Рулевой механизм – назначение, устройство, типы механизмов, работа

Рулевой механизм является основой рулевого управления, где он выполняет следующие функции:

• увеличение усилия, приложенного к рулевому колесу;
• передача усилия рулевому приводу;
• самопроизвольный возврат рулевого колеса в нейтральное положение при снятии нагрузки.

По своей сути рулевой механизм является механической передачей (редуктором), поэтому основным его параметром является передаточное число. В зависимости от типа механической передачи различают следующие типы рулевых механизмов: реечный, червячный, винтовой.

Реечный рулевой механизм

Реечный рулевой механизм является самым распространенным типом механизма, устанавливаемым на легковые автомобили. Реечный рулевой механизм включает шестерню и рулевую рейку. Шестерня устанавливается на валу рулевого колеса и находится в постоянном зацеплении с рулевой (зубчатой) рейкой.

Работа реечного рулевого механизма осуществляется следующим образом.

При вращении рулевого колеса рейка перемещается вправо или влево. При движении рейки перемещаются присоединенные к ней тяги рулевого привода и поворачивают управляемые колеса.

Реечный рулевой механизм отличает простота конструкции, соответственно высокий КПД, а также высокая жесткость. Вместе с тем, данный тип рулевого механизма чувствителен к ударным нагрузкам от дорожных неровностей, склонен к вибрациям. В силу своих конструктивных особенностей реечный рулевой механизм устанавливается на переднеприводных автомобилях с независимой подвеской управляемых колес.

Червячный рулевой механизм

Червячный рулевой механизм состоит из глобоидного червяка (червяка с переменным диаметром), соединенного с рулевым валом, и ролика. На валу ролика вне корпуса рулевого механизма установлен рычаг (сошка), связанный с тягами рулевого привода.

Вращение рулевого колеса обеспечивает обкатывание ролика по червяку, качание сошки и перемещение тяг рулевого привода, чем достигается поворот управляемых колес.

Червячный рулевой механизм обладает меньшей чувствительностью к ударным нагрузкам, обеспечивает большие углы поворота управляемых колес и соответственно лучшую маневренность автомобиля. С другой стороны червячный механизм сложен в изготовлении, поэтому дорог. Рулевое управление с таким механизмом имеет большое число соединений, поэтому требует периодической регулировки.

Червячный рулевой механизм применяется на легковых автомобилях повышенной проходимости с зависимой подвеской управляемых колес, легких грузовых автомобилях и автобусах. Ранее такой тип рулевого механизма устанавливался на отечественной «классике».

Винтовой рулевой механизм

Винтовой рулевой механизм объединяет следующие конструктивные элементы: винт на валу рулевого колеса; гайку, перемещаемую по винту; зубчатую рейку, нарезанную на гайке; зубчатый сектор, соединенный с рейкой; рулевую сошку, расположенную на валу сектора.

Особенностью винтового рулевого механизма является соединение винта и гайки с помощью шариков, чем достигается меньшее трение и износ пары.

Принципиально работа винтового рулевого механизма схожа с работой червячного механизма. Поворот рулевого колеса сопровождается вращением винта, который перемещает надетую на него гайку. При этом происходит циркуляция шариков. Гайка посредством зубчатой рейки перемещает зубчатый сектор и с ним рулевую сошку.

Винтовой рулевой механизм в сравнении с червячным механизмом имеет больший КПД и реализует большие усилия. Данный тип рулевого механизма устанавливается на отдельных легковых автомобилях представительского класса, тяжелых грузовых автомобилях и автобусах.

 

 

Рулевое управление автомобиля – назначение, устройство, работа

Рулевое управление предназначено для обеспечения движения автомобиля в заданном водителем направлении и наряду с тормозной системой является важнейшей системой управления автомобилем. На большинстве легковых автомобилей изменение направления движения осуществляется за счет поворота передних колес (кинематический способ поворота).

Изменить направление движения можно и за счет подтормаживания отдельных колес. Силовой способ поворота положен в основу работы системы курсовой устойчивости.

