Элементы рулевого управления автомобилем, принцип работы

Принцип работы гидроусилителя руля автомобиля

Чтоб понять, как работает гидроусилитель рулевого управления автомобиля, рассмотрим несколько вариантов, точней разные ситуации поворота колес. Одна из самых распространенных ситуаций, когда автомобиль стоит на месте, но с заведенным двигателем. В таком случае жидкость просто перекачивается насосом с бачка по системе и обратно в бачок.

Еще одна сама распространенная ситуация, когда водитель вращает руль. В таком случае крутящий момент крутящий момент поступает на вал, и впоследствии на торсион, который в свою очередь начинает закручиваться относительно своей оси. Как правило, в такой момент поворотный золотник не срабатывает из-за колес, за счет чего жидкость попадает в полости гидроцилиндра под давлением (зависит от того, в какую сторону вывернули руль). Излишки жидкости с другой полости гидроцилиндра поступают обратно в бачок по магистрали. Основой всего тут можно считать шток, за счет давления жидкости на поршень со штоком, рулевая рейка может перемещаться, соответственно и колеса могут поворачиваться.

На видео представлен принцип работы гидравлической рейки руля

Не меньше бывает ситуация, когда водитель удерживает руль в одном положении или вовсе выворачивает до отказа. Многие специалисты говорят, что это самый тяжелый момент для гидроусилителя руля. В такой ситуации вся нагрузка идет на насос ГУР, так как распределитель не может вернуться в исходное положение. Чаще всего появляется шум, возможна вибрация или другие моменты. Чтоб избавится от такого, достаточно выровнять колеса и начать движение.

Какой бы не была ситуация, механизм и принцип работы гидроусилителя руля устроен таким образом, что в случае потери работоспособности одного из элементов. Все рулевое управление остается работать в штатном режиме, но с усилием для управления.

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.

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» ).

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.

Эргономические требования

Машина должна вращаться в направлении, соответствующем направлению движения элемента рулевого управления, т. е. вращение рулевого колеса по часовой стрелке должно вызывать поворот машины вправо, а против часовой стрелки — влево. 

Неравномерное движение элемента управления рулевой системы, производимое для получения заданного угла поворота колес 30 °, между правым и левым поворотами не должно превышать 25%. Этот показатель можно проверить расчетом. Для рулевых систем с кулаком и трапецией этот угол относится к колесам, расположенным на внутренней стороне поворота.   

Если для продолжения изменения угла поворота требуется постоянное движение рулевого элемента, желательно сделать больше управляющего движения в положении для движения по прямой, что обычно достигается за счет использования червячной передачи с переменным передаточным числом.

Устройство автомобиля

1.6. Рулевой привод

Рулевой привод включает в себя систему тяг, шарниров и рычагов, осуществляющих с механизмом рулевого управления поворот управляемых колес. Рулевой привод имеет рулевую трапецию, которая позволяет поворачивать управляемые колеса на разные углы, чем достигается их качение без бокового проскальзывания. Рулевая трапеция может быть задней или передней, т. е. с поперечной рулевой тягой, расположенной сзади переднего моста или перед ним. Различают цельную (единую) трапецию, применяемую при зависимой подвеске колес и расчлененную, используемую при независимой подвеске.

Рулевой привод грузовых автомобилей с зависимой подвеской включает в себя: сошку, продольную тягу, два левых поворотных рычага, поперечную тягу, правый поворотный рычаг, рулевую трапецию (шарнирный четырехугольник, образованный средней частью балки передней оси, поперечной тягой и левым и правым поворотными рычагами).

При движении автомобиля по неровной дороге на детали рулевого привода (сошку, продольную и поперечную рулевые тяги, рулевые рычаги) действуют большие нагрузки. Поэтому в рулевой привод вводят пружины для смягчения толчков и для автоматического устранения зазоров, возникающих при изнашивании деталей. Поперечная рулевая тяга на одном конце имеет левую резьбу и правую на другом для навинчивания наконечников крепления шаровых шарниров. Вследствие этого можно изменять расстояние между шарнирами при регулировании схождения управляемых колес.

При независимой подвеске управляемых колес легковых автомобилей рулевой привод (рис. 142) включает в себя (с червячным механизмом рулевого управления): сошку; маятниковый рычаг; составную поперечную тягу, состоящую из средней тяги, шарнирно соединенной по концам с сошкой и маятниковым рычагом и две боковые тяги; левый и правый поворотные рычаги.

Рис. 142. Рулевые тяги автомобиля ГАЗ-24 «Волга»: 1 — шплинт; 2 — резьбовая пробка; 3 — пружина; 4 — опорная пята; 5 — корпус шарнира; б и 10 — резиновые уплотнители; 7 — распорная втулка наконечника; 8 — гайка; 9 — распорная втулка тяги; 11 — шаровой палец; 12 — корпус шарнира; 13 — полиэтиленовый сухарь; 14 — маятниковый рычаг; 15 — втулка из порошкового материала; 16 — резиновая втулка рычага; 17 — поперечная тяга; 18 — боковая тяга; 19 — сошка; 20 — болт; 21 — стяжной хомут; 22 — регулировочная трубка; 23 — наконечник тяги; 24 — рычаг поворотного кулака

Независимая подвеска легковых автомобилей с реечным механизмом рулевого управления состоит из составной поперечной тяги, средней частью которой является зубчатая рейка механизма рулевого управления, к ней шарнирно крепятся (по концам или в одном месте) боковые тяги. Боковые тяги, в свою очередь, крепятся шарнирно к поворотным рычагам (левому и правому). Трапеция состоит из средней части передней оси, составной поперечной тяги и поворотных (левого и правого) рычагов.

Шарниры рулевых приводов. Основные требования, предъявляемые к шарнирам рулевого привода (рис. 143), заключаются в беззазорности и износостойкости. Поэтому все шарниры поджаты скользящей поверхностью путем деформации упругого элемента. В шарнирном соединении шарового пальца с продольной рулевой тягой один из сухарей (вкладыш) представляет собой жесткую опору, а другой опирается на пружину. Внешний сухарь прижат к шаровому шарниру резьбовой пробкой.

Рис. 143. Шарнирное соединение деталей рулевого привода автомобилей: а — ГАЗ-53А; 6 — ЗИЛ-130; в — MA3-5335; 1 — масленка; 2 — пята; 3 — коническая пружина; 4 — крышка; 5 — стопорное кольцо; 6 и 15 — наконечники; 7 и 17— трубы; 8 — резиновое кольцо; 9 — обойма; 10 — резиновый колпак; 11 — кольцо; 12 — полусферический палец; 13 и 19 — сухари; 14 — сменный вкладыш; 16 — хомут; 18 — пробка; 20 — пружина; 21 — ограничитель

Во всех соединениях сухари постоянно прижимаются к головке шарового пальца под действием пружин. Шарниры тяг с полусферическими пальцами саморегулирующиеся разборные. Использование высококачественных конструкционных материалов для сухарей, современных смазочных материалов и надежных уплотнений позволяет в настоящее время применять шарниры, не требующие замены смазочного материала в течение всего их срока службы.

Средние цены на новые рулевые колонки в России и странах СНГ

Правда, к сожалению, далеко не всегда удается устранить неполадки в работе РК, и эту деталь приходится менять. Порядок цен на новые рулевые колонки зависит от марки и модели конкретного авто, что совершенно естественно.

Средняя стоимость на новые рулевые колонки по России и странам СНГ такова:

• на заднеприводные автомобили отечественного производства (ВАЗ 2105, 2107, 2106) – от 5 000 рублей;
• на переднеприводные автомобили отечественного производства (ВАЗ 2109, 2114, Приора, Гранта) – от 7 000 рублей;
• на бюджетные автомобили иностранного производства (KIA Ria, Renault Logan, Ford Fiesta, Toyota Corolla) – от 15 000 рублей;
• на автомобили иностранного производства бизнес-класса (Toyota Camry, Ford Mondeo) – от 25 000 рублей;
• на автомобили иностранного производства премиум-класса (Mercedes S-classe, BMW 7, Audi A8) – от 50 000 рублей.

Loading…