Управления. Для чего она нужна? Основные функции направлены на преобразование вращательного движения руля в возвратно-поступательные. Такую задачу выполняет рулевое управление и механизм. На автомобилях установлены различные системы. Давайте рассмотрим устройство и принцип действия этих узлов.

Назначение

Чтобы транспортные средства имели возможность перемещаться по направлению, выбранному водителем, нужно, чтобы они были оборудованы механизмами для управления. Конструкция его определяет, будет ли движение на автомобиле безопасным, а также то, на какой скорости водитель будет уставать и утомляться.

Требования

К рулевому управлению и механизму предъявляются определенные требования. В первую очередь, это обеспечение высокой маневренности. Кроме этого, механизм должен быть устроен таким образом, чтобы управлять транспортным средством было легко. По возможности обеспечивается только качение, без боковых скольжений покрышек в повороте. Управляемые колеса должны автоматически возвращаться в состояние прямолинейного движения после того, как водитель отпустит руль. Еще одно требование - отсутствие обратимости. То есть в системе управления не должно быть даже малейшей возможности передать удары от дороги на рулевое колесо.

Важно, чтобы у системы было следящее действие. Автомобиль должен сразу же реагировать даже на самые минимальные повороты руля.

Устройство

Рассмотрим устройство механизма рулевого управления. В целом система представляет собой непосредственно механизм, усилитель, а также привод. Что касается типов, то различают:

• реечное рулевое управление;
• червячный механизм;
• винтовой.

Общее устройство достаточно простое. Конструкция логичная и оптимальная. Это доказано тем, что за много лет в автомобилестроении в механизм управления каких-либо значительных изменений внесено не было.

Колонка

Все без исключения механизмы оснащены рулевой колонкой. В ее устройство входит несколько различных узлов и деталей. Это руль, рулевой вал, а также кожух в виде трубы с подшипниками. Кроме того, колонка состоит из различных крепежных деталей, обеспечивающих неподвижность и устойчивость всей конструкции.

Функционирует данный узел очень просто. Водитель транспортного средства воздействует на рулевое управление. Механизм преобразует усилие водителя, которое передалось по валу.

Рейка

Это наиболее популярный и широко распространенный тип рулевого механизма. Таким управлением зачастую оснащают легковые автомобили, имеющие независимую систему подвески на управляемой паре колес. В основе лежит шестеренка и рейка. Первая жестко и постоянно закрепляется к рулевому валу через кардан. Также она находится в постоянном зацеплении с зубьями на рейке. Когда водитель вращает рулевое колесо, под воздействием шестеренки двигается рейка влево или вправо. С каждой стороны к ней прикреплены тяги и наконечники. Это части рулевого привода, которые воздействуют на управляемые колеса.

Среди преимуществ выделяют простоту и надежность конструкции, высокий КПД, меньшее число и тяг по сравнению с другими типами рулевого управления. Рулевой механизм компактен и имеет невысокую цену.

Есть и недостатки - это восприимчивость и чувствительность к дорожным неровностям. Любые толчки от передних управляемых колес тут же передаются на рулевое колесо. Вообще механизм очень боится вибраций. Систему сложно устанавливать на автомобили, где подвеска передних колес зависимая. Это ограничивает сферу применения этого механизма только легковыми авто и легким коммерческим транспортом (например, "Фиат Дукато" или "Ситроен Джампер").

Стоит отметить, что реечный механизм любит аккуратную и размеренную езду по ровным дорогам. Если ездить неаккуратно, деталь начинает стучать и быстро выходит из строя. Если повредились зубья на рейке или на шестеренке, то рулевое колесо может закусывать. Это основные неисправности узла.

Червяк

Червячный механизм рулевого управления сейчас считается уже устаревшим. Но его обязательно нужно рассмотреть, ведь им оснащены старые автомобили (например, «классика» от АвтоВАЗа), а они до сих пор находятся в эксплуатации. Также данную систему можно встретить на полноприводных автомобилях для бездорожья, на машинах с зависимым типом подвески управляемой пары колес. Кроме того, механизмом этой конструкции оснащены легкие грузовики, автобусы. Механизм рулевого управления УАЗа устроен и работает так же.

