Основой рулевого управления любого автомобиля является рулевой механизм. Он предназначен для преобразования вращательных движений рулевого колеса в возвратно-поступательные движения рулевого привода. Другими словами, данное устройство превращает повороты руля в нужные перемещения тяг и поворот управляемых колес. Основным параметром механизма является передаточное число. А само устройство, по сути, представляет собой редуктор, т.е. механическую передачу.

Функции механизма

Рулевая рейка

Основными функциями устройства являются:

• преобразование усилия от руля (рулевого колеса);
• передача полученного усилия на рулевой привод.

Типы рулевых механизмов

Устройство рулевого механизма различается в зависимости от способа преобразования крутящего момента. По этому параметру выделяют червячный и реечный виды механизмов. Существует еще винтовой тип, принцип работы которого схож с червячной передачей, но он имеет больший КПД и реализует большее усилие.

Червячный рулевой механизм: устройство, принцип работы, преимущества и недостатки

Этот рулевой механизм является одним из «устаревших» устройств. Им оснащены практически все модели отечественной «классики». Механизм применяется на автомобилях с повышенной проходимостью с зависимой подвеской управляемых колес, а также в легких грузовых автомобилях и автобусах.

Схема червячного редуктора

Конструктивно устройство состоит из следующих элементов:

• рулевой вал;
• передача «червяк-ролик»;
• картер;
• рулевая сошка.

Пара «червяк-ролик» находится в постоянном зацеплении. Глобоидальный червяк представляет собой нижнюю часть рулевого вала, а ролик закреплен на валу сошки. При вращении руля ролик перемещается по зубьям червяка, благодаря чему вал рулевой сошки также поворачивается. Результатом такого взаимодействия является передача поступательных движений на привод и колеса.

Рулевой механизм червячного типа имеет следующие преимущества:

• возможность поворота колес на больший угол;
• гашение ударов от дорожных неровностей;
• передача больших усилий;
• обеспечение лучшей маневренности машины.

Изготовление конструкции достаточно сложное и дорогое – в этом главный ее минус. Рулевое управление с таким механизмом состоит из множества соединений, периодическая регулировка которых просто необходима. В противном случае придется заменять поврежденные элементы.

Реечный рулевой механизм: устройство, принцип работы, преимущества и недостатки

Механизм «шестерня-рейка»

Рулевой механизм реечного типа считается более современным и удобным. В отличие от предыдущего узла, это устройство применимо на транспортных средствах с независимой подвеской управляемых колес.

В реечный рулевой механизм входят следующие элементы:

• корпус механизма;
• передача «шестерня-рейка».

Шестерня устанавливается на рулевом валу и находится в постоянном зацеплении с рейкой. В процессе вращения рулевого колеса рейка перемещается в горизонтальной плоскости. В результате соединенные с ней тяги рулевого привода также перемещаются и приводят в движение управляемые колеса.

Механизм «шестерня-рейка» отличается простотой конструкции и высоким КПД. К ее преимуществам также можно отнести:

• меньшее количество шарниров и тяг;
• компактность и невысокая цена;
• надежность и простота конструкции.

С другой стороны, редуктор этого типа чувствителен к ударам от неровностей дороги – любой толчок от колес передастся на руль.

Винтовой редуктор

Устройство винтового редуктора

Особенностью этого механизма является соединение с помощью шариков винта и гайки. За счет чего наблюдается меньшее трение и износ элементов. Механизм состоит из следующих элементов:

• вал рулевого колеса с винтом
• гайка, перемещаемая по винту
• зубчатая рейка, нарезанная на гайке
• зубчатый сектор, с которым соединена рейка
• рулевая сошка

Винтовой рулевой механизм применяется в автобусах, тяжелых грузовых автомобилях и в некоторых легковых автомобилях представительского класса.

Регулировка устройства

Регулировка рулевого механизма применяется для компенсации зазоров в механизмах «червяк-ролик» и «шестерня-рейка». В процессе эксплуатации в данных механизмах может появиться люфт, который может привести к быстрому износу элементов. Регулировать рулевой механизм необходимо только в соответствии с рекомендациями производителя и на специализированных СТО. Избыточное «зажатие» механизма может привести к его заклиниванию при повороте руля в крайние положения, что чревато потерей управления автомобилем с соответствующими последствиями.

Рулевое управление с гидроусилителем :
1 - рулевая сошка;
2 - продольная рулевая тяга;
3 - рулевой механизм;
4 - всасывающий шланг;
5 - сливной шланг;
6 - бачок;
7 - правая боковая рулевая тяга;
8 - правый маятниковый рычаг;
9 - поперечная рулевая тяга;
10 - входной вал рулевого механизма;
11 - нижний карданный шарнир;
12 - карданный вал;
13 - верхний карданный шарнир;
14 - вал рулевой колонки;
15 - рулевое колесо;
16 - левый маятниковый рычаг;
17, 21 - наконечники левой боковой тяги;
18 - хомут регулировочной трубки;
19 - левый рычаг рулевой трапеции;
20 - чехол шарнира;
22 - шарнир;
23 - нагнетательный шланг;
24 - насос гидроусилителя

