Задание №11 РУЛЕВЫЕ УПРАВЛЕНИЯ
Цель работы: изучение конструкции рулевых приводов и механизмов.
Оборудование и инструменты: разрезные механизмы типа «глобоидальный червяк и ролик», «червяк и зубчатый сектор», «винт - шариковая гайка» и «рейка - зубчатый сектор»; рулевые механизмы с распределителем и со встроенным гидроусилителем; узлы и детали гидроусилителей; рулевое управление на шасси автомобиля; плакаты и видеоматериалы, иллюстрирующие конструкции изучаемых механизмов.
Требуется:
1 Описать основные типы рулевых механизмов.
2 Изучить и описать устройство, привести схему рулевого управления автомобиля ВАЗ-2105.
3 Изучить устройство и конструктивные особенности современных легковых, грузовых автомобилей и автобусов.
4 Привести схему и описать принцип действия гидроусилителя.
Краткие сведения из теории
Рулевым управлением называется совокупность устройств, осуществляющих поворот управляемых колес автомобиля. Оно служит для изменения и поддержания направления движения автомобиля и в значительной степени обеспечивает безопасность движения автомобиля.
Рулевой привод состоит из рулевой сошки, рулевых тяг, рычагов маятниковых и поворотных цапф, а также рулевого усилителя, устанавливаемого на ряде автомобилей. При этом рулевые тяги и рычаги поворотных цапф образуют рулевую трапецию, которая определяет тип рулевого привода.
Рулевое управление оказывает существенное влияние на управляемость, маневренность, устойчивость и безопасность движения автомобиля. Поэтому, кроме общих требований к конструкции автомобиля, к нему предъявляются специальные требования, в соответствии с которыми рулевое управление должно обеспечивать:
- минимальный радиус поворота для высокой маневренности автомобиля;
- легкость управления автомобилем;
- пропорциональность между усилием на рулевом колесе и сопротивлением повороту управляемых колес (силовое следящее действие);
- соответствие между углами поворота рулевого колеса и управляемых колес (кинематическое следящее действие);
- минимальную передачу толчков и ударов на рулевое колесо от дорожных неровностей;
- предотвращение автоколебаний (самовозбуждающихся) управляемых колес вокруг осей поворота;
- минимальное влияние на стабилизацию управляемых колес;
- травмобезопасность, исключающую травмирование водителя при любых столкновениях автомобиля.
Рулевое управление автомобиля состоит из двух частей - рулевого механизма и рулевого привода.
Соответствие конструкции рулевого управления предъявляемым требованиям зависит от правильного выбора параметров рулевого управления — рулевого механизма и рулевого привода.
Рулевой механизм. Рулевым называется механизм, преобразующий вращение рулевого колеса в поступательное перемещение рулевого привода, вызывающее поворот управляемых колес автомобиля. Он служит для увеличения усилия водителя, прилагаемого к рулевому колесу, и передачи его к рулевому приводу. Увеличивать усилие водителя необходимо для облегчения управления автомобилем. Увеличение усилия, прилагаемого к рулевому колесу, происходит за счет передаточного числа рулевого механизма, которое зависит от типа автомобиля и составляет для различных автомобилей 15-25. Такие передаточные числа за один-два полных оборота рулевого колеса обеспечивают поворот управляемых колес автомобиля на максимальные углы, равные 35-45°.
В рулевой механизм входят рулевое колесо, рулевой вал и рулевая передача, которая определяет тип рулевого механизма.
К рулевым механизмам, кроме общих требований к конструкции автомобиля, предъявляется ряд дополнительных требований. В соответствии с этими требованиями рулевые механизмы должны обеспечивать:
- высокий КПД при передаче усилия от рулевого колеса к управляемым колесам для легкости управления автомобилем и несколько меньший КПД в обратном направлении для уменьшения толчков и ударов на рулевом колесе от дорожных неровностей;
- обратимость механизма, исключающую снижение стабилизации управляемых колес автомобиля;
- минимальный зазор в зацеплении механизма при нейтральном положении управляемых колес и возможность регулирования этого зазора в процессе эксплуатации;
- заданный характер изменения передаточного числа механизма. На рисунке 11.1 [5] показаны основные типы рулевых механизмов.
