Назначение и устройство рулевого управления. рулевой привод при зависимой и независимой подвесках

Устройство и принцип работы типичного рулевого управления

https://www.youtube.com/watch?v=TNjrSKwj4V0

На абсолютном большинстве автомобилей рулевое управление реализовано по одинаковому принципу. Конечно, есть отличия (например, тип усилителя руля), но тип общей компоновки не меняется.

Устройство рулевого управления

1. Руль стоит первым в цепочке управления автомобилем. Это не только способ передать сигнал системе управления, в какую сторону и как резко поворачивать, но и способ обратной связи, а также элемент пассивной безопасности автомобиля (в рулевое колесо встраивается подушка).
2. Рулевая колонка – промежуточный элемент между самим рулем и механизмом поворота. На рулевую колонку может крепиться система безопасности, замок зажигания, рычаги включения дворников и поворотников.
3. Следующий на очереди – рулевой механизм, с помощью которого поворот руля (а следовательно, и рулевой колонки) преобразовывается в команду на поворот для рулевых тяг.
4. После того, как рулевой механизм передал усилие на рулевую рейку, в действие приходят рулевые тяги с наконечниками и рычагами. Они соединены с поворотными кулаками передних колес и заставляют их поворачивать в нужном направлении на нужный угол.
5. Чтобы с вождением автомобиля справился любой человек, применяется гидравлический или электрический усилитель руля.

Классификация рулевого управления

Принципиальных отличий между разными типами рулевого управления нет, но часто его классифицируют по типу редуктора рулевого механизма:

Тип редуктора «шестерня-рейка».

Устройство рулевого управления с редуктором типа «шестерня-рейка» 1 — руль; 2 — рулевой вал с шестерней; 3 — рейка; 4 — рулевые тяги; 5 — поворотные рычаги; 6 — колеса.

Это самая распространенная разновидность рулевого редуктора, которая за годы использования показала свою надежность.

Принцип действия очень простой: на рулевом валу (который отходит от рулевой колонки) закреплена продолговатая шестерня. Рулевая рейка имеет зубчатый участок, который входит в зацепление с этой шестерней. При вращении руля шестерня вращается на месте и толкает зубчатую рейку в одну или другую сторону. Соответственно приходят в действие и рулевые тяги.

Передаточное число на рейке может быть неизменным, а может меняться ближе к краям. Получить такой эффект просто: нужно изменить наклон зубьев на рейке. Благодаря этому для поворота на большой угол не нужно «крутить баранку» до посинения, количество оборотов руля для маневра сокращается.

Тип редуктора «червяк-ролик».

Устройство рулевого управления с редуктором типа «червяк-ролик»: 1 — руль; 2 — рулевой вал с червяком; 3 — ролик с валом сошки; 4 — рулевая сошка; 5 — средняя тяга; 6 — боковые тяги; 7 — поворотные рычаги; 8 — колеса; 9 — маятниковый рычаг; 10 — шарниры рулевых тяг.

Этот тип редуктора можно назвать устаревшим, поскольку его давно перестали устанавливать на автомобили. Тем не менее, он еще встречается на старых машинах.

В основе заложена червячная передача, в которой червяк закреплен на дополнительном валу рулевой колонки. При повороте руля вращается червяк и приводит в движение ролик, стоящий с ним в зацеплении.

Сдвигаясь по нарезке червяка, ролик заставляет вращаться вал, на который он установлен и к которому присоединен рычаг рулевой сошки. Вал вращается, рулевая сошка описывает полукруг, приводит в действие остальные элементы рулевого привода (среднюю тягу, маятниковый рычаг, боковую тягу, поворотные кулаки колес).

Винтовой тип редуктора.

Устройство редуктора рулевого управления винтового типа

По принципу действия он очень похож на червячный редуктор. Однако на дополнительном валу рулевой колонки установлен не червяк, а винт. Он входит в зацепление с гайкой, на наружную сторону которой нанесен зубчатый обод. Когда вращается винт, гайка поворачивается в одну или другую сторону и поворачивает рулевую сошку, а она уже направляет остальные компоненты рулевого привода.