В основе червячного редуктора лежит зубчатый винт переменного диаметра. Он зацеплен с другими элементами. Это ролик и вал рулевой колонки. На данном валу установлен специальный рычаг - сошка. Последняя связана с рулевыми тягами.

Работает все это следующим образом. Когда водителю нужно изменить направление движения, он воздействует на руль. Тот поворачивается и воздействует на вал колонки. Вал в свою очередь действует на червячный. Ролик катается по рулевому валу, отчего сошка также приводится в движение. Вместе с сошкой двигаются рулевые тяги, а затем и пара передних управляемых колес.

Данный тип механизма имеет невысокую чувствительность к ударным нагрузкам в отличии от реечного механизма. Что касается других характеристик, то можно выделить больший выворот колес и улучшенную маневренность. Однако устройство более сложное, а цена производства выше по причине большого количества различных соединений. Для эффективной работы рулевого управления механизм этого типа нуждается в частых регулировках.

Многие автомобилисты встречали данную систему на автомобилях ГАЗ, ВАЗ и других. Но такой редуктор также встречается на дорогих комфортабельных машинах люкс-класса с большой массой и передней независимой подвеской.

Винтовой редуктор

В данном механизме работает вместе несколько элементов. Это винт, установленный на валу рулевой колонки, гайка, которая движется по винту, зубчатая рейка и соединенный с рейкой сектор. Последний оснащен валом, а на нем закреплена рулевая сошка. Данные редукторы встречаются, в основном, на грузовиках - так устроен механизм рулевого управления "КамАЗа".

Особенность данного механизма - это винт и гайка, соединенные между собой посредством шариков. За счет этого удалось достичь снижения трения и износа этой пары.

Что касается принципа действия, то работает данный механизм примерно так же, как и червячный. Когда поворачивают рулевое колесо, вращается винт, перемещающий гайку. При этом циркулируют шарики. Гайка через зубчатую рейку двигает сектор, а вместе с ним двигается и сошка.

Данный механизм отличается высоким КПД и способен реализовывать значительные усилия. Применяется система не только на грузовиках, но и на легких автомобилях (в большинстве своем представительского класса). Также подобное управление встречается и на автобусах. Можно встретить аналогичный механизм рулевого управления на «ГАЗели». Но это касается лишь старых моделей, а также версий бизнес-класса. На новых «Некстах» используется уже рейка.

Неисправности

Неисправности механизмов рулевого управления считаются одними из самых серьезных поломок автомобиля. Так как на большинстве легковых авто установлен реечный механизм, то количество поломок существенно сократилось.

К типовым поломкам можно отнести износ пары рейка-шестеренка, нарушение герметичности корпуса механизма, изношенный подшипник на рулевом валу, а также шарниры тяг. Последняя - это наиболее популярная неисправность в реечных механизмах.

В процессе активного использования автомобиля естественным образом изнашиваются рабочие участки ролика подшипников, вала сошки, червяка. Также стирается регулировочный винт. Вследствие износа в рулевых механизмах появляются зазоры, которые могут спровоцировать стуки при движении. Нередко эти зазоры способны вызывать вибрации на управляемых колесах, потерю устойчивости авто. Определить появление зазоров можно по увеличившемуся люфту на рулевом колесе. Зазор возникает в паре червяк-ролик. Затем вырастает осевое перемещения червяка. Зазоры можно устранить регулировкой.

Причины неисправности

Среди причин типовых неисправностей можно выделить несколько самых основных, Так, первая и главная причина, по которой выходят из строя рейки - это качество дорог. Затем можно отметить периодические нарушении правил эксплуатации, использование некачественных комплектующих, неквалифицированный ремонт механизмов рулевого управления.

Признаки

Если в процессе движения на авто явно на слух определяется стук, то это говорит о том, что сильно изношено шарнирное соединение наконечника тяги. Также эти же симптомы могут сообщить о чрезмерно изношенной шаровой опоре.

