Расчет рулевого управления

rulevoe_upravlenie_avtomobilya.doc

Содержание курсовой работы
История рулевого управления 2
Назначение рулевого управления 3
Конструкция рулевого управления ..4
Рулевой механизм. Классификация рулевых механизмов ..6
Конструкция и принцип работы рулевых механизмов
Червячный рулевой механизм ..7
Рулевой механизм типа «червяк — ролик» автомобиля ГАЗ-3102 ..9
Реечный рулевой механизм .11
Рулевой привод ..12
Конструкция рулевых приводов при зависимой подвеске ..13
Конструкция рулевого привода при независимой подвеске управляемых колес 14
Рулевой привод для автомобиля ГАЗ-3102 «Волга» 15
Рулевое управление автомобиля ВАЗ-2110 15
Перспективы и недостатки развития рулевого управления .17
Гидроусилитель рулевого управления (ГУР) 17
Электороусилитель .19
Преимущества и недостатки ..20
Список использованных источников 22
История рулевого управления
Потребность людей в необходимости ускоренного перемещения по земле привела человечество к созданию различных машин и механизмов наиболее удобным и любимым из которых стал автомобиль.
Слово ”автомобиль” означает “самодвижущаяся повозка” хотя в современном понимании автомобилями принято называть только средства передвижения оснащенные автономными двигателями (внутреннего сгорания электрическими паровыми).
Интересную историю развития прошел рулевой механизм автомобиля. Сейчас никого не удивишь его месторасположением - для правостороннего движения - слева для левостороннего - справа. Но такое расположение рулевого колеса определилось не сразу. Строгое деление проезжей части на левую и правую стороны движения возникло только в XX веке а на улицах с не слишком оживленным движением продолжали ездить как придется. Вплоть до 60-х годов XX века не было отдано предпочтения движению по определенной стороне улицы. Англия ее бывшие колонии Япония до сих пор придерживаются левого Швеция перестроилась слева направо лишь в 1967 году Австрия Венгрия и Чехословакия - в 30-х годах. В Милане ездили по левой стороне а на остальной территории Италии - по правой. При таком разнообразии правил не могло быть единого взгляда на расположение руля. Когда же вместо рычага появилась рулевая колонка которая должна была находиться непосредственно перед водителем конструкторы проявили единодушие - руль устанавливать только справа. Именно поэтому руль практически у всех первых автомобилей находился справа.
Особый интерес вызывают методы управления первыми автомобилями ХХ века. Рабочее место водителя содержало такое большое количество всевозможных ручек и рычагов управления что не мудрено было запутаться в них. Одних только тормозных рычагов было три - на трансмиссионный вал на задние колеса и на так называемый "горный упор" - остроконечный стержень который опускали на дорогу при движении на подъем так как тормоза на уклоне автомобиль не удерживали (прообраз современного "стояночного тормоза"). Можно ли дотянуться до рычага удобно ли ими пользоваться - конструктора это мало интересовало. Рычаг устанавливали там где этого требовала конструкция. Тем самым водителя обрекали на акробатические движения.
Но это длилось не долго. Автомобилей становилось больше появилась возможность выбора и уже не все водители были согласны на такую "акробатику". Было бы логичным сосредоточить рычаги и ручки в одном месте поближе к рукам водителя. Таким местом избрали рулевую колонку. Когда ее наклонили (впервые на автомобиле "Латиль" в 1898 году) то управление передачами с колонки уже не получалось. Одновременно обнаружилось что скопление рычагов и рукояток около рулевого колеса создает путаницу. Часть их заменили педалями.
В начале ХХ века управление автомобилем требовало от водителя хорошей физической формы. Естественным выходом было увеличение в рулевом управлении передаточного числа но это не давало решение проблемы.
В 1925 году американец Фрэнсис Дейвис запатентовал специальное устройство под названием "гидравлический усилитель рулевого управления". Правда конструкция мгновенного успеха не обрела. Однако принцип и путь совершенствования наметились: с конца 30-х – начала 40-х годов в Америке а затем и в Европе конструкторы начинают ставить ГУР на некоторые свои модели автомобилей. Сегодня этим устройством оснащается весь грузовой автотранспорт и немалая доля легкового.
Назначение рулевого управления
Изменение направления движения автомобиля осуществляется поворотом относительно его продольной оси управляемых колес которыми как правило являются передние колеса.
Вследствие поворота управляемых колес вектор скорости каждого из них параллельный продольной оси автомобиля перестает совпадать с плоскостью вращения колес. В результате в контакте колес с дорогой возникают боковые силы перпендикулярные плоскости вращения колес. Эти боковые силы заставляют управляемые колеса и автомобиль в целом отклоняться от прямолинейного движения и совершать поворот.
Рулевое управление обеспечивает необходимое направление движения автомобиля путем раздельного и согласованного поворота его управляемых колес. Совокупность механизмов служащих для поворота управляемых колес называется рулевым управлением.
Рулевое управление служит для изменения направления движения автомобиля. При неподвижной передней оси изменение направления движения автомобиля осуществляется поворотом передних управляемых колес.
Рулевое управление состоит из рулевого колеса соединенного валом с рулевым механизмом 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 прикладываемое к рулевому колесу усилие водителя и облегчает его работу.
Рулевым приводом называют систему тяг и рычагов осуществляющую в совокупности с рулевым механизмом поворот автомобиля.
