Механизмы управления автомобиля

Механизмы управления автомобиля — это механизмы, которые предназначены обеспечивать движение автомобиля в нужном направлении, и его замедление или остановку в случае необходимости. К механизмам управления относятся рулевое управление и тормозная система автомобиля. 

Рулевое управление автомобиля — это совокупность механизмов, служащих, для поворота управляемых колес, обеспечивает движение автомобиля в заданном направлении. Передачу усилия поворота рулевого колеса к управляемым колесам обеспечивает рулевой привод. Для облегчения управления автомобилем  применяют усилители руля, которые делают поворот руля легким и комфортным.  

 Устройство рулевого управления:

1 — поперечная тяга; 2 — нижний рычаг; 3 — поворотная цапфа; 4 — верхний рычаг; 5 — продольная тяга; 6 — сошка рулевого привода; 7 — рулевая передача; 8 — рулевой вал; 9 — рулевое колесо.

Принцип работы рулевого управления

Каждое управляемое колесо установлено на поворотном кулаке, соединенном с передней осью посредством шкворня, который неподвижно крепится в передней оси. При вращении водителем рулевого колеса усилие передается посредством тяг и рычагов на поворотные кулаки, которые поворачиваются на определенный угол (задает водитель), изменяя направление движения автомобиля.

 Механизмы управления, устройство

Рулевое управление состоит из следующих механизмов :

1. Рулевой механизм — замедляющая передача, преобразовывающая вращение вала рулевого колеса во вращение вала сошки. Этот механизм увеличивает прикладываемое к рулевому колесу усилие водителя и облегчает его работу.
2. Рулевой привод — система тяг и рычагов, осуществляющая в совокупности с рулевым механизмом поворот автомобиля.
3. Усилитель рулевого привода (не на всех автомобилях) — применяется для уменьшения усилий, необходимых для поворота рулевого колеса.

Устройство рулевого управления

1 – Рулевое колесо; 2 – корпус подшипников вала; 3 — подшипник; 4 – вал колеса рулевого управления; 5 – карданный вал рулевого управления; 6 – тяга рулевой трапеции; 7 — наконечник;   8 — шайба; 9 – палец шарнирный; 10 – крестовина карданного вала; 11 – вилка скользящая; 12 – наконечник цилиндра; 13 – кольцо уплотнительное; 14 – гайка наконечника; 15 — цилиндр; 16 –поршень со штоком; 17 – кольцо уплотнительное; 18 – кольцо опорное; 19 — манжета; 20 – кольцо нажимное; 21 — гайка; 22 – муфта защитная; 23 – тяга рулевой трапеции; 24 — масленка; 25 – наконечник штока; 26 – кольцо стопорное; 27 — заглушка; 28 – пружина; 29 – обойма пружины; 30 – кольцо уплотнительное; 31 – вкладыш верхний; 32 – палец шаровый; 33 – вкладыш нижний; 34 — накладка; 35 – муфта защитная; 36 – рычаг поворотного кулака; 37 – корпус поворотного кулака.

Устройство рулевого привода:

1 – корпус золотника; 2 – кольцо уплотнительное; 3 – кольцо плунжеров подвижное; 4 — манжета; 5 – картер рулевого механизма; 6 — сектор; 7 – пробка заливного отверстия; 8 — червяк; 9 – боковая крышка картера; 10 — крышка; 11 – пробка сливного отверстия; 12 – втулка распорная; 13 – игольчатый подшипник; 14 – сошка рулевого управления; 15 – тяга сошки рулевого управления; 16 – вал рулевого механизма; 17 — золотник; 18 — пружина; 19 — плунжер; 20 – крышка корпуса золотника.

Бак масляный. 1 – Корпус бачка; 2 — фильтр; 3 – корпус фильтра; 4 – клапан перепускной; 5 — крышка; 6 — сапун; 7 – пробка заливной горловины; 8 — кольцо;  9 – шланг всасывающий.

Насос усилительного механизма. 1 – крышка насоса; 2 — статор; 3 — ротор; 4 — корпус; 5 – игольчатый подшипник; 6 — проставка; 7 — шкив; 8 — валик; 9 — коллектор; 10 – диск распределительный.

Принципиальная схема. 1 – трубопроводы високого давления; 2 – механизм рулевой; 3 – насос усилительного механизма; 4 – шланг сливной; 5 – бак масляный; 6 – шланг всасывающий;   7 – шланг нагнетательный; 8 – механизм усилительный; 9 – шланги.

Рулевое управление автомобиля КамАЗ

1 — корпус клапана управления гидроусилителем; 2 — радиатор; 3 — карданный вал; 4 — рулевая колонка; 5 — трубопровод низкого давления; 6 — трубопровод высокого давления; 7— бачок гидросистемы; 8— насос гидроусилителя; 9 — сошка; 10 — продольная тяга; 11 — рулевой механизм с гидроусилителем; 12 — корпус углового редуктора.

