Что такое рулевая сошка. Рулевое управление автомобиля. Общие принципы работы

Даже на транспортных средствах, предназначенных для передвижения по рельсам, имеются рулевые устройства. Что же говорить про автомобиль, где рулевой механизм, учитывая необходимость практически постоянного маневра, возможное самое неожиданное и неадекватное состояние дороги, должен быть надежным и легко функциональным.

Назначение

Рулевой механизм на автомобиле представляет собой редуктор, с помощью которого небольшое усилие, приложенное водителем в кабине к баранке, увеличиваясь, передается на рулевой привод. На большегрузных автомобилях и последнее время на легковых для большего удобства управления, производители устанавливают гидроусилитель.

Исправно работающая система обязана отвечать ряду основных требований:

1. Передаточное число , которое определяет соотношение между углом поворота руля и колес, должно быть оптимальным. Недопустимо, чтобы для совершения поворота на 900 , рулевым колесом необходимо было проделать 2-3 оборота.
2. По завершении маневра, руль (баранка) должен произвольно возвращаться в нейтральное положение,
3. Допускается и предусмотрен небольшой люфт .

Классификация

В зависимости от класса автомобиля , его размеров, да и от прочих конструктивных решений конкретной модели, на сегодняшний день различают три основных типа:

• червячные;
• винтовые;
• шестеренчатые.

Рассмотрим по порядку.

Червячный

Первая схема – червячный рулевой механизм. Одна из наиболее распространенных схем – «глобоидальный червяк – ролик» – применяется в основном на автобусах и малолитражных грузовых автомобилях, на легковых автомобилях высокой проходимости и автомобилях с зависимой подвеской передних колес. Ставился он на отечественных «Жигулях» (ВАЗ 2105, 2107).

Червячный механизм хорошо переносит удары от дорожных неровностей и обеспечивает больший, чем реечный, угол поворота колес. Однако устройство этого типа довольно дорого в изготовлении и требует обязательной периодической регулировки.

Винтовой редуктор

Этот тип наиболее распространен на больших грузовых автомобилях и тяжелых автобусах. Ими также могут быть оснащены такие дорогие легковые автомобили, как «Рендж Ровер», «Мерседес» и другие. Наиболее распространенная схема выглядит так:

• винт;
• гайка (шариковая);
• рейка;
• зубчатый сектор.
• Винтовой редуктор может быть как со встроенным гидроусилителем, так и без него. Обладая теми же достоинствами, что и червячный, винтовой имеет больший КПД.

Шестеренчатый или реечный

Последний тип редуктора наиболее знаком массовому российскому автолюбителю. Он больше известен как реечный рулевой механизм из-за наличия в устройстве зубчатой горизонтальной рейки. Эта рейка посредством шестерни на валу рулевого колеса получает движение вправо или влево и через тяги поворачивает колеса. Устройство наиболее широко применяется в легковых машинах.

Устройство рулевого механизма реечного типа отличается простотой конструкции, малой массой и относительно низкой стоимостью в изготовлении. Реечный рулевой механизм включает в себя небольшое количество тяг и шарниров и при этом обладает достаточно высоким КПД. Благодаря повышенной жесткости, авто отлично слушается руля. Но по той же причине машина более чувствительна к дорожным неровностям.

Реечный рулевой механизм может устанавливаться на авто как с гидроусилителем руля , так и без такового. Однако в силу конструктивных особенностей его сложно монтировать на автомобили с зависимой передней подвеской. В силу этого область его применения ограничена лишь легковыми автомобилями с независимой подвеской передних управляемых колес.

Уход и профилактика рулевого механизма

Автомобиль – единый сложный организм. Продолжительность службы узлов и деталей в устройстве машины в целом и рулевого механизма в частности зависит от множества факторов. К ним относятся:

1. стиль вождения конкретного человека;
2. состояние автодорог;
3. своевременное прохождение ТО .