Для того чтобы при движении автомобиля на повороте колеса его имели качение без бокового скольжения они должны катиться по окружностям описанным из одного центра который называется центром поворота. В этом центре должны пересекаться продолжения осей всех колес. Для соблюдения данного условия внутреннее к центру поворота управляемое колесо должно поворачиваться круче т. е. на больший угол чем наружное колесо.
Для одновременного поворота колес на необходимые различные углы служит рулевая трапеция.
Конструкция рулевого управления
Каждое управляемое колесо установлено на поворотной цапфе 13 (рис.1) соединенной с балкой 11 моста шкворнем 8. Шкворень неподвижно закреплен в балке и его верхний и нижний концы входят в проушины поворотной цапфы. При повороте цапфы за рычаг 7 она вместе с установленным на ней управляемым колесом поворачивается вокруг шкворня. Поворотные цапфы соединены между собой рычагами 9 и 12 и поперечной тягой 10. Поэтому управляемые колеса поворачиваются одновременно.
Поворот управляемых колес осуществляется при вращении водителем рулевого колеса 1. От него вращение передается через вал 2 на червяк 3 находящийся в зацеплении с сектором 4 .На валу сектора закреплена сошка 5поворачивающая через продольную тягу 6 и рычаг 7 поворотные цапфы с управляемыми колесами.
Рулевое колесо 1 вал 2 червяк 3 и сектор 4 образуют рулевой механизм увеличивающий момент прикладываемый водителем к рулевому колесу для поворота управляемых колес. Сошка 5 продольная тяга 6 рычаги 7 9 и 12 поворотных цапф и поперечная тяга 10 составляют рулевой привод передающий усилие от сошки к поворотным цапфам обоих управляемых колес. Поперечная тяга 10 рычаги 9 и 12 образуют рулевую трапецию обеспечивающую необходимое соотношение между углами поворота управляемых колес. При независимой подвеске колес у легковых автомобилей рулевую трапецию делают расчлененной с несколько измененным расположением тяг и рычагов.
Расчлененная рулевая трапеция с передним или задним расположением обычно включает рулевую сошку конец которой перемещается в поперечном направлении и маятниковый рычаг соединенные средней поперечной тягой.
В трапецию входят передняя ось рулевые рычаги соединенные с поворотными кулаками и поперечная рулевая тяга. Поворотные кулаки шарнирно соединены с осью шкворнями.
При повороте одного колеса через рычаги и и тягу поворачивается и другое колесо. При этом вследствие изменения положения поперечной тяги относительно передней оси внутреннее к центру поворота колесо поворачивается на угол больший чем угол поворота наружного колеса.
Правильность соотношения угла поворота колес обеспечивается соответствующим подбором угла наклона рулевых рычагов к продольной оси автомобиля и длины рулевых рычагов и поперечной тяги.
Рис .1 Схема рулевого управления
Рулевое колесо устанавливают с левой или правой стороны в кузове легкового автомобиля соответственно принятому направлению движения транспорта. В нашей стране и в большинстве других стран где принято правостороннее движение транспорта рулевое колесо устанавливают с левой стороны что обеспечивает лучшую видимость при разъезде с транспортом движущимся навстречу. Увеличение момента рулевым механизмом оценивается передаточным числом представляющим собой отношение угла поворота рулевого колеса к углу поворота сошки. В зависимости от типа рулевого механизма (его рабочей пары) передаточное число может быть постоянным или переменным т. е. менять свое значение в процессе поворота колеса. У легковых автомобилей передаточное число рулевого механизма Um составляет 12 — 20. Передаточное число рулевого привода зависит от отношения плеч рычага поворотной цапфы и рулевой сошки. При повороте управляемых колес вследствие изменения наклона этих рычагов передаточное число Um рулевого привода изменяется в среднем от 085 до 11.
Управляемые колеса поворачиваются на ограниченный угол равный как правило 28 — 35°. Это сделано для того чтобы колеса при повороте не касались рамы крыльев и других деталей автомобиля.
У легковых автомобилей получает применение энергопоглощающее рулевое управление повышающее безопасность водителя при аварии автомобиля. Такое рулевое управление имеет составной телескопический рулевой вал и колонку с фрикционными элементами или включает другие упругие элементы. В случае удара автомобиля о препятствие и смятия его передней части энергия удара поглощается в фрикционных или упругих элементах рулевого управления а удары перемещения не передаются на верхнюю часть его вала с рулевым колесом предохраняя водителя от травм.
Классификация рулевых механизмов
Рулевой механизм служит для передачи усилий от рулевого колеса с валом на сошку. Рулевой механизм имеет передаточное число доходящее обычно до 15— 20 вследствие чего усилие развиваемое на сошке получается значительно больше чем усилие приложенное к рулевому колесу что облегчает поворот рулевого колеса и управление автомобилем. Однако при этом значительно возрастает время затрачиваемое на поворот управляемых колес что недопустимо при современных скоростях движения автомобилей. Например для поворота управляемых колес на 30° при передаточном числе рулевого механизма 50 требуется свыше четырех оборотов рулевого колеса и следовательно соответствующее время. Поэтому передаточное число рулевых механизмов ограничивают определенными пределами указанными выше.
