Рулевое управление автомобиля
Знаете, как называется рулевое колесо у гоночного болида? Штурвал! А в наших автомобилях всего то – руль… Чувствуете разницу? Но оставим Шумахеру шумахерово, и поговорим что же такое рулевое управление, или рулевой механизм.
Система рулевого управления служит для управления автомобилем и обеспечения его движения в заданном направлении по команде водителя. Система включает в себя рулевой механизм и рулевой привод. Что бы представить себе работу рулевых механизмов разных поколений, я разделю объяснение на три части, именно столько их насчитывается в автомобилестроении.
Червячный рулевой механизм
Свое название получил из-за системы привода рулевой колонки, а именно червячной шестерни. В состав рулевой системы входят:
• Руль (думается объяснять не надо?)
• Рулевой вал с крестовиной, представляет собой металлический стержень, у которого с одной стороны расположены шлицы для фиксации руля, а с другой внутренние шлицы для крепления к рулевой колонке. Полная фиксация производится стяжной муфтой, которая обжимает место стыка вала и «червяка» привода колонки. В месте изгиба вала устанавливается кардан, при помощи которого передается боковое усилие вращения.
• Рулевая колонка, устройство, собранное в одном литом корпусе, в состав которой входят червячная ведущая шестерня и ведомая. Ведомая шестерня соединена жестко с рулевой сошкой.
• Рулевые тяги, наконечники и «маятник», совокупность этих деталей соединённых между собой при помощи шаровых и резьбовых соединений.
Работа рулевого механизма выглядит следующим образом: при вращении рулевого колеса, усилие вращения передается на червячный механизм колонки, «червяк» вращает ведомую шестерню, которая в свою очередь приводит в действие рулевую сошку. Сошка соединена со средней рулевой тягой, второй конец тяги крепится к маятниковому рычагу. Рычаг устанавливается на опоре и жестко крепится к кузову автомобиля. От сошки и «маятника» отходят боковые тяги, которые при помощи обжимных муфт соединены с рулевыми наконечниками. Наконечники соединяются со ступицей. Рулевая сошка, поворачиваясь, передает усилие одновременно на боковую тягу и на средний рычаг. Средний рычаг приводит в действие вторую боковую тягу и ступицы поворачиваются, соответственно колеса тоже.
Такая система была распространена на старых моделях «Жигулей» и «BMW».
Реечный рулевой механизм
Самая распространенная система в настоящее время.
Основные узлы это:
• Рулевое колесо (руль)
• Рулевой вал (то же что и в червячном механизме)
• Рулевая рейка – это узел, состоящий из зубчатой рейки, в движение которую приводит рулевая шестерня. Собранная в одном корпусе, чаще из легкого сплава, крепится непосредственно к кузову авто. На концах зубчатой рейки изготовлены резьбовые отверстия для крепления рулевых тяг.
• Рулевые тяги представляют собой металлический стержень, с одного конца у которого резьба, а со второй, шарнирное шаровое устройство с резьбой.
• Рулевой наконечник, это корпус с шаровым шарниром и внутренней резьбой, для вкручивания рулевой тяги.
При вращении рулевого колеса, усилие передается на шестерню, которая приводит в действие рулевую рейку. Рейка «выезжает» из корпуса влево или вправо. Усилие передается на рулевой рычаг с наконечником. Наконечник вставлен в ступицу, которую и поворачивает в дальнейшем.
Для уменьшения усилия водителя при вращении рулевого колеса, в реечное рулевое устройство были введены усилители руля, на них остановимся более подробно
Усилитель руля является вспомогательным устройством для вращения рулевого колеса. Различают несколько типов усилителей руля. Это гидроусилитель, гидроэлектроусилитель, электроусилитель и пневмоусилитель.
1. Гидроусилитель состоит из гидравлического насоса, в действие который приводит двигатель, системы шлангов высокого давления, и бачка для жидкости. Корпус рейки выполнен герметически, так как в нем находится жидкость гидроусилителя. Принцип действия гидроусилителя следующий: насос нагнетает давление в системе, но если руль стоит на месте, то насос просто создает циркуляцию жидкости. Стоит только водителю начать поворачивать руль, как перекрывается циркуляция, и жидкость начинает давить на рейку, «помогая» водителю. Давление направлено в ту сторону, в которую вращается «баранка».
2. В гидроэлектроусилителе система точно такая же, только насос вращает электромотор.
3. В электроусилителе применяется так же электромотор, но соединяется он непосредственно с рейкой или с рулевым валом. Управляется электронным блоком управления. Электроусилитель еще называют адаптивным усилителем из-за возможности прикладывания разного усилия к вращению рулевого колеса, в зависимости от скорости движения. Известная система Servotronic.
4. Пневмоусилитель это близкая «родня» гидроусилителя, только жидкость заменена на сжатый воздух.
Активная рулевая система
Самая «продвинутая» система управления в настоящее время, в состав входит:
• Рулевая рейка с планетарным механизмом и электродвигателем
• Блок электронного управления
• Рулевые тяги, наконечники
• Рулевое колесо (ну а как же без него?)
Принцип работы рулевой системы чем-то напоминает работу АКПП. При вращении рулевого колеса, вращается планетарный механизм, который и приводит в действие рейку, но вот только передаточное число всегда разное, в зависимости от скорости движения автомобиля. Дело в том, что солнечную шестерню снаружи вращает электродвигатель, поэтому в зависимости от скорости вращения изменяется передаточное число. На небольшой скорости коэффициент передачи составляет единицу. Но при большем разгоне, когда малейшее движение руля может привести к негативным последствиям, включается электромотор, вращает солнечную шестерню, соответственно необходимо руль довернуть больше при повороте. На маленькой скорости автомобиля электродвигатель вращается в обратную сторону, создавая более комфортное управление.
