Рулевое управление служит для обеспечения движения автомобиля в заданном водителем направлении. Рулевое управление состоит из рулевого механизма и рулевого привода.
Рулевой механизм служит для увеличения и передачи на рулевой привод усилия, прилагаемого водителем к рулевому колесу. В легковых автомобилях в основном применяются рулевые механизмы червячного и реечного типа.
К достоинствам механизма «червяк-ролик» относятся: низкая склонность к передаче ударов от дорожных неровностей, большие углы поворота колес, возможность передачи больших усилий. Недостатками являются большое количество тяг и шарнирных сочленений с вечно накапливающимися люфтами, «тяжелый» и малоинформативный руль. Минусы в итоге оказались весомее плюсов. На современных автомобилях такие устройства практически не применяют.
Самый распространенный на сегодняшний день – реечный рулевой механизм. Малая масса, компактность, невысокая цена, минимальное количество тяг и шарниров – все это обусловило широкое применение. Механизм «шестерня-рейка» идеально подходит для переднеприводной компоновки и подвески McPherson, обеспечивая большую легкость и точность рулевого управления. Однако тут есть и минусы: из-за простоты конструкции любой толчок от колес передается на руль. Да и для тяжелых машин такой механизм не совсем подходит.
Рулевая трапеция
Рулевой привод предназначен для передачи усилия от рулевого механизма на управляемые колеса, обеспечивая при этом их поворот на неодинаковые углы. Если оба колеса повернуты на одинаковую величину, внутреннее колесо будет скрестись по дороге (скользить боком) что будет снижать эффективность рулевого управления. Это скольжение, которое также создает дополнительный нагрев и износ колеса, может быть устранено с помощью поворота внутреннего колеса на больший угол, чем угол поворота внешнего колеса. При движении на повороте каждое из колес описывает свою окружность отличную от другой, причем внешнее (дальнее от центра поворота) колесо движется по большему радиусу, чем внутреннее. А, так как центр поворота у них общий, то соответственно внутреннее колесо необходимо повернуть на больший угол, чем внешнее. Это обеспечивается конструкцией так называемой «рулевой трапеции», которая включает в себя поворотные рычаги и рулевые тяги с шарнирами. Необходимое соотношение углов поворота колес обеспечивается подбором угла наклона рулевых рычагов относительно продольной оси автомобиля и длины рулевых рычагов и поперечной тяги.
Рулевой механизм червячного типа
Червячный тип рулевого управления
Рулевой механизм червячного типа состоит из: – рулевого колеса с валом, – картера червячной пары, – пары «червяк-ролик», – рулевой сошки.
В картере рулевого механизма в постоянном зацеплении находится пара «червяк-ролик». Червяк есть ни что иное, как нижний конец рулевого вала, а ролик, в свою очередь, находится на валу рулевой сошки. При вращении рулевого колеса ролик начинает перемещаться по винтовой нарезке червяка, что приводит к повороту вала рулевой сошки.
Червячная пара, как и любое другое зубчатое соединение, требует смазки, и поэтому в картер рулевого механизма заливается масло, марка которого указана в инструкции к автомобилю. Результатом взаимодействия пары «червяк-ролик» является преобразование вращения рулевого колеса в поворот рулевой сошки в ту или другую сторону. А далее усилие передается на рулевой привод и от него уже на управляемые (передние) колеса. В современных автомобилях применяется безопасный рулевой вал, который может складываться или ломаться при ударе водителя о рулевое колесо во время аварии во избежание серьезного повреждения грудной клетки.
Рулевой привод, применяемый с механизмом червячного типа включает в себя: – правую и левую боковые тяги, – среднюю тягу, – маятниковый рычаг, – правый и левый поворотные рычаги колес.
Читайте также:
Каждая рулевая тяга на своих концах имеет шарниры, для того чтобы подвижные детали рулевого привода могли свободно поворачиваться относительно друг друга и кузова в разных плоскостях.
Различные используемые схемы
Тип рулевого управления в основном определяется способом преобразования в рулевом механизме. Выделяются три основных варианта:
- Реечное управление встречается наиболее часто и практически на всех легковых автомобилях. В силу своей конфигурации оно хорошо компонуется и обеспечивает высокую точность управления. Возможно использование переменного передаточного числа в зависимости от угла поворота (прогрессивная характеристика). Удобно сочетается со всеми видами усилителей и демпферов. Они же максимально парируют основной недостаток в виде излишней прозрачности – удары могут передаваться на руки водителя с большой травмирующей силой. Конструкция также минимизирует состав набора рулевых тяг и наконечников.
- Рулевое управление типа «червяк-глобоидальный ролик». Повсеместно применялось в прошлом, пока не было вытеснено реечным механизмом. Отличалось компактностью, хорошим блокированием обратных ударов и высокой прочностью. Вместе с тем создавало трудности с точностью управления и стабильностью характеристик во времени. Сохраняется на грузовиках и вездеходах.