Чтобы существенно уменьшить обратные удары на рулевом колесе от наезда на неровности дороги что особенно важно при движении по прямой или при малых углах поворота рулевого колеса иногда применяют рулевые механизмы передаточное число которых не постоянно а увеличивается в среднем положении механизма. Важным средством снижения обратных ударов на рулевом колесе являются уменьшение плеча обкатки.
В процессе работы рулевого механизма изнашиваются трущиеся поверхности особенно те их части которые работают в положении соответствующем прямолинейному движению автомобиля и при небольших углах поворота. При износе рулевого механизма увеличивается свободный ход рулевого колеса что снижает безопасность движения. Поэтому одним из важных требований к рулевым механизмам является возможность восстановления зазора и допустимого свободного хода рулевого колеса путем регулирования.
Рулевые механизмы современных автомобилей разделяют на червячные винтовые шестерные и комбинированные.
Червячные рулевые механизмы бывают с передачей червяк-ролик червяк-сектор и червяк-кривошип. Ролик может быть одно- и трех-гребневой сектор - двух- или много-зубый кривошип с одним или двумя шипами. В червячном рулевом механизме момент передается от червяка закрепленного на рулевом валу к червячному сектору установленному на одном валу с сошкой. У многих рулевых механизмов червяк выполняют глобоидным (образующая глобоидного червяка — дуга окружности) а зубья сектора заменяют роликом вращающимся на подшипнике. В таком рулевом механизме сохраняется зацепление на большом угле поворота червяка уменьшаются потери на трение и замедляется изнашивание пары.
В комбинированном механизме передача осуществляется через следующие узлы: винт гайка-рейка и сектор; винт гайка и кривошип; гайка и рычаг.
Более сложная система — “винт-гайка” — применяется на некоторых моделях заднеприводных авто на настоящих а не “паркетных” внедорожниках и на грузовиках.
В винтовом рулевом механизме вращение винта преобразуется в прямолинейное движение гайки на которой нарезана рейка находящаяся в зацеплении с зубчатым сектором. Сектор установлен на общем валу с сошкой. Для уменьшения трения в рулевом механизме и повышения износостойкости соединение винта и гайки часто осуществляют через шарики. Передаточное число рулевого механизма типа винт — гайка — сектор определяется отношением радиуса начальной окружности зубьев сектора к шагу винта.
К шестеренным рулевым механизмам относятся механизмы с цилиндрическими или коническими шестернями а также реечные рулевые механизмы. В последних передаточная пара выполнена в виде шестерни и зубчатой рейки. Вращение шестерни закрепленной на рулевом валу вызывает перемещение рейки которая выполняет роль поперечной тяги. Реечные рулевые механизмы получают широкое применение на легковых автомобилях. Такой механизм прост и отличается высокой точностью работы хотя при этом слабовато защищен от влаги и грязи.
Червячный рулевой механизм
Рулевой вал вращает винт (червяк) за который цепляется зубчатый сектор сидящий на одной оси с сошкой которая поворачивает в нужную сторону рулевую трапецию. Для снижения сопротивления сектор заменили роликом а червяк сделали более сложным по форме (глобоидный червяк). Эта конструкция применяется почти повсеместно на легковых машинах компактного и среднего класса без усилителя руля. Вращение червяка легко преобразуется в поворот сектора или движение ролика а вот в обратную сторону движение передается с гораздо большим трудом. Поэтому такой рулевой механизм менее чувствителен к дорожным неровностям чем реечный а значит – обеспечивает более стабильное и безопасное движение.
Наибольшее применение получил рулевой механизм выполненный в виде пары — глобоидальный червяк и ролик на подшипниках качения. Такой рулевой механизм состоит из стального глобоидального (т. е. с вогнутой поверхностью) червяка 2 (рис. 2) в зацепление с которым входит двух- трехгребневой ролик 5.
Червяк 2 закреплен на рулевом валу 1 и установлен на подшипниках 11 в картере 10 рулевого механизма. Ролик 5 установлен на шариковом 9 или игольчатом 4 подшипнике на оси 3 закрепленной в головке вала 6. Вал лежит на подшипниках в приливе картера. На наружном конце вала закреплена сошка 7.
При повороте червяка ролик перемещается по его винтовой нарезке поворачивая вал с сошкой. При вогнутой поверхности червяка получается правильное зацепление червяка с роликом при различных его положениях. В такой паре трение и износ значительно уменьшаются так как при работе ролик не скользит а катится по червяку.
Вогнутая поверхность червяка и дуга по которой поворачивается ролик описаны разными радиусами R1 и R2 из разных центров так что дуги сближаются в средней плоскости и расходятся по краям. Вследствие этого обеспечиваются малый зазор между роликом и червяком в среднем положении и увеличенные зазоры в крайних положениях ролика. Это повышает чувствительность рулевого управления при среднем положении колес облегчает вывод рулевого колеса из крайних положений и способствует более равномерному износу червяка.
Рулевой механизм расположен в картере 10 который крепится на раме и заполнен маслом.
Для поддержания правильного зацепления пары и устранения повышенных зазоров в рулевом механизме что может вызвать большой свободный ход рулевого колеса применяют регулировочные устройства. При этом регулируют осевой зазор червяка в подшипниках осевой зазор вала сошки и зацепление пары.
