Рулевое колесо - часть системы рулевого управления, служащая для передачи движений рук водителя, управляющего автомобилем, колесам. В современных автомобилях выполняет множество дополнительных функций.
Орган управления системой рулей известен с давних пор. Штурвал, то есть, по сути, рулевое колесо, можно было видеть еще на парусных судах. В первых автомобилях вместо рулевого колеса применялся рычаг. Однако уже в 1894 году на автомобиле Pnhard et Levassor, принимавшем участие в гонке Париж-Руан, было установлено рулевое колесо. Считается, что это было одно из первых рулевых колес в мире.
С 1899 года на автомобилях фирмы Panhard рулевое колесо вошло в стандартное оснащение.
В дальнейшем, с началом экспорта европейских автомобилей в США принцип получил всемирное признание. На одном из , можно наблюдать рулевое колесо, установленное на привычной, левой стороне.
Первые рулевые колеса представляли из себя жесткую конструкцию, смонтированную на жесткой рулевой колонке. В случае лобового столкновения последствия от соприкосновения грудной клетки или головы шофера с рулевым колесом были, как правило, фатальными. Поэтому в 1934 году была изобретена первая складная рулевая колонка, успеха, впрочем, не имевшая. Позже, в 1956 году, на автомобилях концерна Ford было продемонстрировано первое "безопасное рулевое колесо", намеренно отставленное подальше от рулевой колонки и ближе к водителю, и снабжено пружинящими спицами. Складывающиеся рулевые колонки стали обязательными для применения в США лишь в 1968 году, когда был принят соответствующий закон.
Устройство рулевого колеса
Как правило, автомобильное рулевое колесо имеет форму круга и присоединено к рулевой колонке через центральную ступицу, к которой внешний круг присоединен посредством одной или нескольких спиц. В странах с правосторонним движением рулевое колесо устанавливается слева, а в странах с левосторонним движением - справа.
За редким исключением на рулевом колесе расположена клавиша звукового сигнала. Раньше, примерно до середины семидесятых годов, клавишей служило отдельное, внутреннее кольцо, смонтированное на ступице рулевого колеса. Расположение клавиши обусловлено необходимостью удерживать руки водителя на рулевом колесе в целях безопасности.
В местах хвата на рулевом колесе, как правило, используется пластиковое или прорезиновое покрытие.
Диаметр рулевого колеса может быть различным. У грузовых автомобилей диапазон составляет от 440 мм до 550 мм, у легковых – от 380 мм до 425 мм.
У спортивных машин колесо еще меньше. Руль маленького диаметра производства, к примеру, популярной в среде тюнеров фирмы Momo требует больших усилий водителя в управлении автомобилем, но обладает лучшей передачей крутящего момента поворотному механизму.
Регулировки рулевого колеса
Впервые регулируемое по вертикали рулевое колесо было разработано инженером Эдвардом Лобделлом в 1900 году. В его конструкции, как и в наше время, был применен храповой механизм. Однако в отличие от современных регулируемых рулей, перемещать колесо Лобделла можно было лишь в рамках семи заданных позиций.
Регулировка руля в продольном направлении от панели управления к водителю и назад была введена . Впервые регулировка была серийно применена в автомобиле Ford Thunderbird, выпускавшемся в период с 1955 по 1957.
В современных автомобилях регулировки по длине и высоте, как правило, осуществляются при помощи сервомоторов. Кроме автоматизации этой функции рули снабжают также электронной памятью положения. После открытия водительской двери и удаления из замка ключа зажигания руль отъезжает максимально вперед и вверх. Когда же ключ зажигания вставлен вновь, рулевое колесо возвращается в заданное положение.
Дополнительные устройства на рулевом колесе
С 1981-го года в колеса начали устанавливать подушки безопасности. Фронтальная подушка безопасности оборудована специальными датчиками и располагается в центральной верхней части рулевого колеса, над ступицей.
В процессе усовершенствования автомобиля, колесо пополнялось элементами управления и дополнительными устройствами. Такие рулевые колеса называются многофункциональными. Конструктивно они более сложны, но повышают комфорт водителя при управлении машиной. К тому же, водителю не приходится отвлекаться от дороги, чтобы задействовать ту или иную опцию.
Клавиши управления дополнительными функциями расположены в модулях, которые находятся по обе стороны от . Обычно с помощью этих клавиш можно дистанционно управлять системой регулировки скоростей, радиоприемником и телефоном.
При использовании такого колеса информация о работе всех систем отображается на центральном дисплее.
Опции для рулевого колеса
Набор дополнительных опций рулевого колеса регулярно пополняется. Покупая современный автомобиль, можно заказать рулевое колесо обогревом, способным поддерживать температуру около 30-ти градусов.
Чтобы повысить безопасность движения, специалисты компании Intel в настоящее время разрабатывают новое рулевое колесо, оснащенное устройством Touch Pad. Расположенные на многофункциональном руле кнопки управления медиацентром, климатической установкой и т.д., будут заменены сенсорной панелью, которая будет устанавливаться на спице рулевого колеса. Управление бортовыми системами можно будет осуществлять большим пальцем правой руки.
