Рулевой механизм автомобиля. Назначение рулевого управления.

Назначение рулевого управления. Рулевое управление — совокупность механизмов автомобиля, обеспечивающих его движение в заданном направлении.

Рулевое управление (рис. 1) 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, В результате работы рулевого механизма продольная тяга перемещается сошкой вперед или назад, вызывая этим поворот одного колеса влево или вправо, а рулевая трапеция передает поворачивающий момент на другое колесо. Рулевая трапеция представляет собой шарнирный четырехзвенник, образуемый балкой переднего моста (или картером переднего ведущего моста), поперечной рулевой тягой 1, левым 2 и правым 10 рычагами рулевой трапеции. Последние соединены с поворотными кулаками, на которых насажены управляемые колеса.

Рис.1. Рулевое управление автомобиля: 1— поперечная тяга; 2 — левый рычаг рулевой трапеции; 3 — поворотный кулак; 4 — поворотный рычаг; 5 — продольная тяга; 6 — сошка; 7 — рулевой механизм; 8 — вал рулевого колеса; 9 — рулевое колесо; 10 — правый рычаг рулевой трапеции

Благодаря наличию рулевой трапеции управляемые колеса поворачиваются на разные углы: внутреннее (ближайшее к центру поворота) колесо на больший угол, чем внешнее, что обеспечивает качение колес при повороте без существенного скольжения. Разница в углах поворота определяется величиной угла наклона левого и правого рычагов рулевой трапеции.

Рулевой механизм. Рулевой механизм представляет собой или червячную, или винтовую, или кривошипную, или зубчатую передачи, или комбинацию таких передач. Большее распространение получил рулевой механизм в виде червячной передачи с червяком глобоидальной формы. К этому типу относят рулевые механизмы легковых и многих грузовых автомобилей семейства ГАЗ.

Рулевые механизмы с двухгребневым роликом на шарикоподшипниках имеют автомобили УАЗ-469. Рулевым механизмом с трехгребневым роликом снабжены грузовые автомобили ГАЗ-53А, ГАЗ-53-12 и ГАЗ-66. В рулевом механизме автомобиля ГАЗ-53А (рис. 2) рулевое колесо закреплено на верхнем конце вала 10. На противоположном конце вала на шлицы напрессован глобоидальный червяк 13, опирающийся на конические роликоподшипники 12 и 21. В зацеплении с червяком находится трехгребневой ролик 16, посаженньий на двух шарикоподшипниках 15 и 20, между которыми помещена распорная втулка 17. Ось 14 закреплена в вильчатом кривошипе 18 вала 7 сошки 8. Картер 19 рулевого механизма прикреплен болтами к левому лонжерону рамыВал 7 сошки уплотнен сальником 6. Вал имеет сдвоенные шлицы, обеспечивающие правильность установки сошки под необходимым углом. На картере рулевого механизма сделаны выступы, служащие упорами для ролика при поворотах сошки из среднего положения в крайние на угол 45°.

Рис.2. Рулевой механизм автомобиля ГАЗ-53А: 1 — стопорная шайба; 2 — хвостовик вала сошки; 3 — винт; 4 и 9 — гайки; 5 — штифт; 6 и 22 — сальники; 7 — вал сошки; 8 — сошка; 10 — вал; 11 — трубка; 12, 15, 20 и 21 — подшипники; 13 — глобоидальный червяк; 14 — ось ролика; 16 — ролик; 17 — распорная втулка; 18 — кривошип;19 — картер; 23 — пружина; 24 - прокладка

Другим распространенным типом рулевого механизма является винтовая передача с циркулирующими шариками и зубчатым зацеплением.

Комбинированный рулевой механизм автомобиля МАЗ-5335 (рис. 3) представляет собой винт 12, который проходит внутри гайки-рейки 6, находящейся в зацеплении с зубчатым сектором 7. В винтовые канавки между гайкой-рейкой 6 и винтом 12 при сборке заложено два ряда шариков.

Рис.3.Рулевой механизм автомобиля МАЗ-5335: 1 — сошка; 2 и 77 — сальники; 3 — упорное кольцо; 4 — подшипник вала сектора; 5 — картер; б — гайка-рейка; 7 — зубчатый сектор; 8 — регулировочные прокладки; 9 — болт крепления крышки; 10 — нижняя крышка; 11 — подшипник винта; 12 — винт; 13 и 75 — направляющие шариков; 14 — шарики; 16 — пробка отверстия для заливки масла; 18 — опорная пластина; 19 — гайка регулировочного винта; 20 — боковая крышка картера; 21 — контргайка; 22 — регулировочный винт.

