устройство рулевого управления с реечным рулевым механизмом

Устройство автомобилей

Реечный рулевой механизм

В некоторых технических источниках информации реечные рулевые механизмы относят к шестеренным (зубчатым) рулевых механизмам, поскольку рейка является своеобразным зубчатым колесом, радиус которого бесконечно большой.
Так или иначе, этот тип рулевых механизмов в настоящее время прочно занял место в конструкциях рулевых управлений переднеприводных легковых автомобилей с независимой подвеской.
В настоящее время реечный рулевой механизм применяется на отечественных легковых автомобилях ВАЗ-2108 и последующих переднеприводных моделях этого автозавода, а также на АЗЛК-2141.

Реечные рулевые механизмы просты по конструкции и компактны, имеют высокий КПД, поэтому широко используются на легковых автомобилях. В последнее время такие механизмы применяются на грузовых автомобилях малой грузоподъемности, имеющих независимую подвеску.
Особенно удобно применение реечных рулевых механизмов в автомобилях, оснащенных независимой подвеской передних колес типа MacPherson (Макферсон), поскольку поворотный рычаг, соединяемый шаровым пальцем с поперечной тягой, при этом можно выполнить на стойке подвески, используя стойку в качестве элемента рулевого механизма.

Рабочей парой в реечном рулевом механизме является шестерня-зубчатая рейка, при нормальном профиле зубьев шестерни и рейки передаточное число механизма постоянно. Современные реечные рулевые механизмы могут иметь переменное передаточное число, что достигается нарезкой зубьев рейки специального профиля и с переменным шагом.

Повышенная чувствительность к внешним воздействиям вследствие малого трения, чувствительность к колебаниям рулевого управления вызывают необходимость установки амортизаторов или усилителей для поглощения толчков.
Устройство и принцип работы реечного рулевого механизма рассмотрим на примере переднеприводных автомобилей ВАЗ, имеющих независимую подвеску типа МакФерсон.

Реечный рулевой механизм автомобилей ВАЗ

На рис. 1 изображен реечный рулевой механизм автомобиля ВАЗ-2109, который состоит из картера 2, в котором на двух подшипниках 6 и 8 установлено приводное зубчатое колесо 7, находящееся в зацеплении с рейкой 10. Рейка поджимается к зубчатому колесу пружиной 12 через металлокерамический упор 11. Регулировка в зацеплении осуществляется гайкой 13.

При повороте вала 9, связанного с рулевым колесом, зубчатое колесо 7 перемещает рейку 10, от которой усилие передается на рулевые тяги и далее через поворотные рычаги 4, установленные на стойках передней подвески, управляемым колесам.

Аналогичную конструкцию имеют рулевые механизмы и других автомобилей ВАЗ с приводом на передние колеса.

Устройство рулевого механизма (гидроусилитель руля и рулевой механизм)

Устройство рулевого механизма (гидроусилитель руля и рулевой механизм)

В этой статье мы рассмотрим особенности двух наиболее распространенных типов рулевого механизма:
реечный рулевой механизм и рулевой механизм с шариковой гайкой.

Также мы поговорим о рулевом управлении с гидроусилителем и узнаем о интересных технологиях развития систем рулевого управления, способных увеличить экономичность.

Возможно, вы удивитесь, узнав, что при повороте колеса на передней оси производят различную траекторию (что обеспечивает легкий поворот). Следовательно, внутреннее колесо (ближайшее к повороту) должно быть повернуто больше, чем внешнее. Как было сказано ранее, существует реечный рулевой механизм и рулевой механизм с шариковой гайкой.

📌 Реечный рулевой механизм

Реечный рулевой механизм получает широкое применение на легковых автомобилях, малых грузовиках и внедорожниках. Этот тип рулевого механизма — самый простой и легкий. Шестерня на рулевом валу сцеплена с зубчатой рейкой. Когда вы поворачиваете руль, шестерня начинает вращаться и приводит рейку в движение.

Рулевой наконечник на конце рейки соединяется с рулевой сошкой на шпинделе (см. картинку выше). Функция зубчатой рейки с шестерней заключается в обеспечении передаточного отношения, которое облегчает поворот колеса. Большенство автомобилей устроены так, что потребуется от трех до четырех полных оборотов руля, чтобы развернуть колеса на 180 градусов. Передаточное отношение рулевого механизма — это отношение градуса поворота руля к градусу поворота колес. Например: допустим, один полный оборот руля (360 градусов) поворачивает колесо на 20 градусов, тогда передаточное отношение рулевого механизма — 18:1 (360 разделить на 20).

Чем выше соотношение, тем больше градус поворота руля и тем меньше усилий нужно приложить. Как правило, у легких спортивных автомобилей передаточное отношение рулевого механизма более низкое, чем у крупных автомобилей и грузовиков. При низком передаточном отношении рулевого механизма вам не нужно с усилием крутить руль чтобы выполнить поворот. Таже существуют автомобили с переменным передаточным отношением рулевого механизма. В этом случае у зубчатой рейки с шестерней разный шаг зубьев (количество зубьев на дюйм) в центре и по бокам, как следствие, автомобиль реагирует на поворот быстрее.

Когда зубчатая рейка находится в системе рулевого управления, представляется следующая картина. В рейку помещен цилиндр с поршнем с отверстиями на концах. Усилитель перемещает жидкость под высоким давлением с одного конца поршня в другой, заставляет его (поршень) перемещаться, который в свою очередь заставляет перемещаться рейку.

📌 Рулевой механизм с шариковой гайкой

Рулевой механизм с шариковой гайкой можно встретить на многих грузовиках и внедорожниках. Эта система несколько отличается от системы реечного рулевого механизма. В рулевом механизме с шариковой гайкой есть так называемый червяк.

Мысленно можно разделить червяка на две части. Первая часть представляет собой металлически блок с резьбой (зубьями), который приводит во вращение рулевую сошку (см. рисунок выше). Рулевое колесо соединено с резьбовым стерженем, похожим на болт, прикрепленный к блоку. Когда рулевое колесо вращается, болт поворачивается вместе с ним. Вместо того, чтобы закручиваться в блок, как обычные болты, этот болт закреплен так, что, когда он вращается, он движет блок, который в свою очередь движет червяка.

Болт не соприкасается резьбой с блоком, поскольку она заполнена шарикоподшипниками, циркулирующими по механизму и уменьшающими трение, износ и замусоривание. 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. Сейчас мы рассмотрим дугие компоненты рулевого управления.

Гидроусилитель состоит из насоса и поворотного клапана. Лопастной насос снабжает рулевой механизм гидравлической энергией (см. диаграмму ниже).

С помощью ремня и шкива двигатель приводит насос в действие. Насос снабжен набором лопаток, вращающихся внутри овальной камеры. Вращаясь, лопатки перемещают гидравлическую жидкость, находящуюся под низким давлением, из возвратной трубки в выпускное отверстие (давление увеличивается). Сила потока зависит от количества оборотов двигателя автомобиля. Насос должен обеспечивать нужный напор и при работе двигателя на режиме холостого хода.

В результате, насос перемещает большее количество жидкости, когда двигатель работает на более высоких скоростях. Насос имеет предохранительный клапан, который помогает регулировать давление, особенно при высоких оборотах двигателя, когда перекачивается большой объем жидкости.

Система управления с гидроуселителем должна функционировать только тогда, когда водитель прилагает усилия при повороте рулевого колеса. Если водитель не прилагает усилий (например, при движении по прямой), система не должна работать. Устройство, которое реагирует на увеличение прилагаемой силы при повороте руля называется поворотным клапаном. Неотъемлимой частью поворотного клапана является торсион.

Торсион представляет собой тонкий металлический стержень, который закручивается под действием крутящего момента. Один конец торсиона соединен с рулевым колесом, а второй с шестерней или червяком (который задействован при повороте колес), при этом число оборотов крутящего момента в торсионе равно числу оборотов крутящего момента, необходимого для поворота колеса. Чем больше крутящий момент, необходимый для поворота колеса, тем больше закручивается торсион.

Входной вал формирует внутреннюю часть золотникового клапана, который также соединяется с верхней частью торсиона. Нижняя часть торсиона подсоединяется к внешней части клапана. Торсион также связан с рулевым механизмом, соединенным либо с шестерней, либо с червяком ( в зависимости от типа руля ). Закручиваясь, торсион вращает внутреннюю часть золотникового клапана, внешняя остается неподвижной. Поскольку внутренняя часть клапана также соединена с рулевым валом (а, следовательно и рулем), количество оборотов внутренней части клапана зависит от количество оборотов рулевого колеса.

Когда руль неподвижен, по обеим гидравлическим трубкам к рулевому механизму поступает одинаковый объем давления. Но если золотниковый клапан повернут — каналы открыты и через них к гидравлическим трубкам под высоким давлением поступает жидкость. Как показывает практика, этот тип системы рулевого управления довольно нерациональный.

📌 Что ждет рулевое управление с гидроусилителем завтра?

Поскольку насос рулевого механизма с гидроусилением на большинстве автомобилей непрерывно перекачивает жидкость, он расходует мощность и переводит топливо. Возможно, в связи с этим, вы ожидаете появления ряда новшеств, которые позволят улучшить экономию топлива. Одной из самых удачных идеи является система с компьютерным управлением. Эта система полностью исключает механическую связь между рулевым колесом и рулевым механизмом, заменив ее электронной системой управления.

Фактически руль работает так же, как тот, что предназначен для компьютерных игр. Руль снабдят датчиками, которые будут подавать сигнал автомобилю о направлении движения колес и моторами, обеспечивающими обратную реакцию на действия автомобиля. Мощность этих датчиков будет использоваться для управления рулевого механизма с электроприводом, в этом случае рулевой вал не нужен и места в моторном отсеке становится больше.

General Motors представил концепт-кар Hy-wire, на котором уже установлена такая система. Самое примечательное в системе с электронным управлением автомобиля от GM то, что вы можете настроить управляемость автомобиля с помощью новго компьютерного программного обеспечения. В автомобилях с электронным управлением будущего вы сможете подстроить систему контроля под себя, достаточно лишь нажать несколько кнопок. Все очень просто! За последние пятьдесят лет система рулевого управления не сильно изменились. Но в следующем десятилетии наступит эпоха более экономичных автомобилей и более комфортной езды.

Рулевая рейка на автомобиле, и как она работает

Что такое реечное рулевое управление – простыми словами

Реечный рулевой механизм , или, как его еще называют, реечная рулевая рейка, на современных легковых автомобилях – невероятно распространенная система управления передними колесами. Даже если вы не являетесь гуру в автомобильных технологиях, вы, скорее всего, слышали о таком механизме. Но как она работает? Объясним принцип действия для новичков, что называется, на пальцах.

Скорее всего, на вашем автомобиле стоит реечное рулевое управление. Обусловлен этот невероятно популярный инженерный выбор прогрессивной работой системы в целом (идеально подходит для современных динамичных, быстрых и мощных автомобилей), хорошей обратной связью с передними колесами (вы точно понимаете, на какой угол повернуты колеса и как быстро происходит их поворот) и возможностью установки управления на автомобили с передней независимой подвеской.

Так как работает рулевая рейка?

К счастью, основы совсем нетрудно понять даже начинающему автомобилисту. Все дело в принципе превращения вращательного движения в линейное. Иными словами, когда вы поворачиваете руль, тем самым вы поворачиваете рулевую колонку, которая в свою очередь проворачивает соединенный с ней рулевой вал и так называемую червячную шестерню, расположенную на конце этого вала:

Эта шестерня установлена на рейке, состоящей из металлической детали с нанесенными на нее зубцами с определенным шагом, за которые и зацепляется шестерня. Поскольку шестерня вращается, рейка перемещается влево или вправо, в зависимости от того, куда вы повернете колеса. Рулевой тягой рейка прикреплена к колесам посредством шкворней.

Упрощенная схема реечного рулевого управления: Руль (1); Рулевой вал (2); Рейка и шестерня рулевого вала (3); Рулевая тяга (4); Ступица или поворотный кулак (5)

Это простая, но эффективная система, которая не имеет недостатков, присущих винтореечному типу привода передних колес. В свою очередь, винтореечный тип обычно добавляет больше веса автомобилю, требует больших усилий при управлении автомобилем и зачастую обладает «мертвой зоной» в центральной части. В наши дни последний тип рулевого управления обычно используется на более громоздких и менее быстрых транспортных средствах – грузовиках и автобусах.

Какие еще элементы неразрывно связаны с рулевой рейкой?

Еще один элемент, всегда устанавливаемый на всех современных автомобилях наравне с механизмом поворота колес, – усилитель, который облегчает вращение рулевого колеса. Система может приводиться в движение как при помощи гидравлики (такую рейку называют гидравлической), так и при помощи электромотора (соответственно, электрическая рулевая рейка).

В первом случае элемент гидроусилителя (всем известного ГУР) – силовой цилиндр – устанавливается на одну из сторон рулевой рейки, вдоль нее. Поршень с гидравлическим приводом и поворотным клапаном, направляющим гидравлическую жидкость к правой или левой стороне поршня, – в зависимости от направления вращения руля – увеличивает давление на поршне и уменьшает усилие, необходимое для того, чтобы «протянуть» рейку из стороны в сторону.

Электроприводы

Электрические системы рулевого управления сейчас активно вытесняют привычные нам гидроусилители. Насос, клапаны и поршни замещаются электрическими моторами: на рулевой рейке, в рулевой колонке или на валу – они могут быть установлены повсюду. Несмотря на то что электрорейка надежнее и легче, пока автовладельцы ее недолюбливают. Почему? Говорят, что в ней нет логичной и понятной отдачи при вращении колес. То есть при вращении руля колеса, как говорят некоторые владельцы, словно живут своей жизнью, непонятно, например, на какой угол они повернуты, руль слишком «легкий» и «пустой».

Скорее всего, автопроизводители решат эту проблему, тем более у них достаточно разнообразный не использованный в этом направлении инструментарий. Например, удобство управления автомобилем зависит от изменения передаточного отношения рулевого механизма и взаимного расположения зубцов на рейке. Хотите замедлить вращение – поменяйте коэффициент. На некоторых рулевых рейках зубцы в середине расположены ближе друг к другу, по краям – дальше друг от друга. Это поддерживает управление в центральном положении руля на удобном уровне точности и скорости, которое становится быстрее с увеличением угла поворота колес.

Существуют и более сложные системы, изменяющие коэффициент. В них добавляются дополнительные элементы управления, зачастую между рулевым валом и шестерней. К примеру, это нередко может быть дополнительный электромотор, который позволяет непрерывно изменять скорость и усилие на руле.

Так что в следующий раз, когда вы повернете колеса своей машины, вы будете знать, что происходит. Возможно, это не самая привлекательная область автомобильной техники, но без нее мы бы не смогли крутить руль «одним пальцем», при этом постоянно контролируя все, что происходит с передними колесами нашего автомобиля.

Устройство автомобиля. Принцип работы рулевого механизма

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

Возможно, Вы удивитесь, узнав, что при повороте колеса на передней оси проходят по различной траектории.

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

Реечный рулевой механизм широко используется в легковых автомобилях, грузовиках малой грузоподъемности и внедорожниках. Фактически, этот механизм довольно прост. Реечные шестерни расположены в металлической трубке, с каждой стороны которой выступает рейка. Рулевой наконечник соединяется с каждой стороной рейки.

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).

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

При наличии реечного рулевого механизма с усилителем, рейка имеет немного другую конструкцию. Часть рейки включает цилиндр с поршнем посередине. Поршень соединен с рейкой. С обеих сторон поршня имеются два отверстия. Подача жидкости под высоким давлением на одну из сторон поршня приводит поршень в движение, он поворачивает рейку, обеспечивая усиление рулевого механизма.

Далее в статье мы рассмотрим компоненты усилителя. Но прежде мы расскажем о другом типе рулевого механизма.

Рулевой механизм с шариковой гайкой

Рулевой механизм с шариковой гайкой можно встретить на многих грузовиках и внедорожниках. Данная система немного отличается от реечного механизма.

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.

Далее мы рассмотрим компоненты гидроусилителя.

Гидроусилитель руля

Насос

Пластинчатый насос снабжает рулевой механизм гидравлической энергией (см. рисунок). Двигатель приводит насос в действие при помощи ремня и шкива. Насос включает утапливаемые лопатки, вращающиеся в камере овальной формы.

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

Гидроусилитель должен помогать водителю только при приложении силы к рулевому колесу (при повороте). При отсутствии усилия (например, при движении по прямой), система не должна обеспечивать помощь. Устройство, определяющее приложение силы к рулевому колесу, называется 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

В связи с тем, что насос рулевого механизма с гидроусилителем на большинстве автомобилей непрерывно перекачивает жидкость, он расходует мощность и топливо. Логично рассчитывать на ряд нововведений, которые позволят повысить экономию топлива. Одной из самых удачных идей является система с компьютерным управлением. Эта система полностью исключает механическую связь между рулевым колесом и рулевым механизмом, заменяя ее электронной системой управления.

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

Каждый узел и механизм автомобиля по-своему важен. Пожалуй, нет такой системы, без которой автомобиль мог бы нормально функционировать. Одна из таких систем – рулевой механизм. Наверное, это одна из самых важных частей машины. Давайте рассмотрим, как устроен этот узел, назначение его, элементы конструкции. А также научимся регулировать и ремонтировать эту систему.

Принцип работы реечной рулевой тяги

Реечный рулевой механизм

Реечный рулевой механизм — является самым распространенным типом механизма, устанавливаемым на легковые автомобили. Основными элементами рулевого механизма являются шестерня и рулевая рейка. Шестерня устанавливается на валу рулевого колеса и находится в постоянном зацеплении с рулевой (зубчатой) рейкой.
Схема реечного рулевого механизма

1 – подшипник скольжения; 2 – манжеты высокого давления; 3 – корпус золотников; 4 – насос; 5 – компенсационный бачок; 6 – рулевая тяга; 7 – рулевой вал; 8 – рейка; 9 – компрессионный уплотнитель; 10 – защитный чехол.
Работа реечного рулевого механизма происходит следующим образом. При вращении рулевого колеса рейка перемещается влево или вправо. Во время движения рейки перемещаются присоединенные к ней тяги рулевого привода и совершают поворот управляемых колес.

Реечный рулевой механизм отличается простотой конструкции и как следствие, высоким КПД, а также имеет высокую жесткость. Но такой тип рулевого механизма чувствителен к ударным нагрузкам от неровностей дороги, склонен к вибрациям. По причине своих конструктивных особенностей реечный рулевой механизм применяется на переднеприводных автомобилях

Червячный рулевой механизм

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.

Конструктивно устройство состоит из следующих элементов:

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:

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.

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.

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.

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.

Рулевое управление автомобиля

Знаете, как называется рулевое колесо у гоночного болида? Штурвал! А в наших автомобилях всего то – руль… Чувствуете разницу? Но оставим Шумахеру шумахерово, и поговорим что же такое рулевое управление, или рулевой механизм.

Система рулевого управления служит для управления автомобилем и обеспечения его движения в заданном направлении по команде водителя. Система включает в себя рулевой механизм и ру­левой привод. Что бы представить себе работу рулевых механизмов разных поколений, я разделю объяснение на три части, именно столько их насчитывается в автомобилестроении.

Червячный рулевой механизм

Свое название получил из-за системы привода рулевой колонки, а именно червячной шестерни. В состав рулевой системы входят:

• Руль (думается объяснять не надо?)

• Рулевой вал с крестовиной, представляет собой металлический стержень, у которого с одной стороны расположены шлицы для фиксации руля, а с другой внутренние шлицы для крепления к рулевой колонке. Полная фиксация производится стяжной муфтой, которая обжимает место стыка вала и «червяка» привода колонки. В месте изгиба вала устанавливается кардан, при помощи которого передается боковое усилие вращения.

• Рулевая колонка, устройство, собранное в одном литом корпусе, в состав которой входят червячная ведущая шестерня и ведомая. Ведомая шестерня соединена жестко с рулевой сошкой.

• Рулевые тяги, наконечники и «маятник», совокупность этих деталей соединённых между собой при помощи шаровых и резьбовых соединений.

Работа рулевого механизма выглядит следующим образом: при вращении рулевого колеса, усилие вращения передается на червячный механизм колонки, «червяк» вращает ведомую шестерню, которая в свою очередь приводит в действие рулевую сошку. Сошка соединена со средней рулевой тягой, второй конец тяги крепится к маятниковому рычагу. Рычаг устанавливается на опоре и жестко крепится к кузову автомобиля. От сошки и «маятника» отходят боковые тяги, которые при помощи обжимных муфт соединены с рулевыми наконечниками. Наконечники соединяются со ступицей. Рулевая сошка, поворачиваясь, передает усилие одновременно на боковую тягу и на средний рычаг. Средний рычаг приводит в действие вторую боковую тягу и ступицы поворачиваются, соответственно колеса тоже.

Такая система была распространена на старых моделях «Жигулей» и «BMW».

Реечный рулевой механизм

Самая распространенная система в настоящее время.
Основные узлы это:

• Рулевое колесо (руль)

• Рулевой вал (то же что и в червячном механизме)

• Рулевая рейка – это узел, состоящий из зубчатой рейки, в движение которую приводит рулевая шестерня. Собранная в одном корпусе, чаще из легкого сплава, крепится непосредственно к кузову авто. На концах зубчатой рейки изготовлены резьбовые отверстия для крепления рулевых тяг.

• Рулевые тяги представляют собой металлический стержень, с одного конца у которого резьба, а со второй, шарнирное шаровое устройство с резьбой.

