Общее устройство рулевого управления

 

Рулевое управление служит для изменения и сохранения выбранного водителем направления движения автомобиля. Основным способом изменения направления движения является поворот в горизонтальной плоскости передних направляющих колес относительно задних колес. Рулевое управление должно обес­печивать правильную кинематику по­ворота и безопасность движения

 

небольшие усилия на рулевом колесе, предотвращать передачу толчков от неровностей дороги на рулевое ко­лесо.

Качение колес на повороте долж­но происходить без проскальзыва­ния и бокового скольжения. Для этого передние» и задние колеса должны катиться по окружностям, описанным из одного центра пово­рота О (рис. 16.1), находящегося на продолжении оси задних колес автомобиля. При этом передние уп­равляемые колеса должны повора­чиваться на разные углы.

Центр поворота представля­ет собой точку О пересечении продол­жения осей всех колес. При повороте наружное колесо по отношению к центру поворота должно быть по­вернуто на несколько меньший угол а, а внутреннее колесо на больший угол р, в противном случае поворот будет неизбежно сопровождаться бо­ковым проскальзыванием его перед­них колес. Радиус /? поворота авто­мобиля зависит от его базы Ъ и углов поворота колес (наружного а и внутреннего р). Чем меньше его база и больше углы поворота колес, тем меньше радиус поворота, а чем меньше радиус поворота, тем меньше потребуется места для поворота ав­томобиля. Так, у автомобиля ЗИЛ-130 /?гшп=8 м, у автомобиля ВАЗ-2107 «Жигули» =5,6 м.

Рулевое управление (рис. 16.2, а) состоит из рулевого механизма, ру­левого привода и может иметь уси­литель. Рулевой механизм преобразует вращение рулевого колеса в поступательное перемещение тяг при­вода, вызывающих поворот управля­емых колес.

Рулевой механизм состоит из рулевого колеса /, рулевого ва­ла 3, рулевой колонки 2 и червяч­ной передачи 4, на вал которой кре­пится сошка 5 рулевого привода.

Рулевой привод представля­ет собой систему тяг и рычагов, осуществляющих в совокупности с рулевым механизмом поворот авто­мобиля. Для одновременного пово­рота направляющих колес на раз­личные углы служит рулевая трапе­ция, состоящая из балки 9 переднего моста, поперечной рулевой тяги 8, рычагов 7 и 11, соединенных с цап­фами 10.

Конструкция рулевого привода за­висит от типа подвески управляе­мых колес, которая может быть за­висимой и независимой. При зави­симой подвеске передних колес применяют нерасчлененную попе­речную тягу.

При вращении рулевого колеса / от вала 3, расположенного внутри колонки 2, приводится в действие червячная передача 4 рулевого ме­ханизма. Механизм перемещает сош­ку 5, которая при помощи продоль­ной тяги 6 и рычага // поворачивает левую поворотную цапфу 10 с рас­положенным на ней колесом. Левый рычаг 7 через поперечную тягу 8 поворачивает на соответствующий угол правую цапфу 10 с установлен­ным на ней колесом. Предельный угол поворота колес в зависимости от типа автомобиля колеблется в пределах 28—35°. Ограничение угла поворота вводится для того, чтобы исключить при повороте, задевание колесами рамы, крыльев и других деталей.

При независимой подвеске перед­них колес применяют расчлененную рулевую трапецию, которая состоит из рулевой сошки 5 (рис. 16.2, б) и маятникового рычага 12, закреп­ленного на раме шарнирно. Руле­вая сошка и маятниковый рычаг

 

 

объединены средней поперечной тя­гой 8. Средняя тяга 8 соединена двумя промежуточными боковыми тягами 13 с рычагами 14 поворот­ных цапф колес. Боковые тяги ре­гулируются по длине при помощи муфт 15.

 

Рулевой механизм и привод

 

Рулевой механизм. Для преобра­зования вращательного движения рулевого вала в качательное движе­ние сошки и увеличения усиления, передаваемого от рулевого колеса к рулевой сошке, служит рулевой механизм. Наличие в рулевых меха­низмах большого передаточного чис­ла (от 15 до 30) облегчает управ­ление автомобилем. Передаточное число определяется отношением уг­ла поворота рулевого колеса к углу поворота управляемых колес авто­мобиля

 

 

 

