С развалом в вертикальной плоскости

 и со схождением - в горизонтальной.

Углом развала управляемых колес называется угол χ между плоскостью колеса и вертикальной плоскостью, параллельной продольной оси автомобиля. Угол развала считается положительным, если колесо наклонено от автомобиля наружу, и отрицательным при наклоне колеса внутрь.

    

                                   Рис. 2.8.1 Угол развала управляемых колес

 

 Угол развала необходим для того, чтобы обеспечить перпендикулярное расположение колес по отношению к поверхности дороги при деформации деталей моста под действием веса передней части автомобиля.

 Угол развала обеспечивается конструкцией управляемого моста путем наклона поворотной цапфы и составляет 0... 2°.

В процессе эксплуатации угол развала колес изменяется главным образом из-за износа втулок шкворней поворотных кулаков, подшипников ступицы колес и деформации балки переднего моста.

При наличии развала колесо стремится катиться в сторону от автомобиля по дуге вокруг точки пересечения продолжения его оси с плоскостью дороги. Так как управляемые колеса связаны с кузовом, то качение колес по расходящимся дугам сопровождалось бы боковым скольжением.

Для устранения этого явления колеса устанавливают со схождением, т. е. не параллельно, а под некоторым углом к продольной оси автомобиля.

                          Рис. 2.8.2 Схождение управляемых колес

 

Угол схождения δ управляемых колес   определяется разностью расстояний А и Б между колесами, которые замеряют сзади и спереди по краям ободьев на высоте оси колес. Угол схождения колес у разных автомобилей составляет 0°20' ……. 1°, а разность расстояний между колесами сзади и спереди 2 …8 мм.

В процессе эксплуатации углы схождения колес могут изменяться вследствие износа втулок шкворней поворотных кулаков, шарнирных соединений рулевой трапеции и деформации ее рычагов.

Установка управляемых колес с одновременным развалом и схождением обеспечивает их прямолинейное качение по дороге без бокового скольжения.

Силы, действующие на автомобиль, стремятся отклонить управляемые колеса от положения, соответствующего прямолинейному движению. Чтобы не допустить поворота управляемых колес под действием возмущающих сил (толчков от наезда на неровности дороги, порывов ветра), колеса должны обладать свойством стабилизации.

Стабилизация управляемых колес - свойство колес сохранять положение, соответствующее прямолинейному движению, и автоматически в него возвращаться. Чем выше стабилизация управляемых колес, тем легче управлять автомобилем, выше безопасность движения, меньше изнашиваются шины и рулевое управление.

На автомобилях стабилизация управляемых колес обеспечивается упругими свойствами пневматической шины, а также наклоном шкворня (или оси поворота колес) в поперечной и продольной плоскостях, что создает стабилизирующие моменты - соответственно упругий, весовой и скоростной.

Упругий стабилизирующий момент шины создается при повороте колеса вследствие смещения результирующей боковых сил, действующих в месте контакта шины с дорогой, относительно центра контактной площадки. Стабилизирующий момент шины достигает значительной величины у легковых автомобилей, имеющих высокоэластичные шины и большие скорости движения. Однако при малых скоростях движения стабилизирующий момент шины не обеспечивает надежную стабилизацию управляемых колес. Кроме того, стабилизирующий момент шины резко уменьшается на скользких дорогах.

Весовой стабилизирующий момент создается от поперечного наклона шкворня (или оси поворота) управляемого колеса. Поперечный наклон оси поворота, характеризуемый углом α, при повороте колеса в любую сторону вызывает подъем балки моста автомобиля на некоторую величину h (рис. 2.8.3)

  При этом масса автомобиля стремится возвратить колесо в положение, соответствующее прямолинейному движению. Создаваемый в этом случае стабилизирующий момент и является весовым стабилизирующим моментом. Он меньше, чем стабилизирующий момент шины, не зависит от скорости движения и не уменьшается на скользкой дороге

 

                           Рис. 2.8.3 Угол поперечного наклона шкворня.

 

Угол поперечного наклона оси поворота управляемых колес α = 5... 10°. При увеличении угла повышается стабилизация управляемых колес, но затрудняется работа водителя.

Скоростной стабилизирующий момент создается от продольного наклона шкворня или выноса его вперед.