Регулировку осевого зазора червяка 2 и его подшипников 11 осуществляют обычно с помощью прокладок 12 установленных под верхней или нижней крышкой 8 картера или с помощью торцовой гайки завернутой в картер. Регулировка глубины зацепления ролика 5 с червяком 2 осуществляется чаще всего осевым перемещением вала 6 сошки с помощью регулировочного винта 13 так как средняя диаметральная плоскость ролика несколько смещена относительно средней плоскости червяка на величину С.
Рис.2. Рулевой механизм
Рулевой механизм типа «червяк — ролик» автомобиля ГАЗ-3102 (рис.3) состоит из глобоидального червяка 12 и трехгребневого ролика 8 находящихся в беззазорном зацеплении и смонтированных в картере 7. Червяк 12 напрессован на нижний рулевой вал 18 и установлен на двух роликовых конических подшипниках.
Обойма заднего подшипника 11 запрессована в горловину картера до упора в бурт задней крышки 19. Обойма переднего подшипника 13 имеет скользящую посадку позволяющую за счет прокладок 10 регулировать предварительный натяг в подшипниках червяка. Люфт в подшипниках недопустим в эксплуатации он устраняется снятием соответствующего числа регулировочных прокладок из-под крышки 14.
Вал сошки в пазу которого смонтирован трехгребневый ролик 8 вращается в двух бронзовых втулках 6. Верхняя часть вала; опирается на роликовый подшипник 4 запрессованный в боковой крышке 15. При вращении рулевого вала ролик перемещается по нитке червяка и поворачивает вал вместе с сошкой 20. Поворот вала ограничивается упором опорной пяты 21 в стенку лонжерона кузова.
Центральный гребень ролика при движении автомобиля по прямой находится в зацеплении с винтовой линией червяка в: плоскости его симметрии. Углы поворота рулевого вала от среднего положения в левую сторону на 120° и в правую сторону на 100° составляют зону беззазорного зацепления червячной пары.
Первоначальное смещение геометрической оси ролика вверх относительно оси червяка на 6 65 мм (для нового рулевого механизма) позволяет в эксплуатации своевременно регулировать беззазорное зацепление червяка с роликом по мере изнашивания червячной пары. Регулировка производится винтом 2 который стопорится шайбой и затягивается колпачковой контргайкой.
Рис 3.Рулевой механизм:
-опорная пята 2—регулировочный винт 3 - колпачковая контргайка 4— роликовый подшипник 5-пробка наливного отверстия 6-бронзовые втулки 7-картер 8-ролик 9- подшипник 10-регулировочные прокладки 11 13-задний и передний роликовые подшипники 12-червяк 14 -передняя крышка 15 - боковая крышка 16 – соединителная муфта 17 —верхний вал 18—нижний рулевой вал 19 - задняя крышка 20 — сошка 21 - опорная пята сошки
Кроме рассмотренного рулевого механизма применяют рулевые механизмы других типов: винт-сектор винт-гайка. В рулевом механизме выполненном в виде пары винт-гайка как уже отмечалось выше для уменьшения трения между ними в некоторых конструкциях рулевых управлений вводят непрерывную цепь циркулирующих стальных шариков. При этом трение скольжения в паре заменяется трением качения что облегчает поворот рулевого колеса.
Реечный рулевой механизм
На рис. 4 показано рулевое управление с реечным рулевым механизмом. При повороте рулевого колеса 21 шестерня 34 перемещает рейку 21 от которой усилие передается на рулевые тяги 6 11. Рулевые тяги за поворотные рычаги 3 поворачивают управляемые колеса. Реечный рулевой механизм состоит из косозубой шестерни 34 нарезанной на рулевом валу 29 и косозубой рейки 21. Вал вращается в картере 17 на упорных подшипниках 33 и 35 натяг которых осуществляют кольцом 36 и верхней крышкой. Упор 44 прижатый пружиной к рейке воспринимает радиальные усилия действующие на рейку и передает их на боковую крышку чем достигается
точность зацепления пары.
Рис .4 Реечный рулевой механизм
Наконечник рулевой тяги; 2. Шаровой шарнир наконечника; 3. Поворотный рычаг телескопической стойки; 4. Гайка; 5. Регулировочная тяга; 6. Левая рулевая тяга; 7. Вкладыш шарового шарнира; 8. Шаровой палец; 9. Защитный колпачок: 10. Болты крепления рулевых тяг к рейке; 11. Правая рулевая тяга; 12. Скоба крепления рулевого механизма; 13. Подушка опоры рулевого механизма; 14. Защитный чехол; 15. Соединительная пластина; 16. Стопорная пластина; 17. Картер рулевого механизма; 18. Стяжной болт муфты; 19. Эластичная муфта; 20. Кронштейн крепления рулевой колонки; 21. Рейка; 22. Опорная втулка рейки; 23. Демпфирующие кольца; 24. Резина- металлический шарнир; 25. Верхняя часть облицовочного кожуха; 26. Демпфер рулевого колеса: 27. Рулевое колесо; 28. Шариковый подшипник; 29. Вал рулевого управления; 30. Нижняя часть облицовочного кожуха; 31. Кронштейн крепления вала рулевого управления; 32. Защитный колпачок; 33. Роликовый подшипник; 34. Приводная шестерня; 35. Шариковый подшипник шестерни; 36. Стопорное кольцо; 37. Защитная шайба; 38. Уплотнительное кольцо; 39. Гайка подшипника; 40. Пыльник; 41. Уплотнительное кольцо упора рейки; 42. Стопорное кольцо гайки упора; 43. Гайка упора; 44. Упор рейки; 45. А.Метка на пыльнике; 46. В.Метка на картере рулевого механизма
Назначение. Рулевой привод служит для передачи воздействия от рулевого механизма к управляемым колесам.