Движение шариков в винтовых канавках ограничено направляющими 13 и 15. Высокая точность деталей механизма обеспечивает легкое и плавное вращение винта в гайке-рейке. Сектор 7 рулевого механизма, изготовленный как одно целое с валом сошки, установлен на игольчатых подшипниках 4. Зубья сектора выполнены с переменной по длине толщиной, что позволяет регулировать зазор в зацеплении с рейкой, перемещая в осевом направлении сектор регулировочным винтом 22. Винт 12 вращается в двух роликоподшипниках 11 и соединяется с рулевым валом карданным шарниром. Привод рулевого управления снабжен гидроусилителем 2 (рис. 4).

Рис.4. Рулевое управление автомобиля МАЗ-5335: 1 — продольная рулевая тяга; 2 — гидроусилитель рулевого привода; 3 — сошка; 4 — рулевой механизм; 5 - карданный шарнир привода рулевого управления; 6 — рулевой вал; 7 - рулевое колесо; 8 — поперечная рулевая тяга; 9 — левый рычаг поперечной рулевой тяги; 10 — поворотный рычаг

Рулевое управление автомобиля ЗИЛ-130 (рис. 5) включает рулевой механизм 10 с гидроусилителем рулевого привода, масло к которому подается насосом 1. движение от рулевого колеса к рулевому механизму передается через два карданных шарнира 8, карданный вал 9 и вал рулевого колеса, проходящего внутри рулевой колонки 5.

Рис.5. Рулевое управление автомобиля ЗИЛ-130: 1— насос гидроусилителя; 2 — бачок насоса; 3 — шланг низкого давления; 4 — шланг высокого давления; 5 — колонка; б — контактное устройство сигнала; 7 — переключатель указателей поворота; 8 — карданный шарнир; 9 — карданный вал; 10 — рулевой механизм; 11 — сошка

У рулевого механизма автомобиля ЗИЛ-130 (рис. 6) поршень-рейка 5 одновременно является поршнем гидроусилителя и рейкой рулевого механизма, которая находится в зацеплении с зубчатым сектором 29 вала 37 рулевой сошки. Водитель с помощью рулевого колеса через вал и карданную передачу вращает винт 7, по которому на циркулирующих шариках 10 перемещается шариковая гайка 8. Вместе с гайкой вдоль винта перемещается поршень рейка 5, поворачивающая зубчатый сектор 29 вала сошки. Зазор в зацеплении зубьев рейки и сектора можно регулировать, смещая в осевом направлении вал сошки, так как зубья имеют переменную по длине толщину.

Рис. 6. Рулевой механизм автомобиля ЗИЛ-130: 1-нижняя крышка; 2, 14, 27, 31 и35-уплотнительные резиновые кольца; 3-заглушка; 4-картер рулевого механизма; 5 - поршень-рейка; 6-разрезное кольцо; 7- винт рулевого механизма; 8- шариковая гайка; 9- желоб; 10- шарик; 11-уплотнительное чугунное разрезное кольцо поршня; 12- промежуточная крышка; 13- упорный шарикоподшипник; 15- шариковый клапан; 16- золотник; 17-корпус клапана управления; 18 - пружинная шайба; 19 - регулировочная гайка; 20 - верхняя крышка; 21 - игольчатый подшипник; 22 и 41 - упорные кольца сальника; 23 и 42 - замочные кольца; 24 и 40 -сальники; 25- реактивная пружина; 26- реактивный плунжер; 28- установочный винт; 29 —сектор; 30 -боковая крышка; 32 -упорная шайба; 33 -регулировочная шайба; 34 -стопорное кольцо; 36 -регулировочный винт; 37 -вал сошки; 38 -сливная пробка с магнитом; 39 -втулка вала сошки; 43 — сошка

При сборке рулевого механизма вначале в винтовые канавки шариковой гайки 8 и винта 7, в желоба 9 закладывают шарики 10, а затем гайку закрепляют установочными винтами 28, которые раскернивают. Шарики, выкатывающиеся при повороте винта с одного конца гайки, возвращаются к другому ее концу по двум штампованным желобам 9, вставленным в отверстия паза винтовой канавки шариковой гайки 8.

Металлические частицы, попадающие в масло, залитое в картер рулевого механизма, улавливаются магнитом пробки 38.

