Регулировка устройства
Регулировка рулевого механизма применяется для компенсации зазоров в механизмах «червяк-ролик» и «шестерня-рейка». В процессе эксплуатации в данных механизмах может появиться люфт, который может привести к быстрому износу элементов. Регулировать рулевой механизм необходимо только в соответствии с рекомендациями производителя и на специализированных СТО. Избыточное «зажатие» механизма может привести к его заклиниванию при повороте руля в крайние положения, что чревато потерей управления автомобилем с соответствующими последствиями.
Каждый узел и механизм автомобиля по-своему важен. Пожалуй, нет такой системы, без которой автомобиль мог бы нормально функционировать. Одна из таких систем – рулевой механизм. Наверное, это одна из самых важных частей машины. Давайте рассмотрим, как устроен этот узел, назначение его, элементы конструкции. А также научимся регулировать и ремонтировать эту систему.
Принцип работы реечной рулевой тяги
Реечный рулевой механизм
Реечный рулевой механизм — является самым распространенным типом механизма, устанавливаемым на легковые автомобили. Основными элементами рулевого механизма являются шестерня и рулевая рейка. Шестерня устанавливается на валу рулевого колеса и находится в постоянном зацеплении с рулевой (зубчатой) рейкой.Схема реечного рулевого механизма
1 – подшипник скольжения; 2 – манжеты высокого давления; 3 – корпус золотников; 4 – насос; 5 – компенсационный бачок; 6 – рулевая тяга; 7 – рулевой вал; 8 – рейка; 9 – компрессионный уплотнитель; 10 – защитный чехол.
Работа реечного рулевого механизма происходит следующим образом. При вращении рулевого колеса рейка перемещается влево или вправо. Во время движения рейки перемещаются присоединенные к ней тяги рулевого привода и совершают поворот управляемых колес.
Реечный рулевой механизм отличается простотой конструкции и как следствие, высоким КПД, а также имеет высокую жесткость. Но такой тип рулевого механизма чувствителен к ударным нагрузкам от неровностей дороги, склонен к вибрациям. По причине своих конструктивных особенностей реечный рулевой механизм применяется на переднеприводных автомобилях 
Червячный рулевой механизм
Этот рулевой механизм является одним из «устаревших» устройств. Им оснащены практически все модели отечественной «классики». Механизм применяется на автомобилях с повышенной проходимостью с зависимой подвеской управляемых колес, а также в легких грузовых автомобилях и автобусах.
Конструктивно устройство состоит из следующих элементов:
- рулевой вал
- передача «червяк-ролик»
- картер
- рулевая сошка
Пара «червяк-ролик» находится в постоянном зацеплении. Глобоидальный червяк представляет собой нижнюю часть рулевого вала, а ролик закреплен на валу сошки. При вращении руля ролик перемещается по зубьям червяка, благодаря чему вал рулевой сошки также поворачивается. Результатом такого взаимодействия является передача поступательных движений на привод и колеса.
Рулевой механизм червячного типа имеет следующие преимущества:
- возможность поворота колес на больший угол
- гашение ударов от дорожных неровностей
- передача больших усилий
- обеспечение лучшей маневренности машины
Изготовление конструкции достаточно сложное и дорогое – в этом главный ее минус. Рулевое управление с таким механизмом состоит из множества соединений, периодическая регулировка которых просто необходима. В противном случае придется заменять поврежденные элементы.
Плюсы и минусы ГУР
Бесспорным преимуществом ГУР и его главное свойство – облегчить работу рук при маневрах во время парковки. Но усилитель имеет еще одно полезное свойство – он смягчает усилие на руль от ударов о неровности дороги.
Недостаток ГУР это отсутствие либо малое реактивное усилие на рулевом колесе. Гидроусилитель черезчур сильно помогает водителю, исключая возвращающееся усилие, которое обеспечивает «чувство автомобиля». И конструкторам при разработке и регулировке ходовой части нужно достичь отменной информативности рулевого привода и в то же время не сделать руль слишком тугим. Учитывать нужно много факторов: продуктивность насоса, геометрию задней и передней подвески, углы монтирования колес, сводные характеристики резины и даже жесткость скручивания кузова!
Потому хорошие автомобили в этом плане попадаются крайне редко. Все же многие фирмы сознательно отказываются от информативности в пользу комфорта, зная симпатию своей клиентуры. Яркий тому пример – автомобили Toyota. Хотя в Европе все наоборот.
Плоды труда конструкторов вызывают восторг. Еще одно задание для них – сделать так, чтобы при небольшой скорости руль оставался легким, а на большой делался упругим и информативным. Есть разные выходы из положения. В схемы немецких гидроусилителей известной фирмы ZF (все модели Jaguar, Audi A6 & A8, BMW 5-й и 7-й серии) добавлен электрогидравлический модулятор давления. При увеличении скорости он сдерживает давление в рабочем контуре, из-за чего помощь гидроусилителя приравнивается к нулю.
Рекомендуем: Какая коробка лучше: автомат или робот
Имеется еще один способ решения проблемы – приводить насос гидроусилителя от электромотора вместо коленчатого вала. Меняя частоту вращения электропривода при помощи электроники, есть возможность варьировать эффективность насоса как заблагорассудится.
Рулевое управление автомобиля
Рулевое управление автомобиля предназначено для изменения траектории движения автомобиля путём поворота рулевого колеса в нужную вам сторону. В общем, если руль автомобиля повернуть вправо, то происходит работа рулевого управления, которое поворачивает колеса автомобиля тоже в правую сторону. Чем больше угол поворота руля, тем на больший угол поворачиваются управляемые колеса автомобиля в нужную нам сторону.
Главное требование которое предъявляется к рулевому управления современного автомобиля — это надежность, управляемость, информативность, отзывчивость и простота конструкции. Это означает, что если неисправно рулевое управление, то это может привести к печальным последствиям, ведь машина становится полностью неуправляемой и эксплуатация такого автомобиля запрещена. Еще основное требование — это точность управления, т.е. при повороте руля, колеса должны сразу же, а не с задержкой, поворачиваться на определенный угол, который точно соответствует углу поворота рулевого колеса.
Рулевое управление состоит из рулевого механизма и привода. На данный момент наиболее распространены следующие типы рулевых механизмов: винт-гайка, червяк-ролик и рейка-сектор. Данные механизмы относятся к механическим, но в последнее время крупнейшие производители автомашин стремятся заменить механическое рулевое управление на электронное. Т.е. не будет никаких механических тяг и приводов, будет только блок управления, который согласно изменению положения руля будет поворачивать колеса машины с помощью электромоторов. Но тут есть одно «НО», дело в том, что электронное рулевое управление также должно дублироваться механическими узлами. В случае отказа электронной части, механические узлы будут предоставлять возможность водителю дальше управлять автомобилем. Этот момент очень важен и только он в настоящее время препятствует массовому внедрению электрического усилителя рулевого управления.
Рулевое управления является одним из важнейших и ответственных систем автомобиля, от этого узла напрямую зависит безопасность дорожного движения и удобство управления. Все узлы рулевого управления должны обладать высокой прочностью, надежностью и ремонтопригодностью. На узлы рулевого управления воздействуют различные силы, в основном от управляемых колёс: при поворотах, движении по ухабам и кочкам и т.д.
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.
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.
- ГУР – гидравлический усилитель, классический тип. Он и сегодня ставится на автомобили, но постепенно уступает дорогу более современным видам усилителя;
- ЭГУР – электрогидравлический усилитель руля. В нём электромотор выполняет вспомогательную функцию, в то время как основная работа выполняется гидравликой;
- ЭУР – электроусилитель, современный способ управлять автомобилем. Электромотор умножает усилие, которое водитель прикладывает к рулю, то есть работает без каких-либо гидравлических элементов.
Поиск неисправности рулевой рейки
Неисправности рулевой рейки довольно распространены, поскольку данный узел и вся рулевая система на отечественных дорогах подвергаются повышенным нагрузкам. Поломку рейки можно обнаружить самостоятельно, руководствуясь рядом признаков:
При появлении данных симптомов выхода рейки из строя, рекомендуется не затягивать с демонтажем рулевого редуктора для осмотра и устранение неисправности, дабы минимизировать расходы на ремонт.
- стало тяжелее вращать руль, или его периодически закусывает (затрудненное вращение наблюдается только периодически в определенных положениях руля);
- присутствует стук передней подвески, который явственно «отдает на руль»;
- шумит насос гидроусилителя;
- люфт поворота рулевого колеса, что означает наличие люфта рейки;
- протекание масла из рулевой рейки, что часто сопровождается заметным повышением усилия вращения руля и возникающими в процессе данного действия шумами.
Проявление таких признаков свидетельствует о том, что устройство рулевой рейки
где-то нарушено и данному механизму требуется диагностика и дальнейший ремонт.
Конструкция рулевого управления автомобиля
Рулевое управление автомобиля состоит из трех компонентов:
- Колонки.
- Механизма.
- Привода.
За счет взаимодействия этих компонентов между собой осуществляется передача действий водителя на колеса управляемой оси, что и обеспечивает их поворот.
Дополнительно в конструкцию авто входит вспомогательный механизм – усилитель рулевого управления, частично компенсирующий усилие водителя,тем самым упрощая управление машиной.
Колонка
Рулевая колонка представляет собой вал, посредством которого усилие водителя передается на механизм. Один конец этого вала заведен в салон, и на него посажен руль (шлицевым соединением), посредством которого водитель и осуществляет действия для изменения направления движения (вращает его).
В современных авто рулевой вал является составным – состоящим из нескольких частей, соединенных между собой карданными шарнирами. Достоинства этой конструкции:
- Возможность регулировки. Составное устройство позволяет водителю настроить для себя удобное положение руля (изменить вылет и угол наклона колонки);
- Повышение безопасности. Составная конструкция является травмобезопасной — за счет карданных шарниров при фронтальном ударе авто о препятствие, колонка «ломается», а не выходит в салон навстречу водителю;
Вал рулевой колонки пустотелый, что позволяет протянуть внутри него проводку для питания элементов – клавиши звукового сигнала, пиропатрона подушки безопасности, системы подогрева рулевого колеса.
На колонку устанавливается ряд органов управления оборудованием авто:
- переключатель поворотников;
- рычаг установки режима работы головного света (ближний, дальний свет);
- переключатель стеклоочистителей и системы омыва лобового и заднего стекла;
- переключатели передач КПП (в авто, оснащенных АКПП, РКПП, вариатором);
- клавиши управления мультимедийной системой, круиз-контролем (непосредственно на руле);
- замок зажигания;
Расположение указанных элементов на рулевой колонке обеспечивает удобный доступ к ним водителю.
Механизм
Рулевой механизм червячного типа
Рулевой механизм ключевой в системе. Этот узел обеспечивает увеличение усилия, приложенного водителем к рулю, и передачу его на привод.
Чаще всего используется рулевой механизм двух видов: червячный и реечный.
В червячном рулевом механизме основными элементами являются червячок и ролик. На легковых авто распространение получил механизм типа «шестерня-рейка». В узле этой конструкции вращательное движение шестерни преобразуется в возвратно-поступательное перемещение рейки с зубчатым сектором. Именно шестерня и рейка — ключевые элементы механизма. Эти составляющие размещаются в корпусе, закрепляемом в подкапотном пространстве на моторном щите или подрамнике.
Косозубая шестерня жестко посажена на второй конец вала рулевой колонки, поэтому воздействие на руль приводит к вращению шестеренки.
Благодаря зубьям шестеренка имеет постоянное зацепление с зубчатым сектором на рейке. Сама рейка представляет собой шток, поэтому вращение шестерни приводит к смещению рейки по продольной оси (к примеру, при вращении руля влево, рейка уходит вправо). Рулевая рейка связана с рулевым приводом, воздействующим на колеса.
За счет такой конструкции механизма и обеспечивается передача усилия (и его увеличение благодаря заданному передаточному соотношению) от руля к приводу.
Статья в тему:
- Гидроусилитель руля: устройство и принцип работы
- Что такое демпфер в автомобиле и для чего он нужен?
- Как отрегулировать развал-схождение своими руками?
Привод
Рулевой привод включает в себя систему тяг, соединяющих рейку с поворотными кулаками колес. К рейке тяги закрепляются жестко, а вот с поворотными кулаками они соединяются через рулевые шаровые наконечники.
В зависимости от конструкции подвески, в роли поворотного кулака может выступать амортизационная стойка (подвеска МакФерсона) или ступица колеса (в рычажных подвесках).
В подвеске МакФерсона возможность вращаться стойке вокруг оси обеспечивается опорным подшипником и шаровой опорой. В рычажных же подвесках вращение ступицы осуществляется за счет использования двух шаровых опор (верхней и нижней). Опоры и опорные подшипники хоть и являются составными элементами подвески, но от них зависит и работа рулевого управления.
Их виды
h21,0,0,0,0–> p, blockquote7,0,0,0,0–>
Часто в понятие мультируль интегрируется разновидность «серворуль». Это не совсем правильно. Серворуль предназначен для изменения усилия на рулевое управление в зависимости от скорости движения. Это необходимо для организации обратной связи дорога-руль в системах усилителя рулевого управления.
p, blockquote8,0,0,0,0–>
Мультируль представляет собой многофункциональное устройство, которое предназначено для упрощения управлением различными дополнительными устройствами, при минимальном отвлечении водителя автомобиля от наблюдения за дорожной обстановкой
Действительно, внимание водителя во время движения сконцентрировано в секторе руля и обзора в пределах лобового стекла
p, blockquote9,0,1,0,0–> adsp-pro-1–>
При управлении кнопками, регуляторами и переключателями, расположенными вне зоны обзора, возможны следующие ситуации:
p, blockquote10,0,0,0,0–>
- действия производятся в режиме автоматизма (например, при переключении рычага коробки переключения передач);
- операции управления выполняются ступнями ног (педали);
- для управления используется голосовой режим;
- кнопки и другие органы управления расположены на руле.
Первый шаг к мультирулю был сделан давно: органы управления световым оборудованием, стеклоочистителем, омывателями, другими функциями локализовали в районе рулевой колонки. При этом требуется минимальное перемещение рук и отвлечение внимания для управления их функциями. Дальнейшее усложнение «стрекозы» выведением в их зону контроля, например, управления автомагнитолой, нецелесообразно. Тем более, что для большинство опытных водителей переключение световых режимов, поворотниками и другими функциями также производит на автоматизме.
p, blockquote11,0,0,0,0–>
Сущность мультируля состоит в дополнительной нагрузке, в основном, на большие пальцы рук, которые в процессе вращения рулевого колеса остаются «незанятыми».
p, blockquote12,0,0,0,0–>
Классификация мультирулей основывается на характеристиках:
p, blockquote13,0,0,0,0–>
- Степень интеграции дополнительных органов управления:
- малая с количеством дополнительных кнопок до 5-ти (в основном, они предназначены для управления автомагнитолой);
- средняя (от 5 до 10-ти кнопок управления мультимедийной системой, круиз-контролем и др.);
- высокая степень интеграции (более 10-ти, включая джойстики и регуляторы: мультимедиа, телефон, бортовой компьютер, круиз и др.)
- Канал передачи информации:
- проводной;
- беспроводной.
- Вид передаваемого сигнала:
- аналоговый,
- цифровой.
Требования к системе рулевого управления
Система рулевого управления преобразует создаваемые водителем вращательные движения рулевого колеса в изменение угла поворота управляемых колес автомобиля. Конструкция и схема системы призваны обеспечить удобное и безопасное рулевое управление автомобиля во всех ситуациях и на всех скоростях. Вся система рулевого управления, от рулевого колеса и до управляемых колес, должна в этих целях обладать следующими свойствами.
Передача инициируемых водителем рулящих движений на рулевом колесе без люфта особенно важна при движении по прямой. Это гарантирует безопасное, неутомительное для водителя управление автомобилем, прежде всего на средних и высоких скоростях.
Поэтому рулевой механизм должен быть очень жестким. Это необходимо для обеспечения точной управляемости и преодоления отклонения от заданного угла поворота рулевого колеса под действием изменяющихся возвратных сил, возникающих, например, при изменении бокового ускорения.
Слабое трение в рулевом механизме позволяет водителю получать через реактивные силы тактильную обратную связь, дающую информацию о коэффициенте сцепления между дорогой и шинами. Слабое трение также помогает колесам выровняться для движения по прямой. В системах рулевого управления с мускульной энергией слабое трение обеспечивает небольшие движущие силы. В системах рулевого управления с усилителем оно повышает эффективность управления.
Кинематические параметры рулевого управления и конструкция управляемой оси автомобиля должны быть такими, чтобы водитель мог чувствовать величину сцепления между шинами и дорогой.
Требования к рулевому управлению
Требованиями к функционированию системы рулевого управления являются:
Легкое, безопасное рулевое управление автомобилем. Сюда, к примеру, относится тенденция рулевого управления автоматически возвращаться в положение прямолинейного движения при отпускании руля.
Максимально возможное демпфирование колебаний, передаваемых от колес автомобиля на рулевое колесо при движении по неровным дорогам. Но этот процесс не должен приводить к потере обратной связи в рулевом управлении.
Для обеспечения чистого качения колес и, соответственно, предотвращения их избыточного износа вся рулевая кинематика должна удовлетворять условию Аккермана. Это означает, что оси управляемых колес должны пересекаться в одной точке с осью задних колес (рис. «Условие Аккермана» ).
Достаточно жесткая схема всех компонентов рулевого механизма означает, что даже малые инициируемые водителем рулевые движения преобразуются в изменение направления управляемых колес, обеспечивая безопасную и точную управляемость автомобиля.
Угол поворота рулевого колеса от упора до упора по соображениям комфорта должен быть как можно меньше при парковке и движении с небольшой скоростью. Однако на средних и высоких скоростях рулевое управление не должно быть столь чувствительным.
Требования законодательства, предъявляемые к системам рулевого управления автомобилей
Требования законодательства, предъявляемые к системам рулевого управления автомобилей, описаны в международных правилах ECE-R79. К этим требованиям, наряду с базовыми функциональными требованиями, относятся максимально допустимые управляющие силы для исправной и неисправной систем рулевого управления. Эти требования регламентируют прежде всего поведение автомобиля и рулевого управления при въезде на круг и выезде с круга. Для автомобилей всех категорий: после отпускания рулевого колеса при движении автомобиля по окружности на скорости 10 км/ч, радиус поворота автомобиля должен увеличиться или как минимум остаться тем же.
Для автомобилей категории М1 (легковые автомобили с числом посадочных мест до 8): когда автомобиль в тангенциальном направлении выезжает из круга с радиусом 50 м на скорости 50 км/ч, в системе рулевого управления не должно возникать никаких необычных вибраций. В автомобилях категорий М2, М3, N1, N2 и N3 это поведение должно демонстрироваться на скорости 40 км/ч или, если это значение не достигается, то на максимальной скорости.
Это поведение также предписывается в случае неисправности у автомобилей с гидро- или электроусилителем рулевого управления. У автомобилей категории М1 это должно быть возможно в случае отказа сервопривода рулевого управления для въезда со скоростью 10 км/ч в течение 4 секунд в круг радиусом 20 м. Управляющее усилие на рулевом колесе не должно превышать 30 даН (табл. «Нормы рабочих усилий в системе рулевого управления» ).
