- Кинематика рулевого управления автомобиля
- Механизм рулевого управления автомобиля: типы и устройство
- Что такое механизм рулевого управления авто
- Устройство механизма рулевого управления авто
- Схема механизма рулевого управления авто
- Принцип работы и виды механизмов рулевого управления
- Виды усилителей механизма рулевого управления
- Особенности левого и правого руля
- Нужно ли регулировать механизм рулевого управления
- Стоимость ремонта и деталей механизма
- Основные неисправности и причины
Кинематика рулевого управления автомобиля
4. Рулевое управление
Поворот передних колес осуществляется с помощью рулевого управления. Соотношение углов поворота направляющих колес, обеспечивающее их качение без скольжения на повороте, определяют по следующему уравнению:
ctg α = ctg β + M / L,
где: α — угол поворота наружного колеса;
β — угол поворота внутреннего колеса;
М — расстояние между центрами шкворней (центр шкворня определяется точкой пересечения оси цапфы с осью шкворня);
L — база автомобиля.
Правильный поворот автомобилей обеспечивается рулевой трапецией, при помощи которой направляющие колеса одновременно поворачиваются на соответствующие углы, находящиеся между собой в указанном соотношении. При этом продолжения осей всех колес автомобиля пересекаются в одной точке — в центре поворота.
Рис. 4.1 Схема рулевой трапеции
Таблица 4.1.
| Наименьший радиус поворота по колее наружного колеса, в м | 6.3 | |
| Максимальные углы поворота управляемых колес | наружного | 28° |
| внутреннего | 30° | |
| Размеры рулевой трапеции | M | 1216 |
| L | 2700 | |
| m | 170 | |
| d | 164 | |
| n | 448 | |
| b | 448 | |
| c | 455.5 | |
Конструкция рулевой трапеции зависит от типа подвески и должна обеспечивать правильный поворот колес при независимом их качении на упругих элементах подвески. На автомобиле М-20 «Победа» имеющим независимую подвеску с качанием колес в поперечной плоскости, применяют расчлененную рулевую трапецию. У автомобилей М-20 «Победа» рулевая трапеция имеет переднее расположение. Поперечная рулевая штанга расчленена на три части. Средняя ее часть качается на двух рычагах, одним из которых является рулевая сошка, а вторым — маятниковый рычаг. Боковые штанги соединяют среднюю штангу с рычагами поворотных цапф.
Соблюдение приведенной выше зависимости между углами поворота и направляющих колес, определяющей правильную кинематику поворота автомобиля обеспечивается подбором размеров и соотношений основных элементов рулевой трапеции и углов между ними. Однако достигнуть при помощи рулевой трапеции указанных типов полного совпадения действительных углов поворота колес с теоретически необходимыми не представляется возможным, поэтому при повороте автомобиля получается некоторое отклонение действительных углов от теоретических. Эти отклонения незначительны и практически не нарушают правильности кинематики поворота автомобиля. Общие данные по рулевому управлению и основным размерам и соотношениям рулевых трапеций приведены в табл. 4.1.
Максимальные углы поворота правого и левого колеса, приведенные в табл. 4.1 на автомобиле ограничиваются специальными упорами и регулировочными болтами.
Основными оценочными параметрами рулевого управления являются его передаточные числа, к которым относятся угловое и силовое передаточные числа. Угловое передаточное число рулевого управления представляет собой отношение угла поворота рулевого колеса к соответствующему углу поворота направляющего колеса, расположенного со стороны руля, вокруг шкворня. Угловое передаточное число подсчитывают по формуле:
i ω = i 1 i 2 ,
где i 1 , — угловое передаточное число рулевого механизма;
i 2 — угловое передаточное число рулевого привода.
Угловое передаточное число рулевого механизма есть отношение угла поворота рулевого колеса к соответствующему углу поворота рулевой сошки. Для рулевого механизма автомобиля Победа, выполненного по типу червяк—ролик, вследствие неравенства зазоров пары в среднем и крайнем положениях и изменения при этом действительного радиуса зацепления, действительное передаточное число имеет переменное значение, увеличивающееся от среднего положения механизма к крайним. Величина изменения передаточного числа незначительна и не оказывает практического влияния на эксплуатационные показатели автомобиля. Поэтому для оценки рулевого управления учитывают передаточное число для среднего положения механизма. Передаточное число при этом определяют по формуле:
i 1 = 2 π R 1 / t,
где R 1 — радиус зацепления пары;
t — шаг витка червяка.