 

 

                              Рис. 2.8.4 Схемы наклона шкворня

 

Продольный наклон оси поворота, определяемый углом β, создает плечо а, на котором действуют реакции, возникающие при повороте колеса между шиной и дорогой в точках их касания. Эти реакции помогают возврату колеса в нейтральное положение, соответствующее прямолинейному движению. Создаваемый стабилизирующий момент и является скоростным. Обычно боковые реакции на колесах возникают из-за центробежной силы, действующей на автомобиль, которая пропорциональна квадрату скорости движения на повороте. Поэтому скоростной стабилизирующий момент также изменяется пропорционально квадрату скорости движения автомобиля. У автомобилей угол продольного наклона оси поворота управляемых колес β = 0... 3,5º.

При его увеличении повышается стабилизация управляемых колес, но затрудняется работа водителя.

 

РУЛЕВОЕ УПРАВЛЕНИЕ

3.1 Назначение и типы

Рулевым управлением называется совокупность устройств, осуществляющих поворот управляемых колес автомобиля. Оно служит для изменения и поддержания направления движения автомобиля и в значительной степени обеспечивает безопасность его движения.

На автомобилях направление движения изменяют поворотом передних колес различными типами рулевых управлений.

Применение левого или правого рулевого управления зависит от принятого в той или иной стране направления движения встречного транспорта.

Левое рулевое управление применяется в автомобилях большинства стран, где принято правостороннее движение транспорта (Россия, США и др.), а правое рулевое управление - в странах с левосторонним движением транспорта (Япония, Великобритания). Применение соответствующего рулевого управления с левой или правой стороны автомобиля обеспечивает лучшую видимость при разъезде с транспортом, движущимся навстречу.

Применение рулевого управления различной конструкции (без усилителя или с усилителем) зависит от типа и назначения автомобиля.

Рулевое управление без усилителя обычно устанавливают на легковых автомобилях особо малого и малого классов и грузовых автомобилях малой грузоподъемности.

Рулевое управление с усилителем применяют на других автомобилях. При этом значительно облегчается их управление, улучшается маневренность и повышается безопасность движения (при разрыве шины автомобиль можно удержать на заданной траектории движения).

Рулевое управление автомобиля состоит из рулевого механизма и рулевого привода.

В рулевой механизм входят

рулевое колесо,

рулевой вал и

рулевая передача, которая определяет тип рулевого механизма.

В рулевой привод входят

рулевая сошка,

рулевые тяги,

рычаги маятниковый и поворотных цапф, а также

рулевой усилитель, устанавливаемый на ряде автомобилей.

Рулевые тяги и рычаги поворотных цапф образуют рулевую трапецию, которая определяет тип рулевого привода.

Конструкция рулевого управления во многом зависит от типа подвески передних колес автомобиля.

При независимой подвеске передних управляемых колес, которая применяется на всех легковых автомобилях, в рулевое управление без усилителя (рис. 3.1, а) входят рулевое колесо 1, рулевой вал 2, рулевая передача 3, рулевая сошка 7, средняя рулевая тяга 8, маятниковый рычаг 9, боковые рулевые тяги 6 и 10, рычаги 5 и 11 поворотных цапф.

При вращении рулевого колеса 1 усилие от него на поворотные цапфы 4 и 12 передних колес передается через вал 2, рулевую передачу 3, сошку 7, среднюю 8 и боковые тяги 6 и 10, рычаги 5 и 11.

В результате осуществляется поворот управляемых колес автомобиля.

Рис.3.1. Рулевое управление при независимой (а)

             и зависимой (б) подвесках управляемых колес:

1 — рулевое колесо; 2 — вал; 3 — рулевя передача; 4 и 12 — цапфы; 5,9,11 и 14 - рычаги; 7 — сошка; 6,8,10,13 и 15 - тяги

 

При зависимой подвеске передних колес (рис. 3.1, б) рулевое управление без усилителя включает в себя рулевое колесо 1, рулевой вал 2, рулевую передачу 3, рулевую сошку 7, продольную рулевую тягу 13, поворотный рычаг 14, рычаги 5 и 11 поворотных цапф и поперечную рулевую тягу 15.

