К атегория:

Техническое обслуживание автомобилей

Рулевой механизм и привод автомобиля

Рулевой механизм. Для преобразования вращательного движения рулевого вала в качательное движение сошки и увеличения усиления, передаваемого от рулевого колеса к рулевой сошке, служит рулевой механизм. Наличие в рулевых механизмах большого передаточного числа (от 15 до 30) облегчает управление автомобилем. Передаточное число определяется отношением угла поворота рулевого колеса к углу поворота управляемых колес автомобиля.

Рис. 1. Рулевое управление автомобилей:
а - зависимая подвеска передних колес; б - независимая подвеска

Рис. 2. Рулевой механизм автомобиля ГАЗ -53А

Рулевые механизмы подразделяются на червячные, винтовые, комбинированные и реечные (шестеренные). Червячные механизмы бывают с передачей червяк-ролик, червяк-сектор и червяк-кривошип. Ролик может быть двух- или трех-гребневой, сектор - двух- и многозубый, кривошип - с одним или двумя шипами. В винтовых механизмах передача усилий производится посредством винта и гайки. В комбинированных механизмах передача усилий осуществляется через следующие узлы: винт, гайка - рейка и сектор; винт, гайка и кривошип; гайка и рычаг. Реечные механизмы выполнены из шестерни и зубчатой рейки. Наиболее широко распространена передача глобоидальный червяк - ролик на подшипниках качения. В такой паре значительно уменьшены трение и износ и обеспечено соблюдение необходимых зазоров в зацеплении. Рулевые механизмы такого типа применяют на большинстве автомобилей семейства ГАЗ , ВАЗ , АЗЛК и др.

Червячный рулевой механизм, установленный на автомобилях ГАЗ -БЗА , имеет глобоидальный червяк и трехгребневой ролик, находящиеся в зацеплении. Червяк напрессован на пустотелый вал и установлен в картере рулевого механизма на двух конических роликовых подшипниках. Ролик вращается на оси в игольчатых подшипниках. Ось ролика запрессована в головку вала сошки, который вращается во втулке и цилиндрическом роликовом подшипнике. На мелкие конические шлицы конца вала посажена сошка. Зацепление ролика с червяком зависит от положения регулировочного винта, который фиксируется стопорной шайбой, штифтом и колпачковой гайкой, навернутой на винт.

Рулевой вал помещен в трубу (рулевую колонку), нижний конец которой крепится к верхней крышке картера. В верхней части рулевой колонки установлен радиально-упор-ный подшипник рулевого вала, который имеет мелкие конические шлицы для установки рулевого колеса. Масло в картер рулевого механизма заливают через отверстие, закрываемое резьбовой пробкой. Такого типа рулевые механизмы устанавливаются на автомобилях ГАЗ -24 «Волга», ГАЗ -302 «Волга», ГАЗ -66, автобусах ЛАЗ -695Н и др.

Винтовой рулевой механизм, устанавливаемый на автомобилях ЗИЛ -130, состоит из картера, представляющего одно целое с цилиндром гидроусилителя, винта с шариковой гайкой и рейки-поршня с зубчатым сектором.

Рис. 3. Рулевой механизм автомобиля ЗИЛ -130

Рис. 4. Рулевой механизм автомобиля МАЗ -5335

Сектор выполнен за одно целое с валом рулевой сошки. Картер закрывается крышками 1,8 и 12. Гайка закреплена в рейке-поршне жестко винтами. Винт соединяется с гайкой шариками, которые закладываются в канавке 6 гайки и винта.

Рулевой механизм с винтом и гайкой на циркулирующих шариках отличается малыми потерями на трение и повышенным сроком службы.

В корпусе клапана управления на винте установлены два упорных шариковых подшипника, а между ними - золотник клапана управления. Зазор в этих подшипниках регулируется гайкой.

Зазор в зацеплении рейки-поршня и зубчатого сектора регулируют, смещая вал рулевой сошки винтом, головка которого входит в отверстие вала сошки и опирается на упорную шайбу. Масло в картер рулевого механизма сливают через отверстие, закрываемое магнитной пробкой.

При повороте рулевого колеса винт передвигает шариковую гайку с рейкой-поршнем, и она поворачивает зубчатый сектор с валом сошки. Далее усилие передается на рулевой привод, обеспечивая поворот колес автомобиля. Так работает рулевое управление без гидроусилителя, т. е. при неработающем двигателе.

Комбинированный рулевой механизм, устанавливаемый на автомобиле MA3-5335, состоит из винта и шариковой гайки-рейки, находящихся в зацеплении с зубчатым сектором, вал которого является одновременно и валом сошки. Винт и гайка имеют полукруглые винтовые канавки, которые заполнены шариками. Для создания замкнутой системы для перекатывания шариков в гайку-рейку вставлены штампованные направляющие, предотвращающие выпадание шариков. Винт рулевого механизма установлен в картере в двух конических подшипниках, а вал сектора - в игольчатых подшипниках.

Каждый рулевой механизм характеризуется передаточным числом, которое для рулевых механизмов грузовых автомобилей ЗИЛ -130 и КамАЭ-5320 равно 20,0, для автомобилей ГАЗ -53А - 20,5, для автомобилей MA3-5335-23,6, для автобусов РАФ -2203 - 19,1 и автобусов ЛАЗ -695Н-23,5, а для легковых автомобилей находится в пределах от 12 до 20.

На автомобилях семейства КамАЗ, рулевой механизм типа винт-гайка скомпонован совместно с угловым шестеренчатым редуктором, который передает крутящий момент от карданной передачи рулевого вала на винт рулевого механизма.