Рулевые механизмы подразделя­ются на червячке, винтовые, ком­бинированные /и реечные (шестерен­ные). Червячные механизмы быва­ют с передачей червяк—ролик, чер­вяк—сектор и червяк—кривошип. Ролик может быть двух- или трехгребневой, сектор — двух- и многозубый, кривошип — с одним или дву­мя шипами. В винтовых механизмах передача усилий производится по­средством винта и гайки. В комбини­рованных механизмах передача уси­лий осуществляется через следующие узлы: винт, гайка — рейка и сектор; винт, гайка и кривошип; гайка и ры­чаг. Реечные механизмы выполнены из шестерни и зубчатой рейки. Наи­более широко распространена пере-, дача глобоидальный червяк — ролик на подшипниках качения. В такой паре значительно уменьшены трение и износ и обеспечено соблюдение необходимых зазоров в зацеплении. Рулевые механизмы такого типа применяют на большинстве автомо­билей семейства ГАЗ, ВАЗ, АЗЛК и др.

Червячный рулевой механизм (рис. 16.3), установленный на автомоби­лях ГАЗ-53А, имеет глобоидальный червяк 1 и трехгребневой ролик 5, находящиеся в зацеплении. Чер­вяк У напрессован на пустотелый вал 2 и установлен в картере 6 ру­левого механизма на двух конических роликовых подшипниках. Ро­лик 5 вращается на оси 3 в иголь­чатых подшипниках. Ось ролика за­прессована в головку вала 4 сошки, который вращается во втулке и ци­линдрическом роликовом подшипни­ке. На мелкие конические шлицы конца вала 4 посажена сошка 12. Зацепление ролика 5 с червяком 1 зависит от положения регулировоч­ного винта 9, который фиксируется стопорной шайбой 7, штифтом 10 и колпачковой гайкой 8, навернутой на винт 9.

Рулевой вал 2 помещен в трубу (рулевую колонку), нижний конец которой крепится к верхней крышке картера. В верхней части рулевой колонки установлен радиально-упор-ный подшипник рулевого вала, кото­рый имеет мелкие конические шлицы для установки рулевого колеса. Масло в картер рулевого механизма заливают через отверстие, закры­ваемое резьбовой пробкой //. Тако­го типа рулевые механизмы уста­навливаются на автомобилях ГАЗ-24 «Волга», ГАЗ-3102 «Волга», ГАЗ-66, автобусах ЛАЗ-695Н и др.

Винтовой рулевой механизм (рис. 16.4), устанавливаемый на автомо­билях ЗИЛ-130, состоит из карте­ра 2, представляющего одно целое с цилиндром гидроусилителя, вин­та 4 с шариковой гайкой 5 и рейки-поршня 3 с зубчатым сектором

 

 

Сектор выполнен за одно целое с валом 15 рулевой сошки стартер 2 закрывается крышками 1, 8 и 12. Гайка 5 закреплена в рейке-поршне 3 жестко винтами 13. Винт 4 соединя­ется с гайкой 5 шариками 7, кото­рые закладываются в канавке 6 гайки и винта.

Рулевой механизм с винтом и гай­кой на циркулирующих шариках отличается малыми потерями на тре­ние и повышенным сроком службы.

В корпусе 10 клапана управления на винте 4 установлены два упор­ных шариковых подшипника, а меж­ду ними — золотник 9 клапана уп­равления. Зазор в этих подшипниках регулируется гайкой //.

Зазор в зацеплении рейки-поршня 3 и зубчатого сектора 14 регули­руют, смещая вал 15 рулевой сошки винтом 17, головка которого входит в отверстие вала сошки и опирается на упорную шайбу 18. Масло в кар­тер 2 рулевого механизма сливают через отверстие, закрываемое маг­нитной пробкой 16.

При повороте рулевого колеса винт 4 передвигает шариковую гай­ку 5 с рейкой-поршнем 3, и она по­ворачивает зубчатый сектор 14 с ва­лом 15 сошки. Далее усилие пере­дается на рулевой привод, обеспечивая поворот колес автомобиля. Так работает рулевое управление без гидроусилителя, т. е. при нера­ботающем двигателе.

Комбинированный рулевой меха­низм (рис. 16.5), устанавливаемый на автомобиле МАЗ-5335, состоит из винта / и шариковой гайки-рейки 4, находящихся в зацеплении с зубча­тым сектором 5, вал которого явля­ется одновременно и валом сошки 6. Винт и гайка имеют полукруглые винтовые канавки, которые заполне­ны шариками 3. Для создания замк­нутой системы для перекатывания шариков в гайку-рейку вставлены штампованные направляющие 2, предотвращающие выпадение шари­ков. Винт рулевого механизма уста­новлен в картере в двух конических подшипниках, а вал сектора — в игольчатых подшипниках 7.

