Как рулевое колесо соединено с передними колесами
Перейти к содержимому

Как рулевое колесо соединено с передними колесами

  • автор:

Теория

Рулевым управлением называется совокупность устройств, осуществляющих поворот управляемых колес автомобиля.

Рулевое управление служит для изменения и поддержания направления движения автомобиля. Оно в значительной степени обеспечивает безопасность движения автомобиля.

Поскольку орган управления — рулевое колесо — постоянно находится в руках водителя, оно на современных автомобилях выполняет также информационную функцию — по усилиям, вибрациям на рулевом колесе происходит передача водителю информации о состоянии дорожного покрытия, нагруженности контакта колес с дорогой.

Рулевое управление автомобиля должно обеспечивать ощущаемую водителем связь между углом поворота рулевого колеса и направлением движения автомобиля, обладать высокой надежностью. Усилия, необходимые для управления, не должны приводить к повышенной утомляемости водителя и в тоже время должны информировать его о состоянии контакта управляемых колес с дорогой (обеспечивать «чувство дороги»). От рулевого управления зависит минимальный радиус поворота автомобиля на ограниченных площадях. Конструкция рулевого управления не должна передавать ударные нагрузки от неровностей дороги на руки водителя.

Все перечисленные выше требования учитываются при проектировании рулевого управления.

Изменить направление движения автомобиля можно двумя различными способами: за счет поворота колес или звеньев автомобиля в горизонтальной плоскости (кинематический способ) или за счет создания на колесах правого и левого борта различных по величине или по направлению продольных сил (силовой способ) (рис.5.1.1, г).

Для управления большинством современных автомобилей применяется кинематический способ, который может быть реализован путем:

— поворота управляемой оси (рис.5.1.1, а);

— поворота управляемых колес (рис.5.1.1, б);

— поворота сочлененных звеньев (складывания рамы) (рис.5.1.1, в).

Рисунок 5.1.1 – Способы поворота колесной машины:
а – за счет поворота оси; б – за счет поворота управляемых колес; в – складыванием рамы; г – силовым способом

Поворот управляемой оси — это наиболее старый из известных способов управления. Он применялся еще на двухосных гужевых повозках. При таком способе ось с колесами поворачивалась относительно шкворня, установленного в центре повозки. Система управления получалась очень простой, но требовала сильного сужения передней части кузова для перекатывания управляемых колес, не обеспечивала демпфирования ударов от неровностей дороги на органы управления и при предельных углах поворота оси возникала опасность бокового опрокидывания из-за уменьшения площади опоры автомобиля.

Для частичного устранения указанных недостатков пытались заменить управляемую ось одним колесом, установленным по центру автомобиля (например, автомобиль К. Бенца). В настоящее время такая схема поворота осталась на двух- и трехколесных транспортных средствах. Поворот управляемой оси сегодня применяется только на прицепах.

Принцип управления за счет поворота сочлененных звеньев применяется в случае, когда колеса транспортного средства имеют большие размеры и поворот каждого из них затруднен. Несущая система транспортного средства состоит из двух частей, к каждой из которой присоединена передняя и задняя оси. Обе части соединены друг с другом подвижно с помощью вертикального шкворня. Относительный поворот частей («складывание» рамы или иной несущей системы) происходит с помощью гидравлических цилиндров рулевого управления. К недостаткам данной схемы относится низкая точность управления при высокой скорости, трудность размещения кузовов или кабин на двух подвижных частях рамы, усложнение трансмиссии. В связи с этим данный способ рулевого управления на современных автомобилях применяется редко, основная сфера использования — тихоходные тракторы, дорожно-строительные машины, специальные вездеходы и т.п.

Наибольшее распространение в конструкции автомобиля получило рулевое управление с поворотными колесами. В этом случае каждое управляемое колесо может поворачиваться в горизонтальной плоскости относительно собственной оси поворота. Для синхронизации поворота правого и левого колеса одной оси они связаны шарнирным механизмом — рулевой трапецией.

Рулевая трапеция обеспечивает поворот правого и левого колес на разные углы, что позволяет им катиться на повороте по разным радиусам без проскальзывания.

Основные преимущества указанной схемы поворота: колеса занимают при поворотах небольшой объем внутри кузова, что позволяет удобно размещать над управляемым мостом другие агрегаты автомобиля (двигатель, трансмиссию и т. д.); для поворота колес требуются незначительные усилия, близкое расположение колеса к оси его поворота уменьшает удары, передающиеся от дороги на рулевое управление.

Двухосный автомобиль имеет, как правило, одну переднюю ось с управляемыми колесами. Иногда для улучшения маневренности такие автомобили снабжают всеми управляемыми колесами, но при этом усложняется конструкция рулевого управления и возникают проблемы с управляемостью на высокой скорости. Поэтому на автотранспортных средствах с передними и задними управляемыми колесами при движении с высокими скоростями принудительное управление задними колесами отключают, а колеса фиксируются в нейтральном положении.

Для современных скоростных легковых автомобилей конструкция подвески задних неуправляемых колес и наличие упругих резинометаллических шарниров крепления рычагов к несущей системе (эластокинематика подвески) обеспечивает при движении на повороте незначительные углы поворота колес из-за крена кузова и действия на колеса боковых сил. Это явление называется «доворотом» неуправляемых колес и при правильно спроектированной подвеске позволяет улучшить управляемость в скоростных поворотах.

