. Рулевое колесо при этом располагается либо слева, либо справа. Это означает, что элементы конструкции, передающие с него усилия на колеса также расположены либо слева, либо справа.

Однако это не означает, что руль невозможно перенести на другое место. Такую процедуру выполняют во многих автосервисах. Впрочем, нужно понимать, что она достаточно сложна, так как требует:

поиска или изготовления на заказ соответствующих деталей;
приобретения новой приборной панели;
перенесения всех приборов на другую сторону.

Все это делает смену положения руля дорогим удовольствием, поэтому многие водители, которые приобрели авто в стране с другим типом движения, оставляют его на прежнем месте.

Гораздо проще в этом плане дело обстоит с колесной дизельной техникой. Многие трактора, грейдеры, уборочные машины имеют гидрообъемное рулевое управление. При использовании подобной конструкции положение руля не имеет значения, поэтому его можно установить как справа, так и слева. Некоторые модели самоходных машин даже имеют гнезда для установки рулевого колеса с обеих сторон приборной панели.

Однако на легковых автомобилях гидрообъемное управление не устанавливают. Его изредка можно встретить на вездеходах и внедорожниках.

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.

Возможные неисправности

Значительных поломок у этого механизма не бывает, если не учитывать последствия после дорожно-транспортного происшествия. Как правило, у рулевой колонки изнашиваются подшипники, сальники, втулки, крепежные элементы кронштейна, карданные шарниры и шлицевые соединения. В некоторых случаях расшатывается защитный кожух. Заметить поломку РК достаточно просто. Она начинает хрустеть при поворотах, стучать, вибрировать, появляются люфт и скрип.

Ремонт рулевой колонки возможен в следующих случаях:

износился кардан. В этом случае меняется вся система. Если автомобилист делает ремонт своими руками ему параллельно необходимо выяснить, что стало причиной поломки и устранить ее;
износилась резьба крепления рулевого колеса. Причиной этому чаще всего служат агрессивный стиль вождения и влага. Сама резьба не восстанавливается, вал меняется полностью;
износились подшипники. В этом случае они разбираются, старый выбивается, а новый запрессовывается. Это вполне можно сделать собственноручно;
появилась коррозия на шлицевом соединении. Это происходит из-за влаги, которая скапливается под водительским ковриком. Небольшое количество ржавчины можно сошлифовать, в противном случае меняется весь узел.

Отметим, что рулевая колонка не только один из самых важных, но и один из самых крепких механизмов транспортного средства. Она может прослужить долгие годы при условии постоянного, качественного сервисного обслуживания. При этом большую часть работ можно сделать самостоятельно.

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:

Электрический.
Пневматический.
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.

Рулевое управление — устройство и принцип работы

Общее устройство и принцип работы системы рулевого управления автомобиля, как и многих других современных транспортных средств, можно описать следующим образом. Рулевое управление имеет рулевые тяги, рулевой механизм с реечной или червячной передачей и рулевую колонку, оканчивающуюся рулевым колесом. Функционирует система довольно просто: при воздействии на руль усилие через рулевой механизм передается на рулевые тяги, которые шарнирно связаны с рычагами подвески, что приводит к изменению траектории движения авто. Кроме того, рулевое колесо информирует водителя о состоянии дорожного покрытия, определяемое по величине усилия, приложенных к рулю. Если не брать во внимание размер рулевого колеса у спорткаров, диаметр руля для большинства автомобилей находится в пределах 38-42,5 см.

Рулевое колесо соединяется с рулевым механизмом посредством травмобезопасной рулевой колонки, которая имеет несколько карданных соединений. Травмобезопасность заключается в том, что при лобовом столкновении на большой скорости она (колонка) складывается, снижая таким образом степень тяжести нанесенных водителю травм. Современные автомобили снабжены электрической или механической регулировкой адаптации рулевой колонки под рост водителя. Изменение осуществляется как в вертикальном направлении, так и по длине, либо в двух направлениях. Также предусмотрена противоугонная защита путем блокирования рулевой колонки электрическим или механическим способом.

