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.

Важнейшей частью рулевого управления любого автомобиля является рулевой механизм, который мы сокращённо будем называть РМ. В качестве его главной функции выступает увеличение прикладываемого к автомобильному рулю усилия, а также его передача к рулевому приводу. С точки зрения механики этот процесс выглядит как преобразование вращательных движений руля в поступательные движения рулевых тяг.

Для обеспечения бесперебойности и точности протекания данного процесса, современный РМ должен отвечать следующим требованиям:

• обладать высокой степенью надежности;
• иметь незначительные по размерам технологические зазоры для обеспечения свободного вращения рулевого колеса;
• обладать возможностью произвольного возврата руля в нейтральное положение после прекращения действия на него мускульного усилия рук водителя;
• иметь оптимальное передаточное число, которое определяет отношение между углом поворота руля и усилия, прикладываемого к нему.

Устройство рулевого механизма

Рулевой механизм (РМ) имеет довольно сложное устройство, а самой главной его частью является редуктор, состоящий из зубчатых колес. В зависимости от марки и модели автомобиля редуктор может быть заключен в корпус из сварной высокопрочной стали или литого чугуна. Помимо зубчатых колес в нем размещаются и другие элементы: подшипники, валы. В некоторых разновидностях редукторов внутри корпуса могут быть размещены и устройства для автономной смазки зацеплений и подшипников.

Разновидностей редукторов в наши дни довольно много. Следует привести некоторые из них с учетом критерия классификации:

• тип передачи – «червячные» и зубчатые
• форма зубчатых колес – конические, цилиндрические и коническо-цилиндрические;
• расположение валов – горизонтальные и вертикальные;
• особенность кинематической схемы – раздвоенная ступень и развернутая соосная схема;
• число ступеней – одно- и двухступенчатые.

Типы рулевых механизмов:

1. Реечный РМ

Наиболее распространенным в наше время типом РМ является реечный. Причина такой популярности кроется в относительной простоте конструкции, его небольшой массе, низкой себестоимости производства, высоком КПД и небольшом числе шарниров и тяг, что значительно уменьшает частоту поломок. Кроме этого, расположение этого типа рулевого механизма поперек корпуса авто освобождает место в подкапотном пространстве для размещения в нем других механизмов и узлов, например, трансмиссии, двигателя и т.д. Реечное управление является довольно жестким, поэтому обеспечивает довольно высокую маневренность автомобиля.

Обладает реечный механизм и рядом недостатков. Среди них наиболее серьезными являются:

• сложность технологии установки на авто, имеющих зависимую подвеску управляемых колес;
• высокая виброактивность рулевого управления;
• повышенная восприимчивость к ударам подвески.

Состоит реечный рулевой механизм из вкладыша, чехла, пружин, шарового пальца, шарового шарнира, упоров, шестерен и непосредственно самой рулевой рейки. Реечные шестерни располагаются в трубке из металла, с каждой стороны которой выступает сама рейка. Рулевой наконечник соединен с каждой из ее сторон. Ведущая же шестерня рулевого механизма сопряжена с валом рулевой колонки, который при вращении руля также начинает поворачиваться, и приводит тем самым в движение рейку.

Червячный РМ

На легковые автомашины, имеющие зависимую подвеску управляемых колес, а также малотоннажные грузовики и автобусы, автомобили с повышенной проходимостью устанавливают другой тип рулевого механизма – «червячный». Современный его вариант состоит из ролика, «червяка», который имеет переменный диаметр (его еще называют глобоидным «червяком») и соединенный с рулевым валом. Вне корпуса механизма находится рычаг (сошка), который соединен с тягами рулевого привода. Во время вращения руля происходит катание ролика по «червяку» и качание рычага (сошки), что приводит в движение управляемые колеса.

Главными отличиями «червячного» механизма от реечного выступают его меньшая чувствительность к ударам подвески и большие максимальные углы поворота колес. Недостатками же такого механизма являются его дороговизна изготовления и необходимость в постоянной регулировке.

Винтовой РМ

На многотоннажных грузовых автомобилях, больших автобусах и некоторых легковых автомашинах представительского класса используется винтовой рулевой механизм. Он состоит из таких конструктивных элементов:

• винта, который располагается на рулевом валу;
• гайки, перемещающейся по валу;
• зубчатой рейки, которая нарезана на гайке;
• зубчатого сектора, соединенного с рейкой;
• рулевой сошки, которая располагается на валу сектора.

Главной же особенностью механизма является соединение винта и гайки при помощи шариков, что ведет к серьезному уменьшению трения и износа. Сам принцип работы во многом похож на принцип работы «червячного» рулевого механизма. Во время вращения руля происходит поворот рулевого вала и винта, расположенного на нем, который приводит в движение гайку, все это сопровождается циркуляцией шариков. Гайка же через зубчатую рейку сдвигает зубчатый сектор, а с ним и рулевую сошку.

Винтовой рулевой механизм обладает высоким КПД и может передавать большие усилия.

Как проверить работоспособность РМ?

Как и в случае с другими элементами рулевого управления регулярная проверка работоспособности рулевого механизма является важнейшей задачей каждого автовладельца, ведь от этого самым непосредственным образом будет зависеть безопасность передвижения на автомобиле.

В первую очередь, следует проверять люфт рулевого колеса. Проверка производится как вручную, так и с применением специального прибора – динамометра-люфтометра. Его нужно закрепить на ободе колеса и приложить силу, равную 10 Н. Надо произвести замеры зазоров в шарнирах рулевых тяг и «червячных» подшипниках. В том случае, если автомобиль оборудован усилителем руля (так называемом ГУР), то такая проверка должна производиться при работающем моторе.

Визуальный осмотр также является важной составляющей диагностики работоспособности РМ. В его ходе нужно особое внимание уделить состоянию защитных чехлов шаровых шарниров, так как через трещины в них в рулевой механизм проникает грязь, что может привести к его некорректной работе, поломке и даже разрушению. При малейших сомнениях в надлежащей работе РМ необходимо обратиться в специализированный автосервис.

Как снять рулевой механизм и как его установить?

Процесс снятия и установки рулевого механизма рассмотрим на примере ВАЗ 2106, на котором применяется «червячный» тип. Для этого понадобится следующий инструмент:

• 2 ключа «на 13»;
• ключ «на 22»;
• плоскогубцы;
• съемник пальцев шаровых.

Сам процесс снятия механизма будет следующим:

1. Первым шагом требуется снять рулевой вал.
2. После этого отсоединить левую боковую и среднюю рулевые тяги и отвести их по сторонам.
3. Далее, одним ключом «на 13» придерживая болты крепления рулевого механизма от проворачивания, вторым отвернуть гайки и снять их вместе с шайбами.
4. После чего, придерживая механизм рукой, надо вынуть болты крепления, оставив при этом рулевой механизм лежать на лонжероне.
5. Вытащить его через подкапотное пространство.

Новый РМ устанавливается в обратном порядке, но с учетом некоторых нюансов: не следует плотно затягивать болты крепления кронштейна рулевого вала и гайки на компенсаторе, а также болты крепления картера рулевого механизма к лонжеронам. Это делается с той целью, чтобы установить новый механизм в правильное положение.

Производится это с помощью двух- или трехкратного вращения рулевого колеса в разные стороны, при этом произойдет самоустановка механизма и рулевого вала.

После этого можно приступать к контрольному затягиванию всех элементов крепления. Финишным же этапом будет проверка наличия масла в рулевом механизме автомобиля.

После этого необходимо произвести регулировку механизма.

Регулировка рулевого механизма

Самый популярный тип рулевого механизма (реечный) время от времени нуждается в регулировке. Причиной этого, как уже упоминалось выше, является высокая восприимчивость механизма к кочкам, ямам и ухабам, которых на наших дорогах довольно много. На большинстве моделей современных автомобилей регулировку рейки можно сделать своими силами.

Процесс регулировки осуществляется с помощью регулировочного винта, который, чаще всего, располагается на торцевой крышке РМ. Для облегчения доступа к нему лучше воспользоваться смотровой ямой, эстакадой или подъемником, в противном же случае придется немного полежать на земле. Если регулировка производится на домкратах, то перед подъемом следует выставить передние колеса в ровном положении.

После проведения подготовительных мероприятий надо замерить люфт, максимальный показатель которого не должен превышать 10 градусов. Далее требуется произвести подтяжку регулировочного винта, причем делать это необходимо плавно и медленно, все время контролируя люфт с помощью динамометра-люфтометра. После завершения регулировки следует проверить ход рулевого колеса в движении, и если он слишком тугой, то необходимо немного ослабить регулировочный винт.

Как самостоятельно починить рулевой механизм?

Некоторые неисправности в РМ можно устранить, не прибегая к его замене. О некоторых способах пойдет речь далее. Если наблюдается течь, то это может свидетельствовать об отсутствии герметичности в соединениях трубок цилиндра или неисправности сальника, а также коррозии вала редуктора. Для устранения данной неисправности необходимо произвести полную переборку агрегата. Если причина в сальниках и прокладках, то необходимо их заменить на новые, а если дело заключается в серьезной коррозии вала, то его следует отшлифовать и при помощи газотермонапыления восстановить до исходных размеров.

Сильный люфт может указывать на выход из строя и износ таких деталей РМ как, например, картер, шарниры или подшипник винта. Причиной люфта может быть и кривой картер или вал. Чтобы устранить эту неисправность, нужна, опять-таки, полная переборка узла, в ходе которой потребуется замена изношенных деталей.

Сильный стук в редукторе РМ говорит обычно об износе ударных подшипников. То есть потребуется их замена на новые. Но это может быть свидетельством и такой неисправности как искривление вала или серьезный износ шарниров. Для более точной диагностики может вновь потребоваться полная переборка узла.

Средние цены на ремонт РМ в России и СНГ

Однако на устранение неполадок в рулевом механизме не всегда есть свободное время, да и многие из ремонтных операций требуют наличия довольно серьезных навыков в автослесарном деле, поэтому обращение к услугам специалистов в автосервисы видится правильным выбором.

Конечная стоимость сервисных работ будет зависеть не только от серьезности поломки, но также и марки/модели автомобиля, срочности и некоторых других факторов. В среднем же, стоимость (без учета стоимости заменяемых элементов) некоторых работ, связанных с обслуживанием рулевых механизмов, в автомастерских России и стран ближнего зарубежья в перерасчете на рубли такова:

• замена рулевого механизма, имеющего усилитель руля – от 700 рублей;
• замена силового цилиндра – от 500 рублей;
• ремонт силового цилиндра – от 300 рублей;
• замена рулевых наконечников – от 400 рублей;
• замена пальцев вкладыша – от 100 рублей;
• замена рулевой рейки – от 2 000 рублей;
• регулировка рулевой рейки – от 200 рублей;
• ремонт рулевой рейки без снятия механизма с авто – от 1000 рублей;
• замена рулевой трапеции – от 1 000 рублей;
• замена пыльников рулевого механизма – от 1 800 рублей.

Средние цены на новые РМ в России и странах СНГ

Иногда производить ремонт рулевого механизма нецелесообразно, а иногда и просто невозможно, например, после серьезного ДТП, поэтому может потребоваться приобретение нового узла на замену старому. Естественно, что стоимость нового рулевого механизма зависит не только от его типа, но и марки и модели автомобиля, оригинальности самого механизма, ведь на многие популярные модели авто крупными (и не очень) производителями запчастей выпускаются неоригинальные рулевые механизмы.

