Рулевое управление

Рулевое управление

Рулевое управление предназначено для обеспечения движения автомобиля в заданном водителем направлении.

Рулевое управление современного автомобиля имеет  следующееустройство:

• рулевое колесо с рулевой колонкой;
• рулевой механизм;
• рулевой привод.

Схема рулевого управления

Рулевое колесо воспринимает от водителя усилия, необходимые для изменения направления движения, и передает их через рулевую колонку рулевому механизму. Диаметр рулевого колеса легковых автомобилей находится в пределе 380 - 425 мм, грузовых автомобилей – 440 – 550 мм. Рулевое колесо спортивных автомобилей имеет меньший диаметр.

Рулевая колонка обеспечивает соединение рулевого колеса с рулевым механизмом. Рулевая колонка представлена рулевым валом, имеющем несколько шарнирных соединений. На современных автомобилях предусмотрено иеханическое или электрическое регулирование положения рулевой колонки. регулировка может производиться по вертикали, по длине или в обоих направлениях. В целях защиты от угона осуществляется механическая или электрическая блокировка рулевой колонки.

Рулевой механизм предназначен для увеличения, приложенного к рулевому колесу усилия, и передачи его рулевому приводу. В качестве рулевого механизма используются различные типы редукторов. Наибольшее распространение на легковых автомобилях получили реечные рулевые механизмы.

Реечный рулевой механизм включает шестерню, установленную на валу рулевого колеса и связанную с зубчатой рейкой. При вращении рулевого колеса рейка перемещается в одну или другую сторону и через рулевые тяги поворачивает колеса. Реечный рулевой механизм располагается, как правило, в подрамникеподвески автомобиля.

Рулевой привод предназначен для передачи усилия, необходимого для поворота, от рулевого механизма к колесам. Он обеспечивает оптимальное соотношение углов поворота управляемых колес, а также препятствует их повороту при работе подвески.

Наибольшее  распространение получил механический рулевой привод, состоящий из рулевых тяг и рулевых шарниров. Рулевой шарнир выполняется шаровым. Шаровый шарнир состоит из корпуса, вкладышей, шарового пальца и защитного чехла. Для удобства эксплуатации шаровый шарнир выполнен в виде съемного наконечника рулевой тяги. По своей сути рулевая тяга с шаровой опорой выступает дополнительным рычагом подвескию

Для уменьшения усилий, необходимых для поворота рулевого колеса, в рулевом приводе применяется усилитель рулевого управления. Применение усилителя обеспечивает точность и быстродействие рулевого управления, а также снижает общую физическую нагрузку на водителя.

В зависимости  от типа привода различают следующие виды усилителей рулевого управления:

• гидравлический;
• электрический;
• пневматический.

Часто возникает острая необходимость  в изменении направления движения автомобиля и скорости. Механизм, обеспечивающий это — тормозная система и рулевое управление. В этой статье будет рассмотрено рулевое управление, назначение устройства и работа механизма.

Рулевое управление нужно для правильного  движения в направлении, заданном водителем. Оно включает в себя рулевой механизм и привод. Механизм увеличивает и передаёт усилия, прилагаемые водителем, на привод.

В российских моделях распространены реечный и червячный механизмы.

Червячный тип включает в себя:

• картер червячной пары,
• рулевое колесо и вал,
• рулевую сошку и пару ролик-червяк

Пара червяк-ролик находится в постоянном состоянии зацепления в картере механизма. Червяк — это нижний конец вала руля, а ролик расположен на рулевой сошке в области вала. Поскольку, это соединение зубчатое — необходима смазка. Масло заливается в картер рулевого механизма, в соответствии с инструкцией, касающейся типа заливаемого масла.

Пара ролик-червяк преобразует вращение колеса в поворот, в нужную сторону сошки. После этого усилие передаётся на привод, а от него на колёса (передние). В новых моделях машин используется безопасный вал руля, во время аварии он может ломаться и складываться.

Привод руля служит для передачи прилагаемого усилия на колёса, при этом обеспечивает неодинаковые угла поворота. Это нужно, чтобы колёса при движении не проскальзывали. На повороте — у каждого колеса своя окружность, дальнее (внешнее) колесо имеет больший радиус движения. В связи с тем, что они имеют общий центр поворота, внешнее колесо нуждается в большем угле поворота.

Это осуществляется с помощью устройства «рулевая трапеция», состоящего из:

• поворотных рычагов,
• рулевой тяги.

Шарниры на концах тяги служат для свободного поворачивания подвижных деталей привода относительно друг друга, и относительно кузова в различных плоскостях. Можно провести аналогию шарниров с человеческими руками, где суставы выполняют роли тех же шарниров.Рулевой привод с червячным типом механизма состоит из:

• маятникового рычага,
• средней тяги,
• левых и правых поворотных колёсных рычагов,
• левой и правой боковой тяги.

Отличие червячного типа от реечного состоит в том, что применяется пара «шестерня-рейка» вместо «ролик-червяк». Иначе говоря, когда водитель поворачивает колесо руля, он вращает шестерню, а она, в свою очередь, побуждает рейку к перемещению вправо или влево. Далее идёт передача усилия от рейки к рулевому приводу. 

Также существует отличие и между рулевым приводом с реечным механизмом и его предшественником.Его конструкция упрощена, и в наличии всего 2 рулевые тяги, которые подают усилия рычагам телескопических стоек колёсных подвесок, и осуществляют их правый и левый повороты.

В зависимости  от типа механической передачи различают  следующие типы рулевых механизмов:

• реечный;
• червячный;
• винтовой.

