РУЛЕВОЕ УПРАВЛЕНИЕ

Совокупность механизмов, служащих для поворота управляемых колес, называется рулевым управлением. У грузовых автомобилей управляемые колеса устанавливаются на поворотных цапфах 13 (рис.4), соединенных с балкой переднего моста 11 шкворнями 8. Шкворень неподвижно закреплен в передней оси, и его верхний и нижний концы входят в проушины поворотной цапфы. При повороте цапфы за рычаг 7, она вместе с установленным на ней управляемым колесом, поворачивается вокруг шкворня. Поворотные цапфы соединены между собой рычагами 9 и 12 и поперечной тягой 10. Поэтому управляемые колеса поворачиваются одновременно. Поворот управляемых колес осуществляется при вращении рулевого колеса 1. От него вращение передается через вал 2 на червяк 3, находящийся в зацеплении с сектором 4. На валу сектора закреплена сошка 5, поворачивающая через продольную тягу 6 и рычаг 7 поворотные цапфы с управляемыми колесами.

Рис.4. Рулевое управление с рулевым механизмом

типа «червяк–сектор»

Рулевое колесо 1, вал 2, червяк 3 и сектор 4 образуют рулевой механизм, увеличивающий момент, прикладываемый водителем к рулевому колесу для поворота управляемых колес.

Сошка 5, продольная тяга 6, рычаги 7, 9, и 12 поворотных цапф и поперечная тяга 10, составляют рулевой привод, передающий усилие от сошки к поворотным цапфам обоих управляемых колес. Балка моста, поперечная тяга 10, рычаги 9 и 12 образуют рулевую трапецию.

В зависимости от типа рулевой пары рулевые механизмы современных автомобилей разделяют на червячные, винтовые и шестеренчатые. В рулевом механизме с червячной парой момент передается от червяка, закрепленного на рулевом валу к зубчатому сектору, установленному на одном валу с сошкой. У многих рулевых механизмов червяк выполнен глобоидным, а зубья сектора заменены роликом, вращающимся на подшипнике (ВАЗ–2101). В таком рулевом механизме сохраняется зацепление на большом угле поворота вала сошки, уменьшаются потери на трение и износ пары. В винтовом рулевом механизме вращение винта преобразуется в прямолинейное движение гайки, на которой нарезаны зубья, находящиеся в зацеплении с зубчатым сектором. Сектор установлен на общем валу с сошкой. Для уменьшения трения в рулевом механизме и повышения долговечности соединение винта и гайки часто осуществляют через шарики (МАЗ, ЗИЛ).

К шестеренчатым рулевым механизмам относятся механизмы с цилиндрическими или коническими шестернями, а также реечные рулевые механизмы. В последних передаточная пара выполнена в виде шестерни и рейки. Вращение шестерни, закрепленной на рулевом валу, вызывает перемещение рейки, которая выполняет роль поперечной тяги. Недостатком реечного рулевого механизма на легковых автомобилях является то, что он не позволяет получить необходимого передаточного числа при небольших размерах и не обеспечивает нужного поглощения толчков, передаваемых от неровностей дороги рулевому колесу.

Одной из характеристик рулевого механизма является прямой (при передаче усилия от рулевого колеса к сошке) и обратной (при передаче усилия от сошки к рулевому колесу) КПД. Чем больше прямой КПД, тем меньше потери в рулевом механизме при повороте управляемых колес и тем легче управлять автомобилем. Чем меньше обратный КПД, тем больше снижается момент на рулевом колесе под действием случайных боковых сил на неровной дороге. В наиболее распространенных рулевых механизмах типа «червяк–ролик» прямой КПД равен около 0,7, а обратный – около 0,5. Следует учесть, что рулевая передача не должна быть самотормозящей (сохраняется «чувство дороги»).

Другой характеристикой рулевого управления является передаточное число. По способу определения передаточное число может быть либо кинематическим, либо силовым. Силовое передаточное число определяется по соотношению моментов на управляемом колесе и на рулевом колесе при повороте

,

где – силовое передаточное число рулевого управления;

– момент сопротивления повороту управляемого колеса;

– момент, приложенный к рулевому колесу при повороте.

 

Кинематическим способом передаточное число узлов рулевого управления определяется по углам поворота соответствующих частей управления.

Передаточное число рулевого механизма определяется из соотношения

, (3)

где – угол поворота рулевого колеса; – угол поворота рулевой

сошки.

Передаточное число рулевого привода определяется из выражения

, (4)

где – угол поворота управляемого колеса.

Передаточное число рулевого управления или угловое передаточное число

(5)

Передаточное число рулевого механизма для легковых автомобилей колеблется в пределах 12–20, для грузовых автомобилей и автобусов – 16–32. По мере увеличения передаточного числа уменьшается сила на рулевом колесе, необходимая для поворота автомобиля, но одновременно уменьшается угол поворота колес автомобиля, соответствующий данному углу поворота рулевого колеса, что увеличивает время на поворот колес. Чем быстроходнее автомобиль, тем относительно меньшим приходится делать передаточное число рулевого механизма.

Для дорожных автомобилей большинства типов рулевые механизмы с постоянным передаточным числом (прямая 3 на рис. 5). В автомобилях относительно тихоходных с большим полным весом иногда предпочитают иметь рулевой механизм с передаточным числом, изменяющимся по кривой 2 для того, чтобы при пологих поворотах, совершающихся часто, уменьшить усилие на рулевом колесе. На сравнительно редких крутых поворотах к рулевому колесу приходится прикладывать большее усилие из–за уменьшения передаточного числа. На скоростных автомобилях иногда применяют рулевые механизмы с передаточным числом, изменяющимся по кривой 1. При этом на больших скоростях автомобиль быстро реагирует на поворот рулевого колеса, а на крутых поворотах (скорость сбавляется) усилие на рулевом колесе уменьшается.

 

 

 

1 30

3 26

 

 

 

2 18

 

θ;

40 30 20 10 0 10 20 30 40 град

 

Рис. 5. Кривые изменения передаточного числа рулевых механизмов