Рулевое управление современных автомобилей с поворотными колесами включает в себя следующие элементы:
-рулевое колесо с рулевым валом (рулевой колонкой);
- рулевой механизм ;
- рулевой привод (может содержать усилитель и (или) амортизаторы).
Рулевое колесо находится в кабине водителя и расположено под таким углом к вертикали, который обеспечивает наиболее удобный охват его обода руками водителя. Чем больше диаметр рулевого колеса, тем при прочих равных условиях меньше усилия на ободе рулевого колеса, но при этом уменьшается возможность быстрого поворота руля при выполнении резких маневров. Диаметр рулевого колеса современных легковых автомобилей лежит впределах 380–425 мм, тяжелых грузовых и автобусов - 440–550 мм, наименьшие диаметры имеют рулевые колеса спортивныхавтомобилей.
Рулевой механизм представляет собой механический редуктор, его основная задача - увеличение приложенного к рулевому колесу усилия водителя, необходимого для поворота управляемых колес. Рулевые управления без рулевых механизмов, когда водитель непосредственно поворачивает управляемое колесо, сохранились лишь на очень легких транспортных средствах, например, на мотоциклах. Рулевой механизм имеет достаточно большое передаточное число, поэтому для поворота управляемых колес на максимальный угол 30–45°необходимо сделать несколько оборотов рулевого колеса.

Шарнирный рулевой вал грузового автомобиля

Рулевой вал соединяет рулевое колесо с рулевым механизмом и часто выполняется шарнирным, что позволяет более рационально компоновать элементы рулевого управления, а для грузовых автомобилей применять откидывающуюся кабину.
Кроме того, шарнирный рулевой вал повышает травмобезопасность рулевого колеса при авариях, уменьшая перемещение рулевого колеса внутрь салона и возможность травмирования грудной клетки водителя.

Рулевой вал со сминаемыми при ударе элементами :
1 - вал до удара;
2 - вал в процессе смятия;
3 - полностью «сложенный» вал;
4 - максимальный ход рулевого вала

С этой же целью в рулевой вал иногда встраивают сминаемые элементы, а рулевое колесо покрывают относительно мягким материалом, не дающим при разрушении острых осколков.

Рулевой привод представляет собой систему тяг и шарниров, связывающих рулевой механизм с управляемыми колесами. Поскольку рулевой механизм закреплен на несущей системе автомобиля, а управляемые колеса при движении перемещаются на подвеске вверх и вниз относительно несущей системы, рулевой привод обязан обеспечить необходимый угол поворота колес независимо от вертикальных перемещений подвески (согласованность кинематики рулевого привода и подвески). В связи с этим конструкция рулевого привода, а именно количество и расположение рулевых тяг и шарниров, зависит от типа применяемой подвески автомобиля. Наиболее сложным рулевой привод имеют автомобили с несколькими управляемыми мостами.
Для дополнительного уменьшения усилий, необходимых для поворота рулевого колеса, в рулевом приводе применяют усилители рулевого управления. Источником энергии для работы усилителя является, как правило, двигатель автомобиля. Первоначально усилители применялись лишь на тяжелых грузовых автомобилях и автобусах, в настоящее время используются и на легковых.
Для смягчения рывков и ударов, которые передаются на рулевое колесо при движении по неровной дороге, в рулевой привод иногда встраивают гасящие элементы - амортизаторы рулевого управления. Конструкция указанных амортизаторов принципиально не отличается от конструкции амортизаторов подвески.



Данный тип рулевого механизма устанавливается на отдельных легковых автомобилях представительского класса, а также тяжелых грузовых автомобилях и автобусах.

Винтовой рулевой механизм автомобиля включает следующие основные элементы: винт, устанавливаемый на валу рулевого колеса; гайку, перемещающуюся по винту; зубчатую рейку, нарезанную на гайке; зубчатый сектор, соединенный с рейкой; рулевую сошку, расположенную на валу сектора, т. е. в работе механизма участвуют две рабочие пары - винт-гайка и рейка-зубчатый сектор.

Винт и гайка, применяемые в винтовом рулевом механизме, отличаются от обычной винтовой пары тем, что специально выполненные полости между боковыми поверхностями пары заполнены шариками.
Дорожками качения для шариков служат винтовые канавки, выполненные на теле винта и в гайке. При повороте винта шарики циркулируют в гайке по замкнутому кругу, выкатываясь из винтового канала через отверстие с одной стороны гайки и возвращаясь в гайку через обводной канал с противоположной стороны.

Использование циркулирующих шариков позволяет заменить трение скольжения в паре винт-гайка трением качения, что повышает КПД передачи, как в прямом направлении, так и в обратном. Это улучшает условия для стабилизации управляемых колес, но и делает механизм довольно чувствительным к толчкам со стороны дороги. Поэтому для сглаживания ударов должны устанавливаться амортизаторы или усилители рулевого управления.
Глубина винтовой канавки выполняется переменной, а толщина среднего зуба сектора увеличенной по сравнению с другими зубьями для исключения заклинивания рулевого механизма в крайних положениях.