Всякий раз, загоняя машину на эстакаду или спускаясь в смотровую яму по любой причине, обратите внимание на состояние защитных резинок, рычагов и гаек рулевого механизма. Ничего не должно болтаться. Люфты в шарнирах привода легко проверить, покачивая колесо и вслушиваясь в работу сочлененных деталей.
Помните: профилактика – лучшее лечение.

Рулевое управление помогает водителю задавать нужный вектор движения транспортному средству. Благодаря ему вы можете поворачивать колеса. Главная задача механизма заключается в передаче и усилении той энергии, которую создаёт человек.

Устройство рулевого управления и принцип работы

Конструкция современного рулевого управления автомобиля состоит из трёх элементов:

• колес,
• колонки,
• привода,
• самого механизма.

Схема работы рулевого колеса не отличается особой сложностью, от водителя через колонку передаётся усилие механизму. Но этим функции данного устройства не ограничиваются. Дело в том, что через конструкцию водитель получает информации о характере покрытия. По характеру вибраций можно определить тип движения и согласно ему управлять автомобилем.

Диаметр рулевого колеса лежит в диапазоне от 380 до 425 мм. Правда, в грузовых автомобилях этот параметр немного больше. Он может доходить до 550 мм. Напротив, колесо спортивного автомобиля имеет маленький диаметр.

Колонка соединяет колесо и рулевой механизм. Данное устройство представляет собой обычный вал. Он имеет несколько шарнирных соединений. Конструкция рассчитана таким образом, чтобы при сильном фронтальном ударе происходило схлопывание. Это позволяет минимизировать возможность получения водителем травмы.

Рулевая колонка может иметь как механическое, так и электрическое регулирование. Регулировка делается по вертикали и по горизонтали. Чтобы защитить авто от угона возможна блокировка всей системы.

Задача рулевого механизма заключается в увеличении усилия, которое создаёт водитель своими руками. Его роль играет редуктор. Чаще всего на легковых машинах используется реечный механизм.

Сам механизм системы рулевого управления состоит из шестерней. Данная деталь монтируется на вал, который связывается с зубастой рейкой. Как только, происходит какое-либо движение рейка перемещается из стороны в сторону. Благодаря этому посредством рулевых тяг поворачиваются колёса.

Важно! В некоторых механизмах используется рейка с переменным шагом.

Переменный шаг в механизме рулевой рейки обеспечивает оптимальное маневрирование даже в самых сложных ситуациях. Данная деталь располагается в подрамнике. Он находится в подвеске.

Если же говорить про рулевое управление колёсами, то в некоторых моделях производители делают управляемыми все четыре колеса. Это обеспечивает повышенную устойчивость машины при езде на сложном рельефе.

Управление сразу четырьмя колёсами позволяет сделать машину более манёвренной при езде на больших скоростях. Данного результата удаётся добиться за счёт того, что каждое колесо поворачивается в нужную водителю сторону.

В механизме рулевого управления на четыре колеса интересно то, что эффекта «подруливания» можно добиться и при помощи пассивных средств. Данный эффект реализуется за счёт резинометаллических упругих элементов. Они крепятся в задней части подвески. Как только кузов кренится к боку благодаря воздействию механической нагрузки, меняется угол поворота колеса.

Рулевой привод управления обеспечивает также передачу усилия водителя, но при этом эффективно выбирает соотношение уголков поворота колёс. Ещё одна его задача — препятствовать повороту, когда подвеска находится в активном состоянии.

Устройство состоит из тяг и шарниров. Шарнир состоит из корпуса, шарового пальца, вкладышей и чехла. Чтобы с ним было удобнее работать, деталь делается в виде съёмного наконечника.

Система рулевого управления автомобилем имеет огромное количество кинематических параметров. Проще всего их представить в виде четырёх углов, на грани каждого находится:

• развал,
• схождение,
• поперечный и продольный наклон,
• плечи.

Последние в списке элементы отвечают за обкатку и стабилизацию. Задача системы рулевого управления создавать баланс между всеми элементами, так как они, по сути, противодействуют друг другу.

Усилитель руля не только позволяет уменьшить силу, которую водитель прикладывает для поворота, он помогает добиться большей точности. Дополнительно возрастает скорость отклика автомобиля на движение водителя.

