Понятие о повороте автомобиля и принцип действия рулевого управления

Рулевое управление обеспечивает движение автомобиля по за­данному направлению. Изменение направления движения автомо­биля осуществляется поворотом его передних управляемых колес.

Движение автомобиля при повороте происходит вокруг центра О (рис. 16.1, я), при этом колеса автомобиля во избежание боко­вого скольжения должны описывать дуги концентрических ок­ружностей. Центр поворота находится в точке пересечения про­должения оси вращения задних колес и осей вращения обоих уп­равляемых колес. Поэтому управляемые колеса 2 при повороте автомобиля должны быть повернуты на разные углы. При этом угол поворота внутреннего колеса по отношению к центру пово­рота должен быть больше угла поворота внешнего колеса. Такая схема поворота конструктивно обеспечивается рулевой трапецией, сторонами которой являются балка / управляемого моста, попе­речная рулевая тяга 3 и рычаги поворотных кулаков. Рулевая тра­пеция вместе с механизмами и устройствами, обеспечивающими поворот автомобиля, составляет рулевое управление.

Простейшая схема рулевого управления показана на рис. 16.1, б. При вращении рулевого колеса 4 поворачивается рулевой вал б, расположенный внутри рулевой колонки 5. На нижнем конце вала закреплен червячный механизм 7, сообщающий угловые переме­щения сошке 8: С помощью продольной тяги 9и рычага //сошка поворачивает левый поворотный кулак с расположенным на его цапфе колесом. Одновременно левый кулак посредством рычага 10 и поперечной тяги 3 поворачивает через рычаг 13 правый пово­ротный кулак /2, а вместе с ним и колесо, установленное на его цапфе.

Рулевое управление состоит из рулевого механизма и рулевого привода. Для облегчения управления автомобилем в рулевой при­вод может входить усилитель. Однако легкость управления авто­мобилем зависит прежде всего от общего передаточного числа рулевого управления, которое определяется отношением угла по­ворота рулевого колеса к углу поворота управляемых колес авто­мобиля. Общее передаточное число рулевого управления равно произведению передаточных чисел рулевого механизма и рулево­го привода.

а — схема поворота управляемых колес; б — схема действия рулевого управле­ния; / — балка управляемого моста; 2 — управляемые колеса; 3 — поперечная рулевая тяга; 4 — рулевое колесо; 5 — рулевая колонка; б — рулевой вал; 7 — червячный механизм; 8 — сошка; 9 — продольная тяга; /0, II — рычаги левого поворотного кулака; 12 — правый поворотный кулак; 13 — рычаг правого по­воротного кулака

Рулевые механизмы

Центр

Рис. 16.1. Схема рулевого управлення и движения автомобиля при пово­роте:

Угол поворота поворота внешнего колеса

Рулевой механизм служит для передачи усилия от рулевого колеса на рулевой привод и уменьшения усилия, необходимого для поворота автомобиля. Передаточное число рулевых механиз­мов находится в пределах 15...30, вследствие чего усилие, переда­ваемое сошкой, значительно больше усилия, приложенного к рулевому колесу. Применяются также рулевые механизмы с непо­
стоянным передаточным числом, которое увеличивается по мере перемещения их рабочей пары к среднему положению. Это спо­собствует уменьшению обратных ударов в рулевое колесо при на­саде управляемых колес на неровности дороги. С этой же целью в приводе рулевого управления уменьшают плечо А поворота коле­са (см. рис. 15.3, а).

В зависимости от нагрузки на управляемый мост автомобиля предусмотрено несколько типов рулевых механизмов. Наиболее распространенными из них являются червячно-роликовые (чер­вяк—ролик, червяк—сектор) и винтореечные (винт—шарико­вая гайка—сектор). Червячно-роликовый рулевой механизм в виде червячной передачи с червяком глобоидной формы и двух-, трехфебневым роликом (червяк—ролик) применяется на боль­шинстве легковых и многих грузовых автомобилях. Рулевой меха­низм такого типа показан на рис. 16.2. В картере / на двух коничес­ких роликоподшипниках вращается глобоидный червяк 5, уста­новленный на валу 6 рулевого колеса. В зацепление с червяком входит трсхгрсбневый ролик 3_% вращающийся на цилиндричес­ком роликоподшипнике, установленном на оси 7, запрессован­ной в фасонную головку вала 2 рулевой сошки.

Опорами вала сошки служит с одной стороны роликоподшип­ник <?, а с другой — бронзовая втулка 16. С этой же стороны вал сошки уплотняется сальником 13. Сошка 14 установлена на шли­цах вала и удерживается гайкой 15. Под нижней крышкой картера расположены прокладки 4, служащие для регулировки коничес­ких роликоподшипников червяка 5. Регулировка глубины зацепле­ния ролика 3 с червяком 5 производится осевым перемещением

Рис. 16.2. Рулевой механизм типа червяк—трсхгрсбневый ролик: / — картер; 2— головка рулевой сошки; 3— трехгребневый раї и к; 4— регули­ровочные прокладки; 5— червяк; 6 — вал; 7 — ось; 8 — роликоподшипник; 0— стопорная шайба; 10 —кол пачковая гайка; II— регулировочный винт; 12—вал сошки; 13— сальник; 14 —сошка; 15— гайка крепления сошки; 16— бронзовая втулка; Н — регулируемая глубина зацепления ролика с червяком

 

вала 12 сошки (в пределах величины Л) с помощью регулировоч­ного винта //, установленного в крышке картера. Винт закрыт колпачковой гайкой 10 и фиксируется стопорной шайбой 9 со штифтом.

Рабочая пара типа червяк—ролик имеет зацепление с пере­менным зазором. В средней части, соответствующей положению колес для движения автомобиля по прямой, зазор имеет мини­мальную величину (0,03 мм); при повороте рулевого колеса он увеличивается, так как уменьшается высота зубьев сектора от се­редины к крайним точкам. При этом по мере поворота автомоби­ля в ту или иную сторону свободный ход рулевого колеса также возрастает, достигая в крайних положениях 25...30*. Наличие пе­ременного зазора в соединении червяк — ролик повышает чув­ствительность рулевого управления при среднем положении ко­лес и облегчает вывод рулевого колеса из крайних положений. Рулевой механизм данного типа имеет малые потери на трение, так как при работе ролик не скользит, а катится по червяку, вслед­ствие чего снижается изнашивание деталей и затрачивается мень­ше усилий на управление автомобилем.

На переднеприводных легковых автомобилях семейств ВАЗ, «Москвич», ЗАЗ применяются реечные рулевые механизмы типа шестерня—рейка с прямозубым (на автомобиле ВАЗ-2109) или косозубым зацеплением (на остальных автомобилях), которые кон­структивно хорошо сочетаются с переднеприводной компонов­кой автомобиля при поперечном или продольном расположении двигателя.

Указанный рулевой механизм (рис. 16.3, а) состоит из картера 8₉ внутри которого установлен вал 10, изготовленный как одно це­лое с косозубой шестерней 7, находящейся в зацеплении с зубча­той рейкой 3. Вал 10 вращается в двух шариковых подшипниках 2, натяг которых производится через распорную втулку I и регули­ровочные прокладки под крышкой 9 (автомобили семейства ЗАЗ).

Надежное беззазорное зубчатое соединение приводной шес­терни 7 с рейкой по всей величине ее хода обеспечивает металло- керамический упор б за счет пружины 5. Радиальные усилия, дей­ствующие на рейку, воспринимаются упором и через пружину 5 передаются на крышку 4. В сборе с тягами 15 рулевой механизм крепится двумя скобами 16 на панели передка кузова. В верхней части вала на шлицах крепится рулевое колесо /7, которое по­средством установленного на нем демпфирующего устройства по­вышает активную безопасность рулевого управления.

На автомобилях большой полной массы для облегчения управ­ления ими рулевые механизмы имеют большие передаточные числа. При этом не допускается значительного повышения удельной нагрузки на поверхности рабочей пары рулевого механизма. В ру­левых управлениях таких автомобилей применяют механизм чер-

Рис. 16.3. Рулевое управление переднеприводных легковых автомобилей: а — рулевой механизм типа шестерня—рейка; б — рулевой привод и общая компоновка рулевого управления; / — распорная втулка; 2 — шарикоподшип­ники; 3 — зубчатая рейка; 4 — крышка упора; 5 — пружина; б — упор; 7 —: шестерня; 8 — картер; 9 — крышка картера; 10 — вал-шестерня; // — шаровой палец; 12 — уплотнитель; 13 — вкладыши; /4 — пружина шарнира; /5 — гори­зонтальные тяги; 16 — скобы крепления рулевого механизма; 17— рулевое коле­со; 18— поворотные рычаги; 19— регулировочные втулки; 20— резинометаллк» ческие шарниры; 21 — крепежная пластина

 

вяк—сектор с большой поверхностью зацепления или механизм с двумя рабочими парами: винт с гайкой на циркулирующих ша­риках и зубчатую рейку с сектором. Последнее нашло широкое распространение на автомобилях КамАЗ, ЗИЛ и др.

В качестве примера рассмотрим устройство винтореечного ру­левого механизма типа винт—шариковая гайка—сектор автомо­биля ЗИЛ-431410 и его модификаций. Картер / (рис. 16.4) рулево­го механизма установлен с левой стороны автомобиля на лонже­роне рамы и вынесен вперед за пределы балки передней оси. Ко­лонка б вала рулевого колеса закреплена на кронштейнах внутри кабины. Вал рулевого механизма соединен с валом рулевого коле­са при помощи карданного вала 7, имеющего два карданных шар­нира 8. Последнее вызвано трудностью размещения сплошного вала рулевого механизма из-за установки на автомобиле У-образ- ного двигателя и максимально приближенной к нему кабины.

Рулевой механизм объединен в одном агрегате с гидроусили­телем, насос 2 которого совместно с масляным бачком 3 крепит­ся к двигателю. Насос и рулевой механизм соединены между со­бой гибкими шлангами; подводящим масло шлангом 5 высокого давления и отводящим масло шлангом 4 низкого давления. Через сошку 13 усилие от рулевого механизма передается к приводу управ­ляемых колес.

Рис. 16.4. Схема рулевого управления автомобиля ЗИЛ-431410:

/ — картер: 2— иасос гидроусилителя; 3 — масляный бачок; 4— шланг низкого давления; 5 — шланг высокого давления; 6 — колонка вала рулевого колеса; 7 — карданный вал; £ — шарниры; 9 — поперечная рулевая тяга; /0. // — рычаги правого поворотного кулака; 12 — продольная рулевая тяга; 13 — сошка рулевого

механизма

Рулевой механизм (рис. 16.5) состоит из силового цилиндра 2, винта 4, гайки 5 с шариками 7, поршня-рейки 3, зубчатого секто­ра 16с валом 17. Картер рулевого механизма является одновремен­но корпусом цилиндра 2, закрытого в нижней части крышкой /. Передаточное число рулевого механизма равно 20.

Между промежуточной 8 и верхней 12 крышками цилиндра установлен корпус 10 клапана управления гидроусилителем, внутри которого размешены плунжеры 14 и пружины 13, взаимодейству-

Рис. 16.5. Рулевой механизм типа винт—шариковая гайка—сектор:

 

/ — крышка цилиндра; 2 — силовой цилиндр — картер; 3 — поршень-рейка; 4 — винт рулевого механизма; 5 — шариковая гайка; 6 — желоб для перекатывания шариков; 7— шарики; промежуточная крышка; 9 — золотник; 10 — корпус клапана управления; // — гайка крепления винта; 12 — верхняя крышка; 13 — пружина плунжера; 14 — плунжер; 15 — стопорный винт, 16 — зубчатый сектор; /7 — вал сектора; 18 — сошка; 19 — боковая крышка; 20 — стопорное кольцо регулировочного винта; 21 —