Если ощущается биение на руле, то возможно, изношен шарнир на наконечнике тяги, разрушенный подшипник вала. Когда на руле явно ощущается свободный ход, то это тоже говорит об изношенности тяги или неисправной передающей паре.

Регулировка

Данный процесс представляет собой комплекс из операций, направленных на снижение люфта руля, повышение точности при движении, скорости реагирования автомобиля на действия водителя. Для настройки нужно верно выставить осевой и боковой зазоры вала сектора и червяка. Правильные настойки обеспечат незначительный люфт.

Процесс регулировки представляет собой отворачивание контрящей гайки и закручивание регулировочного винта. При этом постоянно в процессе закручивания винта нужно проверять наличие люфта. После того как он устранен, винт фиксируется в положении контргайкой.

Данная регулировка чаще всего помогает устранить люфты, но если зазор остался, то червячная пара в механизме слишком изношена и требует замены. Для этого следует демонтировать редуктор и заменить изношенные элементы.

Заключение

Это все существующие на сегодня виды рулевых механизмов. Мы узнали, как они устроены, вкратце ознакомились с их принципом действия, узнали о признаках неисправностей. Эта информация может помочь в процессе ремонта или планового технического обслуживания автомобиля. Важно помнить, что рулевое управление - очень важный узел и нужно всегда содержать его в исправном состоянии. С его помощью водитель может быстро менять направление движения транспортного средства, что позволяет маневрировать авто на любом участке дороги, быстро реагировать при возникновении опасных ситуаций.

К атегория:

1Отечественные автомобили

Назначение и устройство рулевого управления

Назначение рулевого управления. Рулевое управление предназначено для обеспечения движения автомобиля по заданному водителем направлению. Оно состоит из рулевого механизма и рулевого привода. Конструкция рулевого механизма и рулевого привода должна обеспечить точность управления автомобилем, надежность работы всех узлов и деталей* не требовать от водителя затраты больших усилий и не передавать на рулевое колесо толчки, воспринимаемые колесами автомобиля.

Чтобы автомобиль двигался на повороте без бокового скольжения колес, все колеса должны совершать качение по дугам, описанным из одного центра, лежащего на продолжении задней оси автомобиля. При этом передние управляемые колеса автомобиля необходимо поворачивать на разные углы. Внутреннее (по отношению к центру поворота) колесо должно быть повернуто на больший угол, наружное колесо - на меньший угол. Такая схема поворота достигается применением в рулевом приводе трапеции с шарнирными соединениями.

Рулевой механизм. Существует несколько типов рулевого механизма. Наиболее распространенными из них являются червяк - ролик, червяк - сектор и винт - шариковая гайка.

Рулевой механизм типа червяк - ролик применяется на большинстве легковых автомобилей и многих грузовых автомобилях. На рис. 1 показано устройство рулевого механизма этого типа автомобиля ГАЗ -53А. В картере рулевого механизма на двух конических роликовых подшипниках вращается глобоидальный червяк, установленный на конце вала руля.

Рис. 1. Схема поворота управляемых колес автомобиля: а - угол поворота внешнего колеса, Р - угол поворота внутреннего колеса; 1 - поперечная рулевая тяга, 2 - передний мост, 3 - рычаги поворотных цапф

В зацепление с червяком входит трехгребневый ролик, вращающийся на двух игольчатых подшипниках. Между подшипниками установлена распорная втулка. Ось ролика закреплена в головке вала рулевой сошки. Опорами вала рулевой сошки служат с одной стороны роликовый подшипник, а с другой - бронзовая втулка. Рулевая сошка соединена со своим валом мелкими шлицами и закреплена гайкой 15. Конец вала рулевой сошки уплотнен сальником. Для регулировки затяжки подшипников рулевого вала под нижней крышкой картера установлены прокладки.

Зацепление рабочей пары рулевого механизма выполнено таким образом, что при положении, соответствующем прямолинейному движению автомобиля, свободный ход рулевого колеса должен отсутствовать. По мере поворота руля в ту или иную сторону зазор между червяком и роликом и свободный ход I рулевого колеса возрастают. Регулировку зацепления червяка с роликом осуществляют смещением вала рулевой сошки в осевом на- I правлении при помощи регулировочного винта. Винт установлен в боковой крышке! картера рулевого механизма, снаружи закрыт колпачковой гайкой 8 и фиксируется стопорной шайбой, закрепленной штифтом.

Рулевой механизм типа червяк - ролик обеспечивает наименьшие потери на трение. Благодаря этому требуется меньшее усилие водителя на управление автомобилем и снижается износ деталей.

У автомобилей большой грузоподъемности рулевой механизм имеет большее передаточное число для облегчения управления, при этом не допускается возникновения значительных удельных давлений между поверхностями рабочей пары.

В связи с этим на таких автомобилях применяют рулевой механизм типа червяк - сектор с большой поверхностью зацепления или механизм с двумя рабочими парами типа винт - гайка и рейка - сектор.

Рулевой механизм типа червяк - сектор наиболее прост по конструкции. В зацепление с глобоидальным червяком входит боковой сектор в виде части шестерни со спиральными зубьями, выполненный заодно целое с валом сошки. Зазор в зацеплении червяка с сектором не является постоянным. Наименьшее значение зазора соответствует среднему положению рулевого колеса.

Рис. 2. Рулевой механизм типа червяк-ролик: 1 - картер механизма, 2 - вал сошки, 3 -- трехгребневый ролик, 4 - прокладка. 5 - червяк, б - пробка, 7 - стопорная шайба, 8 - колпачковая гайка, 9 -- ось ролика, 10 - вал руля, 11 - регулировочный винт, 12 - стопорный штифт, 13 - сальник, 14 - рулевая сошка, 15 - гайка, 16 - бронзовая втулка

При повороте рулевого колеса в ту или другую сторону величина зазора увеличивается в зависимости от угла поворота, достигая максимального значения в крайних положениях. Такое распределение зазора облегчает маневрирование с большими углами поворота руля и достигается постепенным понижением высоты зубьев сектора от середины к крайним точкам. При сборке правильность установки механизма проверяют по меткам, имеющимся на червяке и секторе.

Сошка посажена на вал, вращающийся в двух игольчатых подшипниках, между которыми установлена распорная втулка. При этом зазор в зацеплении червяк - сектор легко регулируется изменением толщины упорной шайбы, расположенной между боковой поверхностью сектора и крышкой картера рулевого механизма.

Рис. 3. Рулевой механизм со встроенным гидроусилителем: 1 - шкив привода насоса, 2 - насос гидроусилителя, 3 - бачок насоса, 4 - фильтр, 5 - предохранительный клапан фильтра, б-линия слива, перепускной клапан, 8 предохранительный клапан, 9 – трубопровод высокого давления, 10 - поршень-рейка. 11 - картер рулевого механизма. 12 - винт, 13 - шарик, 14 - шариковая гайка, 15 - упорный шарикоподшипник, 16 - корпус клапана управления, 17 - обратный клапан, 18 -золотник, 19 - регулировочная гайка, 20 – пружинная шайба, 21 - пружина реактивного плунжера, 22 - реактивный плунжер, 23 - зубчатый сектор, 4 - сошка, 25 - статор насоса, 26 - ротор насоса, 27 - полость всасывания, 28 - полость нагнетания, 29 - лопасти

Рулевой механизм типа винт - гайка и рейка - сектор применяется на многих грузовых автомобилях (ЗИЛ -130, КамАЗ всех моделей и др.), устройство его показано на рис. 3.

Вал рулевого механизма, установленный в шариковых подшипниках, имеет на конце винт. На винте закреплена шариковая гайка, входящая в поршень-рейку. При повороте рулевого вала рейка-поршень перемещается вдоль его оси. Осевое перемещение рейки-поршня, имеющей на наружной поверхности зубья, вызывает поворот зубчатого сектора, установленного на валу сошки. Сошка через рулевой привод осуществляет поворот передних колес.