На автобусах ЛиАЗ-677М и ЛАЗ -4202 угловой редуктор служит для передачи крутящего момента под прямым углом от рулевого колеса через карданный вал к рулевому механизму типа червяк-сектор.

Реечный рулевой механизм получил широкое применение на переднеприводных легковых автомобилях ВАЗ -2108 «Спутник» и АЗЛК -2141 «Москвич». Он сравнительно прост в изготовлении и позволяет уменьшить количество шарниров рулевых тяг.

Основными деталями такого рулевого механизма является шестерня, нарезанная на валу, и рейка, находящиеся в зацеплении и помещенные в картер. При вращении вала рулевого колеса шестерня, вращаясь, передвигает в продольном направлении рейку, которая посредством шарниров передает усилие на рулевые тяги. Рулевые тяги через наконечник рулевой тяги и поворотные рычаги поворачивают управляемые колеса.

Рулевой привод. Для передачи усилия от рулевого механизма к управляемым колесам и для правильного взаимного расположения колес при повороте служит рулевой привод. Рулевые привода бывают с цельной трапецией (при зависимой подвеске колес) и с расчлененной трапецией (при независимой подвеске). Кроме того, рулевая трапеция может быть задней или передней, т. е. с поперечной тягой, расположенной сзади передней балки или перед ней.

К деталям рулевого привода с зависимой установкой колес относятся (см. рис. 16.2, а) рулевая сошка, продольная тяга, рычаг продольной тяги, поперечная тяга и рулевые рычаги поворотных цапф.

Рулевая сошка может качаться по дуге окружности, расположенной в плоскости, параллельной продольной оси автомобиля, или в плоскости, параллельной балке переднего моста. В последнем случае продольная тяга отсутствует, а усилие от сошки передается через среднюю тягу и две боковые рулевые тяги поворотным цапфам. Сошка крепится к валу на конусных шлицах при помощи гайки на всех автомобилях. Для правильной установки сошки при сборке на валу и сошке делают специальные метки. В нижнем конце рулевой сошки, имеющем конусное отверстие, закреплен палец с поперечной тягой.

Продольная рулевая тяга изготовляется из трубы с утолщениями по краям для монтажа деталей двух шарниров. Каждый шарнир состоит из пальца, вкладышей, охватывающих сферическими поверхностями шаровую головку пальца, пружины, ограничителя и резьбовой пробки. При заворачивании пробки головка пальца зажимается вкладышами благодаря пружине. Пружина смягчает удары от колес на рулевую сошку и устраняет зазор при износе деталей. Ограничитель 5 предотвращает чрезмерное сжатие пружины, а в случае ее поломки не позволяет пальцу выйти из шарнира.

Рис. 5. Рулевой механизм автомобиля ВАЗ -2108 «Спутник»

Рулевые рычаги соединяются с тягами шарнирно. Шарниры имеют различную конструкцию и тщательно защищены от попадания грязи. Смазка попадает в них через масленки. В некоторых моделях автомобилей в шарнирах тяг применяют пластмассовые вкладыши, не требующие смазки в процессе эксплуатации автомобиля.

Поперечная рулевая тяга также имеет трубчатое сечение, на концы которой наворачивают наконечники. Концы поперечной тяги и соответственно шарнирные наконечники имеют правую и левую резьбы для изменения длины тяги при регулировке схождения колес. Наконечники фиксируются на тяге стяжными болтами.

Рис. 6. Шарниры рулевых тяг:
а - продольной тяги; б, в - поперечной тяги

В поперечных рулевых тягах устанавливаются шарниры, в которых перемещение пальца допускается только перпендикулярно к тяге. Поперечная рулевая тяга при независимой подвеске передних колес состоит из средней тяги и двух боковых, соединенных шарнирно.

Шарнир состоит из шарового пальца, который может иметь головку со сферическими поверхностями или шаровую, и двух эксцентриковых вкладышей, прижимаемых к пальцу пружиной, удерживаемой пробкой. При таком устройстве пружины не нагружаются силами, действующими на поперечную рулевую тягу, и устранение зазора при износе деталей шарнира происходит автоматически. Шаровые пальцы устанавливают в конусные отверстия рычагов и закрепляют гайками.

На некоторых легковых автомобилях применяют рулевые управления повышенной безопасности с энергопоглощающим устройством, которые уменьшают усилия, наносящие травму водителю при авариях.

Так, на автомобилях ГАЗ -З02 «Волга» энергопоглощающим устройством служит резиновая муфта, соединяющая две части рулевого вала, а на автомобилях АЗЛК -2140 рулевой вал и рулевая колонка выполнены составными, что дает возможность перемещаться рулевому валу незначительно внутрь салона при столкновениях автомобилей.

Кроме того, рулевое колесо делают с утопленной ступицей и мягкой накладкой, что значительно уменьшает тяжесть травмы, получаемой водителем при ударе о него. Могут применяться и другие устройства, повышающие травмобезопасность водителя.

В автомобилях применяют рулевые механизмы следующих типов: червяк и сектор (автомобиль Урал-375), червяк и ролик (трехгребневой на автомобилях ЗИЛ -164А и ЗИЛ -157 и двухгребневой на автомобилях ГАЗ -53А, ЗАЗ -965 «Запорожец», «Москвич-408», М-21 «Волга» и др.), винт и гайка и комбинированные. К последним относят механизмы, сочетающие винт и гайку на циркулирующих роликах и рейку с сектором (автомобили ЗИЛ -130, ЗИЛ -111, БелАЗ-540 и БелАЗ-548).

В механизме червяк и сектор применяют как обычный цилиндрический червяк, так и глобоидальный червяк с нарезной поверхностью, витки которой выполнены по дуге окружности с центром на оси вращения сектора. В последнем случае даже при крутых поворотах автомобиля между зубьями сектора и червяком сохраняется небольшой зазор.