Рулевой механизм выполняет роль множителя усилий, приложенных водителем к рулевому колесу с последующим распространением нагрузки на рулевой привод. Самым применяемым типом редуктора рулевого механизма в автомобилях является червячная и реечная его конструкции, причем первый вариант чаще использовался в автомобилях прошлого столетия. Реечный вариант представляет собой цилиндрическую шестерню, составляющую одно целое с валом и перемещающуюся по зубчатой рейке, которая шарнирно связана с рулевыми тягами. При изменении положения руля на определенный угол рейка совершает движение в горизонтальной плоскости и через тяги поворачивает колеса. Пара шестерня-рейка находится в корпусе редуктора, который расположен в подрамнике подвески.

Некоторые автомобили снабжены рулевым механизмом с переменным передаточным отношением, где применена зубчатая рейка с различным профилем зубьев: в околонулевой зоне зубья имеют форму треугольника, а ближе к краям – вид трапеции. Конструкция рейки с различной геометрией зубьев способствует изменению передаточного числа в паре шестерня-рейка, уменьшая угол поворота рулевого колеса. Благодаря этой схеме управлять автомобилем намного удобнее, динамичнее, и требуется меньше усилий, прилагаемых к рулевому колесу.

Отдельные производители авто используют на автомобилях рулевые механизмы с управлением на четыре колеса. Конструкция позволяет добиться более эффективного управления и обеспечивает стабильность машины при движении на высокой скорости. Благодаря такому техническому решению передние и задние колеса авто получили синхронизацию при повороте в ту или иную сторону. Кроме того, улучшилась маневренность в случае, когда автомобиль движется с малой скоростью: передние и задние колеса могут быть повернуты в разном направлении. Это достигается за счет того, что при большой скорости автомобиля сайлентблоки, установленные на задней подвеске, под воздействием сил во время поворота авто деформируются, не давая колесам существенно изменить угол поворота.

Рулевой привод представляет собой шарнирно-рычажную конструкцию, посредством которой усилия, прилагаемые к рулю, передаются напрямую колесам, обеспечивая при этом устойчивость автомобиля при повороте. Кроме этого, конструкция удерживает колеса при работе подвески, тип которой зависит от устройства рулевого привода.

Наиболее популярна механическая конструкция рулевого привода, включающая в себя рулевые тяги и шаровые опоры (рулевые шарниры). В свою очередь, шаровой шарнир, защищенный от износа вкладышами, находится в корпусе с закрытым резиновым пыльником, который препятствует проникновению пыли и грязи в шарнирное соединение. Шаровой шарнир изготовлен как одно целое с шаровым пальцем, который служит наконечником для рулевых тяг и составляет с ними дополнительный рычаг подвески.

Для регулировки рулевого управления существует несколько параметров, влияющих на устойчивость автомобиля во время движения, и на усилие, прилагаемое к рулю. Четыре наиболее важных из них касаются угловых регулировок: развал, схождение, угол продольного и поперечного наклона поворотной ступицы колеса, а также две регулировки плеча (стабилизация и обкатка). Стоит заметить, что все регулировки связаны между собой и оказывают важное влияние на работу всего рулевого управления.

Современные автомобили уже не обходятся без усилителя рулевого управления, которое значительно уменьшает усилие, приложенное к рулю, позволяет точно и быстро реагировать на окружающую обстановку при движении. Благодаря усилителю руля водитель меньше утомляется, да и передаточное число шестерен в редукторе можно уменьшить, что делает его более компактным. По своему типу привод усилителя делится на электрический, гидравлический или пневматический. Последний больше относится к автомобилям грузового класса.

