Мал. 1

Рульовий механізм черв'ячного типускладається з:

Рульове колесо з валом,

Картер черв'ячної пари,

Пари «черв'як-ролик»,

Рульової сошки.

У картері кермового механізму в постійному зачепленні знаходиться пара "черв'як-ролик". Черв'як є не що інше, як нижній кінець кермового валу, а ролик, у свою чергу, знаходиться на валу кермової сошки. При обертанні рульового колеса ролик починає переміщатися гвинтовою нарізкою черв'яка, що призводить до повороту валу рульової сошки. Черв'якова пара, як і будь-яке інше зубчасте з'єднання, вимагає мастила, і тому в картер кермового механізму заливається олія, марка якої вказана в інструкції до автомобіля. Результатом взаємодії пари «черв'як-ролик» є перетворення обертання рульового колеса на поворот рульової сошки в той чи інший бік. А далі зусилля передається на кермовий привід і від нього вже на керовані (передні) колеса.

Рульовий привід, що застосовується з механізмом черв'ячного типу, включає:

Праву та ліву бічні тяги,

Середню тягу,

Маятниковий важіль,

Правий та лівий поворотні важелі коліс.

Кожна рульова тягана своїх кінцях має шарніри, щоб рухомі деталі рульового приводу могли вільно повертатися щодо один одного і кузова в різних площинах.

До переваг механізму «черв'як-ролик» відносяться:

Низька схильність до передачі ударів від дорожніх нерівностей

Великі кути повороту коліс

Можливість передачі великих зусиль

Недоліками є:

Велика кількість тяг і шарнірних зчленувань з люфтами, що вічно накопичуються.

- «важке» та малоінформативне кермо

Складнощі у технології виготовлення

Рульовий механізм типу "гвинт-гайка-сектор"

Мал. 2 Рульовий механізм типу "гвинт - кулькова гайка - рейка - сектор"

1 - розподільник;

3 - кульки з трубкою рециркуляції;

4 - поршень-рейка;

5 - зубчастий сектор;

6 - вал сошки;

7 - обмежувальний клапан

Повна назва - "гвинт-кулькова гайка-рейка-сектор". Гвинт 2, яким закінчується кермовий вал, через циркулюючі по різьбленні кульки 3 штовхає вздовж своєї осі поршень-рейку 4. А той у свою чергу повертає зубчастий сектор 5 рульової сошки. Через можливість передавати великі моменти, встановлюється на вантажівках, пікапах та великих позашляховиках, що працюють в екстремальних умовах.

Переваги кермового механізму "гвинт-кулькова гайка-рейка-сектор":

Можливість конструкції з високим передатним числом

Недоліки кермового механізму "гвинт-кулькова гайка-рейка-сектор":

Нетехнологічний

Дорогий

Великі габарити

Важкий

Рульовий механізм рейкового типу

У кермовому механізмі « шестерня-рейка» зусилля до колес передається за допомогою прямозубої або косозубої шестерні, встановленої в підшипниках, і зубчастої рейки, що переміщається в напрямних втулках. Для забезпечення беззазорного зачеплення рейка притискається до шестірні пружинами. Шестірня кермового механізму з'єднується валом з кермовим колесом, а рейка - з двома поперечними тягами, які можуть кріпитися в середині або по кінцях рейки. Повний поворот керованих коліс з одного крайнього положення до іншого здійснюється за 1,75...2,5 обороту рульового колеса. Передавальні відношення механізму визначаються відношенням числа обертів зубчастого колеса, що дорівнює кількості обертів рульового колеса, до відстані переміщення рейки.

Рейковий механізм кермового управління складається з картера, відлитого з алюмінієвого сплаву. У порожнині картера на кульковому та роликовому підшипниках встановлено приводне зубчасте колесо. На картері та на пильнику виконані мітки для правильного складання механізму кермового управління. Зубчасте колесо знаходиться в зачепленні із зубчастою рейкою, яка підтискається до зубчастого колеса пружиною через металокерамічний упор. Пружина підтискається гайкою зі стопорним кільцем, створюючи опір відвертанню гайки. Підпружиненим упором полегшується беззазорне зачеплення зубчастого колеса із зубчастою рейкою по всій величині ходу. Рейка одним кінцем спирається на упор, а іншим - на пластмасову розрізну втулку. Хід рейки обмежується в один бік кільцем, напресованим на рейку, а в інший бік - втулкою гумово-металевого шарніра лівої кермової тяги. Порожнина картера механізму кермового керування захищена від забруднення гофрованим чохлом.

Вал кермового управління з'єднується з приводним зубчастим колесом еластичною муфтою. Верхня частина валу спирається на радіальний кульковий підшипник, запресований в трубу кронштейна. на верхньому кінцівалу на шліцях через демпфуючий елемент кріпиться гайкою рульове колесо.

Рульовий механізм із змінним ставленням

Біля нульового положення рульового колеса, коли їдеш прямою на високій швидкості, зайва гострота рульового управління небажана, змушує водія напружуватися. А при паркуванні чи розвороті, навпаки, хотілося б мати передавальні відносинименше - щоб повертати кермо на якнайменший кут. І тому існує кілька схем рейкових рульових механізмів.

Так працює рейковий кермовий механізм ZF зі змінним передатним ставленням. Тут змінюються профіль зубів рейки та плече зачеплення

Рейковий кермовий механізм Honda VGR (Variable Gear Ratio - змінне передатне відношення) використовувався на автомобілях Honda NSX

Фірма ZF використовує зуби рейки зі змінним профілем: у навколонульовій зоні зуби трикутні, а ближче до країв - трапецеїдальної форми. Шестерня входить з ними в зачеплення з різним плечем, що допомагає трохи змінити передатне ставлення. А інший, більш складний варіант використовувала Honda на своєму суперкарі NSX. Тут зуби рейки та шестерні зроблені зі змінними кроком, профілем та кривизною. Щоправда, шестірню доводиться рухати вгору-вниз, зате варіювати передатне відношення можна в набагато ширших межах.