Весь остальной процесс выглядит, как и у простой реечной системы.
Ничего не забыли? Забыли, конечно! Забыли еще одну систему – винтовую. Правда, эта система больше похожа на червячный механизм. Итак – на валу проточена винтовая резьба, по которой «ползает» своеобразная гайка, представляет собой зубчатую рейку с резьбой внутри. Зубья рейки приводят в действие рулевой сектор, в свою очередь он предает движение сошке, ну а дальше как в червячной системе. Для уменьшения трения, внутри «гайки» расположены шарики, которые «циркулируют» во время вращения.
Рулевое колесо: описание,назначение,устройство,фото,видео
Изменение направления движения автомобиля осуществляется поворотом относительно его продольной оси управляемых колес, которыми, как правило, являются передние колеса.
Вследствие поворота управляемых колес вектор скорости каждого из них, параллельный продольной оси автомобиля, перестает совпадать с плоскостью вращения колес. В результате в контакте колес с дорогой возникают боковые силы, перпендикулярные плоскости вращения колес. Эти боковые силы заставляют управляемые колеса и автомобиль в целом отклоняться от прямолинейного движения и совершать поворот.
Рулевое управление обеспечивает необходимое направление движения автомобиля путем раздельного и согласованного поворота его управляемых колес. Совокупность механизмов, служащих для поворота управляемых колес, называется рулевым управлением.
Рулевое управление служит для изменения направления движения автомобиля. При неподвижной передней оси изменение направления движения автомобиля осуществляется поворотом передних управляемых колес.
Рулевое управление состоит из рулевого колеса, соединенного валом с рулевым механизмом, и рулевого привода. Иногда в рулевое управление включен усилитель.
Рулевым механизмом называют замедляющую передачу, преобразующую вращение вала рулевого колеса во вращение вала сошки. Этот механизм увеличивает прикладываемое к рулевому колесу усилие водителя и облегчает его работу.
Рулевым приводом называют систему тяг и рычагов, осуществляющую в совокупности с рулевым механизмом поворот автомобиля.
Для того чтобы при движении автомобиль совершил поворот без бокового скольжения колес, все они должны катиться по дугам разной длины, описанным из центра поворота “ О ” (рис.1). При этом передние управляемые колеса должны поворачиваться на разные углы. Внутреннее по отношению к центру поворота колесо должно поворачиваться на угол альфа-В, наружное — на меньший угол альфа-Н. Это обеспечивается соединением тяг и рычагов рулевого привода в форме трапеции. Основанием трапеции служит балка переднего моста автомобиля, боковыми сторонами являются левый и правый поворотные рычаги, а вершину трапеции образует поперечная тяга, которая соединяется с рычагами шарнирно. К рычагам жестко присоединены поворотные цапфы колес.
Рулевая колонка
Промежуточным звеном между рулевым колесом и механизмом является рулевая колонка, представленная рулевым валом. Часто он является шарнирным, что позволяет рациональнее использовать рулевое управление автомобиля и применять откидывающуюся кабину для грузовых автомобилей. Более того, шарнирный вал уменьшает травмоопасность колонки, уменьшая смещение рулевого колеса внутрь салона при аварии, не допуская сильного травмирования грудной клетки водителя.
Также в него могут быть встроены сминаемые элементы, складывающиеся при фронтальном ударе. А для защиты от угона может использоваться механическая или электрическая блокировка. Однако она не только защищает, но и порождает весьма неприятные неисправности рулевого управления. При окислении контактов в блоке elv возможно возникновение ложных сигналов блокировки. Самостоятельно производить замену не рекомендуется, поскольку происходит полная перепрошивка системы безопасности (даже для ключей, поэтому их надо будет принести с собой).
Рулевой механизм
От колонки усилие передается рулевому механизму (червячному, винтовому или реечному), который усилие увеличивает и передает приводу. Самый распространенный из них – реечный, т. к. большинство легковых автомобилей оборудовано именно им. Он состоит из:
3. Рулевого наконечника.
При вращении рулевого колеса усилие передается на шестерню, приводящую в действие рейку. Она, в свою очередь, поворачивается направо или налево, в зависимости от направления поворота рулевого колеса. При движении рейки поворачиваются и рулевые тяги и поворачивают колеса.
Реечный механизм отличает простота, надежность, жесткость и высокий КПД. В то же время он очень чувствителен к ударным нагрузкам от неровных поверхностей и склонен к вибрациям. Из-за вышеописанных особенностей подобная схема используется в основном на легковых автомобилях с передним приводом и независимой подвеской.
Существует и другая система рулевого управления, а именно – с червячным механизмом. Она состоит из глобоидного червяка (стержня с резьбой и переменным диаметром), соединенного с валом, и ролика. При вращении руля ролик обкатывает червяк, который вращает ведомую шестерню, приводящую в движение сошку. Она же, в свою очередь, перемещает рулевые тяги и с их помощью происходит поворот колес.
Червячный механизм намного сложнее реечного (и, естественно, дороже в производстве), наличие большого количества соединений требует периодической регулировки, однако он менее чувствителен к ударным нагрузкам и обеспечивает большие углы поворота управляемых колес. Как следствие, заметно возрастает маневренность. Он применяется на легковых автомобилях повышенной проходимости, автобусах и небольших грузовых автомобилях. Также червячные механизмы устанавливались на старых отечественных автомобилях (подобное рулевое управление «ВАЗ» использовал при создании модели «Жигули»).