• Рулевой наконечник, это корпус с шаровым шарниром и внутренней резьбой, для вкручивания рулевой тяги.

При вращении рулевого колеса, усилие передается на шестерню, которая приводит в действие рулевую рейку. Рейка «выезжает» из корпуса влево или вправо. Усилие передается на рулевой рычаг с наконечником. Наконечник вставлен в ступицу, которую и поворачивает в дальнейшем.

Для уменьшения усилия водителя при вращении рулевого колеса, в реечное рулевое устройство были введены усилители руля, на них остановимся более подробно

Усилитель руля является вспомогательным устройством для вращения рулевого колеса. Различают несколько типов усилителей руля. Это гидроусилитель, гидроэлектроусилитель, электроусилитель и пневмоусилитель.

1. Гидроусилитель состоит из гидравлического насоса, в действие который приводит двигатель, системы шлангов высокого давления, и бачка для жидкости. Корпус рейки выполнен герметически, так как в нем находится жидкость гидроусилителя. Принцип действия гидроусилителя следующий: насос нагнетает давление в системе, но если руль стоит на месте, то насос просто создает циркуляцию жидкости. Стоит только водителю начать поворачивать руль, как перекрывается циркуляция, и жидкость начинает давить на рейку, «помогая» водителю. Давление направлено в ту сторону, в которую вращается «баранка».

2. В гидроэлектроусилителе система точно такая же, только насос вращает электромотор.

3. В электроусилителе применяется так же электромотор, но соединяется он непосредственно с рейкой или с рулевым валом. Управляется электронным блоком управления. Электроусилитель еще называют адаптивным усилителем из-за возможности прикладывания разного усилия к вращению рулевого колеса, в зависимости от скорости движения. Известная система Servotronic.

4. Пневмоусилитель это близкая «родня» гидроусилителя, только жидкость заменена на сжатый воздух.

Активная рулевая система

Самая «продвинутая» система управления в настоящее время, в состав входит:

• Рулевая рейка с планетарным механизмом и электродвигателем
• Блок электронного управления
• Рулевые тяги, наконечники
• Рулевое колесо (ну а как же без него?)

Принцип работы рулевой системы чем-то напоминает работу АКПП. При вращении рулевого колеса, вращается планетарный механизм, который и приводит в действие рейку, но вот только передаточное число всегда разное, в зависимости от скорости движения автомобиля. Дело в том, что солнечную шестерню снаружи вращает электродвигатель, поэтому в зависимости от скорости вращения изменяется передаточное число. На небольшой скорости коэффициент передачи составляет единицу. Но при большем разгоне, когда малейшее движение руля может привести к негативным последствиям, включается электромотор, вращает солнечную шестерню, соответственно необходимо руль довернуть больше при повороте. На маленькой скорости автомобиля электродвигатель вращается в обратную сторону, создавая более комфортное управление.

Весь остальной процесс выглядит, как и у простой реечной системы.

Ничего не забыли? Забыли, конечно! Забыли еще одну систему – винтовую. Правда, эта система больше похожа на червячный механизм. Итак – на валу проточена винтовая резьба, по которой «ползает» своеобразная гайка, представляет собой зубчатую рейку с резьбой внутри. Зубья рейки приводят в действие рулевой сектор, в свою очередь он предает движение сошке, ну а дальше как в червячной системе. Для уменьшения трения, внутри «гайки» расположены шарики, которые «циркулируют» во время вращения.

Конструкция рулевого управления (механизма) и виды рулевых реек

Система рулевого управления обеспечивает движение автомобиля в требуемом направлении. Она состоит из:

Рулевой механизм – это, по сути, механический редуктор с винтовой, червячной или реечной передачей. В легковых автомобилях чаще всего устанавливают реечные рулевые механизмы.

Принцип действия реечного рулевого механизма

Принцип работы реечного рулевого механизма предельно прост: при вращении руля приводная шестерня рулевого вала заставляет зубчатую рейку рулевого механизма перемещаться влево или вправо. Прикрепленные к зубчатой рейке рулевые тяги с шаровыми шарнирами передают усилие на поворотные рычаги, которые поворачивают колеса в нужную сторону.

Зубчатая рейка может иметь переменный шаг зубьев: в средней части – меньший, чем по бокам. Это обеспечивает безопасность управления автомобилем при движении на больших скоростях и легкость маневров при парковке или выполнении крутых поворотов.

Виды рулевых реек

Механические рулевые рейки перемещаются исключительно за счет усилия, с которым водитель вращает руль, что существенно ограничивает маневренность автомобиля. Кроме того, во время движения на руль передаются все удары от колес. Это делает управление автомобилем с механической рулевой рейкой некомфортным и утомительным.

Рулевые рейки с гидроусилителем улучшают управляемость автомобиля за счет меньшего передаточного числа, уменьшают физическую нагрузку на водителя при выполнении поворотов и гасят удары от колес, обеспечивают достаточно высокую информативность руля.

Перемещение рулевых реек с электроусилителем осуществляется электродвигателем по команде с электронного блока управления, благодаря чему автомобиль имеет очень высокую маневренность. А чтобы водитель не терял чувство дороги, электроника моделирует реакцию руля на дорожное покрытие с помощью специальных датчиков.

Рулевое управление с использованием гидроусилителя

Гидроусилитель рулевого управления состоит из насоса, распределителя, рабочего (силового) цилиндра, бачка для рабочей жидкости (масла) и соединительных шлангов.

Во время работы двигателя насос всасывает масло из бачка и нагнетает его в золотниковый распределитель – устройство для дозированной подачи масла в рабочий цилиндр слева или справа от поршня, в зависимости от направления вращения руля. Под давлением масла происходит перемещение поршня и связанной с ним рейки, которая поворачивает колеса. При этом водитель прикладывает минимальные усилия к рулю, даже если автомобиль стоит на месте.

Работой распределителя управляет торсион – связанный с золотниковым клапаном пружинистый металлический стержень, который устанавливается в рулевой вал. Когда руль находится в нейтральном положении, золотник распределителя полностью перекрывает подающие каналы, и масло возвращается обратно в бачок. Во время вращения руля торсион скручивается и проворачивает внутреннюю часть золотникового клапана. В результате дозирующие каналы распределителя открываются, и масло поступает в рабочий цилиндр.

Чем больше угол поворота руля, тем сильнее закручивается торсион, что обеспечивает увеличение пропускной способности каналов распределителя и, соответственно, усилия, действующего на рулевую рейку.

При повороте рулевого колеса до упора срабатывают предохранительные клапаны. Они сбрасывают давление масла, что предотвращает повреждение деталей гидроусилителя.

Важные нюансы при эксплуатации автомобиля с гидроусилителем руля – не оставлять вывернутыми колеса, контролировать уровень масла в бачке и своевременно производить его замену.

Рулевое управление с рейкой ЭУР

Рейка ЭУР обеспечивает комфортное управление автомобилем, занимает минимум места под его капотом и существенно уменьшает расход топлива в сравнении с рейкой ГУР (в отличие от насоса, постоянно работающего при включенном двигателе, электропривод срабатывает только при поворотах руля).

