Как устроены травмобезопасные рулевые управления

4.2 Обзор конструкций травмобезопасных рулевых колонок

Рулевым управлением называется совокупность устройств, осуществляющих поворот управляемых колес автомобиля [13].

Рулевое управление служит для изменения и поддержания направления движения автомобиля. Оно в значительной степени обеспечивает безопасность движения автомобиля.

Рулевое управление автомобиля состоит из двух частей — рулевого механизма и рулевого привода.

В рулевой механизм входят рулевое колесо, рулевой вал и рулевая передача, которая определяет тип рулевого механизма.

В рулевой привод входят рулевая сошка, рулевые тяги, рычаги маятниковый и поворотных цапф, а также рулевой усилитель, устанавливаемый на ряде автомобилей. При этом рулевые тяги и рычаги поворотных цапф образуют рулевую трапецию, которая определяет тип рулевого привода.

На автомобилях изменение направления движения осуществляется поворотом передних колес различными типами рулевых управлений (рисунок 4.3).

Применение левого или правого рулевого управления зависит от принятого в той или иной стране направления движения транспорта.

Левое рулевое управление применяется в автомобилях большинства стран, где принято правостороннее движение транспорта (Россия, США и др.), а правое рулевое управление – в странах с левосторонним движением транспорта (Япония, Великобритания). При этом рулевое колесо, установленное с левой или правой стороны автомобиля, обеспечивает лучшую видимость при разъезде с транспортом, движущимся навстречу.

Рисунок 4.3 – Типы рулевых управлений, классифицированных по различным признакам

Применение рулевого управления различной конструкции (без усилителя или с усилителем) зависит от типа и назначения автомобиля. Рулевые управления без усилителя обычно устанавливаются на легковых автомобилях особо малого и малого классов и грузовых малой грузоподъемности.

Травмобезопасное рулевое управление является одним из конструктивных мероприятий, обеспечивающих пассивную безопасность автомобиля – свойство уменьшать тяжесть последствий дорожно-транспортных происшествий. Рулевой механизм рулевого управления может нанести серьезную травму водителю при лобовом столкновении с препятствием при смятии передней части автомобиля, когда рулевой механизм перемещается в сторону водителя.

Элемент пассивной безопасности автомобиля – рулевая колонка, имеющая возможность деформироваться таким образом, чтобы исключить получение водителем травм при аварийном наезде автомобиля на препятствие. Изобретена Белой Барени в 1967 г. (фирма Мерседес).

Водитель также может получить травму от рулевого колеса или рулевого вала при резком перемещении вперед вследствие лобового столкновения, когда при слабом натяжении ремней безопасности перемещение составляет 300. 400 мм. Для уменьшения тяжести травм, получаемых водителем при лобовых столкновениях, которые составляют более 50% всех дорожно-транспортных происшествий, применяют различные конструкции травмобезопасных рулевых механизмов. С этой целью кроме рулевого колеса с утопленной ступицей и двумя спицами, позволяющими значительно снизить тяжесть наносимых травм при ударе, в рулевом механизме устанавливают специальное энергопоглощающее уст­ройство, а рулевой вал часто выполняют составным. Все это обеспечивает незначительное перемещение рулевого вала внутрь кузова автомобиля при лобовых столкновениях с препятствиями, автомобилями и другими транспортными средствами.

На рисунке 4.4, а представлен рулевой механизм легкового автомобиля, рулевой вал которого состоит из трех частей, соединенных карданными шарнирами 2, а роль энергопоглощающего устройства выполняет специальное крепление рулевого вала к кузову автомобиля. При лобовом столкновении, когда передняя часть автомобиля деформируется, рулевой вал складывается и незначительно перемещается в салон кузова автомобиля. При этом кронштейн 1 крепления рулевого вала деформируется и поглощает часть энергии удара.

Рулевой механизм с энергопоглощающим устройством сильфонного типа показан на рисунке 3.4, б. Рулевое колесо соединено с рулевым валом металлическим гофрированным цилиндром 3, который при столкновении деформируется, частично поглощает энергию удара и обеспечивает небольшое перемещение рулевого вала в сторону водителя.

На рисунке 3.4, в представлен рулевой механизм, у которого верхняя часть рулевого вала выполнена в виде перфорированной трубы 4. Показаны также последовательный процесс и максимальная деформация верхней части рулевого вала, которая весьма значительна.

Рисунок 4.4 – Травмобезопасные рулевые механизмы:

а — рулевой вал, состоящий из трех частей; б — рулевой вал с энергопоглощающим устройством сильфонного типа; в — рулевой вал с перфорированной трубой; 1 — кронштейн; 2 — карданный шарнир; 3 — цилиндр; 4 — труба

В травмобезопасных рулевых управлениях легковых автомобилей применяются и другие энергопоглощающие устройства, которые соединяют составные рулевые валы. К ним относятся резиновые муфты специальной конструкции, а также устройства типа «японский фонарик», которые выполнены в виде нескольких продольных пластин, приваренных к концам соединяемых частей рулевого вала. При столкновениях резиновая муфта разрушается, а соединительные пластины деформируются и уменьшают перемещение рулевого вала внутрь салона кузова [13].

С целью погашения энергии удара смещающегося при лобовом столкновении назад силового агрегата в трубку рулевой колонки установлены кулачковые фиксаторы, разрушающиеся при превышении возникающей перегрузкой некоторого определенного значения. При разрушении фиксаторов они соприкасаются мысками друг с другом, воспринимая на себя изгибающую колонку нагрузку (рисунок 4.5) [14].

Рисунок 4.5 – Принцип действия ударопоглащающей рулевой колонки:

1 – срезная пластина; 2 – кулачковые фиксаторы; 3 – срезная пластина перед ударом; 4 – срезная пластина после удара

Еще одним приспособлением, призванным поглощать энергию продольного удара является срезная пластина, устанавливаемая между рулевой колонкой и закрепленным на несущей балке кронштейном фиксирующего механизма регулировки высоты положения колонки. При превышении возникающей перегрузкой некоторого определенного значения упор пластины срезается, динамически поглощая энергию удара.

Крепление рулевой колонки обеспечивается посредством установленной поперек автомобиля несущей балки. Балка размещается на минимальном возможном удалении от рулевого колеса с целью максимального снижения консольной нагрузки. Верхний подшипник рулевого вала также устанавливается как можно ближе к рулевому колесу, обеспечивая надежную опору, гарантирующую наиболее полное погашение возникающих во время движения вибраций.

Травмобезопасное рулевое управление

Травмобезопасное рулевое управление является одним из конструктивных мероприятий, обеспечивающих пассивную безопасность автомобиля — свойство уменьшать тяжесть последствий дорожно-транспортных происшествий. Рулевой механизм рулевого управления может нанести серьезную травму водителю при лобовом столкновении с препятствием при смятии передней части автомобиля, когда рулевой механизм перемещается в сторону водителя.

Водитель также может получить травму от рулевого колеса или рулевого вала при резком перемещении вперед вследствие лобового столкновения, когда при слабом натяжении ремней безопасности перемещение составляет 300. 400 мм. Для уменьшения тяжести травм, получаемых водителем при лобовых столкновениях, которые составляют более 50 % всех дорожно-транспортных происшествий, применяют различные конструкции травмобезопасных рулевых механизмов. С этой целью кроме рулевого колеса с утопленной ступицей и двумя спицами, позволяющими значительно снизить тяжесть наносимых травм при ударе, в рулевом механизме устанавливают специальное энергопоглощающее устройство, а рулевой вал часто выполняют составным. Все это обеспечивает незначительное перемещение рулевого вала внутрь кузова автомобиля при лобовых столкновениях с препятствиями, автомобилями и другими транспортными средствами.