Рулевое управление современного автомобиля объединяет рулевое колесо с рулевой колонкой, рулевой механизм и рулевой привод.

Рулевое колесо воспринимает от водителя усилия, необходимые для изменения направления движения, и передает их через рулевую колонку рулевому механизму. Рулевое колесо выполняет также и информационную функцию. По величине усилий, характеру вибраций происходит передача водителю информации о характере движения. Диаметр рулевого колеса легковых автомобилей находится в пределе 380 — 425 мм, грузовых автомобилей – 440 – 550 мм. Рулевое колесо спортивных автомобилей имеет меньший диаметр.

Рулевая колонка обеспечивает соединение рулевого колеса с рулевым механизмом. Рулевая колонка представлена рулевым валом, имеющим несколько шарнирных соединений. В конструкции рулевой колонки предусмотрена возможность складывания при сильном фронтальном ударе, что позволяет снизить тяжесть травмирования водителя.

На современных автомобилях предусмотрено механическое или электрическое регулирование положения рулевой колонки. Регулировка может производиться по вертикали, по длине или в обоих направлениях. В целях защиты от угона осуществляется механическая или электрическая блокировка рулевой колонки.

Рулевой механизм предназначен для увеличения, приложенного к рулевому колесу усилия, и передачи его рулевому приводу. В качестве рулевого механизма используются различные типы редукторов, которые характеризуются определенным передаточным числом. Наибольшее распространение на легковых автомобилях получил реечный рулевой механизм.

Реечный рулевой механизм включает шестерню, установленную на валу рулевого колеса и связанную с зубчатой рейкой. При вращении рулевого колеса рейка перемещается в одну или другую сторону и через рулевые тяги поворачивает колеса. Реечный рулевой механизм располагается, как правило, в подрамнике подвески автомобиля.

На некоторых автомобилях BMW, Mercedes-Benz, Porsche, Volkswagen применяется рулевой механизм с переменным передаточным отношением. В механизме используется зубчатая рейка с разными зонами зубьев. По мере удаления от зоны прямолинейного движения форма зубьев зубчатой рейки существенно изменяется (косой наклон зубьев). Это обеспечивает прогрессивное уменьшение передаточного отношения и соответственно меньший диапазон поворота рулевого колеса. Управление автомобилем становится более удобным и динамичным, а руль – тяжелым и острым.

Ряд автопроизводителей (BMW, Honda, Mazda, Mitsubishi, Nissan, Renault, Toyota,) предлагают на некоторых легковых автомобилях рулевые механизмы с четырьмя управляемыми колесами. Данное техническое решение обеспечивает лучшую управляемость и устойчивость при движении автомобиля на высокой скорости (при этом передние и задние колеса повернуты в одну сторону), а также высокую маневренность при движении с небольшой скоростью (передние и задние колеса повернуты в разные стороны).

Необходимо отметить, что эффект «подруливания» задних колес при движении автомобиля на высокой скорости достигается и пассивными средствами. При повороте автомобиля резинометаллические упругие элементы задней подвески деформируются за счет крена кузова и воздействия боковых сил, тем самым обеспечивают незначительные углы поворота колес.

Рулевой привод предназначен для передачи усилия, необходимого для поворота, от рулевого механизма к колесам. Он обеспечивает оптимальное соотношение углов поворота управляемых колес, а также препятствует их повороту при работе подвески. Конструкция рулевого привода зависит от типа применяемой подвески.

Наибольшее распространение получил механический рулевой привод, состоящий из рулевых тяг и рулевых шарниров. Рулевой шарнир выполняется шаровым. Шаровой шарнир состоит из корпуса, вкладышей, шарового пальца и защитного чехла. Для удобства эксплуатации шаровой шарнир выполнен в виде съемного наконечника рулевой тяги. По своей сути рулевая тяга с шаровой опорой выступает дополнительным рычагом подвески.

Рулевое управление характеризуется множеством кинематических параметров, основными из которых являются четыре угла (схождения, развала, поперечного и продольного наклона оси поворота колеса) и два плеча (обкатки и стабилизации). В общем виде конструкция рулевого управления представляет собой компромисс кинематических параметров, т.к. вынуждена объединять противоречащие друг другу устойчивость движения и легкость управления.