В усовершенствованных моделях на винт ставится шариковая шайба, которая служит промежуточным элементом между ним и гайкой. При вращении винта шарики сдвигают шайбу, а она поворачивает гайку. Когда на легковые автомобили начали массово устанавливать гидроусилитель руля (ГУР), червячный редуктор вышел из обихода – к нему ГУР не поставишь. На его место пришел реечный привод, а винтовой «перекочевал» на тяжелые автомобили.

Кроме редуктора, в рулевом механизме могут отличаться типы передачи усилия на управляемые колёса. Более простой считается конструкция с реечным редуктором: от рулевой рейки отходят две рулевые тяги, которые крепятся к поворотным кулакам колес. Для того, чтобы соединение было подвижным, но без люфтов, используются шаровые наконечники.

На редуктор с червячной или винтовой передачей подходит другой тип рулевого механизма. Его называют рулевой трапецией и состоит он из довольно сложной системы рычагов. Сложность конструкции оправдывается большей мощностью, так что рулевая трапеция с винтовым редуктором ставится на грузовые автомобили, в то время как рулевая рейка лучше подходит для легковых.

И, наконец, систему рулевого управления классифицируют по типу усилителя: ГУР, ЭГУР и ЭУР.

1. ГУР – гидравлический усилитель, классический тип. Он и сегодня ставится на автомобили, но постепенно уступает дорогу более современным видам усилителя;
2. ЭГУР – электрогидравлический усилитель руля. В нём электромотор выполняет вспомогательную функцию, в то время как основная работа выполняется гидравликой;
3. ЭУР – электроусилитель, современный способ управлять автомобилем. Электромотор умножает усилие, которое водитель прикладывает к рулю, то есть работает без каких-либо гидравлических элементов.

Плавают обороты на холостом ходу: причины и рекомендации по устранению

Червячный механизм

Червячный рулевой механизм — одно из классических решений, которое было особо популярным во второй половине прошлого века. Механизм представляет собой передачу из глобоидного червяка (он имеет переменный диаметр, который уменьшается к середине, и увеличивается к краям) и ролика либо сектора с зубьями. Червяк соединен с рулевым валом, а ролик или сектор имеет жесткую связь с сошкой (обычно ролик или сектор и рычаг представляют собой одну деталь), которая, в свою очередь, соединена с рулевыми тягами. При вращении рулевого колеса червяк передает момент ролику или сектору, и сошка отклоняется в ту или иную сторону, обеспечивая перемещение рулевых тяг и, соответственно, поворот колес.

Червячный механизм обладает неплохими характеристиками, демпфирует рулевой механизм (не передает колебания от колес к рулю) и обеспечивает хорошую управляемость. Однако он дорог и имеет сложное устройство, поэтому на современных легковых автомобилях практически не применяется.

Типы рулевых механизмов

Устройство рулевого механизма различается в зависимости от способа преобразования крутящего момента. По этому параметру выделяют червячный и реечный виды механизмов. Существует еще винтовой тип, принцип работы которого схож с червячной передачей, но он имеет больший КПД и реализует большее усилие.

Червячный рулевой механизм: устройство, принцип работы, преимущества и недостатки

Этот рулевой механизм является одним из «устаревших» устройств. Им оснащены практически все модели отечественной «классики». Механизм применяется на автомобилях с повышенной проходимостью с зависимой подвеской управляемых колес, а также в легких грузовых автомобилях и автобусах.

Схема червячного редуктора

Конструктивно устройство состоит из следующих элементов:

• рулевой вал;
• передача «червяк-ролик»;
• картер;
• рулевая сошка.

Пара «червяк-ролик» находится в постоянном зацеплении. Глобоидальный червяк представляет собой нижнюю часть рулевого вала, а ролик закреплен на валу сошки. При вращении руля ролик перемещается по зубьям червяка, благодаря чему вал рулевой сошки также поворачивается. Результатом такого взаимодействия является передача поступательных движений на привод и колеса.

Рулевой механизм червячного типа имеет следующие преимущества:

• возможность поворота колес на больший угол;
• гашение ударов от дорожных неровностей;
• передача больших усилий;
• обеспечение лучшей маневренности машины.

Изготовление конструкции достаточно сложное и дорогое – в этом главный ее минус. Рулевое управление с таким механизмом состоит из множества соединений, периодическая регулировка которых просто необходима. В противном случае придется заменять поврежденные элементы.