Рисунок 11.1- Рулевые передачи: а- червячно-роликовая; б червячно-секторная; в - винтореечная; г- реечная: 1,5 - червяки; 2,4, 11 - валы; 3 - ролик; 6,10- секторы; 7- винт; 8 - гайка-рейка; 9 - шарик; 12 - рейка;
13 - шестерня
Червячные рулевые механизмы. Эти механизмы применяются на легковых, грузовых автомобилях и автобусах. Наибольшее распространение получили червячно-роликовые рулевые механизмы, рулевая передача которых состоит из червяка и ролика (см. рисунок 11.1, а). Червяк 1 имеет форму глобоида - его диаметр в средней части меньше, чем по концам. Такая форма обеспечивает надежное зацепление червяка с роликом 3 при повороте рулевого колеса на большие углы. Ролики могут быть двухгребневыми или трехгребневыми. Двухгребневые ролики применяются в рулевых механизмах легковых автомобилей, а трехгребневые - в рулевых механизмах грузовых автомобилей и автобусов.
При вращении червяка 7, закрепленного на рулевом валу 2, момент от червяка передается ролику 5, который установлен на подшипнике на оси, размещенной в пазу вала 4 рулевой сошки. При этом благодаря глобоидной форме червяка обеспечивается надежное зацепление его с роликом при повороте рулевого колеса на большие углы.
Червячно-роликовые рулевые механизмы имеют небольшие габаритные размеры, надежны в работе и просты в обслуживании. Их КПД достаточно высокий и составляет 0,85 при передаче усилий от рулевого колеса на управляемые колеса и 0,7 - от управляемых колес к рулевому колесу. Поэтому усилия водителя, затрачиваемые на преодоление трения в рулевом механизме, невелики.
При повороте рулевого колеса передаточное число этого рулевого механизма от среднего положения к крайним несколько возрастает (примерно на 5-7 %). Однако при практических расчетах передаточное число червяч- но-роликового рулевого механизма можно считать постоянным.
Червячно-секторные (червячно-спироидные) рулевые механизмы получили меньшее распространение и применяются только на грузовых автомобилях. Рулевая передача этих механизмов (см. рисунок 11.1, б) состоит из цилиндрического червяка 5 и бокового сектора 6 со спиральными зубьями, который выполнен совместно с валом рулевой сошки. Механизмы имеют небольшое давление на зубья при передаче больших усилий и небольшое изнашивание. Однако из-за наличия трения скольжения их КПД низкий и равен 0,7 и 0,55 соответственно при передаче усилия от рулевого колеса и обратно.
Винтовые рулевые механизмы. Эти механизмы используют на тяжелых грузовых автомобилях. Наибольшее применение получили винтореечные механизмы.
Винтореечная рулевая передача (см. рисунок 11.1, в) включает в себя винт 7, шариковую гайку-рейку 8 и сектор 10, изготовленный вместе с валом 11 рулевой сошки. Вращение винта 7 преобразуется в поступательное перемещение гайки, на которой нарезана рейка, находящаяся в зацеплении с зубчатым сектором 10 вала рулевой сошки. Для уменьшения трения и повышения износостойкости соединение винта с гайкой осуществляется через шарики 9.
КПД винтореечного механизма в обоих направлениях почти одинаков, достаточно высокий и находится в пределах 0,8-0,85. Поэтому при винторе- ечном рулевом механизме применяют гидроусилитель руля, который воспринимает толчки и удары, передаваемые на рулевое колесо от неровностей дороги.
Винторычажные рулевые механизмы в настоящее время применяются редко, так как имеют низкий КПД и значительное изнашивание, которое невозможно компенсировать регулировкой.
Зубчатые рулевые механизмы. Эти механизмы применяются в основном на легковых автомобилях малого и среднего классов.
Шестеренные рулевые механизмы, имеющие цилиндрические или конические шестерни, используются редко.
Наибольшее применение получили реечные рулевые механизмы.
Реечная рулевая передача (см. рисунок 11.1, г) состоит из шестерни 13 и рейки 12. Вращение шестерни 13, закрепленной на рулевом валу, вызывает перемещение рейки 12, которая выполняет роль поперечной рулевой тяги.
Реечные рулевые механизмы просты по конструкции, компактны и имеют наименьшую стоимость по сравнению с рулевыми механизмами других типов. Их КПД очень высок, приблизительно одинаков в обоих направлениях и равен 0,9-0,95.
Из-за большого значения обратного КПД реечные рулевые механизмы без усилителя устанавливают на легковых автомобилях особо малого и малого классов, так как только в этом случае они способны поглощать толчки и удары, которые передаются от дорожных неровностей на рулевое колесо. На легковых автомобилях более высокого класса с реечным рулевым механизмом применяют гидроусилитель руля, поглощающий толчки и удары со стороны дороги.
Рулевой привод - система тяг и рычагов, осуществляющая связь управляемых колес автомобиля с рулевым механизмом. Он служит для передачи усилия от рулевого механизма к управляемым колесам и для обеспечения правильного поворота колес. В основном применяют механические рулевые приводы, хотя известны конструкции с гидравлическим и электрическим приводом.
В соответствии с предъявляемыми требованиями рулевой привод должен:
5 обеспечивать правильное соотношение углов поворота управляемых колес, исключающее боковое скольжение колес автомобиля;
6 не допускать автоколебания (самовозбуждающихся) управляемых колес вокруг шкворней (осей поворота);
7 предотвращать самопроизвольный поворот управляемых колес при колебаниях автомобиля на упругих устройствах подвески.
Рулевая трапеция. Основной частью рулевого привода является рулевая трапеция, образованная поперечными рулевыми тягами, рычагами поворотных цапф и осью управляемых колес. Основанием трапеции является ось колес, вершиной - поперечные тяги, а боковыми сторонами - рычаги поворотных цапф. Рулевая трапеция служит для поворота управляемых колес на разные углы. Внутреннее колесо (по отношению к центру поворота автомобиля) поворачивается на больший угол, чем наружное колесо. Это необходимо, чтобы при повороте автомобиля колеса катились без бокового скольжения и с наименьшим сопротивлением. В противном случае ухудшится управляемость автомобиля, возрастут расход топлива и изнашивание шин.
Рулевая трапеция может быть передней или задней. Передней называется рулевая трапеция, которая располагается перед осью передних управляемых колес, задней - за осью передних управляемых колес. Применение на автомобилях рулевого привода с передней или задней рулевой трапецией зависит от компоновки автомобиля и его рулевого управления. При этом рулевой привод может быть с неразрезной или разрезной рулевой трапецией. Использование рулевого привода с неразрезной или разрезной трапецией зависит от подвески передних управляемых колес автомобиля. Неразрезной называется рулевая трапеция, имеющая сплошную поперечную рулевую тягу, соединяющую управляемые колеса. Она применяется при зависимой подвеске передних управляемых колес на грузовых автомобилях и автобусах. Разрезной называется рулевая трапеция, которая имеет многозвенную поперечную рулевую тягу, соединяющую управляемые колеса. Она используется при независимой подвеске.
Конструкции рулевого управления легковых автомобилей. Характерная конструкция рулевого управления легкового автомобиля с независимой подвеской на поперечных рычагах показана на рисунке 11.2 [1].
Рисунок 11.2 - Рулевое управление автомобиля ВАЗ-2105 (а) и его рулевой механизм (б): I - боковые тяги; 2 рулевая сошка, 3 - средняя поперечная тяга; 4 - маятниковый рычаг; 5 - регулировочная муфта; 6 поворотные цапфы; 7- поворотные рычаги; 8 - ось маятникового рычага; 9 - редуктор рулевого механизма, 10,12,13- нижний средний и верхний рулевые
валы; 11 - карданные шарниры; 14 - рулевое колесо; 15 - шаровый шарнир; 16 - вкладыш шарнира; 17 - шаровый палец; 18 - пружина шарнира; 19— опорная шайба; 20 - картер рулевого механизма; 21,25 - вал рулевого механизма; 22 - шайба; 23 - крышка рулевого механизма;
24 - регулировочный винт, 26 - глобоидальный червяк; 27 - двухгребневый ролик; 28 - ось
Ролика
В рулевой механизм автомобиля ВАЗ-2105 входят следующие узлы:
8 рулевое колесо 14;
9 нижний 10, средний 12, верхний 13 рулевые валы;
10 редуктор рулевого механизма 9.
Верхний вал вращается в двух радиально-упорных подшипниках, установленных в трубе кронштейна, прикрепленного к панели кузова автомобиля.
Средний вал 12, карданные шарниры 11 которого выполнены на игольчатых подшипниках, соединяет валы 10 и 13.
На выходном валу редуктора в строго определенном положении установлена сошка 2 рулевого привода. С нею шарнирно соединены средняя поперечная тяга 3 и левая боковая тяга 1. Средняя поперечная тяга другим концом связана с маятниковым рычагом 4, который может поворачиваться вместе с осью 8 маятникового рычага в двух втулках кронштейна, закрепленного на правом лонжероне кузова.