Механизм с цилиндрическим червяком и сектором показан на рис. 6, а. С насаженным на нижнем конце рулевого вала червяком находится в зацеплении зубчатый сектор, изготовленный как одно целое с валом рулевой сошки.

На рис. 6, б изображен рулевой механизм типа червяк и ролик. На нижнем конце рулевого вала имеется глобоидальный червяк, который находится в зацеплении с двухгребневым роликом, входящим в зацепление с витками червяка и сидящим на оси, закрепленной в вилке вала 8 рулевой сошки. Механизм этого типа является наиболее износостойким и требует от шофера наименьшей затраты усилий при повороте.

Червяк может также работать в паре с боковым сектором. В механизмах этого типа контакт между зубьями происходит не в отдельных точках, как в ранее рассмотренных передачах, а по линиям, что позволяет передавать значительно большие усилия. Однако потери на трение и износ такой передачи велики. Кроме того, механизм этого типа особенно чувствителен к точности регулировки зацепления.

Рис. 6. Основные типы рулевых механизмов:
а - червяк и сектор; б -- червяк и ролик; в - червяк и боковой сектор; 1 - рулевой вал; 2 - цилиндрический червяк; 3 - зубчатый сектор; 4 - вал сошки; 5 - рулевая сошка; 6 - глобоидальный червяк; 7 - ролик; 8 - вал рулевой сошки; 9 - боковой зубчатый сектор

На рис. 7 изображен рулевой механизм типа червяк и ролик с передаточным числом 20,5 автомобиля ГАЗ -53Ф.

К левому лонжерону рамы автомобиля прикреплен болтами чугунный картер рулевого механизма, внутри которого помещаются находящиеся в зацеплении глобоидальный червяк и двухгребневой ролик. Опорами рулевого вала с напрессованным на его нижний конец червяком служат цилиндрический роликоподшипник в рулевой колонке и два конических роликоподшипника в картере рулевой передачи. Последние два подшипника не имеют внутренних колец и их ролики работают непосредственно по поверхности червяка. Ролик посажен на ось на двух шарикоподшипниках, на внутреннее кольцо которых установлено пружинное кольцо. Ось ролика запрессована в головку вала рулевой сошки и смещена от оси червяка в сторону боковой крышки картера на 5,75 мм.

Сошка закреплена на мелких шлицах вала гайкой с шайбой. Четыре сдвоенных шлица обеспечивают правильность соединения сошки с валом. Вал сошки вращается в цилиндрическом роликоподшипнике и втулке и может поворачиваться на угол 90°. Втулка помещается в картере, а подшипник - в его боковой крышке. Кроме боковой, картер имеет также верхнюю и нижнюю крышки. Внутрь картера через отверстие, закрываемое пробкой, заливается масло.

Картер крепится к рулевой колонке хомутом и стяжным болтом. На верхнем конце рулевого вала крепятся рулевое колесо и кнопка сигнала. Провод сигнала проходит внутри рулевого вала в трубке; между трубкой и валом установлено уплотнительное кольцо, прижимаемое к трубке пружиной. Верхний конец вала уплотняется сальником, поджимаемым пружиной. Вал сошки уплотнен сальниками.

Рис. 7. Рулевой механизм автомобиля ГАЭ -53Ф:
1 - кольцо; 2 - внутреннее кольцо подшипников; 3 - шарик; 4 - ось ролика; 5 - уплотнительное кольцо; 6 - трубка; 7 - провод сигнала; 8 и 17 - пружины; 9 и 15 - крышки; 10 и и - регулировочные прокладки; 12 - конический роликоподшипник; 13 - картер; 14 - пробка; 16, 33 и 34 - сальники; 18 - рулевой вал; 19 - рулевая колонка; 20 - глобоидальный червяк; 21 - двугребневой ролик; 22 - вал рулевой сошки; 23 - болт; 24 - хомут; 25 а 32 - цилиндрические роликоподшипники; 26 - боковая крышка; 27 - регулировочный винт; 28 - гайка; 29 - втулка; 30 - рулевое колесо; 31 - рулевая сошка

Зацепление червяка и ролика можно регулировать, не разбирая рулевой механизм, винтом, в паз которого входит хвостовик вала рулевой сошки. Как уже указывалось, оси ролика и червяка лежат в разных плоскостях; поэтому для уменьшения зазора в зацеплении достаточно переместить вал сошки в сторону червяка путем ввертывания винта. Увеличение зазора может быть достигнуто путем вывертывания винта. Снаружи на винт навернута колпачковая гайка, предотвращающая вытекание масла из картера через резьбу. Для предохранения от выхода ролика из зацепления с червяком служат внутренние приливы в картере рулевого механизма. Они же ограничивают поворот вала рулевой сошки. Осевой зазор роликоподшипников регулируют путем удаления картонных со специальной пропиткой (толщиной 0,25 мм) и пергаментных (толщиной 0,10-0,12 мм) прокладок из-под крышки картера.

В автомобиле М-21 «Волга» рулевой механизм по конструкции такой же.

В автомобиле ЗИЛ -164А применяют рулевой механизм с червяком и трехгребневым роликом, который увеличивает возможные углы поворота рулевой сошки без нарушения зацепления.

На рис. 8 показан рулевой механизм автомобиля МАЗ -200 типа цилиндрический червяк и боковой сектор. Червяк и боковой сектор со спиральными зубьями помещены в картере. Червяк напрессован на нижний конец рулевого вала. При повороте рулевого вала и червяка поворачивается сектор, торцовые зубья которого находятся в зацеплении с червяком. Опорами для вала сектора служат игольчатые подшипники.

