Обратимость рулевого механизма

Под обратимостью рулевого механизма понимается его способность передавать крутящий момент от колеса автомобиля на рулевое колесо.

Чтобы защитить руки водителя от повреждений при резком повороте рулевого колеса от попадающих под колеса автомобиля дорожных неровностей, передаваемый на рулевое колесо крутящий момент должен быть ограничен. Но для информации водителя о состоянии дороги небольшая передача момента считается желательной.

Нашедший широкое применение на грузовых и  легковых автомобилях ранних моделей червячный рулевой механизм наиболее отвечает этим требованиям. Прямой и обратный кпд червячной передачи различны и изменяются путем изменения углов наклона её зубьев. Это позволяет обеспечить практически сколь угодно низкий обратный кпд, вплоть до полного самоторможения передачи. Устанавливаемые на автомобилях червячные рулевые механизмы имеют прямой кпд  0,6-0,8 и выше, обратный  – не  0,4-0,5.

Обратимость рулевого механизма оценивается угловой скоростью обратимости, углом возврата, временем возврата и степенью возврата рулевого колеса.

            Угловая скорость                         Угол возврата

            обратимости:                                рулевого колеса:

         w = ;                               a^'    =  ;

     Время возврата рулевого                    Степень возврата

  колеса:                                                  рулевого колеса:

          t =  ;                                       l = ,

где и - передаточное число рулевого механизма;  a - угол поворота рулевого колеса;  Т_ст - стабилизирующий момент, приведенный к валу сошки;  J - момент инерции вращающихся масс при повороте колес.

Применяемые на переднеприводных легковых автомобилях реечные рулевые механизмы имеют высокий обратный КПД и поэтому не могут устанавливаться лишь на автомобилях большого веса.

Рулевые усилители гиравлического типа устанавливают на грузовых автомобилях средней и большой грузоподъемности, а также на автобусах. На легковых автомобилях применяются также электрические усилители. Пневмоуеилители не применяются из-за невысокого давлеиия в пневмосистеме.

 Управление автомо­билем с усилителем значительно легче, повышается  маневренность автомобиля, увеличивается его безопасность при разрыве шины (за счет включения усилителя не происходит резкое изменение направления движения), но несколько повышается износ шин и ухудшается стабилизация управляемых колес, так как при использовании гидроусилителя появляющийся на колесах стаби­лизирующий момент должен преодолевать сопротивление жидкости в гидроусилителе.

Создаваемая   усилителем сила должно быть достаточной, чтобы  поворнуть колеса на месте. Сопротивление повороту колес при этом может быть определено по формуле.

М = ,

где М – момент сопротивления повороту колес на месте; m - коэффициент трения колес и дороги; G₁ – масса автомобиля, приходящаяся на передние колеса; р_w - давление воздуха в шинах.

  К  рулевым усилителям предъявляют следующие требования:

  – обеспечение кинематического следящего действия;

 – пропорциональность между угловым перемещением рулевого колеса и углом

поворота управляемых колес;

–силовое следящее действие (про­порциональность между силой, приложенной   

к рулевому колесу, и силой сопротив­ления повороту управляемых колес);

–сохранение возможности управления ав­томобилем в случае выхода из строя

усилителя;

–обеспечение минимального времени сра­батывания усилителя;

–минимальное влияние на стабилизацяю управляемых колес;

–исключение  произвольного срабатывания от толчков управляемых  колес;

–малое время срабатывания (0,2...2,4 с);

–поглощение ударов и толчков, воспринимаемых управляемыми колесами со стороны дороги и передаваемых на рулевое колесо.  

Оценка усилителя делается по ряду критериев, характеризующих его работу.  Так отно­шение усилия на рулевом колесе без уси­лителя к усилию на рулевом колесе при работающем усилителе называют коэффи­ циентом эффективности усилителя:

К = ,

где Р –  усилие на рулевом колесе без усилителя; Р_у – усилие на рулевом колесе с усилителем.

  Коэф­фициент эффективности –  пере­менный, его численное значение зависит от угла поворота управляемых колес автомобиля. На тяжелых автомобилях  коэффи­циент эффективности равен 10... 15, на легковых – 2… 6.

Рис. 104. Рулевой механизм с встроенным усилителем автомобиля ЗИЛ-130

Необходимые для включения усилителя угол по­ворота рулевого колесаи усилие на руле­вом колесе при этом  характеризуют чувствитель­ ность усилителя. Угол, при котором включается усилитель, определяется суммой углов зазоров в руле­вом управлении и смещением  золотника  распределителя, чтобы открылся канал для  прохода масла в цилиндр усилителя – рис. 104, 105. Усилие на

рулевом колесе, при котором включается усилитель, – 20...50 Н.Согласно ГОСТ 21398-89 усилие на рулевом колесе при повороте грузового автомобиля не должно превышать:

245 Н (25 кгс) –  для рулевого управления без усилителя;

118 Н (12 кгс) –  для рулевого управления с усилителем;

490 Н (50 кгс)– для рулевого управления с усилителем в слу­чае прекращения действия усилителя.

 

Рис. 105. Схема гидросистемы усилителя руля автомобиля МАЗ-6422:

/--входной вал; 2 - торсион; 3 - втулка; 4 - подшипник; 5 - золотник; 6 - плунжеры; 7 — винт; 8 -- маслопровод к передней полости цилиндра; 9 - обратный клапан; 10 — бачок для масла; // — маслопровод от насоса, 12 — маслопровод к задней полости цилиндра; 13 - маслопровод отвода масла на слив; 14 — рулевая сошка; 15 - продольная рулевая тяга; 16 - шток; 17 — силовой цилиндр; 18 — насос; 19 — поршень  

      

Конструкция усилителя с торсионом (рис. 105) дает возможность иметь меньший угол поворота до включения усилителя.

Обеспечивающее “чувство дороги“ силовое следя­щее действие усилителя, характеризует его реактивное действие.

  Передаваемое от колес усилие, при кото­ром включается усилитель,характеризует обратное включение усили­ теля. В случае выхода из строя усилителя. возможность управления автомобилем должна сохраняться – требование ГОСТ 21398-89.