Боковые тяги 1 соединены с поворотными рычагами 7 поворотных цапф 6. Боковые тяги имеют два наконечника, соединенные разрезной регулировочной муфтой 5 с двумя хомутами, стянутыми болтами. Хвостовики обоих наконечников имеют резьбу правого и левого направлений, что позволяет регулировать схождение колес с помощью регулировочной муфты.
Крепление тяг к рычагам и сошке осуществляется шестью одинаковыми шаровыми шарнирами 15, состоящими из пальца 17 с шаровой головкой, вкладыша 16, поджатого пружиной 18, 11 опорной шайбы 19. Шаровая головка пальца вместе с вкладышем вставлена в конусную расточку головки наконечника тяги, а вкладыш, поджатый пружиной, автоматически устраняет зазор, возникающий по мере изнашивания пальца и вкладыша. От попадания влаги и грязи шарнир защищен резиновым чехлом.
Рулевой механизм представляет собой червячный редуктор, состоящий из глобоидального червяка 26 и двухгребневого ролика 27, помещенных в картер 20. Червяк, напрессованный на вал 25, вращается в двух радиально- упорных подшипниках. Зазоры в подшипниках регулируют прокладками, которые устанавливают между картером и крышкой. Ролик 27, находящийся в зацеплении с червяком, установлен на ось 28 и вращается в двухрядном шарикоподшипнике. Вал сошки вращается в двух бронзовых втулках. Положение вала фиксировано регулировочным винтом 24, ввернутым в крышку 23. Головка винта со специально подобранной шайбой 22 заведена в паз головки вала 21.
Червячные редукторы применяют также в рулевых механизмах автомобилей ГАЗ-ЗЮ2, ГАЗ-5ЭА, УАЗ и др. Они имеют практически постоянное передаточное число и достаточно высокий прямой КПД (0,85 при обратном КПД, равном 0,70).
Зазор в зацеплении червяка с роликом переменный: малый в середине червяка и увеличивающийся к концам. За счет этого предотвращается заедание рулевой пары после устранения регулировкой увеличенного зазора, появляющегося в этом зацеплении при изнашивании в процессе работы средней части червяка.
Рулевое управление легковых автомобилей ВАЗ с передним приводом показано на рисунке 11.3 [1]. Оно левое, травмобезопасное, без усилителя. Травмобезопасность рулевого управления обеспечивается специальным гасящим (демпфирующим) устройством, через которое рулевое колесо крепится к рулевому валу.
Рисунок 11.3 - Рулевое управление легковых автомобилей ВАЗ с передним приводом
1 - рычаг; 2 - шарнир; 3, 5- тяги; 4, 34 - гайки;
6 - палец; 7, 13 - чехлы; 8 - вкладыш; 9. 33 - пружины; 10, 20- болты; 11 - скоба; 12- опора; 14. 15 -пластаны, 16. /7-втулки; 18 - рейка; 19 - картер; 21 - муфта; 22 - гасящее устройство; 23 - рулевое колесо; 24, 29, 31 - подшипники; 25 - вал; 26 - колонка; 27- кронштейн; 28 - колпак; 30 - шестерня; 32 – упор
На автомобилях применяется реечный рулевой механизм с передаточным числом 20,4. В рулевой механизм входят рулевое колесо, рулевой вал и рулевая пара (реечная), состоящая из шестерни и зубчатой рейки. Рулевое колесо 23 через гасящее (демпфирующее) устройство 22, обеспечивающее травмобезопасность рулевого колеса, установлено на шлицах верхнего конца рулевого вала 25, который опирается на радиальный шариковый подшипник 24, установленный в трубе кронштейна 27.
Рулевой вал вместе с рулевой колонкой 26, состоящей из двух частей, с помощью кронштейна 27 крепится к кузову автомобиля. Нижний конец рулевого вала через эластичную муфту 27 со стяжным болтом 20 соединен сошлицевым хвостовиком приводной шестерни 30, которая установлена в алюминиевом картере 19 рулевого механизма на роликовом 29 и шариковом 31 подшипниках. Шестерня находится в зацеплении с зубчатой рейкой 18, прижимаемой к шестерне через упор 32 пружиной 33, поджимаемой гайкой 34. Это обеспечивает беззазорное зацепление приводной шестерни и зубчатой рейки по всему их ходу. Рейка одним концом опирается на упор 32, а другим концом устанавливается в разрезной пластмассовой втулке / 7, которая фиксируется в картере рулевого механизма специальными выступами и уплотняется резиновыми кольцами. Рейка одним концом опирается на упор 32, а другим концом устанавливается в разрезной пластмассовой втулке 1 7, которая фиксируется в картере рулевого механизма специальными выступами и уплотняется резиновыми кольцами.