Рулевое управление с рейкой ЭУР работает следующим образом: при повороте руля торсион передает приложенное водителем усилие на рулевой механизм. При этом датчик крутящего момента отправляет сигнал о его величине в электронный блок управления (ЭБУ), куда также поступает информация от датчиков коленчатого вала, угла поворота рулевого колеса и скорости (ABS). После обработки полученных данных ЭБУ формирует управляющий сигнал, который включает исполнительное устройство (электродвигатель, установленный на рулевую рейку).

Особенность эксплуатации рулевого управления с рейкой ЭУР заключается в том, что:

Рулевое управление с рейкой ЭУР становится все более совершенным и постепенно вытесняет гидроусилители руля.

5 причин приехать к нам!

Мы даем всем клиентам гарантию полгода без ограничения пробега

Мы ничего не скрываем, клиент может присутствовать во время ремонта

При ремонте используются только новые технологии и специализированное оборудование!

Цены на сайте соответствует действительности

Квалифицированный персонал с опытом работы более 8 лет!

Всем нашим посетителям предлагаем провести бесплатную диагностику рулевой

Реечные механизмы рулевого управления

В последнее время широкое распространение на легковых автомобилях получил реечный механизм рулевого управления. Основным преимуществом реечных механизмов является высокий КПД и возможность иметь в рулевом приводе меньшее число шарниров. Передаточные отношения механизма определяются отношением числа оборотов зубчатого колеса, равное числу оборотов рулевого колеса, к расстоянию перемещения рейки. За счет соответствующей нарезки зубьев на рейке имеется возможность получения переменного передаточного числа при перемещении этой рейки. Это дает возможность уменьшить действующие в приводе силы или перемещение рейки для коррекции в работе рулевого привода.

Реечный механизм рулевого управления (см. рис. 138) 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 резинометаллического 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 привод

Рулевой привод включает в себя систему тяг, шарниров и рычагов, осуществляющих с механизмом рулевого управления поворот управляемых колес. Рулевой привод имеет рулевую трапецию, которая позволяет поворачивать управляемые колеса на разные углы, чем достигается их качение без бокового проскальзывания. Рулевая трапеция может быть задней или передней, т. е. с поперечной рулевой тягой, расположенной сзади переднего моста или перед ним. Различают цельную (единую) трапецию, применяемую при зависимой подвеске колес и расчлененную, используемую при независимой подвеске.

Рулевой привод грузовых автомобилей с зависимой подвеской включает в себя: сошку, продольную тягу, два левых поворотных рычага, поперечную тягу, правый поворотный рычаг, рулевую трапецию (шарнирный четырехугольник, образованный средней частью балки передней оси, поперечной тягой и левым и правым поворотными рычагами).

При движении автомобиля по неровной дороге на детали рулевого привода (сошку, продольную и поперечную рулевые тяги, рулевые рычаги) действуют большие нагрузки. Поэтому в рулевой привод вводят пружины для смягчения толчков и для автоматического устранения зазоров, возникающих при изнашивании деталей. Поперечная рулевая тяга на одном конце имеет левую резьбу и правую на другом для навинчивания наконечников крепления шаровых шарниров. Вследствие этого можно изменять расстояние между шарнирами при регулировании схождения управляемых колес.

При независимой подвеске управляемых колес легковых автомобилей рулевой привод (рис. 142) включает в себя (с червячным механизмом рулевого управления): сошку; маятниковый рычаг; составную поперечную тягу, состоящую из средней тяги, шарнирно соединенной по концам с сошкой и маятниковым рычагом и две боковые тяги; левый и правый поворотные рычаги.

Рис. 142. Рулевые тяги автомобиля ГАЗ-24 «Волга»: 1 — шплинт; 2 — резьбовая пробка; 3 — пружина; 4 — опорная пята; 5 — корпус шарнира; 6 и 10 — резиновые уплотнители; 7 — распорная втулка наконечника; 8 — гайка; 9 — распорная втулка тяги; 11 — шаровой палец; 12 — корпус шарнира; 13 — полиэтиленовый сухарь; 14 — маятниковый рычаг; 15 — втулка из порошкового материала; 16 — резиновая втулка рычага; 17 — поперечная тяга; 18 — боковая тяга; 19 — сошка; 20 — болт; 21 — стяжной хомут; 22 — регулировочная трубка; 23 — наконечник тяги; 24 — рычаг поворотного кулака

Независимая подвеска легковых автомобилей с реечным механизмом рулевого управления состоит из составной поперечной тяги, средней частью которой является зубчатая рейка механизма рулевого управления, к ней шарнирно крепятся (по концам или в одном месте) боковые тяги. Боковые тяги, в свою очередь, крепятся шарнирно к поворотным рычагам (левому и правому). Трапеция состоит из средней части передней оси, составной поперечной тяги и поворотных (левого и правого) рычагов.

Основные требования, предъявляемые к шарнирам рулевого привода (рис. 143), заключаются в беззазорности и износостойкости. Поэтому все шарниры поджаты скользящей поверхностью путем деформации упругого элемента. В шарнирном соединении шарового пальца с продольной рулевой тягой один из сухарей (вкладыш) представляет собой жесткую опору, а другой опирается на пружину. Внешний сухарь

Рис. 143. Шарнирное соединение деталей рулевого привода автомобилей: а — ГАЗ-53А; б — ЗИЛ-130; в — MA3-5335; 1 — масленка; 2 — пята; 3 — коническая пружина; 4 — крышка; 5 — стопорное кольцо; 6 и 15 — наконечники; 7 и 17— трубы; 8— резиновое кольцо; 9 — обойма; 10 — резиновый колпак; 11 — кольцо; 12 — полусферический палец; 13 и 19 — сухари; 14 — сменный вкладыш; 16 — хомут; 18 — пробка; 20 — пружина; 21 — ограничитель

прижат к шаровому шарниру резьбовой пробкой. Во всех соединениях сухари постоянно прижимаются к головке шарового пальца под действием пружин. Шарниры тяг с полусферическими пальцами саморегулирующиеся разборные. Использование высококачественных конструкционных материалов для сухарей, современных смазочных материалов и надежных уплотнений позволяет в настоящее время применять шарниры, не требующие замены смазочного материала в течение всего их срока службы.

Механизм рулевого управления автомобиля: типы и устройство

Рассмотрим устройство рулевого управления, принцип работы, разновидность элементов. Наведены цены ремонта и деталей, а так же основные поломки деталей. В конце статьи видео-обзор механизма рулевого управления. Рассмотрим устройство рулевого управления, принцип работы, разновидность элементов. Наведены цены ремонта и деталей, а так же основные поломки деталей. В конце статьи видео-обзор механизма рулевого управления.

Рулевое управление автомобиля можно считать основным механизмов всей конструкции, по сути, без него нельзя управлять машиной. Учитывая прогресс технологий и автомобильной промышленности, на сегодня выделяют несколько вариантов устройства, а так же разное расположение в салоне автомобиля (слева или справа).

Если объяснить в нескольких словах, то это передаточных механизм, от рулевого колеса и на колеса автомобиля. Чтоб понять, как устроено управление автомобиля, рассмотрим принцип работы, устройство и основные нюансы, которые чаще всего встречаются.

Что такое механизм рулевого управления авто

Сам рулевой механизм считается основой для управления автомобилем. Это не отдельный элемент, а совокупность деталей, механизмов и узлов, которые передают положение руля на угол поворота передних колес автомобиля. Независимо от транспортного средства, основной задачей такого набора считается обеспечение поворота, а так же поддержание заданного водителем направления движения транспорта.

В момент поворота руля, угол наклона передается с помощью механизмов на рейку, после чего колеса меняют положение, соответственно и направление движения автомобиля меняется. По строению специалисты выделяют несколько видов поворотного механизма колес автомобиля, при этом результат работы будет одинаковым.

Устройство механизма рулевого управления авто

В зависимости от способа преобразования крутящего момента и поворота руля, различают несколько вариантов механизма. Соответственно и строения будет отличаться. Среди основных видов выделяют реечный и червячный механизм, так же есть еще винтовой механизм, но по строению он многих напоминает червячную передачу. С другой же стороны винтовой тип рулевого управления показывает больший КПД, а значит и усилие больше.

Независимо от механизма управления автомобиля, большая часть деталей одинаковая. В перечне числится:

Чтоб понять, за что отвечает каждая из наведенных деталей, рассмотрим их более подробно. Руль неизменная деталь, без которой не может обойтись любое транспортное средство, в автомобилях оно чаще всего круглой формы. В зависимости от страны, где в дальнейшем будет эксплуатироваться автомобиль, руль могут расположить слева или справа. Основное назначение руля – указание направления автомобиля, за счет поворота в одну или другую сторону. Для комфорта и безопасности руль может быть с подогревом, возможностью регулировки по вертикали и глубине и с функциональными кнопками. Как дополнение за рулем могут добавить подруливые лепестки для переключения передач (только автоматические трансмиссии).

Рулевая колонка играет не менее важную роль, основная задача – передать угол наклона руля на механизм поворота колес. Как правило, это вал с шарнирными соединениями, но учитывая прогресс, передачу управления может производить электродвигатель, за счет электроники. Для обеспечения дополнительной защиты автомобиля от угона и дополнительной безопасности, в состав рулевой колонки может входить механическая или электронная система блокировки. Так же на колонку многие производители устанавливают замок зажигания, рычаги управления поворотами, стеклоочистителями и другими необходимыми функциями.

За поворот колес и дальнейшую обработку крутящего момента от колонки отвечает рулевой механизм. Именно эта часть в зависимости от производителя может иметь разную внутреннюю конструкцию. Если брать поверхностный осмотр, то конструкция состоит из редуктора и передаточного механизма, который соединяет рулевую рейку и колонку.

Для комфорта водителя и сохранения рулевого механизма, инженеры добавили усилитель руля. Именно он позволяет не только повысить КПД передачи усилия поворота от руля к приводу, но и смягчить этот процесс, убирая рывки и нагрузку на детали всего механизма поворота колес. Еще одним важным элементом всего механизма можно считать рулевой привод. По устройству это не одна деталь, а совокупность нескольких элементов, как правило, в него входят рулевые тяги, наконечники и рычаги. Что касается дополнительных элементов, то здесь все зависит от самого производителя и устройства подвески.

Схема механизма рулевого управления авто

Принцип работы и виды механизмов рулевого управления

Как уже говорили, выделяют три основные виды механизма рулевого управления: реечный, червячный и винтовой. Самым распространенным видом на легковых автомобилях считается реечный. Конструкция достаточно простая и отличается неплохим КПД передачи крутящего момента руля (устанавливают на авто с независимой подвеской). Основой служит рулевая рейки с шестерней, сама же шестерня устанавливается на вал и постоянно находится в сцеплении с рейкой.

Второй вид механизма – червячный. Считается самым старым видом среди существующих вариантов. Чаще всего встречается на классических, отечественных автомобилях, а так же на машинах с повышенной проходимостью. Как правило, подвеска таких автомобилей зависимая. От предыдущего вида червячный механизм отличается наличием червячного ролика, вместо шестерни, картера, а так же рулевой сошки.В таком механизме управления «червяк» располагается на нижней части рулевого вала и находится в постоянном сцеплении с роликом. За счет такой конструкции вал проворачивается, передавая усилие на колеса автомобиля. С основным преимуществ можно отметить передачу большого усилия, лучшая маневренность машины, минимальная передача удара колес на руль, а так же поворот колес на большой угол, чего не могут другие механизмы. Все же есть и минусы, конструкция весьма сложная, а обслуживание стоит денег. К тому же в состав входить множество соединений, которые со временем приходят в негодность и требуют периодической регулировки.

Последний из видов рулевого управления – винтовой. В отличие от двух предыдущих видов, механизм соединяется с помощью гайки и шариков специального винта. Как показывает практика, износ такого механизма минимальный, а детали ломаются очень редко.

Чаще всего винтовой механизм применяют на грузовых автомобилях, автобусах и легковых автомобилях представительского класса с повышенным комфортом и безопасностью. По принципу работы винтовой подвид работает так же, как и червячный, передавая момент прокручивания руля через червячную передачу.

Виды усилителей механизма рулевого управления

Чтоб облегчить управление автомобилем и улучшить комфорт, в пару к механизму рулевого управления машиной инженеры добавили усилитель руля. Выделяют три основных вида усилителей руля: гидравлический усилитель, с электрическим усилителем и с электрогидравлическим.

Гидравлический усилитель руля (так же известен как ГУР) считается самым распространенным, среди всех существующих. Главным преимуществом считается компактность, ремонтопригодность и простота конструкции. Есть и минус, постоянно необходимо контролировать уровень рабочей жидкости.

Второй вариант усилителя руля – электрический (ЭУР). На сегодня это самый прогрессивный механизм, за счет своего устройства обеспечивает простую настройку, надежность в работе и экономный по расходу топлива (нагрузки на двигатель). Основной и огромный плюс – возможность управления автомобилем без участия водителя.

Последний, третий вариант усилителя руля – электрогидравлический (ЭГУР). В основе лежит принцип работы обычного гидравлического усилителя, но в данном варианте насос в действие привод электродвигатель, а не двигатель внутреннего сгорания, как в первом варианте усилителя.

За счет строения и разнообразных возможностей, механизм управления производитель может доукомплектовать системой активного рулевого управления (AFS), динамического или же адаптивного управления.

Особенности левого и правого руля

Ни для кого не будет удивлением, что руль в автомобиле может находиться справа или слева. На данный фактор влияет страна производства автомобилей и место его эксплуатации. Как показывает статистика, в большей части стран мира движение правостороннее, соответственно руль располагается в автомобиле слева.

Помимо внешнего расположения руля, под него адаптируют редуктор руля. С другой же стороны, практика показывает, что переоборудовать руль с одной стороны на другую абсолютно можно. Особенно это удобно на транспортных средствах, где есть так званая система гидрообъемного механизма управления. Тогда попросту необходимо переставить сам руль, рулевой кардан и заменить переднюю панель, поворотный набор под капотом не требует доработок или изменений.

Нужно ли регулировать механизм рулевого управления

Начинающий автолюбитель может спросить, нужно ли регулировать элементы рулевого управления, ответ однозначный – да. Зачастую в регулировке нуждается шестерня-рейка и червячный элемент. Именно в этих деталях в момент эксплуатации может появиться люфт, что повлечет за собой быстрый износ других элементов, чаще всего поломку рейки или ближайших механизмов.