На рис. 2.6, а представлен рулевой механизм легкового автомобиля, рулевой вал которого состоит из трех частей, соединенных карданными шарнирами 2, а роль энергопоглощаюшего устройства выполняет специальное крепление рулевого вала к кузову автомобиля. При лобовом столкновении, когда передняя часть автомобиля деформируется, рулевой ват складывается и незначительно перемешается в салон кузова автомобиля. При этом кронштейн крепления рулевого вала деформируется и поглощает часть энергии удара.

1. Рулевой механизм с энергопоглошаюшим устройством сильного типа показан на рис. 2.6, б. Рулевое колесо соединено с рулевым валом металлическим гофрированным цилиндром, который при столкновении деформируется, частично поглощает энергию удара и обеспечивает небольшое перемещение рулевого вала в сторону водителя.

На рис. 2.6, в представлен рулевой механизм, у которого верхняя часть рулевого вала выполнена в виде перфорированной трубы 4. Показаны также последовательный процесс и максимальная деформация верхней части рулевого вала, которая весьма значительна.

В травмобезопасных рулевых управлениях легковых автомобилей применяются и другие энергопоглощаюшие устройства, которые соединяют составные рулевые валы. К ним относятся резиновые муфты специальной конструкции, а также устройства типа «японский фонарик», которые выполнены в виде нескольких продольных пластин, приваренных к концам соединяемых частей рулевого вала. При столкновениях резиновая муфта разрушается, а соединительные пластины деформируются и уменьшают перемещение рулевого вала внутрь салона кузова.

Рис. 2.6 — Травмобезопасные рулевые механизмы: a — рулевой вал, состоящий из трех частей; б — рулевой вал с энергопоглощающим устройством сильфонного типа; в — рулевой вал с перфорированной трубой; 1 — кронштейн; 2 — карданный шарнир; 3 — цилиндр; 4 — труба

Травмобезопасное рулевое управление

Для снижения травматизма водителей и снижения тяжести последствий фронтальных столкновениях автомобилей в рулевом управлении предусмотрены различные конструкции. Существуют травмобезопасные рулевые механизмы различных конструкций. Основная задача состоит в том, чтобы снизить силу, наносящего травму водителю, за счет поглощения энергии удара. Прежде всего на автомобиле устаналивается энергопоглощающее рулевое колесо. Представленная на рис. 9.5 конструкция рулевого колеса имеет утопленную ступицу и две спицы, что позволяет значительно снизить тяжесть травм при ударе о них грудью при слабом натяжении ремней безопасности или значительном перемещении в салон рулевого вала.

Рис 9.5. Энергопоглощающее рулевое колесо: а – в обычном состоянии; б – в деформированном состоянии.

В рулевом механизме устанавливаются специальные энергопоглощающие устройства, а рулевой вал в отдельных случаях выполняют составным из нескольких частей (рис. 9.6, 9.7). По способу уменьшения перемещения верхней части рулевой колонки внутрь кузова и поглощения энергии удара водителя о рулевое колесо существующие рулевые управления разделяют на несколько групп.

1. Уменьшающие только перемещение верхней части рулевой колонки внутрь кузова за счет расположения частей рулевого вала под углом одна к другой с установкой в местах пересечения осей шарниров или эластичных муфт.

2. Установкой в верхней части рулевого вала под рулевым колесом сильфона, деформирующегося при ударах.

3. Уменьшение перемещения рулевого вала и поглощение энергии удара за счет деформации элементов вала за счет несоосности и параллельности частей рулевого вала, соединенных разрушающимся элементом.

4. Уменьшение перемещения рулевого и поглощение энергии удара за счет разрушения и деформации сетчатой или сплошной гофрированной рулевой колонки.

5. Уменьшение перемещения рулевого вала и поглощение энергии удара за счет разрушения одной из сопрягаемых частей рулевого вала или рулевой колонки путем вдавливания при телескопированиив стенки наружной и внутренней труб колонки перекатывающихся стальных шариков.

6. Уменьшение перемещения рулевого вала внутрь кузова за счет телескопирования и поглощения энергии удара за счет трения частей рулевого вала, рулевой колонки или обеих частей.

На рис. 9.6 и 9.7 представлены некоторые варианты конструкции травмобезопасного рулевого управления.

Рис. 9.6. Травмобезопасные рулевые механизмы: а – рулевой вал с карданными шарнирами; б – рулевой вал с энергопоглощающим сильфоном; в – рулевой вал с перфорированной трубой; 1 – кронштейн; 2 – карданная передача; 3 –гофрированный цилиндр; 4 — перфорированная труба

В рулевом механизме с карданным рулевым валом (рис. 9.6, а) при лобовом ударе карданные шарниры 2 складываются, что уменьшает перемещение конца вала в салон автомобиля, а кронштейн 1 деформирутся, за счет чего поглощается часть энергии удара.

В рулевом механизме с сильфоном (рис. 9.6, б) рулевое колесо с рулевым валом соединено с помощью гофрированного цилиндра 3, который при лобовых столкновениях деформируется, уменьшая перемещение рулевого вала в салон автомобиля и частично поглощая энергию удара.

Применяются и рулевые механизмы, у которых рулевой вал в верхней части выполняется в перфорированном виде (рис. 9.6, б). При столкновениях 4 перфорация деформируется в той последовательности, которая представлена на рисунке.

На рис. 9.7 представлен вариант травмобезопасного рулевого механизма с резиновой муфтой 3 и предохранительными пластинами 2, которые крепятся к фланцам 1 составного рулевого вала.

Рис. 9.7. Травмобезопасный рулевой механизм с резиновой муфтой и предохранительными пластинами

Согласно действующим нормативам, рулевое управление считается безопасным, если при испытаниях травмобезопасных рулевых механизмов при лобовом ударе о бетонный куб при скорости 48,3км/ч верхний конец рулевого вала не перемещается в горизонтальном направлении более чем на 127мм, а при ударе со скоростью 24,1км/ч усилие на рулевую колонку не превышает 11350н.

Рулевые механизмы

Рулевой механизм служит для увеличения усилия, создаваемого водителем на рулевом колесе, и преобразования вращательного движения в поступательное движение рулевого привода.

Передаточное число рулевого механизма для различного типа автомобилей составляет 15…25, что позволяет за один-два полных оборота рулевого колеса повернуть управляемые е колеса на максимальный угол 35 0 …45 0 .

Кроме общих требований к рулевым механизмам предъявляются и специальные требования, согласно которым рулевой механизм должен обеспечить:

• высокое значение прямого КПД и меньшее значение обратного КПД;

• обратимость рулевого управления, не снижающую способность стабилизации управляемых колес;

• минимальный зазор в механизме при нейтральном положении управляемых колес и возможность его регулировки;

• заданную характеристику передаточного отношения механизма.

На автомобилях применяются рулевые механизмы различного типа (рис. 9.8).

Рис. 9.8. Типы рулевых механизмов

Наибольшее распространение на легковых и грузовых автомобилях получили червячно-роликовые рулевые механизмы (рис. 9.9) за счет высокого прямого КПД и малого обратного КПД. Высокое значение КПД обусловлено тем, что контактирующие поверхности обкеатываются друг по другу, а не скользят. По сравнению с другими червячными механизмами эта конструкция более компактна.