Реечный рулевой механизм: устройство, принцип работы, преимущества и недостатки

Механизм «шестерня-рейка» Рулевой механизм реечного типа считается более современным и удобным. В отличие от предыдущего узла, это устройство применимо на транспортных средствах с независимой подвеской управляемых колес.

В реечный рулевой механизм входят следующие элементы:

• корпус механизма;
• передача «шестерня-рейка».

Шестерня устанавливается на рулевом валу и находится в постоянном зацеплении с рейкой. В процессе вращения рулевого колеса рейка перемещается в горизонтальной плоскости. В результате соединенные с ней тяги рулевого привода также перемещаются и приводят в движение управляемые колеса.

Механизм «шестерня-рейка» отличается простотой конструкции и высоким КПД. К ее преимуществам также можно отнести:

• меньшее количество шарниров и тяг;
• компактность и невысокая цена;
• надежность и простота конструкции.

С другой стороны, редуктор этого типа чувствителен к ударам от неровностей дороги – любой толчок от колес передастся на руль.

Винтовой редуктор

Устройство винтового редуктора Особенностью этого механизма является соединение с помощью шариков винта и гайки. За счет чего наблюдается меньшее трение и износ элементов. Механизм состоит из следующих элементов:

• вал рулевого колеса с винтом
• гайка, перемещаемая по винту
• зубчатая рейка, нарезанная на гайке
• зубчатый сектор, с которым соединена рейка
• рулевая сошка

Винтовой рулевой механизм применяется в автобусах, тяжелых грузовых автомобилях и в некоторых легковых автомобилях представительского класса.

https://www.youtube.com/watch?v=5rMIudOvxeY

Работа гидроусилителя рулевого привода автомобиля ЗИЛ-4331:

a — нейтральное положение; б — перемещение золотника вправо; в — перемещение золотника влево; 1 и 7 — перепускные клапаны; 2 — сапун; 3 и 4 — сетчатые фильтры; 5 — коллектор; 6 — насос; 8 — предохранительный клапан; 9 и 10 — демпфирующие отверстия; 11 — калиброванное отверстие; 12 — шариковый клапан; 13 — реактивный плунжер; 14 — золотник; 15 — винт механизма рулевого управления; 16 — вал сошки; 17 — картер механизма рулевого управления.

Если водитель перестает поворачивать рулевое колесо, то прекращается и поворот управляемых колес, так как винт перестает вращаться и поступающая в картер механизма рулевого управления жидкость перемешает поршень-рейку с винтом и золотником в исходное среднее положение, при котором прекращается действие жидкости на поршень-рейку.В работе гидроусилителей автомобилей марок «ЗИЛ» и «КамАЗ» много общего, но конструкция гидроусилителя автомобилей марки «КамАЗ» имеет некоторые особенности. Распределитель расположен впереди углового редуктора. В центральном отверстии распределителя размещен золотник, вокруг которого в трех сквозных отверстиях расположено по два цилиндра с центрирующей пружиной между ними, а в трех глухих отверстиях расположено по одному плунжеру с пружиной. Наличие трех плунжеров в глухих отверстиях объясняется следующим. Жидкость, находящаяся в корпусе углового редуктора, действует на три торца реактивных плунжеров, находящихся в сквозных отверстиях, а также на кромку сечения винта по месту его уплотнения, а в полости слева под передней крышкой действуют лишь на торцы трех плунжеров. Чтобы обеспечить одинаковое реактивное усилие на рулевом колесе от давления жидкости при повороте как направо, так и налево со стороны углового редуктора расположены три дополнительных плунжера, общая площадь которых равна площади кромки сечения винта.В одном из плунжеров встроен обратный клапан, который при отказе гидросистемы соединяет между собой магистрали высокого и низкого давления, обеспечивая работу рулевого управления без усилителя. Предохранительный клапан соединяет магистрали нагнетания и слива при давлении жидкости свыше 8 МПа, предохраняя насос от перегрева, а детали от перегрузок. Размещение предохранительного клапана в отдельной бобышке облегчает его регулировку и ремонт.Отдельный гидроусилитель автомобиля МАЗ. Распределитель крепится к корпусу шаровых шарниров и силового цилиндра. Внутри корпуса распределителя имеются три кольцевых канавки: две крайние соединены между собой каналом и с магистралью нагнетания, средняя сообщает магистраль слива с бачком насоса. Две кольцевые канавки золотника соединяются каналами (Одна — с левой, другая — с правой стороны) с реактивными камерами, представляющими собой замкнутую полость. Шаровые пальцы сошки и продольной рулевой тяги закреплены в корпусе шаровых шарниров. Этот корпус фланцем скреплен с корпусом золотника. Шаровые пальцы зажаты пружинами между сферическими сухарями пробкой и регулировочной гайкой. Сухари удерживаются от вращения штифтами, а шаровые пальцы в сухарях могут поворачиваться в некоторых пределах. Внутри корпуса шаровых шарниров в осевом направлении может перемещаться стакан с закрепленным в нем шаровым пальцем сошки. Со стаканом перемещается и золотник, жестко соединенный с ним болтами. На корпус шаровых шарниров навернут силовой цилиндр, в котором помещен поршень со штоком. С одной стороны полость цилиндра закрыта пробкой, а с другой — крышкой. На конце штока имеется головка для его крепления в кронштейне рамы. Полости цилиндра, разделенные поршнем, соединены трубопроводами с каналами в корпусе распределителя, выходящими в полость между кольцевыми проточками. 