Конструкция. Рулевой привод (рис.4) включает сошку 2 продольную тягу 3 поворотный рычаг 7 левый и правый поворотные кулаки 6 и детали рулевой трапеции. Рулевая трапеция может быть задней или передней т. е. с поперечной рулевой тягой расположенной сзади переднего моста или перед ним. Различают цельную трапецию применяемую при зависимой подвеске колес и расчлененную используемую при независимой подвеске. Сошка может качаться по дуге окружности расположенной в плоскости параллельной продольной оси автомобиля или в плоскости параллельной переднему мосту. В последнем случае продольная тяга отсутствует а сила от сошки передается через поперечные рулевые тяги поворотным кулакам. Типичным во всех случаях является крепление сошки на валу при помощи конуса треугольных шлицев и гайки. Для правильной установки сошки при сборке на валу делают специальные метки или сдвоенный шлиц обеспечивающий возможность установки сошки на валу только в одном положении.
При движении автомобиля по неровной дороге на детали рулевого привода (сошку продольную и поперечную рулевые тяги рулевые рычаги) действуют большие нагрузки. В связи с этим в рулевой вводят пружины для смягчения толчков и устройства для автоматического устранения зазоров возникающих при изнашивании деталей.
Рис 4. рулевой привод:
а)- задняя цельная трапеция; б)- передняя расчлененная трапеция; 1- рулевой механизм; 2- сошка; продольная тяга; 4-рычаг рулевой трапеции; 5-поперечная тяга; 6- поворотный кулак; 7-поворотный рычаг; 8-стойка; 9 и 11-боковые тяги; 10-маятниковый рычаг; 11- средняя тяга
Конструкция рулевых приводов при зависимой подвеске. При повороте колес детали рулевого привода перемещаются одна относительно другой: Такое перемещение происходит также при наезде колеса на неровности дороги и при колебаниях кузова относительно колес. Для создания возможности относительного перемещения деталей привода в горизонтальной и вертикальной плоскостях при одновременной надежной передаче усилий соединение продольной тяги 3 (см. рис. 4) с сошкой 2 и рычагом 7 поворотной цапфы а также соединение поперечной тяги 5 с рычагами 4 осуществляют в большинстве случаев шаровыми шарнирами.
Продольную тягу рулевого привода делают трубчатой с утолщениями по краям для монтажа деталей двух шарниров. Каждый шарнир состоит из пальца 3 сухарей 4 и 7 охватывающих сферическими поверхностями шаровую головку пальца пружины 8 и ограничителя 9. При затягивании пробки 5 головка пальца зажимается сухарями а пружина 8 сжимается. Пружина шарнира не допускает образования зазоров в результате износов и смягчает толчки передаваемые от колес на рулевой механизм. Ограничитель предотвращает чрезмерное сжатие пружины а при ее поломках не позволяет пальцу выйти из соединения с тягой. Пружины располагают в тяге относительно пальцев 2 и 3 так чтобы через пружины передавались усилия действующие на тягу как от сошки так и от поворотного рычага.
В поперечной рулевой тяге шарниры размещают в наконечниках навинченных на концы тяги. Резьба на концах тяги обычно имеет разное направление. Поэтому вращением тяги 10 (рис.5) при неподвижных наконечниках 11 можно изменять ее длину при регулировании схождения колес. Пальцы 15 жестко закрепляют в рычагах поворотных цапф. Шаровой поверхностью палец прижимается предварительно сжатой пружиной 12 через пятку 13 к сухарю 14 установленному внутри наконечника тяги. Такое устройство шарнира позволяет непосредственно передавать усилия от пальца на тягу и в обратном направлении. Пружина 12 обеспечивает устранение в шарнире зазора обусловленного износом. Таким образом основное отличие шарниров поперечной тяги от шарниров продольной тяги состоит в том что в первых не имеется пружин через которые непосредственно передаются усилия в рулевом приводе. Это делается для того чтобы не вызвать поперечных колебаний колес.
Шарниры рулевых тяг смазывают через масленки. На некоторых автомобилях в шарниры смазочный материал закладывают при сборке и пополнять ее в эксплуатации не требуется.
Рис. 5 Продольная (а) и поперечная рулевые тяги
Конструкция рулевого привода при независимой подвеске управляемых колес. Рулевой привод при независимой подвеске колес должен исключать произвольный поворот каждого колеса в отдельности при его качании на подвеске. Для этого необходимо близкое совпадение осей качания колеса и тяги привода что достигается применением разрезной поперечной тяги. Такая тяга состоит из шарнирно соединенных частей которые перемещаются с колесами независимо одна от другой.
На рис.4 б) показана распространенная схема рулевого привода при независимой подвеске управляемых колес. Поперечная тяга состоит из трех частей: средней тяги 12 и шарнирно соединенных с ней двух боковых тяг 11. Средняя тяга одним концом соединена с сошкой 2 а другим — с маятниковым рычагом 10 поворачивающимся вокруг опоры на кузове автомобиля. Шарнир соединяющий каждую боковую тягу со средней тягой близко расположен к оси качания колеса. Поэтому тяга не вызывает произвольного поворота колеса при деформации рессоры подвески. Применяют шарниры разборного или неразборного типа с шаровыми или полусферическими пальцами установленными в наконечниках тяг обычно на пластмассовых (полиуретановых полиамидных и др.) вкладышах поджимаемых подпятниками с пружинами.
