Тема: Рулевое управление
Цель лекции: Дать будущим техникам направления подготовки ТОРАТ знания по устройству и принципу работы рулевого управления автомобиля.
План
1. Назначение рулевого управления
2. Рулевой механизм
3. Рулевой привод
4. Усилители рулевого привода
Литература: 7, 11, 12.
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
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
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 не-
обходимым углом. На картере рулевого механизма сделаны выступы, служащие упорами для ролика при поворотах сошки из среднего положения в крайние на угол 45°.
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