Рис. 8. Рулевой механизм автомобиля МАЗ -200:
1 - червяк; 2 - сектор; з - прокладки; 4 - фасонная гайка; 5 - игольчатый подшипник; 6 - картер

Подшипники рулевого вала регулируют путем изменения толщины прокладок под фланцем фасонной гайки.

В рулевом механизме тина винт и гайка автомобиля МАЗ -525 на нижнем конце рулевого вала имеется винтовая нарезка. При вращении рулевого вала сидящая на его нижнем конце во втулке гайка перемещается вверх или вниз вдоль вала, поворачивая вал рулевой сошки, установленный во втулках в картере и крышке картера. Нижний конец рулевого вала не закреплен, а верхний имеет качающуюся опору, состоящую из шарикоподшипника и резиновых колец. Рулевая колонка нижним и верхним наконечниками соединяется с картером рулевого механизма и корпусом головки.

Передаточное число рулевого механизма определяется как отношение угла поворота рулевого колеса к углу поворота рулевой сошки. Чем больше передаточное число, тем меньшее усилие необходимо для поворота колес. Для быстроты поворота передаточное число не должно быть слишком большим.

Рулевые механизмы грузовых автомобилей имеют передаточные числа 20-40, а легковых - 17-18.

Рис. 9. Рулевой механизм автомобиля МАЗ -525

Рулевой механизм преобразует вращательное движение рулевого колеса в угловое перемещение звеньев рулевого привода, его выполняют с большим передаточным числом (20-24) для снижения усилия, затрачиваемого водителем.

На автомобилях КамАЗ применяют рулевой механизм с гидроусилителем, который показан на рис. 93. В собственно рулевой механизм входят винт, по которому перемещается гайка, установленная на циркулирующих шариках, и поршень-рейка, зацепленная зубьями с зубчатым сектором.

Поскольку кабина автомобилей КамАЗ вынесена вперед и выполнена откидной, потребовалось ввести шарнирное соединение рулевой колонки с рулевым механизмом и дополнительный угловой редуктор.

Рис. 10. Схема механизма рулевого управления с гидроусилителем:
1 - реактивный плунжер; 2 - масляный радиатор; 3 - шланг высокого давления; 4 - насос; 5 - рулевая колонка; 6 - карданный вал; 7 - ведущая шестерня: 8 - ведомая шестерня; 9 - вал сошкн; 10 - зубчатый сектор вала сошки; 11 - поршень-репка: 12 - винт; 13 - шариковая гайка; 14 - шариковые подшипники: 15 - упорный задний подшипник; 16 - золотник; 17 - клапан управления; 18 - шланг низкого давления; 19 - упорный передний подшипник

Вал рулевой колонки соединен шарниром с карданным валом. Другой конец вала при помощи шарнира соединен с ведущей шестерней углового редуктора. Угловой редуктор состоит из ведущей и ведомой конических шестерен.

Ведущая шестерня выполнена за одно целое со своим валом, вращающимся на игольчатом и шариковом подшипниках. Шариковый подшипник ведущей шестерни находится в верхней крышке картера. Ведомая шестерня 8 установлена на валу винта, вращающегося в двух шариковых подшипниках. Перемещающаяся по винту гайка помещена в поршне-рейке. На его наружной поверхности нарезаны зубья, образующие рейку и входящие в зацепление с зубчатым сектором.

Для облегчения передвижения гайки в ней и в винте выполнены полукруглые винтовые канавки, образующие спиральный канал, заполненный шариками. Выпадение шариков из канавок предотвращается установкой в пазы гайки штампованных направляющих, состоящих из двух половин. Образованный таким образом желоб создает два замкнутых потока перекатывающихся шариков. По этому желобу при повороте винта перекатываются шарики, выходящие с одной стороны гайки и возвращающиеся в нее с другой. На валу винта установлены два упорных подшипника с золотником клапана управления между ними. Подшипники и золотник закреплены гайкой с пружинной шайбой. Золотник имеет несколько большую длину, чем гнездо в клапане управления.

В осевом направлении винт и золотник могут перемещаться в пределах 1,1 мм в каждую сторону от среднего положения, в которое их возвращают спиральные пружины и реактивные плунжеры, находящиеся под давлением масла, поступающего по нагнетательной магистрали от лопастного насоса. Всякий поворот рулевого колеса передается винту и вызывает соответствующее поворачивание колес. Однако колеса при этом создают сопротивление, которое, передаваясь на винт, стремится сместить его в осевом направлении. Когда это сопротивление превысит силу предварительного сжатия пружин, то смещение винта изменит положение золотника. Соответственно направлению сдвига винта золотник соединит одну полость усилителя с линией нагнетания, а другую - с линией слива. Под давлением масла поршень-рейка создает дополнительное усилие, действующее на сектор сошки и способствующее повороту управляемых колес автомобиля.

По мере повышения сопротивления повороту передних колес увеличивается давление в рабочей полости цилиндра гидроусилителя. Вместе с тем растет давление и под реактивными плунжерами. Под давлением пружин и реактивных плунжеров золотник стремится вернуться в среднее положение.

Водитель, управляя автомобилем, всегда сохраняет чувство дороги, т. е. для поворота рулевого колеса ему необходимо затратить некоторое усилие.

С увеличением сопротивления повороту передних колес и увеличением давления в полости цилиндра гидроусилителя возрастает также и усилие на рулевом колесе.

По окончании воздействия на рулевое колесо золотник перемещается в среднее положение, связь данной полости цилиндра с линией нагнетания прекращается и давление в ней падает.

В среднем положении осевой зазор между поршнем-рейкой и зубчатым сектором наименьший. По мере поворота рулевого колеса вправо и влево зазор в этом зацеплении увеличивается.

При неработающем двигателе и отсутствии подачи жидкости насосом гидроусилителя рулевой механизм работает обычным образом, однако при этом водителю приходится затрачивать большее усилие на управление автомобилем.

В нижней части корпуса рулевого механизма расположена сливная пробка с магнитом, улавливающая металлические частицы, попадающие в жидкость.

У автомобилей Минского автозавода применен рулевой механизм типа винт - шариковая гайка, ио с вынесенным отдельно гидроусилителем.

Вал рулевого механизма, установленный на двух конических роликовых подшипниках, имеет винт, по которому передвигается гайка-рейка. На наружной поверхности гайки нарезана рейка, входящая в зацепление с зубчатым сектором вала. Для более легкого перемещения гайки в ней и в винте выполнены полукруглые винтовые канавки, образующие спиральный канал, заполненный шариками. Выпадение шариков из канавок предотвращается установкой в пазы гайки штампованных направляющих, образующих трубчатый желоб. По этому желобу при повороте винта перекатываются шарики, выходящие с одной стороны гайки и возвращающиеся в нее с другой.

Вал зубчатого сектора установлен на трех игольчатых подшипниках, два из которых расположены со стороны крепления сошки. Сектор с пятью зубьями входит в зацепление с зубьями рейки. Средний зуб сектора имеет несколько большую толщину, чем другие. На одном конце вала сектора выполнены мелкие шлицы для соединения с рулевой сошкой, которая удерживается от осевого смещения гайкой. На другом конце вала сектора имеется регулировочное устройство, позволяющее устанавливать необходимый осевой зазор в зацеплении сектор - гайка. Оно состоит из регулировочного винта, фиксируемого контргайкой.

Картер рулевого механизма отливают из чугуна и закрывают с боков съемными крышками с уплотнительными прокладками. Места выхода из картера вала руля и вала сектора уплотнены резиновыми сальниками. В верхней части картера расположена пробка, закрывающая наливное отверстие для масла. В нижней части имеется отверстие с такой же пробкой для слива масла.

На автомобилях КрАЗ ранее устанавливали рулевой механизм, состоящий из червяка и бокового зубчатого сектора со спиральными зубьями (таких автомобилей сейчас много в эксплуатации), а в настоящее время применяют механизм в виде винта и шариковой гайки-рейки, т. е. такого же типа, как и на автомобилях Минского автозавода, также с вынесенным отдельно гидроусилителем.

Рис. 11. Рулевой механизм автомобилей МАЗ :
1 - вал сектора; 2 - сальник; 3 - игольчатые подшипники; 4 - боковая крышка: 5 - пробка сливного отверстия; 6 - гайка регулировочная; 7 - подшипник; 8 - картер рулевого механизма: 9 - гайка-рейка; 10 - шарики; 11 - винт; 12 - пробка заливного отверстия; 13 - подшипник

К атегория: - Техническое обслуживание автомобилей

Рулевое управление

Рулевым управлением называется совокупность устройств, осуществляющих поворот управляемых колес автомобиля.

Рис. 2. Рулевые управления при независимой (а) и зависимой (б) подвесках управляемых колес:
1 - рулевое колесо; 2 - вал; 3 - рулевая передача (механизм); 4 и 12- цапфы;
5, 9, 11 и 14 - рычаги; 7- сошка; 6, 8, 10, 13 и 15 - тяги

Травмобезопасное рулевое управление

Кроме рулевого колеса с утопленной ступицей и двумя спицами, что значительно снижает тяжесть наносимых травм при ударе, в рулевом механизме устанавливают специальное энергопоглощающее устройство, а рулевой вал выполняют составным. Все это обеспечивает незначительное перемещение рулевого вала внутрь кузова автомобиля при лобовом столкновении с препятствием.

а - складывающийся рулевой вал; б - сильфонный вал; в - перфорированный вал; 1- кронштейн; 2 - карданный шарнир; 3 - цилиндр; 4- труба

В травмобезопасных рулевых управлениях легковых автомобилей применяют и другие энергопоглощающие устройства, которые соединяют составные рулевые валы: резиновые муфты специальной конструкции, устройства типа японского фонарика, в виде нескольких продольных пластин, приваренных к концам соединяемых частей рулевого вала. При столкновениях резиновая муфта разрушается, а соединительные пластины деформируются, уменьшая перемещение рулевого вала внутрь салона кузова.

Рулевой механизм

Рулевым называется механизм, преобразующий вращение рулевого колеса в поступательное перемещение рулевого привода, вызывающее поворот управляемых колес. Он служит для увеличения усилия водителя, прилагаемого к рулевому колесу, и передачи его к рулевому приводу.

Увеличение усилия, прилагаемого к рулевому колесу, проис-k ходит за счет передаточного числа рулевого механизма. Передаточное число рулевого механизма - это отношение угла поворота рулевого колеса к углу поворота вала рулевой сошки. В зависимости от типа автомобиля оно составляет 15...20 у легковых автомобилей и 20... 25 у грузовых автомобилей и автобусов. Такие передаточные числа за 1 ...2 полных оборота рулевого колеса обеспечивают поворот управляемых колес автомобилей на максимальные углы (35...45°).

На автомобилях применяются различные типы рулевых механизмов.

а - червячно-роликовый; б - винтореечный; в - реечный; 1 - червяк; 2, 4 и 9 - валы; 3 - ролик; 5 - винт; 6 - гайка; 7 - шарик; 8 - сектор; 10 - шестерня; 11 - рейка

Рулевой привод

Рулевым приводом называется система тяг и рычагов, осуществляющая связь управляемых колес автомобиля с рулевым механизмом. Он служит для передачи усилия от рулевого механизма к управляемым колесам и обеспечения их правильного поворота.

На автомобилях применяют различные типы рулевых приводов.

Основной частью рулевого привода является рулевая трапеция

Рулевая трапеция может быть передней или задней в зависимости от ее расположения перед осью передних управляемых колес (см. рис. 2, а) или за ней (см. рис. 2, б). Применение рулевого привода с передней или задней рулевой трапецией зависит от компоновки автомобиля и его рулевого управления. При этом рулевой привод может быть с неразрезной или разрезной рулевой трапецией в зависимости от типа подвески.
Неразрезная рулевая трапеция имеет сплошную поперечную рулевую тягу, соединяющую управляемые колеса (см. рис. 2, б).
Такую трапецию применяют при зависимой подвеске передних управляемых колес на грузовых автомобилях и автобусах.
Разрезная рулевая трапеция имеет многозвенную поперечную рулевую тягу, соединяющую управляемые колеса (см. рис. 2, а).
Ее используют при независимой подвеске управляемых колес на легковых автомобилях.

Рулевой усилитель

Рулевым усилителем называется механизм, создающий под давлением жидкости или сжатого воздуха дополнительное усилие на рулевой привод, необходимое для поворота управляемых колес автомобиля.

1 - золотник; 2, 3 и 11- маслопроводы; 4- пружина; 5-колесо; 6 и 9- тяги; 7 и 8- рычаги; 10 - поршень; а ...г - камеры; А и В - полости; Б - бачок; ГН - гидронасос; РМ - рулевой механизм; ГР - гидрораспределитель; ГЦ - гидроцилиндр

Конструкции рулевого управления

Левое, травмобезопасное, без усилителя. Травмобезопасность рулевого управления обеспечивается конструкцией промежуточного вала рулевого колеса и специальным креплением рулевого вала к кузову автомобиля.

1 и 3 - тяги; 2 - сошка; 4 и 7 - рычаги; 5 - муфта; 6 - кулак; 8 и 16 - кронштейны; 9 - подшипник; 10 - труба; 11 и 13 - валы; 12 - картер; 14 - колонка; 15- рулевое колего; 17- палец; 18 - чехол; 19 - наконечник; 20 - вкладыш; 21 - пружина; 22 - заглушка

Рулевой механизм легкового автоммобиля ВАЗ повышенной проходимости:
1 - сошка; 2 и 13 - манжеты; 3- втулка; 4 - картер; 5 и 12- валы; 6 - ролик; 7- винт; 8- гайка; 9- пробка; 10 и 16- крышки; 11 - червяк; 14 и 18 - подшипники; 15- регулировочные прокладки; 17- ось

1 - рычаг; 2 - шарнир; 3 и 5 - тяги; 4и 34- гайки; 6- палец; 7 и 13- чехлы; 8 - вкладыш; 9 и 33 - пружины; 10 и 20 - болты; 11- скоба; 12 - опора; 14 и 15 - пластины; 16 и 17- втулки; 18- рейка; 19- картер; 21 - муфта; 22- гасящее устройство, 23 - рулевое колесо; 24, 29 и 31 - подшипники; 25 - вал; 26- колонка; 27- кронштейн; 28- колпак; 30- шестерня; 32- упор

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.

К рулевому механизму предъявляются следующие требования :
- оптимальное передаточное число, определяющее соотношение между необходимым углом поворота рулевого колеса и усилием на нем; - незначительные потери энергии при работе (высокий КПД);
- возможность самопроизвольного возврата рулевого колеса в нейтральное положение, после того как водитель перестал удерживать рулевое колесо в повернутом положении;
- незначительные зазоры в подвижных соединениях для обеспечения малого люфта или свободного хода рулевого колеса;
- высокая надежность.

Наибольшее распространение на легковых автомобилях сегодня получили реечные рулевые механизмы.

Реечный рулевой механизм без гидроусилителя :
1 - чехол;
2 - вкладыш;
3 - пружина;
4 - шаровой палец;
5 - шаровой шарнир;
6 - упор;
7 - рулевая рейка;
8 - шестерня

Конструкция такого механизма включает в себя шестерню, установленную на валу рулевого колеса, и связанную с ней зубчатую рейку. При вращении рулевого колеса рейка перемещается вправо или влево и через присоединенные к ней тяги рулевого привода поворачивает управляемые колеса.
Причинами широкого применения на легковых автомобилях именно такого механизма являются: простота конструкции, малые масса и стоимость изготовления, высокий КПД, небольшое число тяг и шарниров. Кроме того, расположенный поперек автомобиля корпус реечного рулевого механизма оставляет достаточно места в моторном отсеке для размещения двигателя, трансмиссии и других агрегатов автомобиля. Реечное рулевое управление обладает высокой жесткостью, что обеспечивает более точное управление автомобилем при резких маневрах.
Вместе с тем реечный рулевой механизм обладает и рядом недостатков: повышенная чувствительность к ударам от дорожных неровностей и передача этих ударов на рулевое колесо; склонность к виброактивности рулевого управления, повышенная нагруженность деталей, сложность установки такого рулевого механизма на автомобили с зависимой подвеской управляемых колес. Это ограничило сферу применения такого типа рулевых механизмов только легковыми (с вертикальной нагрузкой на управляемую ось до 24 кН) автомобилями с независимой подвеской управляемых колес.

Реечный рулевой механизм с гидроусилителем :
1 - жидкость под высоким давлением;
2 - поршень;
3 - жидкость под низким давлением;
4 - шестерня;
5 - рулевая рейка;
6 - распределитель гидроусилителя;
7 - рулевая колонка;
8 - насос гидроусилителя;
9 - резервуар для жидкости;
10 - элемент подвески

Рулевой механизм типа «глобоидальный червяк-ролик» без гидроусилителя :
1 - ролик;
2 - червяк

Легковые автомобили с зависимой подвеской управляемых колес, малотоннажные грузовые автомобили и автобусы, легковые автомобили высокой проходимости оснащаются, как правило, рулевыми механизмами типа «глобоидальный червяк-ролик». Ранее такие механизмы применялись и на легковых автомобилях с независимой подвеской (например, семейство ВАЗ-2105, -2107), но в настоящее время их практически вытеснили реечные рулевые механизмы.
Механизм типа «глобоидальный червяк–ролик» представляет собой разновидность червячной передачи и состоит из соединенного с рулевым валом глобоидального червяка (червяка с переменным диаметром) и ролика, установленного на вале. На этом же вале вне корпуса рулевого механизма установлен рычаг (сошка), с которым связаны тяги рулевого привода. Вращение рулевого колеса обеспечивает обкатывание ролика по червяку, качание сошки и поворот управляемых колес.
В сравнении с реечными рулевыми механизмами червячные механизмы имеют меньшую чувствительность к передаче ударов от дорожных неровностей, обеспечивают большие максимальные углы поворота управляемых колес (лучшая маневренность автомобиля), хорошо компонуются с зависимой подвеской, допускают передачу больших усилий. Иногда червячные механизмы применяют на легковых автомобилях высокого класса и большой собственной массы с независимой подвеской управляемых колес, но в этом случае усложняется конструкция рулевого привода - добавляется дополнительная рулевая тяга и маятниковый рычаг. Кроме того, червячный механизм требует регулировки и дорог в изготовлении.

Рулевой механизм типа «винт-шариковая гайка–рейка–зубчатый сектор» без гидроусилителя (а) :
1 - картер;
2 - винт с шариковой гайкой;
3 - вал-сектор;
4 - пробка заливного отверстия;
5 - регулировочные прокладки;
6 - вал;
7 - уплотнитель рулевого вала;
8 - сошка;
9 - крышка;
10 - уплотнитель вала-сектора;
11 - наружное кольцо подшипника вала-сектора;
12 - стопорное кольцо;
13 - уплотнительное кольцо;
14 - боковая крышка;
15 - пробка;
со встроенным гидроусилителем (б) :
1 - регулировочная гайка;
2 - подшипник;
3 - уплотнительное кольцо;
4 - винт;
5 - картер;
6 - поршень-рейка;
7 - гидравлический распределитель;
8 - манжета;
9 - уплотнитель;
10 - входной вал;
11 - вал-сектор;
12 - защитная крышка;
13 - стопорное кольцо;
14 - уплотнительное кольцо;
15 - наружное кольцо подшипника вала-сектора;
16 - боковая крышка;
17 - гайка;
18 - болт

Наиболее распространенным рулевым механизмом для тяжелых грузовых автомобилей и автобусов является механизм типа «винт–шариковая гайка–рейка–зубчатый сектор». Иногда рулевые механизмы такого типа можно встретить на больших и дорогих легковых автомобилях (Mercedes, Range Rover и др.).
При повороте рулевого колеса вращается вал механизма с винтовой канавкой и перемещается надетая на него гайка. При этом гайка, имеющая на внешней стороне зубчатую рейку, поворачивает зубчатый сектор вала сошки. Для уменьшения трения в паре винт–гайка передача усилий в ней происходит посредством шариков, циркулирующих в винтовой канавке. Данный рулевой механизм имеет те же преимущества, что и рассмотренный выше червячный, но имеет большой КПД, позволяет эффективно передавать большие усилия и хорошо компонуется с гидравлическим усилителем рулевого управления.
Ранее на грузовых автомобилях можно было встретить и другие типы рулевых механизмов, например «червяк–боковой сектор», «винт–кривошип», «винт–гайка–шатун–рычаг». На современных автомобилях такие механизмы из-за их сложности, необходимости регулировки и низкого КПД практически не применяются.

Существует несколько типов рулевого механизма Вам известно, что при повороте руля поворачиваются колеса автомобиля. Но между поворотом руля и поворотом колес происходят определенные действия.

В этой статье мы рассмотрим особенности двух наиболее распространенных типов рулевого механизма: реечный рулевой механизм и рулевой механизм с шариковой гайкой. Также мы расскажем о рулевом управлении с гидроусилителем и узнаем об интересных технологиях развития систем рулевого управления, позволяющих сократить расход топлива. Но, прежде всего, мы рассмотрим, как происходит поворот. Не все так просто, как может показаться.

Поворот автомобиля

Для обеспечения плавного поворота, каждое колесо должно описать разную окружность. В связи с тем, что внутреннее колесо описывает колесо меньшего радиуса, оно совершает более крутой поворот, чем внешнее. Если провести перпендикуляр к каждому колесу, линии будут пересекаться в центральной точке поворота. Геометрия поворота заставляет внутреннее колесо поворачиваться сильнее, чем внешнее.

Существует несколько типов рулевого механизма. Наиболее распространенными являются реечный рулевой механизм и рулевой механизм с шариковой гайкой.

Реечный рулевой механизм

Ведущая шестерня сопряжена с валом рулевого механизма. Когда Вы поворачиваете руль, шестерня начинает вращаться и приводит рейку в движение. Рулевой наконечник на конце рейки соединяется с рулевой сошкой на шпинделе (см. рисунок).