В гайке и винте выполнены полукруглые винтовые канавки. В них свободно перекатываются шарики. Чтобы шарики не выпадали из винтовых канавок, в пазы гаики вставлены штампованные направляющие, представляющие собой замкнутый желоб. Поворот винта вызывает перекатывание шариков по желобу. При этом они выходят с одной стороны гайки и возвращаются в нее с противоположной стороны. Наличие шариков значительно облегчает поворачивание вала рулевого механизма.

Рулевой механизм соединен с валом рулевой колонки при помощи карданного вала с двумя шарнирами. Это вызвано трудностью размещения рулевого управления обычной конструкции на автомобиле, имеющем V-образный двигатель и максимально приближенную к нему кабину.

Травмобезопасная рулевая колонка. При фронтальных ударах автомобиля, в случае аварии, водитель может быть травмирован рулевым колесом. Чтобы максимально уменьшить опасность удара водителя о рулевое колесо, на легковых автомобилях последних моделей устанавливают трав-мобезопасную рулевую колонку. Так, на автомобиле «Москвич-1500» рулевая колонка телескопического типа состоит из трубчатых частей, которые могут входить одна в другую.

При ударе о рулевое колесо нижняя часть рулевого вала получает осевое перемещение в упругой с прорезями шлицевой втулке, а верхняя и нижняя части трубы рулевой колонки входят в среднюю часть трубы. Энергия удара поглощается трением между перемещающимися деталями.

Само рулевое колесо с утопленной ступицей и мягкой накладкой снижает опасность удара о него.

Водитель, наблюдая за дорогой, управляет автомобилем при помощи рулевого управления. Назначение рулевого управления - изменять направление движения автомобиля так, чтобы при повороте автомобиля качение его колес по дороге происходило по возможности без проскальзывания. Последнее очень важно, так как боковое скольжение шин вызывает их повышенный износ и ухудшает устойчивость движения автомобиля.

Рулевое управление состоит из рулевого механизма и рулевого привода. Иногда в рулевое управление включен усилитель.

Рулевым механизмом называют замедляющую передачу, преобразующую вращение вала рулевого колеса во Вращение вала сошки. Этот механизм увеличивает приложенное к рулевому колесу усилие водителя и облегчает его работу.

Рулевым приводом называют систему тяг и рычагов, осуществляющую в совокупности с рулевым механизмом поворот автомобиля. Рулевой привод (или рулевая трапеция) служит для поворота управляемых колес автомобиля на разные углы, что необходимо для качения колес без бокового проскальзывания. Рулевая трапеция представляет собой шарнирный четырехугольник, образуемый центральной частью передней оси, поперечной рулевой тягой и поворотными рычагами. Последние соединены с поворотными цапфами, на которых насажены управляемые колеса.

Рис. 4. Схема поворота автомобиля и рулевая трапеция: а - схема поворота; б - схема рулевой трапеции; R - радиусы поворота колес; 1 к 8 - поворотные цапфы; 2 и 6 - поворотные рычаги; 3 - передняя ось; 4 - поперечная рулевая тяга; 5 - рычаг

Рулевой механизм соединен с левой поворотной цапфой, продольной рулевой тягой и рычагом. Сошкой рулевого механизма перемещают продольную рулевую тягу вперед или назад, вызывая этим поворот управляемых колес влево или вправо.

Благодаря наличию рулевой трапеции управляемые колеса повертываются на разные углы: внутреннее (ближайшее к центру поворота) колесо на больший угол, чем внешнее. Разница в углах поворота определяется величиной угла наклона поворотных рычагов трапеции.

Схема рулевого привода передних управляемых колес, показанная на рис. 4, соответствует принятому на отечественных автомобилях расположению рулевого колеса при правостороннем движении.

