Он обеспечивает поворот управляемых колес с небольшим усилием на рулевом колесе. Это может быть достигнуто за счет увеличения передаточного числа рулевого механизма. Однако передаточное число ограничено количеством оборотов рулевого колеса. Если выбрать передаточное число с количеством оборотов рулевого колеса больше 2-3, то существенно увеличивается время, требуемое на поворот автомобиля, а это недопустимо по условиям движения. Поэтому передаточное число в рулевых механизмах ограничивают в пределах 20-30, а для уменьшения усилия на рулевом колесе в рулевой механизм или привод встраивают усилитель.

Ограничение передаточного числа рулевого механизма также связано со свойством обратимости, т. е. способностью передавать обратное вращение через механизм на рулевое колесо. При больших передаточных числах увеличивается трение в зацеплениях механизма, свойство обратимости пропадает и самовозврат управляемых колес после поворота в прямолинейное положение оказывается невозможным.

Рулевые механизмы в зависимости от типа рулевой передачи разделяют на:

червячные,

винтовые,

шестеренчатые.

Рулевой механизм с передачей типа червяк - ролик имеет в качестве ведущего звена червяк, закрепленный на рулевом валу, а ролик установлен на роликовом подшипнике на одном валу с сошкой. Чтобы сделать полное зацепление при большом угле поворота червяка, нарезку червяка выполняют по дуге окружности - глобоиде. Такой червяк называют глобоидным.

В винтовом механизме вращение винта, связанного с рулевым валом, передается гайке, которая заканчивается рейкой, зацепленной с зубчатым сектором, а сектор установлен на одном валу с сошкой. Такой рулевой механизм образован рулевой передачей типа винт-гайка-сектор.

В шестеренчатых рулевых механизмах рулевая передача образуется цилиндрическими или коническими шестернями, к ним же относят передачу типа шестерня-рейка. В последних цилиндрическая шестерня связана с рулевым валом, а рейка, зацепленная с зубьями шестерни, выполняет роль поперечной тяги. Реечные передачи и передачи типа червяк-ролик преимущественно применяют на легковых автомобилях, так как обеспечивают сравнительно небольшое передаточное число. Для грузовых автомобилей используют рулевые передачи типа червяк-сектор и винт-гайка-сектор, снабженные либо встроенными в механизм усилителями, либо усилителями, вынесенными в рулевой привод.

3.2.Рулевой привод.

Конструкции рулевого привода различаются расположением рычагов и тяг, составляющих рулевую трапецию, по отношению к передней оси. Если рулевая трапеция находится впереди передней оси, то такая конструкция рулевого привода называется передней рулевой трапецией, при заднем расположении - задней трапецией. Большое влияние на конструктивное исполнение и схему рулевой трапеции оказывает конструкция подвески передних колес.

При зависимой подвеске (рис. 2.(а)) рулевой привод имеет более простую конструкцию, так как состоит из минимума деталей. Поперечная рулевая тяга в этом случае сделана цельной, а сошка качается в плоскости, параллельной продольной оси автомобиля. Можно сделать привод и с сошкой, качающейся в плоскости, параллельной переднему мосту. Тогда продольная тяга будет отсутствовать, а усилие от сошки передается прямо на две поперечные тяги, связанные с цапфами колес.

При независимой подвеске передних колес (рис. 2.(б)) схема рулевого привода конструктивно сложнее. В этом случае появляются дополнительные детали привода, которых нет в схеме с зависимой подвеской колес. Изменяется конструкция поперечной рулевой тяги. Она сделана расчлененной, состоящей из трех частей: основной поперечной тяги и двух боковых тяг - левой и правой. Для опоры основной тяги служит маятниковый рычаг, который по форме и размерам соответствует сошке. Соединение боковых поперечных тяг с поворотными рычагами цапф и с основной поперечной тягой выполнено с помощью шарниров, которые допускают независимые перемещения колес в вертикальной плоскости. Рассмотренная схема рулевого привода применяется главным образом на легковых автомобилях.

Рулевой привод, являясь частью рулевого управления автомобиля, обеспечивает не только возможность поворота управляемых колес, но и допускает колебания колес при наезде ими на неровности дороги. При этом детали привода получают относительные перемещения в вертикальной и горизонтальной плоскостях и на повороте передают усилия, поворачивающие колеса. Соединение деталей при любой схеме привода производят с помощью шарниров шаровых либо цилиндрических.