Каждый рулевой механизм харак­теризуется передаточным числом, которое для рулевых механизмов гру­зовых автомобилей ЗИЛ-130 и КамАЗ-5320 равно 20,0, для авто­мобилей ГАЗ-53А — 20,5, для авто­мобилей МАЗ-5335—23,6, для авто­бусов РАФ-2203 —19,1 и автобу­сов ЛАЗ-695Н—23,5, а для легковых автомобилей находится в пределах от 12 до 20.

На автомобилях семейства КамАЗ, рулевой механизм типа винт—гайка скомпонован совместно с угловым шестеренчатым редуктором, кото­рый передает крутящий момент от карданной передачи рулевого вала на винт рулевого механизма.

На автобусах ЛиАЗ-677М и ЛАЗ-4202 угловой редуктор служит для передачи крутящего момента под прямым углом от рулевого ко­леса через карданный вал к рулево­му механизму типа червяк—сектор.

Реечный рулевой механизм (рис. 16.6) получил широкое применение на переднеприводных легковых авто­мобилях ВАЗ-2108 «Спутник» и. АЗЛК-2141 «Москвич». Он сравни­тельно прост в изготовлении и по­зволяет уменьшить количество шар­ниров рулевых тяг. Основными деталями такого руле­вого механизма является шестерня 2, нарезанная на валу 4, и рейка 3, находящиеся в зацеплении и поме­щенные в картер /. При вращении вала 4 рулевого колеса шестерня 2, вращаясь, передвигает в продоль­ном направлении рейку 3, которая посредством шарниров 8 передает усилие на рулевые тяги 7 и 9. Ру­левые тяги через наконечник 5 рулевой тяги и поворотные рыча­ги 6 поворачивают управляемые ко­леса.

Рулевой привод. Для передачи усилия от рулевого механизма к управляемым колесам и для правиль­ного взаимного расположения ко­лес при повороте служит рулевой привод. Рулевые привода бывают с цельной трапецией (при зависимой подвеске колес) и с расчлененной трапецией (при независимой подвес­ке). Кроме того, рулевая трапеция может быть задней или передней, т. е. с поперечной тягой, располо­женной сзади передней балки или перед ней.

 

К деталям рулевого привода с за­висимой установкой колес относятся (см. рис. 16.2, а) рулевая сошка 5, продольная тяга 6, рычаг 11 про­дольной тяги, поперечная тяга 8 и рулевые рычаги 7 поворотных цапф 10.

Рулевая сошка 5 может ка­чаться по дуге окружности, распо­ложенной в плоскости, параллель­ной продольной оси автомобиля, или в плоскости, параллельной балке пе­реднего моста. В последнем случае продольная тяга (см. рис. 16.2, б) отсутствует, а усилие от сошки 5 передается через среднюю тягу 8 и две боковые 13 рулевые тяги пово­ротным цапфам. Сошка крепится к валу на конусных шлицах при по­мощи гайки на всех автомобилях. Для правильной установки сошки при сборке на валу и сошке делают специальные метки. В нижнем конце рулевой сошки, имеющем конусное отверстие, закреплен палец с попе­речной тягой 8.

Продольная рулевая тя­га 6 (см. рис. 16.2, а) изготовляется из трубы с утолщениями по краям для монтажа деталей двух шарниров. Каждый шарнир (рис. 16.7, а) состоит из пальца 2, вкла­дышей 1 и 3, охватывающих сфери­ческими поверхностями шаровую го­ловку пальца, пружины 4, ограничи­теля 5 и резьбовой пробки 6. При заворачивании пробки 6 головка пальца 2 зажимается вкладышами / и 3 благодаря пружине 4. Пружи на смягчает удары от колес на ру­левую сошку и устраняет зазор при износе деталей. Ограничитель 5 предотвращает чрезмерное сжатие пружины, а в случае ее поломки не позволяет пальцу выйти из шар­нира.

Рулевые рычаги 7 и 14 (см. рис. 16.2, а, б) соединяются с тягами шарнирно. Шарниры имеют различную конструкцию и тщатель­но защищены от попадания грязи. Смазка попадает в них через мас­ленки. В некоторых моделях авто­мобилей в шарнирах тяг применя­ют пластмассовые вкладыши, не требующие смазки в процессе экс­плуатации автомобиля.