При нейтральном положении рулевого колеса передаточное отношение рулевого механизма червячно-роликового типа определяется по формуле:

где r₀ – начальный радиус глобоиды в наименьшем сечении;

t_ч – шаг винтовой линии червяка;

z_ч – число заходов червяка.

При повороте рулевого колеса от нейтрального положения передаточное отношение рулевого механизма червячно-роликового типа возрастает на 5%…7%.

Рис. 9.9. Рулевой механизм типа глобоидный червяк-двухгребневый ролик

На рис. 9.9 представлена конструкция рулевого механизма типа глобоидный червяк-двухгребневый ролик автомобилей ВАЗ. В нем глобоидный червяк 5 напрессован на вал, установленный на двух шариковых радиально-упорных подшипниках, регулируемых прокладками 6. Червяк находится в зацеплении с двухгребневым роликом 7, установленным на оси 8на иглльчатом подшипнике. Для обеспечения регулировки зацепления ось 8 ролика 7 смещена по отношению к оси червяка на 5…7мм. Регулировка осуществляется винтом 4, ввернутым снаружи в рулевого механизма в верхнюю крышку картера 3. Головка винта с регулировочной шайбой 2 входит в паз головки вала сошки 1. Осевой зазор между головкой винта и пазом вала должен быть не более 0,05мм. Прямой и обратный КПД такого рулевого механизма составляют следующие значения: η_рм = 0,85 и η_мр =0,70.

Рулевые механизмы червячно-секторного типа (рис.9.10 и 9.11) получили распространение на грузовых автомобилях.

Рис.9.10. Рулевой механизм типа цилиндрический червяк-центральный сектор

В рулевом механизме типа цилиндрический червяк-центральный сектор цилиндрический червяк 2, установленный на подшипниках 1 в корпусе 4 находится в зацеплении с центральным червячным сектором 3. Такой рулевой механизм имеет сравнительно большие габариты и массу. В нем затруднено обеспечение необходимой регулировки зацепления. За счет того, что контактирующие поверхности скользят друг по другу, прямой КПД не превышает η_рм = 0,7, а обратный КПД – η_мр = 0,55.

Передаточное число такого рулевого механизма определяется по формуле:

где z₁ – число заходов червяка;

z₂ – число зубьев всего червячного колеса, частью которого является данный центральный сектор.

Рис. 9.11. Рулевой механизм типа цилиндрический червяк-боковой сектор

В рулевом механизме типа цилиндрический червяк-боковой сектор цилиндрический червяк 2, установленный на подшипниках 1 в корпусе 4 находится в зацеплении с боковым сектором 3. Такой рулевой механизм имеет по сравнению с предыдущей конструкцией меньшие габариты и массу. Регулировка зацепления осуществляется подбором толщины бронзовой шайбы, установленной между опорной поверхностью сектора и боковой крышкой картера. Осевой зазор в зацеплении при повороте вала сошки из среднего положения в крайнее изменяется от 0,03 до 0,5мм. Поскольку и в этом рулевом механизме поверхности скользят друг по другу, прямой КПД не превышает η_рм = 0,7, а обратный КПД – η_мр = 0,5.

В рулевом механизме данного типа цилиндрический червяк нарезается с постоянным шагом t и передаточное отношение определяется по формуле:

где r_ω – радиус начальной окружности цилиндрического червяка;

z₁ – число заходов червяка;

γ₁ и γ₂ – углы наклона винтовой линии червяка и зубьев червячного сектора.

Винтовые рулевые механизмы используются на тяжелых грузовых автомобилях и, как правило, в сочетании с зубчатыми. На рис. 9.12 представлена конструкция винто-реечного рулевого механизма типа винт-гайка-рейка-сектор. В этом рулевом механизме трение скольжения заменено на трение качения, для чего между винтом и гайкой размещены 90…120 шариков, циркулирующих в замкнутом направляющих трубках 4. Вращение винтового вала 6 преобразуется в поступательное движение гайки-рейки 5 и далее во вращательное движение зубчатого сектора и вала сектора 1. Регулируется данное зацепление вращением винта 2, сферическая головка которого упирается в шайбу 3. При этом сектор вместе с валом сошки смещаются и зазор в зацеплении уменьшается. Прямой и обратный КПД такого рулевого механизма составляют следующие значения: η_рм = 0,87 и η_мр =0,82.

Передаточное отношение такого рулевого механизма определяется по формуле:

где r₀ – радиус начальной окружности зубьев сектора;

Рис. 9.12. Рулевой механизм типа винт-гайка-рейка-сектор

Винто-рычажные рулевые механизмы не получили широкого применения, так как имеют низкое значение КПД и при высокой склонности к износу не обеспечивают возможность регулирования зазора в зацеплении.

Зубчатые (реечные) рулевые механизмы в отдельном виде применяются в легковых автомобилях малого и среднего класса. На грузовых автомобилях в рулевых механизмах в сочетании с другими видами зацепления применяются цилиндрические или конические передачи.

Реечный рулевой механизм (рис. 9.13) выполняется в виде зубчатого редуктора, в котором вращение от рулевого колеса через рулевой вал 1 передается шестерне 2. Вращательное движение шестерни преобразуется в поступательное движение рейки 3 и далее рулевых тяг. Преимуществом такого механизма является простота и компактность конструкции, высокий прямой КПД (η_рм =0,90…0,95). Вместе с тем, из-за высокого значения обратного КПД (η_мр =0,90…0,95) такие рулевые механизмы не поглощают толчки, передаваемые от дороги на рулевое колесо, поэтому они применяются на легковых автомобилях малого класса. На легковых автомобилях с более высокого класса необходимо устанавливать рулевые усилители, которые поглощение толчков принимают на себя.

Рис. 9.13. Реечный рулевой механизм: а – конструкция; б – характеристика передаточного отношения; в – схема к определению передаточного отношения рулевого управления

Угловое передаточное отношение рулевого управления определится из зависимости:

где l_а – длина поворотного рычага;

θ₀ – угол _{среднего} положения поворотного рычага;

θ – угол поворота управляемых колес;

r – радиус шестерни.

Поскольку значение угла θ меняется, передаточное отношение рулевого управления с реечным механизмом переменно.

Усилие, передаваемое от рулевого колеса на рейку определится из соотношения:

где P_рк – усилие на рулевом колесе;

R_рк – радиус рулевого колеса;

r_ω – радиус начальной окружности шестерни.

Рулевой привод

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

Лекция 39. Назначение и типы рулевого управления. Рулевой механизм

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

Рулевое управление служит для изменения и поддержания на­правления движения автомобиля. Оно в значительной степени обеспечивает безопасность движения автомобиля

Просмотр содержимого документа
«Лекция 39. Назначение и типы рулевого управления. Рулевой механизм»

Раздел IV. МЕХАНИЗМЫ УПРАВЛЕНИЯ

Лекция 39. Назначение и типы рулевого управления.

Рулевой механизм

1. Назначение и типы

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

Рулевое управление служит для изменения и поддержания на­правления движения автомобиля. Оно в значительной степени обеспечивает безопасность движения автомобиля.

На автомобилях изменение направления движения осуществ­ляется поворотом передних колес различными типами рулевых управлений (рис.1).