В большинстве своем автомобили нынешнего поколения снабжены гидравлическим усилителем рулевого управления, называемым для простоты «гидроусилитель руля». Кроме этого, существует его вариант – электрогидравлический усилитель, в котором жидкость нагнетается насосом с приводом от электродвигателя. Однако прогрессивным считается применяемый сегодня электрический усилитель руля, в котором крутящий момент вала электродвигателя подается непосредственно на карданный вал рулевого колеса или прямо на рулевой редуктор. А использование электроники делает возможным применение электроусилителя при парковке в автоматическом режиме или в системе, которая помогает удерживать автомобиль на полосе движения.

Инновационным усилителем руля можно считать адаптивный усилитель рулевого управления, благодаря которому усилие, прилагаемое при повороте колеса, зависит от скорости движения. Как пример подобной конструкции можно привести известный адаптивный гидравлический усилитель Servotronic. К новинке можно отнести и систему активного рулевого управления BMW, а также систему динамического рулевого управления от Audi, в котором передаточное число редуктора рулевого механизма зависит от скорости движения автомобиля.

Устройство и принцип работы рулевого управления

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

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

Читать еще: Выбор тонировочной пленки для авто

Что входит в рулевое управление?

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.
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

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

Роль усилителя в системе рулевого управления

Электрический.
Пневматический.
Гидравлический.

Что такое автоматическое рулевое управление?

Назначение и устройство рулевого механизма

Название работы: Назначение, устройство и принцип работы рулевого управления автомобиля

Категория: Лабораторная работа

Предметная область: Логистика и транспорт

Описание: Рулевое управление автомобиля предназначено для выполнения двух взаимосвязанных функций. Первая из них заключается в изменении направления движения в соответствии с управляющим воздействием водителя.

Дата добавления: 2014-12-05

Размер файла: 171.74 KB

Работу скачали: 66 чел.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 28

Тема: « Назначение, устройство и принцип работы рулевого управления автомобиля »

Цель работы : изучение назначения, устройства и принципов работы рулевых управлений автомобилей.

Рулевое управление автомобиля предназначено для выполнения двух взаимосвязанных функций. Первая из них заключается в изменении направления движения в соответствии с управляющим воздействием водителя. Вторая в поддержании заданного направления движения, несмотря на наличие внешних возмущений (поперечный уклон дороги, боковой ветер, неравномерность касательных реакций в контактах колес с дорогой и т. д.), стремящихся отклонить автомобиль от выбранного водителем направления движения. Для оценки выполнения этих функций используются соответственно два понятия управляемость и устойчивость.

Колесные транспортные средства могут поворачивать несколькими способами:

за счет поворота колес вокруг общего, расположенного посередине колеи шкворня (шкворень может быть дополнен поворотным кругом);
за счет поворота каждого колеса вокруг шкворня, расположенного вблизи этого колеса;
за счет взаимного поворота мостов с половинами рамы автомобиля вокруг шарнира, расположенного в базе (шарнирно-сочлененные автомобили);
за счет различных по знаку продольных касательных реакций на правых и левых колесах автомобиля.

Наибольшее распространение на автомобилях общего назначения получил второй способ поворота вследствие своих преимуществ:

для поворота колес не требуется больших усилий;
малая инерционность вращающихся вокруг шкворня деталей, что облегчает выполнение резких маневров;
относительно малый объем, занимаемый поворачивающимися колесами, что облегчает компоновку автомобиля.

Выполненное по указанной схеме рулевое управление автомобиля показано на рисунке 17.1 и включает в себя последовательно связанные рулевое колесо, рулевой вал, рулевой механизм и рулевой привод.