Поперечная рулевая тя­га Я (см. рис. 16.2, а) также имеет трубчатое сечение, на концы кото­рой наворачивают наконечники 7 (см. рис. 16.7, б, в). Концы попереч­ной тяги и соответственно шарнир­ные наконечники имеют правую и левую резьбы для изменения длины тяги при регулировке схождения колес. Наконечники фиксируются на тяге стяжными болтами

 

В поперечных рулевых тягах уста­навливаются шарниры, в которых перемещение пальца 2 допускается только перпендикулярно к тяге. Поперечная рулевая тяга при не­зависимой подвеске передних колес состоит из средней тяги и двух бо­ковых, соединенных шарнирно.

Шарнир состоит из шарового пальца 2, который может иметь головку со сферическими поверх­ностями или шаровую, и двух экс­центриковых вкладышей 9, прижима­емых к пальцу пружиной 4, удер­живаемой пробкой. При таком устройстве пружины не нагружаются силами, действующими на попе­речную рулевую тягу, и устранение зазора при износе деталей шар­нира происходит автоматически. Ша­ровые пальцы устанавливают в ко­нусные, отверстия рычагов 10 и закрепляют гайками 11.

На некоторых легковых автомоби­лях применяют рулевые управле­ния повышенной безопасности с энергопоглощающим устройством, которые уменьшают усилия, нано­сящие травму водителю при ава­риях.

Так, на автомобилях ГАЗ-3102 «Волга» энергопоглощающим уст­ройством служит резиновая муфта, соединяющая две части рулевого вала, а на автомобилях АЗЛК-2140 рулевой вал и рулевая колонка вы­полнены составными, что дает воз­можность перемещаться рулевому валу незначительно внутрь салона при столкновениях автомобилей.

Кроме того, рулевое колесо делают с утопленной ступицей и мягкой накладкой, что значительно умень­шает тяжесть травмы, получаемой водителем при ударе о него. Могут применяться и другие устройства, повышающие травмобезопасность водителя.

Усилители рулевых приводов

Чтобы уменьшить усилия, затра­чиваемые при повороте рулевого колеса, смягчения ударов, передаю­щихся на рулевое колесо при на­езде управляемых колес на неров­ности дороги, и повышения безопас­ности при разрыве шин переднего колеса, в конструкцию рулевого управления некоторых автомоби­лей вводят специальные усилители. Усилители бывают гидравлические и пневматические.

Наибольшее распространение по­лучили гидравлические усилители, объединенные с рулевым механизмом в одном картере (на автомобилях ЗИЛ-130, КамАЗ-5320 и др.) или вы­полненные отдельно от рулевого ме­ханизма (на автомобилях ГАЗ-66, МАЗ-5335 и др.).

 

 

На автомобиле ЗИЛ-130 и его модификациях рулевое управле­ние с гидроусилителем (рис. 16.8, а) состоит из рулевого колеса /, руле­вого вала, размещенного внутри ру­левой колонки 2, карданной пере­дачи 4 рулевого управления с двумя карданами 3, рулевого механизма 5, объединенного в одном агрегате с гидроусилителем, насоса 6 гидроуси­лителя, соединенного с рулевым ме­ханизмом шлангами высокого 8 и низкого 7 давления, и рулевого при­вода.

В гидросистему усилителя (рис. 16.8, б) входит лопастной насос 9, помещенный в корпусе и приводи­мый в действие клиновидным рем­нем от шкива коленчатого вала, ба­чок 22 для жидкости, цилиндр 21. усилителя и клапан 16 управ­ления.

В цилиндре 21 перемещается пор­шень-рейка 18, в которую входит гайка, получающая осевое переме­щение при поворачивании винта 17. К цилиндру 21, который служит одновременно картером гидроусили­теля, крепится корпус клапана 16 управления, в котором расположен золотник 15, перемещающийся приповороте вала. С поршнем-рейкой 18 входит в зацепление зубчатый сек­тор 20, изготовленный вместе с валом 19, который установлен в бронзовых втулках в приливе корпу­са и боковой крышки.

