Разберем:
- Назначение, расположения и устройство рулевого управления
- Привод рулевого механизма
- Усилитель рулевого управления
- Привод управляемых колес
Назначение, расположения и устройство рулевого управления
Рулевое управление — совокупность механизмов автомобиля или другой колёсной машины, обеспечивающая движение по заданному водителем направлению. Состоит из рулевого колеса, рулевой колонки, рулевого механизма и рулевого привода.
Расположение: элементы рулевого управления располагаются в передней части рамы автомобиля. Некоторые нюансы конструкции могут отличаться в зависимости от модели машины.
Рулевое колесо:
Назначение: воспринимает от водителя усилия, необходимые для изменения направления движения, и передаёт их через рулевую колонку рулевому механизму.
Устройство:
- Для легковых автомобилей, как правило, круглое, установлено на рулевую колонку во втулку, присоединённую к внешнему кольцу рулевого колеса одной или несколькими спицами.
- В странах с левосторонним движением руль обычно находится на правой стороне автомобиля (праворульная компоновка), в странах с правосторонним движением — наоборот (леворульная компоновка).
- На современных моделях на руле также располагаются кнопки управления вспомогательными системами, фронтальная подушка безопасности.
Рулевая колонка:
Назначение: обеспечивает соединение рулевого колеса с рулевым механизмом.
Устройство: представлена рулевым валом с несколькими шарнирными соединениями. На современных автомобилях предусмотрено механическое или электрическое регулирование положения рулевой колонки (по вертикали, по длине или в обоих направлениях). Для защиты от угона осуществляется механическая или электрическая блокировка рулевой колонки.
Рулевой механизм:
Назначение: преобразует вращательное движение рулевого колеса в поступательное или поворотное движение элементов рулевого привода.
Устройство: представляет собой механический редуктор или гидрообъёмный преобразователь крутящего момента. Некоторые виды рулевых механизмов:
- Шестерня — зубчатая рейка — рулевой вал вращает шестерню, зубчатая рейка через тяги поворачивает управляемые колёса. Применяется на большинстве легковых автомобилей.
- Червяк — зубчатый сектор — рулевой вал вращает червяк, с которым сопряжён зубчатый сектор или ролик. Перекатываясь по червяку, сектор или ролик поворачивает вал, на котором закреплён специфический элемент рулевого привода — сошка. Через рулевой привод сошка поворачивает управляемые колёса.
- Винт — шариковая гайка — рулевой вал вращает винт, тем самым перемещая сопряжённую с винтом шариковую гайку. Перемещаясь по валу, гайка поворачивает вал с сошкой, которая, в свою очередь, через рулевой привод поворачивает управляемые колёса. Механизм применяется в основном на грузовых автомобилях, совместно с гидроусилителем.
Рулевой привод:
Назначение: обеспечивает кинематическую связь между рулевым механизмом и управляемыми колёсами.
Устройство: в состав рулевого привода входят все компоненты, обеспечивающие передачу усилия от рулевого механизма к управляемым колёсам. Неотъемлемая часть — рулевая трапеция, которая обеспечивает различный угол поворота управляемых колёс. Это необходимо для правильного прохождения поворотов: внутреннее колесо движется по меньшему радиусу, чем внешнее. Трапеция компенсирует эту разницу, увеличивая угол поворота внутреннего колеса.
Требования к рулевому приводу: обеспечение правильного соотношения углов поворота управляемых колёс, исключение автоколебаний управляемых колёс, предотвращение самопроизвольного изменения их положения при колебаниях кузова на подвеске.
Привод рулевого механизма
Привод рулевого механизма автомобиля (рулевой привод) — это комплекс деталей, которые обеспечивают передачу усилия от рулевого механизма к управляемым колёсам. Его задача — преобразовывать вращательное движение рулевого вала или поступательное перемещение рейки в поворот колёс вокруг их вертикальной оси, что позволяет автомобилю выполнять манёвры.
В состав рулевого привода входят, например:
- Рулевая трапеция — обеспечивает разный угол поворота управляемых колёс, что необходимо для правильного прохождения поворотов: внутреннее колесо движется по меньшему радиусу, чем внешнее.
- Рулевые тяги — передают усилие на поворотные рычаги телескопических стоек подвески и поворачивают колёса.
- Рулевые шарниры — соединяют детали привода, например, сошку, продольную рулевую тягу и поворотные рычаги.
Виды:
Некоторые виды приводов рулевого механизма автомобиля:
- Привод механизма «шестерня-рейка» — состоит из двух горизонтальных тяг, рулевых наконечников и поворотных рычагов стоек передней подвески. Рейка с тягами соединяется с помощью шаровых шарниров, а наконечники фиксируются стяжными болтами либо резьбовым соединением.