- Механизм типа «винт-шариковая гайка» характеризуется пониженным трением и способностью выдерживать высокие нагрузки. Представляет собой значительно усовершенствованный предыдущий вариант, но работает гораздо лучше и широко используется на дорогих и тяжёлых автомобилях престижного класса, а также на больших грузовиках.
Все данные механизмы снабжаются усилителями. Они в своей работе могут использовать электрические, гидравлические и смешанные принципы.
- Электрический усилитель руля (ЭУР) находит всё большее применение на легковых автомобилях. Здесь важны такие его свойства, как компактность, быстродействие и точность. В последнее время стало особенно важным лёгкое подключение рулевого управления через ЭУР к компьютерам автомобиля, осуществляющим помощь водителю с элементами полностью автономного управления. Машины уже умеют самостоятельно парковаться, отслеживать разметку и следовать потоку без вмешательства человека. Через изменение усилия на руле также возможно передавать водителю информацию о его ошибках и рекомендации.
- Гидроусилитель руля (ГУР) был самым массовым и до сих пор ещё применяется по разным причинам, хотя в целом уступает по функциональности электрическим. Отличается высокой мощностью благодаря прямому приводу от двигателя и надёжностью, поскольку применялся давно и широко. Недостатки связаны с наличием текучей жидкости и многочисленных уплотнений. Управлять им от компьютеров сложно, но один выход всё же есть.
- Электрогидравлический гибридный усилитель (ЭГУР) частично избавляет от этого недостатка, поскольку в нём рабочее давление создаётся электрическим насосом, которым достаточно легко управлять. Но некоторая инертность всё же остаётся, также сохраняются все недостатки гидравлики.
Усовершенствование рулевых механизмов идёт по пути максимального внедрения в них принципов автоматического управления. Существуют системы типа AFS, где по команде компьютера можно оперативно менять суммарное передаточное число рулевого редуктора. Для этого используется дополнительная передача планетарного типа, где венец можно вращать отдельным электродвигателем. Электромоторы могут выполнять и иные функции, вплоть до полного устранения жёсткой связи между рулевым колесом и управляемыми колёсами. Подобно тому, как электричество и гидравлика берут на себя перемещение управляющих элементов в авиации и тяжёлой грузовой технике. Уровень надёжности и дублирование вполне это позволяют. При этом руление становится полностью адаптивным и помощь водителю максимальна.
Реечный рулевой механизм
Механизм реейчного типа (шестерня-рейка)
В рулевом механизме «шестерня – рейка» усилие к колесам передается с помощью прямозубой или косозубой шестерни, установленной в подшипниках, и зубчатой рейки, перемещающейся в направляющих втулках. Для обеспечения беззазорного зацепления рейка прижимается к шестерне пружинами. Шестерня рулевого механизма соединяется валом с рулевым колесом, а рейка — с двумя поперечными тягами, которые могут крепиться в середине или по концам рейки. Данные механизмы имеют небольшое передаточное число, что дает возможность быстро поворачивать управляемые колеса в требуемое положение. Полный поворот управляемых колес из одного крайнего положения в другое осуществляется за 1,75…2,5 оборота рулевого колеса.
Рулевой привод состоит из двух горизонтальных тяг и поворотных рычагов телескопических стоек передней подвески. Тяги соединяются с поворотными рычагами при помощи шаровых шарниров. Поворотные рычаги приварены к стойкам передней подвески. Тяги передают усилие на поворотные рычаги телескопических стоек подвески колес и соответственно поворачивают их вправо или влево.
Виды рулевых колонок велосипеда
-
Читайте также:
Выбор главного узла начинается с определения типа рулевых колонок. Механизм состоит из совокупности комплектующих элементов. Каждый вид имеет свои нюансы и характеристики. Представленные на рынке варианты иногда существенно различаются, т.к. «заточены» для конкретных моделей велосипеда.
По форме колонки разделяют на 2 класса:
- Полый прямоугольный. Диаметр трубы имеет одинаковые размеры вверху и снизу. Устройство подходит всем стилям катания − от неторопливого городского до суперэкстремального.
- Рулевые стаканы конусовидной формы. Узкая труба расширяется до 1,5 дюйма снизу. Конфигурация «Tapered» выдерживает любые нагрузки, обеспечивает велосипеду дополнительную прочность.
Обе разновидности подразделяются на 4 вида колонок. Значение имеет вес устройства, тип подшипников, материал чашек, технические решения производителя.
Резьбовая
Простой и недорогой вид рулевых колонок присутствовал на велосипедах, выпускаемых в бывшем Советском Союзе. Легкая конструкция составлена из следующих частей:
- две чашки, запрессованные в стакан рамы;
- закрытые или открытые подшипники;
- шток вилки с нанесенной резьбой;
- контргайка, которая стягивает элементы конструкции.
