Устройство рулевого управления легкового автомобиля

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.

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 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.

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.

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.

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.

Устройство рулевого управления, червячный и реечный механизмы

В процессе движения водитель испытывает постоянную потребность в контроле за автомобилем и дорогой. Очень часто возникает необходимость смены режима движения: заезда на парковку или выезда с нее, изменения направления следования (поворота, разворота, перестроения, опережения, обгона, объезда, движения задним ходом и пр.), осуществления остановки или стоянки. Реализацию указанных действий обеспечивает рулевое управление автомобиля, являющееся одной из важнейших систем любого транспортного средства.

Общее устройство и принцип работы

Общее устройство рулевого управления, несмотря на большое количество узлов и агрегатов, представляется достаточно простым и действенным. Логистичность и оптимальность конструкции и функционирования системы доказывается хотя бы тем, что за многолетнюю теорию и практику автомобилестроения рулевое управление не претерпело глобальных сущностных изменений. Изначально оно включает в себя три основные подсистемы:

  1. рулевую колонку, предназначенную для передачи вращательного движения руля;
  2. рулевой механизм — устройство, преобразующее вращательные движения руля в поступательные перемещения деталей привода;
  3. рулевой привод, имеющий целью доведение управляющих функций до поворотных колес.

Помимо основных подсистем, крупнотоннажные грузовики, маршрутные транспортные средства и многие современные легковые автомобили имеют специальное устройство усилителя руля, позволяющее использовать создаваемое силовое воздействие, облегчающее его движение.

Таким образом, схема рулевого управления достаточно проста и функциональна. Рулевое колесо, как первичный узел, хорошо знакомый каждому водителю, под влиянием его мысли и воздействием силы совершает вращательные движения в необходимом направлении. Эти движения посредством рулевого вала передаются на специальный рулевой механизм, где совершается преобразование крутящего момента в плоскостные перемещения. Последние через привод сообщают нужные углы поворота управляющим колесам. В свою очередь, пневматический, гидравлический, электрический и прочие усилители (при их наличии) облегчают вращение руля, делая процесс управления транспортным средством более комфортным.
Это основной принцип, по которому работает рулевое управление автомобиля.

Рулевая колонка

Схема рулевого управления обязательно включает в себя колонку, которая состоит из следующих деталей и узлов:

  • руля (или рулевого колеса);
  • вала (или валов) колонки;
  • кожуха (трубы) колонки с подшипниками, предназначенными для вращения вала (валов);
  • крепежных элементов для обеспечения неподвижности и устойчивости конструкции.

Схема действия колонки заключается в приложении водительского усилия на рулевое колесо и последующей передаче направленно-вращательных движений руля всей системе, если водитель желает изменить режим движения автомобиля.

Рулевой механизм

Рулевой механизм любого автомобиля — это способ преобразования вращения колонки в поступательные движения рулевого привода. Иными словами, функции механизма сводятся к тому, чтобы повороты руля превратились в нужные перемещения тяг и, в конечно счете, колес.

Устройство рулевого механизма является вариативным. В настоящее время оно представлено двумя основными принципами — червячным и реечным, которые отличаются способами преобразования крутящего момента.
Общее устройство рулевого механизма червячного типа включает в себя:

  1. пару деталей «червяк-ролик»;
  2. картер указанной пары;
  3. рулевую сошку.

Картер представляет собой закрытый корпус со специальной смазкой, где в постоянном зацеплении находятся червяк и ролик. Червячный рулевой механизм основан именно на действии пары деталей «червяк-ролик». Вращение червяка вместе с колонкой приводит к скольжению и перемещению ролика по зубьям червяка. Ролик, перемещаясь, передает поступательные движения на рулевую сошку, а затем на привод и на колеса.

Схема действия механизма «червяк-ролик» массово применяется в отечественном автомобилестроении, в частности при создании так называемой «классики» (заднеприводных автомобилей семейства ВАЗ, «Москвич» и ГАЗ), а также при производстве грузовых автомобилей.

Реечный рулевой механизм считается более удобным и современным. Он оптимален и с точки зрения ремонта, и с позиций безопасности. Это своеобразный новаторский механизм рулевого управления, который актуален при производстве подавляющего числа современных автомобилей.

Реечный рулевой механизм состоит из следующих узлов:

  • пары деталей «шестерня-рейка»;
  • корпуса самого реечного механизма, предназначенного для крепления и защиты деталей.