Шаровые сочленения хорошо герметизированы — надежно защищены резиновыми чехлами; смазку в них обычно закладывают при сборке и в процессе эксплуатации не дополняют. В разборном шарнире крышка головки шарнира съемная закреплена стопорным кольцом; в неразборном крышка завальцована в головке.
Рулевой привод для автомобиля ГАЗ-3102 «Волга» состоит из двух боковых тяг 15 (рис.6) регулируемых по длине с помощью регулировочных муфт 18 поперечной тяги 14 соединенной с рулевой сошкой 16 и маятниковым рычагом 11 рычагов 20 закрепленных на поворотных цапфах. Все шарниры тяг —самоподтягивающиеся с полусферическими пальцами с заводской смазкой не требующие систематического пополнения ее в эксплуатации. Шарниры запрессованы в проушины тяг и наконечников и при необходимости могут быть заменены. От попадания влаги пыли и грязи шарнир наконечника защищен резиновым гофрированным уплотнителем 5 напрессованным на буртик наконечника а шарнир тяги — уплотнителем 8 прижатым буртиком распорной втулки к торцу головки рычага. Маятниковый рычаг 11 соединяющий поперечную тягу с кронштейном 13 смонтирован на полиэтиленовых втулках 9 также не требующих смазки.
Рис 6. Рулевые тяги:
-резьбовая пробка; 2- пружина; 3-опорная пята; 4- корпус шарнира; 5 8-резиноавые уплотнители;67- распорные втулки наконечника и тяги; 9- втулка; 1012- короткий и длинный пальцы маятникового рычага; 14-поперечная тяга; 15-боковая тяга; 16- сошка рулевая; 17- стяжной хомут; 18- регулировочная муфта; 19- наконечник тяги; 20- рычаг поворотной цапфы
Рулевое управление автомобиля ВАЗ-2110 . В картере механизма 23 на двух подшипниках (роликовом 24 и шариковом 15) установлена приводная шестерня 16. Шариковый подшипник зафиксирован на валу стопорным кольцом а в картере — гайкой 21 и стопорной шайбой. Рейка 13 поджимается к шестерне пружиной 27 через металлокерамический вкладыш: (упор) 25. Пружина удерживается гайкой 26 которая от самоотворачивания стопорится кольцом. На картер с правой стороны напрессована труба 14 внутри которой находится опорная втулка рейки. На передней стороне трубы выполнен продольный паз через который к рейке с помощью болтов 9 крепятся рулевые тяги 8. Болты проходят через отверстия в соединительной пластине 10 распорные втулки резинометаллических шарниров 11 и защитный чехол 12. От самоотворачивания болты фиксируются стопорной пластиной. Вал рулевого управления составной. Состоит из верхнего 18 и промежуточного 17 валов соединенных карданным шарниром. Промежуточный вал соединен эластичной муфтой 19 с фланцем 20 а тот в свою очередь надевается на шлицы выступающего конца приводной шестерни 16. Верхний вал установлен в трубе на двух шариковых подшипниках имеющих эластичные втулки на внутреннем посадочном диаметре. Труба может перемещаться вертикально и горизонтально по отношению кронштейна в котором она находится в пределах регулировочных прорезей направляющих пластин и кронштейна. Фиксация трубы осуществляется специальной рукояткой. Такая конструкция позволяет регулировать положение рулевого колеса по углу наклона и в осевом направлении. Причем при регулировке в осевом направлении необходимо предварительно ослабить стяжной болт крепления фланца эластичной муфты к валу приводной шестерни. После регулировки рулевой колонки болт необходимо затянуть а рукоятку фиксации установить в верхнее положение.
Рулевой привод. В рулевой привод входят две составные рулевые тяги 8 и два поворотных рычага 1 телескопических амортизаторных стоек. Каждая рулевая тяга состоит из внутреннего 8 и наружного б наконечников а также регулировочной тяги 7 которая их соединяет. На одном конце регулировочной тяги нарезана правая резьба на другом — левая. При вращении регулировочной тяги за шестигранник изменяется длина тяги а следовательно схождение колес. Надежное крепление регулировочной тяги и наконечников достигается затяжкой стяжных болтов на наконечниках. В головке наружного наконечника расположены детали шарового шарнира рулевых тяг: шаровой палец 2 вкладыш шарового пальца 3 и пружина 4. Детали шарнира удерживаются крышкой 5 и защищены от попадания пыли и воды защитным резиновым чехлом. Стержень шарового пальца выполнен коническим. Это обеспечивает его плотное соединение с поворотным рычагом. Гайка шарового пальца обязательно шплинтуется после затяжки.