Реечный рулевой механизм

Реечный рулевой механизм является самым распространенным типом механизма, устанавливаемым на легковые автомобили. Реечный рулевой механизм имеет следующее устройство: шестерня, рулевая рейка. Шестерня устанавливается на валу рулевого колеса и находится в постоянном зацеплении с рулевой (зубчатой) рейкой. 

Схема реечного рулевого механизма

Работа реечного рулевого механизма осуществляется следующим образом. При вращении рулевого колеса рейка перемещается вправо или влево. При движении рейки перемещаются присоединенные к ней тяги рулевого привода и поворачивают управляемые колеса.

Реечный рулевой механизм отличает простота конструкции, соответственно высокий  КПД, а также высокая жесткость. Вместе с тем, данный тип рулевого механизма чувствителен к ударным нагрузкам от дорожных неровностей, склонен к вибрациям. В силу своих конструктивных особенностей реечный рулевой механизм устанавливается на переднеприводных автомобилях с независимой подвеской управляемых колес.

Червячный рулевой механизм

Червячный рулевой механизм состоит из глобоидного  червяка (червяка с переменным диаметром), соединенного с рулевым валом, и ролика. На валу ролика вне корпуса рулевого механизма установлен рычаг (сошка), связанный с тягами рулевого привода.

Вращение  рулевого колеса обеспечивает обкатывание  ролика по червяку, качание сошки  и перемещение тяг рулевого привода, чем достигается поворот управляемых колес.

Червячный рулевой механизм обладает меньшей  чувствительностью к ударным  нагрузкам, обеспечивает большие углы поворота управляемых колес и  соответственно лучшую маневренность  автомобиля. С другой стороны червячный  механизм сложен в изготовлении, поэтому дорог. Рулевое управление с таким механизмом имеет большое число соединений, поэтому требует периодической регулировки.

Червячный рулевой механизм применяется на легковых автомобилях повышенной проходимости с зависимой подвеской управляемых колес, легких грузовых автомобилях и автобусах. Ранее такой тип рулевого механизма устанавливался на отечественной «классике»

Рулевая трапеция 

На повороте внутреннее колесо, катящееся по дуге меньшего радиуса, должно поворачиваться на больший угол, чем внешнее. Это обеспечивается устройством, называемым рулевой трапецией. Она состоит из частей 3, 4 и 5 (рис. 23, а).

Конструкция рулевой  трапеции предусматривает постановку осей шкворней поворотных цапф под  некоторыми углами. Различают продольный (рис. 23, в) и боковой (рис. 23, г) наклон осей шкворней. Наклоны осей вызывают реактивные усилия и моменты, приложенные к управляемым колесам, которые стремятся вернуть их в положение прямолинейного движения. Это свойство рулевого управления называется стабилизацией колес. Оно облегчает вождение автомобиля и обеспечивает ему большую устойчивость при движении.

Рис. 23. Схемы  к рулевому управлению автомобиля: 
а — рулевого механизма: 1 — поворотные цапфы;, 2 — рычаг поворота цапф; 3 — балка переднего моста; 4~ рычаги; 5 — поперечная рулевая тяга; 6 — продольная рулевая тяга; 7 — рулевая сошка; 8 — вал червячной передачи; 9 — червячная рулевая передача; 10 — рулевое колесо; б — схема рулевой трапеции: а и (5 — углы поворота колес; в — продольный наклон оси шкворня; г — боковой наклон оси шкворня; д — схема к определению величины схождения колес

Гидроусилитель - совокупность гидроаппаратов и объемных гидродвигателей, в которой движение управляющего элемента преобразуется в движение управляемого элемента большей мощности, согласованное с движением управляющего элемента по скорости, направлению и перемещению.

Гидроусилитель  следящего типа

Гидроусилитель следящего типа представляет собой силовой гидропривод, в котором исполнительный механизм (выход) воспроизводит (отслеживает) закон движения управляющего органа (входа), для чего в системе предусмотрена непрерывная связь между выходным и входным элементами, которая называется обратной связью.

Название  такого привода - "следящий Гидроусилитель" или "следящий гидропривод" - обоснованы тем, что выход такого гидроусилителя автоматически устраняет через  обратную связь возникающее рассогласование  между управляющим воздействием (входным сигналом) и ответным действием (выходным сигналом).

Гидравлические  следящие приводы нашли широкое  применение в различных отраслях техники и в особенности в  системах управл6ения современными транспортными  машинами, включая автомашины, морские суда, самолеты и прочие летательные аппараты.

Блок-схема  следящего привода (рис.8.1) состоит  из следующих основных элементов: 
задающего устройства ЗУ, которым формируется сигнал управления, пропорциональный требуемому перемещению исполнительного механизма (датчики, реагирующие на изменение условий работы или параметров технологического процесса); 
сравнивающего устройства СУ, или датчика рассогласования, устанавливающего соответствие сигнала воспроизведения, поступающего от исполнительного механизма, сигналу управления; 
усилителя У, которым производится усиление мощности сигнала управления за счет внешнего источника энергии ВИЭ; 
исполнительного механизма ИМ, которым перемещается объект управления и воспроизводится программа, определяемая задающим устройством; 
обратная связь ОС, которой исполнительных механизм соединен со сравнивающим устройством или с усилителем. Обратная связь является отличительным элементом следящего привода.

 Блок-схема  следящего привода

Величина x = f (t) (перемещение или скорость), сообщаемая задающим устройством сравнивающему устройству, называется "входом", а y = φ (t)(перемещение или скорость), воспроизведенная исполнительным механизмом, - "выходом". Разность (x - y) = ε называется ошибкой слежения или рассогласования системы.