Рульовий привід складається з двох горизонтальних тяг та поворотних важелів. телескопічних стійокпередньої підвіски. Тяги з'єднуються з поворотними важелями за допомогою шарових шарнірів. Поворотні важелі приварені до стійк передньої підвіски. Тяги передають зусилля на поворотні важелі телескопічних стійок підвіски коліс і відповідно повертають вправо або вліво.

До переваг рейкового кермового механізму відноситься:

Мала маса

Компактність

Невисока ціна

Мінімальна кількість тяг та шарнірів

Простота з'єднання кермового механізму з керованими колесами

Пряма передача зусилля

Висока жорсткість та ККД

Легкість в обладнанні гідропідсилювачем

Недоліки:

Через простоту конструкції будь-який поштовх від коліс передається на кермо

Труднощі у виготовленні механізму з високим передатним числом, тому для важких машин такий механізм не підходить.

Вибір та обґрунтування обраної конструкції

За своїми технологічними, ціновими, конструктивними якостями кермовий механізм «шестірня-рейка» найбільше підходить для передньопривідного компонування та підвіски McPherson, забезпечуючи велику легкість і точність кермового управління.

При проектуванні автомобіля ВАЗ-2123 намагалися взяти якнайбільше вузлів з моделі ВАЗ-2121, тому на автомобілі ставили механізм типу "черв'як-ролик". Однак Chevrolet Niva не є потужним позашляховиком, щоб на нього доцільно було ставити цей механізм. Він дорожчий, технологічно складний, важчий. Можливості, які надає автомобілю черв'ячний механізм, не використовуються повною мірою. При використанні рейкм, що виключається концентрація напруги від кермового механізму на лонжероні, немає необхідності посилювати його в місці кріплення механізму.

З усіх цих причин я вважаю за необхідне замінити механізм типу “черв'як-ролик” на більш дешевий, легкий, технологічний рейковий механізм, який у необхідною міроюзабезпечує легкість та точність рульового управління.

У зв'язку з тим, що буде замінено тип механізму, необхідно внести ряд змін до конструкції інших вузлів та агрегатів:

Так як за віссю передніх коліс розташувати рейковий механізм неможливо, то ставимо його перед віссю;

Для того щоб звільнити місце між піддоном двигуна та диференціалом для рейки, зміщуємо міжколісний диференціал на ту саму відстань (20,5мм) назад, що не змінює збалансованість всього вузла;

Так як рейка розташовується перед віссю, то гальмівний супортколеса необхідно розташувати ззаду.

Найважливішою частиною кермового управління будь-якого автомобіля є кермовий механізм, який ми скорочено називатимемо РМ. Як його головна функція виступає збільшення прикладеного до автомобільному кермузусилля, а також його передача до кермового приводу. З погляду механіки цей процес виглядає як перетворення обертальних рухів керма в поступальні рухи кермових тяг.

Для забезпечення безперебійності та точності протікання даного процесу, сучасний РМ повинен відповідати таким вимогам:

• мати високим ступенемнадійності;
• мати незначні за розмірами технологічні проміжки для забезпечення вільного обертання рульового колеса;
• мати можливість довільного повернення керма в нейтральне положення після припинення дії на нього м'язового зусилля рук водія;
• мати оптимальне передавальне число, Яке визначає відношення між кутом повороту керма та зусилля, що прикладається до нього.

Влаштування кермового механізму

Рульовий механізм (РМ) має досить складний пристрій, а найголовнішою його частиною є редуктор, що складається із зубчастих коліс. Залежно від марки та моделі автомобіля редуктор може бути поміщений у корпус із звареної високоміцної сталі або литого чавуну. Крім зубчастих коліс, у ньому розміщуються й інші елементи: підшипники, вали. У деяких різновидах редукторів всередині корпусу можуть бути розміщені пристрої для автономного змащення зачеплень і підшипників.

Різновидів редукторів у наш час досить багато. Слід навести деякі з них з урахуванням критерію класифікації:

• тип передачі – «черв'якові» та зубчасті
• форма зубчастих коліс - конічні, циліндричні та конічно-циліндричні;
• розташування валів – горизонтальні та вертикальні;
• особливість кінематичної схеми – роздвоєний ступінь та розгорнута співвісна схема;
• число ступенів – одно- та двоступінчасті.

Типи кермових механізмів:

1. Рейковий РМ

Найбільш поширеним у наш час типом РМ ​​є рейковий. Причина такої популярності криється у відносній простоті конструкції, його невеликій масі, низькій собівартості виробництва, високому ККД і невеликій кількості шарнірів і тяг, що значно зменшує частоту поломок. Крім цього, розташування цього типу кермового механізму поперек корпусу авто звільняє місце в підкапотному просторідля розміщення в ньому інших механізмів та вузлів, наприклад, трансмісії, двигуна і т.д. Рейкове управління є досить жорстким, тому забезпечує досить високу маневреність автомобіля.

Має рейковий механізм і ряд недоліків. Серед них найбільш серйозними є:

• складність технології встановлення на авто, що мають залежну підвіску керованих коліс;
• висока віброактивність кермового керування;
• підвищена сприйнятливість ударів підвіски.

Складається рейковий кермовий механізм із вкладиша, чохла, пружин, кульового пальця, кульового шарніра, упорів, шестерень і безпосередньо кермової рейки. Рейкові шестерні розташовуються в трубці з металу, з кожного боку якої виступає сама рейка. Рульовий наконечник з'єднаний із кожною з її сторін. Ведуча ж шестерня кермового механізму пов'язана з валом рульової колонки, який при обертанні керма також починає повертатися, і тим самим рухає рейку.

Черв'яковий РМ

На легкові автомашини, що мають залежну підвіску керованих коліс, а також малотоннажні вантажівки та автобуси, автомобілі з підвищеною прохідністювстановлюють інший тип кермового механізму - "черв'ячний". Сучасний варіант складається з ролика, «черв'яка», який має змінний діаметр (його ще називають глобоїдним «черв'яком») і з'єднаний з кермовим валом. Поза корпусом механізму знаходиться важіль (сошка), який з'єднаний з тягами рульового приводу. Під час обертання керма відбувається катання ролика по «черв'яку» і хитання важеля (сошки), що надає руху керовані колеса.

Головними відмінностями «черв'ячного» механізму від рейкового виступають його менша чутливість до ударів підвіски та більші. максимальні кутиповороту коліс. Недоліками такого механізму є його дорожнеча виготовлення та необхідність у постійному регулюванні.

Гвинтовий РМ

На багатотоннажних вантажних автомобілях, великих автобусахта деяких легкових автомашинах представницького класувикористовується гвинтовий кермовий механізм. Він складається з таких конструктивних елементів:

• гвинта, що розташовується на рульовому валу;
• гайки, що переміщається валом;
• зубчастої рейки, яка нарізана на гайці;
• зубчастого сектора, з'єднаного з рейкою;
• кермової сошки, яка розташовується на валу сектора.

Головною ж особливістю механізму є з'єднання гвинта та гайки за допомогою кульок, що веде до серйозного зменшення тертя та зносу. Сам принцип роботи багато в чому нагадує принцип роботи «черв'ячного» кермового механізму. Під час обертання керма відбувається поворот рульового валу і гвинта, розташованого на ньому, який рухає гайку, все це супроводжується циркуляцією кульок. Гайка через зубчасту рейку зсуває зубчастий сектор, а з ним і рульову сошку.

Гвинтовий кермовий механізм має високий ККД і може передавати великі зусилля.

Як перевірити працездатність РМ?

Як і у випадку з іншими елементами кермового керування регулярна перевіркапрацездатності кермового механізму є найважливішим завданням кожного автовласника, адже від цього безпосередньо залежатиме безпека пересування на автомобілі.

Насамперед, слід перевіряти люфт рульового колеса. Перевірка проводиться як вручну, так і із застосуванням спеціального приладу – динамометра-люфтометра. Його потрібно закріпити на обід колеса і прикласти силу, рівну 10 Н. Треба зробити заміри зазорів в шарнірах кермових тяг і «черв'ячних» підшипниках. У тому випадку, якщо автомобіль обладнаний підсилювачем керма (так зване ГУР), то така перевірка повинна проводитися при працюючому моторі.

Візуальний огляд також є важливим складником діагностики працездатності РМ. У його ході потрібно особливу увагуприділити стану захисних чохлів кульових шарнірів, тому що через тріщини в них у кермовий механізм проникає бруд, що може призвести до його некоректної роботи, поломки і навіть руйнування. За найменших сумнівів у належній роботі РМ необхідно звернутися до спеціалізованого автосервісу.

Як зняти кермовий механізм та як його встановити?

Процес зняття та встановлення кермового механізму розглянемо на прикладі ВАЗ 2106, на якому застосовується «черв'ячний» тип. Для цього знадобиться наступний інструмент:

• 2 ключі "на 13";
• ключ "на 22";
• плоскогубці;
• знімач кульових пальців.

Сам процес зняття механізму буде наступним:

1. Першим кроком потрібно зняти кермовий вал.
2. Після цього від'єднати ліву бічну та середню кермові тяги і відвести їх на всі боки.
3. Далі одним ключем «на 13» притримуючи болти кріплення рульового механізму від провертання, другим відвернути гайки і зняти їх разом з шайбами.
4. Після чого, притримуючи механізм рукою, треба вийняти болти кріплення, залишивши при цьому кермовий механізм лежати на лонжероні.
5. Витягнути його через підкапотний простір.

Новий РМ встановлюється у зворотному порядку, але з урахуванням деяких нюансів: не слід щільно затягувати болти кріплення кронштейна кермового валу та гайки на компенсаторі, а також болти кріплення картера кермового механізму до лонжеронів. Це робиться з тією метою, щоб встановити новий механізм у правильне положення.

Виробляється це за допомогою дво- або триразового обертання рульового колеса різні сторони, при цьому відбудеться самоустановка механізму та кермового валу.

Після цього можна розпочинати контрольне затягування всіх елементів кріплення. Фінішним етапом буде перевірка наявності масла в рульовому механізмі автомобіля.

Після цього необхідно провести регулювання механізму.

Регулювання кермового механізму

Найпопулярніший тип рульового механізму (рейковий) іноді потребує регулювання. Причиною цього, як уже згадувалося вище, є висока сприйнятливість механізму до купин, ям та вибоїн, яких на наших дорогах досить багато. На більшості моделей сучасних автомобілів регулювання рейки можна зробити самотужки.

Процес регулювання здійснюється за допомогою регулювального гвинта, який найчастіше розташовується на торцевій кришці РМ. Для полегшення доступу до нього краще скористатися оглядовою ямою, естакадою або підйомником, інакше доведеться трохи полежати на землі. Якщо регулювання проводиться на домкратах, перед підйомом слід виставити передні колеса в рівному положенні.

Після проведення підготовчих заходів треба виміряти люфт, максимальний показник якого не повинен перевищувати 10 градусів. Далі потрібно зробити підтяжку регулювального гвинта, причому робити це необхідно плавно і повільно, постійно контролюючи люфт за допомогою динамометра-люфтометра. Після завершення регулювання слід перевірити хід рульового колеса в русі, і якщо він занадто тугий, необхідно трохи послабити регулювальний гвинт.

Як самостійно полагодити кермовий механізм?

Деякі несправності в РМ можна усунути, не вдаючись до його заміни. Про деякі способи йтиметься далі. Якщо спостерігається текти, це може свідчити про відсутність герметичності в з'єднаннях трубок циліндра або несправності сальника, а також корозії вала редуктора. Для усунення цієї несправності необхідно провести повну перебирання агрегату. Якщо причина в сальниках і прокладках, необхідно їх замінити на нові, а якщо справа полягає в серйозній корозії валу, то його слід відшліфувати і за допомогою газотермонапиления відновити до вихідних розмірів.