Средняя же стоимость на новые рулевые механизмы по России и странам ближнего зарубежья в перерасчете на отечественную валюту такова:

• на заднеприводные автомобили отечественного производства (ВАЗ 2105, 2107, 2106, ИЖ Ода) – от 2 000 рублей;
• на переднеприводные автомобили отечественного производства (ВАЗ 2109, 2114, Приора, Гранта, Калина, Largus) – от 2 500 рублей;
• на бюджетные автомобили иностранного производства (KIA Ria, Renault Logan, Toyota Corolla, Hyundai Accent (Solaris), Ford Fiesta,) – от 7 000 рублей;
• на автомобили иностранного производства бизнес-класса (Ford Mondeo, Toyota Camry, Volvo S40) – от 12 000 рублей;
• на автомобили иностранного производства премиум-класса (Mercedes S-classe, BMW 7, Audi A8) – от 22 000 рублей;
• на грузовые автомобили отечественного производства (КамАЗ, ГАЗ) – от 25 000 рублей.

Стоит добавить, что в связи с изменениями курсов основных иностранных валют, стоимость рулевых механизмов на автомобили иностранного производства может изменяться в большую или, как это ни странно, в меньшую сторону.

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.

Рулевой механизм - часть рулевого управления, облегчающая управление автомобилем, благодаря значительному передаточному числу в редукторе. К конструкции рулевых механизмов предъявляют следующие требования:

• обеспечение заданного характера изменения передаточного числа рулевого механизма;
• высокий КПД при передаче усилия от рулевого колеса к сошке;
• способность рулевого механизма воспринимать усилия от управляемых колес к рулевому колесу, что необходимо для стабилизации управляемых колес.

Рулевые механизмы выполняются с достаточно большими передаточными числами. Передаточное число (м м) определяется отношением углов поворота рулевого колеса и вала сошки рулевого механизма. У легковых автомобилей передаточное число от 16 до 20, а у грузовых автомобилей 20-25. Обычно передаточное число рулевого механизма величина постоянная (табл. 20.1).

Таблица 20.1. Передаточные числа рулевых механизмов

Легковые автомобили		Грузовые автомобили		Автобусы

Конструкции некоторых рулевых механизмов позволяют изменять передаточное число в процессе поворота рулевого колеса или в сторону увеличения (для грузовых автомобилей), или в сторону уменьшения (для легковых автомобилей). Делается это для повышения безопасности движения на высоких скоростях и облегчения управления автомобилем при маневрировании.

Наиболее применяемыми являются три типа рулевых механизмов: червячные, винтовые и реечные. В червячном и реечном рулевом механизмах в передаче усилия на вал сошки участвует одна пара деталей, а в винтовом рулевом механизме из-за низкого КПД винтовой пары вводится еще одна дополнительная пара. Поэтому такие рулевые механизмы называются комбинированными.

Червячные рулевые механизмы применяются как на легковых, так и на грузовых автомобилях и автобусах. Они различаются формой червяка и конструкцией сопрягаемого с червяком ведомого элемента. Наибольшее распространение получили червячно-роликовые рулевые механизмы. Рулевая пара состоит из глобоидального червяка и двух- или трехгребневого ролика. Червяк называют глобоидальным потому, что он имеет вогнутую форму, т. е. форму однополостного гиперболоида вращения. Такая передача имеет высокую нагрузочную способность из-за одновременного зацепления большого числа зубьев и малые потери на трение, так как трение скольжения в этой передаче заменено трением качения.

В зацеплении червяка с роликом предусматривают переменный зазор: от практически беззазорного зацепления в среднем положении ролика, соответствующего прямолинейному движению, до значительно увеличенного зазора в крайних положениях. Такое изменение зазоров достигается смещением центра вала сошки по направлению к червяку. Оно необходимо для исключения заклинивания рулевого механизма в крайних положениях после регулировки, возникающего в результате изнашивания зазора в средней части червячной пары.