Применение левого или правого рулевого управления зависит от принятого в той или иной стране направления движения транс­порта. Левое рулевое управление применяется в автомобилях боль­шинства стран, где принято правостороннее движение транспор­та (Россия, США и др.), а правое рулевое управление — в странах с левосторонним движением транспорта (Япония, Великобрита­ния). При этом рулевое колесо, установленное с левой или пра­вой стороны автомобиля, обеспечивает лучшую видимость при разъезде с транспортом, движущимся навстречу.

Применение рулевого управления различной конструкции (без усилителя или с усилителем) зависит от типа и назначения авто­мобиля. Рулевые управления без усилителя обычно устанавлива­ются на легковых автомобилях особо малого и малого классов и грузовых малой грузоподъемности. Рулевые управления с усили­телем применяются на всех остальных автомобилях. При этом зна­чительно облегчается их управление, улучшается маневренность и повышается безопасность движения, — при разрыве шины ав­томобиль можно удержать на заданной траектории движения. Конструкция рулевого управления во многом зависит от типа подвески передних колес автомобиля.

При независимой подвеске передних управляемых колес, которая применяется на всех легко­вых автомобилях, в рулевое управление без усилителя входят (рис.2, а) рулевое колесо 1, рулевой вал 2, рулевая передача (механизм) 3, рулевая сошка 7, средняя рулевая тяга 8, маятни­ковый рычаг 9, боковые рулевые тяги 6 и 10, рычаги 5 и 11 пово­ротных цапф. При вращении рулевого колеса 1 усилие от него на поворот­ные цапфы 4 и 12 передних колес передается через вал 2, рулевую передачу 3, сошку 7, среднюю 8 и боковые тяги 6 и 10, рычаги 5 и 71. В результате осуществляется поворот управляемых колес ав­томобиля.

При зависимой подвеске передних колес (рис. 2, б) рулевое управление без усилителя включает в себя рулевое колесо 1, ру­левой вал 2, рулевую передачу 3, рулевую сошку 7, продольную рулевую тягу 13, поворотный рычаг 14, рычаги 5 и 11 поворотных цапф и поперечную рулевую тягу 15. При вращении рулевого ко­леса 1 вместе с ним вращается вал 2. Усилие от пала через рулевую передачу 3 передается на сошку 7, которая через продольную тягу 13 перемещает рычаг 14 с поворотной цапфой к левого коле­са. Одновременно через рычаги 5 и 11и поперечную тягу 15 пово­рачивается цапфа 12 правого колеса. Так производится поворот передних управляемых колес автомобиля.

Травмобезопасное рулевое управление

На легковых автомобилях находят широкое применение трав-мобезопасиые рулевые управления.

Травмобезопасное рулевое управление является одним из кон­структивных мероприятий, обеспечивающих пассивную безопас­ность автомобиля — свойство уменьшать тяжесть последствий до­рожно-транспортных происшествий. Рулевой механизм рулевого управления может нанести серьезную травму водителю при лобо­вом столкновении с препятствием при смятии передней части автомобиля, когда весь рулевой механизм перемещается в сторо­ну водителя.

Водитель также может получить травму от рулевого колеса или рулевого вала при резком перемещении вперед вследствие лобо­вого столкновения, когда при слабом натяжении ремней безопас­ности перемещение составляет 300. 400 мм. Для уменьшения тя­жести травм, получаемых водителями при лобовых столкновени­ях, которые составляют более 50 % всех дорожно-транспортных происшествий, применяют различные конструкции травмобез-опасных рулевых механизмов. С этой целью кроме рулевого колеса с утопленной ступицей и двумя спицами, позволяющими значи­тельно снизить тяжесть наносимых травм при ударе, в рулевом механизме устанавливают специальное энергопоглощающее уст­ройство, а рулевой вал часто выполняют составным. Все это обес­печивает незначительное перемещение рулевого вала внутрь ку­зова автомобиля при лобовых столкновениях с препятствиями, автомобилями и другими транспортными средствами.

На рис.3, а представлен рулевой механизм легкового автомо­биля, рулевой вал которого состоит из трех частей, соединенных карданными шарнирами 2, а роль энергопоглощающего устрой­ства выполняет специальное крепление рулевого вала к кузову автомобиля. При лобовом столкновении, когда передняя часть автомобиля деформируется, рулевой вал складывается и незначи­тельно перемещается в салон кузова автомобиля. При этом крон­штейн 1 крепления рулевого вала деформируется и поглощает часть энергии удара.

Рулевой механизм с энергопоглощающим устройством силь-фонного типа показан на рис.3, б. Рулевое колесо соединено с рулевым валом металлическим гофрированным цилиндром 3, ко­торый при столкновении деформируется, частично поглощает энергию удара и обеспечивает небольшое перемещение рулевого вала в сторону водителя.

На рис. 3, в представлен рулевой механизм, у которого верх­няя часть рулевого вала выполнена в виде перфорированной тру­бы 4. Показаны также последовательный процесс и максимальная деформация верхней части рулевого вала, которая весьма значи­тельна.

В травмобезопасных рулевых управлениях легковых автомоби­лей применяются и другие энергопоглощающие устройства, ко­торые соединяют составные рулевые валы. К ним относятся рези­новые муфты специальной конструкции, а также устройства типа «японский фонарик», который выполнен в виде нескольких про­дольных пластин, приваренных к концам соединяемых частей ру­левого вала. При столкновениях резиновая муфта разрушается, а соединительные пластины деформируются и уменьшают переме­щение рулевого вала внутрь салона кузова.

Рулевое управление автомобиля состоит из двух частей: руле­вого механизма и рулевого привода. В рулевой механизм входят рулевое колесо, рулевой вал и рулевая передача, которая опреде­ляет тип рулевого механизма. В рулевой привод входят рулевая со­шка, рулевые тяги, рычаги (маятниковый и поворотных цапф), а также рулевой усилитель, устанавливаемый на ряде автомобилей. При этом рулевые тяги и рычаги поворотных цапф образуют ру­левую трапецию, которая определяет тип рулевого привода.

Рулевой механизм

Рулевым называется механизм, преобразующий вращение ру­левого колеса в поступательное перемещение рулевого привода, вызывающее поворот управляемых колес.

Рулевой механизм служит для увеличения усилия водителя, прилагаемого к рулевому колесу, и передачи его к рулевому при­воду. Увеличивать усилие водителя необходимо для облегчения управления автомобилем. Увеличение усилия, прилагаемого к ру­левому колесу, происходит за счет передаточного числа рулевого механизма.

Передаточным числом рулевого механизма называется отно­шение угла поворота рулевого колеса к углу поворота вала руле­вой сошки. Передаточное число рулевого механизма зависит от типа автомобиля и составляет 15. 20 у легковых автомобилей и 20. 25 у грузовых автомобилей и автобусов. Такие передаточные числа за один-два полных оборота рулевого колеса обеспечивают поворот управляемых колес автомобилей на максимальные углы, равные 35. 45°. На автомобилях применяются различные типы рулевых меха­низмов (рис. 4).

Червячные рулевые механизмы, применяются на легковых, грузо­вых автомобилях и автобусах. Наибольшее распространение име­ют червячно-роликовые рулевые механизмы (рис.5, а), состоя­щие из червяка и ролика. Червяк 1 имеет форму глобоида: его диаметр в средней части меньше, чем по концам. Такая форма обеспечивает надежное зацепление червяка с роликом 3 при по­вороте рулевого колеса на большие углы. Ролики могут быть двух-или трехгребневыми. Двухгребневые ролики применяются в руле­вых механизмах легковых автомобилей, а трехгребневые — грузо­вых автомобилей и автобусов.