В состав рулевого механизма входит рулевое колесо, вал, заключенный в рулевую колонку, и рулевой редуктор, связанный с рулевым приводом. Рулевой механизм позволяет уменьшить усилие, прикладываемое водителем к рулевому колесу для преодоления сопротивления, возникающего при повороте управляемых колес машины вследствие трения между шинами и дорогой, а также деформации грунта при движении по грунтовым дорогам.

Рулевой редуктор представляет собой механическую передачу (например, зубчатую), установленную в корпусе (картере) и имеющую передаточное число 15 - 30. Рулевой механизм уменьшает усилие, прикладываемое водителем к рулевому колесу, связанному посредством вала с редуктором, во столько раз. Чем больше передаточное отношение рулевого редуктора, тем легче водителю поворачивать управляемые колеса. Однако с увеличением передаточного числа рулевого редуктора для поворота на некоторый угол управляемого колеса, связанного через детали привода с выходным валом редуктора, водителю необходимо повернуть рулевое колесо на больший угол, чем при малом передаточном числе. При движении ТС с высокой скоростью труднее совершать резкий поворот под большим углом, поскольку водитель не успевает поворачивать рулевое колесо.

Передаточное отношение рулевого редуктора:

Up = (ap/ac) = (pc/pp)
где ар и ас - углы поворота соответственно рулевого колеса и выходного вала редуктора; Рр, Рс - усилие, приложенное водителем к рулевому колесу, и усилие на выходном звене рулевого механизма (сошке).

Так, для поворота сошки на 25° при передаточном отношении рулевого редуктора, равном 30, рулевое колесо необходимо повернуть на 750°, а при Up = 15 - на 375°. При усилии на рулевом колесе 200 Н и передаточном отношении Up = 30 водитель на выходном звене редуктора создает усилие 6 кН, а при Up = 15 - в 2 раза меньше. Целесообразно иметь переменное передаточное отношение рулевого механизма.

При малых углах поворота рулевого колеса (не более 120°) предпочтительно большое передаточное отношение, обеспечивающее легкое и точное управление автомобилем при движении с высокой скоростью. При низких скоростях малое передаточное отношение позволяет при небольших углах поворота рулевого колеса получать значительные углы поворота управляемых колес, что обеспечивает высокую маневренность автомобиля.

Выбирая передаточное отношение рулевого механизма, исходят из того, что управляемые колеса должны поворачиваться из нейтрального положения на максимальный угол (35…45°) не более чем за 2,5 оборота рулевого колеса.

Рулевые механизмы могут быть нескольких типов. Наиболее распространенными из них являются «червяк-трехгребневый ролик», «червяк-шестерня» и «винт-шариковая гайка-рейка-шестерня». Шестерня в рулевом механизме выполнена в виде сектора.

Рулевой механизм преобразует вращательное движение рулевого колеса в угловое перемещение рулевой сошки, установленной на выходном валу рулевого редуктора. Рулевой механизм при движении полностью груженого автомобиля, как правило, должен обеспечивать усилие на ободе рулевого колеса не более 150 Н.

Угол свободного поворота рулевого колеса (люфт) для грузовых автомобилей обычно не должен превышать 25° (что соответствует длине душ 120 мм, измеренной по ободу рулевого колеса) при движении грузового автомобиля по прямой. Для автомобилей других типов люфт рулевого колеса иной. Люфт возникает из-за износа в эксплуатации деталей рулевого управления и разрегулировки рулевого механизма и привода. Для уменьшения потерь на трение и защиты деталей рулевого редуктора от коррозии в его картер, укрепленный на раме машины, заливают специальное трансмиссионное масло.

При эксплуатации ТС необходимо регулировать рулевой механизм. Регулировочные устройства рулевых редукторов предназначены для устранения, во-первых, осевого люфта рулевого вала или ведущего элемента редуктора, а во-вторых - люфта между ведущим и ведомым элементами.

Рассмотрим конструкцию рулевого механизма типа «глобоидальный червяк- трехгребневый ролик».