Рис. 7 Рулевое управление автомобиля ВАЗ-2110:
—рычаг поворотной стойки; 2 — шаровой палец рулевого шарнира; 3 — вкладыш рулевого шарнира; 4 —- пружина; 5 — заглушка шарнира; 6 — рулевой наконечник; 7 — регулировочная тяга; 8 — рулевые тяги; 9 — соединительный болт; 10 — соединителъная планка; 11 — резинометаллический шарнир; 12 — защитный чехол; 13 — рейка рулевого механизма; 14 — труба; 15 — шариковый подшипник рулевого механизма; 16 — вал-шестерня рулевого механизма; 17 — промежуточный рулевой вал; 18 — верхний вал рулевого управления; 19 — эластичная соединительная муфта; 20 — шлицевый фланец соединительной муфты; 21 — гайка; 22 — хомут крепления рулевого механизма. 23 — корпус рулевого механизма; 24 — роликовый подшипник рулевого механизма; 25 — металлокерамический упор; 26 — регулировочная гайка; 27 — пружина; 28 — пыльник
Перспективы и недостатки развития рулевого управления
Сейчас применяются два основных типа усилителей руля — гидравлические и электрические.
Гидроусилитель рулевого управления (ГУР) предназначен для облегчения работы водителя при повороте рулевого колеса. В последнее время применяется в рулевом управлении легковых автомобилей. Гидроусилитель работает по принципу шприца. Он состоит из насоса распределительного устройства и гидроцилиндра.
Схема гидроусилителя рулевого управления
- насос усилителя; 2 - распределительное устройство; 3 - трубки для подачи масла; 4 - силовой цилиндр усилителя; 5 - поршень усилителя со штоком; 6 - маятниковый рычаг; 7 - емкость для масла
ГУР представляет собой герметичный картер внутри которого находится управляющий клапан и поршень-рейка. Этот поршень соединен винтовой передачей с рулевым валом и своей зубчатой рейкой с шестерней на валу передающем усилие на рулевую рейку или сошку. С картером ГУР через патрубки соединен насос с расширительным бачком. В традиционных простых системах привод насоса осуществляется через ремень от коленчатого вала двигателя. В более современных насос ГУР приводится отдельным электромотором – такие усилители называют электрогидравлическими усилителями (ЭГУР).
Пока руль находится в положении "прямо" управляющий клапан также пребывает в среднем положении и рабочая жидкость перекачивается через него. При повороте же руля в ту или иную сторону клапан перемещается и жидкость начинает давить на поршень создавая усилие на валу.
При повороте рулевого колеса распределительное устройство направляет жидкость под давлением в одну из полостей гидроцилиндра тем самым помогая водителю на поворотах. При повороте налево жидкость под давлением поступает в полость "А" а при повороте направо в полость "Б". Когда двигатель не работает поворот руля будет осуществляться с заметным усилием так как гидроусилитель не действует.
Рис .8 Классический гидроусилитель:
— насос;2 - бак с маслом;3 - рулевой вал;4 - редуктор "винт-гайка"; 5 - рулевая сошка.
В обычных ГУР это усилие постоянно и не зависит от скорости движения автомобиля. Отсюда удобный на парковочных маневрах руль с ГУР оказывается недостаточно четким на скорости. Поэтому современные системы ЭГУР кроме электромотора имеют управляющий электронный блок который исходя из данных скорости автомобиля рассчитывает нужную величину создаваемого усилия.
Чем больше скорость машины тем меньшее требуется усилие на руле. Соответственно уменьшается давление на поршень а при достижении определенной скорости например 70 кмч гидроусилитель выключается вовсе.
При неисправности усилителя также значительно возрастает усилие поворота рулевого колеса автомобиля. Естественно что при этом невозможно сразу же отреагировать на изменившуюся дорожную обстановку что может вызвать опасные последствия. Кроме того при неработающем усилителе руля возрастает физическая и эмоциональная усталость водителя. После непродолжительной поездки он уже не в состоянии принимать правильные решения и может явиться виновником дорожно-транспортного происшествия.
В 1995 году с выходом в свет английского спортродстера MG-TF у гидроусилителя появился очень опасный конкурент — электроусилитель руля.
Принцип работы заключается в следующем: на валу находится пластмассовая шестерня. Она зацеплена с червяком а червяк стоит на двигателе. При повороте руля посредством датчика момента дается команда на поворот — двигатель включается и помогает поворачивать руль с определенным моментом учитывая сопротивление колес. Никаких изменений в возможностях автомобиля при установке нового узла не происходит — радиус разворота не изменяется. Рулевой механизм остается штатный. К электроусилителю подводится кабель электропитания с индивидуальным предохранителем и провода от датчика оборотов двигателя и датчика скорости. Первый датчик нужен для того чтобы усилитель отключался при неработающем двигателе — иначе сядет батарея. Показания датчика скорости позволяют компьютеру усилителя регулировать мощность электромотора.
Даже если электроусилитель выйдет из строя (допустим при отключении бортовой сети) в управлении автомобилем ничего не изменится руль станет немного тяжелее чем у обычного автомобиля — появляется дополнительная нагрузка в виде свободно вращающегося ротора электродвигателя. Впрочем отказ маловероятен в конструкции усилителя использованы редуктор электродвигатель и реле предназначенные для авиации — они работают в приводах и следящих устройствах управления закрылками. Визуально отличить автомобиль с ЭУРом от обычного не помогает даже внимательный осмотр моторного отсека. Ни насоса как у гидроусилителя ни шлангов ни приводных ремней. Даже рулевой механизм обычный — штатная рейка. Он настолько компактен что без проблем помещается внутри пластикового кожуха рулевой колонки. Новый узел устанавливается на штатные места крепления и позволяет точно так же регулировать руль по высоте как и обычная рулевая колонка. Отличие отечественного усилителя от зарубежных аналогов в том что здесь применен уникальный электродвигатель без использования щеточного узла — он абсолютно надежен так как очень просто устроен. У японской фирмы NSC например есть обычный электродвигатель — хороший и надежный но с щеточным узлом. Этот узел изготовлен с применением сложных материалов по цене он близок к стоимости всего отечественного изделия. В отечественном электроусилителе сложным назвать можно только блок управления который и делает его лучше ГУРа: руль информативен максимально легок при парковке усилие возрастает прямо пропорционально скорости движения автомобиля.
