Что такое рулевой механизм

Устройство и виды рулевого управления автомобиля

Рулевое управление – одна из основных систем автомобиля, которая представляет собой совокупность узлов и механизмов, предназначенных для синхронизации положения рулевого колеса (руля) и угла поворота управляемых колес (в большинстве моделей автомобилей это передние колеса). Основное назначение рулевого управления для любых транспортных средств – это обеспечение поворота и поддержание заданного водителем направления движения.

Устройство системы рулевого управления

Конструктивно система рулевого управления состоит из следующих элементов:

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

Виды рулевого управления

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

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

Рулевое управление современного автомобиля может быть дополнено следующими системами:

Требования к рулевому управлению автомобиля

Согласно стандарту, к рулевому управлению применяются следующие основные требования:

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:

Особенности правостороннего и левостороннего руля

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).

Источник

Устройство, виды и принцип работы рулевого механизма

Основой рулевого управления любого автомобиля является рулевой механизм. Он предназначен для преобразования вращательных движений рулевого колеса в возвратно-поступательные движения рулевого привода. Другими словами, данное устройство превращает повороты руля в нужные перемещения тяг и поворот управляемых колес. Основным параметром механизма является передаточное число. А само устройство, по сути, представляет собой редуктор, т.е. механическую передачу.

Функции механизма

Основными функциями устройства являются:

Типы рулевых механизмов

Устройство рулевого механизма различается в зависимости от способа преобразования крутящего момента. По этому параметру выделяют червячный и реечный виды механизмов. Существует еще винтовой тип, принцип работы которого схож с червячной передачей, но он имеет больший КПД и реализует большее усилие.

Червячный рулевой механизм: устройство, принцип работы, преимущества и недостатки

Этот рулевой механизм является одним из «устаревших» устройств. Им оснащены практически все модели отечественной «классики». Механизм применяется на автомобилях с повышенной проходимостью с зависимой подвеской управляемых колес, а также в легких грузовых автомобилях и автобусах.

Конструктивно устройство состоит из следующих элементов:

Пара «червяк-ролик» находится в постоянном зацеплении. Глобоидальный червяк представляет собой нижнюю часть рулевого вала, а ролик закреплен на валу сошки. При вращении руля ролик перемещается по зубьям червяка, благодаря чему вал рулевой сошки также поворачивается. Результатом такого взаимодействия является передача поступательных движений на привод и колеса.

Рулевой механизм червячного типа имеет следующие преимущества:

Изготовление конструкции достаточно сложное и дорогое – в этом главный ее минус. Рулевое управление с таким механизмом состоит из множества соединений, периодическая регулировка которых просто необходима. В противном случае придется заменять поврежденные элементы.

Реечный рулевой механизм: устройство, принцип работы, преимущества и недостатки

Рулевой механизм реечного типа считается более современным и удобным. В отличие от предыдущего узла, это устройство применимо на транспортных средствах с независимой подвеской управляемых колес.

В реечный рулевой механизм входят следующие элементы:

Шестерня устанавливается на рулевом валу и находится в постоянном зацеплении с рейкой. В процессе вращения рулевого колеса рейка перемещается в горизонтальной плоскости. В результате соединенные с ней тяги рулевого привода также перемещаются и приводят в движение управляемые колеса.

Механизм «шестерня-рейка» отличается простотой конструкции и высоким КПД. К ее преимуществам также можно отнести:

С другой стороны, редуктор этого типа чувствителен к ударам от неровностей дороги – любой толчок от колес передастся на руль.

Винтовой редуктор

Особенностью этого механизма является соединение с помощью шариков винта и гайки. За счет чего наблюдается меньшее трение и износ элементов. Механизм состоит из следующих элементов:

Винтовой рулевой механизм применяется в автобусах, тяжелых грузовых автомобилях и в некоторых легковых автомобилях представительского класса.

Регулировка устройства

Регулировка рулевого механизма применяется для компенсации зазоров в механизмах «червяк-ролик» и «шестерня-рейка». В процессе эксплуатации в данных механизмах может появиться люфт, который может привести к быстрому износу элементов. Регулировать рулевой механизм необходимо только в соответствии с рекомендациями производителя и на специализированных СТО. Избыточное “зажатие” механизма может привести к его заклиниванию при повороте руля в крайние положения, что чревато потерей управления автомобилем с соответствующими последствиями.