Расположение рулевого редуктора

Поскольку под капотом авто стоит основной «виновник» вибраций – мотор, крепится редуктор рулевого механизма исключительно к кузову машины. Его местоположение отличается у различных брендов и модификаций, но доступ к крепежу всегда крайне сложный.

Расположение редуктора в Jeep WJ Limited

Чтобы отрегулировать рулевой редуктор, придется демонтировать защиту снизу, как минимум. Травмобезопасность водителя при лобовом столкновении обеспечивается следующим способом:

• верхние крепежные болты приварены к корпусу редуктора;
• снизу стоят болты отрывные, края фиксирующих пластин которых проходят в специальные прорези кронштейна.

Отрывные болты для безопасности водителя

При ударе руль складывается вперед вверх, что более безопасно для грудной клетки водителя, чем любые другие варианты.

Оплата наличными в терминалах Сбербанка

Рулевой механизм

Рулевой механизм — часть рулевого управления, преобразующая вращательное движение рулевого колеса в поступательное движение рулевых тяг. Как правило, это один из видов механического редуктора, хотя, например, в комбайнах применяется система «гидромотор-шланги-гидроцилиндр». Наиболее распространены следующие виды рулевых механизмов

• Шестерня-рейка — руль соединён с неподвижной (вращающейся) шестернёй, концы подвижной рейки через тяги поворачивают колёса. В настоящее время применяется на большинстве легковых автомобилей (переднеприводных).
• Червячная передача — рулевое колесо вращает червяк, по которому ходит вырожденный сектор зубчатого колеса — ролик (трение скольжения заменено на трение качения). Перекатываясь по сектору червяка, ролик вращает ось, с другой стороны которой закреплён рычаг, который своим движением перемещает рулевую трапецию. Эта достаточно сложная система, с большим числом деталей, широко применялась на заднеприводных автомобилях, с передней двухрычажной подвеской.
• Винт-шариковая гайка — рулевое колесо вращает винтовой вал, поступательно перемещая «гайку» — соответствующую винтовую втулку, через тяги перемещающую рулевую трапецию. Между витками вала и втулки расположены шарики, переводящие трение скольжения в трение качения. Механизм применяется в основном на грузовых автомобилях, совместно с гидроусилителем (втулка-гайка является также поршнем гидроцилиндра).

Как устроен ЭУР

Всё устройство подразделяется на электрическую и механическую части, связь между которыми производится через датчики и электромотор с редуктором.

В состав входят такие элементы:

• исполнительный сервопривод, состоящий из электродвигателя и редуктора, который нужен из-за достаточно высоких оборотов вала электрического мотора;
• блока управления, имеющего входы от датчиков, внешних устройств и выходы на силовой двигатель;
• датчиков, вырабатывающих сигналы направления поворота руля, усилия на рулевом валу и скорости его вращения.

Питание ЭУР получает от бортовой сети автомобиля, при отключении электроники из-за неисправности рулевой механизм продолжает работать, но уже без усиления.

Принцип работы

В исходном состоянии электродвигатель не работает, энергия не потребляется. Блок управления следит за сигналами датчиков и в случае обнаружения действий со стороны водителя начинает управлять электродвигателем.

Чем сильнее закручен торсионный датчик момента на рулевой колонке, тем большее усилие создаётся со стороны сервопривода, что компенсирует отдачу от рулевой трапеции на руки водителя. Отслеживается направление поворота, скорость действий водителя и угол отклонения управляемых колёс.

В режиме парковки, когда скорость мала, усиление должно быть максимальным, руль можно вращать с большой скоростью на значительные углы, не встречая сопротивления.

Однако с ростом скорости руль должен тяжелеть, с одной стороны предупреждая водителя о недопустимости резких движений, а с другой – обеспечивая важную обратную связь по усилию, позволяющую контролировать сцепление колёс с дорогой.

ЭУР должен отслеживать возврат колёс в нейтральное положение, не всегда возможный при большом трении в механизмах. Причём эта функция работает не постоянно, в парковочных режимах возврат и переменное усиление не требуются.

Как работает электроусилитель руля. Ремонт эур

Наоборот, при взаимодействии с системой стабилизации энергичный самовозврат необходим для курсовой стабилизации автомобиля, даже если водитель потерял управление. Выполняются и упреждающие действия, подобные тому, как опытный водитель выводит машину из заносов и сносов.

При автономном управлении ЭУР становится исполнительным механизмом для функции отслеживания разметки, автоматического объезда препятствий и адаптивного круиз-контроля в поворотах. Через него могут передаваться предупреждающие сигналы в виде толчков и вибраций.

Типы конструкции

Сервопривод ЭУР может встраиваться в рулевую колонку или непосредственно в рулевой механизм. Первое решение используется на лёгких бюджетных автомобилях, а второе на более массивных или спортивных.

Непосредственная связь с рулевой рейкой обеспечивается отдельной винтовой, червячной или шестерёнчатой передачей, отдельно от пары шестерня-рейка рулевого вала.

Таким образом можно передавать значительное усилие и делать это максимально точно. Но и цена устройства возрастает.

Схема

Электросхема ЭУР включает в себя блок управления, разъём с фазовыми контактами электродвигателя, два разъёма датчиков момента и положения, кабель питания, соединённый с основным монтажным блоком автомобиля, интерфейсный разъём для связи с контроллерами прочих систем и приборной панели.

Входными сигналами выступают:

• датчик скорости автомобиля;
• датчик направления поворота руля;
• тензометрический датчик момента на рулевой колонке;
• датчик скорости вращения рулевого вала там, где эта информация используется;
• двунаправленный сигнал диагностики;
• сигнал тахометра;

Выход блока работает непосредственно на фазовые обмотки двигателя, обычно асинхронного. Питание поступает по двум контактам, от замка зажигания и от клеммы аккумулятора, через установленный в монтажном блоке мощный предохранитель.

Отдельная стабилизированная цепь питания датчиков формируется в блоке управления.

Сборка и регулировка рулевого механизма

При сборке рулевого механизма с двойным роликом автомобиля ГАЗ-51 выполняют следующие операции:

1. Запрессовывают в картер бронзовую втулку 22 с натягом 0,04—0,10 мм и развертывают ее разверткой под размер шейки вала рулевой сошки с расчетом получения зазора 0,025—0,1 мм.
2. Устанавливают наружное кольцо верхнего роликового подшипника 10 в картер с зазором 0,01—0,07 мм.
3. В верхний конец рулевой колонки устанавливают роликовый цилиндрический подшипник 27, а в нижний — пружину 14 с сальником 15; надевают колонку на шейку верхней крышки 11 картера и закрепляют ее стяжным хомутом 12.
4. Снизу картера рулевого механизма вставляют рулевой вал с червяком 8 и двумя роликовыми коническими подшипниками, ставят наружное кольцо 6 нижнего подшипника и привертывают нижнюю крышку 2 с регулировочными прокладками 5 толщиной 0,12 мм (пергаментные) и 0,25 мм (картонные).
5. На шлицы рулевого вала надевают рулевое колесо и закрепляют гайкой 25.
6. Проверяют затяжку подшипников червяка. При правильной затяжке усилие, приложенное по касательной к окружности рулевого колеса, необходимое для поворота рулевого вала, должно равняться 0,3—0,5 кг. При отсутствии динамометра затяжку проверяют вращением вала, который должен легко вращаться и не иметь заметного осевого зазора.
7. В боковую крышку 18 запрессовывают роликовый цилиндрический подшипник 19 и ввертывают регулировочный винт 17 вала рулевой сошки 21.
8. Соединяют вал рулевой сошки (в сборе с роликом) с регулировочным винтом, устанавливают вал в картер и привертывают боковую крышку 18 с уплотняющей прокладкой.
9. Устанавливают на конец вала сошки сальник 23, уплотняющее войлочное кольцо 1 в обойме, сошку и закрепляют ее гайкой.
10. Производят регулировку зацепления ролика с червяком, для чего червяк ставят в положение, при котором ролик будет находиться посредине червяка (движение автомобиля по прямой).

В этом положении перемещают сошку в плоскости ее качания при работе и измеряют величину перемещения конца сошки.

Если это перемещение более 0,8 мм, то регулировку зацепления следует производить винтом боковой крышки. После окончания регулировки проверяют легкость вращения рулевого вала, который должен повертываться от усилия 1,6—2,2 кг, приложенного по касательной окружности рулевого колеса, затем устанавливают на регулировочный винт стопорную шайбу и завертывают контргайку винта.

При сборке рулевого механизма с тройным роликом автомобиля ЗИС-150 выполняют следующие операции:

1. Запрессовывают в картер рулевого механизма и в боковую крышку бронзовые втулки и развертывают их разверткой. Со стороны сошки в картер устанавливают пробковый сальник 3 и шайбу сальника 4, которую в трех местах отгибают.
2. Устанавливают в картер наружное кольцо верхнего роликоподшипника, вставляют рулевой вал с червяком и подшипниками 8, наружное кольцо нижнего роликоподшипника и привертывают крышку 5 со стальными регулировочными прокладками 6.
3. Сверху в рулевую колонку устанавливают сальник 11, шарикоподшипник 12, пружину, вставляют шпонку 13 в рулевой вал, надевают рулевое колесо и закрепляют его гайкой.
4. Регулируют затяжку подшипников червяка прокладками нижней крышки так, чтобы усилие для поворота вала, приложенное по касательной к окружности рулевого колеса, составляло 0,3—0,8 кг по динамометру.
5. Вставляют в картер вал рулевой сошки 25 в сборе с трехрядным роликом и привертывают боковую крышку 19 с уплотняющей прокладкой. На крышку устанавливают резиновые уплотняющие кольца 21.
6. Надевают на вал сошки регулировочные стальные кольца и упорную бронзовую шайбу. Завинчивают до отказа фасонную гайку, надевают рулевую сошку и проверяют правильность зацепления ролика с червяком. Для этого червяк и ролик устанавливают в среднее положение (движение автомобиля по прямой) и проверяют величину движения конца сошки (нормально должно быть не более 0,8 мм). При этом усилие для поворота вала, приложенное по касательной к окружности рулевого колеса, должно равняться 2,5 кг.
7. После регулировки зацепления фасонную гайку закрепляют стопорной пластиной.

Что такое автоматическое рулевое управление?

Одной из перспективных разработок в автомобилестроении является интеллектуальная система автоматического управления транспортными средствами. Можно сказать, что автопилот, описанный большинством писателей-фантастов в своих произведениях, теперь стал реальностью. Сегодня современной автомобильной технике по силам выполнение большинства действий без участия водителя, самым распространенным из которых является парковка.

Лидером по производству автомобилей оборудованных этой инновационной системой является немецкий концерн BMW, который активно использует на своем модельном ряде сдвоенный планетарный редуктор. Управление таким редуктором осуществляется при помощи электропривода, в результате чего удается совместно с изменением скорости транспортного средства изменять придаточное отношение при передаче усилия от руля к поворотным колесам. Благодаря такому техническому решению значительно повышается быстродействие, и обеспечивается максимально точная обратная связь.