Рис. Рулевой механизм типа «глобоидальный червяк-трехгребневый ролик»:
1 - картер рулевого редуктора; 2 - головка вала рулевой сошки; 3 - трехгребневый ролик; 4 - регулировочные прокладки; 5 - червяк; 6 - рулевой вал; 7 - ось; 8 - подшипник вала сошки; 9 - стопорная шайба; 10 - колпачковая гайка; 11 - регулировочный винт; 12 - вал сошки; 13 - сальник; 14 - рулевая сошка; 15 - гайка; 16 - бронзовая втулка; h - регулируемая глубина зацепления ролика с червяком

Глобоидальный червяк 5 установлен в картере 1 рулевого редуктора на двух конических роликовых подшипниках, хорошо воспринимающих осевые усилия, возникающие при взаимодействии червяка с трехгребневым роликом 3. Червяк, напрессованный на шлицы, имеющиеся на конце рулевого вала 6, обеспечивает при ограниченной длине хорошее зацепление гребней ролика с нарезкой червяка. Благодаря тому что действие нагрузки рассредоточено по нескольким гребням в результате их контакта с червяком, а также замене трения скольжения в зацеплении значительно меньшим трением качения достигается высокая износостойкость механизма и достаточно большой КПД.

Ось ролика закреплена в головке 2 вала 12 рулевой сошки 14, а сам ролик установлен на игольчатых подшипниках, уменьшающих потери при прокрутке ролика относительно оси 7. Опорами вала рулевой сошки являются, с одной стороны, роликовый подшипник, а с другой - бронзовая втулка 76. Сошка соединена с валом при помощи мелких шлицов и закреплена шайбой и гайкой 15. Для уплотнения вала сошки применяется сальник 13.

Зацепление червяка с гребнями осуществляется таким образом, что при положении, соответствующем прямолинейному движению машины, свободный ход рулевого колеса практически отсутствует, а по мере увеличения угла поворота рулевого колеса он возрастает.

Регулировка затяжки подшипников рулевого вала осуществляется с помощью изменения числа прокладок устанавливаемых под крышку картера, своей плоскостью упирающуюся в торец крайнего конического роликового подшипника. Регулировку зацепления червяка с роликом осуществляют смещением вала рулевой сошки в осевом направлении с помощью регулировочного винта 11. Этот винт установлен в боковой крышке картера, снаружи закрыт колпачковой гайкой 10 и зафиксирован стопорной шайбой 9.

На автомобилях большой грузоподъемности применяются рулевые механизмы типа «червяк-боковой сектор (шестерня)» или «винт-шариковая гайка-рейка-шестерня», имеющие большую площадь контакта элементов и как следствие малые давления между поверхностями рабочих пар редуктора.

Рулевой механизм типа «червяк-боковой сектор», наиболее простой по конструкции, используется на некоторых автомобилях. В зацепление с червяком 2 входит боковой сектор 3 в виде части шестерни со спиральными зубьями. Боковой сектор выполнен как единое целое с валом 1 сошки. Сошка расположена на валу, установленном на игольчатых подшипниках.

Зазор в зацеплении между червяком и сектором непостоянен. Наименьший зазор соответствует среднему положению рулевого колеса. Зазор в зацеплении регулируется изменением толщины шайбы, расположенной между боковой поверхностью сектора и крышкой картера рулевого редуктора.

Конструкция рулевого механизма типа «винт-шариковая гайка-рейка-сектор» показана на рисунке. Вал рулевого колеса посредством карданной передачи соединен с винтом 4, взаимодействующим с шариковой гайкой 5, неподвижно закрепленной стопорным винтом 15 в поршне-рейке 3. Резьба винта и гайки выполнена в виде полукруглых канавок, заполняемых шариками 7, циркулирующими по резьбе при вращении винта. Крайние нитки гайки соединены желобом 6 с наружной трубкой, обеспечивающей циркуляцию шариков. Трение качения этих шариков по резьбе во время вращения винта незначительно, что обусловливает высокий КПД такого механизма.