Механизм рулевого управления автомобиля КамАЗ :

1 — реактивный плунжер; 2— корпус клапана управления; 3 — ведущее зубчатое колесо; 4 — ведомое зубчатое колесо; 5, 22 и 29— стопорные кольца; 6 — втулка; 7 и 31 — упорные колы к», 8 — уплотнительное кольцо; 9 и 15 — бинты; 10 — перепускной клапан; 11 и 28 — крышки; 12 — картер; 13 — поршень-рейка; 14 — пробка; 16 и 20— гайки; 17 — желоб; 18 — шарик; 19 — сектор; 21 — стопорная шайба; 23 — корпус; 24 — упорный подшипник; 25 — плунжер; 26 — золотник; 27— регулировочный винт; 30— регулировочная шайба; 32— зубчатый сектор вала сошки.

Рулевое управление автомобиля ЗИЛ;

1 — насос гидроусилителя; 2 — бачок насоса; 3 — шланг низкого давления; 4 — шланг высокого давления; 5 колонка; 6 — контактное устройство сигнала; 7 — переключатель указателей поворота; 8 карданный шарнир; 9 — карданный вал; 10 — рулевой механизм; 11 — сошка.

Рулевое управление автомобиля МАЗ-5335:

1 — продольная рулевая тяга; 2— гидроусилитель рулевого привода; 3 — сошка; 4 — рулевой механизм; 5— карданный шарнир привода рулевого управления; 6 — рулевой вал; 7— рулевое колесо; 8 — поперечная рулевая тяга; 9— левый рычаг поперечной рулевой тяги; 10 — поворотный рычаг.

Рулевое управление автомобиля :: SYL.ru

Что может быть более привычным для автолюбителя, чем вид его баранки? Однако в самом начале автомобилестроения не было ни руля, ни гидроусилителей, ничего. Изначально автомобили управлялись рычагами (примерно, как современные моторные лодки). Скорость была небольшой, машина 19 века больше напоминала телегу, так что иное управление не требовалось. Только благодаря популярности гонок в 1895-1898 годах появилось рулевое управление. Однако об удобствах все еще говорить не приходилось. Только в 1927 году руль стал регулируемым, а в 60-х появился гидроусилитель. Поэтому привычная баранка, которую вы видите каждый день, имеет весьма насыщенную и богатую историю, наполненную великими открытиями.

Устройство

Каково устройство рулевого управления? Оно состоит из рулевого колеса, соединенного с колонкой, рулевого механизма и привода. Рассмотрим каждый компонент по отдельности

Рулевое колесо

Рулевое колесо (как раз оно и является пресловутой баранкой) воспринимает усилия от водителя и передает их рулевому механизму. Средний диаметр колеса для легковых автомобилей – 380 – 425 мм, для грузовых – 440 — 550 мм. Чем вызвана такая разница в размерах? Чем больше диаметр, тем легче осуществить поворот и тем меньше усилий на это потребуется, однако при этом пострадает скорость выполнения. Поэтому на многих спортивных автомобилях рулевое колесо небольшое, для ускорения поворота.

Рулевая колонка

Промежуточным звеном между рулевым колесом и механизмом является рулевая колонка, представленная рулевым валом. Часто он является шарнирным, что позволяет рациональнее использовать рулевое управление автомобиля и применять откидывающуюся кабину для грузовых автомобилей. Более того, шарнирный вал уменьшает травмоопасность колонки, уменьшая смещение рулевого колеса внутрь салона при аварии, не допуская сильного травмирования грудной клетки водителя.

Также в него могут быть встроены сминаемые элементы, складывающиеся при фронтальном ударе. А для защиты от угона может использоваться механическая или электрическая блокировка. Однако она не только защищает, но и порождает весьма неприятные неисправности рулевого управления. При окислении контактов в блоке elv возможно возникновение ложных сигналов блокировки. Самостоятельно производить замену не рекомендуется, поскольку происходит полная перепрошивка системы безопасности (даже для ключей, поэтому их надо будет принести с собой).

Рулевой механизм

От колонки усилие передается рулевому механизму (червячному, винтовому или реечному), который усилие увеличивает и передает приводу. Самый распространенный из них – реечный, т. к. большинство легковых автомобилей оборудовано именно им. Он состоит из:

1. Рулевой рейки.

2. Рулевых тяг.

3. Рулевого наконечника.

При вращении рулевого колеса усилие передается на шестерню, приводящую в действие рейку. Она, в свою очередь, поворачивается направо или налево, в зависимости от направления поворота рулевого колеса. При движении рейки поворачиваются и рулевые тяги и поворачивают колеса.

Реечный механизм отличает простота, надежность, жесткость и высокий КПД. В то же время он очень чувствителен к ударным нагрузкам от неровных поверхностей и склонен к вибрациям. Из-за вышеописанных особенностей подобная схема используется в основном на легковых автомобилях с передним приводом и независимой подвеской.

Существует и другая система рулевого управления, а именно – с червячным механизмом. Она состоит из глобоидного червяка (стержня с резьбой и переменным диаметром), соединенного с валом, и ролика. При вращении руля ролик обкатывает червяк, который вращает ведомую шестерню, приводящую в движение сошку. Она же, в свою очередь, перемещает рулевые тяги и с их помощью происходит поворот колес.