Принципиально работа винтового рулевого механизма мало отличается от работы червячного механизма. Поворот рулевого колеса сопровождается вращением винта, который перемещает сопрягаемую с ним гайку. При этом происходит циркуляция шариков, значительно уменьшающих трение между винтовыми поверхностями.
Гайка посредством зубчатой рейки перемещает зубчатый сектор и с ним рулевую сошку.

Зазор в зацеплении поршня-рейки с сектором вала сошки регулируется путем осевого перемещения вала сошки с помощью специального регулировочного винта.
Зазор в паре винт-гайка не регулируется, поэтому высокая надежность и требуемый срок службы в этом зацеплении обеспечивают путем применения высококачественных легированных сталей.

Винтовой рулевой механизм в сравнении с червячным механизмом имеет больший КПД и способен передавать большие усилия.
Одним из недостатков данной конструкции является сложность подгонки деталей винтовой передачи при использовании в конструкции циркулирующих шариков.



Рулевой механизм автомобиля ЗИЛ-431410

Устройство винтового рулевого механизма автомобиля ЗИЛ-431410 показано на рис. 3 .

Редуктор соединяется с валом рулевого колеса с помощью карданного вала с двумя шарнирами. Картер 3 редуктора отлит из чугуна и имеет нижнюю 1 , промежуточную 9 , верхнюю 14 и боковую 19 крышки.
В картере размещается поршень-рейка 4 , в которой неподвижно установлена шариковая гайка 6 . Шариковая гайка собрана с винтом таким образом, что образуются винтовые канавки, в которые вкладываются шарики 8 .
В паз шариковой гайки, соединенной двумя отверстиями с ее винтовой канавкой, вставляют два штампованных желоба 7 , образующих трубку, по которой шарики, выкатываясь при повороте винта 5 с одного конца гайки, возвращаются к ее другому концу.

Поршень-рейка 4 находится в зацеплении с зубчатым сектором 18 вала 21 сошки, который вращается на запрессованных в картер бронзовых втулках. Осевое перемещение вала сошки производится путем вращения регулировочного винта 20 , головка которого входит в отверстие вала сошки.
При завертывании регулировочного болта уменьшается зазор в зацеплении рейка-зубчатый сектор, увеличивающийся из-за этого момент сопротивления повороту не должен превышать 500 Н . На наружный шлицованный конец вала устанавливается сошка 23 .

При вращении рулевого колеса усилие водителя передается через вал рулевого колеса и карданную передачу на винт 5 . Шариковая гайка 6 перемещается вдоль оси винта, увлекает за собой поршень-рейку 4 , которая производит поворот зубчатого сектора 18 с валом 21 сошки вокруг своей оси.
Усилие от сошки 23 передается на рулевой привод, который поворачивает управляемое колесо.

По аналогичной схеме работают рулевые механизмы автомобилей марок «КамАЗ», «КрАЗ», «МАЗ», «БелАЗ».



Рис. 1

Рулевой механизм червячного типа состоит из:

Рулевого колеса с валом,

Картера червячной пары,

Пары «червяк-ролик»,

Рулевой сошки.

В картере рулевого механизма в постоянном зацеплении находится пара «червяк-ролик». Червяк есть не что иное, как нижний конец рулевого вала, а ролик, в свою очередь, находится на валу рулевой сошки. При вращении рулевого колеса ролик начинает перемещаться по винтовой нарезке червяка, что приводит к повороту вала рулевой сошки. Червячная пара, как и любое другое зубчатое соединение, требует смазки, и поэтому в картер рулевого механизма заливается масло, марка которого указана в инструкции к автомобилю. Результатом взаимодействия пары «червяк-ролик» является преобразование вращения рулевого колеса в поворот рулевой сошки в ту или другую сторону. А далее усилие передается на рулевой привод и от него уже на управляемые (передние) колеса.

Рулевой привод, применяемый с механизмом червячного типа, включает в себя:

Правую и левую боковые тяги,

Среднюю тягу,

Маятниковый рычаг,

Правый и левый поворотные рычаги колес.

Каждая рулевая тяга на своих концах имеет шарниры, для того чтобы подвижные детали рулевого привода могли свободно поворачиваться относительно друг друга и кузова в разных плоскостях.

К достоинствам механизма «червяк-ролик» относятся:

Низкая склонность к передаче ударов от дорожных неровностей

Большие углы поворота колес

Возможность передачи больших усилий

Недостатками являются:

Большое количество тяг и шарнирных сочленений с вечно накапливающимися люфтами

- «тяжелый» и малоинформативный руль

Сложности в технологии изготовления

Рулевой механизм типа “винт-гайка-сектор”

Рис. 2 Рулевой механизм типа "винт -- шариковая гайка -- рейка -- сектор"

1 -- распределитель;

3 -- шарики с трубкой рециркуляции;

4 -- поршень-рейка;

5 -- зубчатый сектор;

6 -- вал сошки;

7 -- ограничительный клапан

Полное название - "винт-шариковая гайка-рейка-сектор". Винт 2, которым оканчивается рулевой вал, через циркулирующие по резьбе шарики 3 толкает вдоль своей оси поршень-рейку 4. А тот в свою очередь поворачивает зубчатый сектор 5 рулевой сошки. Из-за возможности передавать большие моменты, устанавливается на грузовиках, пикапах и больших внедорожниках, работающих в экстремальных условиях.