Рис. Рулевой механизм типа «червяк-боковой сектор»:
1 - вал сошки; 2 - червяк; 3 - боковой сектор

Рис. Рулевой механизм типа «винт-шариковая гайка-рейка-сектор»:
1 - крышка цилиндра; 2 - картер; 3 - поршень-рейка; 4 - винт; 5 - шариковая гайка; 6 - желоб; 7 - шарики; 8 - промежуточная крышка; 9 - золотник; 10 - корпус клапана управления; 11 - гайка; 12 - верхняя крышка; 13 - пружина плунжера; 14 - плунжер; 15 - стопорный винт; 16 - зубчатый сектор (шестерня); 17 - вал; 18- сошка; 19 - боковая крышка; 20 - стопорное кольцо; 21 - регулировочный винт; 22 - шаровой палец

При повороте автомобиля водитель с помощью рулевого колеса и вала вращает винт, относительно оси которого на циркулирующих шариках перемещается шариковая гайка. Вместе с гайкой перемещается и поршень-рейка, поворачивая зубчатый сектор (шестерню) 16, выполненный как единое целое с валом 17. Сошка 18 установлена на валу с помощью шлицов, а сам вал размещен на бронзовых втулках в картере 2 рулевого редуктора.

Одной из основных систем, обеспечивающих безопасность передвижения на автомобиле, является рулевое управление. Назначение рулевого управления автомобиля - возможность менять направление движения, совершать повороты и маневры при объезде препятствий или обгоне. Эта составляющая также важна, как и тормозная система. Доказательством тому является предписание ПДД, эксплуатация автомобиля с неисправными указанными механизмами категорически запрещена.

Особенности узла и конструкция

На автомобилях используется кинематический способ смены направления движения, подразумевающий, что осуществление поворота происходит за счет смены положения управляемых колес. Обычно управляемой является передняя ось, хотя существуют и авто с так называемой системой подруливания. Особенность работы в таких авто заключается в том, что колеса задней оси тоже поворачиваются при изменении направления, хоть и на меньший угол. Но пока эта система широкого распространения не получила.

Помимо кинематического способа на технике используется еще и силовой. Особенность его заключается в том, что для совершения поворота колеса одной стороны притормаживаются, в то время, как с другой стороны они продолжают двигаться с прежней скоростью. И хоть этот способ изменения направления на легковых авто распространения не получил, на них он все же используется, но в несколько ином качестве – как система курсовой устойчивости.

Этот узел автомобиля состоит из трех основных элементов:

• рулевая колонка;
• рулевой механизм;
• привод (система тяг и рычагов);

Рулевой узел

У каждой составляющей – своя задача.

Рулевая колонка

Выполняет передачу вращательного усилия, которое создает водитель для изменения направления. Состоит она из рулевого колеса, располагаемого в салоне (на него и воздействует водитель, вращая его). Оно жестко посажено на вал колонки. В устройстве этой части рулевого управления очень часто используется вал, разделенный на несколько частей, соединенных между собой карданными шарнирами.

Такая конструкция сделана не просто так. Во-первых, это позволяет менять угол положения рулевого колеса относительно механизма, смещать его в определенную сторону, что нередко необходимо при компоновке составных частей авто. В дополнение такая конструкция позволяет повысить комфортабельность салона – водитель может менять положение рулевого колеса по вылету и наклону, обеспечивая максимально удобное его положение.

Во-вторых, составная рулевая колонка имеет свойство «ломаться» в случае ДТП, снижая вероятность травмирования водителя. Суть такова – при фронтальном ударе двигатель может сместиться назад и толкнуть рулевой механизм. Если бы вал колонки был цельным, изменение положения механизма привело бы к выходу вала с рулевым колесом в салон. В случае же со составной колонкой, перемещение механизма будет сопровождаться всего лишь изменением угла одной составляющей вала относительно второй, а сама колонка остается неподвижной.

Рулевой механизм

Предназначен для преобразования вращения вала рулевой колонки в поступательные движения элементов привода.

Наибольшее распространение на легковых автомобилях получили механизмы типа «шестерня-зубчатая рейка». Ранее же использовался еще один вид – «червяк-ролик», который сейчас в основном используется на грузовых авто. Еще один вариант для грузовиков – «винтовой».

«шестерня-рейка»

Распространение тип «шестерня-рейка» получил благодаря сравнительно простому устройству рулевого механизма. Состоит этот конструктивный узел из трех основных элементов – корпус, в котором размещается шестерня и перпендикулярно ей – рейка. Между двумя последними элементами имеется постоянное зубчатое зацепление.