К атегория: - 1Отечественные автомобили

Рулевое управление с гидроусилителем :
1 - рулевая сошка;
2 - продольная рулевая тяга;
3 - рулевой механизм;
4 - всасывающий шланг;
5 - сливной шланг;
6 - бачок;
7 - правая боковая рулевая тяга;
8 - правый маятниковый рычаг;
9 - поперечная рулевая тяга;
10 - входной вал рулевого механизма;
11 - нижний карданный шарнир;
12 - карданный вал;
13 - верхний карданный шарнир;
14 - вал рулевой колонки;
15 - рулевое колесо;
16 - левый маятниковый рычаг;
17, 21 - наконечники левой боковой тяги;
18 - хомут регулировочной трубки;
19 - левый рычаг рулевой трапеции;
20 - чехол шарнира;
22 - шарнир;
23 - нагнетательный шланг;
24 - насос гидроусилителя

Рулевое управление современных автомобилей с поворотными колесами включает в себя следующие элементы:
-рулевое колесо с рулевым валом (рулевой колонкой);
- рулевой механизм ;
- рулевой привод (может содержать усилитель и (или) амортизаторы).
Рулевое колесо находится в кабине водителя и расположено под таким углом к вертикали, который обеспечивает наиболее удобный охват его обода руками водителя. Чем больше диаметр рулевого колеса, тем при прочих равных условиях меньше усилия на ободе рулевого колеса, но при этом уменьшается возможность быстрого поворота руля при выполнении резких маневров. Диаметр рулевого колеса современных легковых автомобилей лежит впределах 380–425 мм, тяжелых грузовых и автобусов - 440–550 мм, наименьшие диаметры имеют рулевые колеса спортивныхавтомобилей.
Рулевой механизм представляет собой механический редуктор, его основная задача - увеличение приложенного к рулевому колесу усилия водителя, необходимого для поворота управляемых колес. Рулевые управления без рулевых механизмов, когда водитель непосредственно поворачивает управляемое колесо, сохранились лишь на очень легких транспортных средствах, например, на мотоциклах. Рулевой механизм имеет достаточно большое передаточное число, поэтому для поворота управляемых колес на максимальный угол 30–45°необходимо сделать несколько оборотов рулевого колеса.

Шарнирный рулевой вал грузового автомобиля

Рулевой вал соединяет рулевое колесо с рулевым механизмом и часто выполняется шарнирным, что позволяет более рационально компоновать элементы рулевого управления, а для грузовых автомобилей применять откидывающуюся кабину.
Кроме того, шарнирный рулевой вал повышает травмобезопасность рулевого колеса при авариях, уменьшая перемещение рулевого колеса внутрь салона и возможность травмирования грудной клетки водителя.

Рулевой вал со сминаемыми при ударе элементами :
1 - вал до удара;
2 - вал в процессе смятия;
3 - полностью «сложенный» вал;
4 - максимальный ход рулевого вала

С этой же целью в рулевой вал иногда встраивают сминаемые элементы, а рулевое колесо покрывают относительно мягким материалом, не дающим при разрушении острых осколков.

Рулевой привод представляет собой систему тяг и шарниров, связывающих рулевой механизм с управляемыми колесами. Поскольку рулевой механизм закреплен на несущей системе автомобиля, а управляемые колеса при движении перемещаются на подвеске вверх и вниз относительно несущей системы, рулевой привод обязан обеспечить необходимый угол поворота колес независимо от вертикальных перемещений подвески (согласованность кинематики рулевого привода и подвески). В связи с этим конструкция рулевого привода, а именно количество и расположение рулевых тяг и шарниров, зависит от типа применяемой подвески автомобиля. Наиболее сложным рулевой привод имеют автомобили с несколькими управляемыми мостами.
Для дополнительного уменьшения усилий, необходимых для поворота рулевого колеса, в рулевом приводе применяют усилители рулевого управления. Источником энергии для работы усилителя является, как правило, двигатель автомобиля. Первоначально усилители применялись лишь на тяжелых грузовых автомобилях и автобусах, в настоящее время используются и на легковых.
Для смягчения рывков и ударов, которые передаются на рулевое колесо при движении по неровной дороге, в рулевой привод иногда встраивают гасящие элементы - амортизаторы рулевого управления. Конструкция указанных амортизаторов принципиально не отличается от конструкции амортизаторов подвески.