Для уменьшения усилий, необходимых для поворота рулевого колеса, в рулевом приводе применяется усилитель рулевого управления. Применение усилителя обеспечивает точность и быстродействие рулевого управления, снижает общую физическую нагрузку на водителя, а также позволяет устанавливать рулевые механизмы с меньшим передаточным числом. В зависимости от типа привода различают следующие виды усилителей рулевого управления: гидравлический, электрический и пневматический.

Большинство современных автомобилей имеют гидравлический усилитель рулевого управления (другое название – гидроусилитель руля). Разновидностью гидроусилителя является электрогидравлический усилитель рулевого управления, в котором гидронасос имеет привод от электродвигателя. В последние годы на автомобилях все шире применяется электрический усилитель рулевого управления (другое название –

электроусилитель руля). Крутящий момент от электродвигателя может передаваться непосредственно на вал рулевого колеса или на зубчатую рейку. Электроника позволяет использовать электроусилитель руля для автоматического управления автомобилем, например в системе автоматической парковки, системе помощи движению по полосе.

Усилитель рулевого управления, в котором поворотное усилие изменяется в зависимости от скорости автомобиля, называется адаптивным усилителем рулевого управления. Известной конструкцией адаптивного усилителя рулевого управления является электрогидравлический усилитель Servotronic.

Инновационными являются система активного рулевого управления от BMW, система динамического рулевого управления от Audi, в которых передаточное число рулевого механизма изменяется в зависимости от скорости движения автомобиля. Компания BMW добавила в рулевой вал сдвоенный планетарный редуктор, корпус которого может поворачиваться с помощью электродвигателя и в зависимости от скорости движения автомобиля менять передаточное отношение рулевого механизма.

Перспективной является конструкция рулевого управления, в которой отсутствует механическая связь рулевого колеса и ведущих колес, т.н. рулевое управление по проводам. Система обеспечивает независимое воздействие на каждое колесо с помощью электропривода. Серийное применение рулевого управления по проводам сдерживает скорее психологический фактор, связанный с высоким риском аварии в случае отказа системы.

 

 

Как работает система рулевого управления автомобиля: краткое руководство

Почему некоторые автомобили так хорошо реагируют на водителя? Отличная управляемость позволяет чувствовать себя в безопасности и контролировать ситуацию, а также делает панические маневры и корректировку рулевого управления максимально эффективными. Легкое прикосновение к рулю должно направлять систему рулевого управления легко и точно. Помимо хорошо спроектированной подвески, для достижения отличной управляемости требуется качественная система рулевого управления и детали рулевого управления. Если вы хотите узнать, как устроена система рулевого управления и как она поддерживает управляемость, сцепление с дорогой и управляемость, вот простой обзор.

Функция рулевого управления

При повороте руля машина реагирует. Но как эта система рулевого управления в автомобилях обеспечивает плавный путь вперед? Группа деталей, называемая системой рулевого управления, передает движение рулевого колеса вниз по рулевому валу для перемещения колес влево и вправо, хотя колеса автомобиля не поворачиваются под одним и тем же углом.

Популярная система рулевого управления с реечной передачей 

В большинстве современных автомобилей, небольших грузовиков и внедорожников используется система рулевого управления с реечной передачей. Это преобразует вращательное движение рулевого колеса в линейное движение, которое поворачивает колеса и направляет ваш путь. В системе используется круглая шестерня (рулевая шестерня), которая фиксирует зубья на стержне (рейке). Он также преобразует большие обороты рулевого колеса в маленькие, точные повороты колес, придавая рулевому управлению твердое и прямое ощущение.

Как гидроусилитель руля влияет на зубчатую рейку?