Работает этот вид механизма так: шестерня жестко связана с рулевой колонкой, поэтому она вращается вместе с валом. Из-за зубчатого соединения вращение передается на рейку, которая при таком воздействии смещается внутри корпуса в ту или иную сторону. Если водитель вращает рулевое колесо влево, взаимодействие шестерни с рейкой приводит к тому, что последняя перемещается вправо.

Зачастую на авто применяются механизмы «шестерня-рейка» с фиксированным передаточным числом, то есть диапазон поворота рулевого колеса для изменения угла колес одинаков при всех их положениях. Для примера, предположим, что для поворота колес на угол 15° необходимо сделать 1 полный оборот руля. Так вот, неважно, в каком положении находятся управляемые колеса (крайнее, прямолинейное), для поворота на указанный угол придется сделать 1 оборот.

Но некоторые автопроизводители устанавливают на свои авто механизмы с меняющимся передаточным числом. Причем достигается это достаточно просто – изменением угла положения зубьев на рейке в определенных зонах. Эффект от этой доработки механизма такой: если колеса стоят прямо, то для изменения их положения на те же 15° (пример) требуется 1 оборот. Но если они находятся в крайнем положении, то из-за измененного передаточного числа, колеса повернуться на указанный угол уже через пол-оборота. В результате диапазон поворота руля «от края до края» значительно меньше, чем в механизме с фиксированным передаточным числом.

Рейка с переменным передаточным числом

Помимо простоты устройства тип «шестерня-рейка» используется еще потому, что в такой конструкции возможна реализация исполнительных механизмов гидроусилителя (ГУР) и электроусилителя (ЭУР), а также электрогидравлического (ЭГУР).

«червяк-ролик»

Следующий тип – «червяк-ролик», менее распространен и на легковых авто сейчас практически не используется, хотя его можно встретить на автомобилях ВАЗ классического семейства.

В основе этого механизма положена червячная передача. Представляет червяк собой винт с резьбой особого профиля. Этот винт располагается на валу, соединенном с рулевой колонкой.

С резьбой этого червяка контактирует ролик, соединенный с валом, на который посажена сошка – рычаг, взаимодействующий с элементами привода.

Червячный рулевой механизм

Суть работы механизма такова: при вращении вала, винт вращается, что приводит к продольному перемещению ролика по его резьбе. А поскольку ролик установлен на валу, то это смещение сопровождается поворотом последнего вокруг своей оси. Это в свою очередь приводит к полукруговому движению сошки, которая и воздействует на привод.

От механизма типа «червяк-ролик» на легковых авто отказались в пользу «шестерни-рейки» из-за невозможности интегрировать в него гидроусилитель (на грузовых авто он все же имелся, но исполнительный механизм был вынесенным), а также достаточно сложной конструкции привода.

Винтовой тип

Конструкция винтового механизма – еще сложнее. В ней также имеется винт с резьбой, но контактирует он не с роликом, а со специальной гайкой, на внешней стороне которой нанесен зубчатый сектор, взаимодействующий с таким же, но сделанным на валу сошки. Также существуют механизмы с промежуточными роликами между гайкой и зубчатым сектором. Принцип же действия такого механизма практически идентичен червячному – в результате взаимодействия вал проворачивается и тянет сошку, а та в свою очередь – привод.

Винтовой рулевой механизм

На винтовой механизм можно установить гидроусилитель (гайка выполняет роль поршня), но на легковых авто он не применяется из-за массивности конструкции, поэтому и используется он только на грузовиках.

Привод

Привод в конструкции рулевого управления используется для передачи перемещения рейки или сошки на управляемые колеса. Причем в задачу этой составляющей входит изменение положения колес на разные углы. Обусловлено это тем, что колеса при повороте движутся по разным радиусам. Поэтому колесо с внутренней стороны при изменении траектории движения должно поворачиваться на больший угол, чем внешнее.

Конструкция привода зависит от используемого механизма. Так, если на авто используется «шестерня-рейка», то привод состоит всего лишь из двух тяг, соединенных с поворотным кулаком (роль которого выполняет амортизационная стойка) посредством шарового наконечника.

К рейке эти тяги могут крепиться двумя способами. Менее распространенным является жесткая фиксация их болтовым соединением (в некоторых случаях соединение осуществляется через сайлент-блок). Для такого соединения в корпусе механизма проделано продольное окно.