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

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:

1. рулевую колонку, предназначенную для передачи вращательного движения руля;
2. рулевой механизм — устройство, преобразующее вращательные движения руля в поступательные перемещения деталей привода;
3. 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:

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

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:

1. пневмоусилитель (использующий силу сжатого воздуха);
2. гидроусилитель (основанный на изменении давления специальной жидкости);
3. электроусилитель (действующий на основе электрического двигателя);
4. электрогидроусилитель (применяющий комбинированный принцип действия) ;
5. 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:

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

Подобные неисправности считаются допустимыми при эксплуатации автомобиля, если не обусловливают отмеченных ранее недостатков системы.

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.

Рис. 1

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 не 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.

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.

К достоинствам механизма «червяк-ролик» относятся:

Низкая склонность к передаче ударов от дорожных неровностей

Большие углы поворота колес

Возможность передачи больших усилий

Недостатками являются:

Большое количество тяг и шарнирных сочленений с вечно накапливающимися люфтами

- «тяжелый» и малоинформативный руль

Сложности в технологии изготовления

Рулевой механизм типа “винт-гайка-сектор”

Рис. 2 Рулевой механизм типа "винт -- шариковая гайка -- рейка -- сектор"

1 -- распределитель;

3 -- шарики с трубкой рециркуляции;

4 -- поршень-рейка;

5 -- зубчатый сектор;

6 -- вал сошки;

7 -- ограничительный клапан

Полное название - "винт-шариковая гайка-рейка-сектор". Винт 2, которым оканчивается рулевой вал, через циркулирующие по резьбе шарики 3 толкает вдоль своей оси поршень-рейку 4. А тот в свою очередь поворачивает зубчатый сектор 5 рулевой сошки. Из-за возможности передавать большие моменты, устанавливается на грузовиках, пикапах и больших внедорожниках, работающих в экстремальных условиях.

Преимущества рулевого механизма “винт-шариковая гайка-рейка-сектор”:

Возможность конструкции с высоким передаточным числом

Недостатки рулевого механизма “винт-шариковая гайка-рейка-сектор”:

Нетехнологичен

Дорогой

Большие габариты

Тяжелый

Рулевой механизм реечного типа

В рулевом механизме «шестерня- рейка» усилие к колесам передается с помощью прямозубой или косозубой шестерни, установленной в подшипниках, и зубчатой рейки, перемещающейся в направляющих втулках. Для обеспечения беззазорного зацепления рейка прижимается к шестерне пружинами. Шестерня рулевого механизма соединяется валом с рулевым колесом, а рейка -- с двумя поперечными тягами, которые могут крепиться в середине или по концам рейки. Полный поворот управляемых колес из одного крайнего положения в другое осуществляется за 1,75...2,5 оборота рулевого колеса. Передаточные отношения механизма определяются отношением числа оборотов зубчатого колеса, равное числу оборотов рулевого колеса, к расстоянию перемещения рейки.

Реечный механизм рулевого управления состоит из картера, отлитого из алюминиевого сплава. В полости картера на шариковом и роликовом подшипниках установлено приводное зубчатое колесо. На картере и на пыльнике выполнены метки для правильной сборки механизма рулевого управления. Зубчатое колесо находится в зацеплении с зубчатой рейкой, которая поджимается к зубчатому колесу пружиной через металлокерамический упор. Пружина поджимается гайкой со стопорным кольцом, создавая сопротивление отворачиванию гайки. Подпружиненным упором облегчается беззазорное зацепление зубчатого колеса с зубчатой рейкой по всей величине хода. Рейка одним концом опирается на упор, а другим -- на разрезную пластмассовую втулку. Ход рейки ограничивается в одну сторону кольцом, напрессованным на рейку, а в другую сторону -- втулкой резино-металлического шарнира левой рулевой тяги. Полость картера механизма рулевого управления защищена от загрязнения гофрированным чехлом.