Как правило, регулировку рулевого механизма необходимо проводить только на специализированных СТО и точно по регламенту производителя. Если больше чем нужно поджать детали механизма, это может привести к частичному или полному заклиниванию, в момент поворота руля, в одно из крайних положений. Такой «ремонт» может привести к потере управляемости и непредсказуемым последствиям.

Стоимость ремонта и деталей механизма

Так как основа рулевого управления автомобиля имеет подвижные элементы, соответственно со временем они выходят из строя, несмотря на качество и изначальную стоимость элементов. Прежде чем приступить к ремонту, необходимо пройти диагностику и чем сложней конструкция автомобиля, тем дороже обойдутся необходимые процедуры. В среднем диагностика элементов механизма обойдется от 400-700 рублей.

Что касается стоимости деталей механизма, то многое зависит от марки, модели автомобиля, устройства элементов и других факторов.

Основные неисправности и причины

Вариантов поломки рулевого управления может быть много, и предсказать каждый практически невозможно. Все же специалисты выделяют основные детали, которые чаще всего выходят из строя:

Причиной поломки или быстрого износа данных деталей чаще всего бывают плохие дороги, несвоевременное обслуживание и ремонт механизма. Намного реже приходит предельный срок эксплуатации деталей. Основными признаками таких неисправностей считают стук в рулевом управлении, биение по рулю, люфт руля, шум в гидроусилителе и подтекание жидкости гидроусилителя. В зависимости от поломки, нужно искать не только неисправную деталь, но и очаг причины поломки. Обычно это одна или серия деталей, которые тянут за собой последующее повреждение новых и замененных деталей.

Как видим, существует множество видов и разное устройство рулевого управления. Но, несмотря на это, оно выполняет одинаковую задачу – выбор направления передвижения транспортного средства. С прогрессом автомобилей, основа управления только усовершенствуется, пример тому электромобили, где все чаще начинают использовать механизм на основе электроники. Это значит перспектива развития за тем видом, где отсутствует или минимизирован набор механических связей и деталей.

Видео-обзор принципа работы рулевого управления:

Рулевое управление автомобиля

Р улевое управление автомобиля — это совокупность механизмов, служащих, для поворота управляемых колес, обеспечивает движение автомобиля в заданном направлении. Передачу усилия поворота рулевого колеса к управляемым колесам обеспечивает рулевой привод. Для облегчения управления автомобилем применяют усилители руля, которые делают поворот руля легким и комфортным.

Устройство рулевого управления:

Принцип работы рулевого управления

Каждое управляемое колесо установлено на поворотном кулаке, соединенном с передней осью посредством шкворня, который неподвижно крепится в передней оси. При вращении водителем рулевого колеса усилие передается посредством тяг и рычагов на поворотные кулаки, которые поворачиваются на определенный угол (задает водитель), изменяя направление движения автомобиля.

Механизмы управления, устройство

Рулевое управление состоит из следующих механизмов :

Устройство рулевого управления

Устройство рулевого привода:

Принципиальная схема. 1 – трубопроводы високого давления; 2 – механизм рулевой; 3 – насос усилительного механизма; 4 – шланг сливной; 5 – бак масляный; 6 – шланг всасывающий; 7 – шланг нагнетательный; 8 – механизм усилительный; 9 – шланги.

Рулевое управление автомобиля КамАЗ

Механизм рулевого управления автомобиля КамАЗ :

1 — реактивный плунжер; 2— корпус клапана управления; 3 — ведущее зубчатое колесо; 4 — ведомое зубчатое колесо; 5, 22 и 29— стопорные кольца; 6 — втулка; 7 и 31 — упорные колы к», 8 — уплотнительное кольцо; 9 и 15 — бинты; 10 — перепускной клапан; 11 и 28 — крышки; 12 — картер; 13 — поршень-рейка; 14 — пробка; 16 и 20— гайки; 17 — желоб; 18 — шарик; 19 — сектор; 21 — стопорная шайба; 23 — корпус; 24 — упорный подшипник; 25 — плунжер; 26 — золотник; 27— регулировочный винт; 30— регулировочная шайба; 32— зубчатый сектор вала сошки.

Рулевое управление автомобиля ЗИЛ;

1 — насос гидроусилителя; 2 — бачок насоса; 3 — шланг низкого давления; 4 — шланг высокого давления; 5 колонка; 6 — контактное устройство сигнала; 7 — переключатель указателей поворота; 8 карданный шарнир; 9 — карданный вал; 10 — рулевой механизм; 11 — сошка.

Рулевое управление автомобиля МАЗ-5335:

1 — продольная рулевая тяга; 2— гидроусилитель рулевого привода; 3 — сошка; 4 — рулевой механизм; 5— карданный шарнир привода рулевого управления; 6 — рулевой вал; 7— рулевое колесо; 8 — поперечная рулевая тяга; 9— левый рычаг поперечной рулевой тяги; 10 — поворотный рычаг.

Реечные механизмы рулевого управления

Реечные механизмы

В последнее время широкое распространение на легковых автомобилях получил реечный механизм рулевого управления. Основным преимуществом реечных механизмов является высокий КПД и возможность иметь в рулевом приводе меньшее число шарниров. Передаточные отношения механизма определяются отношением числа оборотов зубчатого колеса, равное числу оборотов рулевого колеса, к расстоянию перемещения рейки. За счет соответствующей нарезки зубьев на рейке имеется возможность получения переменного передаточного числа при перемещении этой рейки. Это дает возможность уменьшить действующие в приводе силы или перемещение рейки для коррекции в работе рулевого привода.
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 металло-керамический упор. Пружина поджимается гайкой со стопорным кольцом, создавая сопротивление отворачиванию гайки. Под пружиненным упором облегчается без зазорное 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.

Винтовые механизмы рулевого управления

Винтовые механизмы рулевого управления Харьков

В настоящее время на грузовых автомобилях распространенным является механизм рулевого управления с винтовой передачей с циркулирующими шариками и зубчатым зацеплением.
Механизм рулевого управления автомобиля МАЗ представляет собой винт вала рулевого колеса, который проходит внутри гайки-рейки, находящейся в зацеплении с зубчатым сектором вала сошки. В винтовые канавки между гайкой-рейкой и винтом при сборке заложено два ряда шариков. Движение шариков в винтовых канавках ограничено направляющими. Высокая точность деталей механизма обеспечивает лег-кое и плавное вращение винта в гайке-рейке. Вал сошки, изготовленный как одно целое с зубчатым сектором, установлен на игольчатых подшипниках в картере механизма. Зубья сектора выполнены с переменной по длине толщиной, что позволяет регулировать зазор в зацеплении с рейкой, перемещая в осевом направлении сектор регулировочным винтом. Винт в сборе с валом сектора вворачивают в боковую крышку картера и крепят контргайкой. Регулировочный винт упирается в опорную пластину и удерживается гайкой. Контргайка фиксирует положение винта после регулировки. Винт вращается в двух роликовых подшипниках и соединяется с валом рулевого колеса карданным шарниром. Для правильной установки сошки на торие вала сектора нанесена метка, которую при сборке совмещают с меткой на сошке.
У механизма рулевого управления автомобиля ЗИЛ поршень-рейка одновременно является поршнем гидроусилителя (гидроусилитель встроен конструктивно в механизм рулевого управления) и рейкой, которая находится в зацеплении с зубчатым сектором вала рулевой сошки. При воздействии водителя на рулевое колесо через вал и карданную передачу вращение передается винту, по которому на циркулирующих шариках перемещается шариковая гайка. Вместе с гайкой вдоль винта перемещается поршень-рейка, поворачивая зубчатый сектор вала сошки. Зазор в зацеплении зубьев рейки и сектора можно регулировать, смещая в осевом направлении вал сошки, так как зубья имеют переменную по длине толщину. В картер механизма рулевого управления и в отверстие его боковой крышки запрессованы бронзовые втулки, в которых вращается вал сошки.
Механизм рулевого управления автомобилей марки «КамАЗ» включает в себя угловой редуктор, ведущее и ведомое конические зубчатые колеса которого передают вращение на винт, перемещающий гайку и скрепленную с ней поршень-рейку, зубья которой входят в зацепление с зубчатым сектором вала сошки. К корпусу углового редуктора прикреплен корпус клапана управления гидроусилителя.