Червячный механизм намного сложнее реечного (и, естественно, дороже в производстве), наличие большого количества соединений требует периодической регулировки, однако он менее чувствителен к ударным нагрузкам и обеспечивает большие углы поворота управляемых колес. Как следствие, заметно возрастает маневренность. Он применяется на легковых автомобилях повышенной проходимости, автобусах и небольших грузовых автомобилях. Также червячные механизмы устанавливались на старых отечественных автомобилях (подобное рулевое управление «ВАЗ» использовал при создании модели «Жигули»).

И, наконец, последний вид рулевых механизмов – винтовой. В его конструкцию входят:

— винт на валу рулевого колеса;

— перемещающаяся по винту гайка;

— нарезанная на гайке зубчатая рейка;

— соединенный с гайкой зубчатый сектор;

— рулевая сошка.

Винт и гайка соединяются с помощью шариков, что ведет к заметно меньшему износу.

При повороте руля винт вращается, перемещая гайку, шарики начинают циркулировать, в то время как гайка (с помощью рейки) перемещает зубчатый сектор. Вследствие этого перемещается сошка, и, как вы уже успели догадаться, с помощью тяг осуществляется поворот колес.

Этот механизм рулевого управления устанавливается на тяжелые грузовые автомобили и машины представительского класса.

ГУР и пневмоусилитель

Для того чтобы упростить процесс поворота руля, в систему рулевого управления устанавливаются различные усилители. Они уменьшают нагрузку на водителя и позволяют использовать механизмы с меньшим передаточным числом. Усилители бывают гидравлическими, электрическими и пневматическими.

Гидроусилитель рулевого управления (ГУР), как правило, выполняется совместно с рулевым механизмом и в качестве рабочей жидкости использует масло, схожее с тем, что заливают в коробку передач.

Принцип работы: насос, приводимый в действие ремнем коленчатого вала, засасывает масло из бачка и нагнетает в распределитель. Он же, в свою очередь, отслеживает усилие на руле и выдает дозированную порцию масла согласно этим усилиям. К примеру, если машина движется по прямой и усилия на руле нет, каналы подачи будут перекрыты и масло будет сливаться обратно в бачок. При повороте усилие увеличивается и каналы подачи масла открываются. При повороте руля до упора открываются предохранительные клапаны, сбрасывающие излишек масла (уменьшая давление), для того чтобы предотвратить повреждение механизмов.

Пневматический усилитель рулевого управления, как можно догадаться из названия, работает на сжатом воздухе. Он состоит из цилиндра двойного действия и следящего устройства и может, в отличие от ГУР, либо работать на полную мощь, либо не работать. Пока усилие на руль не превышает определенного значения, клапаны закрыты, рулевое управление работает без усилителя. Однако при переходе этого порога включается усилитель и помогает водителю справиться с поворотом.

Это оборудование в основном устанавливается на грузовые автомобили, поскольку оно обладает рядом недостатков:

1. Колеса при переключении усилителя стремятся повернуть сильнее, чем необходимо.

2. Большая шумность усилителя.

3. Неспособность гасить удары от ям и других поверхностей.

ЭУР

Электроусилитель (ЭУР) — современный вариант усилителя, в котором работу жидкости (по такому принципу функционирует гидроусилитель рулевого управления) или воздуха выполняет электромотор, помогая водителю согласно заложенной в память зависимостью. По сравнению с вышеописанными усилителями он обладает рядом достоинств:

1. Информативен (автоматическая настройка согласно скорости автомобиля).

2. Независимость усиления от числа оборотов двигателя.

3. Экономичность.

4. Не требует обслуживания.

5. Надежность.

МТЗ

Казалось бы, управление трактором кардинально отличается от опыта вождения легкового автомобиля, однако рулевое управление «МТЗ» (продукция Минского тракторного завода) по своей компоновке весьма сходно с управлением машины.

Система состоит из гидроусилителя руля и привода рулевого механизма. Существенным отличием является возможность изменения вертикального положения руля. Для того чтобы менять его, достаточно просто потянуть рукоятку справа от руля и подать его вперед до отказа. А после того как вы сядете в сиденье, потяните руль на себя до щелчка фиксатора.

Последним отличием от автомобилей служит схема срабатывания ГУР. Поскольку трактора не отличаются завидной скоростью, ГУР срабатывает только при движении со скоростью выше 10 км/ч или при движении в тяжелых дорожных условиях.

Мы рассмотрели устройство рулевого управления, теперь переходим к возможным его дефектам и неисправностям и к методам их устранения.

Измерение и регулировка люфта

Под рулевым люфтом имеется в виду расстояние, преодолеваемое рулем «свободно» (т. е. без отклика системы – поворачивания колес). Обычно для его измерения используется специальный прибор – люфтометр, но можно это сделать и с помощью обычного штангенциркуля.

Ход работы:

1. Установите машину на ровную и не скользкую площадку.