И, наконец, последний вид рулевых механизмов – винтовой. В его конструкцию входят:
— винт на валу рулевого колеса;
— перемещающаяся по винту гайка;
— нарезанная на гайке зубчатая рейка;
— соединенный с гайкой зубчатый сектор;
Винт и гайка соединяются с помощью шариков, что ведет к заметно меньшему износу.
При повороте руля винт вращается, перемещая гайку, шарики начинают циркулировать, в то время как гайка (с помощью рейки) перемещает зубчатый сектор. Вследствие этого перемещается сошка, и, как вы уже успели догадаться, с помощью тяг осуществляется поворот колес.
Этот механизм рулевого управления устанавливается на тяжелые грузовые автомобили и машины представительского класса.
ДАТЧИК УГЛА ПОВОРОТА РУЛЕВОГО КОЛЕСА – ПРИЗНАК «УМНОГО» АВТОМОБИЛЯ
Одним из ярких примеров возложения на рулевое управление множества дополнительных функций является установка датчика угла поворота рулевого колеса. Для серийных автомашин практически всех именитых зарубежных марок, такой девайс стал очень необходимым. Ведь вращение руля связано с огромным количеством электронных устройств.
Устанавливается датчик в блоке подрулевого управления, иногда инсталлируется в рулевой механизм. Это устройство помогает получить информацию о направлении движения автомобиля, скорости вращения вала и так далее.
Сведения от датчика угла поворота, помогают в работе:
Конструкторами разработано множество совершенно разных по устройству и принципу работы, датчиков угла поворота рулевого колеса. Независимо от конструкции от этого устройства в значительной степени зависит комфорт и безопасность водителя и пассажиров.
Червячный тип рулевого механизма
Это самый древний тип рулевого управления. Система состоит из картера со встроенным винтом, получившим название «червяк». «Червяк» напрямую соединяется с рулевым валом. Помимо винта, в системе присутствует еще один вал с роликом-сектором. Вращение руля приводит к вращению «червяка» и последующему вращению ролика-сектора. К ролику-сектору присоединена рулевая сошка, связанная посредством шарнирного управления с системой тяг.
В результате работы этой системы тяг управляемые колеса поворачиваются, и автомобиль изменяет направление движения. Червячный тип рулевого механизма имеет ряд недостатков. Во-первых, это большая потеря энергии за счет большого трения внутри механизма. Во-вторых, отсутствует жесткая связь между колесами и рулем. В-третьих, для того, чтобы изменить направление движения, нужно обернуть руль несколько раз, что не только выглядит несовременно, но и не соответствует существующим в мире стандартам управления. В настоящее время устройства червячного типа используются только в российских УАЗах, ВАЗах с задним приводом и ГАЗах.
Винтовой механизм по-другому называют «винт-шариковая гайка». Разрабатывая эту систему, конструкторы заменили «червяка» специальным винтом с присоединенной к нему шариковой гайкой. На внешней стороне гайки располагаются зубья, которые и входят в контакт с таким же, как и в предыдущей системе, роликом-сектором.
Для того чтобы уменьшить трение, разработчики предложили разместить между роликом-сектором и гайкой шариковые каналы. Благодаря такому решению удалось значительно уменьшить трение, увеличить отдачу и облегчить управление. Однако наличие все той же сложной системы тяг, большие размеры и неудобная форма винтового механизма привели к тому, что винтовая система была признана также неприспособленной к современным условиям. Однако некоторые известные автопроизводители до сих пор используют механизм «винт-шариковая гайка» при изготовлении машин с продольным двигателем. Подобные механизмы имеют автомобили Nissan Patrol, Mitsubishi Pajero и другие.
«Слабые звенья» рулевого управления
Как и любой другой механизм, рулевое управление время от времени ломается. Опытный водитель прислушивается к своему автомобилю и может определить наличие той или иной неисправности по характерным звукам.
Например, стуки или увеличение люфта рулевого колеса могут свидетельствовать о том, что в рулевом механизме ослаблено крепление картера, кронштейна маятникового рычага или рулевой сошки. Также это может быть признаком того, что шарниры рулевых тяг, передающая пара или втулка маятникового рычага пришли в негодность. Эти неисправности можно устранить при помощи нехитрых манипуляций: замены износившихся деталей, регулировки зацеплений или креплений.
В том случае, если при вращении руля ощущается чрезмерное сопротивление, можно говорить о том, что нарушилось соотношение углов установки передних колес или зацепление передающей пары. Также руль может туго двигаться при отсутствии смазки в картере. Следует устранить данные недостатки: долить смазку, сбалансировать углы установки, отрегулировать зацепление.
Измерение и регулировка люфта
Под рулевым люфтом имеется в виду расстояние, преодолеваемое рулем «свободно» (т. е. без отклика системы – поворачивания колес). Обычно для его измерения используется специальный прибор – люфтометр, но можно это сделать и с помощью обычного штангенциркуля.
1. Установите машину на ровную и не скользкую площадку.
2. Выставляем колеса так, как будто машина движется по прямой
3. Поворачиваем руль до тех пор, пока колеса не начнут двигаться.
4. Делаем на рулевом колесе пометку (мелом, изолентой и т. д.)
5. Затем вращаем в другую сторону и делаем еще одну пометку
6. Измеряем расстояние между метками штангенциркулем
Для каждого автомобиля существует свое предельное значение люфта, при превышении которого следует провести немедленную регулировку, иначе вскоре вас ждет ремонт рулевого управления.