- Привод с независимой подвеской — чаще всего применяется в современных легковых автомобилях. В конструкцию входят сошка (при использовании червячного рулевого механизма), маятниковый рычаг, составная поперечная тяга, боковые тяги, поворотные рычаги.
- Привод с цельной или разрезной поперечной тягой — зависит от подвески управляемых колёс. Например:Неразрезная трапеция — имеет сплошную поперечную рулевую тягу, соединяющую управляемые колёса, применяется при зависимой подвеске передних управляемых колёс на грузовых автомобилях и автобусах. Разрезная трапеция — имеет многозвенную поперечную рулевую тягу, соединяющую управляемые колёса, используется при независимой подвеске управляемых колёс на легковых автомобилях.
Принцип работы:
При повороте рулевого колеса рулевой вал вращает шестерню, которая перемещает рейку. Рейка через рулевые тяги воздействует на поворотные рычаги, и колёса поворачиваются.
Усилитель рулевого управления
Усилитель рулевого управления — система и механизм, которые снижают управляющее усилие, прикладываемое к рулевому колесу, чтобы повысить комфорт и снизить утомляемость водителя.
На легковых автомобилях усилители рулевого управления, как правило, являются опцией, но на грузовых автомобилях, тракторах и тяжёлой спецтехнике — неотъемлемым элементом конструкции.
Виды:
Некоторые виды усилителей рулевого управления:
- Гидроусилитель руля (ГУР). Основан на гидравлической системе: насос, связанный с двигателем, создаёт давление в специальной жидкости, а оно помогает поворачивать колёса. Обычно ГУР выполнен заодно с рулевым механизмом (интегральный тип усилителя).
- Электроусилитель руля (ЭУР). В основе — электродвигатель, который помогает вращать рулевой вал или рейку. Работой управляет электронный блок (ЭБУ), анализирующий скорость движения и угол поворота руля.
Принцип работы:
- ГУР. При запуске двигателя начинает работать гидронасос, который приводится в движение от коленвала двигателя через приводной ремень и создаёт давление в гидравлическом масле. Когда водитель начинает вращать руль, редуктор направляет поток масла так, чтобы оно давило в гидроцилиндре на вал в нужном направлении. С цилиндром связана рулевая рейка, которая через шарниры и задаёт нужный угол поворота колёс.
- ЭУР. Когда водитель поворачивает руль, торсионный вал в рулевом валу искривляется пропорционально приложенному усилию. Это изменение фиксируется датчиком крутящего момента, который посылает сигнал о приложенном усилии в ЭБУ. ЭБУ анализирует эти данные с информацией от других датчиков автомобиля, чтобы определить, какой результат необходим. После обработки информации ЭБУ отправляет сигналы на электродвигатель.
Привод управляемых колес
Привод управляемых колёс автомобиля — это система, которая передаёт крутящий момент от коробки передач к колёсам, обеспечивая поворот управляемых колёс (поворачивающихся с помощью рулевого механизма).
Устройство:
Некоторые элементы привода управляемых колёс:
Шарниры равных угловых скоростей (ШРУС). Обеспечивают равномерную передачу вращения от ведущей части шарнира на ведомую, допуская поворот колёс без изменения скорости их вращения. Например, шариковый ШРУС состоит из корпуса, обоймы, шариков, сепаратора и грязезащитного чехла. Валы. Например, в приводе передних колёс переднеприводных автомобилей есть два вала — для правого и левого колёс, каждый из которых имеет два шарнира. Внутренние шарниры — соединяют валы с фланцами выходных валов дифференциала. Наружные шарниры — соединяют валы со ступицами колёс, которые устанавливаются на шлицевых хвостовиках корпусов наружных шарниров. Валы привода правого и левого колёс не взаимозаменяемы, так как имеют разную длину.
Виды:
В конструкции современных автомобилей применяются разные типы привода управляемых колёс, например:Передний привод (FWD, Front Wheel Drive). Усилие от двигателя передаётся только на передние колёса, которые одновременно являются управляемыми.
Задний привод (RWD, Rear Wheel Drive). Ведущими являются задние колёса.
Полный привод (4WD, Four wheel drive). Крутящий момент передаётся сразу на четыре колеса, обе оси одновременно ведущие.
Принцип работы
Крутящий момент передаётся от дифференциала на управляемое колесо в следующей последовательности: полуосевая шестерня дифференциала — полуось — ведущая вилка ШРУСа — ведомая вилка ШРУСа — приводной вал колеса — ступица колеса.
Особенности работы:
- Управляемые колёса должны быть повернуты на разные углы — внутренние — на больший угол, чем наружные. Если углы поворота одинаковы, то наружное колесо, перемещающееся по дуге большего радиуса, будет двигаться с проскальзыванием.
- Оси управляемых колёс при повороте поворачиваются так, чтобы в плоскости поворота они пересекались в одной точке — общем центре окружностей, по которым перекатываются колёса.