Важно! Усилитель в системе рулевого управления позволяет монтировать в общую конструкцию детали, имеющие сравнительно небольшое придаточное число.

Какими бывают усилители руля

Усилитель системы рулевого управления исполняется в трёх вариациях:

• гидравлика,
• пневматика,
• электрика.

Сейчас автопроизводители используют гидравлические усилители руля. Они обеспечивают высокую точность работы всего механизма и плавность. Электрический вариант можно увидеть реже, но он также довольно распространён. В его основе лежит гидронасос, вот только он имеет электрический привод.

Если пронаблюдать за тенденциями последних лет — электрические усилители управления устанавливают всё чаще. Подобное легко объясняется особенностями конструкции данного агрегата. Крутящий момент передаётся сразу на вал. К тому же электроника предоставляет куда больше возможностей.

Одной из самых перспективных возможностей на взгляд современных автоэкспертов является автоматическое управление. Теперь можно с уверенностью утверждать, что вскоре автопилот из фантастических кинолент превратится в реальность. Уже сегодня машины могут выполнять много действий самостоятельно, как пример — парковка.

В адаптивном усилителе управления сила усиления меняется пропорционально скорости автотранспортного средства. Сейчас в большинстве систем, построенных на данном принципе применяется усилитель Servotronic.

Если же говорить об активной системе рулевого управления, то в качестве примера лучше всего взять автомобили BMW. Немецкая компания уже на протяжении долгого времени радует своих почитателей постоянными инновациями. Её вечный соперник Audi ни в чём не отстаёт. Мало того, динамическая система этой компании действительно имеет ряд неоспоримых преимуществ.

Инженеры-конструкторы Audi пошли на очень смелый ход в своё время. В их рулевом управлении придаточное число может уменьшаться и увеличиваться в зависимости от скорости машины. Тем не менее и здесь компания BMW нашла чем ответить. На заводах этой компании стали устанавливать сдвоенные планетарные редукторы.

Корпус планетарного редуктора сдвоенного типа поворачивается посредством электродвигателя. Как результат придаточное отношение, как и в моделях управления «Ауди» меняется в зависимости от скорости движения.

Сейчас наиболее перспективной технологией рулевого управления является система, в которой механическая связь отсутствует как таковая. Теперь связь между рулём и колёсами осуществляется посредством исключительно проводов. Это позволяет добиться гораздо большего быстродействия при минимальных затратах.

Внимание! Система начинает влиять на каждое колеса за счёт электропривода.

Единственное, что на данный момент сдерживает крупномасштабное производство рулевого управления, работающего посредством проводов — страх возможной аварии при отказе электрической системы. К сожалению, до сих пор нет никаких достоверных данных об исследованиях в данной отрасли.

Неполадки и неисправности

К сожалению, рулевому управлению, как и всем остальным основным механизмам автомобиля свойственны поломки. Иногда они могут возникнуть на ровном месте, но в большинстве случаев им предшествуют определённые симптомы, а также неправильная эксплуатация автомобиля.

Есть ряд факторов, которые наносят существенный ущерб системе рулевого управления автомобилем. К ним относят следующие:

• плохое дорожное покрытие,
• агрессивное вождение,
• отсутствие своевременного технического обслуживания,
• некачественный ремонт рулевого управления,
• установка неоригинальных запчастей,
• превышение срока эксплуатации устройства.

В результате действия всех этих факторов в системе рулевого управления возникают неполадки. Если это произойдёт прямо на дороге, то возможны серьёзные последствия вплоть до ДТП. Именно поэтому так важно «прислушиваться» к признакам, которые если и не помогут сразу же определить неисправность, то вызовут как минимум настороженность.

Какие бывают неисправности

Первое весомое обстоятельство, которое должно дать вам серьёзные основания для обращения в ТО — люфт при поворотах рулевого колеса. Если во внимание брать слова из учебника по правилам дорожного движения, то данный суммарный показатель не должен превышать 10 градусов. Вот только как его измерить, никаких указаний нет, фактически всё нужно делать на глаз.

Внимание! Каждый водитель знает, что система рулевого управления машиной настраивается с некоторой задержкой, проще говоря, колёса не сразу реагируют на действия водителя. Данный эффект в автомобильных кругах получил название свободный ход.

Чтобы понять, почему так происходит, рассмотрим более подробно схему системы рулевого управления. Основными её элементами являются червячок и ролик. В некоторых системах используется рейка и шестерни, но это уже детали.

В процессе эксплуатации описанные выше детали изнашиваются. Результат весьма предсказуем — угол холостого хода растёт. К счастью, данный недостаток довольно просто поддаётся ремонту. Мало того, в самой процедуре нет ничего сложного.

На червячно-роликовом узле есть винты. Достаточно их прикрутить и люфт станет гораздо меньше, а то и вовсе исчезнет. Для того чтобы узнать всё ли исправлено, или понять, нуждается ли система в исправлениях — возьмите люфтомер. Погрешность данного устройства практически нулевая.

Устройство крепится на рулевой колонке. Точнее, часть измерительного прибора в виде шкалы. Стрелка устанавливается на колесе. При желании вы можете сделать данное устройство самостоятельно. Но в таком случае за точность выводимых им данных вы же и будете нести всю ответственность.

Важно! При поворотах руля показания фиксируются. Разница между ними и есть люфт.

Распространённые неисправности

Есть ряд признаков, которые чётко указывают на определённые неисправности в рулевом управлении:

• стук во время движения — износ шарниров;
• пульсация рулевого колеса — нарушена настройка колёс;
• биение в рулевом колесе возможно при нарушении настроек колёс, износе деталей рулевых тяг или выходе из строя подшипника рулевой колонки;
• люфт больше чем 10 градусов — износ наконечников рулевых тяг.

Для каждой из этих неисправностей есть свой ремкомлект. Его можно приобрести в любом автомобильном сервисе.

Обслуживание

Чтобы описанных выше проблем не было, нужно периодически проводить обслуживание. Каждый день вы должны проверять люфт рулевого управления (можно довериться своими ощущениям, необязательно каждый раз использовать люфтометр). Также нужно следить, не происходит ли заеданий.

При первом техническом обслуживании нужно проверить сколько масла в гидроусилителе. Если возникнет необходимость — долейте его до приемлемого уровня. Картер рулевого управления также проверяется.

Важно! Нужно смазать рулевые тяги и проверить шплинтовку вместе с цапфами. Затяжка клиньев также подлежит проверке.

Второе ТО рулевого управления представляет собой сложный комплекс диагностики и действий, которые без дорогостоящего оборудования и определенных навыков не провести. Поэтому лучше всего обратиться в сервисный центр.

Итоги

Рулевое управление — это один из самых важных узлов автомобиля. За его состоянием необходимо постоянно следить. Каждый день нужно проверять наличие люфтов и при необходимости обращаться в ТО, или браться за ключ самостоятельно.

Каждый автолюбитель знает, что главное в передвижении – его безопасность, а залогом успешности данного процесса выступает исправность всех систем транспортного средства. В первую очередь, это утверждение касается тормозной системы, ведь если она неисправна, то предотвратить столкновение у Вас не получится. Однако, педаль тормоза, не единственная важная деталь. Также, на ряду с тормозной системой, безопасность движения достигается за счет рулевого управления, принцип работы которого, мы сейчас обсудим.

1. Зачем автомобилю нужен руль?

Рулевое управление автомобиля является одной из самых важных систем жизнедеятельности любого транспортного средства. Оно состоит из ряда механизмов, работа которых нацелена на движение машины в заданном водителем направлении. Как правило, в легковых автомобилях управлению поддаются колеса передней оси (кинематический способ поворота), но иногда, для лучшего контроля над машиной и более высокого уровня ее управляемости, транспортное средство делают полностью управляемым. В таком случае, водитель контролирует не только переднюю ось, но и может управлять колесами задней оси, тоесть, по отношению к заданной траектории, они могут отклоняться под определенным углом.

В конструкции рулевого управления выделяют рулевое колесо, которое соединяется с рулевым валом с помощью рулевого механизма и соответствующего привода. Иногда в систему рулевого управления включают усилитель руля – гидравлический или электрический. На самом деле, современный автомобиль сложно представить без такого дополнения. Вся работа данной системы направлена на то, что бы мы (водители) чувствовали себя максимально комфортно. Усилитель помогает человеку активно рулить, парковаться, резко поворачивать не прикладывая для этого лишних физических усилий. Кроме того, именно он не позволяет вибрации, возникающей в процессе движения, передаваться на рулевое колесо.

Весь рулевой механизм призван трансформировать силу вращения вала рулевого колеса в аналогичную силу вращения, но уже вала сошки. Тоесть, даже не используя , прикладываемое водителем усилие, значительно увеличивается, что, естественно, облегчает управление транспортным средством.

Рулевой привод являет собой систему тяг и рычагов, которые вместе с рулевым механизмом, обеспечивают поворот колес автомобиля. В результате его работы, сошка перемещает продольную тягу вперед (или назад), тем самым заставляя одно колесо поворачиваться, в то время как поворот второго обеспечивается работой рулевой трапеции (передает поворачивающий момент). Последняя, представляет из себя некий шарнирный четырехзвенник, в конструкцию которого входит балка переднего моста, поперечная рулевая тяга, правый и левый рычаг рулевой трапеции, соедененной с поворотными кулаками (на них насажены управляемые колеса).

Наличие рулевой трапеции обеспечивает поворот управляемых колес: при внутреннем - колесо поворачивается на большой угол, в то время как при внешнем повороте происходит качение колес, без существенного их скольжения. Разница углов поворота обусловлена величиной угла наклона левого и правого рычагов трапеции.

2. Профилактика рулевого управления

Что бы избежать проблем в дороге, каждый раз, перед выездом из гаража или стоянки следует осматривать свое транспортное средство на наличие поломок или несоответствий в работе систем. Одной из самых важных есть система рулевого управления, сбои в работе которой чреваты более чем серьезными неприятностями: представьте, что при движении по магистрали, вклинило и съехать с нее Вы уже не можете, как думаете, чего стоит ждать в таком случае? Одно ясно точно – ничего хорошего, а раз так, то лучше сделать все возможное для избежания подобного сценария.

На самом деле, ничего сложного здесь нет, главное своевременно проводить профилактические мероприятия. Они включают в себя и ежедневный осмотр рулевого управления транспортного средства: диагностику величины свободного хода рулевого колеса, внешний осмотр уплотненителей картера рулевого механизма (что бы предугадать вытекание смазки), а если на машине стоит гидроусилитель, то не лишним будет, также, контроль за герметичностью соединений системы и надежностью крепления гидроуселительного насоса. Не менее важной составляющей профилактического осмотра есть проверка (регулировка) воздухораспределителя, присутствующего в конструкции пневматического усилителя.

В обязательном порядке, к раме автомобиля подтягивают крепления рулевого механизма, шаровых пальцев рулевых тяг, болтов кронштейна. Чаще всего, описанные действия проводятся при первом техобслуживании транспортного средства. В дальнейшем, к ним добавляется еще и проверка крепления рулевой сошки на валу, крепление шарового пальца, промывание насосного фильтра гидроусилителя, проверка зазоров рулевого механизма. Если результаты диагностики показали, что все они выходят за пределы допустимой нормы – проводят соответствующую регулировку.

Специалисты рекомендуют через каждые 10000 километров пробега осуществлять полную проверку состояния Для ее проведения, желательно обратится к сотрудникам СТО, в противном случае, придется просить помощи у друга, так как один человек физически не сможет справиться. Все необходимые действия проводятся в следующей последовательности: автомобиль помещают на смотровую яму или эстакаду; все детали рулевого механизма очищают от загрязнений, после чего, передние колеса устанавливают в положение, соответствующее движению по прямой.

Затем, поворачивая руль в разные стороны, проверяют нет ли посторонних стуков в шарнирах, рулевом механизме и во всех соответствующих соединениях; надежно ли закреплены рулевая сошка, кронштейн маятникового рычага и картера-редуктора; отсутствует ли свободный ход в кронштейне маятникового рычага и шарнирах тяг; переместился ли по оси вал червяка.

Также, внешняя диагностика дает возможность проверить шплинтовку гаек шаровых пальцев, общее состояние защитных чехлов, и наличие масляной течи из картера рулевого механизма. Для долгой и стабильной работы всей системы рулевого управления, профилактические меры – явление обязательное, так как тщательная проверка деталей и механизмов, может предупредить более длительный и дорогостоящий ремонт. Однако, кроме профилактики, на долговечность службы составляющих рулевого управления влияет и стиль вождения. Поэтому, если Вы любитель «полихачить», то профессиональный техосмотр транспортного средства нужно проводить гораздо чаще.

3. Уязвимые места рулевого управления

Любой механизм со временем ломается, а вот длительность его исправной работы во многом зависит от характера эксплуатации: в одних случаях, детали приходится менять чаще, в других – реже. Подобное утверждение не является исключением и для системы рулевого управления. Нередко, опытный автолюбитель, наличие и характер неисправности своего автомобиля может определить на слух, руководствуясь характерными исходящими звуками.

К примеру, увеличение люфта руля и появление стуков, могут свидетельствовать об ослабленных креплениях картера, рулевой сошки или кронштейна маятникового рычага. Не исключена также возможность выхода из строя шарниров рулевых тяг, втулки или передающей пары маятникового рычага. Устранить проблему, поможет ряд нехитрых манипуляций: износившиеся детали меняют на новые, после чего проводится регулировка всех креплений и зацеплений.

В отдельных случаях, при вращении рулевого колеса чувствуется чрезмерное сопротивление, как будто кто-то крутит руль в другую сторону, мешая управлять машиной. Причиной такого явления может быть нарушение соотношения углов установки передних колес или зацепление передающей пары. Кроме того, тугое движение руля часто есть следствием отсутствия смазки в картере. В любом случае, после соответствующего осмотра необходимо устранить образовавшуюся проблему: откорректировать углы установки, долить смазку или отрегулировать зацепление.

4. Как устроено рулевое управление

Эксплуатация современных автомобилей, во многом стала возможной благодаря составляющим частям рулевого управления, которые представлены рулевым колесом и рулевой колонкой (валом); рулевым механизмом; рулевым приводом (оборудован либо усилителем, либо амортизаторами). Рулевое колесо находится в салоне транспортного средства и расположено таким образом, что б его было удобно обхватывать обоими руками. Его задачей есть изменение направления движения, как только этого захочет водитель, а также некая информационная функция: исходя, из величины усилий и характера вибраций, водитель получает необходимые данные об особенностях движения.

Размер этой детали, не отличается стандартностью, а значит диаметр руля у каждой модели машины может быть индивидуальным. В двух одинаковых ситуациях, легче поворачивать рулевое колесо большего диаметра, хотя маневренность, в этом случае, значительно снижается. В наше время, размер руля выпускаемых легковых автомобилей лежит в пределах 380-425 мм , тяжелых грузовиков и автобусов – 440-550 мм , а самыми маленькими, на сегодняшний день, признаны рулевые колеса спортивных машин.

Рулевой механизм увеличивает приложенную к рулю силу и передает ее рулевому приводу. В качестве данного устройства применяются разные виды редукторов, характеризирующиеся конкретным передаточным числом. Чаще всего, на легковых автомобилях, можно встретить реечный рулевой механизм, который включает в себя шестерню (устанавливается на валу рулевого колеса и связывается с зубчатой рейкой). Когда водитель поворачивает руль, рейка начинает перемещаться и с помощью рулевых тяг заставляет колеса вращаться. В некоторых конструкциях рулевого механизма используют рейку с переменным шагом зубьев, что, например, без особых усилий позволяет припарковать транспортное средство (увеличивается способность маневрирования).

Автопроизводители таких известных компаний как Honda, Mitsubishi, BMW, Nissan, Mazda, Toyota, Renault, снабжают отдельные легковые машины рулевым механизмом, обеспечивающем поворот всех четырех колес. Такое техническое решение, позволяет добиться более высокого уровня маневренности при перемещении на малых скоростях (передние и задние колеса повернуты в разные стороны), а также обеспечить лучшую устойчивость при движении на высокой скорости (передние и задние колеса повернуты в одну сторону).

Рулевой привод обеспечивает нужный угол поворота колес, в независимости от вертикальных перемещений подвески (согласованность действий кинематики рулевого привода и подвески). Что бы подобное явление стало возможным, конструкция рулевого привода, точнее расположение и количество его рулевых тяг (а также шарниров) зависит от вида используемой на автомобиле подвески. Самый сложный рулевой привод у транспортных средств, которые имеют несколько управляемых мостов. Для снижения уровня усилий, которые водителю необходимо приложить для поворота руля, рулевой привод оснащивается специальными усилителями. Как правило, источником их работы выступает двигатель транспортного средства. Изначально, рулевые усилители использовались лишь на грузовиках и автобусах, но сегодня они активно применяются и на легковых машинах.

Для «гашения» ударов и рывков, передающихся на руль при движении по неровной поверхности, рулевой привод может снабжаться некими гасящими элементами – амортизаторами рулевого управления. Конструкция этих деталей сходна со строением амортизаторов подвески.

Подписывайтесь на наши ленты в

Существует несколько типов рулевого механизма Вам известно, что при повороте руля поворачиваются колеса автомобиля. Но между поворотом руля и поворотом колес происходят определенные действия.

В этой статье мы рассмотрим особенности двух наиболее распространенных типов рулевого механизма: реечный рулевой механизм и рулевой механизм с шариковой гайкой. Также мы расскажем о рулевом управлении с гидроусилителем и узнаем об интересных технологиях развития систем рулевого управления, позволяющих сократить расход топлива. Но, прежде всего, мы рассмотрим, как происходит поворот. Не все так просто, как может показаться.

Поворот автомобиля

Для обеспечения плавного поворота, каждое колесо должно описать разную окружность. В связи с тем, что внутреннее колесо описывает колесо меньшего радиуса, оно совершает более крутой поворот, чем внешнее. Если провести перпендикуляр к каждому колесу, линии будут пересекаться в центральной точке поворота. Геометрия поворота заставляет внутреннее колесо поворачиваться сильнее, чем внешнее.

Существует несколько типов рулевого механизма. Наиболее распространенными являются реечный рулевой механизм и рулевой механизм с шариковой гайкой.

Реечный рулевой механизм

Ведущая шестерня сопряжена с валом рулевого механизма. Когда Вы поворачиваете руль, шестерня начинает вращаться и приводит рейку в движение. Рулевой наконечник на конце рейки соединяется с рулевой сошкой на шпинделе (см. рисунок).

Функции зубчатой рейки с шестерней заключаются в следующем:

• Она преобразует вращательное движение рулевого колеса в прямолинейное движение, необходимое для поворота колес.
• Она обеспечивает передаточное отношение для облегчения поворота колес.

Передаточное отношение рулевого механизма - это отношение градуса поворота руля к градусу поворота колес. Например, если один полный оборот руля (360 градусов) поворачивает колесо на 20 градусов, тогда передаточное отношение рулевого механизма составляет 18:1 (360 разделить на 20). Чем выше отношение, тем больше градус поворота руля. При этом, чем выше отношение, тем меньше усилий требуется приложить.

Как правило, у легких спортивных автомобилей передаточное отношение рулевого механизма ниже, чем у крупных автомобилей и грузовиков. При низком передаточном отношении у рулевого механизма более быстрый отклик, поэтому Вам не нужно с усилием крутить руль чтобы выполнить поворот. Чем меньше автомобиль, тем меньше его масса, и, даже при низком передаточном отношении, не требует прилагать дополнительное усилие для поворота.