а вариант конструкции; б конструктивная схема;

1 рулевой вал; 2 вал сошки; 3 сошка; 4 продольная тяга; 5 поворотный рычаг;

6 шкворень; 7 поворотный кулак; 8 поперечная тяга; 9 балка моста

Рисунок 17.1 Рулевое управление автомобиля с зависимой подвеской

Рулевой привод представляет собой совокупность тяг, шарниров и рычагов, преобразующих движение сошки или рейки во вращательное движение управляемых колес вокруг осей их поворота. Как показано на рисунке 17.1, при зависимой подвеске, характеризующейся наличием жесткой балки 9 , связывающей оси поворота колес, рулевой привод получается простым. Он содержит продольную тягу 4 , поперечную тягу 8 , шкворни 6 и поворотные рычаги 5 . Продольная тяга одним концом присоединена к сошке 3 , а другим к одному из рычагов поворотного кулака 7 левого колеса. Все соединения рычагов с тягами производятся при помощи шарниров. Обычно используются сферические шарниры, хотя все три обеспечиваемые ими степени свободы используются не всегда.

Соотношение углов поворота наружного и внутреннего управляемых колес, обеспечивающее их качение по криволинейной траектории без бокового скольжения, зависит от колесной базы и расстояния между осями поворота правого и левого колес.Превышение угла поворота внутреннего колеса над углом поворота наружного колеса достигается при помощи так называемой рулевой трапеции, образованной (см. рисунок 17.1) балкой моста 9 , двумя поворотными рычагами 5 и поперечной тягой 8 . При выведении рулевой трапеции из среднего, нейтрального положения, поперечная тяга поворачивается в горизонтальной плоскости, ее проекция на поперечную плоскость автомобиля укорачивается, вызывая более быстрый поворот внутреннего поворотного рычага по отношению к наружному.

При независимой подвеске, обеспечивающей кинематически независимые перемещения колес, согласование необходимо вести для каждого колеса отдельно. Это приводит к усложнению поперечной связи между управляемыми колесами, заключающемуся во введении двух боковых тяг 1 (рисунок 17.2), маятникового рычага 2 , являющегося геометрическим аналогом сошки 3 , и средней тяги 4 . При этом приходится увеличивать количество шарниров.

Данный рулевой привод, хотя и не является рулевой трапецией в прямом смысле, но сохраняет ее основной признак сходящиеся назад поворотные рычаги 5 .

1 боковая тяга; 2 маятниковый рычаг; 3 сошка; 4 средняя тяга; 5 поворотный рычаг

Рисунок 17.2 Конструктивная схема рулевого управления

автомобиля с независимой подвеской

Червячный рулевой механизм

Достоинством червячного рулевого механизма является большое передаточное число при собственных небольших размерах, но червячная пара имеет низкий КПД, вследствие чего червячные рулевые механизмы в настоящее время вытеснены механизмами с более высоким КПД.

Развитие червячных рулевых механизмов заключалось в уменьшении их изнашиваемости и увеличении КПД за счет замены трения скольжения трением качения. Это возможно, если, как показано на рисунке 17.3, вместо червячного колеса зацепить червяк с роликом, вращающимся на оси. Для того чтобы ролик 1 сохранил контакт с червяком 2 на большой дуге поворота сошки, червяк приходится делать глобоидальным, то есть нарезанным на внутренней поверхности тора. С этой же целью применяют трехгребневые ролики, крайние гребни которых могут выходить из зацепления с червяком при больших углах поворота колес.

а рулевой механизм с трехгребневым роликом на радиально-упорных подшипниках;

б, в рулевой механизм с двухгребневым роликом на игольчатых подшипниках

1 ролик; 2 червяк; 3 вал сошки; 4 регулировочное устройство; 5 подшипник; 6 регулировочные прокладки

Рисунок 17.3 Рулевой механизм «глобоидальный червяк ролик»

Прямой коэффициент полезного действия рулевых механизмов «глобоидальный червяк ролик» довольно высок до 0,85 при ролике, установленном на шариковых подшипниках, воспринимающих радиальные и осевые силы (рисунок17.3, а). Если же ролик установлен на игольчатых подшипниках, при которых осевые силы воспринимаются торцевыми парами скольжения (боковыми поверхностями ролика, как показано на рис. 17.3, б), то КПД снижается до 0,7. Обратный КПД механизмов с глобоидальным червяком примерно равен 0,6.