Настройка производится с помощью винтов усиления шарниров карданчиков, которые находятся в рулевом валу.
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:
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:
В зависимости от вида усилителя, который предусматривает устройство рулевого управления, различают системы:
Рулевое управление современного автомобиля может быть дополнено следующими системами:
Требования к рулевому управлению автомобиля
Согласно стандарту, к рулевому управлению применяются следующие основные требования:
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:
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 автомобиля
Р улевое управление автомобиля — это совокупность механизмов, служащих, для поворота управляемых колес, обеспечивает движение автомобиля в заданном направлении. Передачу усилия поворота рулевого колеса к управляемым колесам обеспечивает рулевой привод. Для облегчения управления автомобилем применяют усилители руля, которые делают поворот руля легким и комфортным.
Устройство рулевого управления:
Устройство рулевого управления: Принцип работы рулевого управления
Каждое управляемое колесо установлено на поворотном кулаке, соединенном с передней осью посредством шкворня, который неподвижно крепится в передней оси. При вращении водителем рулевого колеса усилие передается посредством тяг и рычагов на поворотные кулаки, которые поворачиваются на определенный угол (задает водитель), изменяя направление движения автомобиля.
Механизмы управления, устройство
Рулевое управление состоит из следующих механизмов :
Устройство рулевого управления
Устройство рулевого привода:
Принципиальная схема. 1 – трубопроводы високого давления; 2 – механизм рулевой; 3 – насос усилительного механизма; 4 – шланг сливной; 5 – бак масляный; 6 – шланг всасывающий; 7 – шланг нагнетательный; 8 – механизм усилительный; 9 – шланги.
Рулевое управление автомобиля КамАЗ
Механизм рулевого управления автомобиля КамАЗ :
1 — реактивный плунжер; 2— корпус клапана управления; 3 — ведущее зубчатое колесо; 4 — ведомое зубчатое колесо; 5, 22 и 29— стопорные кольца; 6 — втулка; 7 и 31 — упорные колы к», 8 — уплотнительное кольцо; 9 и 15 — бинты; 10 — перепускной клапан; 11 и 28 — крышки; 12 — картер; 13 — поршень-рейка; 14 — пробка; 16 и 20— гайки; 17 — желоб; 18 — шарик; 19 — сектор; 21 — стопорная шайба; 23 — корпус; 24 — упорный подшипник; 25 — плунжер; 26 — золотник; 27— регулировочный винт; 30— регулировочная шайба; 32— зубчатый сектор вала сошки.
Рулевое управление автомобиля ЗИЛ;
1 — насос гидроусилителя; 2 — бачок насоса; 3 — шланг низкого давления; 4 — шланг высокого давления; 5 колонка; 6 — контактное устройство сигнала; 7 — переключатель указателей поворота; 8 карданный шарнир; 9 — карданный вал; 10 — рулевой механизм; 11 — сошка.
Рулевое управление автомобиля МАЗ-5335:
1 — продольная рулевая тяга; 2— гидроусилитель рулевого привода; 3 — сошка; 4 — рулевой механизм; 5— карданный шарнир привода рулевого управления; 6 — рулевой вал; 7— рулевое колесо; 8 — поперечная рулевая тяга; 9— левый рычаг поперечной рулевой тяги; 10 — поворотный рычаг.
Устройство и работа гидроусилителя и электроусилителя руля
Устройство и работа гидроусилителя и электроусилителя руля
Прошло много времени прежде, чем появилась альтернатива для уменьшения усилия на руле, и достигалось это за счет увеличения передаточного числа привода и диаметра банки. В этой статье мы разберем устройство и работу гидроусилителя (ГУР) и электроусилителя (ЭУР) руля. Рассмотрим принцип работы гидроусилителя и электроусилителя руля рулевого механизма автомобиля.
Разновидности и типы рулевых механизмов
Прежде, чем говорить об усилителях руля, давайте немного внимания уделим рулевому механизму. Одним из первоклассников рулевых механизмов стал рулевой механизм типа «червяк–ролик», работа которого основана на использовании шестеренчатой червяной пары, но данный тип механизма, можно сказать, уже остался в прошлом.
Широкое распространение получил реечный тип рулевого механизма, еще его называют «шестерня–рейка». Реечный рулевой механизм в основном используется на переднеприводных автомобилях с подвеской типа МакФерсон. Рулевой механизм типа «шестерня–рейка» обеспечивает удобное, легкое и точное управление автомобилем.
Преимущества и недостатки рулевого усилителя
Основное преимущество усилителя руля – уменьшение требуемого усилия при повороте рулевого колеса (особенно в процессе парковки, когда необходимо совершать большое количество оборотов). Вторым, но не менее важным преимуществом усилителя руля является важное свойство, обеспечивающее смягчение и ослабление ударов передаваемых от неровностей дороги к рулевому колесу. Представьте, как бы вам мешала вибрация на руле при управлении автомобилем.
Важной особенностью усилителя руля является его сбалансированная работа, которая должна обеспечить своевременную передачу усилия от рулевого механизма к рулевому колесу, и в то же время оставить необходимое реактивное усилие на руле, которое позволяет водителю чувствовать автомобиль во время движения.
Для достижения оптимальной работы усилителя руля необходимо обеспечить информативность рулевого привода, в тоже время, сохранив не тугое, удобное вращение рулевого колеса. На правильную работу усилителя руля влияют следующие факторы: производительность насоса, углы установки колес, геометрия и параметры передней и задней подвесок, характеристики и состояние шин, жесткость кузова.
Большинство производителей выбирают комфорт, жертвуя при этом информативностью рулевого механизма. Это объясняется использованием автомобиля в обыденных целях. Но, если вы заядлый автолюбитель, с определенными требованиями к управляемости, любите быструю и экстремальную езду, следует задуматься над этим вопросом более серьезно, правильно расставив приоритеты.
«При движении автомобиля на маленькой скорости руль должен поворачиваться легко, а при высокой скорости рулевое колесо должно быть упругим и информативным».
Для выполнения этой задачи используется специальное устройство – электрогидравлический модулятор давления, который при увеличении скорости получает сигнал, сформированный управляющим блоком, затем по этому сигналу ограничивает давление в рабочем контуре, что ограничивает влияние гидроусилителя на управление автомобилем.
В электроусилителе на торсионе стоит датчик, который передает сигнал на электронику, после чего ток требуемой силы и полярности подается на обмотку электромотора, который приводит в действие рулевой механизм через червячную передачу. Характеристика усилителя может изменяться в зависимости от сигналов датчика скорости.
Преимущества электроусилителя руля:
Электроусилитель руля потребляет энергию только при вращении рулевого колеса, что делает его более экономичным и эффективным. КПД электродвигателя выше, чем КПД гидравлического насоса.
На рисунке представлен реечный рулевой механизм с гидроусилителем. Расположение поршня гидроусилителя зависит от крепления тяг. Если тяги крепятся по бокам, поршень размещен посередине корпуса. Поршень может располагаться сбоку, если тяги крепятся к центральной части.
Насос гидроусилителя располагается на силовом агрегате и приводится в действие от ремня коленчатого вала. Насос ГУР предназначен для создания давления масла в системе и его циркуляции (простым языком для перекачивания масла из бачка в распределитель), с давлением от 50 до 10 атм.
Распределитель предназначен для распределения рабочей жидкости по системе (т.е. дозировано улучшает поворот управляемых колес в зависимости от усилия на руле). Распределители бывают роторные и осевые, которые отличаются движением золотника.
Роторный золотник – если золотник осуществляет вращательное движение.
Гидроцилиндр – элемент гидроусилителя, который приводит в действие поршень со штоком, повышая давления масла в системе.
Соединительные шланги – предназначены для хода рабочей жидкости по системе.
Бачок. Емкость с фильтром для хранения и очистки рабочей жидкости.
Как работает торсион
Если автомобиль движется прямо, никаких усилий к рулевому колесу прикладывать не надо, поэтому торсион не закручен, дозирующие каналы распределителя перекрыты, масло течет в бачок. Когда же автомобиль поворачивает, возникает сопротивление, сопротивление передается и торсион закручивается еще сильнее, пропорционально прикладываемому усилию к рулевому колесу. Золотник открывает дозирующие каналы, и масло начинает поступать в исполнительное устройство. Если рулевое колесо повернуто до упора, открываются предохранительные клапана, давление масла сбрасывается.
Принцип работы гидроусилителя
При повороте руля, происходит перемещение золотника. Переместившись, он перекрывает сливную магистраль и в одну из полостей цилиндра под давлением подается рабочая жидкость. В это же время поршень и шток под воздействием на них давления жидкости поворачивают колеса и корпус распределителя в сторону движения золотника. Корпус распределителя настигает золотник лишь тогда, когда тот прекращает свое движение. После этого поворот считается выполненным. После поворота (руль устанавливается в прямолинейное положение) и золотник возвращается в нейтральное положение и открывается магистраль для слива жидкости.
Рулевой механизм Active Steering с переменным передаточным отношением
Можно ли изменять передаточное отношение усилия на руле? Этот вопрос особенно актуален при движении автомобиля на высокой скорости, когда не требуется лишняя острота рулевого управления. Ведь небольшие изменения положения руля могут повлиять на движение автомобиля, что непременно заставит водителя волноваться. Чего не скажешь о парковке автомобиля, здесь все наоборот, хочется не крутить руль туда-сюда на большие углы.
Тут на помощь устанавливается рейка с переменным профилем: в нулевой зоне зубья треугольные, а ближе к краям — трапецеидальной формы. Шестерня входит с ними в зацепление с разным плечом, что помогает изменить передаточное отношение.
Устройство электроусилителя руля (ЭУР)
Электроусилитель руля (ЭУР)
ЭУР это усилители рулевого управления, которые работают с помощью электричества. Усилитель включает в себя торсион и датчик. Датчик служит для того, чтобы подавать ток на обмотку электромотора. Электромотор передает крутящий момент, используя червячную передачу.
Устройство ЭУР
1 — рулевая колонка; 2 — электронный усилитель; 3 — промежуточный вал; 4 — рулевой механизм типа рейка; 5 — устройство с торсионом; 6 — блок управления ЭУР; 7 — электронный привод, который включает в себя механизм типа винт—шарик—рейка.
Основные преимущества работы ЭУР:
— работа ЭУР не зависит от количества оборотов двигателя автомобиля,
— возможность саморегулировки
— на работу ЭУР не влияет температура окружающей среды
— экономичность:
1) усилитель руля (ЭУР) выступает как потребитель энергии только во время вращения рулевого колеса.
2) высокий КПД электродвигателя.
Высокая надежность работы ЭУР обеспечивается: отсутствием шлангов и ремней, не используются прокладок и и сальники. А самое главное нет потребности в дополнительных жидкостях. В отличие от гидроусилителей рулевого управления ЭУР не требует доливки рабочей жидкости и ее замены.
Устройство насоса гидроусилителя
Устройство насоса гидроусилителя
Устройство рулевого управления
и тормозной системы автомобиля
Насос гидроусилителя должен быть высокопроизводительным, чтобы уже при невысокой частоте вращения коленчатого вала двигателя обеспечивать повороты рулевого колеса с требуемой быстротой. Насос имеет клиноременный привод от шкива коленчатого вала. Шкив насоса закреплен на наружном конце вала, установленного на игольчатом и шариковом подшипниках. На валу насоса на шлицах посажен ротор, в пазы которого свободно вставлены лопасти. К корпусу насоса шпильками и болтами вместе с распределительным диском и крышкой прикреплен статор.
Работа насоса гидроусилителя
При вращении ротора лопасти, перемешаясь в его пазах, постоянно плотно прижимаются к криволинейной поверхности статора под действием центробежных сил и давления жидкости. Жидкость из корпуса попадает в пространство между лопастями и вытесняется ими в полость нагнетания. За один оборот ротора дважды происходит забор и нагнетание жидкости. Из полости нагнетания через отверстия распределительного диска, калиброванное отверстие и канал в крышке насоса жидкость поступает в нагнетательный шланг (трубопровод) гидроусилителя.
На верхней части корпуса насоса укреплен бачок для жидкости (масло), закрытый крышкой, в которой установлен сапун, поддерживающий давление внешней среды внутри бачка. Масло, заливаемое в бачок, проходит через сетчатый фильтр. В магистрали слива масла имеется также сетчатый фильтр и перепускной клапан, который срабатывает в случае засорения фильтра. В крышке насоса установлен перепускной клапан, имеющий отверстия для соединения с полостью нагнетания насоса.
При повышении частоты вращения коленчатого вала двигателя разность давлений на торцах перепускного клапана возрастает, так как с увеличением подачи масла в систему гидроусилителя повышается разность давлений в полости нагнетания насоса и в магистрали нагнетания. При чрезмерном увеличении подачи масла в систему гидроусилителя перепускной клапан перемещается вправо, сжимая пружину, и сообщает полость нагнетания с бачком.
Рулевой привод и рулевые тяги автомобиля
Для уменьшения уровня шума при работе насоса и снижения износа его деталей при большой частоте вращения коленчатого вала двигателя масло, проходя перепускной клапан, принудительно направляется обратно в полость корпуса насоса и в канал всасывания. Для этого имеется коллектор, внутренний канал которого соединен с полостью бачка.
Внутри перепускного канала есть седло с установленным в нем предохранительным клапаном, который открывается при достижении давления масла 6,5—7 МПа и перепускает его из нагнетательного канала в бачок.
На грузовых автомобилях особо большой грузоподъемности, движение которых без усилителя рулевого привода невозможно, обычно применяют дополнительный, аварийный привод насоса от электродвигателя. Он автоматически включается при аварийной остановке двигателя автомобиля.
Техническое состояние механизма рулевого управления оказывает существенное влияние на безопасность движения автомобиля, поэтому правильной эксплуатацией механизма рулевого управления и своевременному регулированию необходимо уделять самое серьезное внимание. Не допускается, к примеру, эксплуатация автомобиля, если свободный ход рулевого колеса превышает 25° В этом случае эксплуатация автомобиля затруднена и износ деталей механизма рулевого управления значителен.
Для повышения надежности и упрощения обслуживания элементов механизма рулевого управления конструкция привода предусматривает частичное или даже полное отсутствие регулировок шарнирных узлов рулевого привода. Детали механизма рулевого управления изготовляются с большой точностью и подвергаются термообработке.
Устройство насоса гидроусилителя рулевого привода автомобиля ЗИЛ:
1 и 13 — перепускные клапаны; 2 и 20 — сетчатые фильтры; 3 — корпус насоса; 4 — шарикоподшипник; 5 — уплотнительная муфта; 6 — вал насоса; 7 — игольчатый подшипник; 8 — статор; 9 — ротор; 10 — распределительный диск; 11 — калиброванное отверстие; 12 — крышка насоса; 14 — седло предохранительного клапана; 15 — пружина; 16 — предохранительный клапан; 17 — коллектор; 18 — бачок; 19 — резиновая прокладка; 21 — сапун; 22 — крышка бачка; 23 — шайба; 24 — гайка-барашек; 25 — резиновое кольцо; 26 — шкив; 27— лопасть.
Конструкция гидроусилителя
Конструкция гидроусилителя
Устройство насоса гидроусилителя
рулевого привода автомобиля ЗИЛ
Если на управляемые колеса приходится большая нагрузка (грузовые автомобили большой и средней грузоподъемности и автобусы), то управление автомобилем затрудняется необходимостью приложения к рулевом)’ колесу значительного усилия. В тех случаях, когда работа водителя не может быть облегчена увеличением передаточного числа механизма рулевого управления, конструкция предусматривает применение усилителей. Усилители руля увеличивают маневренность автомобиля, повышают безопасность движения, так как позволяют сохранить управляемость автомобилем даже в случае разрыва шины на одном из передних колес, уменьшают усилие, затрачиваемое водителем при повороте управляемых колес, и смягчают толчки, передающиеся на рулевое колесо при движении автомобиля по неровной дороге. При применении усилителя несколько ухудшается стабилизация управляемых колес и больше изнашивается шина (из-за высокой его чувствительности).
Усилители бывают электрические усилители, пневматические и гидравлические. Электрические усилители показывают хорошие результаты, но в настоящее время только выходят из стадии лабораторных исследований и разработок, а пневматические оказались неприемлемыми ввиду большой упругой податливости рабочего тела — воздуха, приводившей к запаздыванию срабатывания усилителя и возникновению в рулевом управлении недопустимых колебательных процессов. Поэтому в настоящее время широко применяют гидравлические усилители. Гидравлический усилитель может быть встроенным в механизм рулевого управления и отдельным.
В общем случае гидравлический усилитель состоит из источника энергии (гидронасоса), распределителя, исполнительного устройства (силового цилиндра).
Требования, предъявляемые к конструкции гидроусилителя :
• должны обеспечивать следящее действие как по силе, так и по перемещению рулевого колеса (сила перемещения рулевого колеса должна быть пропорциональна силе сопротивления повороту и углу поворота управляемых колес);
• в случае выхода из строя усилителя — управление автомобилем не должно нарушаться;
• минимальное время срабатывания;
• минимальное препятствие стабилизации управляемых колес;
• усилитель не должен включаться от толчков дороги.
По месту установки элементов усилителя различают четыре типа конструкций.
Типы конструкций усилителей рулевого привода
Первый тип — элементы расположены близко к рулевому колесу — высокая чувствительность, минимальная длина трубопроводов, компактность (автомобили марок «ЗИЛ», «КамАЗ»).
Второй тип — силовой цилиндр и распределитель далеко от механизма рулевого управления, который установлен автономно — чувствительность ухудшается, большая длина трубопроводов (автомобили марок «МАЗ», «КрАЗ»).
Третий тип — автономное расположение всех элементов — чувствительность хуже, большая длина трубопроводов, но удобна в обслуживании (автомобиль ГАЗ).
Четвертый тип — механизм рулевого управления соединен с распределителем — чувствительность хорошая, большая длина трубопроводов (автомобиль Урал-4320).
Устройство рулевого управления
и тормозной системы автомобиля
Встроенный гидроусилитель автомобиля ЗИЛ. Корпус распределителя крепится к промежуточной крышке картера механизма рулевого управления. Золотник распределителя крепится между упорными шариковыми подшипниками на винте. Золотник представляет собой цилиндр с двумя проточками. Упорные шарикоподшипники стянуты гайкой с подложенной под нее конической пружиной шайбой, обращенной вогнутой стороной к шарикоподшипнику. Длина золотника больше отверстия для него в корпусе распределителя, вследствие чего золотник и винт могут перемещаться в осевом направлении примерно на 1 мм в каждую сторону от среднего положения. Шесть реактивных пружин с реактивными плунжерами с каждой стороны. Пружины стремятся удержать золотник в среднем (нейтральном) положении. Если возникающая при вращении винта осевая сила больше силы предварительного сжатия реактивных пружин, то винт и золотник смещаются вправо или влево (на 1 мм) в зависимости от направления вращения винта, сообщая одну из полостей картера (силового цилиндра) механизма рулевого управления с магистралью высокого давления, а другую со сливным каналом. Масло под давлением (в современных усилителях используется давление 7—15 МПа) воздействует на тот или другой торец поршня рейки, создавая дополнительное усилие, способствующее повороту вправо или влево управляемых колес. При среднем (нейтральном) положении золотника жидкость из наcoca, заполнив обе полости силового цилиндра, вытекает через золотник в бачок гидронасоса.
При повороте вправо винт, выкручиваясь из поршня-рейки, вследствие сопротивления, возникающего при повороте колес, стремится сдвинуться в осевом направлении. Как только сдвигающая сила будет больше силы предварительно сжатых пружин реактивных плунжеров, золотник переместится вправо, соединяя магистраль высокого давления с полостью вправо от поршня, а полость слева от поршня со сливным каналом. Поршень-рейка перемещается под действием усилий, возникающих при выкручивании винта и от давления жидкости.
В случае поворота колес автомобиля влево золотник под аналогичным воздействием перемещается также влево, соединяя полость слева от поршня с магистралью высокого давления, а полость справа от поршня со сливным каналом.
Увеличение сопротивления повороту колес, оказываемое дорогой, вызывает повышение давления в рабочей полости картера и под реактивными плунжерами. Чем больше сопротивление повороту колес, тем с большей силой золотник стремится вернуться в среднее положение. Одновременно с этим возрастает и усилие на рулевом колесе, благодаря чему у водителя возникает «чувство дороги».
Работа гидроусилителя рулевого привода автомобиля ЗИЛ-4331:
a — нейтральное положение; б — перемещение золотника вправо; в — перемещение золотника влево; 1 и 7 — перепускные клапаны; 2 — сапун; 3 и 4 — сетчатые фильтры; 5 — коллектор; 6 — насос; 8 — предохранительный клапан; 9 и 10 — демпфирующие отверстия; 11 — калиброванное отверстие; 12 — шариковый клапан; 13 — реактивный плунжер; 14 — золотник; 15 — винт механизма рулевого управления; 16 — вал сошки; 17 — картер механизма рулевого управления.
Если водитель перестает поворачивать рулевое колесо, то прекращается и поворот управляемых колес, так как винт перестает вращаться и поступающая в картер механизма рулевого управления жидкость перемешает поршень-рейку с винтом и золотником в исходное среднее положение, при котором прекращается действие жидкости на поршень-рейку.
В работе гидроусилителей автомобилей марок «ЗИЛ» и «КамАЗ» много общего, но конструкция гидроусилителя автомобилей марки «КамАЗ» имеет некоторые особенности. Распределитель расположен впереди углового редуктора. В центральном отверстии распределителя размещен золотник, вокруг которого в трех сквозных отверстиях расположено по два цилиндра с центрирующей пружиной между ними, а в трех глухих отверстиях расположено по одному плунжеру с пружиной. Наличие трех плунжеров в глухих отверстиях объясняется следующим. Жидкость, находящаяся в корпусе углового редуктора, действует на три торца реактивных плунжеров, находящихся в сквозных отверстиях, а также на кромку сечения винта по месту его уплотнения, а в полости слева под передней крышкой действуют лишь на торцы трех плунжеров. Чтобы обеспечить одинаковое реактивное усилие на рулевом колесе от давления жидкости при повороте как направо, так и налево со стороны углового редуктора расположены три дополнительных плунжера, общая площадь которых равна площади кромки сечения винта.
В одном из плунжеров встроен обратный клапан, который при отказе гидросистемы соединяет между собой магистрали высокого и низкого давления, обеспечивая работу рулевого управления без усилителя. Предохранительный клапан соединяет магистрали нагнетания и слива при давлении жидкости свыше 8 МПа, предохраняя насос от перегрева, а детали от перегрузок. Размещение предохранительного клапана в отдельной бобышке облегчает его регулировку и ремонт.
Отдельный гидроусилитель автомобиля МАЗ. Распределитель крепится к корпусу шаровых шарниров и силового цилиндра. Внутри корпуса распределителя имеются три кольцевых канавки: две крайние соединены между собой каналом и с магистралью нагнетания, средняя сообщает магистраль слива с бачком насоса. Две кольцевые канавки золотника соединяются каналами (Одна — с левой, другая — с правой стороны) с реактивными камерами, представляющими собой замкнутую полость. Шаровые пальцы сошки и продольной рулевой тяги закреплены в корпусе шаровых шарниров. Этот корпус фланцем скреплен с корпусом золотника. Шаровые пальцы зажаты пружинами между сферическими сухарями пробкой и регулировочной гайкой. Сухари удерживаются от вращения штифтами, а шаровые пальцы в сухарях могут поворачиваться в некоторых пределах. Внутри корпуса шаровых шарниров в осевом направлении может перемещаться стакан с закрепленным в нем шаровым пальцем сошки. Со стаканом перемещается и золотник, жестко соединенный с ним болтами. На корпус шаровых шарниров навернут силовой цилиндр, в котором помещен поршень со штоком. С одной стороны полость цилиндра закрыта пробкой, а с другой — крышкой. На конце штока имеется головка для его крепления в кронштейне рамы. Полости цилиндра, разделенные поршнем, соединены трубопроводами с каналами в корпусе распределителя, выходящими в полость между кольцевыми проточками.
Конструкция гидроусилителя автомобиля МАЗ
1 — гидроцилиндр; 2 — шток; 3 — нагнетательный трубопровод; 4 — поршень; 5, 31 и 32 — пробки; 6— корпус шаровых шарниров; 7 — регулировочная гайка зазора шарового шарнира продольной тяги; 8 — толкатель; 9 — шаровой палец продольной рулевой тяги; 10 — шаровой палец сошки; 11 — сливной трубопровод; 12 — крышка; 13 — корпус распределителя; 14 — фланец; 15 и 17 — трубопроводы; 16 — хомут крепления уплотнителя; 18 — масленка; 19— сухарь; 20 — стопорный винт; 21 — крышка гидроцилиндра; 22— винт; 23— внутренняя шайба крепления чехла; 24 — головка штока; 25 — шплинт; 26 — штуцер сливного трубопровода; 27— штуцер нагнетательного трубопровода; 28 — держатель шлангов; 29 — регулировочная пробка зазора шарового шарнира сошки; 30 — золотник; 33 — стяжной болт; 34 — соединительный канал; 35 —стакан; 36 — обратный клапан.
Жидкость, подаваемая насосом по магистрали нагнетания в распределитель, заполняет две крайние кольцевые полости и в прямолинейном движении автомобиля, проходя между кромками золотника в центральную кольцевую полость, по трубопроводу возвращается в бачок насоса.
При повороте рулевого колеса шаровой палец сошки перемещает золотник в сторону от нейтрального (среднего) положения. Вследствие этого крайняя и центральная кольцевые полости разъединяются буртиком золотника и жидкость насосом подается в одну из полостей силового цилиндра, а из другой сливается в бачок. Под действием давления жидкости силовой цилиндр перемещает шаровой палец продольной рулевой тяги и весь золотниковый механизм. Через каналы в золотнике жидкость под давлением всегда передается в реактивные камеры, поэтому золотник стремится вернуться в нейтральное положение.
Работа гидроусилителя рулевого привода автомобиля МАЗ
Как только прекратится поворот рулевого колеса, золотник остановится, а корпус распределителя, продолжая двигаться под действием гидроцилиндра, установит золотник в нейтральное положение. Поворот управляемых колес автомобиля прекратится, так как жидкость начнет сливаться в бачок.
При увеличении сопротивления повороту колес автомобиля возрастает давление жидкости как в рабочей полости цилиндра, так и в реактивных камерах распределителя. При повышении давления золотник стремится вернуться в нейтральное положение. Поэтому водитель должен приложить к рулевому колесу большее усилие, что помогает обеспечить «чувство дороги» так же, как и при управлении автомобилем без усилителя. В корпусе распределителя установлен обратный клапан, перепускающий жидкость из одной полости гидроцилиндра в другую при неработающем гидроусилителе, что позволяет управлять автомобилем при неработающем двигателе (буксирование автомобиля). Следует отметить, что допускается лишь кратковременное управление автомобилем при неработающем усилителе, так как при этом на рулевом колесе, а следовательно, и во всех деталях механизма рулевого управления нагрузки могут быть значительные.