Передаточное число рулевого привода определяют по формуле
i 2 = l p / l c ,
где l c — плечо рулевой сошки;
l p — плечо поворотного рычага цапфы.
Силовое передаточное число рулевого управления представляет собой отношение суммы усилий, действующих на оба направляющих колеса в точках их соприкосновения с дорогой на плече поворота r’, к усилию, приложенному к ободу рулевого колеса. Силовое передаточное число рулевого управления определяют по формуле:
i p = i ω R k / r’,
где R k — радиус рулевого колеса;
r’ — плечо поворота управляемого колеса.
Для рулевого механизма силовое передаточное число i р.м. представляет собой отношение усилия, действующего вдоль продольной штанги, к усилию, прикладываемому к ободу рулевого колеса, без учета потерь на трение. Это передаточное число можно определить по формуле:
i р.м. = i ω R k / ( l c cos(β-β 0 )),
где R k — радиус рулевого колеса;
l c — плечо рулевой сошки;
β — угол перемещения сошки от первоначального ее положения;
β 0 — начальный угол, составляемый осью сошки в среднем положении колес с перпендикуляром к оси продольной штанги.
Угловое и силовое передаточные числа, зависящие от конструктивных соотношений элементов рулевого управления, подбирают так, чтобы обеспечить максимальную легкость и удобство управления автомобилем. При малом значении силового передаточного числа к рулевому колесу для поворота автомобиля требуется приложение больших усилий. При значительном увеличении силового передаточного числа угловое передаточное число увеличивается. Это вызывает необходимость повороте рулевого колеса на большие углы, что затрудняет пользование рулевым управлением.
Значения передаточных чисел рулевого управления приведены в табл. 4.2
Таблица 4.2.
| Угловое передаточное число | Рулевого механизма в среднем положении, i 1 | 16.6 |
| Рулевого привода, i 2 | 0.96 | |
| Рулевого управления, i ω | 15.99 | |
| Силовое передаточное число | Плечо поворота управляемого колеса, r’ | 37.75 |
| Отношение радиуса рулевого колеса к плечу поворота R k / r’ | 5.8 | |
| Силовое передаточное число рулевого управления i р | 92.7 |
Оценивать рулевой механизм, кроме величин передаточных чисел, характеризующих его как передаточный механизм, можно также по следующим показателям:
1) по обратимости, к. п. д. и отдаче обратных ударов на рулевое колесо;
2) по зазорам в передаче и изменению этих зазоров по мере повоя механизма.
Первый показатель характеризует эксплуатационные качества рулевого механизма, а второй — конструктивные особенности передачи. Требуемая закономерность изменения приращения радиуса беззазорного зацепления для рулевых механизмов, выполненных в виде пары глобоидальный червяк—ролик, показано на рис.4.2(а).
Рис. 4.2. Диаграммы приращения радиуса беззазорного зацепления
а — желаемого вида
б — действительного механизма автомобиля М-20 Победа
Действительный характер изменения этого параметра для рулевого механизма автомобиля М-20 «Победа» показан на рис.4.2(б), где по оси ординат отложена величина холостого хода сошки при разных углах ее поворота.
Источник статьи: http://gaz20.spb.ru/science/steering.htm
Механизм рулевого управления автомобиля: типы и устройство
Рассмотрим устройство рулевого управления, принцип работы, разновидность элементов. Наведены цены ремонта и деталей, а так же основные поломки деталей. В конце статьи видео-обзор механизма рулевого управления.
Содержание статьи:
- Что это такое
- Устройство механизма
- Схема
- Принцип работы и виды
- Виды усилителей руля
- Левый или правый руль
- Нужная ли регулировка
- Цена ремонта и деталей
- Возможные поломки
- Видео
Рулевое управление автомобиля можно считать основным механизмов всей конструкции, по сути, без него нельзя управлять машиной. Учитывая прогресс технологий и автомобильной промышленности, на сегодня выделяют несколько вариантов устройства, а так же разное расположение в салоне автомобиля (слева или справа).
Если объяснить в нескольких словах, то это передаточных механизм, от рулевого колеса и на колеса автомобиля. Чтоб понять, как устроено управление автомобиля, рассмотрим принцип работы, устройство и основные нюансы, которые чаще всего встречаются.
Что такое механизм рулевого управления авто
Сам рулевой механизм считается основой для управления автомобилем. Это не отдельный элемент, а совокупность деталей, механизмов и узлов, которые передают положение руля на угол поворота передних колес автомобиля. Независимо от транспортного средства, основной задачей такого набора считается обеспечение поворота, а так же поддержание заданного водителем направления движения транспорта.
В момент поворота руля, угол наклона передается с помощью механизмов на рейку, после чего колеса меняют положение, соответственно и направление движения автомобиля меняется. По строению специалисты выделяют несколько видов поворотного механизма колес автомобиля, при этом результат работы будет одинаковым.
Устройство механизма рулевого управления авто
В зависимости от способа преобразования крутящего момента и поворота руля, различают несколько вариантов механизма. Соответственно и строения будет отличаться. Среди основных видов выделяют реечный и червячный механизм, так же есть еще винтовой механизм, но по строению он многих напоминает червячную передачу. С другой же стороны винтовой тип рулевого управления показывает больший КПД, а значит и усилие больше.
Независимо от механизма управления автомобиля, большая часть деталей одинаковая. В перечне числится:
- руль;
- колонка для передачи угла наклона руля;
- механизм рулевой;
- усилитель управления;
- привод;
- другие дополнительные элементы (в зависимости от типа рулевого управления).
Чтоб понять, за что отвечает каждая из наведенных деталей, рассмотрим их более подробно. Руль неизменная деталь, без которой не может обойтись любое транспортное средство, в автомобилях оно чаще всего круглой формы. В зависимости от страны, где в дальнейшем будет эксплуатироваться автомобиль, руль могут расположить слева или справа. Основное назначение руля – указание направления автомобиля, за счет поворота в одну или другую сторону. Для комфорта и безопасности руль может быть с подогревом, возможностью регулировки по вертикали и глубине и с функциональными кнопками. Как дополнение за рулем могут добавить подруливые лепестки для переключения передач (только автоматические трансмиссии).
Рулевая колонка играет не менее важную роль, основная задача – передать угол наклона руля на механизм поворота колес. Как правило, это вал с шарнирными соединениями, но учитывая прогресс, передачу управления может производить электродвигатель, за счет электроники. Для обеспечения дополнительной защиты автомобиля от угона и дополнительной безопасности, в состав рулевой колонки может входить механическая или электронная система блокировки. Так же на колонку многие производители устанавливают замок зажигания, рычаги управления поворотами, стеклоочистителями и другими необходимыми функциями.
За поворот колес и дальнейшую обработку крутящего момента от колонки отвечает рулевой механизм. Именно эта часть в зависимости от производителя может иметь разную внутреннюю конструкцию. Если брать поверхностный осмотр, то конструкция состоит из редуктора и передаточного механизма, который соединяет рулевую рейку и колонку.
Для комфорта водителя и сохранения рулевого механизма, инженеры добавили усилитель руля. Именно он позволяет не только повысить КПД передачи усилия поворота от руля к приводу, но и смягчить этот процесс, убирая рывки и нагрузку на детали всего механизма поворота колес. Еще одним важным элементом всего механизма можно считать рулевой привод. По устройству это не одна деталь, а совокупность нескольких элементов, как правило, в него входят рулевые тяги, наконечники и рычаги. Что касается дополнительных элементов, то здесь все зависит от самого производителя и устройства подвески.
Схема механизма рулевого управления авто
Принцип работы и виды механизмов рулевого управления
Как уже говорили, выделяют три основные виды механизма рулевого управления: реечный, червячный и винтовой. Самым распространенным видом на легковых автомобилях считается реечный. Конструкция достаточно простая и отличается неплохим КПД передачи крутящего момента руля (устанавливают на авто с независимой подвеской). Основой служит рулевая рейки с шестерней, сама же шестерня устанавливается на вал и постоянно находится в сцеплении с рейкой.
Вращая руль, рейка за счет шестеренки перемещается в горизонтальном положении влево или вправо. Тяги, прикрепленные к рейке, так же перемещаются в соответствии с поворотом руля, тем самым передавая усилия на колеса и поворачивая их по сторонам. Основные плюсы в самом строении, меньше тяг и шарниров, компактность, невысокая цена обслуживания, простота конструкции и надежность. Есть и минусы, редуктор такого механизма весьма чувствительный к неровностям на дороге, за чет чего любой удар колеса передается на руль.
Второй вид механизма – червячный. Считается самым старым видом среди существующих вариантов. Чаще всего встречается на классических, отечественных автомобилях, а так же на машинах с повышенной проходимостью. Как правило, подвеска таких автомобилей зависимая. От предыдущего вида червячный механизм отличается наличием червячного ролика, вместо шестерни, картера, а так же рулевой сошки.
В таком механизме управления «червяк» располагается на нижней части рулевого вала и находится в постоянном сцеплении с роликом. За счет такой конструкции вал проворачивается, передавая усилие на колеса автомобиля. С основным преимуществ можно отметить передачу большого усилия, лучшая маневренность машины, минимальная передача удара колес на руль, а так же поворот колес на большой угол, чего не могут другие механизмы. Все же есть и минусы, конструкция весьма сложная, а обслуживание стоит денег. К тому же в состав входить множество соединений, которые со временем приходят в негодность и требуют периодической регулировки.
Последний из видов рулевого управления – винтовой. В отличие от двух предыдущих видов, механизм соединяется с помощью гайки и шариков специального винта. Как показывает практика, износ такого механизма минимальный, а детали ломаются очень редко.
Видео-обзор разновидности деталей рулевого управления
Чаще всего винтовой механизм применяют на грузовых автомобилях, автобусах и легковых автомобилях представительского класса с повышенным комфортом и безопасностью. По принципу работы винтовой подвид работает так же, как и червячный, передавая момент прокручивания руля через червячную передачу.
Виды усилителей механизма рулевого управления
Чтоб облегчить управление автомобилем и улучшить комфорт, в пару к механизму рулевого управления машиной инженеры добавили усилитель руля. Выделяют три основных вида усилителей руля: гидравлический усилитель, с электрическим усилителем и с электрогидравлическим.
Гидравлический усилитель руля (так же известен как ГУР) считается самым распространенным, среди всех существующих. Главным преимуществом считается компактность, ремонтопригодность и простота конструкции. Есть и минус, постоянно необходимо контролировать уровень рабочей жидкости.
Второй вариант усилителя руля – электрический (ЭУР). На сегодня это самый прогрессивный механизм, за счет своего устройства обеспечивает простую настройку, надежность в работе и экономный по расходу топлива (нагрузки на двигатель). Основной и огромный плюс – возможность управления автомобилем без участия водителя.
Последний, третий вариант усилителя руля – электрогидравлический (ЭГУР). В основе лежит принцип работы обычного гидравлического усилителя, но в данном варианте насос в действие привод электродвигатель, а не двигатель внутреннего сгорания, как в первом варианте усилителя.
За счет строения и разнообразных возможностей, механизм управления производитель может доукомплектовать системой активного рулевого управления (AFS), динамического или же адаптивного управления.
Особенности левого и правого руля
Ни для кого не будет удивлением, что руль в автомобиле может находиться справа или слева. На данный фактор влияет страна производства автомобилей и место его эксплуатации. Как показывает статистика, в большей части стран мира движение правостороннее, соответственно руль располагается в автомобиле слева.
Помимо внешнего расположения руля, под него адаптируют редуктор руля. С другой же стороны, практика показывает, что переоборудовать руль с одной стороны на другую абсолютно можно. Особенно это удобно на транспортных средствах, где есть так званая система гидрообъемного механизма управления. Тогда попросту необходимо переставить сам руль, рулевой кардан и заменить переднюю панель, поворотный набор под капотом не требует доработок или изменений.
Нужно ли регулировать механизм рулевого управления
Начинающий автолюбитель может спросить, нужно ли регулировать элементы рулевого управления, ответ однозначный – да. Зачастую в регулировке нуждается шестерня-рейка и червячный элемент. Именно в этих деталях в момент эксплуатации может появиться люфт, что повлечет за собой быстрый износ других элементов, чаще всего поломку рейки или ближайших механизмов.
Как правило, регулировку рулевого механизма необходимо проводить только на специализированных СТО и точно по регламенту производителя. Если больше чем нужно поджать детали механизма, это может привести к частичному или полному заклиниванию, в момент поворота руля, в одно из крайних положений. Такой «ремонт» может привести к потере управляемости и непредсказуемым последствиям.
Стоимость ремонта и деталей механизма
Так как основа рулевого управления автомобиля имеет подвижные элементы, соответственно со временем они выходят из строя, несмотря на качество и изначальную стоимость элементов. Прежде чем приступить к ремонту, необходимо пройти диагностику и чем сложней конструкция автомобиля, тем дороже обойдутся необходимые процедуры. В среднем диагностика элементов механизма обойдется от 400-700 рублей.
| Средняя стоимость ремонта элементов рулевого управления | ||
| Наименование | Цена от, руб. | Цена от, грн. |
| Ремонт рулевой рейки с ЭУР | 5000 | 2000 |
| Ремонт рейки с ГУР | 6250 | 2500 |
| Ремонт рейки без ГУР | 4500 | 1800 |
| Ремонт распределителя рейки | 3000 | 1200 |
| Гильзовка корпуса рейки | 2500 | 1000 |
| Замена крестовины | 2250 | 900 |
| Ремонт редуктора (грузового авто) | 13750 | 5500 |
| Замена редуктора | 8750 | 3500 |
| Замена насоса гидроусилителя | 1750 | 700 |
Что касается стоимости деталей механизма, то многое зависит от марки, модели автомобиля, устройства элементов и других факторов.
| Цена деталей рулевого механизма | ||
| Наименование | Марка, модель, год | Цена от, долл $. |
| Рейка | Suzuki Grand Vitara 2008 | 445 |
| Крестовина рулевого вала | Suzuki Grand Vitara 2008 | 7 |
| Вал карданный | Suzuki Grand Vitara 2008 | 78 |
| Кардан рулевого вала | Lexus LX 570 2009 | 118 |
| Рейка | Subaru Forester 2002 AWD | 1235 |
| Кардан вала | Infiniti FX35 2008 | 55 |
Основные неисправности и причины
Вариантов поломки рулевого управления может быть много, и предсказать каждый практически невозможно. Все же специалисты выделяют основные детали, которые чаще всего выходят из строя:
- износ подшипника вала насоса гидроусилителя;
- пробуксовка ремня гидроусилителя;
- низкий уровень рабочей жидкости;
- разгерметизация системы;
- износ тяги;
- износ шестерни-рейки.
Причиной поломки или быстрого износа данных деталей чаще всего бывают плохие дороги, несвоевременное обслуживание и ремонт механизма. Намного реже приходит предельный срок эксплуатации деталей. Основными признаками таких неисправностей считают стук в рулевом управлении, биение по рулю, люфт руля, шум в гидроусилителе и подтекание жидкости гидроусилителя. В зависимости от поломки, нужно искать не только неисправную деталь, но и очаг причины поломки. Обычно это одна или серия деталей, которые тянут за собой последующее повреждение новых и замененных деталей.
Как видим, существует множество видов и разное устройство рулевого управления. Но, несмотря на это, оно выполняет одинаковую задачу – выбор направления передвижения транспортного средства. С прогрессом автомобилей, основа управления только усовершенствуется, пример тому электромобили, где все чаще начинают использовать механизм на основе электроники. Это значит перспектива развития за тем видом, где отсутствует или минимизирован набор механических связей и деталей.
Видео-обзор принципа работы рулевого управления:
Источник статьи: http://fastmb.ru/auto_shem/3464-mehanizm-rulevogo-upravleniya-avtomobilya-tipy-i-ustroystvo.html