Для обеспечения возможности регулирования зазора в зацеплении (рис. 17.3, в) ось ролика 1 вынесена из плоскости, проходящей через ось червяка 2 перпендикулярно оси вала сошки 3 , а вал сошки снабжен регулировочным устройством 4 (обычно винтовым), позволяющим передвигать его в осевом направлении.Помимо описанной регулировки, предусмотрена регулировка подшипников 5 (рисунок17.3, а) червяка, осуществляемая за счет изменения толщины пакета прокладок 6 или резьбового устройства. Однако необходимость в этом возникает весьма редко, и данная регулировка считается сборочной или ремонтной, а не эксплуатационной.

Винтовой рулевой механизм

В настоящее время механизмы такого типа наиболее широко представлены изображенным на рисунке 17.4 гораздо более совершенным, хотя и более сложным в производстве винтореечным механизмом типа «винт шариковая гайка рейка сектор». В этом механизме винт 1 и гайка 2 имеют канавки специального профиля, нарезанные с высокой точностью и имеющие высокую твердость. В канавках находятся шарики 3 , и поэтому совокупность деталей «винт шарикигайка» можно рассматривать как подшипник качения, отличительным свойством которого является малое трение, обуславливающее высокий КПД и малые износы. Малые износы позволяют эксплуатировать пару «винт гайка» до списания без регулирования в течение достаточно большого срока. В связи с тем, что канавка, в отличие от канавки подшипников качения, является спиральной, она по краям для предотвращения выкатывания шариков перекрыта трубчатыми шарикопроводами 4 , образующими совместно с канавками замкнутые круги циркуляции шариков.

Учитывая характерную эпюру износа рулевых пар, винт делают слегка бочкообразным (его диаметр в средней части больше, чем по краям), и в начале эксплуатации в среднем положении механизма в паре «винт гайка» имеется натяг, а по краям небольшой зазор. В конце эксплуатации из-за износов в среднем положении появляется зазор, величина которого и определяет срок службы механизма.

Для превращения поступательного движения гайки во вращательное движение сошки по телу гайки нарезана зубчатая рейка, а на валу сошки зубчатый сектор 5 . Пара «рейка сектор» нуждается в регулировке, поэтому зубья нарезаны с некоторым наклоном к оси вала сошки 6 , а сам вал при помощи регулировочного винта 7 может перемещаться в осевом направлении. С целью предотвращения заедания изношенного механизма после регулировки зубья сектора делают тем тоньше, чем дальше они располагаются от среднего зуба.

Коэффициент полезного действия винтореечных механизмов довольно высок: прямой до 0,85 0,9, обратный до 0,8.

1 винт; 2 гайка; 3 шарик; 4 шарикопровод; 5 зубчатый сектор; 6 вал сошки; 7 регулировочный винт

Рисунок 17.4 Рулевой механизм «винт шариковая гайка рейка сектор»

Шарниры рулевого привода

Основные требования, предъявляемые к шарнирам рулевого привода, заключаются в беззазорности и износостойкости. Необходимость работы без зазоров привела к тому, что почти все шарниры имеют поджатие скользящих поверхностей за счет деформации упругого тела. Обычно (рисунок17.5, а) это стальная пружина 2 , но может быть и резиновый элемент или элемент из другого полимерного материала, обладающего упругостью.

Сила упругого элемента может быть направлена вдоль тяги (рисунок17.5, а), или вдоль пальца 8 со сферическим наконечником (рисунок17.5, б). В первом случае пружина должна развивать весьма большую силу, превышающую максимальную рабочую нагрузку, что увеличивает трение в шарнире. Ввиду того что площадь контакта вкладышей 3 со сферическим наконечником пальца 4 по конструктивным соображениям не может быть сделана большой, такое техническое решение приводило бы к повышенным износам трущихся пар. Для устранения указанного недостатка пружину делают слабее, чем нужно, а величину зазора, образующегося при возникновении в рулевом приводе больших сил, ограничивают упором 1 . Резьбовая пробка 5 позволяет устанавливать необходимый натяг пружины 2 при сборке шарнира и поддерживать его в заданных пределах во время эксплуатации автомобиля.