Источник

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

Типы рулевых механизмов

Устройство рулевого механизма различается в зависимости от способа преобразования крутящего момента. По этому параметру выделяют червячный и реечный виды механизмов. Существует еще винтовой тип, принцип работы которого схож с червячной передачей, но он имеет больший КПД и реализует большее усилие.

Червячный рулевой механизм: устройство, принцип работы, преимущества и недостатки

Этот рулевой механизм является одним из «устаревших» устройств. Им оснащены практически все модели отечественной «классики». Механизм применяется на автомобилях с повышенной проходимостью с зависимой подвеской управляемых колес, а также в легких грузовых автомобилях и автобусах.

Схема червячного редуктора

Конструктивно устройство состоит из следующих элементов:

Пара «червяк-ролик» находится в постоянном зацеплении. Глобоидальный червяк представляет собой нижнюю часть рулевого вала, а ролик закреплен на валу сошки. При вращении руля ролик перемещается по зубьям червяка, благодаря чему вал рулевой сошки также поворачивается. Результатом такого взаимодействия является передача поступательных движений на привод и колеса.

Рулевой механизм червячного типа имеет следующие преимущества:

Изготовление конструкции достаточно сложное и дорогое – в этом главный ее минус. Рулевое управление с таким механизмом состоит из множества соединений, периодическая регулировка которых просто необходима. В противном случае придется заменять поврежденные элементы.

Реечный рулевой механизм: устройство, принцип работы, преимущества и недостатки

Механизм «шестерня-рейка»
Рулевой механизм реечного типа считается более современным и удобным. В отличие от предыдущего узла, это устройство применимо на транспортных средствах с независимой подвеской управляемых колес.

В реечный рулевой механизм входят следующие элементы:

Шестерня устанавливается на рулевом валу и находится в постоянном зацеплении с рейкой. В процессе вращения рулевого колеса рейка перемещается в горизонтальной плоскости. В результате соединенные с ней тяги рулевого привода также перемещаются и приводят в движение управляемые колеса.

Механизм «шестерня-рейка» отличается простотой конструкции и высоким КПД. К ее преимуществам также можно отнести:

С другой стороны, редуктор этого типа чувствителен к ударам от неровностей дороги – любой толчок от колес передастся на руль.

Винтовой редуктор

Устройство винтового редуктора
Особенностью этого механизма является соединение с помощью шариков винта и гайки. За счет чего наблюдается меньшее трение и износ элементов. Механизм состоит из следующих элементов:

Винтовой рулевой механизм применяется в автобусах, тяжелых грузовых автомобилях и в некоторых легковых автомобилях представительского класса.

Рулевое управление с использованием гидроусилителя

Гидроусилитель рулевого управления состоит из насоса, распределителя, рабочего (силового) цилиндра, бачка для рабочей жидкости (масла) и соединительных шлангов.

Во время работы двигателя насос всасывает масло из бачка и нагнетает его в золотниковый распределитель – устройство для дозированной подачи масла в рабочий цилиндр слева или справа от поршня, в зависимости от направления вращения руля. Под давлением масла происходит перемещение поршня и связанной с ним рейки, которая поворачивает колеса. При этом водитель прикладывает минимальные усилия к рулю, даже если автомобиль стоит на месте.

(Схема рулевого управления с использованием гидроусилителя руля)

Работой распределителя управляет торсион – связанный с золотниковым клапаном пружинистый металлический стержень, который устанавливается в рулевой вал. Когда руль находится в нейтральном положении, золотник распределителя полностью перекрывает подающие каналы, и масло возвращается обратно в бачок. Во время вращения руля торсион скручивается и проворачивает внутреннюю часть золотникового клапана. В результате дозирующие каналы распределителя открываются, и масло поступает в рабочий цилиндр.

Чем больше угол поворота руля, тем сильнее закручивается торсион, что обеспечивает увеличение пропускной способности каналов распределителя и, соответственно, усилия, действующего на рулевую рейку.

При повороте рулевого колеса до упора срабатывают предохранительные клапаны. Они сбрасывают давление масла, что предотвращает повреждение деталей гидроусилителя.

Важные нюансы при эксплуатации автомобиля с гидроусилителем руля – не оставлять вывернутыми колеса, контролировать уровень масла в бачке и своевременно производить его замену.

Регулировка устройства

Регулировка рулевого механизма применяется для компенсации зазоров в механизмах «червяк-ролик» и «шестерня-рейка». В процессе эксплуатации в данных механизмах может появиться люфт, который может привести к быстрому износу элементов. Регулировать рулевой механизм необходимо только в соответствии с рекомендациями производителя и на специализированных СТО. Избыточное «зажатие» механизма может привести к его заклиниванию при повороте руля в крайние положения, что чревато потерей управления автомобилем с соответствующими последствиями.

Задача рулевого механизма состоит в том, чтобы изменять направление движения автомобиля. В большинстве автомобилей можно изменить лишь направление передних колес, но существуют современные модели, управление которыми происходит путем изменения направления всех четырех колес.

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

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

а) традиционная схема; b) реечное рулевое управление;

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

Рисунок 3.7 — Схема рулевого управления

Червячный тип рулевого механизма

Рисунок 3.8 — Червячный тип рулевого механизма

Это самый древний тип рулевого управления. Система состоит из картера со встроенным винтом, получившим название «червяк». «Червяк» напрямую соединяется с рулевым валом. Помимо винта, в системе присутствует еще один вал с роликом-сектором. Вращение руля приводит к вращению «червяка» и последующему вращению ролика-сектора. К ролику-сектору присоединена рулевая сошка, связанная посредством шарнирного управления с системой тяг.

В результате работы этой системы тяг управляемые колеса поворачиваются, и автомобиль изменяет направление движения. Червячный тип рулевого механизма имеет ряд недостатков. Во-первых, это большая потеря энергии за счет большого трения внутри механизма.

Во-вторых, отсутствует жесткая связь между колесами и рулем. В-третьих, для того, чтобы изменить направление движения, нужно обернуть руль несколько раз, что не только выглядит несовременно, но и не соответствует существующим в мире стандартам управления.

Рулевой механизм с трехгребневым роликом и глобоидным червяком

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

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

Рисунок 3.9 – червяк-ролик

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

Червячный механизм состоит из:

– глобоидного червяка (червяка с переменным диаметром);

Рисунок 3.10 – червячно- роликовый механизм

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

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

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

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

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

Винтовой тип рулевого механизма

Рисунок 3.11- Винтовой тип рулевого механизма

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

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

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

Винтовой механизм по-другому называют «винт-шариковая гайка». Разрабатывая эту систему, конструкторы заменили «червяка» специальным винтом с присоединенной к нему шариковой гайкой. На внешней стороне гайки располагаются зубья, которые и входят в контакт с таким же, как и в предыдущей системе, роликом-сектором.

Для того чтобы уменьшить трение, разработчики предложили разместить между роликом-сектором и гайкой шариковые каналы. Благодаря такому решению удалось значительно уменьшить трение, увеличить отдачу и облегчить управление. Однако наличие все той же сложной системы тяг, большие размеры и неудобная форма винтового механизма привели к тому, что винтовая система была признана также неприспособленной к современным условиям.

Однако некоторые известные автопроизводители до сих пор используют механизм «винт-шариковая гайка» при изготовлении машин с продольным двигателем. Подобные механизмы имеют автомобили Nissan Patrol, Mitsubishi Pajero и другие.

Реечный тип рулевого механизма

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

Реечная конструкция – самое распространенное устройство рулевого управления. Сила этой конструкции заключается в ее простоте. Этот простой и прогрессивный механизм используется при производстве 90% автомобилей. В основе устройства рулевой рейки лежит основной элемент – вал-рейка. Вал-рейка оснащена поперечными зубьями. На рулевом валу располагается шестерня, которая зацепляется за зубья рулевого вала и перемещает рейку.

Благодаря использованию этой системы удалось добиться минимизации количества шарнирных соединений и значительного сохранения энергии. Каждому колесу «полагается» по два шарнира и по одной тяге. Для сравнения: в системе «винт-шариковая гайка» колесу соответствует три тяги, в «червячном» механизме – пять тяг.

Рулевая рейка обеспечила практически прямую связь между рулем и колесами, а значит, в несколько раз увеличила легкость управления автомобилем. Такое рулевое устройство автомобиля сделало возможным изменять направление движения минимальным количеством оборотов руля.