Сильний люфт може вказувати на вихід з ладу та зношування таких деталей РМ як, наприклад, картер, шарніри або підшипник гвинта. Причиною люфту може бути кривий картер або вал. Щоб усунути цю несправність, потрібна, знову ж таки, повна перебирання вузла, в ході якої буде потрібно замінити зношені деталі.

Сильний стукіт у редукторі РМ говорить зазвичай про знос ударних підшипників. Тобто знадобиться їхня заміна на нові. Але це може бути свідченням і такої несправності як викривлення валу або серйозне зношування шарнірів. Для точної діагностики може знову знадобитися повна перебирання вузла.

Середні ціни на ремонт РМ в Росії та СНД

Однак на усунення неполадок у кермовому механізмі не завжди є вільний час, та й багато ремонтних операцій вимагають наявності досить серйозних навичок в автослюсарній справі, тому звернення до послуг фахівців в автосервіси бачиться правильним вибором.

Кінцева вартість сервісних робітбуде залежати не тільки від серйозності поломки, а й марки/моделі автомобіля, терміновості та деяких інших факторів. У середньому ж, вартість (без урахування вартості елементів, що замінюються) деяких робіт, пов'язаних з обслуговуванням рульових механізмів, в автомайстернях Росії та країн ближнього зарубіжжя в перерахунку на рублі така:

• заміна кермового механізму, що має підсилювач керма - від 700 рублів;
• заміна силового циліндра – від 500 рублів;
• ремонт силового циліндра – від 300 рублів;
• заміна кермових наконечників - від 400 рублів;
• заміна пальців вкладиша – від 100 рублів;
• заміна кермової рейки - від 2000 рублів;
• регулювання кермової рейки – від 200 рублів;
• ремонт кермової рейки без зняття механізму з авто – від 1000 рублів;
• заміна кермової трапеції - від 1000 рублів;
• заміна пильовиків кермового механізму - від 1800 рублів.

Середні ціни на нові РМ у Росії та країнах СНД

Іноді робити ремонт рульового механізму недоцільно, а іноді й просто неможливо, наприклад, після серйозної ДТПтому може знадобитися придбання нового вузла на заміну старому. Природно, що вартість нового кермового механізму залежить не тільки від його типу, а й марки та моделі автомобіля, оригінальності самого механізму, адже на багато популярні моделіАвтомобільними (і не дуже) виробниками запчастин випускаються неоригінальні кермові механізми.

Середня ж вартість на нові кермові механізми по Росії та країнам ближнього зарубіжжя у перерахунку на вітчизняну валюту така:

• на задньопривідні автомобілі вітчизняного виробництва(ВАЗ 2105, 2107, 2106, ІЖ Ода) - від 2000 рублів;
• на передньопривідні автомобілівітчизняного виробництва (ВАЗ 2109, 2114, Пріора, Гранта, Каліна, Largus) - від 2500 рублів;
• на бюджетні автомобілі іноземного виробництва(KIA Ria, Renault Logan, Toyota Corolla, Hyundai Accent(Solaris), Ford Fiesta,) - Від 7 000 рублів;
• на автомобілі іноземного виробництва бізнес-класу ( Ford Mondeo, Toyota Camry, Volvo S40) - від 12 000 рублів;
• на автомобілі іноземного виробництва преміум-класу (Mercedes S-classe, BMW 7, Audi A8) – від 22 000 рублів;
• на вантажні автомобілі вітчизняного виробництва (КамАЗ, ГАЗ) - від 25000 рублів.

Варто додати, що у зв'язку зі змінами курсів основних іноземних валют вартість рульових механізмів на автомобілі іноземного виробництва може змінюватися у більшу або, як це не дивно, в меншу сторону.

Основою кермового управління будь-якого автомобіля є кермовий механізм. Він призначений для перетворення обертальних рухів рульового колеса у зворотно-поступальні рухи рульового приводу. Іншими словами, цей пристрійперетворює повороти керма на потрібні переміщення тяг і поворот керованих коліс. Основним параметром механізму є передатне число. А сам пристрій, власне, є редуктор, тобто. механічну передачу

Функції механізму

Рульова рейка

Основними функціями пристрою є:

• перетворення зусилля від керма (кермового колеса);
• передача отриманого зусилля на кермовий привід.

Типи кермових механізмів

Пристрій кермового механізму залежить від методу перетворення крутного моменту. За цим параметром виділяють черв'яковий і рейковий видимеханізмів. Існує ще гвинтовий тип, принцип роботи якого схожий на черв'ячну передачу, але він має більший ККД і реалізує більше зусилля.

Черв'яковий кермовий механізм: пристрій, принцип роботи, переваги та недоліки

Цей кермовий механізм є одним із «застарілих» пристроїв. Їм оснащені практично всі моделі вітчизняної класики. Механізм застосовується на автомобілях з підвищеною прохідністю з залежною підвіскоюкерованих коліс, а також у легких вантажних автомобілях та автобусах.

Схема черв'ячного редуктора

Конструктивно пристрій складається з наступних елементів:

• кермовий вал;
• передача "черв'як-ролик";
• картер;
• рульова сошка.

Пара "черв'як-ролик" знаходиться в постійному зачепленні. Глобоїдальний черв'як є нижньою частиною рульового валу, а ролик закріплений на валу сошки. При обертанні керма ролик переміщається зубами черв'яка, завдяки чому вал рульової сошки також повертається. Результатом такої взаємодії є передача поступальних рухівна привід та колеса.

Рульовий механізм черв'ячного типу має такі переваги:

• можливість повороту коліс на більший кут;
• гасіння ударів від дорожніх нерівностей;
• передача великих зусиль;
• забезпечення кращої маневреності машини.