Преимущества рулевого механизма “винт-шариковая гайка-рейка-сектор”:

Возможность конструкции с высоким передаточным числом

Недостатки рулевого механизма “винт-шариковая гайка-рейка-сектор”:

Нетехнологичен

Дорогой

Большие габариты

Тяжелый

Рулевой механизм реечного типа

В рулевом механизме «шестерня- рейка» усилие к колесам передается с помощью прямозубой или косозубой шестерни, установленной в подшипниках, и зубчатой рейки, перемещающейся в направляющих втулках. Для обеспечения беззазорного зацепления рейка прижимается к шестерне пружинами. Шестерня рулевого механизма соединяется валом с рулевым колесом, а рейка -- с двумя поперечными тягами, которые могут крепиться в середине или по концам рейки. Полный поворот управляемых колес из одного крайнего положения в другое осуществляется за 1,75...2,5 оборота рулевого колеса. Передаточные отношения механизма определяются отношением числа оборотов зубчатого колеса, равное числу оборотов рулевого колеса, к расстоянию перемещения рейки.

Реечный механизм рулевого управления состоит из картера, отлитого из алюминиевого сплава. В полости картера на шариковом и роликовом подшипниках установлено приводное зубчатое колесо. На картере и на пыльнике выполнены метки для правильной сборки механизма рулевого управления. Зубчатое колесо находится в зацеплении с зубчатой рейкой, которая поджимается к зубчатому колесу пружиной через металлокерамический упор. Пружина поджимается гайкой со стопорным кольцом, создавая сопротивление отворачиванию гайки. Подпружиненным упором облегчается беззазорное зацепление зубчатого колеса с зубчатой рейкой по всей величине хода. Рейка одним концом опирается на упор, а другим -- на разрезную пластмассовую втулку. Ход рейки ограничивается в одну сторону кольцом, напрессованным на рейку, а в другую сторону -- втулкой резино-металлического шарнира левой рулевой тяги. Полость картера механизма рулевого управления защищена от загрязнения гофрированным чехлом.

Вал рулевого управления соединяется с приводным зубчатым колесом эластичной муфтой. Верхняя часть вала опирается на шариковый радиальный подшипник, запрессованный в трубу кронштейна. На верхнем конце вала на шлицах через демпфирующий элемент крепится гайкой рулевое колесо.

Рулевой механизм с переменным отношением

Около нулевого положения рулевого колеса, когда едешь по прямой на высокой скорости, излишняя острота рулевого управления нежелательна, заставляет водителя напрягаться. А при парковке или развороте, наоборот, хотелось бы иметь передаточное отношение поменьше -- чтобы поворачивать руль на как можно меньший угол. Для этого существует несколько схем реечных рулевых механизмов.

Так работает реечный рулевой механизм ZF с переменным передаточным отношением. Здесь изменяются профиль зубьев рейки и плечо зацепления

Реечный рулевой механизм Honda VGR (Variable Gear Ratio -- переменное передаточное отношение) использовался на автомобилях Honda NSX

Фирма ZF использует зубья рейки с переменным профилем: в околонулевой зоне зубья треугольные, а ближе к краям -- трапецеидальной формы. Шестерня входит с ними в зацепление с разным плечом, что и помогает немного изменить передаточное отношение. А другой, более сложный, вариант использовала Honda на своем суперкаре NSX. Здесь зубья рейки и шестерни сделаны с переменными шагом, профилем и кривизной. Правда, шестерню приходится двигать вверх-вниз, но зато варьировать передаточное отношение можно в гораздо более широких пределах.

Рулевой привод состоит из двух горизонтальных тяг и поворотных рычагов телескопических стоек передней подвески. Тяги соединяются с поворотными рычагами при помощи шаровых шарниров. Поворотные рычаги приварены к стойкам передней подвески. Тяги передают усилие на поворотные рычаги телескопических стоек подвески колес и соответственно поворачивают их вправо или влево.

К преимуществам реечного рулевого механизма относится:

Малая масса

Компактность

Невысокая цена

Минимальное количество тяг и шарниров

Простота соединения рулевого механизма с управляемыми колесами

Прямая передача усилия

Высокая жесткость и КПД

Легкость в оснащении гидроусилителем

Недостатки:

Из-за простоты конструкции любой толчок от колес передается на руль

Трудности в изготовлении механизма с высоким передаточным числом, поэтому для тяжелых машин такой механизм не подходит.

Выбор и обоснование выбранной конструкции

По своим технологическим, ценовым, конструктивным качествам рулевой механизм «шестерня-рейка» наиболее подходит для переднеприводной компоновки и подвески McPherson, обеспечивая большую легкость и точность рулевого управления.

При проектировании автомобиля ВАЗ-2123, старались взять как можно больше узлов из модели ВАЗ-2121, поэтому на автомобиле ставили механизм типа “червяк-ролик”. Однако Chevrolet Niva не является мощным внедорожником, что бы на него целесообразно было ставить этот механизм. Он дороже, технологически сложен, тяжелее. Возможности, которые дает автомобилю червячный механизм, не используются в полной мере. При использовании рейкм, исключается концентрация напряжения от рулевого механизма на лонжероне, нет необходимости усиливать его в месте крепления механизма.

По всем этим причинам я считаю необходимым заменить механизм типа “червяк-ролик” на более дешевый, легкий, технологичный реечный механизм, который в необходимой мере обеспечивает легкость и точность рулевого управления.

В связи с тем, что будет заменен тип механизма, необходимо внести ряд изменений в конструкцию других узлов и агрегатов:

Так как за осью передних колес расположить реечный механизм не представляется возможным, то ставим его перед осью;

Для того чтобы освободить место между поддоном двигателя и дифференциалом для рейки, смещаем межколесный дифференциал на то же расстояние (20,5мм) назад, что не изменяет сбалансированность всего узла;

Так как рейка располагается перед осью, то тормозной суппорт колеса необходимо расположить сзади.

К атегория:

Техническое обслуживание автомобилей

Рулевой механизм и привод автомобиля

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.

Рис. 1. Рулевое управление автомобилей:
а - зависимая подвеска передних колес; б - независимая подвеска

Рис. 2. Рулевой механизм автомобиля ГАЗ -53А

Рулевые механизмы подразделяются на червячные, винтовые, комбинированные и реечные (шестеренные). Червячные механизмы бывают с передачей червяк-ролик, червяк-сектор и червяк-кривошип. Ролик может быть двух- или трех-гребневой, 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 передача 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, установленный на автомобилях ГАЗ -БЗА , имеет глобоидальный червяк и трехгребневой ролик, находящиеся в зацеплении. Червяк напрессован на пустотелый вал и установлен в картере рулевого механизма на двух конических роликовых подшипниках. Ролик вращается на оси в игольчатых подшипниках. Ось ролика запрессована в головку вала сошки, который вращается во втулке и цилиндрическом роликовом подшипнике. На мелкие конические шлицы конца вала посажена сошка. Зацепление ролика с червяком зависит от положения регулировочного винта, который фиксируется стопорной шайбой, штифтом и колпачковой гайкой, навернутой на винт.

Рулевой вал 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 -302 «Волга», ГАЗ -66, автобусах ЛАЗ -695Н и др.

Винтовой рулевой механизм, устанавливаемый на автомобилях ЗИЛ -130, состоит из картера, представляющего одно целое с цилиндром гидроусилителя, винта с шариковой гайкой и рейки-поршня с зубчатым сектором.

Рис. 3. Рулевой механизм автомобиля ЗИЛ -130

Рис. 4. Рулевой механизм автомобиля МАЗ -5335

Сектор выполнен за одно целое с валом рулевой сошки. Картер закрывается крышками 1,8 и 12. Гайка закреплена в рейке-поршне жестко винтами. Винт соединяется с гайкой шариками, 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 клапана управления на винте установлены два упорных шариковых подшипника, а между ними - золотник клапана управления. Зазор в этих подшипниках регулируется гайкой.

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

При повороте рулевого колеса винт передвигает шариковую гайку с рейкой-поршнем, и она поворачивает зубчатый сектор с валом 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, устанавливаемый на автомобиле MA3-5335, состоит из винта и шариковой гайки-рейки, находящихся в зацеплении с зубчатым сектором, вал которого является одновременно и валом сошки. Винт и гайка имеют полукруглые винтовые канавки, которые заполнены шариками. Для создания замкнутой системы для перекатывания шариков в гайку-рейку вставлены штампованные направляющие, предотвращающие выпадание шариков. Винт рулевого механизма установлен в картере в двух конических подшипниках, а вал сектора - в игольчатых подшипниках.

Каждый рулевой механизм характеризуется передаточным числом, которое для рулевых механизмов грузовых автомобилей ЗИЛ -130 и КамАЭ-5320 равно 20,0, для автомобилей ГАЗ -53А - 20,5, для автомобилей MA3-5335-23,6, 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 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, нарезанная на валу, и рейка, находящиеся в зацеплении и помещенные в картер. При вращении вала рулевого колеса шестерня, вращаясь, передвигает в продольном направлении рейку, которая посредством шарниров передает усилие на рулевые тяги. Рулевые тяги через наконечник рулевой тяги и поворотные рычаги 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, продольная тяга, рычаг продольной тяги, поперечная тяга и рулевые рычаги поворотных цапф.

Рулевая сошка может качаться по дуге окружности, расположенной в плоскости, параллельной продольной оси автомобиля, или в плоскости, параллельной балке переднего моста. В последнем случае продольная тяга отсутствует, а усилие от сошки передается через среднюю тягу и две боковые 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.

Продольная рулевая тяга изготовляется из трубы с утолщениями по краям для монтажа деталей двух шарниров. Каждый шарнир состоит из пальца, вкладышей, охватывающих сферическими поверхностями шаровую головку пальца, пружины, ограничителя и резьбовой пробки. При заворачивании пробки головка пальца зажимается вкладышами благодаря пружине. Пружина 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.

Рис. 5. Рулевой механизм автомобиля ВАЗ -2108 «Спутник»

Рулевые рычаги 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 также имеет трубчатое сечение, на концы которой наворачивают наконечники. 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.

Рис. 6. Шарниры рулевых тяг:
а - продольной тяги; б, в - поперечной тяги

В поперечных рулевых тягах устанавливаются шарниры, в которых перемещение пальца 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, который может иметь головку со сферическими поверхностями или шаровую, и двух эксцентриковых вкладышей, прижимаемых к пальцу пружиной, 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 и закрепляют гайками.

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

Так, на автомобилях ГАЗ -З02 «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.

В автомобилях применяют рулевые механизмы следующих типов: червяк и сектор (автомобиль Урал-375), червяк и ролик (трехгребневой на автомобилях ЗИЛ -164А и ЗИЛ -157 и двухгребневой на автомобилях ГАЗ -53А, ЗАЗ -965 «Запорожец», «Москвич-408», М-21 «Волга» и др.), винт и гайка и комбинированные. К последним относят механизмы, сочетающие винт и гайку на циркулирующих роликах и рейку с сектором (автомобили ЗИЛ -130, ЗИЛ -111, БелАЗ-540 и БелАЗ-548).

В механизме червяк и сектор применяют как обычный цилиндрический червяк, так и глобоидальный червяк с нарезной поверхностью, витки которой выполнены по дуге окружности с центром на оси вращения сектора. В последнем случае даже при крутых поворотах автомобиля между зубьями сектора и червяком сохраняется небольшой зазор.

Механизм с цилиндрическим червяком и сектором показан на рис. 6, а. С насаженным на нижнем конце рулевого вала червяком находится в зацеплении зубчатый сектор, изготовленный как одно целое с валом рулевой сошки.

На рис. 6, б изображен рулевой механизм типа червяк и ролик. На нижнем конце рулевого вала имеется глобоидальный червяк, который находится в зацеплении с двухгребневым роликом, входящим в зацепление с витками червяка и сидящим на оси, закрепленной в вилке вала 8 рулевой сошки. Механизм этого типа является наиболее износостойким и требует от шофера наименьшей затраты усилий при повороте.

Червяк может также работать в паре с боковым сектором. В механизмах этого типа контакт между зубьями происходит не в отдельных точках, как в ранее рассмотренных передачах, а по линиям, что позволяет передавать значительно большие усилия. Однако потери на трение и износ такой передачи велики. Кроме того, механизм этого типа особенно чувствителен к точности регулировки зацепления.

Рис. 6. Основные типы рулевых механизмов:
а - червяк и сектор; б -- червяк и ролик; в - червяк и боковой сектор; 1 - рулевой вал; 2 - цилиндрический червяк; 3 - зубчатый сектор; 4 - вал сошки; 5 - рулевая сошка; 6 - глобоидальный червяк; 7 - ролик; 8 - вал рулевой сошки; 9 - боковой зубчатый сектор

На рис. 7 изображен рулевой механизм типа червяк и ролик с передаточным числом 20,5 автомобиля ГАЗ -53Ф.

К левому лонжерону рамы автомобиля прикреплен болтами чугунный картер рулевого механизма, внутри которого помещаются находящиеся в зацеплении глобоидальный червяк и двухгребневой ролик. Опорами рулевого вала с напрессованным на его нижний конец червяком служат цилиндрический роликоподшипник в рулевой колонке и два конических роликоподшипника в картере рулевой передачи. Последние два подшипника не имеют внутренних колец и их ролики работают непосредственно по поверхности червяка. Ролик посажен на ось на двух шарикоподшипниках, на внутреннее кольцо которых установлено пружинное кольцо. Ось ролика запрессована в головку вала рулевой сошки и смещена от оси червяка в сторону боковой крышки картера на 5,75 мм.

Сошка закреплена на мелких шлицах вала гайкой с шайбой. Четыре сдвоенных шлица обеспечивают правильность соединения сошки с валом. Вал сошки вращается в цилиндрическом роликоподшипнике и втулке и может поворачиваться на угол 90°. Втулка помещается в картере, а подшипник - в его боковой крышке. Кроме боковой, картер имеет также верхнюю и нижнюю крышки. Внутрь картера через отверстие, закрываемое пробкой, заливается масло.

Картер крепится к рулевой колонке хомутом и стяжным болтом. На верхнем конце рулевого вала крепятся рулевое колесо и кнопка сигнала. Провод сигнала проходит внутри рулевого вала в трубке; между трубкой и валом установлено уплотнительное кольцо, прижимаемое к трубке пружиной. Верхний конец вала уплотняется сальником, поджимаемым пружиной. Вал сошки уплотнен сальниками.

Рис. 7. Рулевой механизм автомобиля ГАЭ -53Ф:
1 - кольцо; 2 - внутреннее кольцо подшипников; 3 - шарик; 4 - ось ролика; 5 - уплотнительное кольцо; 6 - трубка; 7 - провод сигнала; 8 и 17 - пружины; 9 и 15 - крышки; 10 и и - регулировочные прокладки; 12 - конический роликоподшипник; 13 - картер; 14 - пробка; 16, 33 и 34 - сальники; 18 - рулевой вал; 19 - рулевая колонка; 20 - глобоидальный червяк; 21 - двугребневой ролик; 22 - вал рулевой сошки; 23 - болт; 24 - хомут; 25 а 32 - цилиндрические роликоподшипники; 26 - боковая крышка; 27 - регулировочный винт; 28 - гайка; 29 - втулка; 30 - рулевое колесо; 31 - рулевая сошка

Зацепление червяка и ролика можно регулировать, не разбирая рулевой механизм, винтом, в паз которого входит хвостовик вала рулевой сошки. Как уже указывалось, оси ролика и червяка лежат в разных плоскостях; поэтому для уменьшения зазора в зацеплении достаточно переместить вал сошки в сторону червяка путем ввертывания винта. Увеличение зазора может быть достигнуто путем вывертывания винта. Снаружи на винт навернута колпачковая гайка, предотвращающая вытекание масла из картера через резьбу. Для предохранения от выхода ролика из зацепления с червяком служат внутренние приливы в картере рулевого механизма. Они же ограничивают поворот вала рулевой сошки. Осевой зазор роликоподшипников регулируют путем удаления картонных со специальной пропиткой (толщиной 0,25 мм) и пергаментных (толщиной 0,10-0,12 мм) прокладок из-под крышки картера.

В автомобиле М-21 «Волга» рулевой механизм по конструкции такой же.

В автомобиле ЗИЛ -164А применяют рулевой механизм с червяком и трехгребневым роликом, который увеличивает возможные углы поворота рулевой сошки без нарушения зацепления.

На рис. 8 показан рулевой механизм автомобиля МАЗ -200 типа цилиндрический червяк и боковой сектор. Червяк и боковой сектор со спиральными зубьями помещены в картере. Червяк напрессован на нижний конец рулевого вала. При повороте рулевого вала и червяка поворачивается сектор, торцовые зубья которого находятся в зацеплении с червяком. Опорами для вала сектора служат игольчатые подшипники.

Рис. 8. Рулевой механизм автомобиля МАЗ -200:
1 - червяк; 2 - сектор; з - прокладки; 4 - фасонная гайка; 5 - игольчатый подшипник; 6 - картер

Подшипники рулевого вала регулируют путем изменения толщины прокладок под фланцем фасонной гайки.

В рулевом механизме тина винт и гайка автомобиля МАЗ -525 на нижнем конце рулевого вала имеется винтовая нарезка. При вращении рулевого вала сидящая на его нижнем конце во втулке гайка перемещается вверх или вниз вдоль вала, поворачивая вал рулевой сошки, установленный во втулках в картере и крышке картера. Нижний конец рулевого вала не закреплен, а верхний имеет качающуюся опору, состоящую из шарикоподшипника и резиновых колец. Рулевая колонка нижним и верхним наконечниками соединяется с картером рулевого механизма и корпусом головки.

Передаточное число рулевого механизма определяется как отношение угла поворота рулевого колеса к углу поворота рулевой сошки. Чем больше передаточное число, тем меньшее усилие необходимо для поворота колес. Для быстроты поворота передаточное число не должно быть слишком большим.

Рулевые механизмы грузовых автомобилей имеют передаточные числа 20-40, а легковых - 17-18.

Рис. 9. Рулевой механизм автомобиля МАЗ -525

Рулевой механизм преобразует вращательное движение рулевого колеса в угловое перемещение звеньев рулевого привода, его выполняют с большим передаточным числом (20-24) для снижения усилия, затрачиваемого водителем.

На автомобилях КамАЗ применяют рулевой механизм с гидроусилителем, который показан на рис. 93. В собственно рулевой механизм входят винт, по которому перемещается гайка, установленная на циркулирующих шариках, и поршень-рейка, зацепленная зубьями с зубчатым сектором.

Поскольку кабина автомобилей КамАЗ вынесена вперед и выполнена откидной, потребовалось ввести шарнирное соединение рулевой колонки с рулевым механизмом и дополнительный угловой редуктор.

Рис. 10. Схема механизма рулевого управления с гидроусилителем:
1 - реактивный плунжер; 2 - масляный радиатор; 3 - шланг высокого давления; 4 - насос; 5 - рулевая колонка; 6 - карданный вал; 7 - ведущая шестерня: 8 - ведомая шестерня; 9 - вал сошкн; 10 - зубчатый сектор вала сошки; 11 - поршень-репка: 12 - винт; 13 - шариковая гайка; 14 - шариковые подшипники: 15 - упорный задний подшипник; 16 - золотник; 17 - клапан управления; 18 - шланг низкого давления; 19 - упорный передний подшипник

Вал рулевой колонки соединен шарниром с карданным валом. Другой конец вала при помощи шарнира соединен с ведущей шестерней углового редуктора. Угловой редуктор состоит из ведущей и ведомой конических шестерен.

Ведущая шестерня выполнена за одно целое со своим валом, вращающимся на игольчатом и шариковом подшипниках. Шариковый подшипник ведущей шестерни находится в верхней крышке картера. Ведомая шестерня 8 установлена на валу винта, вращающегося в двух шариковых подшипниках. Перемещающаяся по винту гайка помещена в поршне-рейке. На его наружной поверхности нарезаны зубья, образующие рейку и входящие в зацепление с зубчатым сектором.