Схема действия данного рулевого механизма заключается в функционировании упомянутой пары деталей «шестерня-рейка»: при повороте руля происходит вращение шестерни, соединенной с колонкой. Вращательные движения шестерни передаются рейке, которая совершает поступательные движения в горизонтальной плоскости влево или вправо. Реечные перемещения передаются дальше посредством рулевых тяг привода на управляющие колеса. Специалисты признают простоту и оптимальность подобного механизма.

Таким образом, реечный рулевой механизм, наряду с червячным, представляет собой одну из важнейших подсистем, благодаря которой функционирует рулевое управление автомобиля.

Особенности привода

Привод системы управления отвечает за передачу поступательных движений рулевого механизма на управляющие (поворотные) колеса. Существует два основных вида привода. Выбор каждого из них обусловлен тем, какой рулевой механизм применяется на данном автомобиле. Соответственно различают:

  • привод, который используется вместе с червячным механизмом;
  • привод, предназначенный для реечного механизма.

Схема действия обоих видов привода сходны между собой, чего нельзя сказать об их общем устройстве, основных деталях и комплектации.

«Червячный» привод состоит из:

  1. двух (правой и левой) боковых и одной средней тяг;
  2. маятникового рычага;
  3. двух (правого и левого) поворотных рычагов колес.

Каждая тяга имеет шарниры («шаровые») для обеспечения подвижности деталей привода и их свободного вращения в различных плоскостях.
«Реечный» привод включает в себя только две (правую и левую) тяги, которые так же заканчиваются наконечниками с шарнирными конструкциями («шаровыми»), которые обеспечивают свободное перемещение деталей привода и подвески автомобиля.

Усилитель руля

Рулевое управление современных автомобилей оснащается специальной дополнительной опцией — усилителем. Усилитель рулевого управления — это подсистема, состоящая из механизма, позволяющего значительно снизить усилия водителя при повороте руля и управлении автомобилем.

Основными видами усилителей руля являются:

  1. пневмоусилитель (использующий силу сжатого воздуха);
  2. гидроусилитель (основанный на изменении давления специальной жидкости);
  3. электроусилитель (действующий на основе электрического двигателя);
  4. электрогидроусилитель (применяющий комбинированный принцип действия) ;
  5. механический усилитель (специальный механизм, имеющий увеличенное передаточное отношение).


Изначально система усиления применялась на крупнотоннажной и крупногабаритной технике. Здесь мышечной силы водителя было явно недостаточно для того, чтобы осуществить задуманный маневр. В современных легковых автомобилях она используются в качестве средства обеспечения комфортности при рулении.

Основы эксплуатации системы управления

В процессе эксплуатации автомобиля отдельные узлы и агрегаты, входящие в систему рулевого управления, постепенно приходят в негодность. Особенно, это усугубляется в условиях движения по некачественным дорогам. Свою лепту в износ системы вносит и недостаточное внимание водителя, уделяемое профилактике неисправностей, а также низкое качество запасных частей и комплектующих. Далеко не последнюю роль играет и низкая квалификация сервисменов, которым водитель доверяет обслуживание своего автомобиля.

Важность системы управления автомобилем обусловлена требованиями общей безопасности дорожного движения. Так, нормы «Основных положений по допуску ТС к эксплуатации…» и пункта 2.3.1 ПДД категорически запрещают движение (даже до автосервиса или места парковки) на транспортном средстве при наличии неисправностей в системе рулевого управления. К таким неисправностям относятся:

  • превышение допустимого свободного хода (люфта) руля (10 градусов для легковых машин, 25 — для грузовых, 20 — для автобусов);
  • перемещение деталей и узлов системы управления, не предусмотренных заводом-изготовителем;
  • наличие незафиксированности в резьбовых соединениях;
  • неадекватное функционирование усилителя рулевого управления.

Однако этот перечень неисправностей не является исчерпывающим. Помимо них, есть и иные «популярные» изъяны системы:

  1. тугое вращение или заедание руля;
  2. стук или биение, отдающие в руль;
  3. негерметичность системы и пр.

Подобные неисправности считаются допустимыми при эксплуатации автомобиля, если не обусловливают отмеченных ранее недостатков системы.
” alt=””>
Подведем итог. Рулевое управление является одной из важнейших составных частей конструкции современного транспортного средства. Оно требует постоянного контроля за своим состоянием и осуществления своевременного и качественного сервисного и технического обслуживания.