Возможные поломки рулевого колеса
Если не принимать во внимание все дополнительные функции, управление которыми располагается на рулевом колесе, то поломка его самого практически исключена.
Возможно возникновение зазора или люфта . В этом случае необходима замена втулки или регулировка крепежных деталей.
Истирание защитного покрытия поломкой рулевого колеса назвать нельзя, но чаще всего водители жалуются именно на эту проблему.
Рулевое управление помогает водителю задавать нужный вектор движения транспортному средству. Благодаря ему вы можете поворачивать колеса. Главная задача механизма заключается в передаче и усилении той энергии, которую создаёт человек.
Устройство рулевого управления и принцип работы
Конструкция современного рулевого управления автомобиля состоит из трёх элементов:
- колес,
- колонки,
- привода,
- самого механизма.
Схема работы рулевого колеса не отличается особой сложностью, от водителя через колонку передаётся усилие механизму. Но этим функции данного устройства не ограничиваются. Дело в том, что через конструкцию водитель получает информации о характере покрытия. По характеру вибраций можно определить тип движения и согласно ему управлять автомобилем.
Диаметр рулевого колеса лежит в диапазоне от 380 до 425 мм. Правда, в грузовых автомобилях этот параметр немного больше. Он может доходить до 550 мм. Напротив, колесо спортивного автомобиля имеет маленький диаметр.
Колонка соединяет колесо и рулевой механизм. Данное устройство представляет собой обычный вал. Он имеет несколько шарнирных соединений. Конструкция рассчитана таким образом, чтобы при сильном фронтальном ударе происходило схлопывание. Это позволяет минимизировать возможность получения водителем травмы.
Рулевая колонка может иметь как механическое, так и электрическое регулирование. Регулировка делается по вертикали и по горизонтали. Чтобы защитить авто от угона возможна блокировка всей системы.
Задача рулевого механизма заключается в увеличении усилия, которое создаёт водитель своими руками. Его роль играет редуктор. Чаще всего на легковых машинах используется реечный механизм.
Сам механизм системы рулевого управления состоит из шестерней. Данная деталь монтируется на вал, который связывается с зубастой рейкой. Как только, происходит какое-либо движение рейка перемещается из стороны в сторону. Благодаря этому посредством рулевых тяг поворачиваются колёса.
Важно! В некоторых механизмах используется рейка с переменным шагом.
Переменный шаг в механизме рулевой рейки обеспечивает оптимальное маневрирование даже в самых сложных ситуациях. Данная деталь располагается в подрамнике. Он находится в подвеске.
Если же говорить про рулевое управление колёсами, то в некоторых моделях производители делают управляемыми все четыре колеса. Это обеспечивает повышенную устойчивость машины при езде на сложном рельефе.
Управление сразу четырьмя колёсами позволяет сделать машину более манёвренной при езде на больших скоростях. Данного результата удаётся добиться за счёт того, что каждое колесо поворачивается в нужную водителю сторону.
В механизме рулевого управления на четыре колеса интересно то, что эффекта «подруливания» можно добиться и при помощи пассивных средств. Данный эффект реализуется за счёт резинометаллических упругих элементов. Они крепятся в задней части подвески. Как только кузов кренится к боку благодаря воздействию механической нагрузки, меняется угол поворота колеса.
Рулевой привод управления обеспечивает также передачу усилия водителя, но при этом эффективно выбирает соотношение уголков поворота колёс. Ещё одна его задача — препятствовать повороту, когда подвеска находится в активном состоянии.
Устройство состоит из тяг и шарниров. Шарнир состоит из корпуса, шарового пальца, вкладышей и чехла. Чтобы с ним было удобнее работать, деталь делается в виде съёмного наконечника.
Система рулевого управления автомобилем имеет огромное количество кинематических параметров. Проще всего их представить в виде четырёх углов, на грани каждого находится:
- развал,
- схождение,
- поперечный и продольный наклон,
- плечи.
Последние в списке элементы отвечают за обкатку и стабилизацию. Задача системы рулевого управления создавать баланс между всеми элементами, так как они, по сути, противодействуют друг другу.
Усилитель руля не только позволяет уменьшить силу, которую водитель прикладывает для поворота, он помогает добиться большей точности. Дополнительно возрастает скорость отклика автомобиля на движение водителя.
Важно! Усилитель в системе рулевого управления позволяет монтировать в общую конструкцию детали, имеющие сравнительно небольшое придаточное число.
Какими бывают усилители руля
Усилитель системы рулевого управления исполняется в трёх вариациях:
- гидравлика,
- пневматика,
- электрика.
Сейчас автопроизводители используют гидравлические усилители руля. Они обеспечивают высокую точность работы всего механизма и плавность. Электрический вариант можно увидеть реже, но он также довольно распространён. В его основе лежит гидронасос, вот только он имеет электрический привод.