На рис. 20.5 представлен червячный рулевой механизм автомобиля ГАЗ-66-11. Он состоит из картера /, внутри которого находится червяк 6, входящий в зацепление с трехгребневым роликом 2. Червяк запрессован на пустотелый вал 7 и установлен в картере на двух конических подшипниках 5 и 8. Между нижней крышкой 4 и картером рулевого управления установлено несколько тонких бумажных прокладок 3 для регулировки подшипников червяка.

Рис. 20.5. Червячный рулевой механизм автомобиля ГАЗ-66-11: 1 - картер; 2 - ролик; 3 - регулировочные прокладки; 4- нижняя крышка; 5, 8, 11, 17, 18- подшипники; 6- червяк; 7 - вал; 9 - шпонка; 10 - ось; 12 - винт; 13 - штифт; 14 - вал сошки; 15 - уплотнительная манжета; 16 - сошка; 19 - стопорная шайба; 20 - гайка

Ролик установлен на оси 10 на подшипниках 77 в щечках головки вала сошки. Вал сошки вращается в двух подшипниках 77 и 18. В месте выхода вала сошки установлена уплотнительная манжета 15. На шлицованную часть вала посажена сошка 16. Правильность установки сошки достигается наличием на ней четырех сдвоенных шлицов.

Зацепление червяка с роликом регулируют с помощью винта 72, который ввернут в боковую крышку картера. Винт фиксируется с помощью стопорной шайбы /9, штифта 13 и гайки 20.

Вал червяка с помощью шпонки 9 соединен с нижней вилкой рулевого вала. Вал рулевого механизма состоит из верхнего рулевого вала и промежуточного вала, соединенных между собой и с редуктором рулевого механизма с помощью карданных шарниров. На конце рулевого вала установлена ступица рулевого колеса.

Разновидностью червячного рулевого механизма является червяч-но-спироыдныы рулевой механизм с боковым сектором , который применяется на автомобиле Урал-4320 (рис. 20.6). Рулевая пара состоит из двухходового цилиндрического червяка 2 и бокового сектора 3 со спиральными коническими зубьями. Червяк закреплен на валу 4 , который вращается на подшипниках 7, допускающих небольшое осевое перемещение. Сектор 3 выполнен заодно с валом 6, на шлицах которого устанавливается сошка 5.

Углы спиралей червяка и сектора разные. При трапециевидном профиле поперечного сечения витков червяка и зубьев сектора они соприкасаются по линии, поэтому зубья воспринимают передаваемую нагрузку по всей осевой длине. Это снижает нагрузку на зубья, уменьшает контактные напряжения и повышает износостойкость передачи. Вал сошки 6 устанавливается с большой точностью на удлиненных игольчатых подшипниках 7. Прогиб червяка ограничивается специальным упором 8 , установленным в картере рулевого механизма. Аналогичный упор 9 ограничивает прогиб сектора с противоположной стороны. За-

Рис. 20.6. Рулевой механизм автомобиля Урал-4320: 1 - подшипник; 2 - червяк; 3 - сектор; 4 - вал червяка; 5 - сошка; 6 - вал сошки; 7 - игольчатый подшипник; 8, 9 - упоры; 10 -

регулировочная шайба

цепление червяка с сектором регулируют подбором толщины бронзовой шайбы 10 , расположенной между крышкой картера и сектором. Зазор в зацеплении увеличивается при повороте червяка в обе стороны от среднего положения с целью исключения заклинивания рулевого механизма в крайних положениях.

Винтовые рулевые механизмы применяются на автомобилях большой грузоподъемности и, как правило, имеют две рабочие пары: винт-гайка и рейка-зубчатый сектор. Они отличаются от обычной винтовой пары тем, что момент передается от винта на гайку не непосредственно, а через шарики. Дорожками качения при этом для них 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 в крайних положениях.

Зазор в зацеплении поршня-рейки с сектором вала сошки регулируют 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.