Вполне вероятно, что если вы сегодня водите машину, вы привыкли к гидроусилителю руля. Современные автомобили, особенно грузовики и грузовые автомобили, имеют функцию системы рулевого управления с усилителем, также называемую гидроусилителем руля. Это дает дополнительную энергию (гидравлическую или электрическую), помогающую поворачивать колеса, и означает, что для парковки и маневрирования требуется меньше усилий, чем при простом ручном усилии. Система рулевого управления с реечной передачей немного отличается от рулевого управления с усилителем, с добавленным насосом с приводом от двигателя или электродвигателем, помогающим рулевому узлу.

Значит, простота — единственное преимущество гидроусилителя руля? Система позволяет вам управлять более высокой передачей и означает, что вам нужно меньше поворачивать рулевое колесо, чтобы поворачивать колеса дальше (меньшее количество поворотов рулевого колеса от упора до упора). Таким образом, время отклика сокращается, а рулевое управление становится еще более точным. С такими загруженными дорогами и пробками это означает, что водители могут более безопасно маневрировать в непосредственной близости от других транспортных средств. Жесткий контроль на всех скоростях, в любых условиях и в критических ситуациях поможет избежать аварий.

Какие компоненты системы рулевого управления в автомобилях?

Независимо от марки и модели автомобиля качественные детали рулевого управления обеспечивают безупречное вождение. Детали реечной рейки и шестерни премиум-класса, производимые MOOG, включают осевые тяги, наконечники рулевых тяг, тяги, центральные рычаги, комплекты чехлов рулевой рейки, узлы рулевых тяг и подшипники колес.

Эти детали рулевого управления достаточно прочны и износостойки, чтобы обеспечить прочность и долговечность. Выбор деталей, которые соответствуют спецификациям производителя оригинального оборудования, означает, что вся сборка будет отзывчивой и долговечной.

Возврат рулевого управления всеми четырьмя колесами 

Помимо поворота передних колес, некоторые автомобили имеют систему рулевого управления, влияющую на все четыре колеса. Традиционно это было эксклюзивно для спортивных или роскошных моделей, но сейчас наблюдается растущая тенденция к использованию этой функции в более доступных автомобилях.

Блок управления четырьмя колесами находится за задней осью автомобиля и при необходимости воздействует на задние колеса. Колеса автомобиля вращаются в противоположных направлениях на низких скоростях, но на высоких скоростях совместное вращение всех четырех колес помогает сохранить устойчивость и предотвратить «рыбий хвост».

Высокотехничное рулевое управление четырьмя колесами означает лучшую управляемость, поскольку рулевое управление контролируется, и в аварийных ситуациях автомобиль реагирует оптимальным образом. Этот тип системы рулевого управления начинает появляться на Infiniti, Renault, Honda, Nissan, Mazda и других марках, чтобы дать водителям новые высоты управляемости и отзывчивости и сделать нас более безопасными на дорогах.

Как работает система рулевого управления автомобиля?

Колесо считается самым важным изобретением человечества. Это сделало возможным путешествие на дальние расстояния и позволило нам распространиться повсюду. Для управления колесами и облегчения движения была реализована система рулевого управления. Сегодня мы объясним, как работает система рулевого управления автомобиля и как простое действие поворота руля приводит к повороту автомобиля.

Подробнее: Отличия SOHC и DOHC | Объяснение конфигурации верхнего кулачка

Типы системы рулевого управления

Прежде чем мы перейдем к объяснению, в настоящее время существует два основных типа системы рулевого управления. Широко используемая система реечной передачи и обычная система, известная как система рулевого управления с рециркуляцией шариков . Мы объясним вкратце, а также как работает система рулевого управления с усилителем, которую обычно называют гидроусилителем руля.

Система рулевого управления с реечной передачей

Самая распространенная система рулевого управления, система реечного управления, получила свое название от двух используемых в ней шестерен: реечной (линейная передача) и шестерни (круговая передача). Эта система используется в большинстве автомобилей и обычно не используется в большегрузных транспортных средствах. Его работа может показаться сложной, но использует довольно простую физику.

Конструкция реечной шестерни Реечная шестерня

К рулевому колесу прикреплен вал, а на другом конце вала находится шестерня. Шестерня расположена на верхней части рейки и перемещается при повороте рулевого колеса. На конце стойки есть нечто, называемое рулевой тягой. Рулевые тяги соединяются с рулевым рычагом, который, в свою очередь, соединен со ступицей колеса. Далее к работе реечной передачи.