2. Выставляем колеса так, как будто машина движется по прямой

3. Поворачиваем руль до тех пор, пока колеса не начнут двигаться.

4. Делаем на рулевом колесе пометку (мелом, изолентой и т. д.)

5. Затем вращаем в другую сторону и делаем еще одну пометку

6. Измеряем расстояние между метками штангенциркулем

Для каждого автомобиля существует свое предельное значение люфта, при превышении которого следует провести немедленную регулировку, иначе вскоре вас ждет ремонт рулевого управления.

Настройка производится с помощью винтов усиления шарниров карданчиков, которые находятся в рулевом валу.

Перед заменой рейки следует определиться, а стоит ли ее менять, в ней ли заключена проблема. Если причиной беспокойства послужил стук где-то в области рулевого механизма, то проблема может заключаться не в рейке, но плохой затяжке крепежных соединений (из-за этого возникает зазор и стук). В этом случае достаточно их подтянуть. Но если изношены опорные втулки, истерлись защитные чехлы или на рейке видны следы коррозии, то ее замена просто необходима. Иначе люфт будет становиться больше, а схема рулевого управления срабатывает хуже, что вполне может привести к аварии.

Для замены рулевой рейки не потребуется ни особое оборудование, ни выдающиеся навыки. Все, что нужно – стандартный набор инструментов, смотровая яма (подъемник, или на худой конец – колодки и домкрат) и съемник для рулевых наконечников. К слову, если с выпрессовыванием у вас возникают проблемы, а подходящего оборудования нет, то все-таки лучше сходить в сервис.

Перед началом работ следует уточнить, установлена ли рейка с гидроусилителем: если да, то перед работами необходимо высвободить трубки высокого давления и слить рабочую жидкость (к примеру, с помощью шприца).

Если гидроусилитель крепится непосредственно к рейке, то замена существенно усложнится, т. к., возможно, придется снимать подрамник автомобиля, а тут без помощи не обойтись. И если помочь некому, то лучше отправиться в сервис.

Рассмотрим «тяжелый случай», а именно с интегрированным гидроусилителем.

Приступаем к работе по ликвидации неисправности рулевого управления:

1. Снимаем защиту двигателя (при ее наличии).

2. С нового вала снимем пыльник и положим под него побольше смазки. Смазку можно использовать любую, лишь бы резину не разъедала.

3. Потребуется выполнить пару манипуляций под капотом, перед тем как спускаться ниже. Откручиваем болт в соединении рулевого вала и хвостовик на рейке.

4. Удаляем масло ГУРа, о чем говорилось выше.

5. Поднимаем автомобиль.

6. Снимаем колеса.

7. Около правого лонжерона откручиваем болт скобы, удерживающий трубку гидроусилителя руля.

8. Теперь выкручиваем из рейки два штуцера шлангов ГУР.

9. Приступаем к самой «интересной» части – будем снимать подрамник.

10. Покрываем все резьбовые соединения специальным аэрозолем WD-40.

11. Откручиваем гайки наконечников шаровых опор.

12. Откручиваем болты пальцев шаровых опор, а потом извлекаем их из соединения.

13. Выпрессовываем пальцы рулевых наконечников.

14. Разъединяем шаровые и ступицы.

15. Откручиваем пару болтов нижней опоры двигателя и снимаем ее.

16. Снимаем поперечную рейку.

17. Откручиваем гайки, которыми крепится фланец приемной трубы к катализатору.

18. Отключаем разъем лямбда – зонда под радиатором.

19. Осталось только демонтировать подрамник, и мы добрались до рейки. Ремонт рулевого управления плавно превращается в разборку автомобиля.

20. Ослабляем крепежные болты подрамника.

21. Ставим под него специальную подставку (или ту, какая есть).

22. Полностью выкручиваем болты.

23. Теперь нам нужен помощник – он разъединит хвостовик и рулевой вал на рейке с помощью отвертки.

24. Опускаем подрамник вниз. Рейка уже почти снята!

25. Выкручиваем болты крепления

26. Меняем рейку и…

Повторяем все вышеперечисленные действия, но в обратном порядке. Не забудьте вытащить заглушки из отверстий ГУРа. В итоге весь процесс займет часа 2-3.

После замены необходимо прокачать ГУР (завести машину и покрутить рулем до упора налево и направо) и провести развал-схождение. На этом замену рейки, в которую был встроен гидроусилитель рулевого управления, можно считать законченной.

Ремонт ГУР

При вращении руля появился люфт, а в системе слышен гул? Под капотом появились подтеки жидкости и видны иные неполадки? Возможно, дело в гидроусилителе руля.

Следует оговориться, что ремонт ГУР – задача не из простых, и браться за нее надо только в том случае, если вы полностью отдаете себе отчет в том, что вы делаете.