Виготовлення конструкції досить складне та дороге – у цьому головний її мінус. Рульове управлінняз таким механізмом складається з безлічі сполук, періодичне регулювання яких просто необхідне. В іншому випадку доведеться замінювати пошкоджені елементи.

Рейковий кермовий механізм: пристрій, принцип роботи, переваги та недоліки

Механізм «шестерня-рейка»

Рульовий механізм рейкового типу вважається більш сучасним та зручним. На відміну від попереднього вузла, цей пристрій застосовується на транспортних засобахз незалежною підвіскою керованих коліс.

У рейковий кермовий механізм входять такі елементи:

• корпус механізму;
• передача "шестірня-рейка".

Шестерня встановлюється на рульовому валу і знаходиться у постійному зачепленні з рейкою. У процесі обертання рульового колеса рейка переміщається горизонтальною площиною. В результаті з'єднані з нею тяги рульового приводу також переміщуються і надають руху керовані колеса.

Механізм «шестірня-рейка» відрізняється простотою конструкції та високим ККД. До її переваг також можна віднести:

• менша кількість шарнірів та тяг;
• компактність та невисока ціна;
• надійність та простота конструкції.

З іншого боку, редуктор цього чутливий до ударів від нерівностей дороги – будь-який поштовх від коліс передасться на кермо.

Гвинтовий редуктор

Влаштування гвинтового редуктора

Особливістю цього механізму є з'єднання за допомогою кульок гвинта та гайки. За рахунок чого спостерігається менше тертя та знос елементів. Механізм складається з наступних елементів:

• вал рульового колеса з гвинтом
• гайка, що переміщається гвинтом
• зубчата рейка, нарізана на гайці
• зубчастий сектор, з яким з'єднана рейка
• рульова сошка

Гвинтовий кермовий механізм застосовується в автобусах, важких вантажних автомобілях і деяких легкових автомобіляхпредставницького класу.

Регулювання пристрою

Регулювання кермового механізму застосовується для компенсації зазорів у механізмах «черв'як-ролик» та «шестерня-рейка». У процесі експлуатації у цих механізмах може з'явитися люфт, який може призвести до швидкого зносуелементів. Регулювати кермовий механізм необхідно лише відповідно до рекомендацій виробника та на спеціалізованих СТО. Надмірне «затискання» механізму може призвести до його заклинювання при повороті керма в крайні положення, що може призвести до втрати керування автомобілем з відповідними наслідками.

Рульовий механізм - частина кермового керування, що полегшує керування автомобілем, завдяки значному передатному числу в редукторі. До конструкції кермових механізмів висувають такі вимоги:

• забезпечення заданого характеру зміни передавального числа кермового механізму;
• високий ККДпід час передачі зусилля від рульового колеса до сошки;
• здатність кермового механізму приймати зусилля від керованих коліс до кермового колеса, що необхідно для стабілізації керованих коліс.

Рульові механізми виконуються з чималими передатними числами. Передавальне число (м м) визначається відношенням кутів повороту кермового колеса та валу сошки кермового механізму. У легкових автомобілів передавальне число від 16 до 20, а у вантажних автомобілів 20-25. Зазвичай передавальне число кермового механізму величина стала (табл. 20.1).

Таблиця 20.1.Передавальні числа кермових механізмів

Легкові автомобілі		Вантажні автомобілі		Автобуси

Конструкції деяких кермових механізмів дозволяють змінювати передавальне число в процесі повороту кермового колеса або у бік збільшення (для вантажних автомобілів) або у бік зменшення (для легкових автомобілів). Робиться це для підвищення безпеки руху на високих швидкостяхта полегшення керування автомобілем при маневруванні.

Найбільш застосовуваними є три типи кермових механізмів: черв'якові, гвинтовіі рейкові.У черв'ячному і рейковому кермовому механізмах передачі зусилля на вал сошки бере участь одна пара деталей, а в гвинтовому кермовому механізмі через низький ККД гвинтової пари вводиться ще одна додаткова пара. Тому такі кермові механізми називаються комбінованими.

Черв'якові кермові механізмизастосовуються як на легкових, так і на вантажних автомобілях та автобусах. Вони відрізняються формою черв'яка і конструкцією сполученого з черв'яком веденого елемента. Найбільшого поширенняотримали черв'ячно-роликовікермові механізми. Рульова пара складається з глобоїдального черв'яка та двох-або тригребневого ролика. Черв'як називають глобоїдальним тому, що він має увігнуту форму, тобто форму однопорожнинного гіперболоїду обертання. Така передача має високу здатність навантаження через одночасного зачеплення великого числа зубів і малі втрати на тертя, так як тертя ковзання в цій передачі замінено тертям кочення.

У зачепленні черв'яка з роликом передбачають змінний зазор: від практично беззорого зачеплення в середньому положенні ролика, що відповідає прямолінійному руху, до значно збільшеного зазору крайніх положеннях. Така зміна зазорів досягається усуненням центру валу сошки у напрямку до черв'яка. Воно необхідно для виключення заклинювання рульового механізму в крайніх положеннях після регулювання, що виникає внаслідок зношування зазору в середній частині черв'ячної пари.

На рис. 20.5 представлений кермовий черв'ячний механізм автомобіля ГАЗ-66-11. Він складається з картера /, усередині якого знаходиться черв'як 6, що входить у зачеплення з тригребневим роликом 2. Черв'як запресований на порожнистий вал 7 і встановлений в картері на двох конічних підшипниках 5 8. Між нижньою кришкою 4 та картером рульового керування встановлено кілька тонких паперових прокладок 3 для регулювання підшипників хробака.

Мал. 20.5. Черв'яковий кермовий механізм автомобіля ГАЗ-66-11: 1 - Картер; 2 - ролик; 3 - регулювальні прокладки; 4- нижня кришка; 5, 8, 11, 17, 18- підшипники; 6- черв'як; 7 – вал; 9 - шпонка; 10 - Вісь; 12 - гвинт; 13 - Штифт; 14 - вал сошки; 15 - ущільнювальна манжета; 16 - Сошка; 19 - Стопорна шайба; 20 - гайка

Ролик встановлений на осі 10 на підшипниках 77 у щічках головки вала сошки. Вал сошки обертається у двох підшипниках 77 18. У місці виходу валу сошки встановлено ущільнювальну манжету 15. На шліцьовану частину валу посаджено сошку 16. Правильність установки сошки досягається наявністю на ній чотирьох здвоєних шліців.

Зачеплення черв'яка з роликом регулюють за допомогою гвинта 72, який ввернуть у бічну кришку картера. Гвинт фіксується за допомогою стопорної шайби /9, штифта 13 та гайки 20.

Вал хробака за допомогою шпонки 9 з'єднаний з нижньою вилкою рульового валу. Вал рульового механізму складається з верхнього рульового валу та проміжного валу, з'єднаних між собою та з редуктором рульового механізму за допомогою карданних шарнірів. На кінці рульового валу встановлена ​​маточина рульового колеса.

Різновидом черв'ячного кермового механізму є черв'яч-но-спіроидний кермовий механізм з бічним сектором, що застосовується на автомобілі Урал-4320 (рис. 20.6). Рульова пара складається з двоходового циліндричного черв'яка 2 і бокового сектора 3 зі спіральними конічними зубами. Черв'як закріплений на валу 4 , що обертається на підшипниках 7, що допускають невелике осьове переміщення. Сектор 3 виконаний заодно з валом 6, на шліцях якого встановлюється сошка 5.

Кути спіралей черв'яка та сектора різні. При трапецієподібному профілі поперечного перерізу витків черв'яка і зубів сектора вони стикаються по лінії, тому зуби сприймають навантаження, що передається, по всій осьовій довжині. Це знижує навантаження на зуби, зменшує контактну напругу і підвищує зносостійкість передачі. Вал сошки 6 встановлюється з великою точністюна подовжених голчастих підшипниках 7. Прогин черв'яка обмежується спеціальним упором 8 , встановленим у картері кермового механізму. Аналогічний наголос 9 обмежує прогин сектора з протилежного боку. За-

Мал. 20.6. Рульовий механізм автомобіля Урал-4320: 1 - Підшипник; 2 - черв'як; 3 - Сектор; 4 - Вал черв'яка; 5 - сошка; 6 - вал сошки; 7 - голчастий підшипник; 8, 9 - упори; 10 -

регулювальна шайба

зчеплення черв'яка з сектором регулюють підбором товщини бронзової шайби. 10 , розташованої між кришкою картера та сектором. Зазор у зачепленні збільшується при повороті черв'яка в обидва боки від середнього положення з метою унеможливлення заклинювання рульового механізму в крайніх положеннях.

Гвинтові кермові механізмизастосовуються на автомобілях великої вантажопідйомностіі, як правило, мають дві робочі пари: гвинт-гайка та рейка-зубчастий сектор. Вони відрізняються від звичайної гвинтової пари тим, що момент передається від гвинта на гайку не безпосередньо, а через кульки. Доріжками кочення при цьому для них є гвинтові канавки, виконані на тілі гвинта і в гайці. При повороті гвинта кульки циркулюють у гайці по замкнутому колу, викочуючись з гвинтового каналу через отвір з одного боку гайки та повертаючись у гайку через обвідний канал з протилежного боку. Використання циркулюючих кульок дозволяє замінити тертя ковзання в парі гвинт-гайка тертям кочення, що підвищує ККД передачі як в прямому напрямку, і у зворотному. Це покращує умови для стабілізації керованих коліс, але робить механізм досить чутливим до поштовхів з боку дороги. Тому для згладжування ударів повинні встановлюватись амортизатори або підсилювачі кермового управління. Глибина гвинтової канавки виконується змінною, а товщина середнього зуба сектора збільшеною в порівнянні з іншими зубами для виключення заклинювання в крайніх положеннях.

Зазор у зачепленні поршня-рейки з сектором валу сошки регулюють шляхом осьового переміщення валу сошки за допомогою регулювального гвинта. Зазор у парі гвинт-гайка не регулюється, тому висока надійністьта необхідний термін служби у цьому зачепленні забезпечують шляхом застосування високоякісних легованих сталей.

Рульовий механізм автомобіля ЗІЛ-431410 показано на рис. 20.7. Редуктор з'єднується з валом рульового колеса за допомогою карданного валуіз двома шарнірами. Картер 3 редуктора відлитий з чавуну та має нижню /, проміжну 9, верхню 14 та бічну 19 кришки. У картері розміщується поршень-рейка 4, в якій нерухомо встановлена ​​кулькова гайка 6. Кулькова гайка зібрана з гвинтом таким чином, що утворюються гвинтові канавки, в які вкладаються кульки 8. У паз кулькової гайки, з'єднаний двома отворами з гвинтовою канавкою, вставляють два штампованих жолоби 7, що утворюють трубку, по якій кульки, викочуючись при повороті гвинта 5 з одного кінця гайки, повертаються до іншого кінця.

Поршень-рейка 4 знаходиться в зачепленні із зубчастим сектором 18 вала 21 сошки, що обертається на запресованих у картер бронзових втулках. Осьове переміщення валу сошки здійснюється шляхом обертання регулювального гвинта. 20, головка якого входить у отвір вала сошки. При загортанні регулювального болтазменшується за-

Мал. 20.7. Внутрішній рульовий механізм автомобіля ЗІЛ-431410: 1 - нижня кришка; 2 - заглушка; 3 - Картер; 4 - поршень-рейка; 5 - гвинт; 6 - гайка; 7 – жолоб; 8 - кулька; 9 - проміжна кришка; 10 - Завзятий підшипник; 11 - кульковий клапан; 12 - золотник; 13 - корпус клапана керування; 14 - верхня кришка; 15 -Пружина; 16 - реактивний плунжер; 17 - гвинт; 18 - зубчастий сектор; 19 - бічна кришка; 20 - регулювальний гвинт; 21 - вал сошки; 22 - магнітна пробка; 23 - сошка

Зор у зачепленні рейка-зубчастий сектор, що збільшується через цей момент опору повороту не повинен перевищувати 500 Н. На зовнішній шліцований кінець валу встановлюється сошка 23.