Несмотря на предпринятые меры, описанный шарнир сохранил отрицательные свойства в виде повышенного и неравномерного износа рабочих поверхностей, необходимости их периодического смазывания, отсутствия демпфирующего эффекта. Поэтому он был вынужден уступить свое место шарниру второго типа (рисунок17.5, б). В таком шарнире передаваемая вдоль тяги 5 сила не создает большой поперечной нагрузки, действующей вдоль пальца 8 и стремящейся разомкнуть сферические рабочие поверхности. В связи с этим требующаяся сила пружины 4 невелика, и сжатие рабочих поверхностей, не обусловленное силой, передаваемой вдоль тяги, также невелико. Это влечет за собой уменьшение излишнего трения и изнашивания шарнира.

В случае вымывания или сильного загрязнения смазочного материала возможно резкое возрастание трения между пальцем 8 и сменным металлическим вкладышем 2 . В результате этого при вращении пальца скольжение между ним и вкладышем может смениться скольжением между вкладышем и корпусом, что неминуемо приведет к порче посадочной поверхности вкладыша и корпуса шарнира. Для предотвращения этого вкладыш зафиксирован относительно корпуса заклепкой-упором 3 .

Если автомобиль предназначен для работы в условиях сильной загрязненности и запыленности, то предусматривают возможность замены смазочного материала в шарнире при помощи масленки 7 (рисунок17.5, в) и отгибающегося уплотнительного кольца 2 .

Рисунок 17.5 Конструкция шарниров рулевого привода

Использование высококачественных конструкционных материалов для вкладышей, современных смазочных материалов и надежных уплотнений позволяет в настоящее время применять шарниры, не требующие замены смазочного материала в течение всего срока службы.

Современная химия предоставляет конструктору широкую гамму полимерных материалов, удовлетворяющих самым разнообразным требованиям. Помимо двух основных вопросов снижения коэффициента трения и получения высокой износостойкости варьирование свойствами материала, величиной и расположенности относительно сферы пальца, а также подбор толщины стенок вкладыша позволяет решить и другие вопросы. К ним относятся, например, создание необходимой упругости рулевого управления для снижения динамических нагрузок и обеспечение надлежащих демпфирующих свойств с целью гашения высокочастотных колебаний.

В тех случаях, когда шарнир должен обеспечивать только одну степень свободы (шарниры поперечной тяги 4 и опора маятникового рычага 2 на рисунке17.2) или углы, необходимые для реализации второй и третьей степеней свободы, малы, применяют упрощенные шарниры (рисунок17.6, б).

Большое значение имеет надежность резиновых защитных чехлов 1 (рисунок17.6), которые препятствуют загрязнению и вымыванию смазочного материала. При появлении даже небольших порезов, разрывов и трещин в чехлах срок службы шарниров резко сокращается. Для надежной работы резина, применяемая для чехлов, должна обладать достаточной прочностью, эластичностью, масло- и морозостойкостью, а конструкция чехла должна исключать большие деформации и большие напряжения в его материале при рабочих деформациях чехла.

Рисунок 17.6 Варианты исполнения шарниров рулевого привода

Назначение и классификация рулевых управлений автомобилей.
Устройство и принцип работы рулевого управления при зависимой подвеске управляемых колес.
Устройство и принцип работы рулевого управления при независимой подвеске управляемых колес.
Устройство и принцип работы червячного рулевого механизма.
Устройство и принцип работы винтореечного рулевого механизма.
На чем основан принцип работы рулевой трапеции?
Назначение и устройство шарниров, используемых в рулевом приводе.
Области применения различных типов рулевых механизмов.

0 0 голоса

Рейтинг статьи