Вал рулевого управления соединяется с приводным зубчатым колесом эластичной муфтой. Верхняя часть вала опирается на шариковый радиальный подшипник, запрессованный в трубу кронштейна. На верхнем конце вала на шлицах через демпфирующий элемент крепится гайкой рулевое колесо.

Рулевой механизм с переменным отношением

Около нулевого положения рулевого колеса, когда едешь по прямой на высокой скорости, излишняя острота рулевого управления нежелательна, заставляет водителя напрягаться. А при парковке или развороте, наоборот, хотелось бы иметь передаточное отношение поменьше -- чтобы поворачивать руль на как можно меньший угол. Для этого существует несколько схем реечных рулевых механизмов.

Так работает реечный рулевой механизм ZF с переменным передаточным отношением. Здесь изменяются профиль зубьев рейки и плечо зацепления

Реечный рулевой механизм Honda VGR (Variable Gear Ratio -- переменное передаточное отношение) использовался на автомобилях Honda NSX

Фирма ZF использует зубья рейки с переменным профилем: в околонулевой зоне зубья треугольные, а ближе к краям -- трапецеидальной формы. Шестерня входит с ними в зацепление с разным плечом, что и помогает немного изменить передаточное отношение. А другой, более сложный, вариант использовала Honda на своем суперкаре NSX. Здесь зубья рейки и шестерни сделаны с переменными шагом, профилем и кривизной. Правда, шестерню приходится двигать вверх-вниз, но зато варьировать передаточное отношение можно в гораздо более широких пределах.

Рулевой привод состоит из двух горизонтальных тяг и поворотных рычагов телескопических стоек передней подвески. Тяги соединяются с поворотными рычагами при помощи шаровых шарниров. Поворотные рычаги приварены к стойкам передней подвески. Тяги передают усилие на поворотные рычаги телескопических стоек подвески колес и соответственно поворачивают их вправо или влево.

К преимуществам реечного рулевого механизма относится:

Малая масса

Компактность

Невысокая цена

Минимальное количество тяг и шарниров

Простота соединения рулевого механизма с управляемыми колесами

Прямая передача усилия

Высокая жесткость и КПД

Легкость в оснащении гидроусилителем

Недостатки:

Из-за простоты конструкции любой толчок от колес передается на руль

Трудности в изготовлении механизма с высоким передаточным числом, поэтому для тяжелых машин такой механизм не подходит.

Выбор и обоснование выбранной конструкции

По своим технологическим, ценовым, конструктивным качествам рулевой механизм «шестерня-рейка» наиболее подходит для переднеприводной компоновки и подвески McPherson, обеспечивая большую легкость и точность рулевого управления.

При проектировании автомобиля ВАЗ-2123, старались взять как можно больше узлов из модели ВАЗ-2121, поэтому на автомобиле ставили механизм типа “червяк-ролик”. Однако Chevrolet Niva не является мощным внедорожником, что бы на него целесообразно было ставить этот механизм. Он дороже, технологически сложен, тяжелее. Возможности, которые дает автомобилю червячный механизм, не используются в полной мере. При использовании рейкм, исключается концентрация напряжения от рулевого механизма на лонжероне, нет необходимости усиливать его в месте крепления механизма.

По всем этим причинам я считаю необходимым заменить механизм типа “червяк-ролик” на более дешевый, легкий, технологичный реечный механизм, который в необходимой мере обеспечивает легкость и точность рулевого управления.

В связи с тем, что будет заменен тип механизма, необходимо внести ряд изменений в конструкцию других узлов и агрегатов:

Так как за осью передних колес расположить реечный механизм не представляется возможным, то ставим его перед осью;

Для того чтобы освободить место между поддоном двигателя и дифференциалом для рейки, смещаем межколесный дифференциал на то же расстояние (20,5мм) назад, что не изменяет сбалансированность всего узла;

Так как рейка располагается перед осью, то тормозной суппорт колеса необходимо расположить сзади.