При вращении рулевого колеса 1 вместе с ним вращается вал 2. Усилие от вала через рулевой механизм 3 передается на сошку 7, которая через продольную тягу 13 перемещает рычаг 14 с поворотной цапфой 4 левого колеса. Одновременно через рычаги 5 и 11 и поперечную тягу 15 поворачивается цапфа 12 правого колеса. 

 

 3.2 Травмобезопасное рулевое управление

 

Травмобезопасное рулевое управление является одним из конструктивных мероприятий, обеспечивающих пассивную безопасность легкового автомобиля - свойство уменьшать тяжесть последствий дорожно-транспортных происшествий.

Рулевой механизм рулевого управления может нанести серьезную травму водителю при лобовом столкновении с препятствием и смятии передней части автомобиля, когда весь рулевой механизм перемещается в сторону водителя. Водитель может получить травму также от рулевого колеса или рулевого вала в случае резкого перемещения вперед (до 300... 400 мм) вследствие лобового столкновения, при слабом натяжении ремней безопасности.

Для уменьшения тяжести травм, получаемых водителем при лобовых столкновениях, которые составляют более 50 % всех дорожно-траспортных происшествий, применяют различные конструкции травмобезопасных рулевых механизмов. С этой целью кроме

1) рулевого колеса с утопленной ступицей и двумя спицами, значительно снижающего тяжесть наносимых травм при ударе, в рулевом механизме устанавливают

2) специальное энергопоглощающее устройство, а

3) рулевой вал выполняют составным.

Все это обеспечивает незначительное перемещение рулевого вала внутрь кузова автомобиля при лобовом столкновении с препятствием.

В рулевом механизме рулевой вал может состоять из трех частей, соединенных карданными шарнирами, а роль энергопоглощающего устройства играть специальное крепление рулевого вала к кузову автомобиля. В случае лобового столкновения, когда передняя часть автомобиля деформируется, рулевой вал складывается и незначительно перемещается в салон кузова автомобиля. При этом кронштейн крепления рулевого вала деформируется и поглощает часть энергии удара.

 В рулевом механизме с энергопоглощающим устройством сильфонного типа рулевое колесо соединено с рулевым валом металлическим гофрированным цилиндром, который при столкновении деформируется, частично поглощая энергию удара и обеспечивает небольшое перемещение рулевого вала в сторону водителя.

 

3.3 Рулевой механизм   

Рулевым называется механизм, преобразующий вращение рулевого колеса в поступательное перемещение рулевого привода, которое и обеспечивает поворот управляемых колес. Он служит для увеличения усилия водителя, прилагаемого к рулевому колесу, и передачи этого усилия рулевому приводу.

 Увеличение усилия, прилагаемого к рулевому колесу, происходит за счет передаточного числа рулевого механизма. Передаточное число рулевого механизма - это отношение угла поворота рулевого колеса к углу поворота вала рулевой сошки. В зависимости от типа автомобиля оно составляет 15... 20 у легковых автомобилей и 20... 25 у грузовых автомобилей и автобусов. Такие
передаточные числа за 1... 2 полных оборота рулевого колеса обеспечивают поворот управляемых колес автомобилей на максимальные углы (35... 45°). На автомобилях применяются различные типы рулевых механизмов.

Рис. 3.3.1 Червячно-роликовый рулевой механизм

Червячные рулевые механизмы применяются на легковых, грузовых автомобилях и автобусах. Наибольшее распространение из них имеют червячно-роликовые рулевые механизмы (рис. 3.3.1), состоящие из червяка и ролика. Червяк имеет форму глобоида - его диаметр в средней части меньше, чем по концам. Такая форма обеспечивает надежное зацепление червяка с роликом при по­вороте рулевого колеса на большие углы. Ролики могут быть двух­- или трехгребневыми. Двухгребневые ролики применяются в рулевых механизмах легковых автомобилей, трехгребневые – грузовых автомобилей и автобусов. При вращении червяка, закрепленного на рулевом валу, момент от червяка передается ролику, который установлен на подшипнике на оси, размещенной в пазу вала рулевой сошки.

Червячно-роликовые рулевые механизмы имеют небольшие размеры, надежны в работе и просты в обслуживании. Их КПД до­статочно высокий

(0,85 при передаче усилий от рулевого колеса на управляемые колеса и 0,7 - от управляемых колес к рулевому колесу), поэтому усилия водителя, затрачиваемые на преодоле­ние трения в рулевом механизме, невелики.