Рулевой механизм автомобиля ЗИЛ-431410 показан на рис. 20.7. Редуктор соединяется с валом рулевого колеса с помощью карданного вала с двумя шарнирами. Картер 3 редуктора отлит из чугуна и имеет нижнюю /, 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, соединенный 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 за-

Рис. 20.7. Винтореечный рулевой механизм автомобиля ЗИЛ-431410: 1 - нижняя крышка; 2 - заглушка; 3 - картер; 4 - поршень-рейка; 5 - винт; 6 - гайка; 7 - желоб; 8 - шарик; 9 - промежуточная крышка; 10 - упорный подшипник; 11 - шариковый клапан; 12 - золотник; 13 - корпус клапана управления; 14 - верхняя крышка; 15 -пружина; 16 - реактивный плунжер; 17 - установочный винт; 18 - зубчатый сектор; 19 - боковая крышка; 20 - регулировочный винт; 21 - вал сошки; 22 - магнитная пробка; 23 - сошка

зор 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 управляемые колеса.

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

Реечные рулевые механизмы просты по конструкции и компактны, имеют высокий КПД, поэтому широко используются на легковых автомобилях. В последнее время такие механизмы применяются на грузовых автомобилях малой грузоподъемности, имеющих независимую подвеску. Рабочей парой является шестерня-зубчатая рейка, при нормальном профиле зубьев шестерни и рейки передаточное число механизма постоянно. Современные реечные рулевые механизмы могут иметь переменное передаточное число, что достигается нарезкой зубьев рейки специального профиля.

Повышенная чувствительность к внешним воздействиям вследствие малого трения, чувствительность к колебаниям рулевого управления вызывают необходимость установки амортизаторов или усилителей для поглощения толчков.

Реечный рулевой механизм (рис. 20.8) состоит из картера 2, в котором на двух подшипниках 6 и? установлено приводное зубчатое колесо 7, находящееся в зацеплении с рейкой 10. Рейка поджимается к зубчатому колесу пружиной 12 через металлокерамический упор 11. Регулировка зазора в зацеплении осуществляется гайкой 13.

Рис. 20.8. Реечный рулевой механизм автомобиля ВАЗ-2109: 1 - защитный чехол; 2 - картер рулевого механизма; 3 - эластичная муфта; 4 - поворотный рычаг; 5 - рулевая тяга; 6 - роликовый подшипник; 7 - зубчатое колесо; 8 - шариковый подшипник; 9 - вал рулевого управления; 10 - рейка; 11 - упор рейки; 12 - пружина; 13 - гайка упора

При повороте вала 9, связанного с рулевым колесом, зубчатое колесо 7 перемещает рейку 10, от которой усилие передается на рулевые тяги и далее через поворотные рычаги 4 на колеса.

Рулевые колонки и валы. В общем случае передача вращения от рулевого колеса на рулевой механизм осуществляется валом, который размещается внутри колонки. На грузовых автомобилях (рис. 20.9, а, б) рулевая колонка 3, установленная внутри кабины водителя, крепится средней частью к внутренней панели и переднему щитку кабины. На рулевой колонке может устанавливаться токосъемник звукового сигнала и переключатель указателя поворота. Вал 8 установлен в колонке 3 на подшипниках 7, а рулевое колесо 4 соединяется с валом шпонкой или шлицами и крепится с помощью гайки. Нижний конец вала имеет канавку для крепления вилки карданной передачи. В центре рулевого колеса расположено контактное устройство кнопки сигнала.