Еще одно преимущество реечной конструкции – размер и форма картера. При своем небольшом размере и продолговатой форме, картер способен разместиться в автомобиле где угодно. Автопроизводители размещают картер над двигателем, под двигателем, впереди или сзади, исходя из модели автомобиля.

Реечный механизм позволил добиться практически мгновенной реакции колес на поворот руля. Эта система позволила создавать скоростные автомобили с современной, усовершенствованной системой управления.

1 — шестерня: 2 — зубчатая рейка

Рисунок 3.13 — Реечный рулевой механизм

Принцип работы системы рулевого управления

Принцип работы системы выглядит следующим образом.

В автомобилях, где отсутствует усилитель руля, схема работы системы выглядит точно так же, однако упомянутое устройство в ней участия не принимает. На этом отличия заканчиваются.

ВАЗ: тюнинг своими руками. Рулевое управление

Чтобы понять, в каком направлении можно доработать рулевое управление ВАЗ 2108-10, нужно для начала усвоить, какими же качествами пытались наделить машину инженеры на самом заводе. Для начала – автомобили переднеприводного семейства не были рассчитаны на установку усилителя руля. Это значит, что компенсировать большое усилие на руле можно было только установкой «длинной» рулевой рейки – с передаточным числом 3.9.

Что она дает? Из плюсов – достаточно «легкий» руль на низких и средних скоростях, что удобно в городе, особенно при парковке. Но если мы говорим про тюнинг ВАЗ, значит, нас интересует еще и острота рулевого управления, а она с такой рейкой невысока.

Радикальное решение предлагают тюнинг-конторы, которые специализируются на мелкосерийном выпуске рулевых реек с меньшим передаточным числом. Такие механизмы в 3-4 раза дороже штатных, но отвечают спортивным требованиям, позволяя повернуть колеса от упора до упора за 2-2.5 оборота руля. Нужно отметить, что установка такой рейки не несет особых трудностей: места под шлицевые и крепежные соединения совпадают с заводскими. Только вот усилие на руле вырастет пропорционально снижению оборотов, что в повседневной эксплуатации обещает некоторые трудности.

После установки рулевой рейки необходимо сделать регулировку схождения, а заодно – и развала колес. И не только передних. Чтобы понять, как это повлияет на управляемость автомобиля, давайте разберемся, зачем вообще придумали эту операцию.

Довольно часто развал управляемых колес относят к стабилизирующим мероприятиям. Отчасти это так и есть – развал способствует стабилизации прямолинейного движения при одинаковых углах развала правого и левого колес.

Введение угла развала приводит к возникновению силы, которая прижимает колесо к ступице, но также он вызывает поперечную реакцию в контакте шин с дорогой – появляется угол бокового увода. Чтобы его компенсировать, инженеры предусмотрели операцию по регулировке схождения колес.

Схождение вызывает углы бокового увода, направленные в противоположную сторону в сравнении с углами бокового увода от развала колес – тем самым его компенсируя. Но какие настройки предусмотреть, если мы строим тюнинг-проект на базе ВАЗ?

Отметим, что поведение автомобиля «восьмого» семейства на дороге во многом определяет передний привод. Все мы знаем, что он удобен на скользком покрытии, позволяя интуитивно, сбрасывая газ при заносе, проходить повороты. Такое поведение автомобиля обусловлено недостаточной поворачиваемостью. Это значит, что в повороте передние колеса стремятся скользить наружу поворота, и теряют сцепление с дорогой быстрее задних. Для уверенного контроля над машиной управляемость лучше сместить в сторону нейтральной, когда колеса обеих осей в предельных режимах теряют сцепление одновременно, и машина скользит наружу поворота, не меняя своего курса. Такое поведение автомобиля можно настроить как раз отрегулировав развал-схождение колес.

Для того, чтобы снизить недостаточную поворачиваемость ВАЗ 2108-10, следует увеличить отрицательный развал и увеличить схождение передних колес, и уменьшить отрицательный развал и схождение задних колес.

Есть ряд других мер по настройке поворачиваемости, близкой к нейтральной – например, уменьшение диаметра передних колес, снижение заднего клиренса, уменьшение давления в шинах на колесах задней оси, но подробней об этом мы поговорим в следующих статьях.

Источник