Міністерство освіти і науки украіни, молоді та спорту

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАІНИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ

Національний Транспортний Університет

Кафедра "Автомобілі"

 

 

 

КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ

З ДИСЦИПЛІНИ “АВТОМОБІЛІ”

Частина 1

 

Основи конструкції автомобіля.

для студентів спеціальності

"Промисловий дизайн”

денної форми навчання

 

 

Завідувач кафедри “ Автомобілі “

Сахно В.П.

Старший викладач кафедри

“Автомобілі”

Ковальчук Г.О.

 

 

Київ 2011 р.

 

ЛЕКЦІЯ

Конструкція рульового керування

 

1. Рульове колесо.

2. Вал приводу рульового механізму.

3. Рульовий механізм.

4. Рульовий привід керованих коліс.

5. Підсилювач рульового керування (насос з приводом, силовий пристрій, електродвигун з механізмом приводу).

6. Автоматичні електронні, локаційні, телематичні системи стабілізації руху та керування.

 

Активне рульове керування.

 

Рис. 10. Активне рульове керування автомобіля БМВ 5 з рейковим рульовим механізмом з гідропісилювачем, планетарним редуктором, електродвигуном у розрізному приводному валу:

 

1 – рульовий вал; 2 – епіциклічна шестірня; 3 – сателіт; 4 – черв’ячна шестірня електродвигуна; 5 – електродвигун; 6 – аварійний фіксатор;

7 – ведуча шестірня рульового механізму; 8 – рейка рульового механізму.

Конструкція активного рульового керування

 

Рульове колесо (рис. 6.10). Вал приводу рульового механізму 1. Планетарний редуктор з електродвигуном. Рульовий механізм. Привід керованих коліс. Гідропідсилювач рульового керування 5. Автоматична електронна, система стабілізації руху та керування (Active Front Steering).

 

Принцип дії

 

При вимкненому електродвигуні, вал та планетарний редуктор обертаються як одно ціле. При роботі електродвигуна епіциклічна шестірня обертається з різною кутовою швидкістю за годинниковою стрілкою, або проти в залежності від напряму та швидкості обертання шестірні електродвигуна. Під час руху автомобіля з невеликими швидкостями, при незначному зусиллі та невеликому куту повороту рульового колеса, керовані колеса повертаються на великий кут. Під час руху автомобіля на великій швидкості для повороту керованих коліс необхідні значні зусилля на рульовому колесі та значно більший кут повороту рульового колеса. Це необхідно тому, що при повороту рульового колеса на заданий кут, на великих швидкостях керовані колеса повертаються на значно менший кут, ніж при невисоких швидкостях руху. Якщо рульове колесо повернути на заданий стабільний кут повороту, то при збільшенні швидкості руху кут повороту керованих коліс автоматично зменшиться.

Передаточне число рульового механізму на високошвидкісних режимах руху складає 1:18.

Під час руху автомобіля з малими швидкостями система (Active Front Steering) з допомогою електродвигуна передаточне число зменшується до 1:10, менше двох обертів руля від упору до упору.

Зі збільшенням швидкості руху автомобіля електронна система керування зменшує активність електродвигуна і при швидкості 180-200 км/год. передаточне число повертається до максимального. На максимальних швидкостях електродвигун починає обертатися у зворотну сторону збільшуючи передаточне число до 1:20 і більше.

Рульові механізми

Призначені надійно забезпечувати поворот керованих коліс при невеликому зусиллі, що прикладається водієм до рульового колеса.

Це забезпечується при великому передаточному числу рульового механізму.

Разом з тим при великому передаточному числу зростає час, необхідний для повороту керованих коліс. Під час руху на великих швидкостях це недопустимо. Так для повороту керованих коліс на 30⁰ при передаточному числу рульового механізму 50 водію необхідно зробити чотири оберти рульового колеса, на що буде витрачено біля 10 секунд, а автомобіль при швидкості 100 км/год проїде близько 50 м.

Передаточне число рульових механізмів легкових автомобілів, як правило, складає 12….20, вантажних автомобілів 15….25.

Обмеження передаточного числа пов’язано з здатністю рульового механізму передавати зусилля у зворотному напрямку – від сошки до рульового колеса.

Для істотного зменшення зворотніх ударів на рульовому колесі під час наїзду на нерівності дороги, іноді застосовують рульові механізми з непостійним передаточним числом, яке збільшується в середньому положенні рульового механізму (під час руху прямо). Це забезпечується збільшенням тертя деталей рульового механізму при середньому положенню рульового колеса.

У процесі роботи робочі поверхні деталей рульового механізму зношуються, особливо в положенні, що відповідає прямолінійному руху автомобіля. При зносу деталей збільшується люфт рульового колеса, що знижує безпеку руху. Тому однією з вимог до рульового механізму є можливість усунення зазору у робочих парах.

 

Рейкові рульові механізми

Найбільш поширені на сучасних легкових автомобілях. До позитивної сторони таких механізмів відноситься простота та компактність конструкції, високий коефіцієнт корисної дії, простота технічного обслуговування і мала собівартість.

До негативної сторони рейкових механізмів відноситься невисоке значення передаточного числа, що потребує застосування підсилювачів.

Конструкція рейкового рульового механізму показана на рис.22.

 

Рис. 22. Рульове керування з рейковим рульовим механізмом:

 

1-чохол; 2- вкладиш; 3- пружина; 4- палець; 5- рульова тяга з наконечником; 6- кульовий шарнір; 7- зубчата рейка; 8- шестірня.