Рулевой вал и винт рулевого механизма не всегда соосны из-за компоновки автомобиля и необходимости правильной установки рулевого колеса. Кроме того, угол между валом и винтом может меняться, так как кабина имеет возможность небольшого перемещения относительно рамы. Поэтому вал соединяется с винтом через карданную передачу 2. На некоторых автомобилях с размещением кабины над двигателем карданная передача позволяет поднимать кабину для того, чтобы обеспечить доступ к двигателю. Карданная передача рулевого механизма име-

Рис. 20.9. Рулевые колонки грузовых автомобилей: а - КамАЗ-5320; б - ГАЗ-66-11; в - угловой редуктор; 1 - клапан управления усилителя руля; 2 - карданная передача; 3 - рулевая колонка; 4 - рулевое колесо; 5 - рулевой механизм; 6 - угловой редуктор; 7 - подшипник; 8 - рулевой вал; 9 - кронштейн крепления; 10 - ведущее зубчатое колесо; 11 - крышка; 12 - вал ведущего зубчатого колеса; 13, 14 - подшипники; 15 - ведомое зубчатое колесо

ет два шарнира неравных угловых скоростей, которые по своей конструкции аналогичны применяемым в трансмиссии автомобиля.

В случае размещения кабины над двигателем рулевая колонка располагается почти вертикально и для передачи вращения под большим углом на винт в рулевом механизме применяется угловой редуктор 6 (рис. 20, в) с передаточным числом 1. Вал 12 с ведущим зубчатым колесом 10 установлен в корпусе на шариковых подшипниках 13, закрепленных гайкой со стопорной шайбой. Ведомое зубчатое колесо 15 соединено с винтом шлицами, что обеспечивает возможность перемещения винта относительно зубчатого колеса в продольном направлении.

На легковых автомобилях (рис. 20.10, а) рулевая колонка включает в себя вал 7, размещенный в трубе, которая крепится к передней панели. Соединение рулевого вала с валом с ведущим зубчатым колесом рулевого механизма осуществляется через упругую муфту. Вал вращается на подшипнике 3, на верхнем конце вала на шлицах устанавливается рулевое колесо. На современных автомобилях рулевая колонка может иметь несколько положений регулировки по вертикали и в продольном направлении для обеспечения удобства управления, что усложняет ее конструкцию.

Рис. 20.10. Рулевые колонки легковых автомобилей: а - рулевая колонка; б - деформируемый рулевой вал; / - рулевой вал; 2 - рулевая колонка с кронштейном крепления; 3 - подшипник; 4 - перфорированный трубчатый рулевой вал

Рулевые колонки могут становиться причиной серьезных травм водителя при авариях. Для уменьшения опасного воздействия рулевой колонки на водителя используется рулевое колесо, которое деформируется при ударе и поглощает часть энергии удара. Вал рулевого колеса при аварии должен изгибаться или расцепляться, не перемещаясь внутрь салона более чем на 127 мм. Это осуществляется установкой травмобезопасных рулевых колонок, являющихся элементами пассивной безопасности автомобиля.

На автомобиле ВАЗ-2121 вал складывается, так как имеет карданную передачу, а энергия удара поглощается кронштейном крепления рулевой колонки особой конструкции.

На автомобиле ГАЗ-3102 энергопоглощающим элементом является резиновая муфта, устанавливаемая между двумя частями рулевого вала.

Поглощать энергию удара при столкновении может и деформируемый рулевой вал 4 , устанавливаемый на зарубежных автомобилях (рис. 20.10, б). Такой вал представляет собой перфорированную трубу, которая может значительно укорачиваться при силовом воздействии на нее в осевом направлении.

Рулевой вал также может состоять из двух частей и соединяться несколькими продольными пластинами, которые будут при ударе изгибаться, поглощая энергию.

Он обеспечивает поворот управляемых колес с небольшим усилием на рулевом колесе. Это может быть достигнуто за счет увеличения передаточного числа рулевого механизма. Однако передаточное число ограничено количеством оборотов рулевого колеса. Если выбрать передаточное число с количеством оборотов рулевого колеса больше 2-3, то существенно увеличивается время, требуемое на поворот автомобиля, а это недопустимо по условиям движения. Поэтому передаточное число в рулевых механизмах ограничивают в пределах 20-30, а для уменьшения усилия на рулевом колесе в рулевой механизм или привод встраивают усилитель.