Функции зубчатой рейки с шестерней заключаются в следующем:

• Она преобразует вращательное движение рулевого колеса в прямолинейное движение, необходимое для поворота колес.
• Она обеспечивает передаточное отношение для облегчения поворота колес.

Передаточное отношение рулевого механизма - это отношение градуса поворота руля к градусу поворота колес. Например, если один полный оборот руля (360 градусов) поворачивает колесо на 20 градусов, тогда передаточное отношение рулевого механизма составляет 18:1 (360 разделить на 20). Чем выше отношение, тем больше градус поворота руля. При этом, чем выше отношение, тем меньше усилий требуется приложить.

Как правило, у легких спортивных автомобилей передаточное отношение рулевого механизма ниже, чем у крупных автомобилей и грузовиков. При низком передаточном отношении у рулевого механизма более быстрый отклик, поэтому Вам не нужно с усилием крутить руль чтобы выполнить поворот. Чем меньше автомобиль, тем меньше его масса, и, даже при низком передаточном отношении, не требует прилагать дополнительное усилие для поворота.

Также существуют автомобили с переменным передаточным отношением рулевого механизма. В этом случае у зубчатой рейки с шестерней разный шаг зубьев (число зубьев на дюйм) в центре и по бокам. В результате, автомобиль реагирует на поворот руля быстрее (рейка расположена ближе к центру), а также снижается усилие при повороте руля до упора.

Реечный рулевой механизм с усилителем

Рулевой механизм с шариковой гайкой

Рулевой механизм с шариковой гайкой включает червячную передачу. Условно червячную передачу можно разделить на две части. Первая часть представляет собой металлически блок с резьбовым отверстием. Данный блок имеет зубья с наружной стороны, которые сопрягаются с шестерней, которая приводит в движение рулевую сошку (см. рисунок). Рулевое колесо соединено с резьбовым стержнем, похожим на болт, установленным в резьбовое отверстие блока. Когда рулевое колесо вращается, болт поворачивается вместе с ним. Вместо того, чтобы вкручиваться в блок, как обычные болты, этот болт закреплен так, что, когда он вращается, он приводит в движение блок, который, в свою очередь, приводит в движение червячную передачу.


Болт не соприкасается резьбой с блоком, поскольку она заполнена шарикоподшипниками, циркулирующими по механизму. Шариковые подшипники используются для двух целей: Они снижают трение и износ передачи, а также снижают загрязнение механизма. Если в рулевом механизме не будет шариков, на какое-то время зубья не будут соприкасаться друг с другом и Вы почувствуете что руль потерял жесткость.

Гидроусилитель в рулевом механизме с шариковой гайкой функционирует точно так же, как и в реечном рулевом механизме. Усиление обеспечивается подачей жидкости под высоким давлением на одну из сторон блока.

Гидроусилитель руля

Насос

При вращении лопатки выталкивают гидравлическую жидкость низкого давления из обратной магистрали в выпускное отверстие под высоким давлением. Сила потока зависит от количества оборотов двигателя автомобиля. Конструкция насоса обеспечивает необходимый напор даже на холостых оборотах. В результате, насос перемещает большее количество жидкости при работе двигателя на более высоких оборотах.

Насос имеет предохранительный клапан, обеспечивающий надлежащее давление, что особенно важно при высоких оборотах двигателя, когда подается большой объем жидкости.

Поворотный клапан

Основным компонентом поворотного клапана является торсион. Торсион представляет собой тонкий металлический стержень, который поворачивается под действием крутящего момента. Верхний конец торсиона соединен с рулевым колесом, а нижний с шестерней или червячной передачей (которая поворачивает колеса), при этом крутящий момент торсиона равен крутящему моменту, прилагаемого водителем для поворота колес. Чем выше прилагаемый крутящий момент, тем больше поворот торсиона. Входная часть вала рулевого механизма формирует внутреннюю часть поворотного клапана. Также он соединен с верхней частью торсиона. Нижняя часть торсиона соединена с внешней частью поворотного клапана. Торсион также вращает шестерню рулевого механизма, соединяясь с ведущей шестерней или червячной передачей, в зависимости от типа рулевого механизма.

При повороте торсион вращает внутреннюю часть поворотного клапана, внешняя часть при этом остается неподвижной. В связи с тем, что внутренняя часть клапана также соединена с рулевым валом (и, следовательно, с рулевым колесом), количество оборотов внутренней части клапана зависит от крутящего момента, прилагаемого водителем.

Когда руль неподвижен, обе гидравлические трубки обеспечивают равное значение давления на шестерню. Но при повороте клапана каналы открываются для подачи жидкости под высоким давлением к соответствующей трубке.

Практика показала не самую высокую эффективность такого типа усилителя рулевого управления.

Инновационные усилители руля

Фактически руль работает так же, как руль для компьютерных игр. Руль будет оснащен датчиками для подачи автомобилю сигналов о направлении движения колес и моторами, обеспечивающими отклик на действия автомобиля. Выходные данные таких датчиков будут использоваться для управления рулевым механизмом с электроприводом. В этом случае устраняется необходимость наличия рулевого вала, что увеличивает свободное пространство в моторном отсеке.

General Motors представила концепт-кар Hy-wire, на котором уже установлена такая система. Отличительной особенностью такой системы с электронным управлением от GM является то, что Вы можете сами настроить управляемость автомобиля с помощью нового компьютерного программного обеспечения без замены механических компонентов. В автомобилях с электронным управлением будущего Вы сможете подстроить систему контроля под себя нажатием лишь нескольких кнопок. Все очень просто! За последние пятьдесят лет система рулевого управления не сильно изменились. Но в следующем десятилетии наступит эпоха более экономичных автомобилей