Для облегчения передвижения гайки в ней и в винте выполнены полукруглые винтовые канавки, образующие спиральный канал, заполненный шариками. Выпадение шариков из канавок предотвращается установкой в пазы гайки штампованных направляющих, состоящих из двух половин. Образованный таким образом желоб создает два замкнутых потока перекатывающихся шариков. По этому желобу при повороте винта перекатываются шарики, выходящие с одной стороны гайки и возвращающиеся в нее с другой. На валу винта установлены два упорных подшипника с золотником клапана управления между ними. Подшипники и золотник закреплены гайкой с пружинной шайбой. Золотник имеет несколько большую длину, чем гнездо в клапане управления.

В осевом направлении винт и золотник могут перемещаться в пределах 1,1 мм в каждую сторону от среднего положения, в которое их возвращают спиральные пружины и реактивные плунжеры, находящиеся под давлением масла, поступающего по нагнетательной магистрали от лопастного насоса. Всякий поворот рулевого колеса передается винту и вызывает соответствующее поворачивание колес. Однако колеса при этом создают сопротивление, которое, передаваясь на винт, стремится сместить его в осевом направлении. Когда это сопротивление превысит силу предварительного сжатия пружин, то смещение винта изменит положение золотника. Соответственно направлению сдвига винта золотник соединит одну полость усилителя с линией нагнетания, а другую - с линией слива. Под давлением масла поршень-рейка создает дополнительное усилие, действующее на сектор сошки и способствующее повороту управляемых колес автомобиля.

По мере повышения сопротивления повороту передних колес увеличивается давление в рабочей полости цилиндра гидроусилителя. Вместе с тем растет давление и под реактивными плунжерами. Под давлением пружин и реактивных плунжеров золотник стремится вернуться в среднее положение.

Водитель, управляя автомобилем, всегда сохраняет чувство дороги, т. е. для поворота рулевого колеса ему необходимо затратить некоторое усилие.

С увеличением сопротивления повороту передних колес и увеличением давления в полости цилиндра гидроусилителя возрастает также и усилие на рулевом колесе.

По окончании воздействия на рулевое колесо золотник перемещается в среднее положение, связь данной полости цилиндра с линией нагнетания прекращается и давление в ней падает.

В среднем положении осевой зазор между поршнем-рейкой и зубчатым сектором наименьший. По мере поворота рулевого колеса вправо и влево зазор в этом зацеплении увеличивается.

При неработающем двигателе и отсутствии подачи жидкости насосом гидроусилителя рулевой механизм работает обычным образом, однако при этом водителю приходится затрачивать большее усилие на управление автомобилем.

В нижней части корпуса рулевого механизма расположена сливная пробка с магнитом, улавливающая металлические частицы, попадающие в жидкость.

У автомобилей Минского автозавода применен рулевой механизм типа винт - шариковая гайка, ио с вынесенным отдельно гидроусилителем.

Вал рулевого механизма, установленный на двух конических роликовых подшипниках, имеет винт, по которому передвигается гайка-рейка. На наружной поверхности гайки нарезана рейка, входящая в зацепление с зубчатым сектором вала. Для более легкого перемещения гайки в ней и в винте выполнены полукруглые винтовые канавки, образующие спиральный канал, заполненный шариками. Выпадение шариков из канавок предотвращается установкой в пазы гайки штампованных направляющих, образующих трубчатый желоб. По этому желобу при повороте винта перекатываются шарики, выходящие с одной стороны гайки и возвращающиеся в нее с другой.

Вал зубчатого сектора установлен на трех игольчатых подшипниках, два из которых расположены со стороны крепления сошки. Сектор с пятью зубьями входит в зацепление с зубьями рейки. Средний зуб сектора имеет несколько большую толщину, чем другие. На одном конце вала сектора выполнены мелкие шлицы для соединения с рулевой сошкой, которая удерживается от осевого смещения гайкой. На другом конце вала сектора имеется регулировочное устройство, позволяющее устанавливать необходимый осевой зазор в зацеплении сектор - гайка. Оно состоит из регулировочного винта, фиксируемого контргайкой.

Картер рулевого механизма отливают из чугуна и закрывают с боков съемными крышками с уплотнительными прокладками. Места выхода из картера вала руля и вала сектора уплотнены резиновыми сальниками. В верхней части картера расположена пробка, закрывающая наливное отверстие для масла. В нижней части имеется отверстие с такой же пробкой для слива масла.

На автомобилях КрАЗ ранее устанавливали рулевой механизм, состоящий из червяка и бокового зубчатого сектора со спиральными зубьями (таких автомобилей сейчас много в эксплуатации), а в настоящее время применяют механизм в виде винта и шариковой гайки-рейки, т. е. такого же типа, как и на автомобилях Минского автозавода, также с вынесенным отдельно гидроусилителем.

Рис. 11. Рулевой механизм автомобилей МАЗ :
1 - вал сектора; 2 - сальник; 3 - игольчатые подшипники; 4 - боковая крышка: 5 - пробка сливного отверстия; 6 - гайка регулировочная; 7 - подшипник; 8 - картер рулевого механизма: 9 - гайка-рейка; 10 - шарики; 11 - винт; 12 - пробка заливного отверстия; 13 - подшипник

К атегория: - Техническое обслуживание автомобилей