3.Основные типы рулевых механизмов и приводов
3.1.Рулевой механизм.
Он обеспечивает поворот управляемых колес с небольшим усилием на рулевом колесе. Это может быть достигнуто за счет увеличения передаточного числа рулевого механизма. Однако передаточное число ограничено количеством оборотов рулевого колеса. Если выбрать передаточное число с количеством оборотов рулевого колеса больше 2-3, то существенно увеличивается время, требуемое на поворот автомобиля, а это недопустимо по условиям движения. Поэтому передаточное число в рулевых механизмах ограничивают в пределах 20-30, а для уменьшения усилия на рулевом колесе в рулевой механизм или привод встраивают усилитель.
Ограничение
передаточного числа рулевого механизма
также связано со свойством обратимости,
т. е. способностью передавать обратное
вращение через механизм на рулевое
колесо. При больших передаточных числах
увеличивается трение в зацеплениях
механизма, свойство обратимости пропадает
и самовозврат управляемых колес после
поворота в прямолинейное положение
оказывается невозможным.
Рулевые механизмы в зависимости от типа рулевой передачи разделяют на:
червячные,
винтовые,
шестеренчатые.
Рулевой механизм с передачей типа червяк — ролик имеет в качестве ведущего звена червяк, закрепленный на рулевом валу, а ролик установлен на роликовом подшипнике на одном валу с сошкой. Чтобы сделать полное зацепление при большом угле поворота червяка, нарезку червяка выполняют по дуге окружности — глобоиде. Такой червяк называют глобоидным.
В винтовом механизме вращение винта, связанного с рулевым валом, передается гайке, которая заканчивается рейкой, зацепленной с зубчатым сектором, а сектор установлен на одном валу с сошкой. Такой рулевой механизм образован рулевой передачей типа винт-гайка-сектор.
В
шестеренчатых рулевых механизмах
рулевая передача образуется цилиндрическими
или коническими шестернями, к ним же
относят передачу типа шестерня-рейка.
3.2.Рулевой привод.
Конструкции рулевого привода различаются расположением рычагов и тяг, составляющих рулевую трапецию, по отношению к передней оси. Если рулевая трапеция находится впереди передней оси, то такая конструкция рулевого привода называется передней рулевой трапецией, при заднем расположении — задней трапецией. Большое влияние на конструктивное исполнение и схему рулевой трапеции оказывает конструкция подвески передних колес.
При
зависимой подвеске (рис. 2.(а)) рулевой
привод имеет более простую конструкцию,
так как состоит из минимума деталей.
Поперечная рулевая тяга в этом случае
сделана цельной, а сошка качается в
плоскости, параллельной продольной оси
автомобиля. Можно сделать привод и с
сошкой, качающейся в плоскости,
параллельной переднему мосту. Тогда
продольная тяга будет отсутствовать,
а усилие от сошки передается прямо на
две поперечные тяги, связанные с цапфами
колес.
При
независимой подвеске передних колес
(рис. 2.(б)) схема рулевого привода
конструктивно сложнее. В этом случае
появляются дополнительные детали
привода, которых нет в схеме с зависимой
подвеской колес. Изменяется конструкция
поперечной рулевой тяги. Она сделана
расчлененной, состоящей из трех частей:
основной поперечной тяги и двух боковых
тяг — левой и правой. Для опоры основной
тяги служит маятниковый рычаг , который
по форме и размерам соответствует сошке.
Соединение боковых поперечных тяг с
поворотными рычагами цапф и с основной
поперечной тягой выполнено с помощью
шарниров, которые допускают независимые
перемещения колес в вертикальной
плоскости.
Рулевой привод, являясь частью рулевого управления автомобиля, обеспечивает не только возможность поворота управляемых колес, но и допускает колебания колес при наезде ими на неровности дороги. При этом детали привода получают относительные перемещения в вертикальной и горизонтальной плоскостях и на повороте передают усилия, поворачивающие колеса. Соединение деталей при любой схеме привода производят с помощью шарниров шаровых либо цилиндрических.
Основные типы рулевых механизмов
Рулевой
механизм должен обеспечивать легкий
поворот управляемых колес, что возможно
при большом передаточном числе рулевого
механизма. Однако при этом значительно
возрастает время, затрачиваемое на
поворот управляемых колес, что
недопустимо при современных скоростях
движения автомобилей. Например, для
поворота управляемых колес на 30° при
передаточном числе рулевого механизма
50 требуется свыше четырех оборотов
рулевого колеса и, следовательно,
соответствующее время. Поэтому
передаточное число рулевых механизмов
ограничивают определенными пределами.
Чтобы существенно уменьшить обратные удары на рулевом колесе от наезда на неровности дороги, что особенно важно при движении по прямой или при малых углах поворота рулевого колеса, иногда применяют рулевые механизмы, передаточное число которых не постоянно, а увеличивается в среднем положении механизма. Важным средством снижения обратных ударов на рулевом колесе являются уменьшение плеча обкатки.
В процессе работы рулевого механизма изнашиваются трущиеся поверхности, особенно те их части, которые работают в положении, соответствующем прямолинейному движению автомобиля, и при небольших поворотах. При износе рулевого механизма увеличивается свободный ход рулевого колеса, что снижает безопасность движения. Поэтому одним из важнейших требований к рулевым механизмам является возможность восстановления зазора и допустимого свободного хода рулевого колеса путем регулирования.
Рулевые
механизмы современных автомобилей
разделяют на червячные, винтовые и
шестеренные. В червячном рулевом
механизме момент передается от
червяка, закрепленного на рулевом валу,
к червячному сектору, установленному
на одном валу с сошкой. У многих рулевых
механизмов червяк выполняют глобоидным
(образующая глобоидного червяка — дуга
окружности), а зубья сектора заменяют
роликом, вращающимся на подшипнике.
В таком рулевом механизме сохраняется
зацепление на большом угле поворота
червяка, уменьшаются потери на трение,
и замедляется изнашивание пары. В
винтовом рулевом механизме вращение
винта преобразуется в прямолинейное
движение гайки, на которой нарезана
рейка, находящаяся в зацеплении с
зубчатым сектором. Сектор установлен
на общем валу с сошкой. Для уменьшения
трения в рулевом механизме и повышения
износостойкости соединения винта и
гайки часто осуществляют через шарики.
Передаточное число рулевого механизма
типа винт — гайка — сектор определяется
отношением радиуса начальной окружности
зубьев сектора к шагу винта.
К
шестеренным рулевым механизмам относятся
механизмы с цилиндрическими или
коническими шестернями, а также реечные
рулевые механизмы.
Реечные рулевые механизмы получают широкое применение на легковых автомобилях.
Конструкция рулевых механизмов. Рулевой механизм, показанный на рис. 1, выполнен в виде глобоидного червяка 5 и находящегося с ним в зацеплении трехгребневого ролика 8. Червяк установлен в чугунном картере 4 на двух конических роликовых подшипниках 6. Беговые дорожки для роликов обоих подшипников сделаны непосредственно на червяке. Наружное кольцо верхнего подшипника запрессовано в гнезде картера. Наружное кольцо нижнего подшипника, установленного в гнезде картера со скользящей посадкой, опирается на крышку 2, привернутую к картеру болтами. Под фланцами крышки поставлены прокладки 3 различной толщины для регулирования предварительного натяга подшипников.
Рис. 1: Рулевой механизм с глобоидным червяком и трехгребневым роликом
Червяк
имеет шлицы, которыми он напрессован
на вал. В месте выхода вала из картера
установлен сальник. Верхняя часть вала,
имеющая лыску, входит в отверстие фланца
вилки карданного шарнира 7, где закрепляется
клином. Через карданный шарнир рулевая
пара связана с рулевым колесом.