Если пронаблюдать за тенденциями последних лет — электрические усилители управления устанавливают всё чаще. Подобное легко объясняется особенностями конструкции данного агрегата. Крутящий момент передаётся сразу на вал. К тому же электроника предоставляет куда больше возможностей.
Одной из самых перспективных возможностей на взгляд современных автоэкспертов является автоматическое управление. Теперь можно с уверенностью утверждать, что вскоре автопилот из фантастических кинолент превратится в реальность. Уже сегодня машины могут выполнять много действий самостоятельно, как пример — парковка.
В адаптивном усилителе управления сила усиления меняется пропорционально скорости автотранспортного средства. Сейчас в большинстве систем, построенных на данном принципе применяется усилитель Servotronic.
Если же говорить об активной системе рулевого управления, то в качестве примера лучше всего взять автомобили BMW. Немецкая компания уже на протяжении долгого времени радует своих почитателей постоянными инновациями. Её вечный соперник Audi ни в чём не отстаёт. Мало того, динамическая система этой компании действительно имеет ряд неоспоримых преимуществ.
Инженеры-конструкторы Audi пошли на очень смелый ход в своё время. В их рулевом управлении придаточное число может уменьшаться и увеличиваться в зависимости от скорости машины. Тем не менее и здесь компания BMW нашла чем ответить. На заводах этой компании стали устанавливать сдвоенные планетарные редукторы.
Корпус планетарного редуктора сдвоенного типа поворачивается посредством электродвигателя. Как результат придаточное отношение, как и в моделях управления «Ауди» меняется в зависимости от скорости движения.
Сейчас наиболее перспективной технологией рулевого управления является система, в которой механическая связь отсутствует как таковая. Теперь связь между рулём и колёсами осуществляется посредством исключительно проводов. Это позволяет добиться гораздо большего быстродействия при минимальных затратах.
Внимание! Система начинает влиять на каждое колеса за счёт электропривода.
Единственное, что на данный момент сдерживает крупномасштабное производство рулевого управления, работающего посредством проводов — страх возможной аварии при отказе электрической системы. К сожалению, до сих пор нет никаких достоверных данных об исследованиях в данной отрасли.
Неполадки и неисправности
К сожалению, рулевому управлению, как и всем остальным основным механизмам автомобиля свойственны поломки. Иногда они могут возникнуть на ровном месте, но в большинстве случаев им предшествуют определённые симптомы, а также неправильная эксплуатация автомобиля.
Есть ряд факторов, которые наносят существенный ущерб системе рулевого управления автомобилем. К ним относят следующие:
- плохое дорожное покрытие,
- агрессивное вождение,
- отсутствие своевременного технического обслуживания,
- некачественный ремонт рулевого управления,
- установка неоригинальных запчастей,
- превышение срока эксплуатации устройства.
В результате действия всех этих факторов в системе рулевого управления возникают неполадки. Если это произойдёт прямо на дороге, то возможны серьёзные последствия вплоть до ДТП. Именно поэтому так важно «прислушиваться» к признакам, которые если и не помогут сразу же определить неисправность, то вызовут как минимум настороженность.
Какие бывают неисправности
Первое весомое обстоятельство, которое должно дать вам серьёзные основания для обращения в ТО — люфт при поворотах рулевого колеса. Если во внимание брать слова из учебника по правилам дорожного движения, то данный суммарный показатель не должен превышать 10 градусов. Вот только как его измерить, никаких указаний нет, фактически всё нужно делать на глаз.
Внимание! Каждый водитель знает, что система рулевого управления машиной настраивается с некоторой задержкой, проще говоря, колёса не сразу реагируют на действия водителя. Данный эффект в автомобильных кругах получил название свободный ход.
Чтобы понять, почему так происходит, рассмотрим более подробно схему системы рулевого управления. Основными её элементами являются червячок и ролик. В некоторых системах используется рейка и шестерни, но это уже детали.
В процессе эксплуатации описанные выше детали изнашиваются. Результат весьма предсказуем — угол холостого хода растёт. К счастью, данный недостаток довольно просто поддаётся ремонту. Мало того, в самой процедуре нет ничего сложного.
На червячно-роликовом узле есть винты. Достаточно их прикрутить и люфт станет гораздо меньше, а то и вовсе исчезнет. Для того чтобы узнать всё ли исправлено, или понять, нуждается ли система в исправлениях — возьмите люфтомер. Погрешность данного устройства практически нулевая.
Устройство крепится на рулевой колонке. Точнее, часть измерительного прибора в виде шкалы. Стрелка устанавливается на колесе. При желании вы можете сделать данное устройство самостоятельно. Но в таком случае за точность выводимых им данных вы же и будете нести всю ответственность.
Важно! При поворотах руля показания фиксируются. Разница между ними и есть люфт.