Реечный рулевой механизм (рис. 7) получил широкое применёние на переднеприводных легковых автомобилях ВАЗ2 108 Спутник и АЗЛК-2141 Москвич. Он сравнительно прост в изготовлении и позволяет уменьшить количество шарниров рулевых тяг.

Реечное рулевое управление: 1-тяги, 2-шаровой шарнир, 3- поворотные рычаги, 4 и 5- тяги, 6- болты, 7- соединительная пластина, 8- резинометаллические шарниры, 9- рейка, 10- картер, 11- эластичная муфта, 12- рулевое колесо, 13, 14, 15 и 17-подшипники, 16- шестерня.

Рулевой привод. Рулевой привод (рис. 8) включает сошку 2, продольную тягу 3, поворотный рычаг 7, левый и правый поворотные кулаки 6 и детали рулевой трапециии. Рулевая трапеция может быть задней или передней, т. е. с поперечной рулевой тягой, расположенной сзади переднего моста или перед ним. Различают цельную (единую, рис. 7, а) трапецию, применяемую при зависимой подвеске колес, и расчлененную (рис. 7,б), 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.

Рис.8. Рулевой привод: а — задняя цельная трапеция; б — передняя расчлененная трапеция; 1 — рулевой механизм; 2 — сошка; З — продольная тяга; 4 — рычаг рулевой трапеции; 5 — поперечная тяга; б — поворотный кулак; 7— поворотный рычаг; 8 — стойка; 9 и11 — боковые тяги; 10 — маятниковый рычаг; 12 — средняя тяга

Усилители рулевого привода. Если на управляемые колеса приходится большая нагрузка (грузовые автомобили большой и средней грузоподъемности и автобусы), то управление затрудняется необходимостью приложения к рулевому колесу значительного усилия, достигающего 400 Н. В тех случаях, когда работа водителя не может быть облегчена увеличением передаточного числа рулевого механизма, конструкция привода предусматривает применение усилителей. Они повышают безопасность движения, так как позволяют сохранять управляемость автомобилем даже в случае разрыва шины на одном из передних колес, уменьшают усилия, затрачиваемые водителем при повороте управляемых колес, и смягчают толчки, передающиеся на рулевое управление при движении автомобиля по неровной дороге.

Усилители могут быть двух типов — гидравлические и пневматические. По месту расположения гидроусилитель может быть встроенным или отдельным. Автомобили ЗИЛ-130 и КамАЗ-5320 имеют встроенные гидроусилители, а автомобиль МАЗ-5335 — отдельный.

Встроенный гидроусилитель автомобиля ЗИЛ-13О (см. рис. 9) Если возникающая при вращении винта осевая сила больше силы предварительного сжатия пружин 25, то винт и золотник 16 смещаются вверх или вниз в зависимости от направления вращения винта, сообщая одну из полостей картера рулевого механизма с линией высокого давления, а другую — со сливным каналом (рис. 9). Давление масла на торцы поршня-рейки неодинаково, поэтому создается дополнительная сила, способствующая повороту управляемых колес.

Положение деталей гидроусилителя на рис. 9,а соответствует прямолинейному движению автомобиля, когда масло свободно перекачивается насосом 6 в бачок, поскольку нагнетательный и сливной каналы соединены между собой (нейтральное положение золотника 14).

При повороте колес автомобиля вправо золотник перемещается также вправо (рис. 9,б), поскольку сила, действующая на поршень-рейку со стороны сектора и пропорциональная усилию, прикладываемому водителем к рулевому колесу, больше силы пружин реактивных плунжеров 13. При этом линия высокого давления соединяется с полостью справа от поршня, а полость слева от поршня соединяется со сливным каналом. Поворот колес автомобиля облегчается благодаря дополнительной силе, создаваемой давлением масла на поршень.

В случае поворота колес автомобиля влево золотник перемещается также влево (рис. 9, в) вследствие соединения полости слева от поршня с линией высокого давления, а полости справа от поршня со сливным каналом.

Рис.9. Схемы работы гидроусилителя рулевого привода автомобиля ЗИЛ-130: а — нейтральное положение; б — перемещение золотника вправо; в — перемещение золотника влево; 1 и 7 — перепускные клапаны; 2 —сапун; 3 и 4 — сетчатые фильтры; 5 — коллектор; 6 — насос; 8 — предохранительный клапан; 9 и 10 — демпфирующие отверстия; 11 —калиброванное отверстие; 12 — шариковый клапан; 13—реактивный плунжер; 14 — золотник; 15 — винт рулевого механизма; 16 — вал сошки; 17 — картер рулевого механизма