Ход рейки ограничивается в одну сторону специальным кольцом, напрессованным на нее, а в другую сторону - втулкой 17 резинометалличе- ского шарнира левой рулевой тяги 3, которые упираются в картер рулевого механизма. На картер с одной стороны установлен защитный колпак 28, а с другой - напрессована труба с продольным пазом, закрытая защитным гофрированным чехлом 13, который закреплен двумя пластмассовыми хомутами. Через паз трубы и отверстия в защитном чехле проходят два болта 10, которые крепят рулевые тяги 3 к зубчатой рейке 18 через резинометалличе- ские шарниры. Болты соединены между собой пластиной 14 и фиксируются стопорной пластиной 15. Картер 19 рулевого механизма крепится к передней панели кузова автомобиля при помощи двух скоб 11 через резиновые опоры 12. Между картером и панелью кузова также установлена вибропог- лощающая резиновая опора. Картер рулевого механизма заполнен консистентной смазкой.
Рулевой привод состоит из двух рулевых тяг 3 и поворотных рычагов 7 телескопических стоек передней подвески. Рулевой привод выполнен с разрезной рулевой трапецией, расположенной сзади оси передних колес. Рулевые тяги изготовлены составными. Каждая тяга состоит из двух наконечников, соединенных между собой регулировочной трубчатой тягой 5, фиксируемой на наконечниках гайкой 4. Такое соединение рулевых тяг позволяет изменять их длину при регулировке схождения передних управляемых колес. Рулевые тяги соединяются с поворотными рычагами телескопических стоек с помощью шаровых шарниров 2, которые размещаются в наружных наконечниках рулевых тяг. Шаровой шарнир состоит из шарового пальца б, пластмассового вкладыша 8 и пружины 9. Он защищен резиновым чехлом 7. Шарнир смазывают при сборке, при эксплуатации смазывание не требуется. Палец шарового шарнира конусной частью жестко закреплен в поворотном рычаге 7, приваренном к телескопической стойке передней подвески.
Работа рулевого управления осуществляется следующим образом. При повороте рулевого колеса 23 вместе с ним поворачивается рулевой вал 25, который через эластичную муфту 27 вращает приводную шестерню 30 рулевого механизма. Приводная шестерня перемещает зубчатую рейку 18, которая через рулевые тяги 3 и поворотные рычаги 7 поворачивает телескопические стойки, связанные с поворотными кулаками передних управляемых колес автомобиля. В результате управляемые колеса поворачиваются.
Рулевым усилителем называется механизм, создающий под давлением жидкости или сжатого воздуха дополнительное усилие на рулевой привод, необходимое для поворота управляемых колес автомобиля. Усилитель служит для облегчения управления автомобилем, повышения его маневренности и безопасности движения. Он также смягчает толчки и удары дорожных неровностей, передаваемых от управляемых колес на рулевое колесо, значительно облегчает работу водителя. При его наличии водитель прикладывает к рулевому колесу усилие в 2-3 раза меньшее, чем без усилителя, когда, например, для поворота грузовых автомобилей средней и большой грузоподъемности и автобусов требуется усилие до 400 Н и более. Это весьма существенно, так как из всей затрачиваемой водителем энергии на управление автомобилем до 50 % приходится на рулевое управление.
Маневренность автомобиля с рулевым усилителем повышается вследствие быстроты и точности его действия. Безопасность движения повышается потому, что в случае резкого понижения давления воздуха в шине переднего управляемого колеса при проколе или разрыве шины при наличии усилителя водитель в состоянии удержать рулевое колесо в руках и сохранить направление движения автомобиля.
Однако наличие усилителя приводит к усложнению конструкции рулевого управления и повышению стоимости, к увеличению изнашивания шин, более сильному нагружению деталей рулевого привода и ухудшению стабилизации управляемых колес автомобиля. Кроме того, наличие усилителя на автомобиле требует адаптации водителя.