Распространённые неисправности
Есть ряд признаков, которые чётко указывают на определённые неисправности в рулевом управлении:
- стук во время движения — износ шарниров;
- пульсация рулевого колеса — нарушена настройка колёс;
- биение в рулевом колесе возможно при нарушении настроек колёс, износе деталей рулевых тяг или выходе из строя подшипника рулевой колонки;
- люфт больше чем 10 градусов — износ наконечников рулевых тяг.
Для каждой из этих неисправностей есть свой ремкомлект. Его можно приобрести в любом автомобильном сервисе.
Обслуживание
Чтобы описанных выше проблем не было, нужно периодически проводить обслуживание. Каждый день вы должны проверять люфт рулевого управления (можно довериться своими ощущениям, необязательно каждый раз использовать люфтометр). Также нужно следить, не происходит ли заеданий.
При первом техническом обслуживании нужно проверить сколько масла в гидроусилителе. Если возникнет необходимость — долейте его до приемлемого уровня. Картер рулевого управления также проверяется.
Важно! Нужно смазать рулевые тяги и проверить шплинтовку вместе с цапфами. Затяжка клиньев также подлежит проверке.
Второе ТО рулевого управления представляет собой сложный комплекс диагностики и действий, которые без дорогостоящего оборудования и определенных навыков не провести. Поэтому лучше всего обратиться в сервисный центр.
Итоги
Рулевое управление — это один из самых важных узлов автомобиля. За его состоянием необходимо постоянно следить. Каждый день нужно проверять наличие люфтов и при необходимости обращаться в ТО, или браться за ключ самостоятельно.
Изменение направления движения автомобиля осуществляется поворотом относительно его продольной оси управляемых колес, которыми, как правило, являются передние колеса.
Вследствие поворота управляемых колес вектор скорости каждого из них, параллельный продольной оси автомобиля, перестает совпадать с плоскостью вращения колес. В результате в контакте колес с дорогой возникают боковые силы, перпендикулярные плоскости вращения колес. Эти боковые силы заставляют управляемые колеса и автомобиль в целом отклоняться от прямолинейного движения и совершать поворот.
Рулевое управление обеспечивает необходимое направление движения автомобиля путем раздельного и согласованного поворота его управляемых колес. Совокупность механизмов, служащих для поворота управляемых колес, называется рулевым управлением.
Рулевое управление служит для изменения направления движения автомобиля. При неподвижной передней оси изменение направления движения автомобиля осуществляется поворотом передних управляемых колес.
Рулевое управление состоит из рулевого колеса, соединенного валом с рулевым механизмом, и рулевого привода. Иногда в рулевое управление включен усилитель.
Рулевым механизмом называют замедляющую передачу, преобразующую вращение вала рулевого колеса во вращение вала сошки. Этот механизм увеличивает прикладываемое к рулевому колесу усилие водителя и облегчает его работу.
Рулевым приводом называют систему тяг и рычагов, осуществляющую в совокупности с рулевым механизмом поворот автомобиля.
Для того чтобы при движении автомобиль совершил поворот без бокового скольжения колес, все они должны катиться по дугам разной длины, описанным из центра поворота “ О ” (рис.1). При этом передние управляемые колеса должны поворачиваться на разные углы. Внутреннее по отношению к центру поворота колесо должно поворачиваться на угол альфа-В, наружное — на меньший угол альфа-Н. Это обеспечивается соединением тяг и рычагов рулевого привода в форме трапеции. Основанием трапеции служит балка переднего моста автомобиля, боковыми сторонами являются левый и правый поворотные рычаги, а вершину трапеции образует поперечная тяга, которая соединяется с рычагами шарнирно. К рычагам жестко присоединены поворотные цапфы колес.
Рулевая колонка
Промежуточным звеном между рулевым колесом и механизмом является рулевая колонка, представленная рулевым валом. Часто он является шарнирным, что позволяет рациональнее использовать рулевое управление автомобиля и применять откидывающуюся кабину для грузовых автомобилей. Более того, шарнирный вал уменьшает травмоопасность колонки, уменьшая смещение рулевого колеса внутрь салона при аварии, не допуская сильного травмирования грудной клетки водителя.
Также в него могут быть встроены сминаемые элементы, складывающиеся при фронтальном ударе. А для защиты от угона может использоваться механическая или электрическая блокировка. Однако она не только защищает, но и порождает весьма неприятные неисправности рулевого управления. При окислении контактов в блоке elv возможно возникновение ложных сигналов блокировки. Самостоятельно производить замену не рекомендуется, поскольку происходит полная перепрошивка системы безопасности (даже для ключей, поэтому их надо будет принести с собой).
Рулевой механизм
От колонки усилие передается рулевому механизму (червячному, винтовому или реечному), который усилие увеличивает и передает приводу. Самый распространенный из них – реечный, т. к. большинство легковых автомобилей оборудовано именно им. Он состоит из:
1. Рулевой рейки.
2. Рулевых тяг.
3. Рулевого наконечника.
При вращении рулевого колеса усилие передается на шестерню, приводящую в действие рейку. Она, в свою очередь, поворачивается направо или налево, в зависимости от направления поворота рулевого колеса. При движении рейки поворачиваются и рулевые тяги и поворачивают колеса.
Реечный механизм отличает простота, надежность, жесткость и высокий КПД. В то же время он очень чувствителен к ударным нагрузкам от неровных поверхностей и склонен к вибрациям. Из-за вышеописанных особенностей подобная схема используется в основном на легковых автомобилях с передним приводом и независимой подвеской.
Существует и другая система рулевого управления, а именно – с червячным механизмом. Она состоит из глобоидного червяка (стержня с резьбой и переменным диаметром), соединенного с валом, и ролика. При вращении руля ролик обкатывает червяк, который вращает ведомую шестерню, приводящую в движение сошку. Она же, в свою очередь, перемещает рулевые тяги и с их помощью происходит поворот колес.
Червячный механизм намного сложнее реечного (и, естественно, дороже в производстве), наличие большого количества соединений требует периодической регулировки, однако он менее чувствителен к ударным нагрузкам и обеспечивает большие углы поворота управляемых колес. Как следствие, заметно возрастает маневренность. Он применяется на легковых автомобилях повышенной проходимости, автобусах и небольших грузовых автомобилях. Также червячные механизмы устанавливались на старых отечественных автомобилях (подобное рулевое управление «ВАЗ» использовал при создании модели «Жигули»).
И, наконец, последний вид рулевых механизмов – винтовой. В его конструкцию входят:
— винт на валу рулевого колеса;
— перемещающаяся по винту гайка;
— нарезанная на гайке зубчатая рейка;
— соединенный с гайкой зубчатый сектор;
— рулевая сошка.
Винт и гайка соединяются с помощью шариков, что ведет к заметно меньшему износу.
При повороте руля винт вращается, перемещая гайку, шарики начинают циркулировать, в то время как гайка (с помощью рейки) перемещает зубчатый сектор. Вследствие этого перемещается сошка, и, как вы уже успели догадаться, с помощью тяг осуществляется поворот колес.
Этот механизм рулевого управления устанавливается на тяжелые грузовые автомобили и машины представительского класса.
ДАТЧИК УГЛА ПОВОРОТА РУЛЕВОГО КОЛЕСА – ПРИЗНАК «УМНОГО» АВТОМОБИЛЯ
Одним из ярких примеров возложения на рулевое управление множества дополнительных функций является установка датчика угла поворота рулевого колеса. Для серийных автомашин практически всех именитых зарубежных марок, такой девайс стал очень необходимым. Ведь вращение руля связано с огромным количеством электронных устройств.
Устанавливается датчик в блоке подрулевого управления, иногда инсталлируется в рулевой механизм. Это устройство помогает получить информацию о направлении движения автомобиля, скорости вращения вала и так далее.
Сведения от датчика угла поворота, помогают в работе:
- системе курсовой устойчивости;
- круиз-контролю;
- электрогидравлическому и электромеханическому усилителю руля;
- активной подвеске;
- активному рулевому управлению.
Конструкторами разработано множество совершенно разных по устройству и принципу работы, датчиков угла поворота рулевого колеса. Независимо от конструкции от этого устройства в значительной степени зависит комфорт и безопасность водителя и пассажиров.
Червячный тип рулевого механизма
Это самый древний тип рулевого управления. Система состоит из картера со встроенным винтом, получившим название «червяк». «Червяк» напрямую соединяется с рулевым валом. Помимо винта, в системе присутствует еще один вал с роликом-сектором. Вращение руля приводит к вращению «червяка» и последующему вращению ролика-сектора. К ролику-сектору присоединена рулевая сошка, связанная посредством шарнирного управления с системой тяг.
В результате работы этой системы тяг управляемые колеса поворачиваются, и автомобиль изменяет направление движения. Червячный тип рулевого механизма имеет ряд недостатков. Во-первых, это большая потеря энергии за счет большого трения внутри механизма. Во-вторых, отсутствует жесткая связь между колесами и рулем. В-третьих, для того, чтобы изменить направление движения, нужно обернуть руль несколько раз, что не только выглядит несовременно, но и не соответствует существующим в мире стандартам управления. В настоящее время устройства червячного типа используются только в российских УАЗах, ВАЗах с задним приводом и ГАЗах.
- рулевой механизм;
- уплотнитель;
- карданный шарнир;
- рулевой вал;
- труба рулевой колонки;
- контактное кольцо;
- гайка;
- рулевое колесо;
- подшипник;
- рулевая сошка;
- шарнир наконечника боковой тяги;
- поворотный рычаг;
- стяжной хомут;
- регулировочная трубка;
- шарнир тяги сошки;
- боковая тяга;
- шарнир боковой тяги;
- тяга сошки;
- наконечник рулевой тяги;
- шарнир маятникового рычага;
- маятниковый рычаг;
- кронштейн маятникового рычага;
- резьбовая заглушка;
- коническая пружина;
- опорная пята;
- проушина тяги;
- корпус шарнира;
- пластмассовая распорная втулка;
- резиновый уплотнитель шарнира боковой тяги;
- проушина поворотного рычага или тяги сошки;
- шаровой палец;
- гайка пальца шарнира;
- шплинт резьбовой заглушки;
- пластмассовый сухарь;
- резиновый уплотнитель шарнира тяги сошки;
- металлическая распорная втулка;
- палец маятникового рычага;
- гайка пальца маятникового рычага;
- втулка;
- резиновая защитная втулка;
- резиновая защитная втулка.
Винтовой механизм по-другому называют «винт-шариковая гайка». Разрабатывая эту систему, конструкторы заменили «червяка» специальным винтом с присоединенной к нему шариковой гайкой. На внешней стороне гайки располагаются зубья, которые и входят в контакт с таким же, как и в предыдущей системе, роликом-сектором.
Для того чтобы уменьшить трение, разработчики предложили разместить между роликом-сектором и гайкой шариковые каналы. Благодаря такому решению удалось значительно уменьшить трение, увеличить отдачу и облегчить управление. Однако наличие все той же сложной системы тяг, большие размеры и неудобная форма винтового механизма привели к тому, что винтовая система была признана также неприспособленной к современным условиям. Однако некоторые известные автопроизводители до сих пор используют механизм «винт-шариковая гайка» при изготовлении машин с продольным двигателем. Подобные механизмы имеют автомобили Nissan Patrol, Mitsubishi Pajero и другие.
«Слабые звенья» рулевого управления
Как и любой другой механизм, рулевое управление время от времени ломается. Опытный водитель прислушивается к своему автомобилю и может определить наличие той или иной неисправности по характерным звукам.
Например, стуки или увеличение люфта рулевого колеса могут свидетельствовать о том, что в рулевом механизме ослаблено крепление картера, кронштейна маятникового рычага или рулевой сошки. Также это может быть признаком того, что шарниры рулевых тяг, передающая пара или втулка маятникового рычага пришли в негодность. Эти неисправности можно устранить при помощи нехитрых манипуляций: замены износившихся деталей, регулировки зацеплений или креплений.
В том случае, если при вращении руля ощущается чрезмерное сопротивление, можно говорить о том, что нарушилось соотношение углов установки передних колес или зацепление передающей пары. Также руль может туго двигаться при отсутствии смазки в картере. Следует устранить данные недостатки: долить смазку, сбалансировать углы установки, отрегулировать зацепление.
Измерение и регулировка люфта
Под рулевым люфтом имеется в виду расстояние, преодолеваемое рулем «свободно» (т. е. без отклика системы – поворачивания колес). Обычно для его измерения используется специальный прибор – люфтометр, но можно это сделать и с помощью обычного штангенциркуля.
Ход работы:
1. Установите машину на ровную и не скользкую площадку.
2. Выставляем колеса так, как будто машина движется по прямой
3. Поворачиваем руль до тех пор, пока колеса не начнут двигаться.
4. Делаем на рулевом колесе пометку (мелом, изолентой и т. д.)
5. Затем вращаем в другую сторону и делаем еще одну пометку
6. Измеряем расстояние между метками штангенциркулем
Для каждого автомобиля существует свое предельное значение люфта, при превышении которого следует провести немедленную регулировку, иначе вскоре вас ждет ремонт рулевого управления.
Настройка производится с помощью винтов усиления шарниров карданчиков, которые находятся в рулевом валу.
Каждый автолюбитель знает, что главное в передвижении – его безопасность, а залогом успешности данного процесса выступает исправность всех систем транспортного средства. В первую очередь, это утверждение касается тормозной системы, ведь если она неисправна, то предотвратить столкновение у Вас не получится. Однако, педаль тормоза, не единственная важная деталь. Также, на ряду с тормозной системой, безопасность движения достигается за счет рулевого управления, принцип работы которого, мы сейчас обсудим.
1. Зачем автомобилю нужен руль?
Рулевое управление автомобиля является одной из самых важных систем жизнедеятельности любого транспортного средства. Оно состоит из ряда механизмов, работа которых нацелена на движение машины в заданном водителем направлении. Как правило, в легковых автомобилях управлению поддаются колеса передней оси (кинематический способ поворота), но иногда, для лучшего контроля над машиной и более высокого уровня ее управляемости, транспортное средство делают полностью управляемым. В таком случае, водитель контролирует не только переднюю ось, но и может управлять колесами задней оси, тоесть, по отношению к заданной траектории, они могут отклоняться под определенным углом.
В конструкции рулевого управления выделяют рулевое колесо, которое соединяется с рулевым валом с помощью рулевого механизма и соответствующего привода. Иногда в систему рулевого управления включают усилитель руля – гидравлический или электрический. На самом деле, современный автомобиль сложно представить без такого дополнения. Вся работа данной системы направлена на то, что бы мы (водители) чувствовали себя максимально комфортно. Усилитель помогает человеку активно рулить, парковаться, резко поворачивать не прикладывая для этого лишних физических усилий. Кроме того, именно он не позволяет вибрации, возникающей в процессе движения, передаваться на рулевое колесо.
Весь рулевой механизм призван трансформировать силу вращения вала рулевого колеса в аналогичную силу вращения, но уже вала сошки. Тоесть, даже не используя , прикладываемое водителем усилие, значительно увеличивается, что, естественно, облегчает управление транспортным средством.
Рулевой привод являет собой систему тяг и рычагов, которые вместе с рулевым механизмом, обеспечивают поворот колес автомобиля. В результате его работы, сошка перемещает продольную тягу вперед (или назад), тем самым заставляя одно колесо поворачиваться, в то время как поворот второго обеспечивается работой рулевой трапеции (передает поворачивающий момент). Последняя, представляет из себя некий шарнирный четырехзвенник, в конструкцию которого входит балка переднего моста, поперечная рулевая тяга, правый и левый рычаг рулевой трапеции, соедененной с поворотными кулаками (на них насажены управляемые колеса).
Наличие рулевой трапеции обеспечивает поворот управляемых колес: при внутреннем - колесо поворачивается на большой угол, в то время как при внешнем повороте происходит качение колес, без существенного их скольжения. Разница углов поворота обусловлена величиной угла наклона левого и правого рычагов трапеции.
2. Профилактика рулевого управления
Что бы избежать проблем в дороге, каждый раз, перед выездом из гаража или стоянки следует осматривать свое транспортное средство на наличие поломок или несоответствий в работе систем. Одной из самых важных есть система рулевого управления, сбои в работе которой чреваты более чем серьезными неприятностями: представьте, что при движении по магистрали, вклинило и съехать с нее Вы уже не можете, как думаете, чего стоит ждать в таком случае? Одно ясно точно – ничего хорошего, а раз так, то лучше сделать все возможное для избежания подобного сценария.
На самом деле, ничего сложного здесь нет, главное своевременно проводить профилактические мероприятия. Они включают в себя и ежедневный осмотр рулевого управления транспортного средства: диагностику величины свободного хода рулевого колеса, внешний осмотр уплотненителей картера рулевого механизма (что бы предугадать вытекание смазки), а если на машине стоит гидроусилитель, то не лишним будет, также, контроль за герметичностью соединений системы и надежностью крепления гидроуселительного насоса. Не менее важной составляющей профилактического осмотра есть проверка (регулировка) воздухораспределителя, присутствующего в конструкции пневматического усилителя.
В обязательном порядке, к раме автомобиля подтягивают крепления рулевого механизма, шаровых пальцев рулевых тяг, болтов кронштейна.
Чаще всего, описанные действия проводятся при первом техобслуживании транспортного средства. В дальнейшем, к ним добавляется еще и проверка крепления рулевой сошки на валу, крепление шарового пальца, промывание насосного фильтра гидроусилителя, проверка зазоров рулевого механизма. Если результаты диагностики показали, что все они выходят за пределы допустимой нормы – проводят соответствующую регулировку.
Специалисты рекомендуют через каждые 10000 километров пробега осуществлять полную проверку состояния Для ее проведения, желательно обратится к сотрудникам СТО, в противном случае, придется просить помощи у друга, так как один человек физически не сможет справиться. Все необходимые действия проводятся в следующей последовательности: автомобиль помещают на смотровую яму или эстакаду; все детали рулевого механизма очищают от загрязнений, после чего, передние колеса устанавливают в положение, соответствующее движению по прямой.
Затем, поворачивая руль в разные стороны, проверяют нет ли посторонних стуков в шарнирах, рулевом механизме и во всех соответствующих соединениях; надежно ли закреплены рулевая сошка, кронштейн маятникового рычага и картера-редуктора; отсутствует ли свободный ход в кронштейне маятникового рычага и шарнирах тяг; переместился ли по оси вал червяка.
Также, внешняя диагностика дает возможность проверить шплинтовку гаек шаровых пальцев, общее состояние защитных чехлов, и наличие масляной течи из картера рулевого механизма.
Для долгой и стабильной работы всей системы рулевого управления, профилактические меры – явление обязательное, так как тщательная проверка деталей и механизмов, может предупредить более длительный и дорогостоящий ремонт. Однако, кроме профилактики, на долговечность службы составляющих рулевого управления влияет и стиль вождения. Поэтому, если Вы любитель «полихачить», то профессиональный техосмотр транспортного средства нужно проводить гораздо чаще.
3. Уязвимые места рулевого управления
Любой механизм со временем ломается, а вот длительность его исправной работы во многом зависит от характера эксплуатации: в одних случаях, детали приходится менять чаще, в других – реже. Подобное утверждение не является исключением и для системы рулевого управления. Нередко, опытный автолюбитель, наличие и характер неисправности своего автомобиля может определить на слух, руководствуясь характерными исходящими звуками.
К примеру, увеличение люфта руля и появление стуков, могут свидетельствовать об ослабленных креплениях картера, рулевой сошки или кронштейна маятникового рычага. Не исключена также возможность выхода из строя шарниров рулевых тяг, втулки или передающей пары маятникового рычага. Устранить проблему, поможет ряд нехитрых манипуляций: износившиеся детали меняют на новые, после чего проводится регулировка всех креплений и зацеплений.
В отдельных случаях, при вращении рулевого колеса чувствуется чрезмерное сопротивление, как будто кто-то крутит руль в другую сторону, мешая управлять машиной. Причиной такого явления может быть нарушение соотношения углов установки передних колес или зацепление передающей пары. Кроме того, тугое движение руля часто есть следствием отсутствия смазки в картере.
В любом случае, после соответствующего осмотра необходимо устранить образовавшуюся проблему: откорректировать углы установки, долить смазку или отрегулировать зацепление.
4. Как устроено рулевое управление
Эксплуатация современных автомобилей, во многом стала возможной благодаря составляющим частям рулевого управления, которые представлены рулевым колесом и рулевой колонкой (валом); рулевым механизмом; рулевым приводом (оборудован либо усилителем, либо амортизаторами). Рулевое колесо находится в салоне транспортного средства и расположено таким образом, что б его было удобно обхватывать обоими руками. Его задачей есть изменение направления движения, как только этого захочет водитель, а также некая информационная функция: исходя, из величины усилий и характера вибраций, водитель получает необходимые данные об особенностях движения.
Размер этой детали, не отличается стандартностью, а значит диаметр руля у каждой модели машины может быть индивидуальным. В двух одинаковых ситуациях, легче поворачивать рулевое колесо большего диаметра, хотя маневренность, в этом случае, значительно снижается. В наше время, размер руля выпускаемых легковых автомобилей лежит в пределах 380-425 мм , тяжелых грузовиков и автобусов – 440-550 мм , а самыми маленькими, на сегодняшний день, признаны рулевые колеса спортивных машин.
Рулевой механизм увеличивает приложенную к рулю силу и передает ее рулевому приводу. В качестве данного устройства применяются разные виды редукторов, характеризирующиеся конкретным передаточным числом. Чаще всего, на легковых автомобилях, можно встретить реечный рулевой механизм, который включает в себя шестерню (устанавливается на валу рулевого колеса и связывается с зубчатой рейкой). Когда водитель поворачивает руль, рейка начинает перемещаться и с помощью рулевых тяг заставляет колеса вращаться. В некоторых конструкциях рулевого механизма используют рейку с переменным шагом зубьев, что, например, без особых усилий позволяет припарковать транспортное средство (увеличивается способность маневрирования).
Автопроизводители таких известных компаний как Honda, Mitsubishi, BMW, Nissan, Mazda, Toyota, Renault, снабжают отдельные легковые машины рулевым механизмом, обеспечивающем поворот всех четырех колес. Такое техническое решение, позволяет добиться более высокого уровня маневренности при перемещении на малых скоростях (передние и задние колеса повернуты в разные стороны), а также обеспечить лучшую устойчивость при движении на высокой скорости (передние и задние колеса повернуты в одну сторону).
Рулевой привод обеспечивает нужный угол поворота колес, в независимости от вертикальных перемещений подвески (согласованность действий кинематики рулевого привода и подвески). Что бы подобное явление стало возможным, конструкция рулевого привода, точнее расположение и количество его рулевых тяг (а также шарниров) зависит от вида используемой на автомобиле подвески. Самый сложный рулевой привод у транспортных средств, которые имеют несколько управляемых мостов. Для снижения уровня усилий, которые водителю необходимо приложить для поворота руля, рулевой привод оснащивается специальными усилителями. Как правило, источником их работы выступает двигатель транспортного средства. Изначально, рулевые усилители использовались лишь на грузовиках и автобусах, но сегодня они активно применяются и на легковых машинах.
Для «гашения» ударов и рывков, передающихся на руль при движении по неровной поверхности, рулевой привод может снабжаться некими гасящими элементами – амортизаторами рулевого управления. Конструкция этих деталей сходна со строением амортизаторов подвески.
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:
- рулевую колонку, предназначенную для передачи вращательного движения руля;
- рулевой механизм — устройство, преобразующее вращательные движения руля в поступательные перемещения деталей привода;
- 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:
- пару деталей «червяк-ролик»;
- картер указанной пары;
- рулевую сошку.
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:
- пневмоусилитель (использующий силу сжатого воздуха);
- гидроусилитель (основанный на изменении давления специальной жидкости);
- электроусилитель (действующий на основе электрического двигателя);
- электрогидроусилитель (применяющий комбинированный принцип действия) ;
- 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:
- тугое вращение или заедание руля;
- стук или биение, отдающие в руль;
- негерметичность системы и пр.
Подобные неисправности считаются допустимыми при эксплуатации автомобиля, если не обусловливают отмеченных ранее недостатков системы.
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.