При прямолинейном движении автомобиля жидкость, подаваемая насосом 9, проходит через клапан 16 управления и обе полости цилиндра 21 усилителя и возвращается в ба­чок 22. Поворот рулевого колеса вправо или влево вызывает пере­мещение золотника 15 по отношению к корпусу клапана 16 управления. Золотник 15 отключает одну из по­лостей цилиндра усилителя, увели­чивая подачу жидкости в другую полость. В результате жидкость да­вит на поршень-рейку 18, вызывая поворот зубчатого сектора 20, свя­занного с рулевой сошкой, и помогая водителю в повороте управляемых колес автомобиля. Клапан 16 управ­ления усилителем центрируется ше­стью пружинами 13 и шестью парами реактивных плунжеров 14. Аварий­ный шариковый клапан 12 при не­работающем насосе или поврежденном шланге соединяет линию высо­кого давления с линией слива жид­кости. Для ограничения подачи жид­кости в систему при высоких ско­ростях вращения вала насоса предус­мотрен перепускной клапан 10, а для предохранения системы от повышен­ного (6—7 МПа) давления — пре­дохранительный клапан 11, располо­женный внутри перепускного.

В качестве рабочей жидкости в гидроусилителе применяют всесезонное масло марки Р. Его заме­нителем может быть летом турбин­ное масло 22 или индустриальное 20, зимой — веретенное АУ.

Люфт рулевого колеса автомо­биля ЗИЛ-130, который не должен превышать 15°, проверяют при рабо­тающем двигателе на минималь­ной частоте вращения коленчатого вала.

На автомобиле МАЗ-5335 и его модификациях устанавливают гидроусилитель (рис. 16.9), выпол­ненный отдельно от рулевого меха­низма. Гидроусилитель состоит из распределителя, расположенного в корпусе 14, корпуса 11 шаровых

 

 

шарниров и силового цилиндра 9. В гидросистему усилителя входит также шестеренчатый насос, уста­новленный на двигателе автомоби­ля, бачок для масла, соединительные шланги и трубопроводы 2 и 13.

В корпусе 14 распределителя име­ется золотник /. На внутренней по­верхности золотника сделаны три кольцевые канавки. Крайние из них сообщаются между собой кана­лом и имеют связь с нагнетатель­ной магистралью насоса, а сред­няя — через сливную магистраль с бачком насоса. На внешней поверх­ности золотника имеются две коль­цевые канавки, сообщающиеся кана­лами одна с левой, а другая с пра­вой реактивными камерами, пред­ставляющими собой замкнутую по­лость. Корпус 14 распределителя прикреплен к фланцу корпуса // шарниров.

В корпусе шарниров размещены два шаровых пальца 12 и 5. Па­лец 12 соединен с рулевой сошкой, а палец 5—с продольной рулевой тягой. Оба пальца зажаты между сферическими сухарями 6 пробкой 3 и регулировочной гайкой 8 посред­ством пружин. Палец 12 рулевой сошки помещен в стакане 4, который может перемещаться в корпусе // в осевом направлении в пределах 4 мм. Вместе со стаканом 4 пере­мещается и золотник /, так как он жестко связан с ним болтом и гайкой.

Корпус 7 силового цилиндра 9 соединен с другим концом корпуса // шарниров при помощи резьбового соединения. Внутри силового ци­линдра перемещается поршень 10 со штоком, который шарнирно соеди­нен с рамой автомобиля. Полости цилиндра, разделенные поршнем, соединены трубопроводами с кана­лами корпуса распределителя и полостью золотника.

При работающем двигателе ав­томобиля насос непрерывно подает масло по нагнетательной магистрали в распределитель гидроусилителя При прямолинейном движении авто­мобиля циркуляция масла осущест­вляется от насоса к распределителю гидроусилителя и далее по сливной магистрали возвращается в бачок насоса.

При повороте рулевого колеса влево или вправо рулевая сошка че­рез шаровой палец 12 перемещает золотник / в сторону от нейтраль­ного положения. При этом нагнета­тельная и сливная полости в кор­пусе золотника / разобщаются сред­ним буртиком золотника и масло начинает поступать в соответствую­щую полость силового цилиндра 9, перемещая его относительно порш­ня 10, закрепленного на штоке. Дви­жение цилиндра передается управ­ляемым колесам через шаровой па­лец 5 и связанную с ним продоль­ную рулевую тягу. Если прекратить вращение рулевого колеса, золот­ник- / останавливается, но корпус 14 распределителя будет переме­щаться до тех пор, пока золотник не установится в нейтральное по­ложение. При этом начинается слив масла в бачок и поворот колес прекращается.

Гидроусилитель обладает высо­кой чувствительностью. Для пово­рота колес необходимо перемещение золотника на 0,4—0,6 мм. Усилие на рулевом колесе в начале пово­рота колес не превышает 50 Н, а наибольшее усилие — 200 Н, которое зависит от сопротивления дорож­ного покрытия.

 

 

⇐ Предыдущая1234Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: