Конструкция и типы рулевого управления авто

Устройство и виды рулевого управления автомобиля

Рулевое управление — одна из основных систем автомобиля, которая представляет собой совокупность узлов и механизмов, предназначенных для синхронизации положения рулевого колеса (руля) и угла поворота управляемых колес (в большинстве моделей автомобилей это передние колеса). Основное назначение рулевого управления для любых транспортных средств — это обеспечение поворота и поддержание заданного водителем направления движения.

Устройство системы рулевого управления

Конструктивно система рулевого управления состоит из следующих элементов:

  • Рулевое колесо (руль) — предназначено для управления водителем с целью указания направления движения автомобиля. В современных моделях оно дополнительно оснащается кнопками управления мультимедийной системой. Также в рулевое колесо встраивается передняя подушка безопасности водителя.
  • Рулевая колонка — выполняет передачу усилия от руля к рулевому механизму. Она представляет собой вал с шарнирными соединениями. Для обеспечения безопасности и защиты от угона колонка может быть оснащена электрическими или механическими системами складывания и блокировки. Дополнительно на рулевой колонке устанавливается замок зажигания, органы управления светотехникой и стеклоочистителем ветрового стекла автомобиля.
  • Рулевой механизм — выполняет преобразование усилия, создаваемого водителем через поворот рулевого колеса и передает его приводу колес. Конструктивно представляет собой редуктор с некоторым передаточным отношением. Сам механизм соединяет с рулевой колонкой карданный вал рулевого управления.
  • Рулевой привод — состоит из рулевых тяг, наконечников и рычагов, выполняющих передачу усилия от рулевого механизма к поворотным кулакам ведущих колес.
  • Усилитель рулевого управления — повышает усилие, которое передается от руля к приводу.
  • Дополнительные элементы (амортизатор рулевого управления или «демпфер», электронные системы).

Стоит также отметить, что подвеска и рулевое управление автомобиля имеют тесную взаимосвязь. Жесткость и высота первой определяют степень отклика автомобиля на вращение рулевого колеса.

Виды рулевого управления

В зависимости от типа редуктора системы, рулевой механизм (система рулевого управления) может быть следующих видов:

  • Реечный — самый распространенный вид, используемый в легковых автомобилях. Этот вид рулевого механизма имеет простую конструкцию и отличается высоким КПД. Недостатки заключаются в том, что этот тип механизма чувствителен к возникающим ударным нагрузкам при эксплуатации в сложных дорожных условиях.
  • Червячный — обеспечивает хорошую маневренность автомобиля и достаточно большой угол поворота колес. Этот вид механизма меньше подвержен влиянию ударной нагрузки, но более дорогостоящий в изготовлении.
  • Винтовой — принцип работы похож на червячный механизм, однако он имеет более высокий КПД и позволяет создавать большие усилия.

В зависимости от вида усилителя, который предусматривает устройство рулевого управления, различают системы:

  • С гидравлическим усилителем (ГУР). Его основным достоинством является компактность и простота конструкции. Гидравлическое рулевое управление среди современных транспортных средств является одним из наиболее распространенных. Недостатком такой системы является необходимость контроля уровня рабочей жидкости.
  • С электрическим усилителем (ЭУР). Такая система рулевого управления с усилителем считается наиболее прогрессивной. Он обеспечивает простоту регулировки настроек управления, высокую надежность работы, экономный расход топлива и возможность управления автомобилем без участия водителя.
  • С электрогидравлическим усилителем (ЭГУР). Принцип действия данной системы аналогичен системе с гидравлическим усилителем. Главное отличие заключается в том, что насос усилителя приводится в действие электродвигателем, а не ДВС.

Рулевое управление современного автомобиля может быть дополнено следующими системами:

  • Активного рулевого управления (AFS) — система изменяет величину передаточного отношения в зависимости от текущей скорости. Она позволяет корректировать угол поворота колес и обеспечивает более безопасное и устойчивое движение на скользких поверхностях.
  • Динамического рулевого управления — работает аналогично активной системе, однако в конструкции в этом случае вместо планетарного редуктора используется электродвигатель.
  • Адаптивного рулевого управления для транспортных средств — главной особенностью является отсутствие жесткой связи между рулем автомобиля и его колесами.

Требования к рулевому управлению автомобиля

Согласно стандарту, к рулевому управлению применяются следующие основные требования:

  • Обеспечение заданной траектории движения с необходимыми параметрами поворотливости, поворачиваемости и устойчивости.
  • Усилие на рулевом колесе для осуществления маневра не должно превышать нормированного значения.
  • Суммарное число оборотов руля от среднего положения до каждого из крайних не должно превышать установленного значения.
  • При выходе из строя усилителя должна сохраняться возможность управления автомобилем.

Существует еще один стандартный параметр, определяющий нормальное функционирование рулевого управления — это суммарный люфт. Данный параметр представляет собой величину угла поворота руля до начала поворота управляемых колес.

Значение допустимого суммарного люфта в рулевом управлении должно быть в пределах:

  • 10° для легковых автомобилей и микроавтобусов;
  • 20° для автобусов и подобных транспортных средств;
  • 25° для грузовых автомобилей.

Особенности правостороннего и левостороннего руля

В современных автомобилях может быть предусмотрено правостороннее или левостороннее рулевое управление, что зависит от вида транспортного средства и законодательства отдельных стран. В зависимости от этого руль может располагаться справа (при левостороннем движении) или слева (при правостороннем).

В большинстве стран левостороннее рулевое управление (или правостороннее движение). Основное отличие механизмов не только в позиции руля, но и в рулевом редукторе, который адаптирован под различные стороны подключения. С другой стороны, переоборудование правостороннего руля на левостороннее рулевое управление все же возможно.

В некоторых видах спецтехники, например, в тракторах, предусматривается гидрообъемное рулевое управление, которое обеспечивает независимость положения руля от компоновки других элементов. В этой системе отсутствует механическая связь привода и рулевого колеса. Для выполнения поворота колес гидрообъемное рулевое управление предусматривает силовой цилиндр, которым управляет насос-дозатор.

Основные достоинства, которые имеет гидрообъемное рулевое управление для транспортных средств в сравнении с классическим рулевым механизмом с гидравлическим усилителем: необходимость приложения меньших усилий для выполнения поворота, отсутствие люфта, а также возможность произвольного расположения узлов системы.

Таким образом, ГОРУ может обеспечивать и правостороннее, и левостороннее рулевое управление. Это позволяет его устанавливать в транспортных средствах с особыми режимами эксплуатации (дорожно-строительные машины, уборщики).

Рулевое управление: назначение и виды

Рулевое управление служит для обеспечения движения автомобиля в заданном водителем направлении. Рулевое управление состоит из рулевого механизма и рулевого привода.

Рулевой механизм служит для увеличения и передачи на рулевой привод усилия, прилагаемого водителем к рулевому колесу. В легковых автомобилях в основном применяются рулевые механизмы червячного и реечного типа.

К достоинствам механизма «червяк-ролик» относятся: низкая склонность к передаче ударов от дорожных неровностей, большие углы поворота колес, возможность передачи больших усилий. Недостатками являются большое количество тяг и шарнирных сочленений с вечно накапливающимися люфтами, «тяжелый» и малоинформативный руль. Минусы в итоге оказались весомее плюсов. На современных автомобилях такие устройства практически не применяют.

Самый распространенный на сегодняшний день – реечный рулевой механизм. Малая масса, компактность, невысокая цена, минимальное количество тяг и шарниров – все это обусловило широкое применение. Механизм «шестерня-рейка» идеально подходит для переднеприводной компоновки и подвески McPherson, обеспечивая большую легкость и точность рулевого управления. Однако тут есть и минусы: из-за простоты конструкции любой толчок от колес передается на руль. Да и для тяжелых машин такой механизм не совсем подходит.

Рулевая трапеция

Рулевой привод предназначен для передачи усилия от рулевого механизма на управляемые колеса, обеспечивая при этом их поворот на неодинаковые углы. Если оба колеса повернуты на одинаковую величину, внутреннее колесо будет скрестись по дороге (скользить боком) что будет снижать эффективность рулевого управления. Это скольжение, которое также создает дополнительный нагрев и износ колеса, может быть устранено с помощью поворота внутреннего колеса на больший угол, чем угол поворота внешнего колеса. При движении на повороте каждое из колес описывает свою окружность отличную от другой, причем внешнее (дальнее от центра поворота) колесо движется по большему радиусу, чем внутреннее. А, так как центр поворота у них общий, то соответственно внутреннее колесо необходимо повернуть на больший угол, чем внешнее. Это обеспечивается конструкцией так называемой «рулевой трапеции», которая включает в себя поворотные рычаги и рулевые тяги с шарнирами. Необходимое соотношение углов поворота колес обеспечивается подбором угла наклона рулевых рычагов относительно продольной оси автомобиля и длины рулевых рычагов и поперечной тяги.

Рулевой механизм червячного типа

Рулевой механизм червячного типа состоит из:
– рулевого колеса с валом,
– картера червячной пары,
– пары «червяк-ролик»,
– рулевой сошки.

В картере рулевого механизма в постоянном зацеплении находится пара «червяк-ролик». Червяк есть ни что иное, как нижний конец рулевого вала, а ролик, в свою очередь, находится на валу рулевой сошки. При вращении рулевого колеса ролик начинает перемещаться по винтовой нарезке червяка, что приводит к повороту вала рулевой сошки.

Червячная пара, как и любое другое зубчатое соединение, требует смазки, и поэтому в картер рулевого механизма заливается масло, марка которого указана в инструкции к автомобилю. Результатом взаимодействия пары «червяк-ролик» является преобразование вращения рулевого колеса в поворот рулевой сошки в ту или другую сторону. А далее усилие передается на рулевой привод и от него уже на управляемые (передние) колеса. В современных автомобилях применяется безопасный рулевой вал, который может складываться или ломаться при ударе водителя о рулевое колесо во время аварии во избежание серьезного повреждения грудной клетки.

Рулевой привод, применяемый с механизмом червячного типа включает в себя:
– правую и левую боковые тяги,
– среднюю тягу,
– маятниковый рычаг,
– правый и левый поворотные рычаги колес.

Каждая рулевая тяга на своих концах имеет шарниры, для того чтобы подвижные детали рулевого привода могли
свободно поворачиваться относительно друг друга и кузова в разных плоскостях.

Реечный рулевой механизм

В рулевом механизме «шестерня – рейка» усилие к колесам передается с помощью прямозубой или косозубой шестерни, установленной в подшипниках, и зубчатой рейки, перемещающейся в направляющих втулках. Для обеспечения беззазорного зацепления рейка прижимается к шестерне пружинами. Шестерня рулевого механизма соединяется валом с рулевым колесом, а рейка — с двумя поперечными тягами, которые могут крепиться в середине или по концам рейки. Данные механизмы имеют небольшое передаточное число, что дает возможность быстро поворачивать управляемые колеса в требуемое положение. Полный поворот управляемых колес из одного крайнего положения в другое осуществляется за 1,75…2,5 оборота рулевого колеса.

Рулевой привод состоит из двух горизонтальных тяг и поворотных рычагов телескопических стоек передней подвески. Тяги соединяются с поворотными рычагами при помощи шаровых шарниров. Поворотные рычаги приварены к стойкам передней подвески. Тяги передают усилие на поворотные рычаги телескопических стоек подвески колес и соответственно поворачивают их вправо или влево.

Основные неисправности рулевого управления

Увеличенный люфт рулевого колеса, а также стуки могут явиться следствием ослабления крепления картера рулевого механизма, рулевой сошки или кронштейна маятникового рычага, чрезмерного износа шарниров рулевых тяг или втулок маятникового рычага, износа передающей пары («червяк-ролик» или «шестерня-рейка») или нарушения регулировки ее зацепления. Для устранения неисправности следует подтянуть все крепления, отрегулировать зацепление в передающей паре, заменить изношенные детали.

Тугое вращение рулевого колеса может быть из-за неправильной регулировки зацепления в передающей паре, отсутствия смазки в картере рулевого механизма, нарушения углов установки передних колес. Для устранения неисправности необходимо отрегулировать зацепление в передающей паре рулевого механизма, проверить уровень и при необходимости долить смазку в картер, отрегулировать углы установки передних колес в соответствии с рекомендациями завода-изготовителя.

Уход за рулевым управлением

Всем известно выражение: «Лучшее лечение это – профилактика». Поэтому каждый раз, общаясь со своим автомобилем снизу (на смотровой яме или эстакаде), одним из первых дел следует проверить элементы рулевого привода и механизма. Все защитные резинки должны быть целы, гайки зашплинтованы, рычаги в шарнирах не должны болтаться, элементы рулевого управления не должны иметь механических повреждений и деформаций. Люфты в шарнирах привода легко определяются, когда помощник покачивает рулевое колесо, а вы на ощупь, по взаимному перемещению сочлененных деталей, находите неисправный узел. К счастью времена всеобщего дефицита прошли, и есть возможность приобрести качественные детали, а не те многочисленные подделки, которые выходят из строя через неделю эксплуатации, как это было в недавнем прошлом.

Читайте также:  Раскоксовка поршневых колец: для чего, как и чем

Решающую роль в долговечности деталей и узлов автомобиля играют стиль вождения, состояние дорог и своевременное обслуживание. Все это влияет и на срок службы деталей рулевого управления. Когда водитель постоянно дергает руль, крутит его на месте, прыгает по ямам и устраивает гонки по бездорожью – происходит интенсивный износ всех шарнирных соединений привода и деталей рулевого механизма. Если после «жесткой» поездки ваш автомобиль при движении стало уводить в сторону, то в лучшем случае вы обойдетесь регулировкой углов установки передних колес, ну а в худшем – затраты будут более ощутимы, так как придется заменить поврежденные детали. После замены любой из деталей рулевого привода или при уводе автомобиля от прямолинейного движения необходимо отрегулировать «сход-развал» передних колес. Работы по этим регулировкам следует проводить на стенде автосервиса с использованием специального оборудования.

Назначение и общее устройство рулевого управления автомобиля

Рулевое управление служит для изменения направления движения автомобиля. Изменяют направление при помощи поворота передних направляющих колес.

В рулевое управление входят рулевой механизм и рулевой привод.

Рулевой механизм

Рулевой механизм служит для передачи усилия от рулевого колеса к рулевой сошке.

Рулевой механизм состоит из рулевого колеса 9, рулевого вала 10, рулевой колонки 8, картера 6 с рулевой передачей и вала 5 рулевой сошки 4.

Рис. Схема рулевого управления: 1 — поворотный кулак; 2 — верхний рычаг левого поворотного кулака; 3 — продольная рулевая тяга; 4 — рулевая сошка; 5 — вал рулевой сошки; 6 — картер рулевого механизма; 7 — червяк; 8 — рулевая колонка; 9 — рулевое колесо; 10 — рулевой вал; 11 — ролик; 12 — поперечная рулевая тяга; 13 — наконечник поперечной тяги; 14 — нижняя тяга

На автомобилях применяются главным образом следующие типы рулевых передач: глобоидальный червяк с двух- или с трехгребневым роликом и червяк с боковым сектором.

Рулевая передача, состоящая из глобоидального червяка и ролика, устроена следующим образом. На нижнем конце рулевого вала 8 напрессован глобоидальный червяк 5 (червяк со специальной резьбой). Опорами для червяка служат два роликоподшипника 3. С червяком зацепляется своими гребнями ролик 10, сидящий на шариковых 14 или на игольчатых подшипниках на оси 15, смонтированной в прорези головки 16 вала 11 рулевой сошки 17.

Рис. Рулевая передача с глобоидальным червяком и двухгребневым роликом (автомобили ГАЗ-63 и ГАЗ-51 А): 1 — нижняя крышка картера; 2 — регулировочные прокладки; 3 — роликоподшипник червяка; 4 — картер; 5 — глобоидальный червяк; 6 — пробка заливного отверстия; 7 — верхняя крышка картера; 8 — рулевой вал; 9 — роликоподшипник вала сошки; 10 — двухгребневый ролик; 11 — вал рулевой сошки; 12 — бронзовая втулка; 13 — сальниковое уплотнение; 14 — шарикоподшипник ролика; 15 — ось ролика; 16 — головка вала сошки; 17 — рулевая сошка

При вращении рулевого колеса червяк заставляет находящийся с ним в зацеплении ролик вместе с рулевой сошкой поворачиваться относительно оси вала сошки. Вогнутая форма червяка обеспечивает правильное зацепление пары червяк — ролик в различных положениях рулевой сошки. Установка ролика на подшипниках качения уменьшает потери на трение и износ (при вращении червяка ролик не скользит по поверхности его резьбы, а перекатывается).

Рис. Рулевая передача с цилиндрическим червяком и боковым сектором (автомобили КрАЗ-214 и КрАЗ-219): 1 — сальниковое уплотнение подшипников червяка; 2 — роликоподшипник червяка; 3 — цилиндрический червяк; 4 — рулевой вал; 5 — пробка заливного отверстия; 6 — регулировочные прокладки; 7 — картер; 8 — боковой сектор; 9 — игольчатые подшипники; 10 — пробка сливного отверстия; 11 — сальник; 12 — рулевая сошка

Рулевая передача, состоящая из червяка и бокового сектора, показана на рисунке. Для этой передачи применяется цилиндрический червяк 3. Червяк напрессован на рулевой вал 4 и опирается на два роликоподшипника 2. Червяк находится в зацеплении со спиральными зубьями бокового сектора 8, который выполнен заодно с валом рулевой сошки и вращается в картере 7 на двух игольчатых подшипниках 9. Такого типа передачи применяются на автомобилях большой грузоподъемности, где через рулевое управление передаются большие усилия.

Рулевые передачи размещаются в литом картере, заполненном, маслом. В картере имеются обычно два отверстия: верхнее, закрытое пробкой 5, для заливки масла и нижнее, закрытое пробкой 10, для слива масла. Картер рулевого механизма крепится при помощи болтов к раме автомобиля.

Для обеспечения нормальной работы рулевой передачи в ней регулируются осевой зазор червяка в подшипниках и правильность зацепления передаточной пары.

Рулевая передача значительно облегчает работу водителя. Однако на автомобилях большой грузоподъемности усилие, которое должен прикладывать водитель к рулевому колесу, бывает настолько велико, что уменьшить его, только увеличив передаточное число в рулевой передаче, не удается. Поэтому на автомобилях типа КрАЗ-214 применяются специальные устройства — усилители рулевого управления, которые облегчают управление автомобилем и резко снижают усилие, необходимое для поворота рулевого колеса.

Рулевой привод

Рулевой привод служит для передачи усилия от рулевого механизма к управляемым колесам. Он состоит из рулевой сошки 1, продольной рулевой тяги 7, верхнего рычага 11 левого поворотного кулака, правого и левого нижних рычагов 24 поворотных кулаков 25 и поперечной рулевой тяги 14. Перечисленные детали соединены между собой шарнирно.

Рулевая сошка одним концом жестко связана с наружным концом вала, а другим через продольную рулевую тягу 7 шарнирно соединена с верхним рычагом 11 поворотного кулака 25 левого колеса. Крепление рулевой сошки к валу осуществляется на мелких конусных шлицах при помощи гайки.

Продольная рулевая тяга соединяется с рулевой сошкой и рычагом поворотного кулака при помощи шаровых пальцев 2, закрепленных на концах сошки и рычага. Шаровые пальцы входят в наконечники 5 продольной рулевой тяги, в которых установлены сухари 8. Сухари охватывают шаровые пальцы, под действием сжимающих пружин 4. Пробки 9, ввернутые в наконечники продольной рулевой тяги, дают возможность регулировать затяжку пружин и предохраняют пружины и сухари от выпадания из наконечников тяги. Чтобы пробки не могли самопроизвольно отвертываться, их шплинтуют. Ограничители 3 ограничивают предельное сжатие пружин сухарей при их регулировке. Наличие пружин в соединениях тяг способствует смягчению ударов, передающихся от колес автомобиля. Для защиты шаровых пальцев и сухарей от пыли и грязи места прохода шаровых пальцев в. наконечники тяг закрываются уплотнительными кольцами 10. Смазка к шаровым пальцам и сухарям подводится через масленки 6, установленные на наконечниках продольной рулевой тяги.

Рис. Рулевой привод (автомобиль ГАЗ-51А): 1 — рулевая сошка; 2 — шаровой палец; 3 — ограничитель пружин; 4 — пружина; 5 — наконечник продольной рулевой тяги; 6 и 19 — масленки; 7 — продольная рулевая тяга; 8 — сухари шарового пальца; 9 — пробка; 10 — уплотнительное кольцо; 11 — верхний рычаг поворотного кулака; 12 — гайка крепления рычага поворотного кулака; 13 — ограничитель поворота колес; 14 — поперечная рулевая тяга; 15 — наконечник поперечной рулевой тяги 16 — козырек уплотнительного кольца; 17 — стяжные болты; 18 — конический палец; 20 — пружина; 21 — шайба; 22 — пята конического пальца; 23 — вкладыш конического пальца; 24 — нижний рычаг поворотного кулака; 25 — поворотный кулак

Рычаги поворотных кулаков устанавливаются в отверстиях вилок кулаков на шпонках и крепятся гайками 12, которые затем шплинтуются. Рычаги поворотных кулаков автомобилей с ведущим передним мостом выполняются заодно с крышками подшипников шкворней. Соединение поперечной рулевой тяги с рулевыми рычагами выполнено также шарнирно. Наконечники крепятся на поперечной рулевой тяге при помощи резьбы (с одной стороны правая, с другой — левая) и стяжными болтами 17. Вращением этих наконечников можно изменять длину тяги и тем самым регулировать схождение передних колес.

Для соединения поперечной рулевой тяги с рычагами поворотных кулаков колес используются обычно саморегулирующиеся конические шарнирные соединения. Палец 18 поворотного рычага конической поверхностью прижимается к вкладышу 23 усилием пружины. 20. Вкладыш устанавливается в наконечник поперечной рулевой тяги и от повертывания стопорится винтом, входящим в паз вкладыша. Прижимная пружина верхним концом упирается в пяту 22 пальца, а нижним — в шайбу 21, закрепленную в наконечнике стопорным кольцом. По мере износа конических поверхностей пальца и вкладыша зазор между трущимися поверхностями выбирается перемещением пальца в осевом направлении под действием прижимной пружины.

На автомобилях повышенной проходимости шарнирное соединение поперечной рулевой тяги осуществляется с помощью пальцев и бронзовых втулок. Поперечная рулевая тяга таких автомобилей имеет вильчатые наконечники.

Правильным поворотом направляющих колес является только такой поворот автомобиля, при котором его колеса будут катиться по дороге без скольжения. А это возможно лишь в том случае, если направляющие колеса при повороте автомобиля будут поворачиваться на различные углы, причем внутреннее по отношению к центру поворота колесо должно поворачиваться на больший угол, чем наружное.

Одновременность поворота направляющих колес на необходимые углы обеспечивается рулевой трапецией, которую составляют передняя ось, рулевые рычаги и поперечная рулевая тяга. Правильные соотношения сторон и углов рулевой трапеции выбираются при конструировании автомобиля.

Рулевое управление автомобиля

Одной из основных систем, обеспечивающих безопасность передвижения на автомобиле, является рулевое управление. Назначение рулевого управления автомобиля — возможность менять направление движения, совершать повороты и маневры при объезде препятствий или обгоне. Эта составляющая также важна, как и тормозная система. Доказательством тому является предписание ПДД, эксплуатация автомобиля с неисправными указанными механизмами категорически запрещена.

Особенности узла и конструкция

На автомобилях используется кинематический способ смены направления движения, подразумевающий, что осуществление поворота происходит за счет смены положения управляемых колес. Обычно управляемой является передняя ось, хотя существуют и авто с так называемой системой подруливания. Особенность работы в таких авто заключается в том, что колеса задней оси тоже поворачиваются при изменении направления, хоть и на меньший угол. Но пока эта система широкого распространения не получила.

Помимо кинематического способа на технике используется еще и силовой. Особенность его заключается в том, что для совершения поворота колеса одной стороны притормаживаются, в то время, как с другой стороны они продолжают двигаться с прежней скоростью. И хоть этот способ изменения направления на легковых авто распространения не получил, на них он все же используется, но в несколько ином качестве – как система курсовой устойчивости.

Этот узел автомобиля состоит из трех основных элементов:

  • рулевая колонка;
  • рулевой механизм;
  • привод (система тяг и рычагов);

У каждой составляющей – своя задача.

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.

Читайте также:  WD-40 — что это и где применяется

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.

Рулевой механизм

Предназначен для преобразования вращения вала рулевой колонки в поступательные движения элементов привода.

Наибольшее распространение на легковых автомобилях получили механизмы типа «шестерня-зубчатая рейка». Ранее же использовался еще один вид – «червяк-ролик», который сейчас в основном используется на грузовых авто. Еще один вариант для грузовиков – «винтовой».

«шестерня-рейка»

Распространение тип «шестерня-рейка» получил благодаря сравнительно простому устройству рулевого механизма. Состоит этот конструктивный узел из трех основных элементов – корпус, в котором размещается шестерня и перпендикулярно ей – рейка. Между двумя последними элементами имеется постоянное зубчатое зацепление.

Работает этот вид механизма так: шестерня жестко связана с рулевой колонкой, поэтому она вращается вместе с валом. Из-за зубчатого соединения вращение передается на рейку, которая при таком воздействии смещается внутри корпуса в ту или иную сторону. Если водитель вращает рулевое колесо влево, взаимодействие шестерни с рейкой приводит к тому, что последняя перемещается вправо.

Зачастую на авто применяются механизмы «шестерня-рейка» с фиксированным передаточным числом, то есть диапазон поворота рулевого колеса для изменения угла колес одинаков при всех их положениях. Для примера, предположим, что для поворота колес на угол 15° необходимо сделать 1 полный оборот руля. Так вот, неважно, в каком положении находятся управляемые колеса (крайнее, прямолинейное), для поворота на указанный угол придется сделать 1 оборот.

Но некоторые автопроизводители устанавливают на свои авто механизмы с меняющимся передаточным числом. Причем достигается это достаточно просто – изменением угла положения зубьев на рейке в определенных зонах. Эффект от этой доработки механизма такой: если колеса стоят прямо, то для изменения их положения на те же 15° (пример) требуется 1 оборот. Но если они находятся в крайнем положении, то из-за измененного передаточного числа, колеса повернуться на указанный угол уже через пол-оборота. В результате диапазон поворота руля «от края до края» значительно меньше, чем в механизме с фиксированным передаточным числом.

Рейка с переменным передаточным числом

Помимо простоты устройства тип «шестерня-рейка» используется еще потому, что в такой конструкции возможна реализация исполнительных механизмов гидроусилителя (ГУР) и электроусилителя (ЭУР), а также электрогидравлического (ЭГУР).

«червяк-ролик»

Следующий тип – «червяк-ролик», менее распространен и на легковых авто сейчас практически не используется, хотя его можно встретить на автомобилях ВАЗ классического семейства.

В основе этого механизма положена червячная передача. Представляет червяк собой винт с резьбой особого профиля. Этот винт располагается на валу, соединенном с рулевой колонкой.

С резьбой этого червяка контактирует ролик, соединенный с валом, на который посажена сошка – рычаг, взаимодействующий с элементами привода.

Червячный рулевой механизм

Суть работы механизма такова: при вращении вала, винт вращается, что приводит к продольному перемещению ролика по его резьбе. А поскольку ролик установлен на валу, то это смещение сопровождается поворотом последнего вокруг своей оси. Это в свою очередь приводит к полукруговому движению сошки, которая и воздействует на привод.

От механизма типа «червяк-ролик» на легковых авто отказались в пользу «шестерни-рейки» из-за невозможности интегрировать в него гидроусилитель (на грузовых авто он все же имелся, но исполнительный механизм был вынесенным), а также достаточно сложной конструкции привода.

Винтовой тип

Конструкция винтового механизма – еще сложнее. В ней также имеется винт с резьбой, но контактирует он не с роликом, а со специальной гайкой, на внешней стороне которой нанесен зубчатый сектор, взаимодействующий с таким же, но сделанным на валу сошки. Также существуют механизмы с промежуточными роликами между гайкой и зубчатым сектором. Принцип же действия такого механизма практически идентичен червячному – в результате взаимодействия вал проворачивается и тянет сошку, а та в свою очередь – привод.

Винтовой рулевой механизм

На винтовой механизм можно установить гидроусилитель (гайка выполняет роль поршня), но на легковых авто он не применяется из-за массивности конструкции, поэтому и используется он только на грузовиках.

Привод

Привод в конструкции рулевого управления используется для передачи перемещения рейки или сошки на управляемые колеса. Причем в задачу этой составляющей входит изменение положения колес на разные углы. Обусловлено это тем, что колеса при повороте движутся по разным радиусам. Поэтому колесо с внутренней стороны при изменении траектории движения должно поворачиваться на больший угол, чем внешнее.

Конструкция привода зависит от используемого механизма. Так, если на авто используется «шестерня-рейка», то привод состоит всего лишь из двух тяг, соединенных с поворотным кулаком (роль которого выполняет амортизационная стойка) посредством шарового наконечника.

К рейке эти тяги могут крепиться двумя способами. Менее распространенным является жесткая фиксация их болтовым соединением (в некоторых случаях соединение осуществляется через сайлент-блок). Для такого соединения в корпусе механизма проделано продольное окно.

Более распространенный метод соединения тяг – жесткое, но подвижное соединение с концами рейки. Для обеспечения такого соединения на конце обеих тяг сделан шариковый наконечник. Посредством гайки этот шар прижимается к рейке. При передвижении последней тяга меняет свое положение, что и обеспечивает имеющееся соединение.

В приводах, где используется механизм «червяк-ролик», конструкция значительно сложнее и представляет собой целую систему рычагов и тяг, получивших называние рулевой трапеции. Так, к примеру, на ВАЗ-2101 привод состоит из двух боковых тяг, одной средней, маятникового рычага и поворотных кулаков с рычагами. При этом для обеспечения возможности изменения угла положения колеса поворотный кулак крепиться к рычагам подвески при помощи двух шаровых опор (верхней и нижней).

Большое количество составных элементов, а также соединений между ними делает такой тип привода более подверженным износу и возникновению люфтов. Этот факт — еще одна причина отказа от червячного механизма в пользу реечного.

«Обратная связь»

Стоит отметить, что в рулевом механизме существует еще и так называемая «обратная связь». Водитель не только воздействует на колеса, а посредством ее же получает информацию об особенностях движения колес по дороге. Проявляется это в виде вибраций, рывков, создания определенно направленных усилий на руле. Эта информация считается очень важной для правильной оценки поведения авто. Доказательством тому является тот факт, что в авто, оснащаемых ГУР и ЭУР, конструкторы сохранили «обратную связь».

Передовые разработки

Этот узел продолжают совершенствовать, так самыми последними достижениями являются системы:

  • Активного (динамического) рулевого управления. Она позволяет изменять передаточное число механизма в зависимости от скорости автомобиля. Также выполняет и дополнительную функцию – корректировка угла передних колес в поворотах и при торможении на скользкой дороге.
  • Адаптивного рулевого управления (управление по проводам). Это самая новая и перспективная система. В ней отсутствует прямая связь между рулем и колесами, всё работает за счёт датчиков и исполнительных устройств (сервоприводов). Большое распространение система ещё не получила по причине психологического и экономического факторов.

Система «рули по проводам»

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.

Что такое рулевое управление и как оно работает?

Первые автомобили, в частности, автомобиль Карла Бенца, который считается первым в мире серийным авто, были трехколесными. Почему? Да просто конструкторы не могли придумать, как заставить оба передних колеса синхронно поворачивать в одну сторону. Поэтому переднее колесо было одно, а вместо привычной сегодня «баранки» стоял рычаг.

Но такое положение вещей не продлилось долго. Следующие «самоходные телеги» уже имели 4 колеса и худо-бедно справлялись с маневрами. Так начало развиваться рулевое управление, назначение которого не изменилось за все годы существования автомобиля.

Устройство и принцип работы типичного рулевого управления

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

Устройство рулевого управления

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

Классификация рулевого управления

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

Тип редуктора «шестерня-рейка».

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

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

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

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

Читайте также:  Топливо для дизельных двигателей, его виды и характеристики

Тип редуктора «червяк-ролик».

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

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

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

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

Винтовой тип редуктора.

Устройство редуктора рулевого управления винтового типа

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

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

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

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

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

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

Основные неисправности рулевого управления

Конструкторы делают элементы рулевого управления из надежных износостойких материалов. Однако любая деталь имеет свой ресурс и свой запас прочности, так что рано или поздно в рулевом управлении начинают появляться неисправности и дефекты. Они достаточно типичные для большинства автомобилей.

  1. Износ шарниров рулевых тяг. По сути, любой шарнир в рулевом управлении – слабое место, особенно это касается конструкции рулевой трапеции. Однако рулевые тяги постоянно страдают от нагрузок, ударов и агрессивного вождения, и их шарниры выходят из строя чаще всего. Как только шарнирное соединение выходит из строя, оно дает о себе знать стуком во время выполнения поворота или просто езды по неровной дороге.
  2. Износ рулевых наконечников. Совершенно стандартная ситуация, поскольку рулевые наконечники считаются расходниками, особенно на наших дорогах. Шаровые шарниры защищены пыльниками и смазкой, но со временем вода попадает под пыльник, шарнир изнашивается и начинает люфтить. Водитель чувствует проблему как увеличение свободного хода руля и ухудшение управляемости. При появлении таких симптомов нужно поскорей принять меры. Замена рулевых наконечников – стандартная процедура, которую выполнят на любом СТО.
  3. Износ подшипника рулевой колонки. Такая поломка происходит редко, но требует срочных мер по устранению. Если подшипник изнашивается, рулевой вал начинает шататься, а водитель чувствует это как «биение руля». Лучше сразу обратиться в сервис, чем ставить на своей машине интересные опыты.
  4. Нарушение настроек колес. Неотбалансированные колёса будут ощущаться водителем как пульсация рулевого колеса при движении. Это не только доставляет дискомфорт, но и влияет на срок службы самих колес и смежных элементов.

Основные требования к рулевому управлению

Существуют стандартные требования, которые предъявляются к системе рулевого управления. Если система этим требованиям соответствует, ее можно считать исправной.

  1. Угол свободного хода руля. Это тот угол поворота, который делается «вхолостую», до начала поворота колес. В норме для легковых автомобилей он должен быть не боле 10 градусов, и если свободный ход постепенно увеличивается, это говорит о необходимости регулировки или ремонта.
  2. Система должна правильно «рулить»! То есть, нормально держать автомобиль при езде по прямой, точно выполнять маневры, не отклоняться от заданной траектории.
  3. Руль должен легко поворачиваться во время выполнения маневров. Усилители для того и придумали, чтобы на дороге водитель думал о дороге, а не о том, хватит ли ему сил на следующий поворот. Если управление тугое, требует значительных усилий, проблему нужно найти и решить.
  4. Строго выверенное число полных оборотов руля от среднего до крайнего положения. Для выполнения поворота водитель не должен выкручивать руль до бесконечности.
  5. Система должна работать даже после того, как отключится усилитель руля. В дороге может случиться всё, что угодно, в том числе утечка гидравлической жидкости или отказ электродвигателя в ЭУР. При этом автомобиль должен сохранить управляемость. Да, усилий это потребует больше, но и остановка будет там, где захочет водитель.

Принципиальные отличия между «левым» и «правым» рулем

В отношении праворульных автомобилей до сих пор ведутся споры. Сторонники утверждают, что те машины, которые делались японскими или английскими инженерами «как для себя», выше по качеству, чем аналогичные модели, но выпущенные на экспорт. Сложно сказать, действительно ли это так, но факт остается фактом: есть отдельная категория автолюбителей, которые предпочитают только машины с правым рулем.

Основное отличие рулевого управления автомобилей с правым рулем – зеркальное расположение элементов. Например, размещение редуктора на рулевой рейке. И сам редуктор рассчитан на другую сторону подключения.

А можно ли переделать праворульную машину на леворульную? Купить автомобиль с правым рулем и затем перенести руль влево можно, и есть даже СТО, которые специализируются на таких услугах. Но цена такого тюнинга немаленькая, поскольку «перекраивать» придется много. Это не просто руль на другой стороне, отличается очень многое, от зеркал до головного света.

Заключение

Рулевое управление – система достаточно живучая. Если не считать регулярную замену расходников, моно проездить на своей машине долгие годы и ни разу его не ремонтировать. Однако если случается проблема или просто какие-то странные постукивания-пошатывания не дают покоя, лучше не затягивать с визитом на СТО. В системе рулевого управления все элементы взаимосвязаны, и поломка одного ведет к поломке другого. Грамотная диагностика и своевременный ремонт уберегут от проблем и лишних расходов.

Общее устройство рулевого управления

Рулевое управление с гидроусилителем:
1 — рулевая сошка;
2 — продольная рулевая тяга;
3 — рулевой механизм;
4 — всасывающий шланг;
5 — сливной шланг;
6 — бачок;
7 — правая боковая рулевая тяга;
8 — правый маятниковый рычаг;
9 — поперечная рулевая тяга;
10 — входной вал рулевого механизма;
11 — нижний карданный шарнир;
12 — карданный вал;
13 — верхний карданный шарнир;
14 — вал рулевой колонки;
15 — рулевое колесо;
16 — левый маятниковый рычаг;
17, 21 — наконечники левой боковой тяги;
18 — хомут регулировочной трубки;
19 — левый рычаг рулевой трапеции;
20 — чехол шарнира;
22 — шарнир;
23 — нагнетательный шланг;
24 — насос гидроусилителя

Рулевое управление современных автомобилей с поворотными колесами включает в себя следующие элементы:
—рулевое колесо с рулевым валом (рулевой колонкой);
— рулевой механизм;
— рулевой привод (может содержать усилитель и (или) амортизаторы).
Рулевое колесо находится в кабине водителя и расположено под таким углом к вертикали, который обеспечивает наиболее удобный охват его обода руками водителя. Чем больше диаметр рулевого колеса, тем при прочих равных условиях меньше усилия на ободе рулевого колеса, но при этом уменьшается возможность быстрого поворота руля при выполнении резких маневров. Диаметр рулевого колеса современных легковых автомобилей лежит впределах 380–425 мм, тяжелых грузовых и автобусов — 440–550 мм, наименьшие диаметры имеют рулевые колеса спортивныхавтомобилей.
Рулевой механизм представляет собой механический редуктор, его основная задача — увеличение приложенного к рулевому колесу усилия водителя, необходимого для поворота управляемых колес. Рулевые управления без рулевых механизмов, когда водитель непосредственно поворачивает управляемое колесо, сохранились лишь на очень легких транспортных средствах, например, на мотоциклах. Рулевой механизм имеет достаточно большое передаточное число, поэтому для поворота управляемых колес на максимальный угол 30–45°необходимо сделать несколько оборотов рулевого колеса.

Шарнирный рулевой вал грузового автомобиля

Рулевой вал соединяет рулевое колесо с рулевым механизмом и часто выполняется шарнирным, что позволяет более рационально компоновать элементы рулевого управления, а для грузовых автомобилей применять откидывающуюся кабину.
Кроме того, шарнирный рулевой вал повышает травмобезопасность рулевого колеса при авариях, уменьшая перемещение рулевого колеса внутрь салона и возможность травмирования грудной клетки водителя.

Рулевой вал со сминаемыми при ударе элементами:
1 — вал до удара;
2 — вал в процессе смятия;
3 — полностью «сложенный» вал;
4 — максимальный ход рулевого вала

С этой же целью в рулевой вал иногда встраивают сминаемые элементы, а рулевое колесо покрывают относительно мягким материалом, не дающим при разрушении острых осколков.

Рулевой привод представляет собой систему тяг и шарниров, связывающих рулевой механизм с управляемыми колесами. Поскольку рулевой механизм закреплен на несущей системе автомобиля, а управляемые колеса при движении перемещаются на подвеске вверх и вниз относительно несущей системы, рулевой привод обязан обеспечить необходимый угол поворота колес независимо от вертикальных перемещений подвески (согласованность кинематики рулевого привода и подвески). В связи с этим конструкция рулевого привода, а именно количество и расположение рулевых тяг и шарниров, зависит от типа применяемой подвески автомобиля. Наиболее сложным рулевой привод имеют автомобили с несколькими управляемыми мостами.
Для дополнительного уменьшения усилий, необходимых для поворота рулевого колеса, в рулевом приводе применяют усилители рулевого управления. Источником энергии для работы усилителя является, как правило, двигатель автомобиля. Первоначально усилители применялись лишь на тяжелых грузовых автомобилях и автобусах, в настоящее время используются и на легковых.
Для смягчения рывков и ударов, которые передаются на рулевое колесо при движении по неровной дороге, в рулевой привод иногда встраивают гасящие элементы — амортизаторы рулевого управления. Конструкция указанных амортизаторов принципиально не отличается от конструкции амортизаторов подвески.

Ссылка на основную публикацию