Основные части рулевого механизма. Каким бывает рулевое управление автомобиля

Основным узлом в любом транспортном средстве является рулевое управление. Для чего же нужно рулевое управление? За все время совершенствования конструкции системы, основной принцип работы рулевого управления остался прежним. Он заключается в преобразовании и передачи физического усилия водителя во время воздействия на руль автомобиля на колеса. Другими словами узел рулевого управления обеспечивает обратную связь, позволяя изменять траекторию движения транспортного средства.

Устройство рулевого управления

Из чего состоит рулевое управление автомобиля? Общее устройство конструкции этого узла на транспортных средствах представлена следующими элементами:

колеса;
рулевой привод;
механизм рулевого управления;
тяги и колонка.

Схема взаимодействия руля автомобиля с ведущей колесной парой не является сложной. Водитель через привод передает усилие на рулевой механизм, который обеспечивает поворот колес. Помимо этого, узел, обеспечивая обратную связь, предоставляет информацию о состоянии дорожного покрытия. Согласно вибрациям рулевого колеса максимально точно определяется тип движения, на основании чего происходит диагностика и корректируется управление машиной.

Средний диаметр руля легкового транспорта составляет примерно 400 мм. В грузовой и специальной технике руль несколько больше, а в спорткарах меньше.

Что входит в рулевое управление?

Между рулем и механизмом расположена рулевая колонка, которая представлена прочным валом с шарнирными соединениями. Особенностью конструкции колонки является минимальный риск получения травматизма водителя в случае ДТП, поскольку при сильном лобовом столкновении происходит ее схлопывание. Для комфортной эксплуатации транспортного средства, положение рулевой колонки настраивается при помощи механического либо электрического привода. Помимо этого, предусмотрена система блокировки механизма, которая позволяет предотвратить угон автомобиля.

Главное назначение рулевого управления заключается в увеличении механического усилия водителя и его передача на колеса. Для этого в конструкцию системы включен специальный редуктор. На легковых автомобилях в основном используют следующие типы рулевого управления:

Реечный механизм, конструкция которого состоит из набора смонтированных на валу шестерней, агрегатируемых с рейкой, на одной из ее плоскостей по всей длине нанесены специальные зубцы. При вращении руля усилие через колонку передается рулевой рейке, в результате чего она свободно перемещается, взаимодействуя с рулевыми тягами и поворачивая колеса. Необходимо заметить, что рулевое управление автомобилем может иметь рейку, на которой располагаются зубья с переменным шагом. Такая конструкция значительно повышает эффективность управления транспортным средством.
Червячный рулевой механизм. Его принцип функционирования следующий: «червяк» при взаимодействии с ведомой шестерней передает усилие сошке. В свою очередь, сошка рулевого управления взаимодействует с одной из тяг, конец которой заканчивается маятниковым рычагом. Этот рычаг смонтирован на опоре. При повороте руля сошка приводит в движение боковую тягу одновременно со средним рычагом, который взаимодействует со второй боковой тягой и изменяет ее положение. Благодаря этому осуществляется поворот ступиц управляемых колес.

Некоторые особенности работы рулевого управления автомобиля

Большинство современных моделей автомобильного транспорта имеют инновационную систему управления всеми четырьмя колесами. Благодаря этому значительно улучшается динамика движения транспортного средства на местности со сложным рельефом. Помимо этого, рулевое управление автомобиля адаптированное на все колеса позволяет добиться большей маневренности при скоростной езде. Это возможно благодаря повороту каждого из колес.

Примечательно, что в рулевом управлении подруливание колес может осуществляться системой в пассивном режиме. Это возможно благодаря наличию в конструкции задней части подвески специальных упругих резинометаллических деталей. При возникновении крена кузова за счет изменения величины и направления нагрузки осуществляется изменение направления движения. Рулевое управление с функцией подруливания задних колес позволяет эффективно распределить усилие для поворота всех колес. Помимо этого, такая система не позволяет осуществить поворот колес при активном состоянии подвески.

В конструкцию адаптивной системы подруливания входят шарниры и тяги. Шарнир имеет несколько элементов в своем составе, для удобства использования его конструкция представлена в виде снимающегося наконечника. Кинематическую схему рулевого управления автомобиля удобнее всего представить в идее прямоугольника, на каждой из сторон которого находятся:

плечи;
угол схождения;
развал;
продольный и поперечный наклон.

Плечи, продольный и поперечный наклон обеспечивают стабилизацию движения, в то время как остальные параметры находятся в постоянном противодействии. Поэтому еще одной задачей рулевого управления является стабилизация всех возникающих в процессе движения сил.

Роль усилителя в системе рулевого управления

Этот элемент помимо того, что позволяет снизить усилие прикладываемое водителем к рулевому колесу, позволяет значительно увеличить точность управления автомобилем. Благодаря наличию усилителя в конструкции рулевого управления появилась возможность использовать в системе элементы, обладающие небольшой величиной придаточного числа. Усилители системы управления делятся на три типа:

Электрический.
Пневматический.
Гидравлический.

Однако большее распространение получил последний тип. Гидравлика отличается надежностью конструкции и плавностью работы, но требует технического обслуживания по замени жидкости. Электроусилитель рулевого управления встречается реже, но все же большинство моделей современной автомобильной техники укомплектовано именно им. Усиление в нем обеспечивает электрический привод. Заметим, что электронное управление отличается наличием расширенного ряда возможностей, но изредка требует проверки и регулировки.

Что такое автоматическое рулевое управление?

Одной из перспективных разработок в автомобилестроении является интеллектуальная система автоматического управления транспортными средствами. Можно сказать, что автопилот, описанный большинством писателей-фантастов в своих произведениях, теперь стал реальностью. Сегодня современной автомобильной технике по силам выполнение большинства действий без участия водителя, самым распространенным из которых является парковка.

Лидером по производству автомобилей оборудованных этой инновационной системой является немецкий концерн BMW, который активно использует на своем модельном ряде сдвоенный планетарный редуктор. Управление таким редуктором осуществляется при помощи электропривода, в результате чего удается совместно с изменением скорости транспортного средства изменять придаточное отношение при передаче усилия от руля к поворотным колесам. Благодаря такому техническому решению значительно повышается быстродействие, и обеспечивается максимально точная обратная связь.

Важнейшей частью рулевого управления любого автомобиля является рулевой механизм, который мы сокращённо будем называть РМ. В качестве его главной функции выступает увеличение прикладываемого к автомобильному рулю усилия, а также его передача к рулевому приводу. С точки зрения механики этот процесс выглядит как преобразование вращательных движений руля в поступательные движения рулевых тяг.

Для обеспечения бесперебойности и точности протекания данного процесса, современный РМ должен отвечать следующим требованиям:

обладать высокой степенью надежности;
иметь незначительные по размерам технологические зазоры для обеспечения свободного вращения рулевого колеса;
обладать возможностью произвольного возврата руля в нейтральное положение после прекращения действия на него мускульного усилия рук водителя;
иметь оптимальное передаточное число, которое определяет отношение между углом поворота руля и усилия, прикладываемого к нему.

Устройство рулевого механизма

Рулевой механизм (РМ) имеет довольно сложное устройство, а самой главной его частью является редуктор, состоящий из зубчатых колес. В зависимости от марки и модели автомобиля редуктор может быть заключен в корпус из сварной высокопрочной стали или литого чугуна. Помимо зубчатых колес в нем размещаются и другие элементы: подшипники, валы. В некоторых разновидностях редукторов внутри корпуса могут быть размещены и устройства для автономной смазки зацеплений и подшипников.

Разновидностей редукторов в наши дни довольно много. Следует привести некоторые из них с учетом критерия классификации:

тип передачи – «червячные» и зубчатые
форма зубчатых колес – конические, цилиндрические и коническо-цилиндрические;
расположение валов – горизонтальные и вертикальные;
особенность кинематической схемы – раздвоенная ступень и развернутая соосная схема;
число ступеней – одно- и двухступенчатые.

Типы рулевых механизмов:

Реечный РМ

Наиболее распространенным в наше время типом РМ является реечный. Причина такой популярности кроется в относительной простоте конструкции, его небольшой массе, низкой себестоимости производства, высоком КПД и небольшом числе шарниров и тяг, что значительно уменьшает частоту поломок. Кроме этого, расположение этого типа рулевого механизма поперек корпуса авто освобождает место в подкапотном пространстве для размещения в нем других механизмов и узлов, например, трансмиссии, двигателя и т.д. Реечное управление является довольно жестким, поэтому обеспечивает довольно высокую маневренность автомобиля.

Обладает реечный механизм и рядом недостатков. Среди них наиболее серьезными являются:

сложность технологии установки на авто, имеющих зависимую подвеску управляемых колес;
высокая виброактивность рулевого управления;
повышенная восприимчивость к ударам подвески.

Состоит реечный рулевой механизм из вкладыша, чехла, пружин, шарового пальца, шарового шарнира, упоров, шестерен и непосредственно самой рулевой рейки. Реечные шестерни располагаются в трубке из металла, с каждой стороны которой выступает сама рейка. Рулевой наконечник соединен с каждой из ее сторон. Ведущая же шестерня рулевого механизма сопряжена с валом рулевой колонки, который при вращении руля также начинает поворачиваться, и приводит тем самым в движение рейку.

Червячный РМ

На легковые автомашины, имеющие зависимую подвеску управляемых колес, а также малотоннажные грузовики и автобусы, автомобили с повышенной проходимостью устанавливают другой тип рулевого механизма – «червячный». Современный его вариант состоит из ролика, «червяка», который имеет переменный диаметр (его еще называют глобоидным «червяком») и соединенный с рулевым валом. Вне корпуса механизма находится рычаг (сошка), который соединен с тягами рулевого привода. Во время вращения руля происходит катание ролика по «червяку» и качание рычага (сошки), что приводит в движение управляемые колеса.

Главными отличиями «червячного» механизма от реечного выступают его меньшая чувствительность к ударам подвески и большие максимальные углы поворота колес. Недостатками же такого механизма являются его дороговизна изготовления и необходимость в постоянной регулировке.

Винтовой РМ

На многотоннажных грузовых автомобилях, больших автобусах и некоторых легковых автомашинах представительского класса используется винтовой рулевой механизм. Он состоит из таких конструктивных элементов:

винта, который располагается на рулевом валу;
гайки, перемещающейся по валу;
зубчатой рейки, которая нарезана на гайке;
зубчатого сектора, соединенного с рейкой;
рулевой сошки, которая располагается на валу сектора.

Главной же особенностью механизма является соединение винта и гайки при помощи шариков, что ведет к серьезному уменьшению трения и износа. Сам принцип работы во многом похож на принцип работы «червячного» рулевого механизма. Во время вращения руля происходит поворот рулевого вала и винта, расположенного на нем, который приводит в движение гайку, все это сопровождается циркуляцией шариков. Гайка же через зубчатую рейку сдвигает зубчатый сектор, а с ним и рулевую сошку.

Винтовой рулевой механизм обладает высоким КПД и может передавать большие усилия.

Как проверить работоспособность РМ?

Как и в случае с другими элементами рулевого управления регулярная проверка работоспособности рулевого механизма является важнейшей задачей каждого автовладельца, ведь от этого самым непосредственным образом будет зависеть безопасность передвижения на автомобиле.

В первую очередь, следует проверять люфт рулевого колеса. Проверка производится как вручную, так и с применением специального прибора – динамометра-люфтометра. Его нужно закрепить на ободе колеса и приложить силу, равную 10 Н. Надо произвести замеры зазоров в шарнирах рулевых тяг и «червячных» подшипниках. В том случае, если автомобиль оборудован усилителем руля (так называемом ГУР), то такая проверка должна производиться при работающем моторе.

Визуальный осмотр также является важной составляющей диагностики работоспособности РМ. В его ходе нужно особое внимание уделить состоянию защитных чехлов шаровых шарниров, так как через трещины в них в рулевой механизм проникает грязь, что может привести к его некорректной работе, поломке и даже разрушению. При малейших сомнениях в надлежащей работе РМ необходимо обратиться в специализированный автосервис.

Как снять рулевой механизм и как его установить?

Процесс снятия и установки рулевого механизма рассмотрим на примере ВАЗ 2106, на котором применяется «червячный» тип. Для этого понадобится следующий инструмент:

2 ключа «на 13»;
ключ «на 22»;
плоскогубцы;
съемник пальцев шаровых.

Сам процесс снятия механизма будет следующим:

Первым шагом требуется снять рулевой вал.
После этого отсоединить левую боковую и среднюю рулевые тяги и отвести их по сторонам.
Далее, одним ключом «на 13» придерживая болты крепления рулевого механизма от проворачивания, вторым отвернуть гайки и снять их вместе с шайбами.
После чего, придерживая механизм рукой, надо вынуть болты крепления, оставив при этом рулевой механизм лежать на лонжероне.
Вытащить его через подкапотное пространство.

Новый РМ устанавливается в обратном порядке, но с учетом некоторых нюансов: не следует плотно затягивать болты крепления кронштейна рулевого вала и гайки на компенсаторе, а также болты крепления картера рулевого механизма к лонжеронам. Это делается с той целью, чтобы установить новый механизм в правильное положение.

Производится это с помощью двух- или трехкратного вращения рулевого колеса в разные стороны, при этом произойдет самоустановка механизма и рулевого вала.

После этого можно приступать к контрольному затягиванию всех элементов крепления. Финишным же этапом будет проверка наличия масла в рулевом механизме автомобиля.

После этого необходимо произвести регулировку механизма.

Регулировка рулевого механизма

Самый популярный тип рулевого механизма (реечный) время от времени нуждается в регулировке. Причиной этого, как уже упоминалось выше, является высокая восприимчивость механизма к кочкам, ямам и ухабам, которых на наших дорогах довольно много. На большинстве моделей современных автомобилей регулировку рейки можно сделать своими силами.

Процесс регулировки осуществляется с помощью регулировочного винта, который, чаще всего, располагается на торцевой крышке РМ. Для облегчения доступа к нему лучше воспользоваться смотровой ямой, эстакадой или подъемником, в противном же случае придется немного полежать на земле. Если регулировка производится на домкратах, то перед подъемом следует выставить передние колеса в ровном положении.

После проведения подготовительных мероприятий надо замерить люфт, максимальный показатель которого не должен превышать 10 градусов. Далее требуется произвести подтяжку регулировочного винта, причем делать это необходимо плавно и медленно, все время контролируя люфт с помощью динамометра-люфтометра. После завершения регулировки следует проверить ход рулевого колеса в движении, и если он слишком тугой, то необходимо немного ослабить регулировочный винт.

Как самостоятельно починить рулевой механизм?

Некоторые неисправности в РМ можно устранить, не прибегая к его замене. О некоторых способах пойдет речь далее. Если наблюдается течь, то это может свидетельствовать об отсутствии герметичности в соединениях трубок цилиндра или неисправности сальника, а также коррозии вала редуктора. Для устранения данной неисправности необходимо произвести полную переборку агрегата. Если причина в сальниках и прокладках, то необходимо их заменить на новые, а если дело заключается в серьезной коррозии вала, то его следует отшлифовать и при помощи газотермонапыления восстановить до исходных размеров.

Сильный люфт может указывать на выход из строя и износ таких деталей РМ как, например, картер, шарниры или подшипник винта. Причиной люфта может быть и кривой картер или вал. Чтобы устранить эту неисправность, нужна, опять-таки, полная переборка узла, в ходе которой потребуется замена изношенных деталей.

Сильный стук в редукторе РМ говорит обычно об износе ударных подшипников. То есть потребуется их замена на новые. Но это может быть свидетельством и такой неисправности как искривление вала или серьезный износ шарниров. Для более точной диагностики может вновь потребоваться полная переборка узла.

Средние цены на ремонт РМ в России и СНГ

Однако на устранение неполадок в рулевом механизме не всегда есть свободное время, да и многие из ремонтных операций требуют наличия довольно серьезных навыков в автослесарном деле, поэтому обращение к услугам специалистов в автосервисы видится правильным выбором.

Конечная стоимость сервисных работ будет зависеть не только от серьезности поломки, но также и марки/модели автомобиля, срочности и некоторых других факторов. В среднем же, стоимость (без учета стоимости заменяемых элементов) некоторых работ, связанных с обслуживанием рулевых механизмов, в автомастерских России и стран ближнего зарубежья в перерасчете на рубли такова:

замена рулевого механизма, имеющего усилитель руля – от 700 рублей;
замена силового цилиндра – от 500 рублей;
ремонт силового цилиндра – от 300 рублей;
замена рулевых наконечников – от 400 рублей;
замена пальцев вкладыша – от 100 рублей;
замена рулевой рейки – от 2 000 рублей;
регулировка рулевой рейки – от 200 рублей;
ремонт рулевой рейки без снятия механизма с авто – от 1000 рублей;
замена рулевой трапеции – от 1 000 рублей;
замена пыльников рулевого механизма – от 1 800 рублей.

Средние цены на новые РМ в России и странах СНГ

Иногда производить ремонт рулевого механизма нецелесообразно, а иногда и просто невозможно, например, после серьезного ДТП, поэтому может потребоваться приобретение нового узла на замену старому. Естественно, что стоимость нового рулевого механизма зависит не только от его типа, но и марки и модели автомобиля, оригинальности самого механизма, ведь на многие популярные модели авто крупными (и не очень) производителями запчастей выпускаются неоригинальные рулевые механизмы.

Средняя же стоимость на новые рулевые механизмы по России и странам ближнего зарубежья в перерасчете на отечественную валюту такова:

на заднеприводные автомобили отечественного производства (ВАЗ 2105, 2107, 2106, ИЖ Ода) – от 2 000 рублей;
на переднеприводные автомобили отечественного производства (ВАЗ 2109, 2114, Приора, Гранта, Калина, Largus) – от 2 500 рублей;
на бюджетные автомобили иностранного производства (KIA Ria, Renault Logan, Toyota Corolla, Hyundai Accent (Solaris), Ford Fiesta,) – от 7 000 рублей;
на автомобили иностранного производства бизнес-класса (Ford Mondeo, Toyota Camry, Volvo S40) – от 12 000 рублей;
на автомобили иностранного производства премиум-класса (Mercedes S-classe, BMW 7, Audi A8) – от 22 000 рублей;
на грузовые автомобили отечественного производства (КамАЗ, ГАЗ) – от 25 000 рублей.

Стоит добавить, что в связи с изменениями курсов основных иностранных валют, стоимость рулевых механизмов на автомобили иностранного производства может изменяться в большую или, как это ни странно, в меньшую сторону.

Многие согласятся с тем, что двигатель является основой автомобиля. И это действительно так. Однако представить автомобиль без рулевого управления тоже трудно. Это важный и необходимый в каждой машине элемент. Задача рулевого управления состоит в обеспечении движения транспортного средства в заданном направлении. Данный узел состоит из нескольких компонентов. Это рулевое колесо, колонка, привод и рулевой механизм. О последнем мы сегодня и поговорим.

Функции

Механизм рулевого управления имеет несколько основных задач:

Передача усилий на привод.
Увеличение усилия, что прикладывается водителем к рулю.
Самостоятельный возврат руля в нейтральное положение при снятии нагрузки.

Разновидности

Данный элемент может быть нескольких типов. Сегодня встречаются следующие типы рулевых механизмов:

Реечный.
Червячный.
Винтовой.

Что собой представляет каждый из них? Все эти типы механизмов мы рассмотрим по отдельности.

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.

Червячный

Именно такой тип используется на отечественных «Жигулях», а также на некоторых автобусах и малотоннажных грузовиках. Состоит данный узел из:

Червяка глобоидного типа с переменным диаметром.
Рулевого вала, с которым соединяется червяк.
Ролика.

Вне рулевого механизма расположена сошка. Это специальный рычаг, который связан с тягами привода. По такой же схеме устроен рулевой механизм на ГАЗ-3302.

Среди преимуществ такого узла стоит отметить меньшую чувствительность к ударным нагрузкам. Поэтому данный рулевой механизм, на ВАЗ-2107 устанавливаемый, является практически вечным. Владельцы редко сталкиваются со стуком и вибрациями на руле. Однако такая схема конструкции имеет больше соединений. Поэтому периодически механизм нуждается в регулировке.

Винтовой

Это более сложный в устройстве узел. В его конструкцию входит:

Винт. Расположен на валу рулевого колеса.
Гайка. Она перемещается по предыдущему элементу.
Зубчатая рейка.
Зубчатый селектор. Он соединен с рейкой.
Рулевая сошка. Находится на валу селектора.

Ключевая особенность данного механизма заключается в способе соединения гайки и винта. Крепление осуществляется при помощи шариков. Таким образом, достигается меньший износ и трение пары.

Принцип работы винтового элемента схож с червячным. Поворот руля осуществляется посредством вращения винта, что перемещает гайку. Последняя передвигает при помощи рейки зубчатый сектор, а вместе с ней и рулевую сошку.

Где используется винтовой механизм? Зачастую, он применяется на тяжелой коммерческой технике - грузовиках и автобусах. Если говорить о легковых автомобилях, то это лишь модели представительского класса. Механизм более сложный в устройстве и дорогой, поэтому значительно увеличивает стоимость самого автомобиля.

Усилитель

Сейчас практически на всех автомобилях применяется усилитель рулевого управления. Он служит для уменьшения усилий, что необходимы для поворота передних колес. Данный элемент позволяет обеспечить высокую точность и быстродействие рулевого управления. На данный момент различают несколько типов усилителей:

Гидравлический.
Электрический.

Первый тип является более популярным. Устанавливается как на легковые автомобили, так и на грузовики. В устройстве усилителя имеется насос, который создает определенное давление в гидравлической системе. В зависимости от стороны поворота руля, эта жидкость давит на первый либо второй контур рейки. Таким образом, снижается усилие, что требуется приложить для поворота. Среди преимуществ гидравлической системы стоит отметить высокую надежность. Усилитель редко выходит из строя. Однако, поскольку механизм насоса приводится в действие от коленвала, забирается часть мощности от ДВС. Хотя на современных двигателях это вовсе незаметно.

Электрический усилитель состоит из отдельного двигателя. Крутящий момент от него передается на сам вал рулевого колеса. Конструкция применяется только на легковых автомобилях, так как не рассчитана на большие усилия.

ЭУР оборудован отдельной электроникой, которая и управляет данным двигателем. Иногда усилитель доукомплектовывается адаптивными системами, которые направлены на увеличение безопасности при движении по полосе.

Среди инновационных решений стоит отметить систему динамического управления от «Ауди». Здесь передаточное число изменяется в зависимости от текущей скорости автомобиля. Таким образом, на высоких скоростях руль жесткий и сбитый, а при парковке он становится легким. Передаточное число изменяется при помощи сдвоенного планетарного редуктора, который добавлен в вал. Корпус его может проворачиваться в зависимости от скорости автомобиля.

Заключение

Итак, мы выяснили, что собой представляет данный механизм. Это очень ответственный узел в рулевом управлении. Вне зависимости от типа, его нужно периодически проверять. Ведь потеря управления на скорости - это самое опасное, что может произойти с водителем.

Рулевой механизм - часть рулевого управления, облегчающая управление автомобилем, благодаря значительному передаточному числу в редукторе. К конструкции рулевых механизмов предъявляют следующие требования:

обеспечение заданного характера изменения передаточного числа рулевого механизма;
высокий КПД при передаче усилия от рулевого колеса к сошке;
способность рулевого механизма воспринимать усилия от управляемых колес к рулевому колесу, что необходимо для стабилизации управляемых колес.

Рулевые механизмы выполняются с достаточно большими передаточными числами. Передаточное число (м м) определяется отношением углов поворота рулевого колеса и вала сошки рулевого механизма. У легковых автомобилей передаточное число от 16 до 20, а у грузовых автомобилей 20-25. Обычно передаточное число рулевого механизма величина постоянная (табл. 20.1).

Таблица 20.1. Передаточные числа рулевых механизмов

Легковые автомобили	Грузовые автомобили	Автобусы

Конструкции некоторых рулевых механизмов позволяют изменять передаточное число в процессе поворота рулевого колеса или в сторону увеличения (для грузовых автомобилей), или в сторону уменьшения (для легковых автомобилей). Делается это для повышения безопасности движения на высоких скоростях и облегчения управления автомобилем при маневрировании.

Наиболее применяемыми являются три типа рулевых механизмов: червячные, винтовые и реечные. В червячном и реечном рулевом механизмах в передаче усилия на вал сошки участвует одна пара деталей, а в винтовом рулевом механизме из-за низкого КПД винтовой пары вводится еще одна дополнительная пара. Поэтому такие рулевые механизмы называются комбинированными.

Червячные рулевые механизмы применяются как на легковых, так и на грузовых автомобилях и автобусах. Они различаются формой червяка и конструкцией сопрягаемого с червяком ведомого элемента. Наибольшее распространение получили червячно-роликовые рулевые механизмы. Рулевая пара состоит из глобоидального червяка и двух- или трехгребневого ролика. Червяк называют глобоидальным потому, что он имеет вогнутую форму, т. е. форму однополостного гиперболоида вращения. Такая передача имеет высокую нагрузочную способность из-за одновременного зацепления большого числа зубьев и малые потери на трение, так как трение скольжения в этой передаче заменено трением качения.

В зацеплении червяка с роликом предусматривают переменный зазор: от практически беззазорного зацепления в среднем положении ролика, соответствующего прямолинейному движению, до значительно увеличенного зазора в крайних положениях. Такое изменение зазоров достигается смещением центра вала сошки по направлению к червяку. Оно необходимо для исключения заклинивания рулевого механизма в крайних положениях после регулировки, возникающего в результате изнашивания зазора в средней части червячной пары.

На рис. 20.5 представлен червячный рулевой механизм автомобиля ГАЗ-66-11. Он состоит из картера /, внутри которого находится червяк 6, входящий в зацепление с трехгребневым роликом 2. Червяк запрессован на пустотелый вал 7 и установлен в картере на двух конических подшипниках 5 и 8. Между нижней крышкой 4 и картером рулевого управления установлено несколько тонких бумажных прокладок 3 для регулировки подшипников червяка.

Рис. 20.5. Червячный рулевой механизм автомобиля ГАЗ-66-11: 1 - картер; 2 - ролик; 3 - регулировочные прокладки; 4- нижняя крышка; 5, 8, 11, 17, 18- подшипники; 6- червяк; 7 - вал; 9 - шпонка; 10 - ось; 12 - винт; 13 - штифт; 14 - вал сошки; 15 - уплотнительная манжета; 16 - сошка; 19 - стопорная шайба; 20 - гайка

Ролик установлен на оси 10 на подшипниках 77 в щечках головки вала сошки. Вал сошки вращается в двух подшипниках 77 и 18. В месте выхода вала сошки установлена уплотнительная манжета 15. На шлицованную часть вала посажена сошка 16. Правильность установки сошки достигается наличием на ней четырех сдвоенных шлицов.

Зацепление червяка с роликом регулируют с помощью винта 72, который ввернут в боковую крышку картера. Винт фиксируется с помощью стопорной шайбы /9, штифта 13 и гайки 20.

Вал червяка с помощью шпонки 9 соединен с нижней вилкой рулевого вала. Вал рулевого механизма состоит из верхнего рулевого вала и промежуточного вала, соединенных между собой и с редуктором рулевого механизма с помощью карданных шарниров. На конце рулевого вала установлена ступица рулевого колеса.

Разновидностью червячного рулевого механизма является червяч-но-спироыдныы рулевой механизм с боковым сектором , который применяется на автомобиле Урал-4320 (рис. 20.6). Рулевая пара состоит из двухходового цилиндрического червяка 2 и бокового сектора 3 со спиральными коническими зубьями. Червяк закреплен на валу 4 , который вращается на подшипниках 7, допускающих небольшое осевое перемещение. Сектор 3 выполнен заодно с валом 6, на шлицах которого устанавливается сошка 5.

Углы спиралей червяка и сектора разные. При трапециевидном профиле поперечного сечения витков червяка и зубьев сектора они соприкасаются по линии, поэтому зубья воспринимают передаваемую нагрузку по всей осевой длине. Это снижает нагрузку на зубья, уменьшает контактные напряжения и повышает износостойкость передачи. Вал сошки 6 устанавливается с большой точностью на удлиненных игольчатых подшипниках 7. Прогиб червяка ограничивается специальным упором 8 , установленным в картере рулевого механизма. Аналогичный упор 9 ограничивает прогиб сектора с противоположной стороны. За-

Рис. 20.6. Рулевой механизм автомобиля Урал-4320: 1 - подшипник; 2 - червяк; 3 - сектор; 4 - вал червяка; 5 - сошка; 6 - вал сошки; 7 - игольчатый подшипник; 8, 9 - упоры; 10 -

регулировочная шайба

цепление червяка с сектором регулируют подбором толщины бронзовой шайбы 10 , расположенной между крышкой картера и сектором. Зазор в зацеплении увеличивается при повороте червяка в обе стороны от среднего положения с целью исключения заклинивания рулевого механизма в крайних положениях.

Винтовые рулевые механизмы применяются на автомобилях большой грузоподъемности и, как правило, имеют две рабочие пары: винт-гайка и рейка-зубчатый сектор. Они отличаются от обычной винтовой пары тем, что момент передается от винта на гайку не непосредственно, а через шарики. Дорожками качения при этом для них служат винтовые канавки, выполненные на теле винта и в гайке. При повороте винта шарики циркулируют в гайке по замкнутому кругу, выкатываясь из винтового канала через отверстие с одной стороны гайки и возвращаясь в гайку через обводной канал с противоположной стороны. Использование циркулирующих шариков позволяет заменить трение скольжения в паре винт-гайка трением качения, что повышает КПД передачи как в прямом направлении, так и в обратном. Это улучшает условия для стабилизации управляемых колес, но и делает механизм довольно чувствительным к толчкам со стороны дороги. Поэтому для сглаживания ударов должны устанавливаться амортизаторы или усилители рулевого управления. Глубина винтовой канавки выполняется переменной, а толщина среднего зуба сектора увеличенной по сравнению с другими зубьями для исключения заклинивания в крайних положениях.

Зазор в зацеплении поршня-рейки с сектором вала сошки регулируют путем осевого перемещения вала сошки с помощью специального регулировочного винта. Зазор в паре винт-гайка не регулируется, поэтому высокая надежность и требуемый срок службы в этом зацеплении обеспечивают путем применения высококачественных легированных сталей.

Рулевой механизм автомобиля ЗИЛ-431410 показан на рис. 20.7. Редуктор соединяется с валом рулевого колеса с помощью карданного вала с двумя шарнирами. Картер 3 редуктора отлит из чугуна и имеет нижнюю /, промежуточную 9, верхнюю 14 и боковую 19 крышки. В картере размещается поршень-рейка 4, в которой неподвижно установлена шариковая гайка 6. Шариковая гайка собрана с винтом таким образом, что образуются винтовые канавки, в которые вкладываются шарики 8. В паз шариковой гайки, соединенный двумя отверстиями с ее винтовой канавкой, вставляют два штампованных желоба 7, образующих трубку, по которой шарики, выкатываясь при повороте винта 5 с одного конца гайки, возвращаются к ее другому концу.

Поршень-рейка 4 находится в зацеплении с зубчатым сектором 18 вала 21 сошки, который вращается на запрессованных в картер бронзовых втулках. Осевое перемещение вала сошки производится путем вращения регулировочного винта 20, головка которого входит в отверстие вала сошки. При завертывании регулировочного болта уменьшается за-

Рис. 20.7. Винтореечный рулевой механизм автомобиля ЗИЛ-431410: 1 - нижняя крышка; 2 - заглушка; 3 - картер; 4 - поршень-рейка; 5 - винт; 6 - гайка; 7 - желоб; 8 - шарик; 9 - промежуточная крышка; 10 - упорный подшипник; 11 - шариковый клапан; 12 - золотник; 13 - корпус клапана управления; 14 - верхняя крышка; 15 -пружина; 16 - реактивный плунжер; 17 - установочный винт; 18 - зубчатый сектор; 19 - боковая крышка; 20 - регулировочный винт; 21 - вал сошки; 22 - магнитная пробка; 23 - сошка

зор в зацеплении рейка-зубчатый сектор, увеличивающийся из-за этого момент сопротивления повороту не должен превышать 500 Н. На наружный шлицованный конец вала устанавливается сошка 23.

При вращении рулевого колеса усилие водителя передается через вал рулевого колеса и карданную передачу на винт 5. Шариковая гайка 6 перемещается вдоль оси винта, увлекает за собой поршень-рейку 4 , которая производит поворот зубчатого сектора 18 с валом 21 сошки вокруг своей оси. Усилие от сошки 23 передается на рулевой привод, который поворачивает управляемые колеса.

По аналогичной схеме работают рулевые механизмы автомобилей марок «КамАЗ», «КрАЗ», «МАЗ».

Реечные рулевые механизмы просты по конструкции и компактны, имеют высокий КПД, поэтому широко используются на легковых автомобилях. В последнее время такие механизмы применяются на грузовых автомобилях малой грузоподъемности, имеющих независимую подвеску. Рабочей парой является шестерня-зубчатая рейка, при нормальном профиле зубьев шестерни и рейки передаточное число механизма постоянно. Современные реечные рулевые механизмы могут иметь переменное передаточное число, что достигается нарезкой зубьев рейки специального профиля.

Повышенная чувствительность к внешним воздействиям вследствие малого трения, чувствительность к колебаниям рулевого управления вызывают необходимость установки амортизаторов или усилителей для поглощения толчков.

Реечный рулевой механизм (рис. 20.8) состоит из картера 2, в котором на двух подшипниках 6 и? установлено приводное зубчатое колесо 7, находящееся в зацеплении с рейкой 10. Рейка поджимается к зубчатому колесу пружиной 12 через металлокерамический упор 11. Регулировка зазора в зацеплении осуществляется гайкой 13.

Рис. 20.8. Реечный рулевой механизм автомобиля ВАЗ-2109: 1 - защитный чехол; 2 - картер рулевого механизма; 3 - эластичная муфта; 4 - поворотный рычаг; 5 - рулевая тяга; 6 - роликовый подшипник; 7 - зубчатое колесо; 8 - шариковый подшипник; 9 - вал рулевого управления; 10 - рейка; 11 - упор рейки; 12 - пружина; 13 - гайка упора

При повороте вала 9, связанного с рулевым колесом, зубчатое колесо 7 перемещает рейку 10, от которой усилие передается на рулевые тяги и далее через поворотные рычаги 4 на колеса.

Рулевые колонки и валы. В общем случае передача вращения от рулевого колеса на рулевой механизм осуществляется валом, который размещается внутри колонки. На грузовых автомобилях (рис. 20.9, а, б) рулевая колонка 3, установленная внутри кабины водителя, крепится средней частью к внутренней панели и переднему щитку кабины. На рулевой колонке может устанавливаться токосъемник звукового сигнала и переключатель указателя поворота. Вал 8 установлен в колонке 3 на подшипниках 7, а рулевое колесо 4 соединяется с валом шпонкой или шлицами и крепится с помощью гайки. Нижний конец вала имеет канавку для крепления вилки карданной передачи. В центре рулевого колеса расположено контактное устройство кнопки сигнала.

Рулевой вал и винт рулевого механизма не всегда соосны из-за компоновки автомобиля и необходимости правильной установки рулевого колеса. Кроме того, угол между валом и винтом может меняться, так как кабина имеет возможность небольшого перемещения относительно рамы. Поэтому вал соединяется с винтом через карданную передачу 2. На некоторых автомобилях с размещением кабины над двигателем карданная передача позволяет поднимать кабину для того, чтобы обеспечить доступ к двигателю. Карданная передача рулевого механизма име-

Рис. 20.9. Рулевые колонки грузовых автомобилей: а - КамАЗ-5320; б - ГАЗ-66-11; в - угловой редуктор; 1 - клапан управления усилителя руля; 2 - карданная передача; 3 - рулевая колонка; 4 - рулевое колесо; 5 - рулевой механизм; 6 - угловой редуктор; 7 - подшипник; 8 - рулевой вал; 9 - кронштейн крепления; 10 - ведущее зубчатое колесо; 11 - крышка; 12 - вал ведущего зубчатого колеса; 13, 14 - подшипники; 15 - ведомое зубчатое колесо

ет два шарнира неравных угловых скоростей, которые по своей конструкции аналогичны применяемым в трансмиссии автомобиля.

В случае размещения кабины над двигателем рулевая колонка располагается почти вертикально и для передачи вращения под большим углом на винт в рулевом механизме применяется угловой редуктор 6 (рис. 20, в) с передаточным числом 1. Вал 12 с ведущим зубчатым колесом 10 установлен в корпусе на шариковых подшипниках 13, закрепленных гайкой со стопорной шайбой. Ведомое зубчатое колесо 15 соединено с винтом шлицами, что обеспечивает возможность перемещения винта относительно зубчатого колеса в продольном направлении.

На легковых автомобилях (рис. 20.10, а) рулевая колонка включает в себя вал 7, размещенный в трубе, которая крепится к передней панели. Соединение рулевого вала с валом с ведущим зубчатым колесом рулевого механизма осуществляется через упругую муфту. Вал вращается на подшипнике 3, на верхнем конце вала на шлицах устанавливается рулевое колесо. На современных автомобилях рулевая колонка может иметь несколько положений регулировки по вертикали и в продольном направлении для обеспечения удобства управления, что усложняет ее конструкцию.

Рис. 20.10. Рулевые колонки легковых автомобилей: а - рулевая колонка; б - деформируемый рулевой вал; / - рулевой вал; 2 - рулевая колонка с кронштейном крепления; 3 - подшипник; 4 - перфорированный трубчатый рулевой вал

Рулевые колонки могут становиться причиной серьезных травм водителя при авариях. Для уменьшения опасного воздействия рулевой колонки на водителя используется рулевое колесо, которое деформируется при ударе и поглощает часть энергии удара. Вал рулевого колеса при аварии должен изгибаться или расцепляться, не перемещаясь внутрь салона более чем на 127 мм. Это осуществляется установкой травмобезопасных рулевых колонок, являющихся элементами пассивной безопасности автомобиля.

На автомобиле ВАЗ-2121 вал складывается, так как имеет карданную передачу, а энергия удара поглощается кронштейном крепления рулевой колонки особой конструкции.

На автомобиле ГАЗ-3102 энергопоглощающим элементом является резиновая муфта, устанавливаемая между двумя частями рулевого вала.

Поглощать энергию удара при столкновении может и деформируемый рулевой вал 4 , устанавливаемый на зарубежных автомобилях (рис. 20.10, б). Такой вал представляет собой перфорированную трубу, которая может значительно укорачиваться при силовом воздействии на нее в осевом направлении.

Рулевой вал также может состоять из двух частей и соединяться несколькими продольными пластинами, которые будут при ударе изгибаться, поглощая энергию.

Рулевое управление служит для обеспечения движения автомобиля в заданном водителем направлении. Рулевое управление состоит из рулевого механизма и рулевого привода.

Рулевой механизм служит для увеличения и передачи на рулевой привод усилия, прилагаемого водителем к рулевому колесу. В легковых автомобилях в основном применяются рулевые механизмы червячного и реечного типа.

К достоинствам механизма «червяк-ролик» относятся: низкая склонность к передаче ударов от дорожных неровностей, большие углы поворота колес, возможность передачи больших усилий. Недостатками являются большое количество тяг и шарнирных сочленений с вечно накапливающимися люфтами, «тяжелый» и малоинформативный руль. Минусы в итоге оказались весомее плюсов. На современных автомобилях такие устройства практически не применяют.

Самый распространенный на сегодняшний день – реечный рулевой механизм. Малая масса, компактность, невысокая цена, минимальное количество тяг и шарниров – все это обусловило широкое применение. Механизм «шестерня-рейка» идеально подходит для переднеприводной компоновки и подвески McPherson, обеспечивая большую легкость и точность рулевого управления. Однако тут есть и минусы: из-за простоты конструкции любой толчок от колес передается на руль. Да и для тяжелых машин такой механизм не совсем подходит.

Рулевой привод предназначен для передачи усилия от рулевого механизма на управляемые колеса, обеспечивая при этом их поворот на неодинаковые углы. Если оба колеса повернуты на одинаковую величину, внутреннее колесо будет скрестись по дороге (скользить боком) что будет снижать эффективность рулевого управления. Это скольжение, которое также создает дополнительный нагрев и износ колеса, может быть устранено с помощью поворота внутреннего колеса на больший угол, чем угол поворота внешнего колеса. При движении на повороте каждое из колес описывает свою окружность отличную от другой, причем внешнее (дальнее от центра поворота) колесо движется по большему радиусу, чем внутреннее. А, так как центр поворота у них общий, то соответственно внутреннее колесо необходимо повернуть на больший угол, чем внешнее. Это обеспечивается конструкцией так называемой «рулевой трапеции», которая включает в себя поворотные рычаги и рулевые тяги с шарнирами. Необходимое соотношение углов поворота колес обеспечивается подбором угла наклона рулевых рычагов относительно продольной оси автомобиля и длины рулевых рычагов и поперечной тяги.

Рулевой механизм червячного типа состоит из:
– рулевого колеса с валом,
– картера червячной пары,
– пары «червяк-ролик»,
– рулевой сошки.

В картере рулевого механизма в постоянном зацеплении находится пара «червяк-ролик». Червяк есть ни что иное, как нижний конец рулевого вала, а ролик, в свою очередь, находится на валу рулевой сошки. При вращении рулевого колеса ролик начинает перемещаться по винтовой нарезке червяка, что приводит к повороту вала рулевой сошки.

Червячная пара, как и любое другое зубчатое соединение, требует смазки, и поэтому в картер рулевого механизма заливается масло, марка которого указана в инструкции к автомобилю. Результатом взаимодействия пары «червяк-ролик» является преобразование вращения рулевого колеса в поворот рулевой сошки в ту или другую сторону. А далее усилие передается на рулевой привод и от него уже на управляемые (передние) колеса. В современных автомобилях применяется безопасный рулевой вал, который может складываться или ломаться при ударе водителя о рулевое колесо во время аварии во избежание серьезного повреждения грудной клетки.

Рулевой привод, применяемый с механизмом червячного типа включает в себя:
– правую и левую боковые тяги,
– среднюю тягу,
– маятниковый рычаг,
– правый и левый поворотные рычаги колес.

Каждая рулевая тяга на своих концах имеет шарниры, для того чтобы подвижные детали рулевого привода могли
свободно поворачиваться относительно друг друга и кузова в разных плоскостях.

Реечный рулевой механизм

В рулевом механизме «шестерня – рейка» усилие к колесам передается с помощью прямозубой или косозубой шестерни, установленной в подшипниках, и зубчатой рейки, перемещающейся в направляющих втулках. Для обеспечения беззазорного зацепления рейка прижимается к шестерне пружинами. Шестерня рулевого механизма соединяется валом с рулевым колесом, а рейка - с двумя поперечными тягами, которые могут крепиться в середине или по концам рейки. Данные механизмы имеют небольшое передаточное число, что дает возможность быстро поворачивать управляемые колеса в требуемое положение. Полный поворот управляемых колес из одного крайнего положения в другое осуществляется за 1,75…2,5 оборота рулевого колеса.

Рулевой привод состоит из двух горизонтальных тяг и поворотных рычагов телескопических стоек передней подвески. Тяги соединяются с поворотными рычагами при помощи шаровых шарниров. Поворотные рычаги приварены к стойкам передней подвески. Тяги передают усилие на поворотные рычаги телескопических стоек подвески колес и соответственно поворачивают их вправо или влево.

Основные неисправности рулевого управления

Увеличенный люфт рулевого колеса, а также стуки могут явиться следствием ослабления крепления картера рулевого механизма, рулевой сошки или кронштейна маятникового рычага, чрезмерного износа шарниров рулевых тяг или втулок маятникового рычага, износа передающей пары («червяк-ролик» или «шестерня-рейка») или нарушения регулировки ее зацепления. Для устранения неисправности следует подтянуть все крепления, отрегулировать зацепление в передающей паре, заменить изношенные детали.

Тугое вращение рулевого колеса может быть из-за неправильной регулировки зацепления в передающей паре, отсутствия смазки в картере рулевого механизма, нарушения углов установки передних колес. Для устранения неисправности необходимо отрегулировать зацепление в передающей паре рулевого механизма, проверить уровень и при необходимости долить смазку в картер, отрегулировать углы установки передних колес в соответствии с рекомендациями завода-изготовителя.

Уход за рулевым управлением

Всем известно выражение: «Лучшее лечение это – профилактика». Поэтому каждый раз, общаясь со своим автомобилем снизу (на смотровой яме или эстакаде), одним из первых дел следует проверить элементы рулевого привода и механизма. Все защитные резинки должны быть целы, гайки зашплинтованы, рычаги в шарнирах не должны болтаться, элементы рулевого управления не должны иметь механических повреждений и деформаций. Люфты в шарнирах привода легко определяются, когда помощник покачивает рулевое колесо, а вы на ощупь, по взаимному перемещению сочлененных деталей, находите неисправный узел. К счастью времена всеобщего дефицита прошли, и есть возможность приобрести качественные детали, а не те многочисленные подделки, которые выходят из строя через неделю эксплуатации, как это было в недавнем прошлом.

Решающую роль в долговечности деталей и узлов автомобиля играют стиль вождения, состояние дорог и своевременное обслуживание. Все это влияет и на срок службы деталей рулевого управления. Когда водитель постоянно дергает руль, крутит его на месте, прыгает по ямам и устраивает гонки по бездорожью – происходит интенсивный износ всех шарнирных соединений привода и деталей рулевого механизма. Если после «жесткой» поездки ваш автомобиль при движении стало уводить в сторону, то в лучшем случае вы обойдетесь регулировкой углов установки передних колес, ну а в худшем – затраты будут более ощутимы, так как придется заменить поврежденные детали. После замены любой из деталей рулевого привода или при уводе автомобиля от прямолинейного движения необходимо отрегулировать «сход-развал» передних колес. Работы по этим регулировкам следует проводить на стенде автосервиса с использованием специального оборудования.