Рабочий 

При вращении руля вал вращается вместе с ним. Это, в свою очередь, вращает шестерню, которая находится наверху стойки. Вращение шестерни заставляет рейку двигаться линейно, перемещая рулевую тягу. Затем рулевая тяга, соединенная с рулевым рычагом, заставляет колесо вращаться.

Размер шестерни влияет на скорость вращения. Если шестерня большого размера, это означает, что вы будете получать больше поворота от меньшего вращения рулевого колеса, что затруднит управление. С другой стороны, меньшая шестерня означает, что ею будет легче управлять, но вам потребуется несколько поворотов руля, чтобы загнать автомобиль в поворот.

Так работает система реечной передачи. Это простое устройство, однако оно может использовать несколько сложных и продвинутых систем, что делает его еще более удобным в использовании.

Система рулевого управления с рециркуляцией шариков

Эта система рулевого управления, известная под несколькими названиями, такими как «червяк и сектор» и «шар и гайка с рециркуляцией», обычно используется в старых автомобилях и транспортных средствах большой грузоподъемности, таких как грузовики. Его работа отличается от реечной передачи. Давайте посмотрим на конструкцию системы рулевого управления с рециркуляцией шаров, прежде чем объяснять работу.

Конструкция  Система рулевого управления с рециркуляционным шаром

Система рулевого управления с рециркуляционным шаром имеет две шестерни: червячную и секторную. Рулевое колесо соединено с резьбовым валом, который соединен с блоком. Червячная передача довольно большая и проходит через блок с резьбой таким образом, что позволяет червячной передаче войти внутрь. Этот блок имеет снаружи зубья шестерни, с которыми соединяется секторная шестерня. Эта секторная шестерня затем соединяется с шатуном, а шатун прикрепляется к рулевой тяге. Внутри блока находятся шарикоподшипники, заполняющие резьбу червячной передачи. Работа проста, как и зубчатая рейка.

Подробнее: Вспоминая Fiat Petra: малоизвестный преемник Fiat Siena

Работа

При вращении рулевого колеса вал, соединенный с рулевым колесом, также вращается. Шестерня закреплена болтами, чтобы не двигаться вверх и вниз. Это заставляет блок и червячную передачу вращаться. Вращение заставляет блок двигаться, так как он ничем не удерживается. Затем подвижный блок перемещает секторную шестерню, которая, в свою очередь, перемещает шатун. Резьба червячной передачи заполнена шарикоподшипниками, которые уменьшают трение и предотвращают люфт в передаче.

Так работает система рулевого управления с рециркуляцией шариков. В настоящее время он используется редко и в основном встречается в грузовиках.

После объяснения обеих систем рулевого управления мы теперь переходим к системе рулевого управления с усилителем, которая сама по себе не является системой рулевого управления, а является опцией поддержки, которая помогает обеим этим системам рулевого управления, уменьшая работу, которую должен выполнять водитель.

Популярное чтение: DCT против CVT против AMT | Выберите лучшую трансмиссию

Система рулевого управления с усилителем

Эта система в одиночку сделала управление автомобилем легкой прогулкой. Мы кратко обсудим гидроусилитель руля, используемый реечной системой рулевого управления.

Усилитель рейки и шестерни

Усилитель руля добавляет к системе рейки и шестерни еще несколько деталей, что упрощает ее использование. В основном это насос, напорные трубки, поворотный регулирующий клапан, трубопроводы для жидкости и гидравлический поршень.

Задача насоса, как вы уже догадались, перекачивать жидкость, когда это необходимо. Поворотный регулирующий клапан обеспечивает движение жидкости только тогда, когда водитель фактически управляет автомобилем. Гидравлический поршень перемещается в зависимости от того, по какой линии жидкости поступает жидкость под высоким давлением. Это движение поршня на рейке облегчает работу водителя, так как прикладывает большую часть усилия, необходимого для управления автомобилем.