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

Рулевое управление предназначено для обеспечения движения автомобиля в заданном водителем направлении и наряду с тормозной системой является важнейшей системой управления автомобилем. На большинстве легковых автомобилей изменение направления движения осуществляется за счет поворота передних колес (кинематический способ поворота). Изменить направление движения можно и за счет подтормаживания отдельных колес. Силовой способ поворота положен в основу работы системы курсовой устойчивости.

Рулевое управление современного автомобиля объединяет рулевое колесо с рулевой колонкой, рулевой механизм и рулевой привод.

Рулевое колесо воспринимает от водителя усилия, необходимые для изменения направления движения, и передает их через рулевую колонку рулевому механизму. Рулевое колесо выполняет также и информационную функцию. По величине усилий, характеру вибраций происходит передача водителю информации о характере движения. Диаметр рулевого колеса легковых автомобилей находится в пределе 380 – 425 мм, грузовых автомобилей – 440 – 550 мм. Рулевое колесо спортивных автомобилей имеет меньший диаметр.

Рулевая колонка обеспечивает соединение рулевого колеса с рулевым механизмом. Рулевая колонка представлена рулевым валом, имеющим несколько шарнирных соединений. В конструкции рулевой колонки предусмотрена возможность складывания при сильном фронтальном ударе, что позволяет снизить тяжесть травмирования водителя. На современных автомобилях предусмотрено механическое или электрическое регулирование положения рулевой колонки. Регулировка может производиться по вертикали, по длине или в обоих направлениях. В целях защиты от угона осуществляется механическая или электрическая блокировка рулевой колонки.

Рулевой механизм предназначен для увеличения, приложенного к рулевому колесу усилия, и передачи его рулевому приводу. В качестве рулевого механизма используются различные типы редукторов, которые характеризуются определенным передаточным числом. Наибольшее распространение на легковых автомобилях получил реечный рулевой механизм.

Реечный рулевой механизм включает шестерню, установленную на валу рулевого колеса и связанную с зубчатой рейкой. При вращении рулевого колеса рейка перемещается в одну или другую сторону и через рулевые тяги поворачивает колеса. Реечный рулевой механизм располагается, как правило, в подрамнике подвески автомобиля.

На некоторых автомобилях BMW, Mercedes-Benz, Porsche, Volkswagen применяется рулевой механизм с переменным передаточным отношением. В механизме используется зубчатая рейка с разными зонами зубьев. По мере удаления от зоны прямолинейного движения форма зубьев зубчатой рейки существенно изменяется (косой наклон зубьев). Это обеспечивает прогрессивное уменьшение передаточного отношения и соответственно меньший диапазон поворота рулевого колеса. Управление автомобилем становится более удобным и динамичным, а руль – тяжелым и острым.

Ряд автопроизводителей (BMW, Honda, Mazda, Mitsubishi, Nissan, Renault, Toyota,) предлагают на некоторых легковых автомобилях рулевые механизмы с четырьмя управляемыми колесами. Данное техническое решение обеспечивает лучшую управляемость и устойчивость при движении автомобиля на высокой скорости (при этом передние и задние колеса повернуты в одну сторону), а также высокую маневренность при движении с небольшой скоростью (передние и задние колеса повернуты в разные стороны).

Необходимо отметить, что эффект «подруливания» задних колес при движении автомобиля на высокой скорости достигается и пассивными средствами. При повороте автомобиля резинометаллические упругие элементы задней подвески деформируются за счет крена кузова и воздействия боковых сил, тем самым обеспечивают незначительные углы поворота колес.

Рулевой привод предназначен для передачи усилия, необходимого для поворота, от рулевого механизма к колесам. Он обеспечивает оптимальное соотношение углов поворота управляемых колес, а также препятствует их повороту при работе подвески. Конструкция рулевого привода зависит от типа применяемой подвески.

Наибольшее распространение получил механический рулевой привод, состоящий из рулевых тяг и рулевых шарниров. Рулевой шарнир выполняется шаровым. Шаровой шарнир состоит из корпуса, вкладышей, шарового пальца и защитного чехла. Для удобства эксплуатации шаровой шарнир выполнен в виде съемного наконечника рулевой тяги. По своей сути рулевая тяга с шаровой опорой выступает дополнительным рычагом подвески.