Вал 9 сошки установлен в картер через окно в боковой стенке и закрыт крышкой 14. Опорой вала служат две втулки, запрессованные в картер и крышку. Трехгребневый ролик 8 размещен в пазу головки вала сошки на оси с помощью двух роликовых подшипников. С обеих сторон ролика на его ось поставлены стальные полированные шайбы. При перемещении вала сошки изменяется расстояние между осями ролика и червяка, чем обеспечивается возможность регулирования зазора в зацеплении.
На
конце вала 9 нарезаны конические шлицы,
на которых гайкой закреплена рулевая
сошка 1. Выход вала из картера уплотнен
сальником. На другом конце вала рулевой
сошки имеется кольцевой паз, в которой
плотно входит упорная шайба 12. Между
шайбой и торцом крышки 14 находятся
прокладки 13, используемые для регулирования
зацепления ролика с червяком. Упорную
шайбу с комплектом регулировочных
прокладок закрепляют на крышке картера
гайкой 11. Положение гайки фиксируют
стопором 10, привернутым к крышке болтами.
Зазор в зацеплении рулевой передачи переменный: минимальный при нахождении ролика в средней части червяка и увеличивающийся по мере поворота рулевого колеса в ту или другую сторону.
Такой характер изменения зазора в новой рулевой передаче обеспечивает возможность неоднократного восстановления необходимого зазора в средней, наиболее подверженной изнашиванию зоне червяка без опасности заедания ролика на краях червяка.
Рулевой
механизм с цилиндрическим червяком и
боковым сектором применяется на
автомобилях КрАЗ-256. На конец трубчатого
вала 12 (рис. 2) напрессован червяк 4.
Опорами вала в картере 7 служат конические
роликовые подшипники 3 и 8, установленные
с предварительным натягом, который
регулируют прокладками 9. Зубья червячного
сектора 5 нарезаны на боковой поверхности,
выполненной как одно целое с валом
рулевой сошки. Вал поворачивается в
картере на двух игольчатых подшипниках
13 и 14. На конце вала имеется конусная
поверхность, на которой нарезаны мелкие
шлицы для крепления сошки.
Рис. 2: Рулевой механизм с цилиндрическим червяком и боковым сектором
Зацепление червяка с сектором выполнено так, что зазор в зацеплении увеличивается при повороте червяка в обе стороны от среднего положения.
Минимальный зазор в среднем положении определяется толщиной упорной шайбы 15, которая предохраняет вал от осевого перемещения.
Из винтовых рулевых механизмов на отечественных автомобилях получили распространение механизмы типа винт — шариковая гайка — сектор.
Установленный
на двух конических роликовых подшипниках
5 и 12 (рис. 3) винт 4 приводился во вращение
от вала рулевого механизма. На винте
нарезаны винтовые канавки полукруглого
профиля. Такие же канавки нарезаны в
гайке 8, свободно надетой на винт. При
совмещении канавок на винте и гайке
образуется винтовой канал, в который
заложены стальные шарики. В гайку
вставлены две направляющие трубки 2,
соединяющие концы винтовых каналов
со средней частью гайки. В трубках тоже
находятся шарики. Трубки и винтовые
каналы гайки образуют для шариков два
замкнутых самостоятельных желоба.
При вращении винта шарики, находящиеся
у торцов гайки, попадают в концы трубок
и перемещаются по ним к средней части
гайки, откуда по винтовым каналам снова
движутся к торцам гайки.
Рис. 3: Рулевой механизм типа винт — шариковая гайка — сектор
На поверхности гайки нарезана зубчатая рейка, находящаяся в зацеплении с зубчатым сектором 9. Зубчатый сектор выполнен как одно целое с валом рулевой сошки, проворачивающейся на трех игольчатых подшипниках 14-16. На одном конце вала закреплена сошка 13, другой конец соединен с регулировочным винтом 17, которым регулируют зазор в зацеплении наклонных зубьев сектора с рейкой.