При обертанні рульового колеса зусилля водія передається через вал рульового колеса та карданну передачуна гвинт 5. Кулькова гайка 6 переміщається вздовж осі гвинта, захоплює за собою поршень-рейку 4 , яка здійснює поворот зубчастого сектора 18 з валом 21 сошки навколо осі. Зусилля від сошки 23 передається на кермовий привід, який повертає керовані колеса.

За аналогічною схемою працюють кермові механізми автомобілів марок "КамАЗ", "КрАЗ", "МАЗ".

Рейкові кермові механізмипрості за конструкцією та компактні, мають високий ККД, тому широко використовуються на легкових автомобілях. Останнім часом такі механізми застосовуються на вантажних автомобілях малої вантажопідйомності, що мають незалежну підвіску. Робочою парою є шестерня-зубчаста рейка, при нормальному профілі зубів шестірні та рейки передатне число механізму постійно. Сучасні рейкові кермові механізми можуть мати змінне передавальне число, що досягається нарізкою зубів рейки спеціального профілю.

Підвищена чутливість до зовнішніх впливів внаслідок малого тертя, чутливість до коливань рульового управління викликають необхідність встановлення амортизаторів або підсилювачів для поглинання поштовхів.

Рейковий кермовий механізм (рис. 20.8) складається з картера 2, у якому на двох підшипниках 6 і? встановлено приводне зубчасте колесо 7, що знаходиться в зачепленні з рейкою 10. Рейка підтискається до зубчастого колеса пружиною. 12 через металокерамічний упор 11. Регулювання зазору в зачепленні здійснюється гайкою 13.

Мал. 20.8. Рейковий кермовий механізм автомобіля ВАЗ-2109: 1 - захисний чохол; 2 - Картер кермового механізму; 3 - еластична муфта; 4 - Поворотний важіль; 5 – рульова тяга; 6 - роликовий підшипник; 7 – зубчасте колесо; 8 - кульковий підшипник; 9 - Вал рульового управління; 10 - Рейка; 11 - упор рейки; 12 - пружина; 13 - гайка упору

При повороті валу 9, пов'язаного з кермовим колесом, зубчасте колесо 7 переміщує рейку 10, від якої зусилля передається на кермові тяги і далі через поворотні важелі 4 на колеса.

Рульові колонки та вали.У загальному випадкупередача обертання від кермового колеса на кермовий механізм здійснюється валом, що розміщується всередині колонки. На вантажних автомобілях (рис. 20.9, а, б)рульова колонка 3, встановлена ​​всередині кабіни водія, кріпиться середньою частиною до внутрішньої панелі та передньому щиткукабіни. На рульовій колонці може встановлюватися струмознімач звукового сигналута перемикач покажчика повороту. Вал 8 встановлений у колонці 3 на підшипниках 7, а рульове колесо 4 з'єднується з валом шпонкою або шліцами та кріпиться за допомогою гайки. Нижній кінець валу має канавку для кріплення вилки карданної передачі. У центрі кермового колеса розташоване контактний пристрійкнопки сигналу.

Рульовий вал і гвинт рульового механізму не завжди співвісні через компонування автомобіля та необхідність правильної установкикермового колеса. Крім того, кут між валом та гвинтом може змінюватися, оскільки кабіна має можливість невеликого переміщення щодо рами. Тому вал з'єднується з гвинтом через карданну передачу. 2. На деяких автомобілях із розміщенням кабіни над двигуном карданна передача дозволяє піднімати кабіну для того, щоб забезпечити доступ до двигуна. Карданна передача рульового механізму має-

Мал. 20.9. Рульові колонки вантажних автомобілів: а- КамАЗ-5320; б- ГАЗ-66-11; в- Кутовий редуктор; 1 - Клапан управління підсилювача керма; 2 - Карданна передача; 3 - рульова колонка; 4 - рульове колесо; 5 - рульовий механізм; 6 - Кутовий редуктор; 7 – підшипник; 8 - кермовий вал; 9 - кронштейн кріплення; 10 - провідне зубчасте колесо; 11 - кришка; 12 - вал ведучого зубчастого колеса; 13, 14 - Підшипники; 15 - ведене зубчасте колесо

е два шарніри нерівних кутових швидкостей, які за своєю конструкцією аналогічні застосовуваним у трансмісії автомобіля.

У разі розміщення кабіни над двигуном рульова колонка розташовується майже вертикально і для передачі обертання під великим кутом на гвинт у рульовому механізмі застосовується кутовий редуктор. 6 (Рис. 20, в)з передатним числом 1. Вал 12 з провідним зубчастим колесом 10 встановлений у корпусі на кулькових підшипниках 13, закріплених гайкою зі стопорною шайбою. Ведене зубчасте колесо 15 з'єднано з гвинтом шліцами, що забезпечує можливість переміщення гвинта щодо зубчастого колеса в поздовжньому напрямку.

На легкових автомобілях (рис. 20.10, а)рульова колонка включає вал 7, розміщений в трубі, яка кріпиться до передньої панелі. З'єднання кермового валу з валом з провідним зубчастим колесом кермового механізму здійснюється через пружну муфту. Вал обертається на підшипнику 3, на верхньому кінці валу на шліцях встановлюється кермо. На сучасних автомобілях рульова колонка може мати кілька положень регулювання по вертикалі та в поздовжньому напрямку для забезпечення зручності керування, що ускладнює її конструкцію.