При вращении червяка 1, закрепленного на рулевом валу 2, момент от червяка передается ролику 3, который установлен на подшипнике на оси, размещенной в пазу вала 4 рулевой сошки. При этом благодаря глобоидной форме червяка обеспечивается надежное зацепление его с роликом при повороте рулевого коле­са на большие углы.

Червячно-роликовые рулевые механизмы имеют небольшие габаритные размеры, надежны в работе и просты в обслужива­нии. Их КПД достаточно высокий и составляет 0,85 при передаче усилий от рулевого колеса на управляемые колеса и 0,7 — от управляемых колес к рулевому колесу. Поэтому усилия водителя, затрачиваемые на преодоление трения в рулевом механизме,
невелики.

Меньшее распространение получили червячно-секторные рулевые механизмы, и применяются они только на грузовых автомобилях. Эти механизмы состоят из цилиндрического червяка и бокового сектора со спиральными зубьями. Они имеют небольшое давление на зубья при передаче больших усилий и небольшой износ. Однако их КПД низок и равен 0,7 и 0,55 соответственно при передаче усилия от рулевого колеса и обратно.

Винтовые рулевые механизмы используются на тяжелых грузовых автомобилях. Наибольшее применение получили винтореечные рулевые механизмы.

Винтореечный рулевой механизм (рис.5, 6) включает в себя ; винт 5, шариковую гайку-рейку 6 и сектор 8, изготовленный вместе с валом 9 рулевой сошки.

В винтореечном механизме вращение винта 5 преобразуется в поступательное перемещение гайки 6, на которой нарезана рей­ка, находящаяся в зацеплении с зубчатым сектором 8 вала рулевой сошки. Для уменьшения трения и повышения износостойкости соединение винта с гайкой осуществляется через шарики 7.

КПД винтореечного механизма почти одинаков в обоих на­правлениях, достаточно высок и находится в пределах 0,8. 0,85. , Поэтому при винтореечном рулевом механизме применяют гидроусилитель руля, который воспринимает толчки и удары, передаваемые на рулевое колесо от неровностей дороги.

Винторымажные рулевые механизмы в настоящее время при­меняются редко, так как имеют низкий КПД и значительный износ, который невозможно компенсировать регулировкой.

Зубчатые рулевые механизмы применяются в основном па лег­ковых автомобилях малого и среднего классов. При этом шестеренные рулевые механизмы, включающие цилиндрические или: конические шестерни, используются редко. Наибольшее приме­нение получили реечные рулевые механизмы.

Реечный рулевой механизм (рис.5, в) состоит из шестерни 10 и рейки 11. Вращение шестерни 10, закрепленной на рулевом валу, вызывает перемещение рейки 11, которая выполняет роль попе­речной рулевой тяги.

Реечные рулевые механизмы просты по конструкции, компак­тны и имеют наименьшую стоимость по сравнению с рулевыми механизмами других типов. Их КПД очень высок, приблизительно одинаков в обоих направлениях и равен 0,9. 0,95.

Из-за большой величины обратного КПД реечные рулевые механизмы без усилителя устанавливают на легковых автомоби­лях особо малого и малого классов, так как только в этом случае они способны поглощать толчки и удары, которые передаются от дорожных неровностей на рулевое колесо.

На легковых автомобилях более высокого класса с реечным рулевым механизмом применяют гидроусилитель руля, поглоща­ющий толчки и удары со стороны дороги.

4. Рулевой привод

Рулевым приводом называется система тяг и рычагов, осуще­ствляющая связь управляемых колес автомобиля с рулевым меха­низмом.

Рулевой привод служит для передачи усилия от рулевого меха­низма к управляемым колесам и обеспечения правильного пово­рота колес.

На автомобилях применяются различные типы рулевых приво­дов (рис.6).

Основной частью рулевого привода является рулевая трапеция.

Рулевой называется трапеция (см. рис.2), образованная попе­речными рулевыми тягами, рычагами поворотных цапф и осью управляемых колес. Основанием трапеции является ось колес, вер­шиной — поперечные тяги б, 8 и 10, а боковыми сторонами — рычаги 5 и 11 поворотных цапф. Рулевая трапеция служит для по­ворота управляемых колес на разные углы.

Внутреннее колесо (по отношению к центру поворота автомо­биля) поворачивается на больший угол, чем наружное колесо. Это необходимо, чтобы при повороте автомобиля колеса катились без бокового скольжения и с наименьшим сопротивлением. В против­ном случае ухудшится управляемость автомобиля, возрастут рас­ход топлива и износ шин.

Рулевая трапеция может быть передней или задней. Передней называется рулевая трапеция, которая располагается перед осью передних управляемых колес (см. рис.2, а). Задней называется рулевая трапеция, которая располагается за осью передних управ­ляемых колес (см. рис.2, б).

Применение на автомобилях рулевого привода с передней или задней рулевой трапецией зависит от компоновки автомобиля и его рулевого управления. При этом рулевой привод может быть с неразрезной или разрезной рулевой трапецией. Использование рулевого привода с неразрезной или разрезной трапецией зави­сит от подвески передних управляемых колес автомобиля.

Неразрезной называется рулевая трапеция, имеющая сплош­ную поперечную рулевую тягу, соединяющую управляемые коле­са (см. рис.2, б). Неразрезная рулевая трапеция применяется при зависимой подвеске передних управляемых колес на грузовых ав­томобилях и автобусах.

Разрезной называется рулевая трапеция, которая имеет много­звенную поперечную рулевую тягу, соединяющую управляемые колеса (см. рис.2, а). Разрезная рулевая трапеция используется при независимой подвеске управляемых колес на легковых авто­мобилях.

5. Рулевые усилители

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

Усилитель служит для облегчения управления автомобилем, повышения его маневренности и безопасности движения. Он так­же смягчает толчки и удары дорожных неровностей, передавае­мых от управляемых колес на рулевое колесо.

Усилитель значительно облегчает работу водителя. При его на­личии водитель прикладывает к рулевому колесу усилие в 2 — 3 раза меньшее, чем без усилителя, когда, например, для поворота гру­зовых автомобилей средней и большой грузоподъемности и авто­бусов требуется усилие до 400 Н и более. Это весьма существенно, так как из всей затрачиваемой водителем энергии на управление автомобилем до 50% приходится на рулевое управление.

Маневренность автомобиля с рулевым усилителем повышается вследствие быстроты и точности его действия.

Безопасность движения повышается потому, что в случае рез­кого понижения давления воздуха в шине переднего управляемо­го колеса (при проколе или разрыве шины) при наличии усили­теля водитель в состоянии удержать рулевое колесо в руках и со­хранить направление движения автомобиля.

Однако наличие усилителя приводит к усложнению конструк­ции рулевого управления и повышению стоимости, к увеличе­нию износа шин, более сильному нагружению деталей рулевого привода и ухудшению стабилизации управляемых колес автомо­биля. Кроме того, наличие усилителя на автомобиле требует адап­тации водителя.

Рулевые усилители применяют на легковых автомобилях, гру­зовых автомобилях средней и большой грузоподъемности и на ав­тобусах. При этом получили распространение гидравлические и пневматические усилители. Принцип действия этих усилителей аналогичен, но в них используется различное рабочее вещество: в гидравлических — масло (турбинное, веретенное), а в пневма­тических — сжатый воздух пневматической тормозной системы автомобиля.

Гидравлические усилители имеют наибольшее применение. Так, из всех автомобилей с усилителями 90 % оборудованы гидравли­ческими усилителями. Они очень компактны, имеют малое время срабатывания (0,2. 2,4 с) и работают при давлении 6. 10 МПа. Однако требуют тщательного ухода и особо надежных уплотне­ний, так как течь жидкости приводит к выходу их из строя.

Пневматические усилители в настоящее время имеют ограни­ченное распространение. Их применяют в основном на грузовых автомобилях большой грузоподъемности с пневматической тор­мозной системой. Пневматический усилитель включается в работу водителем и только в тяжелых дорожных условиях.

Пневматические усилители по конструкции проще гидравли­ческих, так как используют оборудование тормозной пневматиче­ской системы автомобиля. Но они имеют большие габаритные раз­меры, что связано с невысоким рабочим давлением (0,6. 0,8 МПа), и значительное время срабатывания (в 5—10 раз больше, чем у гидравлических), что приводит к меньшей точности при управле­нии автомобилем в процессе поворота.

6. Гидроусилитель

Гидроусилитель имеет следующие основные элементы (рис.7): гидронасос ГН с бачком Б, гидрораспределитель ГР и гидроци­линдр ГЦ.

Гидронасос является источником питания, гидрораспредели­тель — распределительным устройством, а гидроцилиндр — ис­полнительным устройством. Гидронасос ГН, приводимый в дей­ствие от двигателя автомобиля, соединен нагнетательным 2 и слив­ным 3 маслопроводами с гидрораспределителем ГР, который ус­тановлен на продольной рулевой тяге 6, прикрепленной к пово­ротному рычагу 7 управляемого колеса 5. Внутри корпуса гидро­распределителя находится золотник 1, связанный с рулевым ме­ханизмом РМ. Золотник имеет три пояска, а корпус гидроусили­теля — три окна. Внутри корпуса между поясками золотника об­разуются две камеры а и б. Кроме того, в корпусе имеются еще две реактивные камеры виг, соединенные с камерами а и б осевыми каналами, выполненными в крайних поясках золотника.

В реактивных камерах размещены предварительно сжатые центри­рующие пружины 4.

Гидрораспределитель соединен маслопроводами 11с гидроци­линдром ГЦ, который установлен на несущей системе (раме, ку­зове) автомобиля. Поршень 10 гидроцилиндра через шток связан с поперечной рулевой тягой 9, соединенной с рычагом 8 пово­ротной цапфы управляемого колеса. Поршень делит внутренний объем гидроцилиндра на две полости А и В, которые соединены маслопроводами соответственно с камерами а и б гидрораспреде­лителя. Обе полости гидроцилиндра, все камеры гидрораспреде­лителя и маслопроводы заполнены маслом (турбинное, веретен­ное).

Работает гидроусилитель следующим образом.

При прямолинейном движении автомобиля золотник 1 под действием центрирующих пружин 4 и давления масла в реактивных камерах виг удерживается в нейтральном положении, при котором все три окна гидрораспределителя открыты. Масло по­ступает от гидронасоса через нагнетательный маслопровод 2 в камеры а и б гидрораспределителя, из них по сливному масло­проводу 3 в бачок Б, а из него в гидронасос. Давление масла, установившееся в камерах а и б, передается по маслопроводам 11 в полости А и В гидроцилиндра, где оно одинаково.

При повороте автомобиля усилие от рулевого механизма пере­дается на золотник. После преодоления сопротивления центриру­ющих пружин 4 усилие переместит золотник 1 из нейтрального положения на 1 . 2 мм в одну или другую сторону в зависимости от направления поворота автомобиля. Нагнетательный маслопро­вод через гидрораспределитель соединяется с одной из полостей гидроцилиндра, а другая его полость — со сливным маслопроводом. Масло из гидронасоса по нагнетательному маслопроводу 2 поступает в гидрораспределтель, затем в гидроцилиндр и воз­действует на поршень 10.

Перемещающийся поршень через тягу 9 и рычаг 8 повернет управляемое колесо 5, а масло из гидроцилиндра по сливному маслопроводу 3 поступит в бачок Б и из него в гидронасос.

Одновременно из-за наличия связи через рычаг 7 и тягу 6 (об­ратная связь) корпус гидрораспределителя переместится в ту же сторону, в которую был смещен золотник. При этом давление масла в полостях А и В гидроцилиндра уравновесится, и поворот управляемого колеса прекратится. Угол поворота управляемого ко­леса будет точно соответствовать углу поворота рулевого колеса, — в этом заключается следящее действие гидроусилителя по пере­мещению.

Следовательно, гидроусилитель следит за поворотом рулевого колеса. И если водитель останавливает рулевое колесо, то гидро­распределитель обеспечивает за счет обратной связи фиксацию поршня гидроцилиндра в соответствующем положении. При этом дополнительная подача масла в гидроцилиндр прекращается. С по­мощью обратной связи также происходит выключение гидроуси­лителя при возвращении рулевого колеса в нейтральное положе­ние, соответствующее прямолинейному движению автомобиля.

В рулевом управлении без гидроусилителя водитель чувствует дорогу по прилагаемому к рулевому колесу усилию, возрастаю­щему при увеличении сопротивления повороту управляемых ко­лес, и наоборот. При гидроусилителе водитель чувствует дорогу за счет следящего действия гидроусилителя по силе изменения при­лагаемого усилия па рулевом колесе. Для этого предназначены ре­активные камеры «иг в гидрораспределителе, в каждой из кото­рых давление масла такое же, как и в камерах а и б.

При увеличении сопротивления повороту управляемых колес автомобиля возрастает давление масла в одной из реактивных ка­мер. Давление передается на золотник и от него через рулевой механизм РМ на рулевое колесо. При этом усилие для поворота рулевого колеса увеличивается пропорционально сопротивлению поворота управляемых колес. Таким образом, гидроусилитель сле­дит за необходимым для поворота управляемых колес усилием, чтобы водитель чувствовал дорогу, т. е. на хорошей дороге ему бу­дет легко поворачивать, а на трудной для поворота дороге — не­сколько тяжелее.

Гидроусилители, применяемые на автомобилях, выполняются в основном по следующим трем вариантам:

рулевой механизм, гидрораспределитель и гидроцилиндр на­ходятся в агрегате, который называется гидрорулем. Конструкция гидроруля сложная, но компактная, имеет малую длину масло­проводов и время срабатывания;

гидрораспределитель и гидроцилиндр расположены в одном агрегате и установлены отдельно от рулевого механизма. Вариант менее сложный, чем гидроруль, но имеет большую длину масло­проводов и время срабатывания. Зато обеспечивается возможность использования рулевого механизма любого типа;

рулевой механизм, гидрораспределитель и гидроцилиндр раз­мещены раздельно. При таком варианте обеспечивается свобод­ное расположение элементов гидроусилителя на автомобиле и применение рулевого механизма любого типа. Однако длина мас­лопроводов и время срабатывания большие.

Лекция 40. Конструкция рулевых управлений

Рассмотрим устройство рулевого управления легковых автомо­билей ВАЗ повышенной проходимости (рис.8). Рулевое управле­ние — левое, травмобезопасное, с передними управляемыми ко­лесами, без усилителя. Травмобезопасность обеспечивается кон­струкцией промежуточного вала рулевого колеса и специальным креплением рулевого вала к кузову автомобиля. Рулевое управле­ние состоит из рулевого механизма и рулевого привода.

На автомобилях ВАЗ применяется червячный рулевой механизм. Передаточное число рулевого механизма 16,4. Рулевой механизм включает в себя рулевое колесо, рулевой вал, промежуточный вал, рулевую пару (червячную передачу), состоящую из глобои­дального червяка и двухгребневого ролика.

Рулевое колесо 15 — двухспицевое, пластмассовое, со сталь­ным каркасом. Оно закреплено на шлицах верхнего конца рулево­го вала 11, который установлен в трубе 10 кронштейна 16 в двух шариковых подшипниках 9. Рулевой вал с рулевой колонкой 14 с помощью кронштейна 16 крепится к кузову автомобиля. Креп­ление кронштейна к кузову выполнено так, что при авариях руле­вой вал 11 с рулевым колесом незначительно перемещается в сто­рону водителя, чем обеспечивается его безопасность. Нижний ко­нец рулевого вала через шлицы соединяется с промежуточным валом 13, представляющим собой карданный вал с двумя шар­нирами. Промежуточный вал также через шлицы соединен с ва­лом 12 (рис.9) червяка 11, уплотненным манжетой 13.

Глобоидальный червяк установлен в отлитом из алюминиевого сплава картере 4 в двух шариковых подшипниках 14, затяжка ко­торых регулируется с помощью прокладок 15, устанавливаемых под крышку 16. Червяк находится в зацеплении с двухгребневым роликом 6, который установлен в пазу головки вала 5 рулевой сошки на оси 17 на игольчатых подшипниках 18. Вал рулевой со­шки размещен в картере 4 в бронзовых втулках 3 и уплотнен ман­жетой 2. Зацепление червяка и ролика регулируют с помощью регулировочного винта 7, головка которого входит в паз вала 5 рулевой сошки. Регулировочный винт ввернут в крышку 10 с за­ливной пробкой 9 vi контрится гайкой 8. На шлицевом конце вала 5 установлена рулевая сошка 1, которая закреплена с помощью гайки. Картер рулевого механизма крепится болтами к левому лонжеро­ну пола кузова. В него заливают трансмиссионное масло.

Рулевой привод передает усилие от рулевого механизма к уп­равляемым колесам. Рулевой привод обеспечивает правильный поворот управляемых колес автомобиля.

Рулевой привод (см. рис.8) состоит из рулевой сошки, маят­никового рычага, боковых и средней рулевых тяг с шарнирами и рычагов поворотных кулаков. На автомобиле применяется руле­вой привод с разрезной рулевой трапецией. Рулевая трапеция обес­печивает поворот управляемых колес автомобиля на разные углы (внутреннее колесо на больший угол, чем наружное колесо). Тра­пеция расположена сзади оси передних колес. Рулевая трапеция состоит из трех поперечных рулевых тяг 1 и 3 и двух рычагов 7, шарнирно соединенных между собой. Средняя рулевая тяга 3 ру­левой трапеции выполнена сплошной. Одним концом она соеди­нена с рулевой сошкой 2, а другим — с маятниковым рычагом 4, который закреплен неподвижно на оси. Ось установлена в двух пластмассовых втулках в кронштейне 8, прикрепленном к право­му лонжерону пола кузова. Боковая рулевая тяга 1 состоит из двух наконечников, соединенных между собой регулировочной муф­той 5, фиксируемой на наконечниках хомутами. Это позволяет изменять длину боковых рулевых тяг рулевой трапеции при регу­лировке схождения передних управляемых колес автомобиля. Со­единение средней и боковых рулевых тяг с сошкой и маятнико­вым рычагом, а также боковых тяг с рычагами 7 поворотных ку­лаков б выполнено с помощью шаровых шарниров.

Шаровые шарниры обеспечивают возможность относительно­го перемещения деталей рулевого привода в горизонтальной и вертикальной плоскостях при одновременной надежной передаче усилий между ними. Шарниры размещаются в наконечниках 19 рулевых тяг. Палец 17сферической головкой опирается на конус­ный пластмассовый вкладыш 20, который поджимается пружи­ной 21, устраняющей зазор в шарнире при изнашивании в про­цессе эксплуатации. Шаровой шарнир с одного конца закрыт за­глушкой 22, а с другого конца защищен резиновым чехлом 18. Палец шарнира своей конусной частью жестко крепится в дета­ли рулевого привода, к которой присоединяется рулевая тяга. Шаровые шарниры при сборке заполняются специальной смазкой и в процессе эксплуатации в дополнительном смазывании не нуждаются.

Рулевое управление легковых автомобилей ВАЗ с передним приводом показано на рис.10. Рулевое управление левое, травмобезопасное, без усилителя. Травмобезопасность рулевого управ­ления обеспечивается специальным гасящим (демпфирующим) устройством, через которое рулевое колесо крепится к рулевому валу.

На автомобилях ВАЗ применяется реечный рулевой механизм. Передаточное число рулевого механизма 20,4. В рулевой механизм входят рулевое колесо, рулевой вал и рулевая пара (реечная), со­стоящая из шестерни и зубчатой рейки.

Рулевое колесо 23 через гасящее (демпфирующее) устройство 22, обеспечивающее травмобезопасность рулевого колеса, уста­новлено на шлицах верхнего конца рулевого вала 25, который опирается на радиальный шариковый подшипник 24, установленный в трубе кронштейна 27. Рулевой вал вместе с рулевой ко­лонкой 26, состоящей из двух частей, с помощью кронштейна 27 крепится к кузову автомобиля. Нижний конец рулевого вала через эластичную муфту 21 со стяжным болтом 20 соединен со шлице-вым хвостовиком приводной шестерни 30, которая установлена в алюминиевом картере 19 рулевого механизма на роликовом 29 и шариковом 31 подшипниках. Шестерня находится в зацеплении с зубчатой рейкой 18, прижимаемой к шестерне через металлоке-рамический упор 32 пружиной 33, поджимаемой гайкой 34.

Это обеспечивает беззазорное зацепление приводной шестерни и зуб­чатой рейки по всей величине их хода. Рейка одним концом опи­рается на металлокерамический упор 32, а другим концом уста­навливается в разрезной пластмассовой втулке 17, которая фик­сируется в картере рулевого механизма специальными выступами и уплотняется резиновыми кольцами. Ход рейки ограничивается в одну сторону специальным кольцом, напрессованным на нее, а в другую сторону — втулкой 1брезинометалличсского шарнира ле­вой рулевой тяги 3, которые упираются в картер рулевого меха­низма. На картер с одной стороны установлен защитный колпак 28, а с другой — напрессована труба с продольным пазом, закры­тая защитным гофрированным чехлом 13, который закреплен дву­мя пластмассовыми хомутами. Через паз трубы и отверстия в за­щитном чехле проходят два болта 10, которые крепят рулевые тяги 3 к зубчатой рейке 18 через резинометаллические шарниры. Болты соединены между собой пластиной 14 и фиксируются сто­порной пластиной 15. Картер 19 рулевого механизма крепится к передней панели кузова автомобиля при помощи двух скоб 11 через резиновые опоры 12. Между картером и панелью кузова так­же установлена вибропоглощающая резиновая опора. Картер ру­левого механизма заполнен консистентной смазкой.

