Устройство и виды рулевого управления автомобиля

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.

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.

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).

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.

Работа гидроусилителя рулевого привода автомобиля ЗИЛ-4331:

a — нейтральное положение; б — перемещение золотника вправо; в — перемещение золотника влево; 1 и 7 — перепускные клапаны; 2 — сапун; 3 и 4 — сетчатые фильтры; 5 — коллектор; 6 — насос; 8 — предохранительный клапан; 9 и 10 — демпфирующие отверстия; 11 — калиброванное отверстие; 12 — шариковый клапан; 13 — реактивный плунжер; 14 — золотник; 15 — винт механизма рулевого управления; 16 — вал сошки; 17 — картер механизма рулевого управления.

Если водитель перестает поворачивать рулевое колесо, то прекращается и поворот управляемых колес, так как винт перестает вращаться и поступающая в картер механизма рулевого управления жидкость перемешает поршень-рейку с винтом и золотником в исходное среднее положение, при котором прекращается действие жидкости на поршень-рейку.В работе гидроусилителей автомобилей марок «ЗИЛ» и «КамАЗ» много общего, но конструкция гидроусилителя автомобилей марки «КамАЗ» имеет некоторые особенности. Распределитель расположен впереди углового редуктора. В центральном отверстии распределителя размещен золотник, вокруг которого в трех сквозных отверстиях расположено по два цилиндра с центрирующей пружиной между ними, а в трех глухих отверстиях расположено по одному плунжеру с пружиной. Наличие трех плунжеров в глухих отверстиях объясняется следующим. Жидкость, находящаяся в корпусе углового редуктора, действует на три торца реактивных плунжеров, находящихся в сквозных отверстиях, а также на кромку сечения винта по месту его уплотнения, а в полости слева под передней крышкой действуют лишь на торцы трех плунжеров. Чтобы обеспечить одинаковое реактивное усилие на рулевом колесе от давления жидкости при повороте как направо, так и налево со стороны углового редуктора расположены три дополнительных плунжера, общая площадь которых равна площади кромки сечения винта.В одном из плунжеров встроен обратный клапан, который при отказе гидросистемы соединяет между собой магистрали высокого и низкого давления, обеспечивая работу рулевого управления без усилителя. Предохранительный клапан соединяет магистрали нагнетания и слива при давлении жидкости свыше 8 МПа, предохраняя насос от перегрева, а детали от перегрузок. Размещение предохранительного клапана в отдельной бобышке облегчает его регулировку и ремонт.Отдельный гидроусилитель автомобиля МАЗ. Распределитель крепится к корпусу шаровых шарниров и силового цилиндра. Внутри корпуса распределителя имеются три кольцевых канавки: две крайние соединены между собой каналом и с магистралью нагнетания, средняя сообщает магистраль слива с бачком насоса. Две кольцевые канавки золотника соединяются каналами (Одна — с левой, другая — с правой стороны) с реактивными камерами, представляющими собой замкнутую полость. Шаровые пальцы сошки и продольной рулевой тяги закреплены в корпусе шаровых шарниров. Этот корпус фланцем скреплен с корпусом золотника. Шаровые пальцы зажаты пружинами между сферическими сухарями пробкой и регулировочной гайкой. Сухари удерживаются от вращения штифтами, а шаровые пальцы в сухарях могут поворачиваться в некоторых пределах. Внутри корпуса шаровых шарниров в осевом направлении может перемещаться стакан с закрепленным в нем шаровым пальцем сошки. Со стаканом перемещается и золотник, жестко соединенный с ним болтами. На корпус шаровых шарниров навернут силовой цилиндр, в котором помещен поршень со штоком. С одной стороны полость цилиндра закрыта пробкой, а с другой — крышкой. На конце штока имеется головка для его крепления в кронштейне рамы. Полости цилиндра, разделенные поршнем, соединены трубопроводами с каналами в корпусе распределителя, выходящими в полость между кольцевыми проточками. 

Основные неисправности рулевого управления

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

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

Реечный

На данный момент он является одним из самых распространенных. В основном, устанавливается на легковые автомобили и кроссоверы. Устройство рулевого механизма реечного типа предполагает наличие следующих деталей:

Первая устанавливался на валу руля. Шестерня находится в постоянном зацеплении с зубчатой рейкой. Действует данный механизм довольно просто. При вращении руля рейка перемещается вправо или влево. При этом тяги, что присоединены к приводу, поворачивают управляемые колеса на заданный угол.

Среди преимуществ такого механизма стоит отметить простоту конструкции, большой КПД и высокую жесткость. Однако при этом такой механизм сильно чувствителен к неровностям на дороге, из-за чего быстро изнашивается. Нередко владельцы подержанных автомобилей сталкивались с проблемой стучащей рейки. Это и есть следствие износа рулевого механизма. Поэтому элемент устанавливается лишь на определенные типы автомобилей. В основном это переднеприводные машины с независимой передней подвеской. Если говорить про ВАЗ, то рейка встречается на всех моделях, начиная с «восьмерки». На «классике» же устанавливается несколько иной рулевой механизм.

К рулевому управлению предъявляют следующие требования

1. Обеспечение высокой маневренности, при которой возможны крутые и быстрые повороты на сравнительно ограниченных площадях.
2. Легкость управления, оцениваемая усилием, прилагаемым к рулевому колесу.
3. Высокая степень надежности действия, поскольку выход рулевого управления из строя в большинстве случаев заканчивается аварией или катастрофой.
4. Правильная кинематика поворота, при которой колеса всех осей автомобиля катятся по концентрическим окружностям (невыполнение этого требования приводит к скольжению шин по дороге, интенсивному их изнашиванию, излишним расходам мощности двигателя и топлива).
5. Умеренное ощущение толчков на рулевом колесе при езде по плохим дорогам, что снижает безопасность движения.
6. Точность следящего действия, в первую очередь кинематического, при котором любому заданному положению рулевого колеса будет соответствовать вполне определенная заранее рассчитанная крутизна поворота.
7. Отсутствие в рулевом управлении больших зазоров, приводящих к плохому держанию автомобилем дороги, к его вилянию.

Рулевое управление машины с передними управляемыми колесами состоит из переднего моста, трапеции управления, рулевого привода и рулевого механизма (рисунок а). Передние колеса устанавливают на цапфах 13, соединенных с передней осью шкворнями. Все это образует передний мост.

На цапфах закреплены рычаги 11, связанные шарнирно с поперечными тягами 12, Рычаги 11 и поперечные тяги 12 с передней осью 14 составляют трапецию управления, предназначенную для поворота колес.

Тяги 22 соединены с рулевой сошкой 15, сидящей на валу 10 с закрепленным на нем зубчатым сектором 8. Рулевая сошка и вал 10 образуют рулевой привод, передающий усилие от сошки к поворотным цапфам.

Зубчатый сектор 8 находится в зацеплении с поршнем-рейкой 7, укрепленной на винте 6 гидроусилителя, и образует рулевой механизм. Действие рулевого механизма облегчается гидравлическим усилителем. Усилие к рулевому механизму передается от рулевого колеса 2, сидящего на валу 4, через карданную передачу 5 на винт 6.

В рулевых механизмах применяют передачи типа червяк ролик, червяк — сектор, червяк — червячная шестерня и др. Передачи первого типа наиболее распространены в рулевых механизмах тракторов и грузовых автомобилей.

На отечественных автомобилях принято левое (по ходу) рулевое управление, обеспечивающее лучший обзор. У тракторов рулевое управление расположено справа, благодаря чему создаются условия для лучшего наблюдения за работой агрегата и более точного его вождения при выполнении ряда технологических операций (пахота, косьба и т. д.).

С целью облегчения управления трактором или автомобилем применяют усилители рулевого управления преимущественно гидравлического типа (в тракторах К-701, Т-150К, МТЗ-80, ЛТЗ-55, в автомобиле ЗИЛ-130).

Управляемые (направляющие) колеса трактора (автомобиля) должны быть установлены правильно, чтобы износы шин и затраты мощности на качение были наименьшими, устойчивость — хорошей, а управление — легким. Установка управляемых (передних) колес характеризуется их развалом в вертикальной плоскости и схождением в горизонтальной, а также наклоном шкворней поворотных цапф в продольной и поперечной плоскостях.

Развал колес (рисунок б) определяется установкой цапф колес с наклоном их шипов вниз. Это позволяет уменьшить нагрузки на внешний подшипник и улучшить управляемость. Угол развала колес различных машин а

Схождение колес (рисунок г) находят по разнице размеров А и Б между серединами колес впереди и сзади, если смотреть на них сверху. Схождение колес обеспечивает правильное параллельное качение их при наличии развала и зазоров в шкворнях, рулевых тягах и подшипниках колес. В руководстве по каждой машине указывают требуемые размеры А и Б, которые проверяют специальными приспособлениями и регулируют, изменяя длину поперечной тяги рулевого управления. Схождение колес находится в пределах 2…12 мм.

Поперечный в (рисунок б) и продольный у (рисунок в) наклоны шкворня способствуют повышению устойчивости колеса в среднем положении. Угол у, характеризующий поперечный наклон шкворня, составляет у автомобилей 6…8° и определяется соответствующей формой передней оси. Угол у, характеризующий продольный наклон шкворня, изменяется в пределах 0…40 и определяется установкой цапфы передней оси в наклонном положении. Углы наклона шкворней в процессе эксплуатации машин регулировкам не подлежат.

Принцип работы и виды механизмов рулевого управления

Как уже говорили, выделяют три основные виды механизма рулевого управления: реечный, червячный и винтовой. Самым распространенным видом на легковых автомобилях считается реечный. Конструкция достаточно простая и отличается неплохим КПД передачи крутящего момента руля (устанавливают на авто с независимой подвеской). Основой служит рулевая рейки с шестерней, сама же шестерня устанавливается на вал и постоянно находится в сцеплении с рейкой.

Вращая руль, рейка за счет шестеренки перемещается в горизонтальном положении влево или вправо. Тяги, прикрепленные к рейке, так же перемещаются в соответствии с поворотом руля, тем самым передавая усилия на колеса и поворачивая их по сторонам. Основные плюсы в самом строении, меньше тяг и шарниров, компактность, невысокая цена обслуживания, простота конструкции и надежность. Есть и минусы, редуктор такого механизма весьма чувствительный к неровностям на дороге, за чет чего любой удар колеса передается на руль.

Второй вид механизма – червячный. Считается самым старым видом среди существующих вариантов. Чаще всего встречается на классических, отечественных автомобилях, а так же на машинах с повышенной проходимостью. Как правило, подвеска таких автомобилей зависимая. От предыдущего вида червячный механизм отличается наличием червячного ролика, вместо шестерни, картера, а так же рулевой сошки.В таком механизме управления «червяк» располагается на нижней части рулевого вала и находится в постоянном сцеплении с роликом. За счет такой конструкции вал проворачивается, передавая усилие на колеса автомобиля. С основным преимуществ можно отметить передачу большого усилия, лучшая маневренность машины, минимальная передача удара колес на руль, а так же поворот колес на большой угол, чего не могут другие механизмы. Все же есть и минусы, конструкция весьма сложная, а обслуживание стоит денег. К тому же в состав входить множество соединений, которые со временем приходят в негодность и требуют периодической регулировки.

Последний из видов рулевого управления – винтовой. В отличие от двух предыдущих видов, механизм соединяется с помощью гайки и шариков специального винта. Как показывает практика, износ такого механизма минимальный, а детали ломаются очень редко.

Видео-обзор разновидности деталей рулевого управления

Чаще всего винтовой механизм применяют на грузовых автомобилях, автобусах и легковых автомобилях представительского класса с повышенным комфортом и безопасностью. По принципу работы винтовой подвид работает так же, как и червячный, передавая момент прокручивания руля через червячную передачу.

Снятие рулевого редуктора

Если регулировка не помогла решить проблему или она появилась снова через небольшой промежуток времени, то пора выполнить ремонт рулевого редуктора. Это сложный процесс и для начала Вам нужно приобрести ремонт комплект, в который войдут сальники, втулка, уплотнительные кольца и другие компоненты.

Ремонт делиться на следующие этапы:

• демонтаж;
• разбор, очистка, замена;
• установка обратно.

Основная проблема и сложность состоит в изъятии рулевой редуктор из моторного отделения. Запомните, не стоит пытаться снять сошку с редуктора пока он находиться под капотом, она порой затянута так, что срывает ключи. Лучше снять вместе с сошкой, выбив рулевые тяги. И уже за рабочим столом ее пробить молотком и легко снять.

Чтобы выбить рулевые тяги, прежде всего, нужно снять передние колеса. После чего вывернуть руль в крайне левое положение и выбить несколькими ударами молотка правую тягу, потом вывернуть руль в крайне правое положение и выбить левую сошку. Бить нужно не сверху, а в бок сошки. Для более легкого выбивания за сутки до работы пропитайте все WD-40. Но лучше воспользоваться съемником, это упростит задачу. Не забудьте немного ослабить гайку.