Преимущества и недостатки
Преимущество гидроусилителя:
Легкость при при парковке.
На большой скорости руль становится неинформативным (то есть исчезает зависимость усилия на руле от радиуса поворота).
Небольшой шум при повороте руля до упора — характерная особенность работы некоторых гидроусилителей.
Преимущества электроусилителя
Простота установки (относительно ГУРа).
Простота конструкции. У электроусилителя нет ни шлангов ни насоса ни распределителя — вся сложная гидравлика которой свойственно подтекать через поврежденные уплотнения становится ненужной. Электромотор с червяком вращающим рулевую колонку через зубчатый сектор несколько датчиков аналогичных тем что применяются на моделях гидроусилителей.
Более высокая энергосберегаемость – ЭУР включается только во время движения руля а гидравлический насос приводится в действие двигателем постоянно т.е. присутствует постоянный отбор мощности двигателя.
Отсюда и экономия горючего до 3% по сравнению с ГУРом.
На руле с электроусилителем не бывает резкого увеличения усилия из-за уменьшения производительности насоса при сбрасывании оборотов мотора.
Перспективность направления подтверждается мировой тенденцией перехода от гидро — к электроусилителям руля. Вот неполный список автомобилей штатно оснащенных ЭУРУ: Citroen C-3 Honda Civic Toyota Yaris Toyota Corolla Opel Corsa Opel Astra Renault Megane II Volkswagen Touran Mazda RX-8 Audi A3 Renault Twingo Renault Clio.
Проблемы с с обратной связью на рулевом колесе.
Гидроусилитель — надежный агрегат и как правило проходит весь срок эксплуатации автомобиля. Правда в последнее время некоторые производители начали устанавливать удешевленные модификации насосов из алюминия которые требуют ремонта или замены уже после 200-250 тыс. км пробега.
Что касается электроусилителей то по заверениям специалистов СТО никакими особенностями в эксплуатации они не отличаются. По причине новизны и малой распространенности данной техники пока нет информации по ремонту и обслуживанию.
В последнее время в моду входит своеобразный гибрид электро- и гидроусилителя. Такая система устанавливается в частности на Mercedes-Benz A-класса и на новый Volkswagen Polo. По сути это обычный гидроусилитель только насос приводится в действие не ремнем от коленчатого вала двигателя а электромотором. Последним командует электроника что дает возможность варьировать производительность насоса в широком диапазоне и тем самым полностью исключить какую-либо зависимость от оборотов силовой установки. Такая компромиссная система позволяет упростить конструкцию распределителя: уменьшается количество клапанов и золотников. При этом электрогидроусилитель совмещает в себе как преимущества так и некоторые недостатки обеих систем.
Компания BMW разработала новую систему активного рулевого управления. Как сообщает сама компания-производитель в рулевую колонку интегрирован так называемый планетарный механизм который с помощью электрического мотора в зависимости от ситуации увеличивает или сокращает угол поворота передних колес. Таким образом при езде на небольшой и средней скорости рулевое управление осуществляется более непосредственно что создает дополнительный комфорт во время вождения.
При парковке достаточно пару раз повернуть руль и машина уже стоит в нужном месте. При более высоком темпе например во время движения по скоростной автомобильной магистрали рулевой механизм реагирует более опосредовано: возникающее дополнительное сопротивление на поворотах предупреждает лишние движения руля. Это повышает устойчивость движения.
В отличие от разработок других компаний направленных на создание электронной системы рулевого управления Steer-by-Wire без механического соединения руля и колес активное рулевое управление от BMW как и раньше включает в себя рулевую стойку которая механически соединяет руль и передние колеса. Это не только дает гарантию на то что рулевое управление будет функционировать даже если откажет электронная вспомогательная система но также сохраняет у водителя подлинное "чувство руля".
Список использованных источников
Автомобиль. Основы конструкции.- М. машиностроение 1986
Устройство и техническое обслуживание автомобиля.- Ростов-на-Дону 2002
Устройство и эксплуатация автотранспортных средств. М. 1990
Все о легковом автомобиле. Ростов-на-Дону Феникс- 2002
Михайловский Е.В. Тур Е.Я.
Устройство автомобиля. - М.: машиностроение -1987
Техническая эксплуатация автомобиля: Учебник для ВУЗов Кузнецов Е.С. Воронов В.П.- М. Транспорт 1991.-413 с.
Гидроусилитель рулевого управления
ж. "Колеса" №94 за Август 2005 №94
Зачем нужны как работают и во сколько обходятся усилители руля.
Силовые методы. Бизнес №29 (496) 22 июля 2002 года
Методические указания к лабораторным работам «Техническая эксплуатация автомобиля»
Словарь автолюбителя.