Ограничение передаточного числа рулевого механизма также связано со свойством обратимости, т. е. способностью передавать обратное вращение через механизм на рулевое колесо. При больших передаточных числах увеличивается трение в зацеплениях механизма, свойство обратимости пропадает и самовозврат управляемых колес после поворота в прямолинейное положение оказывается невозможным.

Рулевые механизмы в зависимости от типа рулевой передачи разделяют на:

червячные,

винтовые,

шестеренчатые.

Рулевой механизм с передачей типа червяк - ролик имеет в качестве ведущего звена червяк, закрепленный на рулевом валу, а ролик установлен на роликовом подшипнике на одном валу с сошкой. Чтобы сделать полное зацепление при большом угле поворота червяка, нарезку червяка выполняют по дуге окружности - глобоиде. Такой червяк называют глобоидным.

В винтовом механизме вращение винта, связанного с рулевым валом, передается гайке, которая заканчивается рейкой, зацепленной с зубчатым сектором, а сектор установлен на одном валу с сошкой. Такой рулевой механизм образован рулевой передачей типа винт-гайка-сектор.

В шестеренчатых рулевых механизмах рулевая передача образуется цилиндрическими или коническими шестернями, к ним же относят передачу типа шестерня-рейка. В последних цилиндрическая шестерня связана с рулевым валом, а рейка, зацепленная с зубьями шестерни, выполняет роль поперечной тяги. Реечные передачи и передачи типа червяк-ролик преимущественно применяют на легковых автомобилях, так как обеспечивают сравнительно небольшое передаточное число. Для грузовых автомобилей используют рулевые передачи типа червяк-сектор и винт-гайка-сектор, снабженные либо встроенными в механизм усилителями, либо усилителями, вынесенными в рулевой привод.

3.2.Рулевой привод.

Конструкции рулевого привода различаются расположением рычагов и тяг, составляющих рулевую трапецию, по отношению к передней оси. Если рулевая трапеция находится впереди передней оси, то такая конструкция рулевого привода называется передней рулевой трапецией, при заднем расположении - задней трапецией. Большое влияние на конструктивное исполнение и схему рулевой трапеции оказывает конструкция подвески передних колес.

При зависимой подвеске (рис. 2.(а)) рулевой привод имеет более простую конструкцию, так как состоит из минимума деталей. Поперечная рулевая тяга в этом случае сделана цельной, а сошка качается в плоскости, параллельной продольной оси автомобиля. Можно сделать привод и с сошкой, качающейся в плоскости, параллельной переднему мосту. Тогда продольная тяга будет отсутствовать, а усилие от сошки передается прямо на две поперечные тяги, связанные с цапфами колес.

При независимой подвеске передних колес (рис. 2.(б)) схема рулевого привода конструктивно сложнее. В этом случае появляются дополнительные детали привода, которых нет в схеме с зависимой подвеской колес. Изменяется конструкция поперечной рулевой тяги. Она сделана расчлененной, состоящей из трех частей: основной поперечной тяги и двух боковых тяг - левой и правой. Для опоры основной тяги служит маятниковый рычаг, который по форме и размерам соответствует сошке. Соединение боковых поперечных тяг с поворотными рычагами цапф и с основной поперечной тягой выполнено с помощью шарниров, которые допускают независимые перемещения колес в вертикальной плоскости. Рассмотренная схема рулевого привода применяется главным образом на легковых автомобилях.

Рулевой привод, являясь частью рулевого управления автомобиля, обеспечивает не только возможность поворота управляемых колес, но и допускает колебания колес при наезде ими на неровности дороги. При этом детали привода получают относительные перемещения в вертикальной и горизонтальной плоскостях и на повороте передают усилия, поворачивающие колеса. Соединение деталей при любой схеме привода производят с помощью шарниров шаровых либо цилиндрических.