Начать ремонт следует с диагностики – если проблема в шлангах, то при всем желании визит в сервис вам обеспечен – своими руками их восстановить весьма и весьма трудно. Если же рулевое управление стало барахлить из-за насоса, то для начала его необходимо снять. Помните, что на разных марках автомобилей, тем более у разных моделей, насосы ГУР могут быть совершенно разными, а некоторые и вовсе неразборными! Все зависит от того, какое рулевое управление используется. Так что перед тем как начать что-либо откручивать, проконсультируйтесь со специалистом. Также каждому насосу требуется (в идеале) свой ремкомплект, номер которого следует узнать.

Так как статья обзорная, то можно указать лишь общее направление разборки:

1. Чистота – залог здоровья! Поэтому как следует очистите насос и шланги от грязи, если она попадет в систему, то ремонт себя не окупит.

2. Сливаем жидкость из бака с помощью шприца (так же, как при замене рейки, рулевое управление автомобиля достаточно унифицировано).

3. Откручиваем муфты рулевого вала и снимаем сошки.

4. Откручиваем болт крепления насоса (у разных марок – в разных местах).

5. Снимаем патрубки.

6. Герметизируем штуцеры.

7. И снова тщательно чистим насос.

Насос у нас в руках, и он явно разборный (иначе мы просто потратим время зря).

1. Снимаем шкивы и откручиваем 4 болта на насосе.

2. Разбираем насос на «половинки» и осматриваем резинки – если износились, меняем. Не торопитесь растаскивать детали, сделайте фотографию насоса (или раскладывайте запчасти на отдельные листы и нумеруйте), это поможет при сборке, иначе может быть нарушена схема рулевого управления.

3. Демонтируем стопорное кольцо и ротор.

4. Достаем вал.

5. Извлекаем сальник.

6. Тщательно моем детали. Новые запчасти, которые мы будем устанавливать, следует смазать жидкостью для гидроусилителя. В некоторых моделях насосов вы можете немного подшлифовать ротор вместо того, чтобы менять, но делать это всем и для всех видов оборудования крайне не рекомендуется.

7. Собираем все в обратном порядке.

После установки насоса необходимо прокачать систему. Заливаем жидкость в бачок и крутим насос, не надевая ремень. Делается это для того, чтобы убрать воздух из системы. После всех этих процедур крайне рекомендуется заехать к специалисту на диагностику – рулевое управление ошибок не прощает.

Рулевое управление автомобиля. Рулевые механизмы

Знаете, как называется рулевое колесо у гоночного болида? Штурвал! А в наших автомобилях всего то – руль.… Чувствуете разницу? Но оставим Шумахеру шумахерово, и поговорим что же такое

рулевое управление, или рулевой механизм.

Система рулевого управления служит для управления автомобилем и обеспечения его движения в заданном направлении по команде водителя. Система включает в себя рулевой механизм и ру­левой привод. Что бы представить себе работу рулевых механизмов разных поколений, мы разделим объяснение на три части, именно столько их насчитывается в автомобилестроении.

 

Червячный рулевой механизм

Свое название получил из-за системы привода рулевой колонки, а именно червячной шестерни. В состав рулевой системы входят:

• руль (думается объяснять не надо?)
• рулевой вал с крестовиной, представляет собой металлический стержень, у которого с одной стороны расположены шлицы для фиксации руля, а с другой внутренние шлицы для крепления к рулевой колонке. Полная фиксация производится стяжной муфтой, которая обжимает место стыка вала и «червяка» привода колонки. В месте изгиба вала устанавливается кардан, при помощи которого передается боковое усилие вращения.
• рулевая колонка, устройство, собранное в одном литом корпусе, в состав которой входят червячная ведущая шестерня и ведомая. Ведомая шестерня соединена жестко с рулевой сошкой.
• рулевые тяги, наконечники и «маятник», совокупность этих деталей соединённых между собой при помощи шаровых и резьбовых соединений.

Работа рулевого механизма выглядит следующим образом: при вращении рулевого колеса, усилие вращения передается на червячный механизм колонки, «червяк» вращает ведомую шестерню, которая в свою очередь приводит в действие рулевую сошку. Сошка соединена со средней рулевой тягой, второй конец тяги крепится к маятниковому рычагу. Рычаг устанавливается на опоре и жестко крепится к кузову автомобиля. От сошки и «маятника» отходят боковые тяги, которые при помощи обжимных муфт соединены с рулевыми наконечниками. Наконечники соединяются со ступицей. Рулевая сошка, поворачиваясь, передает усилие одновременно на боковую тягу и на средний рычаг. Средний рычаг приводит в действие вторую боковую тягу и ступицы поворачиваются, соответственно колеса тоже.

Такая система была распространена на старых моделях «Жигулей» и «BMW».

 

Реечный рулевой механизм

Самая распространенная система в настоящее время. Основные узлы это:

• рулевое колесо (руль)
• рулевой вал (то же что и в червячном механизме)
• рулевая рейка – это узел, состоящий из зубчатой рейки, в движение которую приводит рулевая шестерня. Собранная в одном корпусе, чаще из легкого сплава, крепится непосредственно к кузову авто. На концах зубчатой рейки изготовлены резьбовые отверстия для крепления рулевых тяг.
• рулевые тяги представляют собой металлический стержень, с одного конца у которого резьба, а со второй, шарнирное шаровое устройство с резьбой.
• рулевой наконечник, это корпус с шаровым шарниром и внутренней резьбой, для вкручивания рулевой тяги.