Виды усилителей и требования к ним. Рулевые усилители применяют на легковых автомобилях, грузовых автомобилях средней и большой грузоподъемности и автобусах. Наибольшее распространение получили гидравлические и пневматические усилители. Принцип действия этих усилителей аналогичен, но в них используется различное рабочее вещество: в гидравлических усилителях - масло (турбинное, веретенное), а в пневматических - сжатый воздух пневматической тормозной системы автомобиля. Кроме этого применяются гидравлические усилители с электронным управлением.
Гидравлические усилители получили наибольшее применение. Так, из всех автомобилей с усилителями 90 % оборудованы гидравлическими усилителями. Они компактны, имеют малое время срабатывания (0,2-2,4 с) и работают при давлении 6-10 МПа. Однако гидравлические усилители требуют тщательного ухода и особо надежных уплотнений, так как течь жидкости приводит к выходу их из строя.
Пневматические усилители в настоящее время имеют ограниченное распространение. Их применяют в основном на грузовых автомобилях большой грузоподъемности с пневматической тормозной системой. Пневматический усилитель включается в работу водителем только в тяжелых дорожных условиях.
Конструкция пневматических усилителей проще, чем гидравлических, так как используется оборудование тормозной пневматической системы автомобиля. Но они имеют большие габаритные размеры, обусловлены^ невысоким рабочим давлением (0,6-0,8 МПа), и значительное время срабатывания (в 5-10 раз больше, чем у гидравлических), что приводит к меньшей точности при управлении автомобилем в процессе поворота.
К рулевым усилителям предъявляют требования, в соответствии с которыми они должны обеспечивать:
11 кинематическое следящее действие (по перемещению), т.е. соответствие между углами поворота рулевого колеса и управляемых колес;
12 силовое следящее действие (по силе сопротивления повороту), т.е. пропорциональность между усилием на рулевом колесе и силами сопротивления повороту управляемых колес;
13 возможность управлять автомобилем при выходе усилителя из строя;
14 действие только в случаях, когда усилие на рулевом колесе превышает 25-100 Н;
15 минимальное время срабатывания;
16 минимальное влияние на стабилизацию управляемых колес автомобиля;
17 смягчение и поглощение толчков и ударов, передаваемых от управляемых колес на рулевое колесо.
Гидроусилитель. Схема гидроусилителя представлена на рисунке 11.4 [6]. Гидроусилитель имеет следующие основные элементы:
18 гидронасос ГН с бачком Б;
19 гидрораспределитель ГР;
20 гидроцилиндр ГЦ.
Гидронасос является источником питания, гидрораспределитель - распределительным устройством, а гидроцилиндр - исполнительным устройством. Гидронасос ГН, приводимый в действие от двигателя автомобиля, соединен нагнетательным 2 и сливным 3 маслопроводами с гидрораспределителем ГР, который установлен на продольной рулевой тяге 6, прикрепленной к поворотному рычагу 7 управляемого колеса 5. Внутри корпуса гидрораспределителя находится золотник /, связанный с рулевым механизмом РМ. Золотник имеет три пояска, а корпус гидроусилителя - три окна. Внутри корпуса между поясками золотника образуются две камеры - а и б. Кроме того, в корпусе имеются еще две реактивные камеры виг, соединенные с камерами а и б осевыми каналами, выполненными в крайних поясках золотника. В реактивных камерах размещены предварительно сжатые центрирующие пружины 4.
Рисунок 11.4 - Схема гидроусилителя: I - золотник; 2, 3, 11 - маслопроводы; 4 пружина; 5 - колесо; 6, 9- тяги; 7,8- рычаги; 10- поршень, А, В - полости; а-г - камеры; Б- бачок; ГН- гидронасос; ГЦ- гидроцилиндр; ГР~ гидрораспределитель; РМ- рулевой механизм
Гидрораспределитель соединен маслопроводами 11 с гидроцилиндром ГЦ, который установлен на несущей системе (раме, кузове) автомобиля. Поршень 10 гидроцилиндра через шток связан с поперечной рулевой тягой 9, соединенной с рычагом 8 поворотной цапфы управляемого колеса.
Поршень делит внутренний объем гидроцилиндра на две полости А и В, которые соединены маслопроводами соответственно с камерами а и б гидрораспределителя. Обе полости гидроцилиндра, все камеры гидрораспределителя и маслопроводы заполнены маслом (турбинное, веретенное).
Работает гидроусилитель следующим образом.
При прямолинейном движении автомобиля золотник / под действием центрирующих пружин 4 и давления масла в реактивных камерах виг удерживается в нейтральном положении, при котором все три окна гидрораспределителя открыты. Масло поступает от гидронасоса через нагнетательный маслопровод 2 в камеры а и б гидрораспределителя, из них по сливному маслопроводу 3 - в бачок Б, а из него - в гидронасос.
Давление масла, установившееся в камерах а и б, передается по маслопроводам /7 в полости А и В гидроцилидра. Давление в этих полостях одинаково.
При повороте автомобиля усилие от рулевого механизма передается на золотник. После преодоления сопротивления центрирующих пружин 4 усилие переместит золотник 1 из нейтрального положения на 1-2 мм в одну или другую сторону в зависимости от направления поворота автомобиля. Нагнетательный маслопровод через гидрораспределитель соединяется с одной из полостей гидроцилиндра, а другая его полость - со сливным маслопроводом. Масло из гидронасоса по нагнетательному маслопроводу 2 поступает в гидрораспределитель, затем в гидроцилиндр и воздействует на поршень 10. Перемещающийся поршень через тягу 9 и рычаг 8 повернет управляемое колесо 5, а масло из гидроцилиндра по сливному маслопроводу 3 поступит в бачок Б и из него - в гидронасос.
Одновременно из-за наличия обратной связи через рычаг 7 и тягу б корпус гидрораспределителя переместится в ту же сторону, в которую был смещен золотник. При этом давление масла в полостях А и В гидроцилиндра уравновесится, и поворот управляемого колеса прекратится.
Угол поворота управляемого колеса будет точно соответствовать углу поворота рулевого колеса - в этом заключается следящее действие гидроусилителя по перемещению. Следовательно, гидроусилитель следит за поворотом рулевого колеса. И если водитель останавливает рулевое колесо, то гидрораспределитель обеспечивает за счет обратной связи фиксацию поршня гидроцилиндра в соответствующем положении. При этом дополнительная подача масла в гидроцилиндр прекращается. С помощью обратной связи также происходит выключение гидроусилителя при возвращении рулевого колеса в нейтральное положение, соответствующее прямолинейному движению автомобиля.
В рулевом управлении без гидроусилителя водитель чувствует дорогу по прилагаемому к рулевому колесу усилию, возрастающему при увеличении сопротивления повороту управляемых колес и наоборот. При гидроусилителе водитель чувствует дорогу за счет следящего действия гидроусилителя по силе - изменения прилагаемого усилия на рулевом колесе. Для этого предназначены реактивные камеры в и г в гидрораспределителе, в каждой из которых давление масла такое же, как в камерах а я б.
При увеличении сопротивления повороту управляемых колес автомобиля возрастает давление масла в одной из реактивных камер. Давление передается на золотник и от него через рулевой механизм РМ на рулевое колесо. При этом усилие для поворота рулевого колеса увеличивается пропорционально сопротивлению поворота управляемых колес. Таким образом, гидроусилитель следит за необходимым для поворота управляемых колес усилием, чтобы водитель чувствовал дорогу, т. е. на хорошей дороге ему было бы легко поворачивать, а на трудной для поворота дороге - несколько тяжелее.
Гидроусилители, применяемые на автомобилях, выполняются в основном по следующим трем вариантам.
1 Рулевой механизм, гидрораспределитель и гидроцилиндр находятся в агрегате, который называется гидрорулем. Конструкция гидроруля сложная, но компактная, имеет малые длину маслопроводов и время срабатывания.
2 Гидрораспределитель и гидроцилиндр расположены в одном агрегате и установлены отдельно от рулевого механизма. Вариант менее сложный, чем гидроруль, но имеет большие длину маслопроводов и время срабатывания. Зато обеспечивается возможность использования рулевого механизма любого типа.
3 Рулевой механизм, гидрораспределитель и гидроцилиндр размещены раздельно. При таком варианте обеспечивается свободное расположение элементов гидроусилителя на автомобиле и применение рулевого механизма любого типа. Однако длина маслопроводов и время срабатывания большие.
Конструкция рулевого управления грузового автомобиля с пневмоуси- лителем. Рулевое управление грузовых автомобилей МАЗ представлено на рисунке 11.5 [6]. Рулевое управление - левое, с передними управляемыми колесами и с усилителем. Рулевой механизм - винтореечный и выполнен в виде винта, шариковой гайки-рейки и сектора. Передаточное число рулевого механизма 23,6. Рулевой привод - с задней неразрезной трапецией. Усилитель гидравлический. Гидрораспределитель и гидроцилиндр объединены в одном блоке отдельно от рулевого механизма.
Рулевое колесо 13 установлено на полом телескопическом рулевом валу 10, находящемся в подшипниках в рулевой колонке 12, которая закреплена шарнирно на кронштейне 11 в кабине автомобиля. Шарнирное крепление рулевой колонки позволяет откидывать кабину автомобиля. Рулевой вал при помощи карданного шарнира 9 соединен с винтом 8 рулевого механизма. Винт установлен в чугунном литом картере 7 на двух сферических роликовых подшипниках, затяжка которых регулируется гайкой 23, ввернутой в крышку 22 картера. Винт связан с гайкой-рейкой 20 через два ряда шариков, циркулирующих по замкнутому контуру. Гайка-рейка находится в постоянном зацеплении с зубчатым сектором 21 вала 6 рулевой сошки 5.
Регулировка зацепления производится путем осевого смещения зубчатого сектора специальным винтом, связанным с валом сошки. Рулевая сошка соединена с корпусом 3 шаровых шарниров, который связан с гидроусилителем. С корпусом шаровых шарниров также соединен передний конец продольной рулевой тяги 2. Задний конец продольной рулевой тяги связан с поворотным рычагом 17 поворотной цапфы 18 левого управляемого колеса, которая через рычаги 16 и 14 и поперечную рулевую тягу 15 соединена с поворотной цапфой правого колеса. Регулировка схождения передних колес производится изменением длины поперечной рулевой тяги при повороте ее в наконечниках.
Рисунок 11.5 — Рулевое управление грузовых автомобилей МАЗ: общий вид; б - рулевой механизм; в - гидроусилитель; г - схема работы гидроусилителя; 1 - гидроцилиндр; 2, 15 - тяги; 3 - корпус; 4 - гидрораспределитель; 5 - сошка. 6, 10 -валы; 7- картер; 8~ винт; 9, 52- шарниры, 11 - кронштейн; 12 колонка; 13 - рулевое колесо; 14, 16, 17 - рычаги; 18 - цапфа; 19 - кольцо; 20 - гайка-рейка; 21 - сектор; 22 - крышка; 23 - гайка; 24 - золотник; 25 - стакан; 26, 27 - пальцы; 28 - трубка; 29 - шток; 30 - поршень; 31 - камера; 33 - клапан
Гидроусилитель представляет собой единый блок, в котором гидрораспределитель 4 закреплен на корпусе 3 шаровых шарниров, связанном с гидроцилиндром 1 резьбовым соединителем. Шаровой палец 26 рулевой сошки находится в стакане 25, в котором закреплен золотник 24 гидрораспределителя.
Стакан вместе с пальцем сошки и золотником может перемещаться в осевом направлении. Золотник удерживается в нейтральном положении под действием давления масла в реактивных камерах 31, расположенных с обоих торцов золотника в корпусе гидрораспределителя.
К корпусу присоединены нагнетательный и сливной маслопроводы от шестеренного насоса гидроусилителя. Насос приводится в действие клино- ременной передачей от коленчатого вала двигателя. К корпусу также присоединены две трубки 28 от гидроцилиндра. В корпусе установлен обратный клапан 33, обеспечивающий работу рулевого управления при неработающем гидроусилителе.
В гидроцилиндре / находится поршень 30 со штоком 29, который соединен с рамой автомобиля резинометаллическим шарниром 32. Выступающий из цилиндра конец штока закрыт резиновым гофрированным чехлом, защищающим от пыли, грязи и влаги.
При прямолинейном движении автомобиля золотник 24 находится в нейтральном положении и нагнетательный маслопровод соединен со сливным маслопроводом. Гидроусилитель не работает, а масло циркулирует от насоса к гидрораспределителю и от него к насосу. При повороте автомобиля рулевая сошка 5 через шаровой палец 26 и стакан 25 перемещает золотник 24 из нейтрального положения. При этом одна полость гидроцилиндра соединяется с нагнетательным маслопроводом, а другая - со сливным маслопроводом. Давлением масла гидроцилиндр 1 перемещается относительно поршня 30 со штоком 29, которые остаются неподвижными. Вместе с гидроцилиндром через шаровой палец 27 перемещается продольная рулевая тяга 2 и свя