Механизм рулевого управлении автомобиля МАЗ:

1 — сошка; 2 и 17— уплотнительные манжеты; 3 — упорное кольцо; 4 — подшипник вала сектора; 5 — картер; 6 — гайка-рейка; 7 — зубчатый сектор; 8 — регулировочные прокладки; 9 — болт крепления крышки; 10 — нижняя крышка; 11 — подшипник винта; 12 — винт; 13 и 15— направляющие шариков; 14 — шарики; 16 — пробка отверстия для заливки масла; 18 — опорная пластина: 19 — гайка регулировочного винта; 20 — боковая крышка картера: 21 — контргайка; 22 — регулировочный винт.

Червячные механизмы рулевого управления

Червячные механизмы рулевого управления

До недавнего времени в грузовых автомобилях марки «ГАЗ» применялся червячный рулевой механизм. Он собран в картере, который крепится к левому лонжерону рамы. Рулевое колесо закреплено на верхнем конце вала. На противоположном конце вала на шлицы запрессован глобоидальный червяк, опирающийся на конические роликовые подшипники.

Механизм рулевого управления автомобиля ГАЗ-53А:

1 — стопорная шайба; 2 — хвостовик вала сошки; 3 — винт; 4 и 9 — гайки; 5 — штифт; 6 и 22 — уплотнительные муфты; 7— вал сошки; 8 — сошка; 10 — вал; 11 — трубка; 12, 15, 20 и 21 — подшипники; 13 — глобоидальный червяк; 14 — ось ролика;1б—ролик; 17—распорная втулка; 18 — кривошип; 19 — картер; 23 — пружина; 24 — прокладка

В зацеплении с червяком находится трехгребневый ролик, посаженный на двух шарикоподшипниках, между которыми помещена распорная втулка. Ось ролика закреплена в вильчатом кривошипе вала сошки. Вал сошки имеет сдвоенные шлицы, обеспечивающие правильность установки сошки под необходимым углом.

Рулевые механизмы

Рулевые механизмы

Механизм рулевого управления — понижающая передача, преобразующая вращение вала рулевого колеса в качание вала сошки. Механизм рулевого управления представляет собой редуктор.

Особенность работы механизма рулевого управления заключается в следующем:

• выходное звено механизма рулевого управления — сошка не вращается, а совершает качание в пределах угла 90—100°;

• основной режим работы соответствует прямолинейному движению автомобиля;

• зазор, определяющий свободное вращение рулевого колеса, должен иметь небольшую величину.

Требования, предъявляемые к рулевым механизмам управления:

• высокий КПД в прямом направлении движения автомобиля и несколько меньше в обратном;
• нулевой зазор в среднем положении, т. е. механизм с без зазорным зацеплением.

По конструкции рулевые механизмы рулевого управления делятся на червячные, винтовые и реечные.

• основной режим работы соответствует прямолинейному движению автомобиля;
• зазор, определяющий свободное вращение рулевого колеса, должен иметь небольшую величину.
Требования, предъявляемые к механизмам рулевого управления;
• высокий КПД в прямом направлении движения автомобиля и несколько меньше в обратном;
• нулевой зазор в среднем положении, т. е. механизм с без зазорным зацеплением.

Механизм рулевого управления автомобиля ЗИЛ:

Механизм рулевого управления: 1 — защитный колпачок; 2

Стабилизация управляемых колес

Стабилизация управляемых колес

Стабилизация управляемых колес. Силы, действующие на автомобиль, стремятся отклонить управляемые колеса от положения, соответствующего прямолинейному движению. Чтобы не допустить поворота колес под действием случайных сил (толчков от наезда на неровности дороги и т. п.), управляемые колеса должны обладать способностью, сохранять положение, соответствующее прямолинейному движению, и возвращаться в него из любого другого положения. Эта способность называется стабилизацией управляемых колес.
Стабилизация обеспечивается наклонами шкворней в поперечной и продольной плоскостях и упругими свойствами пневматической шины.
Поперечный наклон шкворня вызывает подъем центра тяжести автомобиля при повороте управляемых колес. Поворачиваемое колесо, опираясь на дорогу, вызывает соответствующий подъем передней оси и центра тяжести автомобиля. Если отпустить рулевое колесо, то передняя часть автомобиля опустится вниз, и передние колеса возвращаются в положение, соответствующее прямолинейному движению. Стабилизирующий момент, действующий на управляемые колеса, с увеличением угла наклона шкворня и веса, приходящего на переднюю ось, возрастает. На стабилизирующий момент, возникающий вследствие поперечного наклона шкворня, не влияют скорость движения и качество дороги. Поперечный наклон шкворня (6—10°) уменьшает плечо поворота колеса, снижая передачу ударных нагрузок, действующих на рулевое управление от дороги. Часто стабилизирующий момент от наклона шкворня вбок называют весовым стабилизирующим моментом.
Продольный наклон шкворня обычно выбирают таким, при котором нижний конец шкворня смещен вперед относительно вертикали, проходящей через его середину. Вследствие этого точка пересечения оси с дорогой расположена впереди центра контактной площадки колеса и дороги. При движении автомобиля его траектория движения часто имеет криволинейный характер, предопределяющий возникновение центробежной силы. Эта сила стремится сдвинуть автомобиль от центра поворота, чему препятствуют реакции дороги, приложенные в центре контактных площадок и направленные к центру поворота. Реакции управляемых колес, действуя на плече, созданном в результате наклона шкворня назад, стремятся возвратить управляемые колеса в положение, соответствующее прямолинейному движению. Стабилизирующий момент, действующий на управляемые колеса, в результате наклона шкворней в продольной плоскости пропорционален квадрату скорости и называется скоростным стабилизирующим моментом. Угол наклона шкворня в продольной плоскости равен 1—3,5° и в значительной степени связан с упругим стабилизирующим моментом пневматической шины.
Эластичная шина соприкасается с дорогой на определенной площади, называемой контактной площадкой. Силы, действующие в контактной площадке, противодействуют повороту колеса. Создаваемый стабилизирующий момент зависит от эластичности шин. У грузовых автомобилей, снабженных сравнительно жесткими шинами, упругий стабилизирующий момент небольшой, у легковых автомобилей он больше и приводит иногда к чрезмерной стабилизации управляемых колес, затрудняя упраа1ение. Для уменьшения влияния упругого стабилизирующего момента у большинства легковых автомобилей угол наклона шкворня в продольной плоскости делают равным нулю.