При вращении рулевого колеса, усилие передается на шестерню, которая приводит в действие рулевую рейку. Рейка «выезжает» из корпуса влево или вправо. Усилие передается на рулевой рычаг с наконечником. Наконечник вставлен в ступицу, которую и поворачивает в дальнейшем.

Для уменьшения усилия водителя при вращении рулевого колеса, в реечное рулевое устройство были введены усилители руля, на них остановимся более подробно

Усилитель руля является вспомогательным устройством для вращения рулевого колеса. Различают несколько типов усилителей руля. Это гидроусилитель, гидроэлектроусилитель, электроусилитель и пневмоусилитель.

1. Гидроусилитель состоит из гидравлического насоса, в действие который приводит двигатель, системы шлангов высокого давления, и бачка для жидкости. Корпус рейки выполнен герметически, так как в нем находится жидкость гидроусилителя.  Принцип действия гидроусилителя следующий: насос нагнетает давление в системе, но если руль стоит на месте, то насос просто создает циркуляцию жидкости. Стоит только водителю начать поворачивать руль, как перекрывается циркуляция, и жидкость начинает давить на рейку, «помогая» водителю. Давление направлено в ту сторону, в которую вращается «баранка».
2. В гидроэлектроусилителе система точно такая же, только насос вращает электромотор.
3. В электроусилителе применяется так же электромотор, но соединяется он непосредственно с рейкой или с рулевым валом. Управляется электронным блоком управления. Электроусилитель еще называют адаптивным усилителем из-за возможности прикладывания разного усилия к вращению рулевого колеса, в зависимости от скорости движения. Известная система Servotronic.
4. Пневмоусилитель это близкая «родня» гидроусилителя, только жидкость заменена на сжатый воздух.

 

Активная рулевая система

Самая «продвинутая» система управления в настоящее время, в состав входит:

• рулевая рейка с планетарным механизмом и электродвигателем
• блок электронного управления
• рулевые тяги, наконечники
• рулевое колесо (ну а как же без него?)

Принцип работы рулевой системы чем-то напоминает работу АКПП. При вращении рулевого колеса, вращается планетарный механизм, который и приводит в действие рейку, но вот только передаточное число всегда разное, в зависимости от скорости движения автомобиля. Дело в том, что солнечную шестерню снаружи вращает электродвигатель, поэтому в зависимости от скорости вращения изменяется передаточное число. На небольшой скорости коэффициент передачи составляет единицу. Но при большем разгоне, когда малейшее движение руля может привести к негативным последствиям, включается электромотор, вращает солнечную шестерню, соответственно необходимо руль довернуть больше при повороте. На маленькой скорости автомобиля электродвигатель вращается в обратную сторону, создавая более комфортное управление.

Весь остальной процесс выглядит, как и у простой реечной системы.

Ничего не забыли? Забыли, конечно! Забыли еще одну систему – винтовую. Правда, эта система больше похожа на червячный механизм. Итак – на валу проточена винтовая резьба, по которой «ползает» своеобразная гайка, представляет собой зубчатую рейку с резьбой внутри. Зубья рейки приводят в действие рулевой сектор, в свою очередь он предает движение сошке, ну а дальше как в червячной системе. Для уменьшения трения, внутри «гайки» расположены шарики, которые «циркулируют» во время вращения.

РЕКОМЕНДУЕМ ТАКЖЕ ПРОЧИТАТЬ:

История развития рулевого управления автомобиля

Современные водители имеют весьма общее представление о рулевом управлении. Кто-то знает меньше, кто-то изучал вопрос более дотошно. Но как создавалось рулевое управление и его элементы, знают единицы.

О, этот вопрос заслуживает отдельной статьи!

Как создавалось рулевое управление

Конструкторы всего мира разрабатывали и доводили до ума агрегаты и узлы рулевого управления в разное время и по частям: придумали рычаги — управляемость хромает, сделали меньше передние колеса — особо не разгонишься. Каждое новое изобретение вытаскивало на свет новые трудности и сопутствующие проблемы — как обычно и бывает при нормальном прогрессе.

Десятки инженеров, изобретателей и просто мечтателей в свое время приложили руку к созданию удобного и эффективного рулевого управления. И знаменитые Готлиб Даймлер, Вильгельм Майбах и Карл Бенц, конечно же, не остались в стороне.

В 1886 году немецкий инженер Готлиб Даймлер сконструировал самоходный аппарат, похожий на карету, которая развивала скорость до 18 километров в час. На эту повозку его коллега Вильгельм Майбах установил двигатель внутреннего сгорания мощностью 1,1 л.с. Этот автомобиль был оснащен реечным рулевым механизмом. Минусы такого автомобиля состояли в том, что у колес был одинаковый угол поворота (как у карет), что плохо сказывалось на управляемости, особенно на большой скорости.