Более распространенный метод соединения тяг – жесткое, но подвижное соединение с концами рейки. Для обеспечения такого соединения на конце обеих тяг сделан шариковый наконечник. Посредством гайки этот шар прижимается к рейке. При передвижении последней тяга меняет свое положение, что и обеспечивает имеющееся соединение.

В приводах, где используется механизм «червяк-ролик», конструкция значительно сложнее и представляет собой целую систему рычагов и тяг, получивших называние рулевой трапеции. Так, к примеру, на ВАЗ-2101 привод состоит из двух боковых тяг, одной средней, маятникового рычага и поворотных кулаков с рычагами. При этом для обеспечения возможности изменения угла положения колеса поворотный кулак крепиться к рычагам подвески при помощи двух шаровых опор (верхней и нижней).

Большое количество составных элементов, а также соединений между ними делает такой тип привода более подверженным износу и возникновению люфтов. Этот факт - еще одна причина отказа от червячного механизма в пользу реечного.

«Обратная связь»

Стоит отметить, что в рулевом механизме существует еще и так называемая «обратная связь». Водитель не только воздействует на колеса, а посредством ее же получает информацию об особенностях движения колес по дороге. Проявляется это в виде вибраций, рывков, создания определенно направленных усилий на руле. Эта информация считается очень важной для правильной оценки поведения авто. Доказательством тому является тот факт, что в авто, оснащаемых ГУР и ЭУР, конструкторы сохранили «обратную связь».

Передовые разработки

Этот узел продолжают совершенствовать, так самыми последними достижениями являются системы:

• Активного (динамического) рулевого управления. Она позволяет изменять передаточное число механизма в зависимости от скорости автомобиля. Также выполняет и дополнительную функцию – корректировка угла передних колес в поворотах и при торможении на скользкой дороге.
• Адаптивного рулевого управления (управление по проводам). Это самая новая и перспективная система. В ней отсутствует прямая связь между рулем и колесами, всё работает за счёт датчиков и исполнительных устройств (сервоприводов). Большое распространение система ещё не получила по причине психологического и экономического факторов.

Система «рули по проводам»

Заключение

В целом механизм является достаточно надежным узлом, не требующим никакого обслуживания. Но при этом эксплуатация рулевого управления автомобиля подразумевает проведение своевременной диагностики для выявления неисправностей.

Конструкция этого узла состоит из множества элементов с подвижными соединениями. А где такие соединения есть, со временем из-за износа контактирующих элементов, в них появляются люфты, которые в значительной мере могут повлиять на управляемость авто.

Сложность диагностики рулевого управления зависит от его конструктивного исполнения. Так в узлах с механизмом «шестерня-рейка» соединений, которые необходимо проверять не так уж и много: наконечники, зацепление шестерни с рейкой, карданы рулевой колонки.

А вот с червячным механизмом из-за сложной конструкции привода точек диагностики значительно больше.

Что касается ремонтных работ при нарушении работоспособности узла, то наконечники при сильном износе просто заменяются. В рулевом механизме на начальном этапе люфт удается убрать регулировкой зацепления, а если это не помогло – переборкой узла с использованием ремкомплектов. Карданы колонки, как и наконечники – просто заменяются.

Рулевой механизм является основой рулевого управления, где он выполняет следующие функции:

• увеличение усилия, приложенного к рулевому колесу;
• передача усилия рулевому приводу;
• самопроизвольный возврат рулевого колеса в нейтральное положение при снятии нагрузки.

По своей сути рулевой механизм является механической передачей (редуктором), поэтому основным его параметром является передаточное число. В зависимости от типа механической передачи различают следующие типы рулевых механизмов: реечный, червячный, винтовой.

Реечный рулевой механизм

Реечный рулевой механизм является самым распространенным типом механизма, устанавливаемым на легковые автомобили. Реечный рулевой механизм включает шестерню и рулевую рейку. Шестерня устанавливается на валу рулевого колеса и находится в постоянном зацеплении с рулевой (зубчатой) рейкой.

Работа реечного рулевого механизма осуществляется следующим образом. При вращении рулевого колеса рейка перемещается вправо или влево. При движении рейки перемещаются присоединенные к ней тяги рулевого привода и поворачивают управляемые колеса.