Сложный в настройке узел не выдерживает максимальных нагрузок, т.к. используется в прогулочных двухколесниках. Колонку (threaded) узнают по большим размерам выступающих за раму частей и крепежной гайке, расположенной в верхней части рулевого стакана велосипеда. К достоинствам конструкции относят способность отрегулировать высоту руля, приспособиться к изогнутым формам комфортных дорожных велосипедов.
Основные неисправности рулевого управления
Увеличенный люфт рулевого колеса, а также стуки могут явиться следствием ослабления крепления картера рулевого механизма, рулевой сошки или кронштейна маятникового рычага, чрезмерного износа шарниров рулевых тяг или втулок маятникового рычага, износа передающей пары («червяк-ролик» или «шестерня-рейка») или нарушения регулировки ее зацепления. Для устранения неисправности следует подтянуть все крепления, отрегулировать зацепление в передающей паре, заменить изношенные детали.
Тугое вращение рулевого колеса может быть из-за неправильной регулировки зацепления в передающей паре, отсутствия смазки в картере рулевого механизма, нарушения углов установки передних колес. Для устранения неисправности необходимо отрегулировать зацепление в передающей паре рулевого механизма, проверить уровень и при необходимости долить смазку в картер, отрегулировать углы установки передних колес в соответствии с рекомендациями завода-изготовителя.
Что такое рулевое управление автомобилем
Система рулевого управления это совокупность деталей в одном механизме, цель которых – изменять угол положения передних колес автомобиля для поворота транспортного средства в процессе движения. Этот механизм позволяет менять направление авто в зависимости от желания водителя.
Управляется система благодаря повороту рулевого колеса. Чтобы облегчить задачу для водителя в крупногабаритном транспорте всегда устанавливается усилитель руля. Однако в последнее время подавляющее большинство легковых автомобилей также оснащаются разными модификациями усилителей.
Уход за рулевым управлением
Всем известно выражение: «Лучшее лечение это – профилактика». Поэтому каждый раз, общаясь со своим автомобилем снизу (на смотровой яме или эстакаде), одним из первых дел следует проверить элементы рулевого привода и механизма. Все защитные резинки должны быть целы, гайки зашплинтованы, рычаги в шарнирах не должны болтаться, элементы рулевого управления не должны иметь механических повреждений и деформаций. Люфты в шарнирах привода легко определяются, когда помощник покачивает рулевое колесо, а вы на ощупь, по взаимному перемещению сочлененных деталей, находите неисправный узел. К счастью времена всеобщего дефицита прошли, и есть возможность приобрести качественные детали, а не те многочисленные подделки, которые выходят из строя через неделю эксплуатации, как это было в недавнем прошлом.
Решающую роль в долговечности деталей и узлов автомобиля играют стиль вождения, состояние дорог и своевременное обслуживание. Все это влияет и на срок службы деталей рулевого управления. Когда водитель постоянно дергает руль, крутит его на месте, прыгает по ямам и устраивает гонки по бездорожью – происходит интенсивный износ всех шарнирных соединений привода и деталей рулевого механизма. Если после «жесткой» поездки ваш автомобиль при движении стало уводить в сторону, то в лучшем случае вы обойдетесь регулировкой углов установки передних колес, ну а в худшем – затраты будут более ощутимы, так как придется заменить поврежденные детали. После замены любой из деталей рулевого привода или при уводе автомобиля от прямолинейного движения необходимо отрегулировать «сход-развал» передних колес. Работы по этим регулировкам следует проводить на стенде автосервиса с использованием специального оборудования.
Требования к рулевому управлению автомобиля
Рулевое управление любого транспортного средства должно соответствовать следующим требованиям:
- Обеспечивать достаточную маневренность ТС на любых скоростях. Водитель должен с легкостью задавать нужное направление автомобиля;
- Оно должно быть легким в использовании, чтобы даже уставший водитель мог безопасно добраться до места отдыха;
- При повороте колес рулевое управление должно обеспечить максимально чистое качение. На виражах колеса не должны скользить, чтобы автомобиль не терял своей стабильности. Для этого угол наклона и поворота колес должен быть четко выверен;
- Возвращать колеса обратно в прямолинейное направление (вдоль кузова), после того как водитель прекращает прилагать усилия для поворота;
- Гасить вибрации при движении по неровному дорожному покрытию;
- Обладать высокой отзывчивостью на любые команды водителя;
- Даже при выходе из строя усилителей, механизм должен все равно позволять водителю управлять машиной.
Еще одним параметром, который относится к категории требований для рулевого управления, является люфт руля. Больше о допустимых нормах люфта рассказывается в отдельной статье.