Дело в том, что у карет передние и задние колеса были разного диаметра (задние значительно больше) и поворачивались под одинаковым углом. Такая конструкция не способствовала маневренности.

Поэтому в 1893 году другой известный автоконструктор Карл Бенц доработал систему рулевого управления: создал рулевую трапецию, которая позволила поворачивать ведущие колеса по разновеликим радиусам. Внутреннее (к центру поворота) управляемое колесо поворачивается на больший угол, чем внешнее. Таким авто стало проще управлять, водители больше не боялись “прилечь” на бочок на повороте, да и шины изнашивались не так быстро.

Карл Бенц и Готлиб Даймлер — великие автоконструкторы

Рулевая трапеция позволила сделать колеса одинаковыми и гораздо меньшего диаметра.

Первый автомобиль-трицикл Карла Бенца

Автомобиль Готлиба Даймлера

Так благодаря усовершенствованному рулевому управлению автомобиль отошел от образца конных экипажей.

Как появился руль

Первые самоходные машины отличались от карет наличием двигателя и рычагом для управления колес. Он назывался румпелем — этот вид управления пришел из судостроения. Из-за румпеля (предка руля), который находился  на стойке управления по центру, машины прозвали “кофемолками”.

Румпель вместо руля на автомобилях-кофемолках

У первых автомобилей была та же проблема, что и у конных карет: при повороте передняя управляемая ось проворачивалась по центру, маневренности не было. Управлять автомобилем с помощью румпеля было сущим мучением.

Первый круглый руль появился на автомобиле Panhard 4hp благодаря растущей популярности автогонок. Руль в относительно привычном для нас виде в 1894 году придумал Альфред Вашерон — заядлый автогонщик. Руль он сконструировал как раз к гонке “Париж — Руан”, когда готовил автомобиль к состязаниям. Он сдвинул стойку управления назад и вместо “ручки кофемолки” поставил руль, но еще не наклонный, а параллельный полу. Руль приводил в движение систему рычагов, шарниров и тяг, а они передавали движение к колесам.

Автомобиль Panhard 4hp (1894г.)

В тоже время компания Panhard-Levassor провела сравнительные испытания автомобилей с румпелем и авто с рулем. Конечно же, руль превзошел румпель по всем показателям. Поэтому в 1898 году все модели Panhard выпускались с круглым рулем. Так Panhard-Levassor задала тренд в мире автомобилей: с этого времени практически все автомобильные концерны выпускали автомобили с круглым рулем. И уже в течение следующих 10 лет румпель  был вытеснен с автомобильного рынка.

Автоконструкторы-новаторы продолжали улучшать и модернизировать рулевое колесо, и вот тогда же в 1898 году француз Артур Константин Кребс предложил  наклонить рулевую колонку. Управлять таким рулем оказалось в разы удобнее.

Руль конструкции “Банджо”

Но сама конструкция руля оставалась неудобной: он был четырехспицевым, металлическим и страшно бил в руки водителю на неровностях дороги. Конструкторы предложили решение — установить более мелкие спицы. Так появился руль системы “Банджо”.

В конце 20-х годов Эдвард Лобелл презентовал регулируемый руль, однако его изобретение было забыто на долгие 30 лет.

Впоследствии руль мало менялся, отличался только материалами и дизайном, количеством спиц. И только в 90-е годы ХХ века появился прообраз мультируля — с дополнительными кнопками и рычагами.

Ее Величество рулевая рейка

Сегодня механизм рулевой рейки (про неё подробнее читайте по ссылке) встречается на многих современных переднеприводных легковых авто. Многие считают, что рулевая рейка — современный агрегат, но это не так. Первые автомобили конца 19 века были оснащены как раз такой конструкцией. Изначально она называлась “шестерня-рейка”. В начале ХХ века рейку ставили на отдельных моделях автомобилей BMW.

Но потом пошла тенденция на использование более сложных механизмов, как например, редуктор. И о рулевой рейке забыли. Забвенье отчасти объясняется тем, что автоконструкторы хотели уйти от слабых мест рейки: слишком хорошо она передавала удары от колес на руль, изнашивалась быстро, ее нельзя было использовать на плохой и сложной дороге. К тому же, она плохо сочеталась с рессорами, балками и т.д. Плюс, вращать руль без усилителя было не каждому водителю по плечу.

Механическая рулевая рейка

Рулевая рейка  на десятилетия получила звание архаичного агрегата. Вспомнили о ней в 1948 году, когда американский инженер Эрл Макферсон (на тот момент он работал в компании Ford) презентовал свою подвеску. И автопроизводители повально перешли на передний привод с подвеской McPherson.

Это соединение реечного механизма и подвески McPherson оказалось  настолько удачным, что с тех пор и до наших дней в большинстве легковых автомобилей колеса управляются с помощью реечной передачи.

Создание гидроусилителя руля

В те далекие времена руль был таким тугим, что одному водителю часто было не под силу вращать рулевое колесо. В некоторых моделях авто это делало сразу несколько человек! Поэтому автоконструкторы задумались о механизме, который помог бы водителям вращать руль.

Неясно, кто изобрел усилитель первым. Как обычно, многие автоконструкторы вели разработки параллельно и независимо друг от друга: например, в 1902 году англичанин Фредерик Ланчестер запатентовал вакуумный усилитель руля и «управление рулевым механизмом, который приводится в действие гидравлической энергией», американка Клара Гэйлис запатентовала аналогичное устройство, Чарлз Хаммонд разрабатывал усилители рулевого управления в Канаде.

Американский инженер Фрэнсис Дэвис, конструктор гидроусилителя руля

Но официально признанным конструктором ГУРа считается американский инженер Фрэнсис Дэвис. Он работал в компании Pierce-Arrow, которая специализировалась на производстве грузовиков и пожарных автомобилей. Там  на месте Дэвис создавал и испытывал усилители руля. В 1925 году он запатентовал и продемонстрировал первый гидроусилитель. General Motors сразу же переманила талантливого инженера к себе в компанию. Однако  в течение семи лет в процессе разработки гидроусилителя на легковые автомобили Дэвис так и не смог интегрировать свое детище. С началом Второй мировой войны Дэвис подался в военное автомобилестроение и пришел к тому, с чего начал, — к большегрузным машинам. Дэвис нашел свое признание.

Гидроусилитель отлично показал себя на военных автомобилях. В послевоенные годы Дэвису все-таки удалось установить ГУР на легковой автомобиль — сначала на свой собственный. Поначалу ГУР устанавливали на элитные автомобили, а потом и на обычные легковушки. Первый доступный по цене широким массам автомобиль с ГУР выпустила компания Chrysler Corporation в 1951 году.

В компании General Motors, в которой ранее Дэвис пытался интегрировать гидроусилитель, подумали-подумали и в 1952 году выпустили свой собственный автомобиль с ГУР. Так появился Cadillac Series 62.

Cadillac Series 62 с ГУР (1954 г.)

Гидроусилитель пережил такую паузу в развитии из-за сложностей массового изготовления: по тем временам агрегат считался сложным, создать такой стоило немалых трудов и затрат. Взять хотя бы ремкомплект насоса гидроусилителя — сегодня изготовить, установить и заменить ремкомплект не проблема, но 100 лет назад автопроизводители не знали, как это сделать без лишних затрат. Благодаря автоматизации производства ГУР стал доступным по стоимости и ворвался на рынок автомобилестроения.

Позднее гидроусилитель многократно дорабатывали и видоизменяли другие автоконструкторы, однако звание создателя ГУРа по праву принадлежит Фрэнсису Дэвису.

Еще был промежуточный этап развития усилителя руля — пневматический усилитель. Использовался в 1930-е годы на большегрузных машинах в США. Но система потерпела фиаско — была слишком ненадежной, большой и очень шумной.

Как создавался ЭУР

Многие источники утверждают, что время создания ЭУРа — 80-е года ХХ века. Это заблуждение, ведь электроусилителю уже 120 лет!

Первый электроусилитель был сконструирован и интегрирован в легковой автомобиль в 1903 году в модели Columbia. Инженеры установили электродвигатель на рулевую колонку, а вместо золотника на торсион рулевой колонки поставили переменный резистор.

Первый электроусилитель руля на автомобиле Columbia (1903 г.)

Идея простая до невозможности, но на поток поставлена не была. Вероятно, проблема была связана с высокой себестоимостью электроначинки для автомобилей тех времен, да и не дружили легковушки с электрикой. В те времена гидравлические и пневматические усилители хромали на обе ноги, а электросистемы автомобилей отставали даже от них. Поэтому в единичных вариантах электроагрегаты “выстреливали” и пантентовались по всему миру, однако в массовое производство не попадали.

И вот через полвека в 1988 году в Японии электроусилитель появился в автомобиле Suzuki Cervo. Запатентовала ЭУР компания Mitsubishi. В этом случае электродвигатель устанавливали прямо на рулевую рейку.

С 1988 года электроусилители модернизировали, дорабатывали и всячески изменяли. Инженеры столкнулись с проблемой перегрева электродвигателя, поэтому поначалу ЭУР устанавливали преимущественно на малолитражки. Сегодня электроусилитель устанавливают даже на мощных внедорожниках. Но и сейчас автоконструкторы не унимаются и продолжают совершенствовать этот агрегат.

Современные инженеры пророчат электроусилителю великое будущее: они утверждают, что в ближайшие 10 лет ЭУР полностью вытеснит ГУР с рынка. Что ж, поживем — увидим.

Благодаря всем вышеперечисленным агрегатам в наши дни рулевое управление стало простым и удобным, хоть с ГУР, хоть с ЭУР и даже без усилителя.

Вот так, казалось бы, привычные агрегаты — рулевая рейка, сам руль или усилитель — прошли непростой путь развития, взлетов и падений популярности на рынке. За всеми этими изобретениями стоят десятки и даже сотни инженеров и конструкторов. Хочется верить, что они были бы приятно удивлены, если бы увидели, как эволюционировали их творения!