Винтовые рулевые механизмы используют на тяжелых грузовых автомобилях.

Рис. 3.3.2 Ви
нтореечный рулевой механизм

 

В и н т о р е е ч н ы й рулевой механизм (рис. 3.3.2)включает в себя винт 5,

шариковую гайку - рейку 1 и сектор 8, изготовленный вместе с валом рулевой

сошки 9. В механизме вращение винта 5 преоб­разуется в поступательное перемещение гайки 1, на которой на­резана рейка, находящаяся в зацеплении с зубчатым сектором 8 вала рулевой сошки 9.

Для уменьшения трения и повышения износостойкос­ти соединение винта с гайкой осуществляется через шарики. КПД винтореечного механизма в обоих направлениях почти одинак­ов и достаточно высок (0,8 … 0,85), поэтому при таком механизме применяют гидроусилитель руля, который воспринимает толчки и удары, передаваемые на рулевое колесо от неровностей дороги.

В р е е ч н о м рулевом механизме вращение шестерни, закрепленной на рулевом валу, вызывает перемещение рейки, которая выполняет роль поперечной рулевой тяги. Реечный рулевой механизм прост по конструкции, компактен, имеет наименьшую стоимость по сравнению с рулевыми механизмами других типов. КПД механизма очень высок (0,9... 0,95), приблизительно одинаков в обоих направлениях. Из-за большого значения обратного КПД реечные рулевые механизмы без усилителя устанавливают на легковых автомобилях особо малого и малого классов, так как только на этих автомобилях они способны поглощать толчки и удары, которые передаются от дорожных неровностей на рулевое колесо. На легковых автомобилях более высокого класса с реечным рулевым механизмом применяют гидроусилитель руля, поглощающий толчки и удары со стороны дороги.

 

Рулевой привод

Рулевым приводом называется система тяг и рычагов, осуществляющая связь управляемых колес автомобиля с рулевым механизмом. Он служит для передачи усилия от рулевого механизма управляемым колесам и обеспечения их правильного поворота. На автомобилях применяют различные типы рулевых приводов.

Основной частью рулевого привода является рулевая трапе ция. Она образована поперечными рулевыми тягами, рычагами поворотных цапф и осью управляемых колес. Одним основанием трапеции является ось колес, другим - поперечные тяги, а боковыми сторонами - рычаги  поворотных цапф. Рулевая трапеция служит для поворота управляемых колес на разные углы.

 

Рис 3.4  Углы поворота передних колес

 

Внутреннее колесо (по отношению к центру поворота автомобиля) поворачивается на больший угол, чем наружное. Это необходимо для того, чтобы при повороте автомобиля колеса катились без бокового скольжения и с наименьшим сопротивлением. В противном случае ухудшается управляемость автомобиля, возрастают расход топлива и износ шин.

Чтобы автомобиль двигался на повороте без бокового скольжения колес, все колеса должны совершать качение по дугам, описанным из одного центра, лежащего на продолжении задней оси автомобиля (рис. 3.4). При этом передние управляемые колеса должны поворачиваться на разные углы: внутреннее по отношению к центру поворота – на больший угол, наружное – на меньший.

Эту функцию и выполняет рулевая трапеция (см. рис. 3.4).   

Рулевая трапеция может быть передней или задней в зависимости от ее расположения перед осью передних управляемых колес или за ней.

Применение рулевого привода с передней или задней рулевой трапецией зависит от компоновки автомобиля и его рулевого управления. При этом рулевой привод может быть с неразрезной или разрезной рулевой трапецией в зависимости от типа подвески.

Неразрезная рулевая трапеция имеет сплошную поперечную рулевую тягу, соединяющую управляемые колеса. Такую трапецию применяют при зависимой подвеске передних управляемых колес на грузовых автомобилях и автобусах.

Разрезная рулевая трапеция имеет многозвенную поперечную рулевую тягу, соединяющую управляемые колеса. Ее используют при независимой подвеске управляемых колес на легковых автомобилях.

 

Рулевой усилитель

Рулевым усилителем называется механизм, создающий под давлением жидкости или сжатого воздуха дополнительное усилие на рулевой привод.

Он служит для облегчения управления автомобилем, повышения его маневренности и безопасности движения, а также смягчает толчки и удары дорожных неровностей, передаваемых от управляемых колес на рулевое колесо. Усилитель значительно облегчает работу водителя. При его наличии водитель прикладывает к рулевому колесу усилие в 2... 3 раза меньшее, чем без усилителя, что особенно ощутимо при управлении грузовыми автомобилями средней и большой грузоподъ­емности и автобусами, когда требуется усилие до 400 Н и более. Это весьма существенно, так как из всей затрачиваемой водителем энергии на управление автомобилем до 50% приходится на рулевое управление. Кроме того, улучшается маневренность автомобиля с рулевым усилителем вследствие быстроты и точности его действия, повышается безопасность движения, потому что в случае резкого понижения давления воздуха в шине переднего управляемого колеса из-за ее прокола или разрыва усилитель помогает водителю удержать рулевое колесо в руках и сохранить направление движения автомобиля.

Однако наличие усилителя приводит к усложнению конструкции рулевого управления и повышению стоимости, увеличению износа шин, более сильному нагружению деталей рулевого привода и ухудшению стабилизации управляемых колес автомобиля. Кроме того, наличие усилителя на автомобиле требует адаптации водителя.

На легковых автомобилях, грузовых автомобилях средней и большой грузоподъемности и на автобусах применяют пневматические и гидравлические усилители. Принцип их действия аналогичен, но в них используются разные рабочие вещества: в пневматических - сжатый воздух пневматической тормозной системы автомобиля, а в гидравлических - масло (турбинное, веретенное).

 Наиболее широко распространены гидравлические усилители (гидроусилители) - 90 % всех автомобилей оборудованы усилителями этого типа. Они очень компактны, имеют малое время срабатывания (0,2... 2,4 с), работают при давлении 6... 10 МПа, требуют тщательного ухода и особо надежных уплотнений, так как течь жидкости приводит к выходу их из строя.

Гидроусилитель (рис. 3.5) устроен и работает следующим образом.

Рис. 3.5 Схема гидроусилителя:

 

1 - золотник; 2, 3 и 11 - маслопроводы; 4 - пружина; 5 - колесо; 6 и 9 - тяги; 7 и 8 - рычаги; 10 - поршень; а.., г - камеры; А и В - полости; Б - бачок; ГН - гидронасос; РМ - рулевой механизм; ГР - гидрораспределитель; ГЦ ­ гидроцилиндр.

 

Гидронасос (ГН) является источником питания,

гидрораспределитель (ГР) - распределительным устройством, а гидроцилиндр (ГЦ) - исполнительным.       

Гидронасос, приводимый в действие от двигателя автомобиля, соединен нагнетательным и сливным маслопроводами с гидрораспределителем, который установлен на продольной рулевой тяге 6, прикрепленной к поворотному рычагу 7 управляемого колеса 5. Внутри корпуса гидрораспределителя находится золотник 1, связанный с рулевым механизмом.Золотник имеет три пояска, а корпус гидроусилителя - три окна. Внутри корпуса между поясками золотника образуются камеры а и б. Кроме того, в корпусе имеются еще две реактивные камеры – в и г,соединенные с камерами а и б осевыми каналами, выполненными в крайних поясках золотника.

В реактивных камерах размещены предварительно сжатые центрирующие пружины 4.

Гидрораспределитель соединен маслопроводами 11 с гидроцилиндром, который установлен на несущей системе (рама, кузов) автомобиля. Поршень 10 гидроцилиндра через шток связан поперечной рулевой тягой 9, соединенной с рычагом 8 поворотной цапфы управляемого колеса. Поршень делит внутренний объем гидроцилиндра на две полости А и В, которые соединены маслопроводами соответственно с камерами а и б гидрораспределителя. Обе полости гидроцилиндра, все камеры гидрораспределителей и маслопроводы заполнены маслом (турбинным, веретенным).

При прямолинейном движении автомобиля золотник 1 под действием центрирующих пружин 4 и давления масла в реактивных камерах в и г удерживается в нейтральном положении, при котором все три окна гидрораспределителя открыты. Масло попадает от гидронасоса через нагнетательный маслопровод 2 в камеры а и б гидрораспределителя, из них по сливному маслопроводу 3 в бачок Б и затем в гидронасос.

Давление масла, установившееся в камерах а и б, передается по маслопроводам 11 в полости А и В гидроцилиндра, где давление одинаково.

При повороте автомобиля усилие от рулевого механизма передается на золотник. После преодоления сопротивления центрирующих пружин 4 усилие перемещает золотник 1 из нейтрального положения на 1... 2 мм в одну или другую сторону в зависимости от направления поворота автомобиля. Нагнетательный маслопровод через гидрораспределитель соединяется с одной из полостей гидроцилиндра, а другая его полость соединяется со сливным маслопроводом. Масло из гидронасоса по нагнетательному маслопроводу 2 поступает в гидрораспределитель, затем в гидроцилиндр и воздействует на поршень 10. Перемещающийся поршень через тягу 9 и рычаг 8 поворачивает управляемое колесо 5, а масло из цилиндра по сливному маслопроводу 3 поступает в бачок Б и изнего в гидронасос.

Одновременно из-за наличия связи через рычаг 7 и тягу 6 (обратная связь) корпус гидрораспределителя перемещается в сторону, в которую был смещен золотник. При этом давление масла в полостях А и В гидроцилиндра уравновешивается, и поворот управляемого колеса прекращается. Угол поворота управляемого колеса будет точно соответствовать углу поворота рулевого колеса - в этом заключается следящее действие гидроусилителя по перемещению. Таким образом, гидроусилитель следит за поворотом рулевого колеса. И если водитель останавливает рулевое колесо, то гидрораспределитель обеспечивает благодаря обратной связи фиксацию поршня гидроцилиндра в соответствующем положении. При этом дополнительная подача масла в гидроцилиндр прекращается.

 

 

ТОРМОЗНЫЕ СИСТЕМЫ

 

Назначение и типы

Тормозной называется система управления автомобиля, обеспечивающая безопасность при движении и остановках. Она служит для уменьшения скорости движения, остановки и удержания автомобиля на месте.

Современные автомобили оборудуются несколькими тормозными системами, имеющими различное назначение

Рабочая тормозная система предназначена для снижения скорости автомобиля вплоть до полной его остановки. Она является наиболее эффективной из всех тормозных систем, действует на все колеса автомобиля и используется для служебного и экстренного (аварийного) торможения автомобиля. Рабочую тормозную систему часто называют ножной, так как она приводится в действие от тормозной педали ногой водителя.

Стояночная тормозная система служит для удержания на месте неподвижного автомобиля. Она воздействует только на задние колеса автомобиля или на вал трансмиссии и приводится в действие от рычага рукой водителя, поэтому ее иногда называют ручной.

  Запасная тормозная система является резервной и предназначена для остановки автомобиля при выходе из строя рабочей тормозной системы. При отсутствии на автомобиле отдельной запасной тормозной системы ее функции может выполнять исправная часть рабочей тормозной системы (первичный или вторичный контур) или стояночная тормозная система.

  Вспомогательная тормозная система служит для ограничения скорости движения автомобиля на длинных и затяжных спусках. Она выполняется независимой от других тормозных систем и представляет собой тормоз-замедлитель, который обычно действует на вал трансмиссии. Вспомогательную тормозную систему часто используют для служебного торможения в целях уменьшения износа рабочей тормозной системы и повышения безопасности движения в горных условиях, где при частых торможениях тормозные механизмы колес сильно нагреваются и быстро выходят из строя. Так, если у грузового автомобиля число торможений на 100 км пути составляет около 125 на загородном шоссе, то в горных условиях оно возрастает до 1000.

  Прицепная тормозная система предназначена для снижения скорости движения, остановки и удержания на месте прицепа, а также автоматической его остановки при отрыве от автомобиля - тягача.

Рабочей, стояночной и запасной тормозными системами оборудуют все автомобили, а вспомогательной - только грузовые автoмобили большой грузоподъемности полной массой свыше 12 т и автобусы полной массой более 5 т.

Прицепной тормозной системой оборудуют прицепы, работающие в составе автопоездов.

Совокупность всех тормозных систем называется тормозным управлением автомобиля. Каждая тормозная система состоит из одного или нескольких тормозных механизмов (тормозов), которые осуществляют процесс торможения автомобиля, и

тормозного привода, управляющего тормозными механизмами.