Одну ось с управляемыми колесами могут иметь и трехосные автомобили, но при условии, что вторая и третья неуправляемые оси сближены. Если эти оси разнесены или автомобиль имеет более трех осей, то для предотвращения бокового проскальзывания колес применяют несколько осей с управляемыми колесами (см. рис.50, д).

При этом водитель непосредственно поворачивает колеса первой оси, колеса прочих осей связаны с первой осью с помощью механических, гидравлических или электрогидравлических передач, которые управляют их поворотом. Управляемые колеса полуприцепов могут поворачиваться в зависимости от угла складывания между автомобилем-тягачом и полуприцепом или двумя частями сочлененных автобусов.

В ряде случаев для упрощения конструкции рулевого управления задние поворотные колеса многоосных автомобилей и прицепов делаются самоустанавливающимися, т. е. колеса на повороте сами поворачиваются на углы, при которых на них не воздействуют боковые силы (рис.5.1.2).

Рисунок 5.1.2 – Самоустанавливающаяся ось полуприцепа

Силовой способ поворота автомобиля аналогичен способу поворотов гусеничных машин. При этом способе функции рулевого управления выполняет специальная трансмиссия. При воздействии водителя на органы управления трансмиссия подтормаживает колеса одного борта с подачей тяговых сил на колеса другого, что вызывает появление момента сил правого и левого борта, который стремится повернуть машину относительно вертикальной оси. Такая схема управления обеспечивает поворот практически на месте. Но силовой способу правления на современных автомобилях почти не применяется, что связано с низкой точностью управления на больших скоростях, высоким износом шин, необходимостью устанавливать двигатели повышенной мощности и сложные трансмиссии.

Вместе с тем силовой способ управления поворотом все же применяется в современных автомобилях, но не в качестве основного, а как основа функционирования электронной системы стабилизации траектории ESP.

© Филиал БНТУ «Бобруйский государственный автотранспортный колледж» Зарегистрирован в Государственном регистре информационных ресурсов Беларуси 16.06.2011 №7141101591

Как рулевое колесо соединено с передними колесами

Общее устройство рулевого управления автомобиля

Рулевое управление служит для изменения и сохранения выбранного водителем направления движения автомобиля. Основным способом изменения направления движения является поворот в горизонтальной плоскости передних направляющих колес относительно задних колес. Рулевое управление должно обеспечивать правильную кинематику поворота и безопасность движения, небольшие усилия на рулевом колесе, предотвращать передачу толчков от неровностей дороги на рулевое колесо.

Рис. 16.1. Схема поворота автомобиля.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:
Дополнительные материалы по теме:
  • Примеры планировочных решений
  • Планировка автохозяйств и станций обслуживания
  • Определение площади стоянки
  • Определение площадей производственных помещений
  • Технологическое проектирование зон технического обслуживания и ремонта
  • Исходные данные для проектирования автотранспортных предприятий
  • Хранение запасных частей и технических материалов
  • Хранение шин и резиновых материалов
  • Хранение и раздача смазочных материалов

Качение колес на повороте должно происходить без проскальзывания и бокового скольжения. Для этого передние и задние колеса должны катиться по окружностям, описанным из одного центра поворота О (рис. 16.1), находящегося на продолжении оси задних колес автомобиля. При этом передние управляемые колеса должны поворачиваться на разные углы.

Центр поворота представляет собой точку О пересечении продолжения осей всех колес. При повороте наружное колесо по отношению к центру поворота должно быть повернуто на несколько меньший угол а, а внутреннее колесо на больший угол р, в противном случае поворот будет неизбежно сопровождаться боковым проскальзыванием его передних колес. Радиус R поворота автомобиля зависит от его базы L и углов поворота колес (наружного а и внутреннего р). Чем меньше его база и больше углы поворота колес, тем меньше радиус поворота, а чем меньше радиус поворота, тем меньше потребуется места для поворота автомобиля. Так, у автомобиля ЗИЛ-130 Rmin=8 м, у автомобиля ВАЗ-2107 «Жигули» Rmin = 5,6 м.

Рулевое управление состоит из рулевого механизма, рулевого привода и может иметь усилитель. Рулевой механизм преобразует вращение рулевого колеса в поступательное перемещение тяг привода, вызывающих поворот управляемых колес.

Рулевой механизм состоит из рулевого колеса, рулевого вала, рулевой колонки и червячной передачи, на вал которой крепится сошка рулевого привода.

Рулевой привод представляет собой систему тяг и рычагов, осуществляющих в совокупности с рулевым механизмом поворот автомобиля. Для одновременного поворота направляющих колес на различные углы служит рулевая трапеция, состоящая из балки переднего моста, поперечной рулевой тяги, рычагов, соединенных с цапфами.

Конструкция рулевого привода зависит от типа подвески управляемых колес, которая может быть зависимой и независимой. При зависимой подвеске передних колес применяют нерасчлененную поперечную тягу.

При вращении рулевого колеса от вала, расположенного внутри колонки, приводится в действие червячная передача рулевого механизма. Механизм перемещает сошку, которая при помощи продольной тяги и рычага поворачивает левую поворотную цапфу с расположенным на ней колесом. Левый рычаг через поперечную тягу поворачивает на соответствующий угол правую цапфу с установленным на ней колесом. Предельный угол поворота колес в зависимости от типа автомобиля колеблется в пределах 28—35°. Ограничение угла поворота вводится для того, чтобы исключить при повороте задевание колесами рамы, крыльев и других деталей.

При независимой подвеске передних колес применяют расчлененную рулевую трапецию, которая состоит из рулевой сошки и маятникового рычага, закрепленного на раме шарнирно. Рулевая сошка и маятниковый рычаг объединены средней поперечной тягой. Средняя тяга соединена двумя промежуточными боковыми тягами с рычагами поворотных цапф колес. Боковые тяги регулируются по длине при помощи муфт.

Устройство автомобиля. Принцип работы рулевого механизма

Существует несколько типов рулевого механизма Вам известно, что при повороте руля поворачиваются колеса автомобиля. Но между поворотом руля и поворотом колес происходят определенные действия.

В этой статье мы рассмотрим особенности двух наиболее распространенных типов рулевого механизма: реечный рулевой механизм и рулевой механизм с шариковой гайкой. Также мы расскажем о рулевом управлении с гидроусилителем и узнаем об интересных технологиях развития систем рулевого управления, позволяющих сократить расход топлива. Но, прежде всего, мы рассмотрим, как происходит поворот. Не все так просто, как может показаться.

Поворот автомобиля

Возможно, Вы удивитесь, узнав, что при повороте колеса на передней оси проходят по различной траектории.

Для обеспечения плавного поворота, каждое колесо должно описать разную окружность. В связи с тем, что внутреннее колесо описывает колесо меньшего радиуса, оно совершает более крутой поворот, чем внешнее. Если провести перпендикуляр к каждому колесу, линии будут пересекаться в центральной точке поворота. Геометрия поворота заставляет внутреннее колесо поворачиваться сильнее, чем внешнее.

Существует несколько типов рулевого механизма. Наиболее распространенными являются реечный рулевой механизм и рулевой механизм с шариковой гайкой.

Реечный рулевой механизм

Реечный рулевой механизм широко используется в легковых автомобилях, грузовиках малой грузоподъемности и внедорожниках. Фактически, этот механизм довольно прост. Реечные шестерни расположены в металлической трубке, с каждой стороны которой выступает рейка. Рулевой наконечник соединяется с каждой стороной рейки.

Ведущая шестерня сопряжена с валом рулевого механизма. Когда Вы поворачиваете руль, шестерня начинает вращаться и приводит рейку в движение. Рулевой наконечник на конце рейки соединяется с рулевой сошкой на шпинделе (см. рисунок).

  • Она преобразует вращательное движение рулевого колеса в прямолинейное движение, необходимое для поворота колес.
  • Она обеспечивает передаточное отношение для облегчения поворота колес.

Передаточное отношение рулевого механизма — это отношение градуса поворота руля к градусу поворота колес. Например, если один полный оборот руля (360 градусов) поворачивает колесо на 20 градусов, тогда передаточное отношение рулевого механизма составляет 18:1 (360 разделить на 20). Чем выше отношение, тем больше градус поворота руля. При этом, чем выше отношение, тем меньше усилий требуется приложить.

Как правило, у легких спортивных автомобилей передаточное отношение рулевого механизма ниже, чем у крупных автомобилей и грузовиков. При низком передаточном отношении у рулевого механизма более быстрый отклик, поэтому Вам не нужно с усилием крутить руль чтобы выполнить поворот. Чем меньше автомобиль, тем меньше его масса, и, даже при низком передаточном отношении, не требует прилагать дополнительное усилие для поворота.

Также существуют автомобили с переменным передаточным отношением рулевого механизма. В этом случае у зубчатой рейки с шестерней разный шаг зубьев (число зубьев на дюйм) в центре и по бокам. В результате, автомобиль реагирует на поворот руля быстрее (рейка расположена ближе к центру), а также снижается усилие при повороте руля до упора.

Реечный рулевой механизм с усилителем

При наличии реечного рулевого механизма с усилителем, рейка имеет немного другую конструкцию. Часть рейки включает цилиндр с поршнем посередине. Поршень соединен с рейкой. С обеих сторон поршня имеются два отверстия. Подача жидкости под высоким давлением на одну из сторон поршня приводит поршень в движение, он поворачивает рейку, обеспечивая усиление рулевого механизма.

Далее в статье мы рассмотрим компоненты усилителя. Но прежде мы расскажем о другом типе рулевого механизма.

Рулевой механизм с шариковой гайкой

Рулевой механизм с шариковой гайкой можно встретить на многих грузовиках и внедорожниках. Данная система немного отличается от реечного механизма.

Рулевой механизм с шариковой гайкой включает червячную передачу. Условно червячную передачу можно разделить на две части. Первая часть представляет собой металлически блок с резьбовым отверстием. Данный блок имеет зубья с наружной стороны, которые сопрягаются с шестерней, которая приводит в движение рулевую сошку (см. рисунок). Рулевое колесо соединено с резьбовым стержнем, похожим на болт, установленным в резьбовое отверстие блока. Когда рулевое колесо вращается, болт поворачивается вместе с ним. Вместо того, чтобы вкручиваться в блок, как обычные болты, этот болт закреплен так, что, когда он вращается, он приводит в движение блок, который, в свою очередь, приводит в движение червячную передачу.

Болт не соприкасается резьбой с блоком, поскольку она заполнена шарикоподшипниками, циркулирующими по механизму. Шариковые подшипники используются для двух целей: Они снижают трение и износ передачи, а также снижают загрязнение механизма. Если в рулевом механизме не будет шариков, на какое-то время зубья не будут соприкасаться друг с другом и Вы почувствуете что руль потерял жесткость.

Гидроусилитель в рулевом механизме с шариковой гайкой функционирует точно так же, как и в реечном рулевом механизме. Усиление обеспечивается подачей жидкости под высоким давлением на одну из сторон блока.

Далее мы рассмотрим компоненты гидроусилителя.

Гидроусилитель руля


Помимо самого рулевого механизма, гидроусилитель включает несколько основных компонентов.

Насос

Пластинчатый насос снабжает рулевой механизм гидравлической энергией (см. рисунок). Двигатель приводит насос в действие при помощи ремня и шкива. Насос включает утапливаемые лопатки, вращающиеся в камере овальной формы.

При вращении лопатки выталкивают гидравлическую жидкость низкого давления из обратной магистрали в выпускное отверстие под высоким давлением. Сила потока зависит от количества оборотов двигателя автомобиля. Конструкция насоса обеспечивает необходимый напор даже на холостых оборотах. В результате, насос перемещает большее количество жидкости при работе двигателя на более высоких оборотах.

Насос имеет предохранительный клапан, обеспечивающий надлежащее давление, что особенно важно при высоких оборотах двигателя, когда подается большой объем жидкости.

Поворотный клапан

Гидроусилитель должен помогать водителю только при приложении силы к рулевому колесу (при повороте). При отсутствии усилия (например, при движении по прямой), система не должна обеспечивать помощь. Устройство, определяющее приложение силы к рулевому колесу, называется поворотный клапан.

Основным компонентом поворотного клапана является торсион. Торсион представляет собой тонкий металлический стержень, который поворачивается под действием крутящего момента. Верхний конец торсиона соединен с рулевым колесом, а нижний с шестерней или червячной передачей (которая поворачивает колеса), при этом крутящий момент торсиона равен крутящему моменту, прилагаемого водителем для поворота колес. Чем выше прилагаемый крутящий момент, тем больше поворот торсиона. Входная часть вала рулевого механизма формирует внутреннюю часть поворотного клапана. Также он соединен с верхней частью торсиона. Нижняя часть торсиона соединена с внешней частью поворотного клапана. Торсион также вращает шестерню рулевого механизма, соединяясь с ведущей шестерней или червячной передачей, в зависимости от типа рулевого механизма.

При повороте торсион вращает внутреннюю часть поворотного клапана, внешняя часть при этом остается неподвижной. В связи с тем, что внутренняя часть клапана также соединена с рулевым валом (и, следовательно, с рулевым колесом), количество оборотов внутренней части клапана зависит от крутящего момента, прилагаемого водителем.

Когда руль неподвижен, обе гидравлические трубки обеспечивают равное значение давления на шестерню. Но при повороте клапана каналы открываются для подачи жидкости под высоким давлением к соответствующей трубке.

Практика показала не самую высокую эффективность такого типа усилителя рулевого управления.

Инновационные усилители руля

В связи с тем, что насос рулевого механизма с гидроусилителем на большинстве автомобилей непрерывно перекачивает жидкость, он расходует мощность и топливо. Логично рассчитывать на ряд нововведений, которые позволят повысить экономию топлива. Одной из самых удачных идей является система с компьютерным управлением. Эта система полностью исключает механическую связь между рулевым колесом и рулевым механизмом, заменяя ее электронной системой управления.

Фактически руль работает так же, как руль для компьютерных игр. Руль будет оснащен датчиками для подачи автомобилю сигналов о направлении движения колес и моторами, обеспечивающими отклик на действия автомобиля. Выходные данные таких датчиков будут использоваться для управления рулевым механизмом с электроприводом. В этом случае устраняется необходимость наличия рулевого вала, что увеличивает свободное пространство в моторном отсеке.

General Motors представила концепт-кар Hy-wire, на котором уже установлена такая система. Отличительной особенностью такой системы с электронным управлением от GM является то, что Вы можете сами настроить управляемость автомобиля с помощью нового компьютерного программного обеспечения без замены механических компонентов. В автомобилях с электронным управлением будущего Вы сможете подстроить систему контроля под себя нажатием лишь нескольких кнопок. Все очень просто! За последние пятьдесят лет система рулевого управления не сильно изменились. Но в следующем десятилетии наступит эпоха более экономичных автомобилей

Глава 5. Рулевое управление и тормоза

Общее устройство и требования, предъявляемые к рулевому управлению. Рулевое управление служит для изменения и сохранения направления движения машины. На большинстве легковых автомобилей изменение направления движения осуществляется поворотом управляемых колес. Обычно управляемыми являются передние колеса автомобиля. В последние годы начали распространяться конструкции легковых автомобилей с четырьмя управляемыми колесами.

Конструкция рулевого управления легкового автомобиля состоит из двух основных частей: рулевого механизма (рулевой передачи) и рулевого привода. На тяжелых и дорогих автомобилях в системах рулевого управления применяют усилители.

Общее устройство рулевого управления без усилителя показано на рисунке 5.2. Рулевое колесо 1 посажено на верхнем конце рулевого вала 3, установленного в рулевой колонке 2. Рулевой вал 3 соединен с рулевой передачей (рулевым механизмом) 4 или 7. Рулевая передача приводит в движение поперечную тягу 6, которая обеспечивает поворот управляемых колес. Максимальный угол поворота рулевого колеса лежит в пределах 540. 720° (1,5. 2,0 оборота). В качестве рулевого механизма используют червячную 4 или реечную 7 зубчатые передачи. Рычаги, которые осуществляют поворот управляемых колес, относят к рулевому приводу. Они соединяются друг с другом шарнирами и образуют рулевую трапецию (см. рис. 5.3).

На первых автомобилях не было рулевого колеса, поворот производился с помощью поводков и рычагов с рукоятками. Например, на гоночном автомобиле Г. Форда «Стрела» в 1904 г. был установлен рычаг с двумя рукоятками. Вначале применяли рулевые колонки с полукольцом, на котором закрепляли две рукоятки. На следующих моделях рукоятки исчезли, полукольцо замкнули и превратили в рулевое колесо.

Рулевая трапеция появилась раньше рулевого колеса. Трапеции применялись для поворота колес еще на паровых автомобилях, например на паровой повозке А. Болле (1875—1880). Конструкция рулевой трапеции значительно изменилась после применения независимой подвески колес, для установки которой пришлось расчленить поперечную тягу и установить дополнительные шаровые шарниры. Однако, когда на легковых автомобилях появилась подвеска «качающаяся свеча», поперечную тягу удалось упростить.

Значительно более сложные рулевые приводы имеют полноприводные автомобили, у которых число рычагов и шарниров практически удваивается. В настоящее время на многих легковых автомобилях применяют рулевое управление с гидравлическими усилителями.

Рулевое управление является системой, в значительной степени обеспечивающей безопасность движения автомобиля. Поэтому к нему предъявляются высокие требования. Оно должно обеспечивать:

качение колес автомобиля без бокового скольжения;

способность колес самовозвращаться в исходное положение и сохранять заданное направление движения;

минимальный радиус поворота автомобиля;

малое усилие на рулевом колесе и минимальную передачу обратных воздействий от управляемых колес к рулевому колесу;

обратную связь между управляемыми колесами и водителем;

высокую надежность работы.

Поворот управляемых колес. Качение колес без бокового скольжения. При изменении направления движения автомобиля качение всех его колес не должно иметь бокового скольжения. Иначе может произойти занос машины и потеря устойчивости и управляемости.

Для выполнения требования качения без. бокового скольжения необходимо, чтобы управляемые колеса поворачивались на разные углы. На рисунке 5.3, а показана схема поворота автомобиля с передними управляемыми колесами. Разные углы поворота управляемых колес обеспечиваются работой рулевой трапеции 2 — системы рычагов с шарнирам», связыва-ющей управляемые колеса. Колеса поворачиваются вокруг осей поворота 1 на разные по величине наружный 9Н и внутренний Эв углы. Внутренний угол 0В больше наружного 8Н, и все четыре колеса автомобиля катятся по концентрическим окружностям с центром т. О без бокового скольжения. Т.О называется центром поворота. Основным показателем рулевого управления автомобиля служит минимальный радиус поворота Н„цп- Радиус определяют как расстояние от центра поворота т. О до наружного края колеса. Чем меньше Rmin, тем лучше поворачивается машина. Минимальный радиус поворота зависит от углов поворота управляемых колес 6, а также от базы L и колеи В автомобиля. У машин с короткой базой минимальный радиус поворота невелик. Для того чтобы углы поворота управляемых колес были больше 30. 40°, необходимо предусмотреть большие объемы под крыльями колес. Увеличение объема, занимаемого колесами, снижает полезную площадь передней и задней частей кузова. У легковых автомобилей «ВАЗ-2108», «АЗЛК-2141» и «ЗАЗ-1102» Rmin = 5 м, у короткобазного автомобиля «ВАЗ-1111» («Ока») /?т,-„ = 4,6-м, а у длиннобазных «Газ-3102» («Волга») Rmin = 5,9 м и у «ЗИЛ-4104» #m,-n = 7,6 м.

Значительно уменьшить минимальный радиус поворота можно, используя схему со всеми управляемыми колесами (рис. 5.3, б). Все колеса автомобиля могут катиться по двум концентрическим окружностям: наружной и внутренней. В условиях бездорожья колеса автомобиля прокладывают не четыре, а две колеи. При этом существенно снижается сопротивление движению машины. Однако на большой скорости движения одновременный поворот передних и задних колес приводит к потери устойчивости, заносу машины.

Для того чтобы избежать потери устойчивости, предусматривают задержку поворота задних управляемых Колес, т. е. их поворот осуществляется с запаздыванием по сравнению с поворотом передних колес.

Конструкция рулевого управления автомобилем со всеми управляемыми колесами значительно усложнена. На таких автомобилях приходится применять сложные автоматизированные системы рулевого привода.

Представленные на рисунке 5.3, а, б схемы соответствуют повороту жестких колес автомобиля без учета работы пневматической шины. В действительности при всяком изменении направления движения происходит боковой увод шин (см. рис. 4.8), и на рисунке 5.4. показаны схемы поворота автомобиля при наличии бокового увода шин. Если все четыре колеса имеют одинаковый угол бокового увода б (рис. 5.4,а), то центр поворота смещается из т. О в т. О\, при этом траектория поворота сохраняется. Если углы бокового увода шин передней и задней осей автомобиля разные, то происходит изменение траектории движения. На рисунке 5.4, б представлен случай, когда углы увода шин передней оси больше углов увода шин задней оси. При смещении центра поворота увеличивается радиус поворота автомобиля. В этом случае машина обладает недостаточной поворачиваемостыо. Чтобы удержать автомобиль на заданном направлении движения, водителю необходимо повернуть рулевое колесо на дополнительный угол. Если угол бокового увода шин задних колес больше, чем передних (рис. 5.4, в), то радиус поворота уменьшается. Автомобиль приобретает излишнюю поворачи-ваемость, и при большой скорости движения на скользких дорогах это может привести к заносу, потере управляемости. Излишняя поворачиваемость более опасна, чем недостаточная.

Наличие бокового увода шин требует строгого выполнения правил их установки. Если на автомобиле используются шины разной конструкции, то они должны устанавливаться только парами по осям машины. Опыт показывает, что установка одной шины иной танструкции, чем остальные три, резко ухудшает управлямость как задне-, так и переднеприводных автомобилей.

При одинаковых боковых силах, действующих на колеса, податливость протектора, а следовательно, и угол бокового увода у радиальных шин значительно меньше, чем у диагональных. Это объясняется наличием в радиальных шинах слоев металлокорда, опоясывающих каркас шины по окружности (см. рис. 4.5, б). Металлокорд ограничивает смещение протектора. Использование радиальных шин на задних колесах, а диагональных — на передних приводит к излишней поворачиваемости автомобиля.

Излишняя поворачиваемость возникает и при разном давлении сжатого воздуха в шинах. Чтобы этого избежать, нужно повысить давление в шинах задней оси автомобиля. Резкое ухудшение управляемости наступает при повороте автомобиля со спущенными шинами передних колес.

Углы установки управляемых колес. Силы, действующие на автомобиль, стремятся отклонить управляемые колеса от исходного положения, изменить прямолинейное движение. Во избежание поворота управляемых колес под действием внешних сил необходимо наличие их стабилизации, т. е. способности возвращаться в исходное положение без участия водителя. Чем лучше стабилизация колес, тем легче управлять автомобилем, выше безопасность движения и меньше износ шин. На легковых автомобилях стабилизация управляемых колес осуществляется за счет наклона оси поворота колес в поперечной и продольной плоскостях, а также упругих свойств пневматической шины. Поперечный наклон оси поворота (рис. 5.5, а) под углом (J при повороте колеса вызывает подъем передней части автомобиля на высоту h. Если отпустить рулевое колесо, то под действием силы тяжести передней части машины колеса возвратятся в исходное положение. При продольном наклоне оси поворота (рис. 5.5, б) под углом у возникает плечо а, на котором действуют внешние боковые силы, способствующие возврату колеса в исходное положение.

Углы наклона оси поворота управляемых колес в поперечной плоскости достигают 10. 15°. Например, у автомобилей «АЗЛК-2141» р = 13°20′, «ЗАЗ-1102» р = 15°, «ВАЗ-2121» р = 11°30′. Углы наклона оси поворота в продольной плоскости значительно меньше и составляют 1. 4°. У автомобилей «ВАЗ-2121» у = 3°30′,«ВАЗ-2108»,-2109»у = 1°30/,«ВАЗ-2105» у=А°

Во время эксплуатации легковых автомобилей поперечный наклон оси поворота управляемых колес не регулируют: Этот наклон обеспечивается конструкцией направляющего устройства подвески. Продольный наклон оси поворота регулируют с помощью шайб, установленных в элементах конструкции подвески колес.

Поворот автомобиля связан с силами сопротивления и.тяги, которые действуют на управляемые колеса (рис. 5.6). У заднеприводных автомобилей (рис. 5.6, а) силы сопротивления приложены к управляемому колесу в зоне контакта с поверхностью дороги (т. Л). Сила, которая толкает колесо и заставляет его вращаться, приложена в т. В на оси Поворота колеса. Наличие плеча АВ приводит к повороту управляемых колес в направлении S. В результате действия сил в т. А и В поворотные рычаги и поперечная рулевая тяга подвергаются сжатию. Если силы справа и слева одинаковые, то автомобиль сохраняет прямолинейное движение. При нарушении равенства сил, например при наезде одним колесом на неровность дороги, автомобиль может изменить направление движения. Силы, приложенные в т. Л и В, вызывают расхождение колес относительно продольной оси автомобиля.

В переднеприводных автомобилях (рис. 5.6, б) под действием силы тяги (т. А) происходит схождение колес. Чтобы уменьшить влияние сил тяги и сопротивления на схождение или расхождение управляемых колес в горизонтальной плоскости, необходимо уменьшить плечо / с помощью изменения сочетания угла развала и поперечного наклона оси поворота управляемых колес (рис. 5.7). Для создания наименьшего сопротивления движению, уменьшения износа шин и снижения расхода топлива управляемые колеса должны катиться в вертикальных плоскостях, параллельных продольной оси автомобиля. С этой целью управляемые колеса устанавливают на автомобиле с развалом в вертикальной и со схождением в горизонтальной плоскостях (рис. 5.7, а, б). Угол развала необходим, чтобы обеспечить перпендикулярное расположение колес по отношению к поверхности дороги при деформациях деталей подвески. Развал вызывает стремление колеса катиться по дуге вокруг т. О (рис. 5.7, а). Для устранения этого явления колеса можно устанавливать со схождением, т. е. непараллельно друг другу, подгнекоторым углом к продольной оси автомобиля (рис. 5.7, б). Угол схождения определяется разностью расстояний между колесами А и Б, которые измеряют сзади и спереди по краям ободов.

Развал и сход управляемых колес взаимосвязаны и компенсируют друг друга. Величины углов развала и схода окончательно определяются по результатам испытаний автомобилей.

У автомобилей «ВАЗ-2121» и :2105» углы установки управляемых колес составляют: развал 0°3(У, схождение 2. 4 мм. У переднеприводных автомобилей «ВАЗ-2108» и -2109» развар колес составляет ± 30′, схождение ± 1мм. Разные углы установки колес переднеприводных и заднепрйводных автомобилей связаны с конструкцией подвески.

Углы установки управляемых колес периодически контролируют и тщательно регулируют.

Снижение усилий на рулевом колесе. Малое усилие на рулевом колесе (легкость управления) обеспечивается передаточным числом рулевого механизма и его КПД. Желательно, чтобы КПД механизма был разным в прямом (при передаче усилий от рулевого колеса) и обратном (при передаче усилий от управляемых колес) направлениях, тогда за счет потерь на трение в обратном направлении удается уменьшить толчки и удары от управляемых колес. Существенно уменьшить КПД в обратном направлении можно, применяя червячные рулевые механизмы. Снизить нежелательные воздействия на рулевое колесо со стороны управляемых колес можно, уменьшив плечо обкатки (см. рис. 5.7), установив специальные амортизирующие устройства в рулевом механизме.

Большое значение для работы рулевого управления имеют передаточные числа рулевого механизма и привода. Передаточное число рулевого механизма определяют как отношение угла поворота рулевого колеса к углу поворота сошки или к ходу рейки. Рулевые механизмы легковых автомобилей имеют передаточные числа около 20. От передаточного числа рулевого механизма зависят усилия, прилагаемые водителем к рулевому колесу, они изменяются в пределах 60. 120 Н. Ограничение минимального усилия на рулевом колесе необходимо, чтобы водитель при управлении машиной не терял обратной связи с колесами, т. е. «чувство дороги».

Передаточное число рулевого привода равно отношению плеч рычагов рулевой трапеции. Положение рычагов в процессе поворота изменяются, поэтому передаточное число привода переменно и лежит в пределах 0,85. 1,5.

Конструкции рулевых управлений легковых автомобилей. На таблице XI цветной вклейки показана конструкция рулевого управления с реечным рулевым механизмом. В рулевой механизм входят рулевое колесо, рулевой вал и рулевая пара, состоящая из шестерни и зубчатой рейки. Рулевое колесо / через гасящие (амортизирующее) устройство 2, обеспечивающее травмо-безопасность в результате деформации, установлено на верхнем конце рулевого вала 3, который вместе с рулевой колонкой 4 крепится к кузову автомобиля. Нижний конец рулевого вала 3 через эластичную муфту 5 соединен с рулевой передачей 6., Шестерня 7 находится в зацеплении с зубчатой рейкой 8, которая прижимается к шестерне через упор 9 с пружиной, обеспечивающий беззазорное зацепление шестерни с зубчатой рейкой. Одним концом рейка опирается на упор 9, а другим концом установлена в разрезной втулке 10. Рулевые тяги // крепятся к рейке двумя болтами 12.

Рулевой привод состоит из двух рулевых тяг 11 а поворотных рычагов 13 телескопических стоек подвески. Рулевые тяги изготовляются составными. Каждая тяга состоит из двух наконечников, соединенных между собой регулировочной трубчатой тягой 14. Такое соединение рулевых тяг позволяет изменять их длину при регулировании схождения управляемых колес. Рулевые тяги 11 соединены с поворотным рычагом 13 шаровым шарниром 15.

Реечные рулевые механизмы установлены на «ВАЗ-2108», -2109», «ЗАЗ-1102», «ВАЗ-1111» («Ока»). Достоинством реечных рулевых механизмов является простота конструкции, высокий КПД (0,9. 0,95), малая стоимость. С их использованием значительно упрощается конструкция рулевого привода при независимой подвеске управляемых колес (подвеска «качающаяся свеча»). Однако реечные механизмы имеют высокий КПД и в обратном направлении, и толчки со стороны дороги, которые передаются на рулевое колесо, в некоторой степени поглощаются в результате трения рейки и упора. (На автомобилях высокого класса применяют рулевой усилитель, который поглощает толчки и удары со стороны дороги).

В системах рулевого управления легковых автомобилей, кроме реечных применяют и червячные рулевые механизмы. Наибольшее распространение получили червячно-роликовые рулевые механизмы (например, на «ВАЗ-2105», -2106», -2107», «АЗЛК-2140», «ГАЗ-3102» и др.). Рулевые пары этих механизмов состоят из червяка и двухгребневого ролика. На таблице XII цветной вклейки представлена конструкция рулевого управления автомобиля с червячным рулевым механизмом. Рулевой вал / с рулевой колонкой 2 с помощью кронштейна 3 крепится к кузову. Крепление кронштейна к кузову выполнено так, что при авариях рулевой вал с рулевым колесом незначительно перемещается в сторону водителя, чем обеспечизается его травмобезопасность. Нижний конец рулевого вала через карданную передачу соединен с червячной передачей 4.

Червяк 12 червячной передачи установлен в картере 13 на двух подшипниках, затяжка которых регулируется с помощью прокладок 14. Червяк находится в зацеплении с двухгребневым роликом 15, который связан с валом рулевой сошки 17. Зацепление червяка и ролика регулируют с помощью регулировочного винта 16.

Рулевой привод состоит из сошки, маятникового рычага 7 и разрезной рулевой трапеции. Трапеция расположена сзади оси передних управляемых чолес. Рулевая трапеция состоит из трех поперечных рулевых тяг 8 и 9 маятникового рычага 7 и рычагов 10 с шарнирами 5. Боковые рулевые тяги 8 имеют два наконечника, соединенных между собой муфтой 11. Это позволяет изменять длину боковых тяг рулевой трапеции при регулировке схождения управляемых колес.

КПД червячно-роликовых механизмов значительно меньше КПД реечных и составляет в прямом направлении около 0,85, а в обратном — 0,70. Кроме того, конструкция рулевого управления с червячными механизмами сложнее конструкции рулевого управления с реечными механизмами.

Усилители в рулевом управлении чаще всего устанавливают на легковых автомобилях высокого класса. Такие усилители облегчают управление автомобилем, повышают его маневренность и безопасность движения. К рулевым усилителям предъявляются следующие требования. Прежде всего необходимо, чтобы усилитель обеспечивал обратную связь между управляемыми колесами и рулевым колесом. Угловые перемещения рулевого колеса должны быть пропорциональны углам поворота управляемых колес. Сила, приложенная к рулевому колесу, пропорциональна силе сопротивления повороту управляемых колес. Рулевой усилитель должен обладать быстродействием и не препятствовать стабилизации управляемых колес, а также поглощать удары и толчки

от движения по дороге со стороны управляемых колес. В случае выхода из строя усилителя рулевое управление не должно потерять работоспособность. Этим требованиям удовлетворяют гидравлические усилители, которые и получили широкое распространение. Любой гидроусилитель, включенный в рулевое управление, имеет следующие обязательные элементы: источник питания (гидронасос), распределительное устройство и исполнительное устройство (гидроцилиндр).

Схема рулевого управления с гидроусилителем показана на-рисунке 5.8. Золотниковый распределитель 3 встроен в продольную тягу рулевого привода так, что его золотник 4 жестко связан с сошкой рулевого механизма 2. Шток силового цилиндра (исполнительного механизма) 8 передает усилия на рулевую трапецию 7. Корпус силового цилиндра закреплен на кузове автомобиля. При повороте рулевого колеса / золотник 4, перемещаясь, открывает каналы для жидкости, поступающей в силовой цилиндр 5. Шток 8 силового цилиндра, воздействуя на рулевую трапецию, повернет управляемые колеса, а рулевая трапеция заставит перемещаться корпус распределителя 3, с которым она жестко связана. Корпус распределителя начнет перекрывать каналы для прохода жидкости в силовой цилиндр. Если остановить вращение рулевого колеса /, то золотниковый распределитель займет нейтральное положение, и поворот управляемых колес прекратится. Для непрерывного поворота колес нужно непрерывно вращать рулевое колесо, причем каждому положению рулевого колеса соответствует определенное положение управляемых колес. Золотниковый распределитель следит за положением управляемых колес, осуществляя обратную связь рулевого управления по перемещению. Чтобы работа гидропривода не лишала водителя «чувства дороги», необходима обратная связь не только по перемещению, но и по силе сопротивления со стороны дороги, которая препятствует повороту автомобиля. Для этого в золотниковом распределителе устанавливают пружины 6 и реактивные шайбы 9.

В этом случае при перемещении золотника относительно корпуса потребуются дополнительные усилия со стороны рулевого колеса. Эти усилия зависят от жесткости пружин 6 и давления жидкости на реактивную шайбу 9. При увеличении сопротивления повороту возрастает давление жидкости в силовом цилиндре и в распределителе, возрастает давление и на реактивную шайбу. В результате увеличивается усилие, которое необходимо прикладывать водителю к рулевому колесу. Так осуществляется обратная связь и слежение по силе сопротивления повороту. Центрирующие пружины и реактивные шайбы препятствуют самовключению усилителя и передаче толчков и ударов со стороны управляемых колес.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *