Рулевое управление Опции

[Dimansion]

Рулевое управление служит для обеспечения движения автомобиля в заданном водителем направлении.
Рулевое управление состоит из:

рулевого механизма,
рулевого привода.

Рулевой механизм служит для увеличения и передачи на рулевой привод усилия, прилагаемого водителем к рулевому колесу. В легковых автомобилях распространение получили рулевые механизмы червячного и реечного типа.
Рулевой механизм червячного типа состоит из (рис. 1):

рулевого колеса с валом,
картера червячной пары,
пары «червяк-ролик»,
рулевой сошки.

(IMG:http://www.avtonov.svoi.info/images/rul1.gif)

Рис. 1 Схема рулевого управления с механизмом типа "червяк-ролик”
1 - рулевое колесо; 2 - рулевой вал с “червяком”; 3 - “ролик” с валом сошки; 4 - рулевая сошка; 5 - средняя тяга; 6 - боковые тяги; 7 - поворотные рычаги; 8 - передние колеса автомобиля; 9 - маятниковый рычаг; 10 - шарниры рулевых тяг

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 скользить по зубьям 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 предназначен для передачи усилия от рулевого механизма на управляемые колеса, обеспечивая при этом их поворот на неодинаковые углы. Углы должны быть различными, для того чтобы колеса могли двигаться по дороге без проскальзывания. Ведь 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 внешнее колесо необходимо повернуть на больший угол, чем внутреннее. Это и обеспечивается конструкцией, так называемой, «рулевой трапеции», которая включает в себя рулевые тяги с шарнирами и поворотные рычаги. 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.
Рулевой привод можно сравнить с вашими руками. Руки очень подвижны и тоже имеют множество шарниров - суставов, что позволяет изменять положение предметов в пространстве или перемещать их относительно друг друга и вашего тела.
Рулевой привод, применяемый с механизмом червячного типа (рис. 1) включает в себя:

правую и левую боковые тяги,
среднюю тягу,
маятниковый рычаг,
правый и левый поворотные рычаги колес.

(IMG:http://www.avtonov.svoi.info/images/rul2.gif)

Рис. 2 Схема рулевого управления с механизмом типа “шестерня-рейка”
1 - рулевое колесо; 2 - вал с приводной шестерней; 3 - рейка рулевого механизма; 4 - правая и левая рулевые тяги; 5 - поворотные рычаги; 6 - направляющие колеса

Рулевой механизм реечного типа (рис. 2) отличается от червячного тем, что вместо пары «червяк–ролик» применяется пара – «шестерня–рейка». Иными словами, поворачивая рулевое колесо, водитель на самом деле вращает шестерню, которая заставляет рейку перемещаться вправо или влево. А дальше рейка передает усилие, прилагаемое к рулевому колесу, на рулевой привод.
Рулевой привод, применяемый с механизмом реечного типа (рис. 2), также отличается от своего предшественника. Он упрощен и имеет всего две рулевые тяги. 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.

Эксплуатация рулевого управления

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 и так далее. 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. Как уже неоднократно говорилось, 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.

Устройство и принцип действия системы гидроусилителя руля.

Система рулевого управления с гидроусилителем создана для более комфортного и точного управления автомобилем в различных режимах эксплуатации, а так же для повышения безопасности движения. Рулевые системы современных автомобилей представлены двумя типами: реечным и угловым. Каждый из этих типов может быть оснащен системой гидроусиления.

(IMG:http://www.avtonov.svoi.info/images/rul3.gif)

(IMG:http://www.avtonov.svoi.info/images/rul4.gif)

Конструкция гидроусилителя реечного и углового типов
(с системой SERVOTRONIC).

Наиболее ярко преимущество системы гидроусиления перед рулевым управлением, не оснащенным гидроусилителем, проявляется при парковке и движении на малой скорости. Системы с гидроусилителем можно разделить на два типа: с постоянным коэффициентом усиления и систему, в которой коэффициент усиления зависит от скорости движения (SERVOTRONIC).

Система гидроусилителя руля состоит из следующих компонентов:

1. Электронный спидометр (только система с SERVOTRONIC).
2. Прибор электронного контроля (только система с SERVOTRONIC).
3. Электрогидравлический преобразователь (только система с SERVOTRONIC).
4. Рулевой механизм, оснащенный гидроцилиндром.
5. Гидравлический насос.
6. Масляный резервуар.
7. Маслопровод низкого давления.
8. Маслопровод высокого давления.

Принцип действия системы гидроусиления руля.

(IMG:http://www.avtonov.svoi.info/images/rul6.jpg)

Золотниковое устройство (узел распределения потоков).

(IMG:http://www.avtonov.svoi.info/images/rul7.jpg)

Рабочий цилиндр.

Принцип действия системы гидроусиления руля рассматривается на примере рулевого управления реечного типа. Гидравлическая жидкость из масляного резервуара (6) поступает в гидравлический насос (5), в котором она сжимается, и далее под давлением (70-180 bar в зависимости от модели) поступает в рулевой механизм (4) через масляную магистраль высокого давления ((IMG:http://autocenter.uz/forum/style_emoticons/default/dirol.gif) . Рулевой механизм оснащен узлом распределения потоков (золотники), который имеет два основных режима работы:

состояние: К рулевому колесу усилие не прикладывается (состояние покоя)

реакция системы: В золотниковом устройстве совмещены маслопровод подачи и стока. Жидкость перетекает из трубопровода высокого давления в масляный резервуар(6), не выполняя никакой работы.

(IMG:http://www.avtonov.svoi.info/images/rul5.jpg)

состояние: Поворот руля влево/вправо (действие)

реакция системы: В зависимости от того, в какую сторону производится поворот руля, в золотниковом устройстве масляные магистрали коммутируются соответствующим образом. Жидкость под давлением подается в рабочий цилиндр и, воздействуя на рабочий поршень, создает вспомогательное усилие сдвига вала Рсдв (принцип гидравлического пресса). В этот момент полость обратной стороны поршня совмещается с маслопроводом низкого давления, через который жидкость стекает в масляный резервуар, не препятствуя перемещению вала. Как только воздействие на рулевое колесо прекращается, система возвращается в нейтральное состояние (см. пункт1).

(IMG:http://www.avtonov.svoi.info/images/rul8.jpg)

Еще об усилителях руля

Усилитель рулевого управления уже перешел из опций в разряд стандартного оборудования, причем даже на маленьких машинах. Теперь, наоборот, правильнее было бы считать опцией, то есть роскошью, руль, поворачиваемый исключительно силой рук водителя. Конструкций усилителей напридумывали много и на одну модель машин ставится на выбор несколько разных типов. Значит приходится разбираться и выбирать на свой вкус.
Основных требований, предъявляемых к рулевому управлению Европейскими директивами, не много: усилие на рулевом колесе легкового автомобиля не должно превышать 15 кг для полностью работоспособной и 30 кг – для неисправной системы рулевого управления, а быстродействие усилителя должно быть таково, чтобы при скорости вращения руля не менее полутора оборотов в секунду силовые устройства успевали помогать водителю, то есть руль не должно «закусывать».
Вписываться в нужные цифры уже много лет позволяет хорошо известный гидроусилитель руля, принцип действия которого довольно прост. Поворачивая руль, водитель закручивает специальный пружину – торсион, который связан со специальным клапаном – золотником. В корпусе золотника прорезаны перепускные отверстия, которые распределяют рабочую жидкость в нужные полости рулевого механизма. Давление жидкости (как правило, это трансмиссионное масло) и помогает рукам водителя поворачивать колеса. Соответственно, чем больше скручен торсион, тем на большую величину перемещается золотник и тем большим оказывается сечение перепускного отверстия, через которое рабочая жидкость, накаченная насосом до давления в 7-15 бар, поступает к силовому цилиндру. Сам же силовой цилиндр толкает нужные детали рулевого механизма. Когда усилие на руле пропадает, торсион раскручивается, золотник закрывается, а жидкость перепускается обратно в насос. Первые гидроусилители появились на серийных машинах в 1951 г. в Америке, история европейских машин с подобными устройствами на 3 года моложе. Впрочем, принципиальная простота классического гидроусилителя не лишает это устройство целого ряда недостатков. Прежде всего гидроусилитель – изделие достаточно сложное, высокотехнологическое и требующее большой точности изготовления. Соответственно, дешевым руль с гидравликой быть просто не может. Кроме того, использование насоса усилителя с постоянным приводом от двигателя – это всегда лишние потери мощности. Ведь производительность насоса усилителя рассчитывают из условий поворота колес неподвижно стоящего автомобиля – когда обороты двигателя минимальны, а сопротивление колес повороту, наоборот, максимально. А потому, во время движения машины, когда и частота вращения двигателя повышена, и от самого усилителя не требуется особой мощности, львиную долю масла насос перекачивает вхолостую, понапрасну тратя на эту работу топливо. Еще один минус – невозможность сочетать высокий усиливающий момент с хорошей информативностью руля. Получается одно из двух: либо водитель без проблем выворачивает колеса автомобиля попавшего в колею, а затем, разогнавшись на шоссе сжимает в руках «ватный» руль, либо чувствует все нюансы скоростной трассы, расплачиваясь за это легкостью движения по бездорожью.
Поначалу с подобными недостатками мирились, однако возросшие скорости и стремление сделать автомобиль более безопасным и комфортным заставили конструкторов поломать голову над оптимизацией работы обычного гидроусилителя, или вообще изобретать устройства, заменяющие привычную гидравлику. Первый результат модернизации появился в 1989 г., с появлением на автомобилях Audi системы «Сервотроник». Главной целью создания этой системы было именно повышение информативности рулевого управления. Сейчас такими усилителями комплектуют даже относительно дешевые маленькие машины, тогда же «Сервотроник» ставили на топовые модели фирмы. »Сервотроник» представляет из себя устройство, регулирующее при помощи электроклапана ход управляющего золотника гидроусилителя, в зависимости от скорости автомобиля. Меняется режимы работы клапана, соответственно, меняется и «мощность» гидроусилителя: при движении с большой скоростью, когда руль машин, оборудованных обычным гидроусилителем «пустеет», на автомобилях с усилителем переменной силы он наоборот наливается упругостью. При этом появляется возможность адаптировать систему не только к конкретному автомобилю, но и к конкретному водителю – для этого достаточно перенастроить блок, управляющий электроклапаном.
Однако, наиболее перспективным, как считают специалисты, является полностью электрический усилитель руля. В этом случае поворачивать руль помогает электромотор, вращающий рулевой вал через червячный редуктор. Плюсы такого решения очевидны. Как и в гидроусилителе, в качестве устройства, контролирующего степень усилия на руле служит торсион. Только вместо хитроумного клапана, он связан с датчиками (оптическими или индукционными), сигнализирующими электронному блоку (контроллеру), на какой угол закручен торсион. Как и «Сервотроник», контроллер электроусилителя, анализируя данные, полученные с датчика скорости, может изменять усилие, помогающее водителю поворачивать рулевое колесо. Только вместо многоступенчатой электрогидравлической схемы все функции «Сервотроника» выполняет электроника. А на автомобиль, взамен громоздкого и сложного устройства со шлангами и бачками устанавливается небольшой механизм, причем расположен он обычно не в тесном подкапотном пространстве, а в салоне, на рулевом валу, под приборной панелью. Еще одно преимущество электроусилителя – низкая цена.
Определить степень надежности устройства тоже непросто – пока еще не существует достаточно объемной статистики отказов. Что же касается наиболее нагруженной и, по сути, единственной изнашиваемой части механизма – червячной передачи, то сделать срок ее службы сопоставимым со сроком службы всего автомобиля. Трудность в другом. Существенной разницы в затратах энергии на поворот колес с электрогидравлическим усилителем и просто электроусилителем нет, и в том, и в другом случае необходим мощный генератор. Однако, в варианте с электроусилителем возникает еще одна проблема: Вращать вал жидкостного насоса может двигатель любой конструкции. А для вращения сервомеханизма, расположенного на рулевой колонке, необходим двигатель компактный и легкий, в противном случае устройство будет трудно втиснуть под торпедо, а его инерционность будет слишком велика. Учитывая большую мощность и, соответственно, токи величиной в полсотни ампер, обычный коллекторный двигатель здесь не годится.

www.avtonov.svoi.info

[Автобот]