Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Рулевое управление.
Назначение рулевого управления.
Рулевое управление обеспечивает необходимое направление движения автомобиля. Рулевое управление включает рулевой механизм, который осуществляет передачу усилия от водителя к рулевому приводу, и рулевой привод, который осуществляет передачу усилия от рулевого механизма к управляемым колесам. Каждое управляемое колесо установлено на поворотной цапфе 13 (рис. 1), соединенной с балкой 11 моста шкворнем 8. Шкворень неподвижно закреплен в балке, и его верхний и нижний концы входят в проушины поворотной цапфы. При повороте цапфы за рычаг 7 она вместе с установленным на ней управляемым колесом поворачивается вокруг шкворня. Поворотные цапфы соединены между собой рычагами 9 и 12 и поперечной тягой 10. Поэтому управляемые колеса поворачиваются одновременно.
Рис. 1. Схема рулевого управления
Поворот управляемых колес осуществляется при вращении водителем рулевого колеса 1. От него вращение передается через вал 2 на червяк 3, находящийся в зацеплении с сектором 4. На валу сектора закреплена сошка 5, поворачивающая через продольную тягу 6 и рычаг 7 поворотные цапфы 13 с управляемыми колесами.
Рулевое колесо 1, вал 2, червяк 3 и сектор 4 образуют рулевой механизм, увеличивающий момент, прикладываемый водителем к рулевому колесу для поворота управляемых колес. Сошка 5, продольная тяга 6, рычаги 7, 9 и 12 поворотных цапф и поперечная тяга 10 составляют рулевой привод, передающий усилие от сошки к поворотным цапфам обоих управляемых колес. Поперечная тяга 10, рычаги 9 и 12 образуют рулевую трапецию, обеспечивающую необходимое соотношение между углами поворота управляемых колес.
Управляемые колеса поворачиваются на ограниченный угол, равный, как правило, 28 - 35º. Это сделано для того, чтобы колеса при повороте не касались рамы, крыльев и других деталей автомобиля.
На некоторых автомобилях в рулевом управлении используют усилитель, облегчающий поворот управляемых колес.
Стабилизация управляемых колес.
Силы, действующие на автомобиль, стремятся отклонить управляемые колеса от положения, соответствующего прямолинейному движению. Чтобы препятствовать повороту колес под действием случайных сил (толчков от наезда на неровности дороги, порывов ветра и т.п.), управляемые колеса должны обладать способностью сохранять положение, соответствующее прямолинейному движению, и возвращаться в него из любого другого положения. Эта способность называется стабилизацией управляемых колес. Стабилизация обеспечивается наклонами шкворня в поперечной и продольной плоскостях и упругими свойствами пневматической шины.
Конструкция рулевых механизмов.
Червячно-роликовый рулевой механизм, показанный на рис. 2, выполнен в виде глобоидного червяка 5 и находящемся с ним в зацеплении трехгребневого ролика 8. Червяк установлен в чугунном картере 4 на двух конических роликовых подшипниках 6. Беговые дорожки для роликов обоих подшипников сделаны непосредственно на червяке. Наружное кольцо верхнего подшипника запрессовано в гнездо картера. Наружное кольцо нижнего подшипника, установленного в гнезде картера со скользящей посадкой, опирается на крышку 2, привернутую к картеру болтами. Под фланцами крышки поставлены прокладки 3 различной толщины для регулирования предварительного натяга подшипников.
Червяк имеет шлицы, которыми он напрессован на вал. В месте выхода вала из картера установлен сальник. Верхняя часть вала, имеющая лыску, входит в отверстие фланца вилки карданного шарнира 7, где закрепляется клином. Через карданный шарнир рулевая пара связана с рулевым колесом.
Вал 9 сошки установлен в картер через окно в боковой стенке и закрыт крышкой 14. Опорой вала служат две втулки, запрессованные в картер и крышку. Трехгребневый ролик 8 размещен в пазу головки вала сошки на оси с помощью двух роликовых подшипников. С обеих сторон ролика на его ось поставлены стальные полированные шайбы. При перемещении вала сошки изменяется расстояние между осями ролика и червяка, чем обеспечивается возможность регулирования зазора в зацеплении.
Рис. 2. Рулевой механизм автомобиля КАЗ-608 «Колхида»
На конце вала 9 нарезаны конические шлицы, на которых гайкой закреплена рулевая сошка 1. Выход вала из картера уплотнен сальником. На другом конце вала рулевой сошки имеется кольцевой паз, в который плотно входит упорная шайба 12. Между шайбой и торцом крышки 14 находятся прокладки 13, используемые для регулирования зацепления ролика с червяком. Упорную шайбу с комплектом регулировочных прокладок закрепляют на крышке картера гайкой 11. Положение гайки фиксируют стопором 10, привернутым к крышке болтами.
Зазор в зацеплении рулевой передачи переменный: минимальный при нахождении ролика в средней части червяка и увеличивающийся по мере поворота рулевого колеса в ту или другую сторону.
Такой характер изменения зазора в новой рулевой передаче обеспечивает возможность неоднократного восстановления необходимого зазора в средней, наиболее подверженной изнашиванию зоне червяка без опасности заедания на краях червяка. Подобные рулевые механизмы используются на автомобилях ГАЗ, ВАЗ с разницей в механизме регулировки зацепления червяка 5 с роликом 8.
Реечный рулевой механизм (рис. 3, а). При повороте рулевого колеса 1 шестерня 2 перемещает рейку 3, от которой усилие передается на рулевые тяги 5. Рулевые тяги за поворотные рычаги 4 поворачивают управляемые колеса. Реечный рулевой механизм состоит из косозубой шестерни 2, нарезанной на валу 8 (рис. 3, б) и косозубой рейки 3. Вал вращается в картере 6 на упорных подшипниках 10 и 14, натяг которых осуществляется кольцом 9 и верхней крышкой 7. Упор 13, прижатый пружиной 12 к рейке, воспринимает радиальные усилия, действующие на рейку, и передает их на боковую крышку 11, чем достигается точность зацепления пары.
Рис. 3. Рулевое управление с реечным механизмом:
а – схема рулевого управления; б – реечный рулевой механизм
Винтореечный рулвой механизм (рис. 4) имеет две рабочие пары: винт 1 с гайкой 2 на циркулирующих шариках 4 и поршень-рейку 11, входящую в зацепление с зубчатым сектором 10 вала сошки. Передаточное отношение рулевого механизма 20:1. Винт 1 рулевого механизма имеет шлифованную с большой точностью винтовую канавку «арочного» профиля. Такая же канавка выполнена в гайке 2. Винтовой канал, образованный винтом и гайкой, заполнен шариками. Гайка жестко закреплена внутри поршня-рейки стопором.
Рис. 4. Рулевой механизм с встроенным гидроусилителем:
а – устройство; б – схема работы; 1 – винт; 2 – гайка; 3 – желоб; 4 – шарик; 5 – рулевой вал;
6 – корпус клапана управления; 7 – золотник; 8 – сошка; 9 – вал сошки; 10 – зубчатый сектор; 11 – поршень-рейка; 12 – картер-цилиндр; 13 – картер; А и Б – полости цилиндра;
В и Г – шланги входа и выхода масла; Д и Е – каналы.
При вращении винта 1 от рулевого колеса через рулевой вал 5 шарики, перекатываясь, выходят с одной стороны гайки в дугообразной желоб 3 и возвращаются по нему в канавки винта с другой стороны гайки.
Зубчатая рейка и зубчатый сектор имеют переменные по толщине зубья, что позволяет регулировать зазор в зацеплении рейка-сектор регулировочным винтом, ввернутым в боковую крышку картера рулевого механизма. На поршне-рейке установлены упругие разрезные чугунные кольца, обеспечивающие его плотную посадку в картере-цилиндре 12. Вращение рулевого вала преобразуется в поступательное движение поршня-рейки благодаря перемещению гайки по винту. Зубья поршня-рейки в результате поворачивают сектор, а вместе с ним и вал 9 с сошкой 8. Перед картером рулевого механизма в корпусе 6 установлен клапан управления с золотником 7. С клапаном управления шлангами В и Г соединен насос гидроусилителя.
Во время движения автомобиля по прямой золотник находится в среднем положении (как показано на рис. 4), и масло из насоса по шлангу Г через клапан управления перекачивается обратно в бачок по шлангу В. При повороте рулевого колеса влево золотник 7 перемещается вперед (на рисунке влево) и открывает доступ масла в полость А по каналу Д, а из полости Б масло идет в полость В и в насос. В результате чего облегчается поворот колеса влево. Если водитель приостановит вращение рулевого колеса, то золотник клапана управления займет среднее положение, и угол, на который повернуты направляющие колеса, останется неизменным.
При повороте рулевого колеса вправо винт с золотником 7 перемещается назад (на рисунке вправо) в результате взаимодействия зубьев поршня-рейки и сектора. Перемещаясь назад, золотник открывает доступ маслу в полость Б через канал Е. В результате давления масла на поршень-рейку уменьшается усилие, которое затрачивается на поворот рулевого колеса. При этом рулевая сошка поворачивается против хода часовой стрелки.
Рулевой привод.
Рулевая трапеция (рис. 5). В зависимости от компоновочных возможностей рулевую трапецию располагают перед передней осью (передняя рулевая трапеция) или за ней (задняя рулевая трапеция). При зависимой подвеске колес применяют трапеции с цельной поперечной тягой; при независимой подвеске – только трапеции с расчлененной поперечной тягой, что необходимо для предотвращения самопроизвольного поворота управляемых колес при колебаниях автомобиля на подвеске. С этой целью шарниры разрезной поперечной тяги должны располагаться так, чтобы колебания автомобиля не вызывали их поворота относительно шкворней. Схемы различных рулевых трапеций показаны на рис. 9.
Рис. 5. Схемы рулевых трапеций
При зависимой и независимой подвесках могут применяться как задняя (рис. 9, а), так и передняя (рис. 9, б) трапеции.
На рис. 9, в – е приведены задние трапеции независимых подвесок с разным числом шарниров.
Конструкция рулевых приводов при зависимой подвеске. При повороте колес детали рулевого привода перемещаются одна относительно другой. Такое перемещение происходит также при наезде колеса на неровности дороги и при колебаниях кузова относительно колес. Для создания возможности относительного перемещения деталей привода в горизонтальной и вертикальной плоскостях при одновременной надежной передаче усилий соединение осуществляют в большинстве случаев шаровыми шарнирами.
Продольную тягу 1 (рис. 6, а) рулевого привода делают трубчатой с утолщениями по краям для монтажа деталей двух шарниров. Каждый шарнир состоит из пальца 3, сухарей 4 и 7, охватывающих сферическими поверхностями шаровую головку пальца, пружины 8 и ограничителя 9. При затягивании пробки 5 головка пальца зажимается сухарями, а пружина 8 сжимается. Пружина шарнира не допускает образования зазоров в результате износов и смягчает толчки, передаваемые от колес на рулевой механизм. Ограничитель предотвращает чрезмерное сжатие пружины, а при ее поломках не позволяет пальцу выйти из соединения с тягой. Пружины располагают в тяге относительно пальцев 2 и 3 так, чтобы через пружины передавались усилия, действующие на тягу как от сошки 6, так и от поворотного рычага.
б)
Рис. 6. Рулевые тяги автомобиля ГАЗ:
а – продольная; б – поперечная
В поперечной продольной тяге шарниры размещают в наконечниках, навинченных на концы тяги. Резьба на концах тяги обычно имеет резное направление. Поэтому вращением тяги 10 (рис. 6, б) при неподвижных наконечниках 11 можно изменять ее длину при регулировании схождении колес. Пальцы 15 жестко закрепляют в рычагах поворотных цапф. Шаровой поверхностью палец прижимается предварительно сжатой пружиной 12 через пятку 13 к сухарю 14, установленному внутри наконечника тяги. Такое устройство шарнира позволяет непосредственно передавать усилия от пальца на тягу и в обратном направлении. Пружина 12 обеспечивает устранение в шарнире зазора, обусловленного износом. Таким образом, основное отличие шарниров поперечной тяги от шарниров продольной тяги состоит в том, что в первых не имеется пружин, через которые непосредственно передаются усилия в рулевом приводе.
Шарниры рулевых тяг смазывают через масленки. На некоторых автомобилях в шарниры смазочный материал закладывают при сборке, и пополнять ее в процессе эксплуатации не требуется.
Особенности рулевых приводов при независимой подвеске управляемых колес (рис. 7). Рулевой привод при независимой подвеске должен исключать произвольный поворот каждого колеса в отдельности при его качании на подвеске. Для этого необходимо возможно близкое совпадение осей качания колеса и тяги привода, что достигается применением разрезной поперечной тяги. Такая тяга состоит из шарнирно соединенных частей, которые перемещаются с колесами независимо одна от другой.
Рис. 7. Схема рулевого привода при независимой подвеске:
1 – стойка; 2 – поворотные цапфы; 3 – рычаг поворотной цапфы; 4 и 9 – боковые тяги;
5 – маятниковый рычаг; 6 – сошка; 7 – рулевой механизм; 8 – средняя тяга.
Усилители рулевого привода.
Назначение и принцип действия гидроусилителей. Усилители рулевого привода служат для облегчения поворота колес автомобилей. На легковых автомобилях они, кроме того, повышают безопасность движения на высоких скоростях, так как позволяют сохранить прямолинейное движение автомобиля при повреждении пневматической шины.
Схема гидроусилителя представлена на рис. 8. Насос 13 приводится в работу от двигателя автомобиля. На насосе установлен бачок 14 для масла. Масло от насоса по маслопроводу 2 подводится к распределителю Р, состоящему из корпуса 1 и золотника 4. Золотник связан штангой 12 с рулевым механизмом РМ автомобиля, а корпус – штангой 6 с рычагом поворотной цапфы управляемого колеса 5. Распределитель соединен маслопроводами 9 и 10 с двумя полостями гидроцилиндра СЦ. Цилиндр шарнирно закреплен на раме автомобиля. Его поршень 8 через шток может воздействовать на рычаг поворотной цапфы управляемого колеса. Маслопровод 3 соединяет распределитель с масляным бочком 14.
Золотник имеет три пояска. В корпусе распределителя выполнены три окна. К крайним окнам жидкость подводится от насоса. К среднему окну подключен маслопровод 3, по которому жидкость сливается в бачок. Между поясками золотника, находящегося в корпусе распределителя, образуются две камеры а и б. В корпусе распределителя, кроме того, имеются еще две реактивные камеры в и г, соединенные с камерам а и б каналами. В реактивных камерах установлены предварительно сжатые центрирующие пружины 11 и 7.
Поршень 8 делит внутренний объем гидроцилиндра на две полости А и Б, к которым подведены маслопроводы от камер а и б распределителя. Обе полости цилиндра, все камеры распределителя и маслопроводы заполнены маслом.
Рис. 8. Схема гидроусилителя рулевого привода
При прямолинейном движении автомобиля золотник занимает в корпусе такое положение, при котором все три окна открыты. В дальнейшем это положение будем называть средним. При среднем положении золотника жидкость поступает от насоса через маслопровод 2 в камеры а и б распределителя, откуда по маслопроводу 3 сливается в бачок насоса. Давление жидкости, установившееся в камерах а и б, передается через жидкость в маслопроводах 9 и 10 в полости А и Б гидроцилиндра.
Если повернуть рулевое колесо налево, то штанга 12 переместит золотник в осевом направлении, сжимая центрирующую пружину 7. Перемещение золотника в корпусе может быть осуществлено только после того, как осевая сила, действующая на золотник, станет больше, чем сила предварительного сжатия пружины. В результате перемещения золотника камера б будет отключена от маслопровода 3 и соединена только с нагнетательным маслопроводом 2; одновременно камера а будет отключена от маслопровода 2 закрытым окном и через открытое окно соединена только со сливным маслопроводом. Давление жидкости в камере б и полости Б возрастет соответственно силе сопротивления повороту управляемого колеса 5 и переместит поршень 8. При этом в увеличивающуюся полость Б цилиндра жидкость будет подаваться насосом, а из уменьшающейся полости А жидкость будет вытесняться поршнем в сливной бачок насоса.
Перемещающийся поршень повернет управляемое колесо 5 влево. Одновременно вследствие наличия связи через штангу 6 (обратная связь) корпус распределителя переместиться в том же направлении, в котором раньше был смещен золотник. Как только окно откроется, давление жидкости в полости А гидроцилиндра уравновесит действие сил на поршень 8; он остановится, а поворот колеса 5 влево прекратится.
Открытие окна в распределителе при повороте автомобиля не такое, как при прямолинейном движении. Дросселирование потока жидкости в окнах различно, и поэтому давление жидкости в камере б и в полости Б больше, чем в камере а и в полости А, настолько, чтобы удержать колесо в повернутом положении, когда на него действует стабилизирующий момент. Угол поворота управляемого колеса будет строго соответствовать углу поворота рулевого колеса (следящее действие по перемещению). Работа системы при повороте рулевого колеса в другую сторону отличается тем, что роль камер а и б распределителя меняется, а поворот управляемого колеса осуществляется под действием давления в полости А гидроцилиндра.
В рулевых управлениях без усилителей увеличение сопротивления повороту управляемых колес сопровождается возрастанием усилия, которое требуется приложить к рулевому колесу. Это создает у водителя «чувство дороги». Для имитации аналогичного ощущения при управлении автомобиля с гидроусилителями в распределителе выполнены реактивные камеры в и г, в каждой из которых давление жидкости такое же, как в камерах а и б.
В рассматриваемой схеме распределитель Р, гидроцилиндр СЦ и рулевой механизм РМ выполнены раздельно. По такой схеме выполнены усилители на автомобилях ГАЗ-66 и КАЗ-608. На автомобилях МАЗ и КрАЗ СЦ и Р объединены в общий блок, а РМ размещен отдельно. На автомобилях ЗИЛ-130 и КамАЗ все три элемента выполнены в общем блоке.
Каждая из перечисленных компоновок имеет свои достоинства и недостатки, которые оценивают по возможности применения серийных РМ, чувствительности и надежной системы, размерам и стоимости.
Конструкция рулевого управления на примере ГАЗ повышенной проходимости.
Рулевой механизм с одной рабочей парой – глобоидальный червяк и трехгребневой ролик, передаточное отношение 20,5. Крепится болтами к левому лонжерону рамы. Основные части: рулевой вал с колонкой 3 (рис. 9) и рулевым колесом 1, картер 7 с крышками, червяк 6, трехгребневой ролик 10, вал 15 сошки, регулировочное устройство.
Рулевой вал составной. Он состоит из верхнего рулевого вала 4, карданного вала 18 с двумя шарнирами 19 на игольчатых подшипниках и вала 5 червяка. Верхний вал вращается в рулевой колонке на двух специальных шариковых подшипниках 2. Рулевая колонка представляет собой тонкостенную трубу, которая с помощью рычагов 27 и резиновых втулок шарнирно крепится к кронштейну педалей сцепления и тормоза. От осевых смещений в колонке вал фиксируется шайбами. На шлицах верхнего конца рулевого вала установлена и затянута гайкой ступица рулевого колеса.
Карданный вал трубчатый, на концах имеет вилки; вторые вилки шарниров крепятся шпонками и стяжными болтами к верхнему валу 4 и валу 5 червяка.
Составная конструкция рулевого вала и шарнирное крепление рулевой колонки позволяют откидывать кабину при обслуживании автомобиля.
Картер рулевого механизма изготовлен заодно с кронштейном, которым он крепится к раме. Для заливки и контроля уровня масла в картере имеется пробка, слив масла осуществляется через нижнюю крышку.
Червяк глобоидальный, т. е. его поверхность, где нарезаны зубья, выполнена по дуге с переменным радиусом, что позволяет иметь в зацеплении червяка и ролика переменный зазор. При движении прямо червяк зацепляется с роликом в средней части, и зазор в зацеплении минимальный или даже равен нулю, это обеспечивает водителю хорошее «чувство дороги». На поворотах ролик зацепляется с крайними зубьями червяка, зазор в зацеплении увеличивается, «чувство дороги» ухудшается, но движение в этих условиях происходит с небольшой скоростью, и это не опасно. Увеличенный зазор в повернутом положении дает возможность регулировать рабочую пару по мере износа. Больше червяк изнашивается в средней части и меньше по краям. В случае устранения зазора в средней части регулировкой, если бы не был предусмотрен повышенный зазор по краям, при поворотах рулевой механизм заклинивало бы, что затрудняло бы управление автомобилем.
Червяк 6 напрессован на вал 5 и установлен в картере на двух конических подшипниках, ролики которых обкатываются по шейкам вала. Под крышку нижнего подшипника установлены бумажные прокладки 8 для регулировки подшипников, в верхней крышке имеется сальник.
Ролик вращается на оси на шариковых подшипниках. Ось ролика установлена в щеках головки вала сошки, концы ее расклепаны и заварены.
Вал 15 сошки вращается на роликовом подшипнике, расположенном в боковой крышке 13, и на бронзовой втулке, установленной в картере. На концах вала имеются мелкие треугольные шлицы и резьба для крепления сошки 17. Для правильной установки сошки вал имеет четыре сдвоенных впадины, а сама сошка – четыре сдвоенных шлица.
Рис. 9. Рулевое управление автомобиля ГАЗ-66:
1 – рулевое колесо; 2 – подшипник; 3 – рулевая колонка; 4 – верхний рулевой вал; 5 – вал червяка; 6 – червяк; 7 – картер; 8 – регулировочные прокладки; 9 – ось ролика; 10 – ролик;
11 – гайка регулировочного устройства; 12 – регулировочный винт; 13 – боковая крышка;
14 – роликовый подшипник; 15 – вал сошки; 16 – уплотнение; 17 – сошка; 18 – карданный вал; 19 – карданный шарнир; 20 – силовой цилиндр; 21 – поперечная рулевая тяга;
22, 23 – поворотные рычаги; 24 – продольная рулевая тяга; 25 – распределитель;
26 – масляной насос с бачком; 27 – рычаги.
Регулировочное устройство предназначено для регулировки зацепления рабочей пары. Оно состоит из винта 12, гайки 11, стопорной шайбы и штифта. Винт ввернут в боковую крышку картера и имеет специальный паз, в который входит хвостовик вала сошки. Винт фиксируется шайбой, которая стопорится штифтом и поджимается к картеру гайкой 11. При вращении винта перемещается вал с роликом. Так как оси ролика и червяка смещены относительно друг друга, то при перемещении вала меняется расстояние между осями, что ведет к изменению зазора в зацеплении ролика и червяка.
В картер рулевого механизма заправляется 0,5 л масла.
Рулевой привод состоит из рулевой сошки 17, продольной 24 и поперечной 21 рулевых тяг, поворотных рычагов 22, 23. Поперечная рулевая тяга вместе с двумя поворотными рычагами и балкой моста образуют рулевую трапецию, которая обеспечивает при повороте рулевого колеса поворот передних колес на разные углы.
Продольная рулевая тяга трубчатая, с двумя регулируемыми шарнирами. На переднем конце тяги закреплено устройство 25 усилителя. Каждый шарнир состоит из шарового пальца 7 (рис. 10), двух сухарей 8, пружины 12 с ограничителем 13, гайки 6 со штифтом (на переднем конце) или пробки со шплинтом (на заднем конце), масленки и защитной муфты 14. Основные детали шарнира помещены в стакане 11, детали заднего шарнира размещаются непосредственно в наконечнике, изготовленном заодно с тягой. Стакан 11 размещается в наконечнике тяги и может перемещаться в осевом направлении на 3 мм. Пружина 12 плотно прижимает сухари 8 к шаровому пальцу и предотвращает образование зазора в соединении. К шаровому пальцу на переднем конце крепиться рулевая сошка 15, на заднем конце – поворотный рычаг 22 (см. рис. 9).
Рис. 10. Наконечник продольной рулевой тяги и распределитель усилителя автомобиля ГАЗ-66:
1, 16 – опорные шайбы; 2, 5 – манжеты; 3 – болт; 4 – золотник; 6 – гайка; 7 – шаровой палец; 8 – сухарь; 9 – наконечник; 10 – гайка; 11 – стакан; 12 – пружина; 13 – ограничитель пружины; 14 – защитная муфта; 15 – рулевая сошка; 17 – корпус; 18 – обратный клапан
Поперечная рулевая тяга (рис. 11) представляет собой изогнутый стержень, на концах которого навернуты наконечники 4 с нерегулируемыми шарнирами. Основные детали шарнира: шаровой палец 1, два сухаря 3 и 8, пружина 10, масленка 11, резиновая накладка 2. Детали шарнира помещаются в отверстии головки наконечника. Это отверстие закрывается крышкой 9. К поперечной тяге приварен кронштейн 6, к которому присоединяется цилиндр гидрусилителя. Навинчиванием или свинчиванием наконечников можно изменять длину тяги и тем самым регулировать схождение колес.
Рис. 11. Поперечная рулевая тяга автомобиля ГАЗ-66:
1 – шаровой палец; 2 – резиновая накладка; 3, 8 – сухари; 4 – наконечник; 5 – тяга; 6 – кронштейн; 7 – стяжной болт; 9 – крышка; 10 – пружина; 11 – масленка
Усилитель рулевого привода гидравлический. Он состоит из масляного насоса 26 (см. рис. 9) с бачком, распределительного устройства 25, силового цилиндра 20 и трубопровода.
Насос служит для создания давления масла. В усилителе используется лопастной насос двойного действия с максимальным давлением 65 – 70 кгс/см2 и производительностью 8 – 10 л/мин. Насос крепится с правой стороны двигателя и приводится в действие от шкива коленчатого вала двумя клиновидными ремнями.
Насос состоит из корпуса 19 (рис. 12) с крышкой 12 и статором 18; ротора 16 с лопастями 17, валика 2 со шкивом 1; распределительного диска 14; перепускного 15 и предохранительного 11 клапанов; бачка 5 с крышкой 7; двумя фильтрами 8 и 9 и коллектором 4.
Корпус, статор и крышка стянуты между собой четырьмя болтами. В корпусе имеется полость, куда масло через вертикальное отверстие поступает из бачка. На торце корпуса есть два овальных отверстия, по которым масло поступает к ротору. Крышка корпуса имеет расточку под распределительный диск, горизонтальное глухое отверстие, где расположены клапаны, а также вертикальный канал, которым пространство за перепускным клапаном соединено с бачком. В нижней части крышка имеет калиброванное отверстие 13, через которое масло выходит из насоса. В статоре выполнены овальное отверстие разных диаметров для прохода масла из полости корпуса к распределительному диску.
Ротор установлен на шлицах валика и имеет десять пазов, в которых размещаются полости. Пространство между двумя соседними лопастями является рабочей полостью насоса. Вал ротора вращается в корпусе на роликовом и шариковом подшипниках и уплотняется сальником. Распределительный диск направляет масло к лопастям ротора, под лопасти и от лопастей, для этого в диске имеются отверстия. Усилием пружины перепускного клапана диск прижимается к статору и ротору. Перепускной клапан ограничивает производительность насоса, предохранительный клапан ограничивает давление, развиваемое насосом.
Масляной бачок имеет сапун, плоский фильтр, который очищает масло при его заливке в бачок, и круглый фильтр, очищающий масло, возвращающееся из системы. Перед круглым фильтром есть клапан 10, который пропускает масло в бачок в случае загрязнения фильтра. На дне бочка установлен коллектор, направляющий масло в полость корпуса при открытии перепускного или предохранительного клапана. Тем самым масло в бачке предохраняется от вспенивания, и уменьшается шум от насоса.
Рис. 12. Насос гидроусилителя рулевого привода автомобиля ГАЗ-66:
1 – шкив; 2 – валик; 3 – сальник; 4 – коллектор; 5 – бачок; 6 – сапун; 7 – крышка; 8 – плоский фильтр; 9 – круглый фильтр; 10 – клапан; 11 – предохранительный клапан; 12 – крышка корпуса; 13 – калиброванное отверстие; 14 – распределительный диск; 15 – перепускной клапан; 16 – ротор; 17 – лопасть; 18 – статор; 19 – корпус
Работа насоса заключается в следующем. При вращении ротора его лопасти под действием сил инерции прижимаются к криволинейной поверхности статора. В рабочие полости насоса, совпадающие с отверстиями в корпусе и распределительном диске, поступает масло. При дальнейшем вращении ротора масло нагнетается лопастями в узкую часть пространства между статором и ротором, где создается давление. При совпадении рабочих полостей с нагнетательными отверстиями в распределительном диске масло выталкивается через эти отверстия в полость за распределительный диск, откуда по нижнему каналу уходит от насоса в систему под давлением. Одновременно масло из полости за распределительным диском поступает под лопасти ротора, усиливая их прижатие к статору. Весь рабочий процесс – всасывание и нагнетание – происходит одновременно в двух местах (отсюда название – насос двойного действия).
При повышении частоты вращения ротора масло из полости за распределительным диском не успевает пройти через узкое калиброванное отверстие, давление в этой полости возрастает, за счет чего открывается перепускной канал, и часть масла из насоса устремляется через коллектор снова во всасывающую полость корпуса, что уменьшает производительность насоса. В случае повышения давления во всей системе более 65 – 70 кгс/см2 открывается предохранительный клапан, масло также возвращается во всасывающую полость, давление в системе снижается.
Распределительное устройство (распределитель) служит для направления потока масла в полости силового цилиндра в соответствии с поворотом рулевого колеса. Распределитель золотникового типа, с реактивными камерами, установлен на переднем конце продольной рулевой тяги.
Распределитель состоит из корпуса 17 (см. рис. 10) с крышкой; золотника 4 с центральным болтом 3, манжетами 2 и 5 и опорными шайбами 1 и 16; обратного клапана 18.
Корпус имеет центральное отверстие с тремя кольцевыми проточками. Крайние проточки соединяются между собой и с отверстием, куда присоединяется трубопровод от насоса. Центральная проточка через отверстие в корпусе и шланг соединяется с бачком. В поясках корпуса между кольцевыми проточками имеются отверстия, которые через каналы и трубопроводы соединены с полостями силового цилиндра.
Золотник расположен внутри корпуса. В нем есть три кольцевых пояска и проточки между ними. Ширина поясков золотника несколько меньше ширины проточек в корпусе, так что между поясками золотника и корпуса образуются кольцевые щели. Центральный болт, на который надет золотник, ввернут в гайку 6 стакана шарнира продольной рулевой тяги. Золотник уплотняется двумя манжетами, упирающимися в опорные шайбы. Пространство между торцами золотника и манжетами называется реактивными камерами, а поверхности торцов золотника – реактивными площадками. Реактивные камеры через узкие отверстия в крайних поясках соединяются с проточками золотника и тем самым с соответствующими полостями силового цилиндра.
Обратный клапан служит для перепуска масла из одной полости силового цилиндра в другую при поворотах с неисправным насосом. Клапан установлен в канале корпуса, связанном со сливом.
Силовой цилиндр 20 (см. рис. 9) преобразует давление масла в усилие, необходимое для поворота управляемых колес. Одним концом цилиндр крепится к кронштейну, установленному на картере главной передачи переднего моста, вторым закреплен на поперечной рулевой тяге. Силовой цилиндр состоит из корпуса 1 (рис. 13) с проушиной, направляющей головки 7 с накидной гайкой 6 и контргайкой 5, поршня со штоком 2 и уплотнений. Полости силового цилиндра соединяются трубопроводами с распределителем.
Рис. 13. Силовой цилиндр усилителя автомобиля ГАЗ-66:
1 – корпус; 2 – шток с поршнем; 3 – штуцер; 4 – гайка штуцера; 5 – контргайка; 6 – гайка цилиндра; 7 – головка цилиндра; 8 – пружина уплотнения; 9 – распорная чашка; 10 – манжета; 11 – втулка; 12 – шайба; 13 – стопорное кольцо; 14 – сальник; 15 – уплотнительное кольцо
Работа рулевого управления совместно с усилителем. При движении автомобиля прямо (рис. 14, а) водитель на рулевое колесо не воздействует. Золотник 2 распределителя занимает в корпусе среднее положение. Масло от насоса поступает в крайние кольцевые проточки корпуса распределителя, через кольцевые щели проходит в среднюю проточку и дальше на слив в бачок. Масло заполняет обе полости силового цилиндра, где находится под одинаковым давлением, поэтому поршень не перемещается и, следовательно, на колеса не воздействует. Одинаковое давление в обеих реактивных камерах 8 и 9 распределителя, и это удерживает золотник в среднем положении.
Рис. 14. Схема работы рулевого управления автомобиля ГАЗ-66:
а – движение прямо; б – поворот направо; в – поворот налево; г – поворот направо с неработающим насосом; 1 – продольная рулевая тяга; 2 – золотник; 3 – сошка; 4 – насос; 5 – бачок; 6 – поперечная рулевая тяга; 7 – поршень силового цилиндра; 8, 9 – реактивные камеры; 10 – отверстие золотника; 11 – обратный клапан
При повороте рулевого колеса направо (см. рис. 14, б) усилие водителя через рулевой механизм передается на сошку 3, которая перемещается назад, увлекая за собой шаровой палец и детали шарнира продольной рулевой тяги в этом направлении. Стакан шарнира через болт перемещает за собой золотник на величину 1,5 мм. Передний поясок золотника перекрывает кольцевую щель, связывающую левую полость силового цилиндра с насосом; задний поясок расширяет кольцевую щель, связывающую правую полость силового цилиндра с насосом. Средний поясок золотника перекрывает кольцевую щель, соединяющую правую полость цилиндра со сливом, и расширяет кольцевую щель, соединяющую левую полость цилиндра со сливом.
Масло от насоса через распределитель поступает в правую полость силового цилиндра, давит на поршень 7 и перемещает его. Это движение поршня через шток передается на поперечную рулевую тягу 6 и далее на колеса. Одновременно масло из левой полости цилиндра вытесняется поршнем через распределитель на слив, в бачок. Таким образом, усилие водителя, прикладываемое к рулевому колесу, увеличивается за счет действия усилителя, что облегчает поворот управляемых колес.
При прекращении поворота рулевого колеса масло еще какое-то время продолжает поступать в силовой цилиндр, его поршень воздействует на поперечную рулевую тягу, которая через поворотные рычаги перемещает назад продольную рулевую тягу. Закрепленный на ней корпус распределителя надвигается на золотник, и последний оказывается в среднем положении. Давление масла в обеих полостях силового цилиндра выравнивается. Управляемые колеса остаются в заданном положении.
Поворот налево (см. рис. 14, в) осуществляется аналогично, но золотник смещается вперед, масло от насоса подается в правую полость силового цилиндра, а левая полость соединяется со сливом.
В случае повреждения во время движения какого-либо колеса автомобиль уводит в сторону поврежденного колеса. Чтобы удержать автомобиль, водитель поворачивает рулевое колесо в сторону, противоположную уводу, тем самым смещает золотник. Масло поступает от насоса в силовой цилиндр и помогает водителю удерживать автомобиль в нужном направлении. Таким образом, усилитель повышает безопасность движения.
Боковые толчки и удары, действующие на передние колеса, смягчаются в силовом цилиндре и не передаются на рулевое колесо.
При управлении автомобилем водитель должен «чувствовать дорогу». Это «чувство» проявляется в том, что, чем больше сопротивление повороту, тем большее усилие нужно приложить к рулевому колесу. При наличии усилителя с увеличением сопротивления повороту возрастает давление в полости силового цилиндра, такое же давление устанавливается в одной из реактивных камер распределителя (в камере 9 при повороте направо и в камере 8 при повороте налево). Это давление стремится вернуть золотник в среднее положение. Чтобы удержать золотник в смещенном положении, водителю приходится прикладывать к рулевому колесу усилие, пропорциональное давлению масла, а следовательно, сопротивлению повороту. Этим достигается «чувство дороги» у водителя.
При повороте с неработающим насосом водитель поворачивает управляемые колеса за счет своей мускульной силы. В этом случае поршень силового цилиндра выталкивает масло к крайним кольцевым проточкам корпуса распределителя, а в другой части полости силового цилиндра создается разряжение, которое передается к средней проточке корпуса. Под действием разности давлений открывается обратный шариковый клапан 11 (см. рис. 14, г), и масло переходит из одной полости силового цилиндра в другую. Длительная езда с неисправным усилителем недопустима.
В усилитель рулевого привода заправляется через бачок 1,8 л масла.
Регулировка рулевого управления. Рулевое управление необходимо регулировать, если свободный ход рулевого колеса превышает 10º при работающем усилителе или 30º при неработающем.
Чаще всего причиной повышенного свободного хода рулевого колеса является образование зазоров в шарнирах рулевых тяг. Поэтому в первую очередь необходимо устранить эти зазоры. Шарниры поперечной тяги не регулируются. Задний шарнир продольной рулевой тяги регулируется следующим образом: пробку шарнира заворачивают до отказа и отпускают на ½ – ¼ оборота, после чего пробка шплинтуется. Передний шарнир продольной рулевой тяги регулируется точно так же путем закручивания и отпускания гайки 6 (см. рис. 10), перед регулировкой этого шарнира с тяги снимают распределитель.
В рулевом механизме сначала регулируют подшипники червяка. Зазор в подшипниках обнаруживается, если при отсоединенной продольной тяге и вилке нижнего карданного шарнира рулевого вала покачать сошку рукой. Устраняется зазор в подшипниках удалением бумажных прокладок 8 (см. рис. 9) из-под нижней крышки картера. При правильной регулировке подшипников усилие на ободе рулевого колеса, необходимое для его поворота, должно быть в пределах 0,3 – 0,5 кгс, вал сошки при замере усилия должен быть снят. Необходимость регулировки зацепления червяка с роликом определяется по перемещению нижнего конца сошки при отсоединенной продольной тяге. Это перемещение должно быть не более 0,3 мм. Регулировка осуществляется при помощи рулевого винта 12. Правильность регулировки определяется по усилию на ободе рулевого колеса, которое при отсоединенной продольной тяге должно быть 1,6 – 2,2 кгс.
Навертыванием или свертыванием наконечников поперечной рулевой тяги регулируют схождение колес. Сначала регулируют левым наконечником, а если регулировка не достигает цели, то изменяют длину тяги правым наконечником, имеющим другой шаг резьбы.
Натяжение ремней привода насоса гидроусилителя производится наклоном насоса. При нажатии на один ремень с усилием 4 кгс в середине ветви прогиб должен составлять 15 – 20 мм. В случае, если наклоном насоса не обеспечивается натяжение ремней, необходимо переставить насос, а при большой вытяжке ремней – и кронштейны насоса на дополнительные отверстия в них.
Распределитель и гидроцилиндр усилителя автомобиля.
Распределитель и гидроцилиндр усилителя автомобиля ЗИЛ выполнены в одном блоке с рулевым механизмом (рис. 15).
Опорами винта 4 служат роликовый подшипник 17, установленный в крышке 16, и шариковая гайка 5, закрепленная в поршне 3. Винт может незначительно перемещаться в осевом направлении относительно поршня вследствие разности длины золотника 12 и корпуса 13. Это перемещение составляет примерно 1,1 мм в каждую сторону.
Рис. 15. Рулевой механизм с гидроусилителем автомобиля ЗИЛ-130:
а – конструкция; б – схема работы гидроусилителя; 1 – нижняя крышка; 2 – картер рулевого механизма; 3 – поршень-рейка; 4 – винт; 5 – шариковая гайка; 6 – желоб; 7 – шарик;
8 – поршневое кольцо; 9 – промежуточная крышка; 10, 14 – упорные подшипники;
11 – шариковый клапан; 12 – золотник; 13 – корпус распределителя; 15 – гайка; 16 – верхняя крышка; 17 – роликовый подшипник; 18 – боковая крышка; 19 – регулировочный винт;
20 – вал рулевой сошки; 21 – сошка; 22 – центрирующая пружина; 23 – реактивный плунжер; I – при движении автомобиля по прямой; II – при повороте направо; III – при повороте налево
На золотнике имеются три пояска, а в корпусе распределителя – три окна в виде кольцевых канавок. Золотником образуются в корпусе две камеры В и Г. Жидкость от насоса поступает по шлангу в среднее окно, а отводится от распределителя на слив от двух крайних, соединенных между собой окон через другой шланг. В каждой из шести каналов корпуса распределителя между промежуточной и верхней крышками установлено два реактивных плунжера 23. Каждая пара реактивных плунжеров разжимается центрирующей пружиной 22. Предварительное сжатие всех центрирующих пружин осуществляется при завертывании гайки 15. Внутренние полости каналов с реактивными плунжерами соединяются со средним окном корпуса. В корпусе распределителя установлен шариковый клапан 11, сообщающий напорную магистраль со сливной, когда насос усилителя не работает.
Картер 2 рулевого механизма служит гидроцилиндром усилителя. Поршень 3 делит цилиндр на две полости А и Б, каждая из которых соединена с соответствующими камерами распределителя.
При прямолинейном движении автомобиля реактивные плунжеры, находящиеся под действием сжатых пружин и давления масла, заставляют золотник 12 занять в корпусе 13 распределителя среднее положение (рис. 15, б, I). В этом положении между большими кольцами упорных подшипников и торцами корпуса распределителя будут примерно одинаковые зазоры (Т/2). Масло от насоса проходит через камеры В и Г распределителя и поступает в сливную магистраль.