Мал. 20.10. Рульові колонки легкових автомобілів: а- рульова колонка; б- кермовий вал, що деформується; / - Рульовий вал; 2 - рульова колонка з кронштейном кріплення; 3 - Підшипник; 4 - перфорований трубчастий кермовий вал

Рульові колонки можуть спричиняти серйозні травми водія при аваріях. Для зменшення небезпечної дії рульової колонки на водія використовується кермо, яке деформується при ударі і поглинає частину енергії удару. Вал рульового колеса при аварії повинен згинатися або розчіплюватися, не переміщаючись усередину салону більш ніж на 127 мм. Це здійснюється встановленням травмобезпечних рульових колонок, що є елементами. пасивної безпекиавтомобіля.

На автомобілі ВАЗ-2121 вал складається, оскільки має карданну передачу, а енергія удару поглинається кронштейном кріплення кермової колонки особливої ​​конструкції.

На автомобілі ГАЗ-3102 енергопоглинаючим елементом є гумова муфта, яка встановлюється між двома частинами кермового валу.

Поглинати енергію удару при зіткненні може і рульовий вал, що деформується. 4 , що встановлюється на зарубіжних автомобілів(рис. 20.10, б).Такий вал є перфорованою трубою, яка може значно коротшатися при силовому впливі на неї в осьовому напрямку.

Рульовий вал може складатися з двох частин і з'єднуватися кількома поздовжніми пластинами, які при ударі згинатися, поглинаючи енергію.

Він забезпечує поворот керованих коліс із невеликим зусиллям на рульовому колесі. Це може бути досягнуто за рахунок збільшення передавального числа кермового механізму. Однак передавальне число обмежене кількістю обертів кермового колеса. Якщо вибрати передавальне число з кількістю оборотів рульового колеса більше 2-3, то істотно збільшується час, необхідний поворот автомобіля, а це неприпустимо за умовами руху. Тому передавальне число в кермових механізмах обмежують в межах 20-30, а для зменшення зусилля на кермовому колесі в кермовий механізм або привід вбудовують підсилювач.

Обмеження передавального числа рульового механізму також пов'язане з властивістю оборотності, тобто здатністю передавати зворотне обертання через механізм рульове колесо. При великих передавальних числах збільшується тертя в зачепленнях механізму, властивість оборотності пропадає і повернення керованих коліс після повороту в прямолінійне положення виявляється неможливим.

Рульові механізми в залежності від типу кермової передачі поділяють на:

черв'якові,

гвинтові,

шестерні.

Рульовий механізм з передачею типу черв'як - ролик має як провідну ланку черв'як, закріплений на рульовому валу, а ролик встановлений на роликовому підшипникуна одному валу із сошкою. Щоб зробити повне зачеплення у великому вугілліповороту черв'яка, нарізування черв'яка виконують по дузі кола - глобоїді. Такий черв'як називають глобоїдним.

У гвинтовому механізмі обертання гвинта, пов'язаного з кермовим валом, передається гайці, яка закінчується рейкою, зачепленою із зубчастим сектором, а сектор встановлений на одному валу із сошкою. Такий кермовий механізм утворений кермовий передачею типу гвинт-гайка-сектор.

У шестерних рульових механізмах рульова передача утворюється циліндричними або конічними шестернями, до них відносять передачу типу шестерня-рейка. В останніх циліндрична шестерня пов'язана з кермовим валом, а рейка, зачеплена із зубами шестерні, виконує роль поперечної тяги. Рейкові передачі та передачі типу черв'як-ролик переважно застосовують на легкових автомобілях, оскільки забезпечують порівняно невелике передавальне число. Для вантажних автомобілів використовують кермові передачі типу черв'як-сектор і гвинт-гайка-сектор, забезпечені або вбудованим у механізм підсилювачами, або підсилювачами, винесеними в кермовий привід.

3.2. Рульовий привід.

Конструкції рульового приводу відрізняються розташуванням важелів і тяг, що становлять рульову трапецію, по відношенню до передньої осі. Якщо рульова трапеція знаходиться попереду передньої осі, то така конструкція рульового приводу називається передньою рульовою трапецією, при задньому розташуванні - задньою трапецією. Великий впливна конструктивне виконання та схему кермової трапеції надає конструкція підвіски передніх коліс.

При залежній підвісці (рис. 2.(а)) кермовий привід має простішу конструкцію, оскільки складається з мінімуму деталей. Поперечна рульова тяга в цьому випадку зроблена цільною, а сошка хитається в площині паралельної поздовжньої осі автомобіля. Можна зробити привід і з сошкою, що гойдається в площині, паралельною передньому мосту. Тоді поздовжня тяга буде відсутня, а зусилля від сошки передається прямо на дві поперечні тяги, пов'язані з цапфами коліс.

При незалежній підвісці передніх коліс (рис. 2.(б)) схема рульового приводу конструктивно складніша. У цьому випадку з'являються додаткові деталі приводу, яких немає у схемі із залежною підвіскою коліс. Змінюється конструкція поперечної кермової тяги. Вона зроблена розчленованою, що складається з трьох частин: основний поперечної тяги і двох бічних тяг - лівої та правої. Для опори основної тяги служить маятниковий важіль, який за формою та розмірами відповідає сошці. З'єднання бічних поперечних тягз поворотними важелями цапф та з основною поперечною тягою виконано за допомогою шарнірів, які допускають незалежні переміщення коліс у вертикальній площині. Розглянута схема кермового приводу застосовується головним чином легкових автомобілях.

Рульовий привід, будучи частиною кермового керування автомобіля, забезпечує не тільки можливість повороту керованих коліс, але й допускає коливання коліс при наїзді ними на нерівності дороги. При цьому деталі приводу одержують відносні переміщення у вертикальній та горизонтальній площинах і на повороті передають зусилля, що повертають колеса. З'єднання деталей за будь-якої схеми приводу виробляють за допомогою шарнірів кульових або циліндричних.