 

Шестірня 8 розташована на підшипниках у рейковому рульовому механізмі і знаходиться у зачепленні з зубчатою рейкою 7, яка пересувається у корпусі. Один кінець шестірні з’єднаний з рульовим валом. Зубчата рейка 7 шарнірно з’єднана з рульовими тягами 5. Зазор між зубами рейки та шестірні вибирається за допомогою упора з пружиною.

 

Рис. 23. Ведуча шестірня та рейка рульового механізму.

Черв ’ ячні рульові механізми

Застосовуються на легкових, вантажних автомобілях та автобусах.

В черв’ячному рульовому механізму момент передається від черв’яка, що закріплений шліцевим з’єднанням на рульовому валу до черв’ячного сектора, який встановлений на одному валу з сошкою. У багатьох рульових механізмах цього типу робочу пару виконують у вигляді глобоїдного черв’яка, а зуби замінюють роликом, що обертається на підшипниках та зменшує тертя. У такому механізмі зберігається зачеплення при великому куту повороту черв’яка. Схема такого механізму приведена на Рис. 24.

 

 

Рис. 24. Рульовий механізм типу «глобоїдний черв’як-ролик» без підсилювача:

1- ролик, 2- черв’як.

 

Тригрибневий ролик 1 на підшипниках встановлений на одному валу з сошкою. Черв’як 2 встановлений на підшипниках у корпусі рульового механізму. На рульовому валу черв’як встановлений на шліцах. Через карданний шарнір черв’як та ролик зв’язані з рульовим колесом. При повороту на деякий кут рульового колеса та черв’яка, одночасно пересувається по черв’яку 2 ролик 1 і повертає вал сошки, яка з’єднана з рульовою тягою. Пересування рульових тяг примушує повертатись керовані колеса. Недостатком такого механізму є мала площа кріплення до несучої системи легкового автомобіля, що при значному строку експлуатації автомобіля та корозії металу приводить до послаблення кріплення рульового механізму та зниженні безпеки руху.

 

Рульовий привід

До рульового приводу відноситься, як правило, рульова трапеція, важелі та тяги, що поєднують рульовий механізм з рульовою трапецією. В залежності від конструкції рульовий привід може включати елементи рульового підсилювача. Конструктивно привід керування може бути передніми колесами, передніми та задніми колесами, передніми та середніми колесами, усіма колесами, з розташуванням рульової трапеції спереду або позаду осі, з суцільною або розчленованою трапецією. Привід коліс здійснюється при залежній, або незалежній підвісці.

 

Призначення

 

Для поєднання в єдиний вузол рульової трапеції, важелів, тяг (підсилювача) з рульовим механізмом та передачі відповідних зусиль від рульового механізму (підсилювача) до керованих коліс.

 

Вимоги

 

Відповідність співвідношення кутів повороту коліс та рульового колеса, відсутність автоколивань та самостійного повороту керованих коліс при коливаннях автомобіля. Забезпечення такої кінематики повороту автомобіля, при якій всі колеса котяться по концентричних колах.

Рульові приводи в залежності від компоновки можуть мати розташування рульової трапеції спереду, або позаду осі моста автомобіля. При залежній підвісці (рис. 32), поперечна тяга як правило суцільна. При незалежній підвісці, поперечна тяга не суцільна, що дає змогу виключити самостійний поворот керованих коліс.

 

Рис. 32. Схема рульового приводу при залежній підвісці

 

При повертанні рульового колеса 3 (рис.32) рульовий вал 2 з черв’яком 1 повертає сошку 9 та переміщує повздовжню тягу 8, яка зв’язана з важелем поворотної цапфи 7, важелями 5, поперечною тягою 6, що спричиняє поворот коліс. Для забезпечення в приводі переміщення одних деталей відносно інших в горизонтальній та вертикальній площинах та надійної передачі зусиль, використовуються шарнірні з’єднання деталей 5- 9.

Шарнірні з’єднання подовжніх рульових тяг часто виконують з пружиною, для передачі зусиль, уникнення зазорів в шарнірах та поперечних коливань коліс. Наконечники поперечної рульової тяги нагвинчуються на тягу, що дає можливість регулювати кут сходження коліс.

 

 

Рис. 33. Схема рульового приводу при незалежній підвісці

 

Рульовий привід при незалежній підвісці (рис.6.33) повинен виключати довільне повертання кожного колеса, під час його качання у підвісці. Для цього необхідне близьке співпадання вісі качання колеса та вісі тяги приводу. Це досягається застосуванням поперечної рульової тяги, яка складається з трьох частин (Рис.6.33) - середньої 4 та двох бокових 3 і 6, з’єднаних між собою шарнірно. Середня тяга шарнірно з’єднана одним кінцем з сошкою, а другим кінцем з маятниковим важелем 1. Маятниковий важіль 1 одним кінцем закріплений до кузова автомобіля, другим до поперечної тяги 4.

Застосовуються і інші схеми рульових приводів з незалежною підвіскою.

 

Рис. 34. Схеми рульового керування з поворотом коліс (передніх, передніх та задніх)

 

 

Рис. 35. Схема заднього розташування рульової трапеції

 

Рис. 36. Схема переднього розташування рульової трапеції

 

Рис. 37. Рульова тяга приводу керованих коліс

 

Рис. 38. Наконечник рульової тяги з пальцем, гайкою та ущільненням

 

 

Рис. 39. Шарнірне з’єднання приводного вала рульового керування

 

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАІНИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