При повороте, например, направо винт 4 (рис. 15, б, II) вывертывается из гайки и перемещается вместе с золотником до упора большого кольца подшипника 10 в торец корпуса. Усилие пружин, действующих на реактивные плунжеры, будут передаваться на рулевое колесо. Зазор между подшипником 14 и торцом корпуса станет максимальным Т. Камера В распределителя будет отсоединена от сливной магистрали, а камера Г – от насоса. Давление жидкости в полости А гидроцилиндра возрастет и начнет вместе с силой, передающейся на поршень, и управляемые колеса повернутся. Вместе с поршнем в осевом направлении будут перемещаться винт и золотник (обратная связь) до тех пор, пока золотник не займет в корпусе распределителя среднее положение. При этом угол поворота управляемых колес будет соответствовать углу поворота рулевого колеса. Аналогично работает усилитель при повороте управляемых колес налево (рис. 15, б, III).
Давление жидкости, действующей на реактивные плунжеры, повышается по мере увеличения сопротивления повороту управляемых колес. Вследствие этого увеличивается сила на рулевом колесе.
Для поворота управляемых колес при неработающем усилителе водитель вынужден прикладывать к рулевому колесу значительно большее усилие, которое затрачивается как на поворот управляемых колес, так и на вытеснение жидкости из одной полости гидроцилиндра в другую, через шариковый клапан 11.
Бачек и насос устроены также как у автомобиля ГАЗ.
Рис. 16. Схема компоновки рулевого управления автомобилей модели ЗИЛ-4314:
1 – рулевой механизм; 2 – насос; 3 – бачок; 4, 5 – шланги; 6 – вал рулевого колеса; 7 – карданный вал; 8 – кардан; 9 – поперечная тяга; 10 – верхний рулевой рычаг; 11 – нижний рулевой рычаг; 12 – продольная тяга; 13 – рулевая сошка
Травмобезопасные рулевые механизмы.
Травмобезопасный рулевой механизм является одним из элементов пассивной безопасности автомобиля.
Рулевой механизм может быть причиной серьезной травмы водителя при лобовом столкновении автомобиля с препятствием. Травма может быть нанесена при смятии передней части автомобиля, когда весь рулевой механизм перемещается в сторону водителя. Поэтому картер рулевого механизма необходимо располагать в таком месте, где деформация при лобовом столкновении будет наименьшей.
Водитель может получить травму также при резком перемещении вперед в результате лобового столкновения. Ремни безопасности при слабом их натяжении не предохраняют от столкновения с рулевым колесом или рулевым валом, когда перемещение вперед составляет 300 – 400 мм. Для пассажиров такое перемещение обычно не приводит к опасным последствиям.
По статистике лобовые столкновения автомобилей составляют свыше 50% всех дорожно-транспортных происшествий. Вследствие этого как международные, так и национальные правила предписывают установку на автомобилях травмобезопасных рулевых механизмов.
Существуют травмобезопасные рулевые механизмы различных конструкций. Основное требование к ним – поглощение энергии удара, а следовательно, снижения усилия, наносящего травму водителю.
Первоначально для придания рулевым механизмам травмобезопасных свойств устанавливали рулевое колесо с утопленной ступицей и с двумя спицами, что позволило значительно снизить тяжесть наносимых повреждений при ударе. В дальнейшем, кроме этого, стали устанавливать специальный энергопоглощающий элемент.
На рис. 17 приведен рулевой механизм автомобиля ВАЗ-2121. Здесь рулевой вал состоит из трех частей, связанных карданными валами. При лобовом столкновении, когда передняя часть автомобиля деформируется, рулевой вал складывается, при этом перемещение верхней части рулевого механизма внутрь салона незначительно. Перемещение рулевого механизма сопровождается некоторым поглощением энергии удара на деформацию кронштейна крепления рулевого вала.
Рис. 17. Травмобезопасный рулевой механизм автомобиля ВАЗ-2121
Особенность крепления кронштейна заключается в том, что два из четырех болтов 1 (передние) крепят кронштейн через пластинчатые шайбы, которые при ударе деформируются и проваливаются через прямоугольные отверстия кронштейна, а сам кронштейн деформируется, поворачиваясь относительно фиксированных точек крепления.
Рис. 18. Травмобезопасный рулевой механизм автомобиля ГАЗ-3102:
1 – фланец; 2 – предохранительная пластина; 3 – резиновая муфта
На автомобилях автомобиля ГАЗ-3102 энергопоглощающий элемент травмобезопасного рулевого механизма представляет собой резиновую муфту, установленную между верхней и нижней частями рулевого вала (рис. 18).
В ряде зарубежных конструкций энергопоглощающим элементом рулевого механизма служит сильфон, соединяющий рулевое колесо с рулевым валом (рис. 19, а) и сам рулевой вал, в верхней части представляющий собой перфорированную трубу (рис. 19, б). На рисунке показаны последовательно фазы деформации перфорированной трубы и максимальная деформация, которая для этой конструкции значительна.
Рис. 18. Травмобезопасный рулевой механизм автомобиля ГАЗ-3102:
а – с энергопоглощающим сильфоном; б – с перфорированным трубчатым рулевым валом
Некоторое применение нашли энергопоглощающие элементы рулевых механизмов, в которых две части рулевого вала соединяются при помощи нескольких продольных пластин, привариваемых к концам соединяемых валов и деформирующихся при ударе. Такое энергопоглощающее устройство носит название «японский фонарик».
Контрольные вопросы:
1. Назначение и принцип действия рулевого управления.
2. Что такое стабилизация колес и чем обеспечивается.
3. Конструкция рулевых механизмов:
- червячно-роликовых;
- реечных;
- винтореечных.
4. Конструкция рулевых приводов:
- схемы рулевых трапеций;
- конструкция рулевых приводов при зависимой и независимой подвесках.
5. Назначение и принцип действия гидроусилителей рулевых управлений.
6. Назначение и принцип действия электроусилителей рулевого управления.
7. Конструкция и работа рулевого управления:
- автомобилей ГАЗ повышенной проходимости;
- ЗИЛ;
- ВАЗ.
8. Устройство и работа травмобезопасных рулевых управлений.
PAGE 1