Рулевой привод состоит из двух рулевых тяг 3 и поворотных рычагов 1 телескопическихстоек передней подвески. Рулевой при­вод выполнен с разрезной рулевой трапецией, расположенной сзади оси передних колес. Рулевые тяги изготовлены составными. Каждая тяга состоит из двух наконечников, соединенных между собой регулировочной трубчатой тягой 5, фиксируемой на нако­нечниках гайкой 4.

Такое соединение рулевых тяг позволяет изменять их длину при регулировке схождения передних управляемых колес. Рулевые тяги соединяются с поворотными рычагами телескопических стоек с помощью шаровых шарниров 2, которые размещаются в наруж­ных наконечниках рулевых тяг. Шаровой шарнир состоит из ша­рового пальца 6, пластмассового вкладыша 8 и пружины 9. Он защищен резиновым чехлом 7. Шарнир смазывают при сборке, а в эксплуатации он в смазывании не нуждается. Палец шарового шарнира конусной частью жестко закреплен в поворотном рычаге 1, приваренном к телескопической стойке передней под­вески.

Работа рулевого управления осуществляется следующим обра­зом. При повороте рулевого колеса 23 вместе с ним поворачивает­ся рулевой вал 25, который через эластичную муфту 21 вращает приводную шестерню 30 рулевого механизма. Приводная шестер­ня перемещает зубчатую рейку 18, которая через рулевые тяги 3 и поворотные рычаги 1поворачиваеттелескопические стойки, свя­занные с поворотными кулаками передних управляемых колес автомобиля. В результате управляемые колеса поворачиваются.

Рулевое управление грузовых автомобилей ЗИЛ показано на рис.11. Рулевое управление левое, с передними управляемыми колесами, с усилителем. Оно включает в себя рулевой механизм, рулевой привод и гидроусилитель.

Рулевой механизм — винтореечный и выполнен в виде винта, шариковой гайки, поршня-рейки и сектора. Передаточное число рулевого механизма 20,0.

Рулевой привод — с задней неразрезной рулевой трапецией.

Гидроусилитель — интегрального типа и представляет собой гидроруль — единый агрегат, в котором объединены вместе руле­вой механизм, гидрораспрсдслитсль и гидроцилиндр.

Рулевое колесо 9 закреплено на рулевом валу 8, установлен­ном на двух шариковых подшипниках в рулевой колонке 7, кото­рая закреплена в кабине автомобиля. Рулевой вал через промежу­точный карданный вал 6 с двумя карданными шарнирами и сколь­зящим шлицевым соединением связан с рулевым механизмом 1, совмещенным с гидроусилителем и передающим усилие на руле­вую сошку. Сошка 15 соединена продольной рулевой тягой 14 с поворотным рычагом 13 переднего левого управляемого колеса, которое через рычаги 12 и 10 поворотных цапф и поперечную рулевую тягу 11 связано с правым колесом. Продольная рулевая тяга сплошная, в ее головках размещены шаровые шарниры для соединения с сошкой и поворотным рычагом. Поперечная руле­вая тяга трубчатая с резьбовыми концами, на которых закрепле­ны наконечники с шаровыми шарнирами для связи с рычагами поворотных цапф. Поворотом тяги в наконечниках регулируется схождение управляемых колес автомобиля.

Гидроусилитель собран в чугунном картере 16 рулевого меха­низма, являющемся одновременно и гидроцилиндром. В картере установлен поршень 17с чугунными кольцами и с изготовленной на нем зубчатой рейкой. Поршень-рейка находится в зацеплении с зубчатым сектором 24, выполненным за одно целое с валом 25 рулевой сошки, который установлен в картере рулевого механиз­ма на бронзовых втулках. Зазор в зацеплении регулируется смеще­нием вала сошки при помощи специального винта. В поршне зак­реплена шариковая гайка 19, которая через шарики связана с винтом 23 рулевого механизма, соединенным с промежуточным карданным валом 6. Крайние канавки в шариковой гайке соеди­нены между собой трубкой 18, и шарики циркулируют по замк­нутому контуру. Соединение винта и гайки на циркулирующих шариках обладает малым трением и повышенной долговечностью.

На винте рулевого механизма между двумя упорными шарико­выми подшипниками установлен золотник 21 гидрораспредели­теля, закрепленный вместе с подшипниками гайкой. Он находит­ся в отдельном корпусе 20. Золотник с винтом удерживается в среднем положении шестью пружинами с двумя плунжерами 22 каждая, которые установлены в корпусе золотника. Золотник вместе с винтом может перемещаться в осевом направлении на 1,1 мм в каждую сторону вследствие разности его длины и длины корпуса 20. Снаружи к корпусу золотника присоединены нагнетательный и сливной шланги от насоса гидроусилителя. Внутри корпуса на­ходится шариковый клапан, соединяющий нагнетательную и слив­ную магистрали, когда не работает насос гидроусилителя.

Насос 2 гидроусилителя — лопастный и приводится в действие от коленчатого вала двигателя клиноременной передачей через шкив 27, закрепленный на его валу. Вал 34 размещен в корпусе 26 насоса на шариковом и роликовом подшипниках. На шлицевом конце вала установлен ротор 32, расположенный в статоре 33, ко­торый находится между корпусом 26и крышкой 2с? насоса. В пазах ротора размещены подвижные лопасти, уплотняющие его внутри статора. В крышке насоса находятся распределительный диск 31, перепускной 30 и предохранительный 29 клапаны. К корпусу и крышке насоса прикреплен бачок 3, имеющий сетчатые фильтры для очистки масла и сапун для связи его внутренней полости с окружающей средой. При вращении ротора его лопасти 35 под действием центробежных сил и давления масла плотно прижима­ются к статору. Масло из корпуса насоса через распределительный диск поступает в полость нагнетания и далее в маслопровод.

При прямолинейном движении автомобиля золотник 21удер­живается в своем корпусе 20 в среднем положении пружинами и плунжерами 22. Масло из насоса проходит через золотник 21, по­лости А и В гидроусилителя и возвращается в бачок 3.

При повороте рулевого колеса винт 23 вывертывается из шари­ковой гайки поршня и смещается вместе с золотником, который отключает одну из полостей гидроцилиндра, увеличивая подачу масла в другую полость. При этом масло перемещает поршень-рейку 17, который поворачивает зубчатый сектор 24, связанный с рулевой сошкой, и помогает водителю поворачивать управляе­мые колеса автомобиля.

Ограничение подачи масла в гидроусилитель осуществляется перепускным клапаном 30. Клапан при достижении определенной производительности насоса открывается и перепускает часть масла из полости нагнетания в полость всасывания, регулируя его давление в системе.

Ограничение максимального давления в системе производится предохранительным клапаном 29, установленным внутри пере­пускного клапана. Предохранительный клапан срабатывает при давлении 6,5. 7,0 МПа.

При неработающем гидроусилителе поворот управляемых ко­лес производится водителем. При этом масло в гидроусилителе из одной полости в другую вытесняется через шариковый клапан. В результате водителю приходится затрачивать усилие не только на поворот управляемых колес автомобиля, но и на вытеснение масла.

Контрольные вопросы

Какие типы рулевого управления вы знаете?

Как устроены травмобезопасные рулевые управления?

Каковы основные части рулевого управления?

Каково назначение гидроусилителя? Почему водитель чувствует дорогу при гидроусилителе?

Какие эксплуатационные свойства автомобиля зависят от рулевого управления и его технического состояния?