На
рис. 4 показано рулевое управление с
реечным рулевым механизмом. При
повороте рулевого колеса 1 шестерня 2
перемещает рейку 3, от которой усилие
передается на рулевые тяги 5. Рулевые
тяги за поворотные рычаги 4 поворачивают
управляемые колеса. Реечный рулевой
механизм состоит из косозубой шестерни
2, нарезанной на рулевом валу 8 и косозубой
рейки 3. Вал вращается в картере б на
упорных подшипниках 10 и 14, натяг которых
осуществляют кольцом 9 и верхней крышкой
7. Упор 13, прижатый пружиной 12 к рейке,
воспринимает радиальные усилия,
действующие на рейку, и передает их
на боковую крышку 11, чем достигается
точность зацепления пары.
Рис. 4: Рулевое управление с реечным рулевым механизмом
Какой тип рулевого управления лучше всего подходит для какого автомобиля?
Тормоза и рулевое управление являются наиболее важными частями автомобиля , даже более важными, чем силовая передача. Автомобиль, катящийся вниз по склону без включенного двигателя, может оказаться такой же смертельной ловушкой, когда никто не может управлять им или остановить его. Первое, что нужно помнить о рулевом управлении, это то, что все дело в геометрии и долговечности компонентов . Прежде чем обсуждать, какой тип рулевого управления лучше всего подходит для того или иного транспортного средства, нам необходимо проанализировать существующие системы рулевого управления, сопутствующие проблемы и возможности их улучшения.
Есть две основные области: рычажный механизм и рулевой механизм . Устройства могут различаться, но большинство систем рычажных механизмов состоят из шаровых шарниров (наконечники поперечной рулевой тяги, рычаги управления), промежуточных звеньев (рулевой рычаг, также называемый «рулевым рычагом», тяга), резьбовых регулировочных втулок и звеньев.
Основные части типичной системы передних рычажных механизмов [1] , ступица колеса, дисковый тормоз, рулевой рычаг и наконечник рулевой тяги [2]
Существует два основных узла рулевого управления: циркулирующие шарикоподшипники и реечная шестерня. Система рециркуляционных шарикоподшипников содержит «бесконечный ремень» из шарикоподшипников, которые служат для уменьшения трения между валом рулевого колеса и основным рычажным механизмом — рычагом сошки — в узле рычажного механизма.
Типовой шаровой узел с рециркуляцией на конце рулевого вала [3]
Реечное рулевое управление состоит из прямого зубчатого стержня (рейки) и шестерни (шестерни), которая катит стержень вперед и назад.
Концепция зубчатой рейки [4]
Шина крепится к рулевым тягам, которые соединяются с колесом, как показано на следующей схеме типовой сборки зубчатой рейки и шестерни.
Рулевой механизм – реечный [5]
Основное преимущество узла рециркуляции шариков заключается в том, что шарикоподшипники значительно снижают трение. Люфт рулевого колеса есть и регулируется, как правило, болтом со шлицем с фиксирующей гайкой, закрепленным сверху на корпусе. Реечная передача, хотя и дает водителю ощущение непосредственного управления автомобилем, не регулируется. По мере износа зубчатой рейки и шестерни ее необходимо заменить.
ХОТИТЕ УЗНАТЬ БОЛЬШЕ ПО ЭТОЙ ТЕМЕ? -> СКАЧАТЬ БЕСПЛАТНО ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ, СТАТЬИ И ИНТЕРВЬЮ |
Оцените:
Нравится:
Нравится Загрузка…
Система рулевого управления – CarAdvise
Система рулевого управления За последние несколько лет автомобильная промышленность стала ближе к самообслуживанию вождения автомобилей. Тем не менее, нам, возможно, придется подождать некоторое время, пока это не станет реальностью, а пока нам придется полагаться на автомобили с системой рулевого управления.
Способы проектирования и реализации систем рулевого управления претерпели значительные изменения с годами. Давайте рассмотрим все виды систем рулевого управления и из чего они состоят, а также концепцию гидроусилителя руля и принцип работы центровки.
Основы системы рулевого управления
На самом базовом уровне система рулевого управления предназначена для преобразования усилия вращения рулевого колеса в движение передних колес. Карты — отличный пример простой системы рулевого управления. От рулевого колеса вниз идет вал, который соединяется с небольшим рычагом внизу. К маленькому рычагу прикреплены наконечники рулевых тяг, по одному выходу на каждое колесо. Когда вы поворачиваете рулевое колесо, движение передается на концы рулевой тяги, которые, в свою очередь, приводят в движение колеса.
Система рулевого управления вашего автомобиля работает так же, как и картинг, только немного сложнее. Рулевое колесо крепится к рулевой колонке, которая соединена с рулевым механизмом. Рулевой механизм перемещает компонент, известный как шатун, который соединяется с несколькими концами поперечной рулевой тяги. Как и в картинге, наконечники рулевой тяги соединены с каждым колесом и поворачиваются при повороте руля, передавая движение на передние колеса.
Ваши колеса установлены на металлических компонентах, называемых шпинделями. Эти шпиндели крепятся между концами рулевой тяги и колесом. Они двигаются, когда их толкает и тянет рулевая тяга, заставляя ваши колеса поворачиваться по мере необходимости. Они закреплены шаровыми шарнирами, что позволяет шпинделям перемещаться, не нарушая выравнивания автомобиля.
Типы систем рулевого управления
Рулевое управление с реечной передачей
В большинстве легковых или грузовых автомобилей используется система рулевого управления с реечной передачей. Эта простая система состоит из двух основных частей: рейки, горизонтального куска металла с зубьями на верхней стороне, и ведущей шестерни, круглой шестерни на конце рулевого вала, которая сцепляется с зубьями рейки. Эта механическая система обычно устанавливается внутри трубы. Когда вы поворачиваете руль, рулевой вал и ведущая шестерня поворачиваются вместе с ним. Это затем сдвинет рейку в ту или иную сторону, заставляя концы поперечной рулевой тяги перемещать шпиндели и колеса в нужном направлении.
Количество зубьев на ведущей шестерне также влияет на управляемость. Меньшее количество зубьев облегчит поворот руля, но для совершения крутого поворота потребуется больше оборотов. Больше зубов даст вам более быстрый крутой поворот, но потребует немного больше силы для завершения. В большинстве современных автомобилей эта система рулевого управления сочетается с системой рулевого управления с усилителем, чтобы уменьшить усилие, необходимое для выполнения поворотов.
Реечное рулевое управление с усилителем
Как уже упоминалось, многие современные автомобили, использующие реечное рулевое управление, также будут оснащены системой рулевого управления с усилителем. Эта пара известна как реечное рулевое управление с усилителем. Эта система включает в себя цилиндр и поршень, расположенный на рейке. Поршень соединен с магистралями гидроусилителя руля с обеих сторон. Трубопроводы обеспечивают путь для подачи жидкости гидроусилителя рулевого управления от насоса гидроусилителя рулевого управления, расположенного снаружи рейки. Когда вы поворачиваете руль, поворотный клапан на насосе гидроусилителя руля направляет больше жидкости гидроусилителя руля на эту конкретную сторону поршня, что помогает облегчить рулевое управление. При движении по прямой поворотный клапан обеспечивает одинаковое давление с обеих сторон поршня.
В более продвинутых системах величина давления жидкости может изменяться в зависимости от дополнительных факторов, таких как скорость автомобиля, сила поворота или вес/нагрузка автомобиля. В результате усилителя вы можете легче поворачивать при движении на низких скоростях (например, при парковке) и иметь больший контроль при движении на скоростях по шоссе.
Рулевое управление с рециркуляцией шариков
До появления рулевого управления с усилителем предпочтительной системой рулевого управления было рулевое управление с рециркуляцией шаров. Система рециркуляции шаров выполняет те же задачи, что и реечная система, но с некоторыми ключевыми отличиями. Вместо зубьев в системе рециркуляции шариков используется червячная передача — длинная спираль, похожая на болт. Эта система по-прежнему имеет рулевой вал, который вращается при вращении рулевого колеса, только теперь вал вращает червячную передачу вместо шестерни. Червячная передача вставлена внутрь металлической коробки с зубьями в ней. Затем зубья металлического блока передают движение секторной шестерне – шестерне, у которой зубья только с одной стороны.
Затем секторная шестерня поворачивает рычаг, известный как шатун, который прикрепляется к рулевой тяге. Эта связь состоит из внутренних и внешних тяг, соединенных со шпинделями, которые завершают вращательное движение. Внутри металлического блока находится множество крошечных шарикоподшипников. Шариковые подшипники уменьшают трение между червячной передачей и зубьями, а также устраняют люфт между болтами и резьбой. Отсюда и пошло название «рециркулирующий шар».
Компоненты гидроусилителя руля также можно комбинировать с системой рециркуляции шаров для усиления рулевого управления. Это работает аналогично реечной системе с усилителем, где жидкость для гидроусилителя руля под давлением подается на определенную сторону блока, чтобы облегчить рулевое управление в этом направлении.
Рулевое управление с электроусилителем
Самая экологичная и экономичная система рулевого управления из всех систем рулевого управления с электроусилителем использует электродвигатель, который заменяет насос гидроусилителя в традиционной системе рулевого управления с усилителем. Этот электродвигатель крепится либо к реечному узлу, либо непосредственно к рулевому валу. Используя различные датчики, внутренний компьютер определяет, в каком направлении водитель хочет повернуть, и приводит в действие двигатель, чтобы предложить помощь в этом направлении. Поскольку насос гидроусилителя рулевого управления заменяется, гидроусилитель рулевого управления доступен без какой-либо дополнительной мощности двигателя, как в стандартных системах гидроусилителя рулевого управления. Отзывчивость систем рулевого управления с электроусилителем также можно регулировать во время движения, обеспечивая оптимальное усилие рулевого управления всякий раз, когда это необходимо.
Развал-схождение
Независимо от того, какая система рулевого управления используется в вашем автомобиле, развал-схождение имеет решающее значение для функционирования вашего рулевого управления. Плохое выравнивание может вызвать множество проблем, включая, помимо прочего, увод автомобиля в одну сторону, отклонение автомобиля от центра после завершения поворота и отклонение в сторону после наезда на неровность. В системе рулевого управления различают три угла выравнивания: схождение, развал и кастер. Они взаимосвязаны и влияют на износ ваших шин и влияют на управляемость вашего автомобиля.
Схождение
Схождение регулирует и контролирует направление, в котором шины обращены относительно центра автомобиля. Это наиболее распространенный угол выравнивания, который нуждается в регулировке. Если он выключен, износ шин будет неравномерным. Вы также можете заметить, что ваш автомобиль тянет в одну сторону или издается визг шин или колес.
Развал
Развал регулирует вертикальный наклон шин. Отрицательный развал означает, что верхние части шин наклонены внутрь, тогда как положительный развал означает, что верхние части шин наклонены наружу. Плохой развал может изнашивать шины, шаровые шарниры, подшипники и шпиндели.
Кастер
Вы можете увидеть кастер вашего автомобиля сбоку – это угол оси поворота рулевого колеса. Хороший угол кастера способствует устойчивости при движении по прямой. Плохой угол кастера приведет к тому, что автомобиль будет чувствовать себя неустойчиво. Кастер автомобиля обычно не регулируется. Он устанавливается при изготовлении автомобиля, и его необходимо сбросить только после аварии или в случае чрезмерного износа рулевого управления и подвески.