Рулевое управление характеризуется множеством кинематических параметров, основными из которых являются четыре угла (схождения, развала, поперечного и продольного наклона оси поворота колеса) и два плеча (обкатки и стабилизации). В общем виде конструкция рулевого управления представляет собой компромисс кинематических параметров, т.к. вынуждена объединять противоречащие друг другу устойчивость движения и легкость управления.

Для уменьшения усилий, необходимых для поворота рулевого колеса, в рулевом приводе применяется усилитель рулевого управления. Применение усилителя обеспечивает точность и быстродействие рулевого управления, снижает общую физическую нагрузку на водителя, а также позволяет устанавливать рулевые механизмы с меньшим передаточным числом. В зависимости от типа привода различают следующие виды усилителей рулевого управления: гидравлический, электрический и пневматический.

Большинство современных автомобилей имеют гидравлический усилитель рулевого управления (другое название – гидроусилитель руля). Разновидностью гидроусилителя является электрогидравлический усилитель рулевого управления, в котором гидронасос имеет привод от электродвигателя. В последние годы на автомобилях все шире применяется электрический усилитель рулевого управления (другое название – электроусилитель руля). Крутящий момент от электродвигателя может передаваться непосредственно на вал рулевого колеса или на зубчатую рейку. Электроника позволяет использовать электроусилитель руля для автоматического управления автомобилем, например в системе автоматической парковки, системе помощи движению по полосе.

Усилитель рулевого управления, в котором поворотное усилие изменяется в зависимости от скорости автомобиля, называется адаптивным усилителем рулевого управления. Известной конструкцией адаптивного усилителя рулевого управления является электрогидравлический усилитель Servotronic.

Инновационными являются система активного рулевого управления от BMW, система динамического рулевого управления от Audi, в которых передаточное число рулевого механизма изменяется в зависимости от скорости движения автомобиля. Компания BMW добавила в рулевой вал сдвоенный планетарный редуктор, корпус которого может поворачиваться с помощью электродвигателя и в зависимости от скорости движения автомобиля менять передаточное отношение рулевого механизма.

Перспективной является конструкция рулевого управления, в которой отсутствует механическая связь рулевого колеса и ведущих колес, т.н. рулевое управление по проводам. Система обеспечивает независимое воздействие на каждое колесо с помощью электропривода. Серийное применение рулевого управления по проводам сдерживает скорее психологический фактор, связанный с высоким риском аварии в случае отказа системы.

unoniceguy › Блог › 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.

Устройство автомобилей

Рулевое управление автомобиля

Назначение и классификация рулевого управления

Рулевое управление автомобиля – совокупность устройств, служащих для изменения направления движения автомобиля и обеспечивающих его движение в заданном направлении.

Колесные машины могут управляться двумя основными способами – поворотом управляемых колес и поворотом управляемых осей.

Поворот управляемых осей в качестве способа управления автомобилями не нашел широкого применения и может применяться лишь для управления особо тяжелыми автотранспортными средствами. Такое техническое решение обычно используется на некоторых колесных тракторах, имеющих колеса большого диаметра и на гусеничных сочлененных машинах.
Сочлененная машина состоит, как правило, из двух активных звеньев. В качестве первого звена используется одноосная тележка, на которой установлен двигатель и кабина водителя. Вторым звеном является полуприцеп. Между звеньями располагают гидравлические силовые цилиндры в качестве управляющего механизма.
Управление гидроцилиндрами производится рулевым управляющим органом золотникового или клапанного типа из кабины водителя. При повороте руля поршни и тяги перемещаются во взаимно противоположных направлениях, и звенья машины складываются относительно друг друга, осуществляя поворот.

Наиболее распространенным способом изменения направления движения автомобилей является управление поворотом управляемых колес. При этом надо учитывать следующие особенности передвижения внутренних и наружных колес при повороте. Так как внутренние и внешние колеса одной оси перекатываются при повороте автомобиля по окружностям разного радиуса (наружное – по большему радиусу, чем внутреннее), то и управляемые колеса должны быть повернуты на разные углы – внутренние на больший угол (т. е. круче), чем наружные (рис. 1 ).
Если углы поворота управляемых колес будут одинаковы, то наружное колесо, перемещающееся по дуге большего радиуса, будет двигаться с проскальзыванием. Чтобы исключить это негативное явление, оси управляемых колес при повороте поворачиваются таким образом, чтобы в плоскости поворота они пересекались в одной точке, являющейся общим центром окружностей, по которым перекатываются колеса. Эту точку называют центром поворота.

Поворот колес на разные углы обеспечивается рулевой трапецией, образованной балкой моста, поперечной рулевой тягой и поворотными рычагами, прикрепленными к ступицам колес.

Основные способы управления автомобилями и виды конструкций рулевого управления представлены в Таблице 1 .

Таблица 1. Классификация рулевых управлений автомобилей

Классификация по признакам

Типы узлов и механизмов рулевого управления

По расположению рулевого колеса

Рулевое управление с левым расположением (правостороннее движение); рулевое управление с правым расположением (левостороннее движение).

По способу поворота автомобиля

Поворотом управляемых колес; складыванием элементов (одноосный тягач и одноосный прицеп); вращением колес одного борта в сторону обратную движению; торможением колес одного борта.

По расположению управляемых колес

Двухосные автомобили: первой оси, второй оси, первой и второй осей.

Трехосные автомобили: первой оси, первой и третьей осей.

Четырехосные автомобили: первой и второй осей, первой и третьей осей, всех осей.

По конструкции рулевого механизма

Червячные (с сектором или роликом); кривошипно-винтовые (с шипом у кривошипа, с гайкой у кривошипа и др.); комбинированные (винт-гайка-рейка-сектор); реечные и шестеренные.

По конструктивным особенностям рулевого привода

Привод к управляемым колесам; привод к управляемым осям (тележкам); привод к складывающимся звеньям.

По типу применяемых усилителей

Гидравлические (с открытым и закрытым центром); пневматические (включая вакуумные); комбинированные (электрогидравлические и др.).

Требования к рулевому управлению

Основные требования к рулевым управлениям связаны с обеспечением безопасности дорожного движения. Автомобиль не должен терять управляемости и маневренности при любых дорожных условиях и обстоятельствах, поскольку это может привести к дорожно-транспортным происшествиям, авариям и даже катастрофам.
В соответствии с этим рулевое управление автомобиля должно соответствовать следующим требованиям:

  • правильность кинематики поворота;
  • легкость управления;
  • силовое и кинематическое следящее действие;
  • согласованность элементов рулевого управления с подвеской для исключения самопроизвольного поворота управляемых колес;
  • повышенная надежность всех элементов рулевого управления, поскольку любой отказ может привести к авариям с тяжелыми последствиями.

Общее устройство и работа рулевого управления

При повороте происходит изменение положения поперечной тяги относительно передней оси, вследствие чего внутреннее к центру поворота колесо поворачивается на угол α, больший, чем угол β поворота наружного колеса.

В двухосных и трехосных автомобилях, имеющих сближенные оси задней тележки, управление осуществляется, как правило, поворотом передних колес ( рис. 3, а, в ).

Для улучшения маневренности и проходимости по пересеченной местности со сложной геометрией иногда в трехосных автомобилях управляемыми выполняют колеса передней и задней осей ( рис. 3, б ). В этом случае промежуточную ось размещают посередине базы автомобиля.
В большинстве четырехосных автомобилей с колесной формулой 8×8 с учетом конкретного назначения управляемыми делают колеса двух передних осей ( рис. 3, г ).

Расположение рулевого колеса может быть справа или слева в зависимости от принятой в той или иной стране системы дорожного движения.
Наиболее распространенное в мире – правостороннее движение, при котором руль располагается в кабине водителя (кузове легкового автомобиля) слева. Правое расположение руля, в соответствии с принятым левосторонним движением по дорогам, применяется в Японии и Великобритании.
При этом рулевое колесо, установленное с левой или правой стороны автомобиля, обеспечивает лучшую видимость при разъезде с транспортом, движущимся навстречу.

Рулевое управление состоит из рулевого механизма и рулевого привода, а также усилителя рулевого управления ( рис. 4 ).
Рулевой механизм служит для увеличения вращающего момента, прикладываемого к рулевому колесу, и передачи его к рулевому приводу.
Рулевой привод передает усилие от рулевого механизма к управляемым колесам, обеспечивая при этом их поворот на неодинаковые углы.
Усилитель (если он применяется) служит для снижения усилия на рулевом колесе, уменьшения обратной связи от колес к рулевому колесу, и, в конечном итоге, для повышения безопасности движения и удобства управления автомобилем.
Применение рулевого управления без усилителя или с усилителем зависит от типа и назначения автомобиля. Рулевые управления без усилителя обычно устанавливаются на легковых автомобилях особо малого и малого классов, а также грузовых автомобилях малой грузоподъемности. На остальных автомобилях и автобусах обычно используют усилители рулевого управления.

Рулевой механизм автомобиля включает в себя рулевое колесо 1, рулевую колонку 2 и исполнительный рулевой механизм 3. Рулевой привод представляет собой кинематическую систему, состоящую из рулевых тяг и рычагов: сошки 11, продольной тяги 10, поворотных рычагов 7, 9 и поперечной тяги 8.

При повороте рулевого колеса вращение передается посредством рулевой колонки редуктору рулевого механизма 3. Последующее перемещение сошки 11 через продольную тягу и поворотный рычаг поворачивают левую цапфу (для автомобилей с левым расположением руля) с поворотным кулаком 6, а вместе с ней и левое колесо и далее через поворотные рычаги 7 и поперечную тягу 8 правую цапфу вместе с правым колесом.

В зависимости от принятых компоновочных и технических решений при конструировании автомобилей разных типов, общее устройство и составные элементы рулевого механизма и рулевого привода могут отличаться. Конструкция рулевого управления во многом зависит от типа подвески управляемых колес автомобиля.

8.1 Назначение и устройство рулевого управления

Назначение рулевого управления

Рулевое управление предназначено для изменения направления движения автомобиля. Обычно управляемыми являются колеса передней оси, но это преимущественно на легковых автомобилях. Иногда для улучшения управляемости автомобиля и сохранения над ним полного контроля его делают полноуправляемым, то есть управляемыми являются не только основные передние колеса – задние также имеют возможность отклоняться на определенный угол.

Рулевое управление может быть с усилителем или без него, может устанавливаться на поперечине кузова в моторном отсеке или на подрамнике (практически на всех современных автомобилях).

Устройство рулевого управления


Рисунок 8.1 Пример рулевого механизма.
1 – рулевое колесо; 2 – гайка крепления рулевого колеса; 3 – верхний кожух рулевой колонки; 4 – шестерня рулевого редуктора; 5 – фланец рулевого вала; 6 – рулевой вал; 7 – труба рулевого вала; 8 – нижний кожух рулевой колонки; 9 – шаровой шарнир; 10 – наконечник рулевой тяги; 11 – пыльник; 12 – рейка рулевого редуктора; 13 – болт крепления рулевой тяги; 14 – стопорная пластина; 15 – рулевая тяга; 16 – поворотный рычаг передней стойки.

Рулевое колесо и рулевая колонка

Садясь в автомобиль на место водителя, первое, что вы видите, — это рулевое колесо. Вращая его в ту или иную сторону, вы направляете автомобиль. Ничего в рулевом колесе (или руле) сложного нет… если это, конечно, руль автомобиля самой простой комплектации. В современных автомобилях руль — это и место для установки подушки безопасности, и пульт управления аудиосистемой вместе с телефоном, также это контроллер для управления бортовым компьютером. Рулевое колесо современного автомобиля иногда бывает попросту перегружено всяческими переключателями и кнопками, которые имеют различное назначение.

Рулевая колонка, это, по сути, два вала (реже один), соединенных между собой универсальными шарнирами (похожими на карданные). Она призвана передавать вращение от рулевого колеса к рулевому механизму. На многих нынешних автомобилях предусмотрена регулировка угла наклона рулевого колеса и расстояния его вылета. Другими словами, вы можете, перемещая рулевое колесо вверх/вниз и на себя/от себя, установить то положение, которое наиболее близко к идеальному, согласно вашим пожеланиям.

Примечание
Для обеспечения высоких показателей пассивной безопасности, к проектированию рулевой колонки относятся так же серьезно, как и, например, к проектированию сиденья. Это связано с тем, что при фронтальном столкновении рулевое колесо не должно смещаться более, чем это допустимо. Поэтому при столкновении рулевая колонка должна складываться или ломаться в определенных местах.

Рулевой механизм

На современных легковых автомобилях применяются два самых распространенных типа рулевых механизмов: червячный и реечный.

Интересно
Огромное значение имеет место расположения на подрамнике рулевого механизма относительно воображаемой оси управляемых колес. Так, установка рулевого механизма за передней осью или перед ней в итоге может кардинально изменить поведение автомобиля на дороге, поэтому конструкторы при проектировании автомобиля подходят к этому вопросу очень серьезно.

Червячный рулевой механизм

Если рулевой механизм червячный, то он состоит из глобоидного червяка и углового сектора, на который установлен ролик. К угловому сектору подсоединен вал, а на валу закреплена сошка. Перемещение сошки передается на рулевую трапецию, которая состоит из рулевых тяг. Тяги, перемещаясь, поворачивают колеса в ту или иную сторону. Устройство рулевого механизма показано на рисунке 8.2. Сейчас автомобили с червячным рулевым механизмом встречаются все реже.


Рисунок 8.2 Червячный рулевой механизм.

Червячная передача – это такой тип передачи, в которой имеется червяк, представляющий собой резьбовую часть болта, но только с увеличенными во много раз витками, и шестерня, входящая в зацепление с этим червяком.

Глобоидным червяк называется из-за своей формы: его профиль вогнутый, как показано на рисунке 8.3.


Рисунок 8.3 Внешний вид глобоидного червяка.

Реечный рулевой механизм

Теперь опишем реечный рулевой механизм (рисунок 8.4). Он состоит из шестерни и зубчатой рейки. Шестерня соединена с валом рулевой колонки, а рейка через тяги – с поворотными кулаками колес.


Рисунок 8.4 Реечный рулевой механизм.

Интересно
Иногда зубья на рейке наносят с переменным шагом (рисунок 8.5). Делают это для того, чтобы получить подобие активного рулевого управления для получения сочетания таких противоречивых показателей, как управляемость и комфорт. Так, для того чтобы при парковке водитель не вращал рулевое колесо на 5—10 оборотов в угоду легкости, желательно, чтобы число оборотов от упора до упора составляло как можно меньше – один, а то и пол-оборота. Но если от правого крайнего положения руля до левого будет всего один оборот, то рулевое управление будет довольно чувствительным к каждому движению, что опасно при движении на высоких скоростях, так как плавно выполнить все маневры не удастся, а это чревато последствиями. Вот и пришли к такому довольно простому компромиссному решению: шаг центральных зубьев рулевой рейки небольшой, а передаточное отношение чуть выше, а, следовательно, и чувствительность к отклонению рулевого колеса небольшая. Но от центра шаг зубьев увеличивается, чтобы уменьшить передаточное отношение и общее число оборотов рулевого колеса.


Рисунок 8.5 Пример зубчатой рейки рулевого механизма с переменным шагом зубьев.

Примечание
Шаг зубьев – это расстояние между центрами вершин зубьев.

Интересно
Кстати, может быть и обратная ситуация, когда шаг зубьев рейки уменьшается ближе к концам рейки.

Реечный рулевой механизм занял место червячного и основательно закрепился как наиболее актуальная конструкция, так как его преимущества говорят сами за себя: управление автомобилем, даже не оборудованным усилителем рулевого управления, несложное, небольшое количество звеньев всего рулевого механизма, простота монтажа на автомобиль и сведение к минимуму операций по обслуживанию.

Рулевой привод

Рулевой привод — это набор тяг и шарниров, связывающих и передающих перемещения от рулевого механизма к поворотным кулакам управляемых колес.

Если вернуться к червячному рулевому механизму, то в классической схеме имеются три тяги — одна центральная и две боковые, они соединяются через шарниры. Тяги рулевого привода в данном случае называют рулевой трапецией. Конструкция рулевой трапеции в геометрическом плане такова, что она обеспечивает поворот управляемых колес на разные углы (смотрите главу «Ходовая часть»).

При условии установки реечного рулевого механизма все немного проще. К рулевой рейке крепятся рулевые тяги с обеих сторон, которые передают перемещение на поворотные кулаки колес. Преимущества очевидны, ведь чем меньше различных промежуточных звеньев, тем надежнее и точнее весь механизм.

Примечание
Чтобы исключить попадание грязи и пыли в корпус реечного рулевого механизма, с обеих его сторон установлены так называемые пыльники (гофрированные резиновые чехлы).

Углы поворота управляемых колес

При повороте управляемые колеса автомобиля проходят различные расстояния. И если оба колеса будут поворачиваться на одинаковый угол, автомобиль будет смещаться с заданной траектории, при этом шины колес будут значительно быстрее изнашиваться.


Рисунок 8.6 Поворот управляемых колес на разные углы.

Для того чтобы избежать этого, рулевое управление проектируют таким образом, чтобы обеспечить поворот внутреннего колеса на больший угол относительно наружного.


Рисунок 8.7 Поворот управляемых колес на различные углы.

Ссылка на основную публикацию