Реечный рулевой механизм отличает простота конструкции, соответственно высокий КПД, а также высокая жесткость. Вместе с тем, данный тип рулевого механизма чувствителен к ударным нагрузкам от дорожных неровностей, склонен к вибрациям. В силу своих конструктивных особенностей реечный рулевой механизм устанавливается на переднеприводных автомобилях с независимой подвеской управляемых колес .

Червячный рулевой механизм

Червячный рулевой механизм состоит из глобоидного червяка (червяка с переменным диаметром), соединенного с рулевым валом, и ролика. На валу ролика вне корпуса рулевого механизма установлен рычаг (сошка), связанный с тягами рулевого привода.

Вращение рулевого колеса обеспечивает обкатывание ролика по червяку, качание сошки и перемещение тяг рулевого привода, чем достигается поворот управляемых колес.

Червячный рулевой механизм обладает меньшей чувствительностью к ударным нагрузкам, обеспечивает большие углы поворота управляемых колес и соответственно лучшую маневренность автомобиля. С другой стороны червячный механизм сложен в изготовлении, поэтому дорог. Рулевое управление с таким механизмом имеет большое число соединений, поэтому требует периодической регулировки.

Червячный рулевой механизм применяется на легковых автомобилях повышенной проходимости с зависимой подвеской управляемых колес, легких грузовых автомобилях и автобусах . Ранее такой тип рулевого механизма устанавливался на отечественной «классике».

Винтовой рулевой механизм

Винтовой рулевой механизм объединяет следующие конструктивные элементы: винт на валу рулевого колеса; гайку, перемещаемую по винту; зубчатую рейку, нарезанную на гайке; зубчатый сектор, соединенный с рейкой; рулевую сошку, расположенную на валу сектора.

Особенностью винтового рулевого механизма является соединение винта и гайки с помощью шариков, чем достигается меньшее трение и износ пары.

Принципиально работа винтового рулевого механизма схожа с работой червячного механизма. Поворот рулевого колеса сопровождается вращением винта, который перемещает надетую на него гайку. При этом происходит циркуляция шариков. Гайка посредством зубчатой рейки перемещает зубчатый сектор и с ним рулевую сошку.

Винтовой рулевой механизм в сравнении с червячным механизмом имеет больший КПД и реализует большие усилия. Данный тип рулевого механизма устанавливается на отдельных легковых автомобилях представительского класса, тяжелых грузовых автомобилях и автобусах .

Рис. 1

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 не 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.

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.

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.

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

Сложности в технологии изготовления

Рулевой механизм типа “винт-гайка-сектор”

Рис. 2 Рулевой механизм типа "винт -- шариковая гайка -- рейка -- сектор"

1 -- распределитель;

3 -- шарики с трубкой рециркуляции;

4 -- поршень-рейка;

5 -- зубчатый сектор;

6 -- вал сошки;

7 -- ограничительный клапан

Полное название - "винт-шариковая гайка-рейка-сектор". Винт 2, которым оканчивается рулевой вал, через циркулирующие по резьбе шарики 3 толкает вдоль своей оси поршень-рейку 4. А тот в свою очередь поворачивает зубчатый сектор 5 рулевой сошки. Из-за возможности передавать большие моменты, устанавливается на грузовиках, пикапах и больших внедорожниках, работающих в экстремальных условиях.

Преимущества рулевого механизма “винт-шариковая гайка-рейка-сектор”:

Возможность конструкции с высоким передаточным числом

Недостатки рулевого механизма “винт-шариковая гайка-рейка-сектор”:

Нетехнологичен

Дорогой

Большие габариты

Тяжелый

Рулевой механизм реечного типа

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. Полный поворот управляемых колес из одного крайнего положения в другое осуществляется за 1,75...2,5 оборота рулевого колеса. Передаточные отношения механизма определяются отношением числа оборотов зубчатого колеса, равное числу оборотов рулевого колеса, к расстоянию перемещения рейки.

Реечный механизм рулевого управления состоит из картера, отлитого из алюминиевого сплава. В полости картера на шариковом и роликовом подшипниках установлено приводное зубчатое колесо. На картере и на пыльнике выполнены метки для правильной сборки механизма рулевого управления. Зубчатое колесо находится в зацеплении с зубчатой рейкой, которая поджимается к зубчатому колесу пружиной через металлокерамический упор. Пружина поджимается гайкой со стопорным кольцом, создавая сопротивление отворачиванию гайки. Подпружиненным упором облегчается беззазорное зацепление зубчатого колеса с зубчатой рейкой по всей величине хода. Рейка одним концом опирается на упор, а другим -- на разрезную пластмассовую втулку. Ход рейки ограничивается в одну сторону кольцом, напрессованным на рейку, а в другую сторону -- втулкой резино-металлического шарнира левой рулевой тяги. Полость картера механизма рулевого управления защищена от загрязнения гофрированным чехлом.

Вал рулевого управления соединяется с приводным зубчатым колесом эластичной муфтой. Верхняя часть вала опирается на шариковый радиальный подшипник, запрессованный в трубу кронштейна. На верхнем конце вала на шлицах через демпфирующий элемент крепится гайкой рулевое колесо.

Рулевой механизм с переменным отношением

Около нулевого положения рулевого колеса, когда едешь по прямой на высокой скорости, излишняя острота рулевого управления нежелательна, заставляет водителя напрягаться. А при парковке или развороте, наоборот, хотелось бы иметь передаточное отношение поменьше -- чтобы поворачивать руль на как можно меньший угол. Для этого существует несколько схем реечных рулевых механизмов.

Так работает реечный рулевой механизм ZF с переменным передаточным отношением. Здесь изменяются профиль зубьев рейки и плечо зацепления

Реечный рулевой механизм Honda VGR (Variable Gear Ratio -- переменное передаточное отношение) использовался на автомобилях Honda NSX

Фирма ZF использует зубья рейки с переменным профилем: в околонулевой зоне зубья треугольные, а ближе к краям -- трапецеидальной формы. Шестерня входит с ними в зацепление с разным плечом, что и помогает немного изменить передаточное отношение. А другой, более сложный, вариант использовала Honda на своем суперкаре NSX. Здесь зубья рейки и шестерни сделаны с переменными шагом, профилем и кривизной. Правда, шестерню приходится двигать вверх-вниз, но зато варьировать передаточное отношение можно в гораздо более широких пределах.

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.

К преимуществам реечного рулевого механизма относится:

Малая масса

Компактность

Невысокая цена

Минимальное количество тяг и шарниров

Простота соединения рулевого механизма с управляемыми колесами

Прямая передача усилия

Высокая жесткость и КПД

Легкость в оснащении гидроусилителем

Недостатки:

Из-за простоты конструкции любой толчок от колес передается на руль

Трудности в изготовлении механизма с высоким передаточным числом, поэтому для тяжелых машин такой механизм не подходит.

Выбор и обоснование выбранной конструкции

По своим технологическим, ценовым, конструктивным качествам рулевой механизм «шестерня-рейка» наиболее подходит для переднеприводной компоновки и подвески McPherson, обеспечивая большую легкость и точность рулевого управления.

При проектировании автомобиля ВАЗ-2123, старались взять как можно больше узлов из модели ВАЗ-2121, поэтому на автомобиле ставили механизм типа “червяк-ролик”. Однако Chevrolet Niva не является мощным внедорожником, что бы на него целесообразно было ставить этот механизм. Он дороже, технологически сложен, тяжелее. Возможности, которые дает автомобилю червячный механизм, не используются в полной мере. При использовании рейкм, исключается концентрация напряжения от рулевого механизма на лонжероне, нет необходимости усиливать его в месте крепления механизма.

По всем этим причинам я считаю необходимым заменить механизм типа “червяк-ролик” на более дешевый, легкий, технологичный реечный механизм, который в необходимой мере обеспечивает легкость и точность рулевого управления.

В связи с тем, что будет заменен тип механизма, необходимо внести ряд изменений в конструкцию других узлов и агрегатов:

Так как за осью передних колес расположить реечный механизм не представляется возможным, то ставим его перед осью;

Для того чтобы освободить место между поддоном двигателя и дифференциалом для рейки, смещаем межколесный дифференциал на то же расстояние (20,5мм) назад, что не изменяет сбалансированность всего узла;

Так как рейка располагается перед осью, то тормозной суппорт колеса необходимо расположить сзади.