Также существуют автомобили с переменным передаточным отношением рулевого механизма. В этом случае у зубчатой рейки с шестерней разный шаг зубьев (число зубьев на дюйм) в центре и по бокам. В результате, автомобиль реагирует на поворот руля быстрее (рейка расположена ближе к центру), а также снижается усилие при повороте руля до упора.

Реечный рулевой механизм с усилителем

Рулевой механизм с шариковой гайкой

Рулевой механизм с шариковой гайкой включает червячную передачу. Условно червячную передачу можно разделить на две части. Первая часть представляет собой металлически блок с резьбовым отверстием. Данный блок имеет зубья с наружной стороны, которые сопрягаются с шестерней, которая приводит в движение рулевую сошку (см. рисунок). Рулевое колесо соединено с резьбовым стержнем, похожим на болт, установленным в резьбовое отверстие блока. Когда рулевое колесо вращается, болт поворачивается вместе с ним. Вместо того, чтобы вкручиваться в блок, как обычные болты, этот болт закреплен так, что, когда он вращается, он приводит в движение блок, который, в свою очередь, приводит в движение червячную передачу.



Болт не соприкасается резьбой с блоком, поскольку она заполнена шарикоподшипниками, циркулирующими по механизму. Шариковые подшипники используются для двух целей: Они снижают трение и износ передачи, а также снижают загрязнение механизма. Если в рулевом механизме не будет шариков, на какое-то время зубья не будут соприкасаться друг с другом и Вы почувствуете что руль потерял жесткость.

Гидроусилитель в рулевом механизме с шариковой гайкой функционирует точно так же, как и в реечном рулевом механизме. Усиление обеспечивается подачей жидкости под высоким давлением на одну из сторон блока.

Гидроусилитель руля

Насос

При вращении лопатки выталкивают гидравлическую жидкость низкого давления из обратной магистрали в выпускное отверстие под высоким давлением. Сила потока зависит от количества оборотов двигателя автомобиля. Конструкция насоса обеспечивает необходимый напор даже на холостых оборотах. В результате, насос перемещает большее количество жидкости при работе двигателя на более высоких оборотах.

Насос имеет предохранительный клапан, обеспечивающий надлежащее давление, что особенно важно при высоких оборотах двигателя, когда подается большой объем жидкости.

Поворотный клапан

Основным компонентом поворотного клапана является торсион. Торсион представляет собой тонкий металлический стержень, который поворачивается под действием крутящего момента. Верхний конец торсиона соединен с рулевым колесом, а нижний с шестерней или червячной передачей (которая поворачивает колеса), при этом крутящий момент торсиона равен крутящему моменту, прилагаемого водителем для поворота колес. Чем выше прилагаемый крутящий момент, тем больше поворот торсиона. Входная часть вала рулевого механизма формирует внутреннюю часть поворотного клапана. Также он соединен с верхней частью торсиона. Нижняя часть торсиона соединена с внешней частью поворотного клапана. Торсион также вращает шестерню рулевого механизма, соединяясь с ведущей шестерней или червячной передачей, в зависимости от типа рулевого механизма.

При повороте торсион вращает внутреннюю часть поворотного клапана, внешняя часть при этом остается неподвижной. В связи с тем, что внутренняя часть клапана также соединена с рулевым валом (и, следовательно, с рулевым колесом), количество оборотов внутренней части клапана зависит от крутящего момента, прилагаемого водителем.

Когда руль неподвижен, обе гидравлические трубки обеспечивают равное значение давления на шестерню. Но при повороте клапана каналы открываются для подачи жидкости под высоким давлением к соответствующей трубке.

Практика показала не самую высокую эффективность такого типа усилителя рулевого управления.

Инновационные усилители руля

Фактически руль работает так же, как руль для компьютерных игр. Руль будет оснащен датчиками для подачи автомобилю сигналов о направлении движения колес и моторами, обеспечивающими отклик на действия автомобиля. Выходные данные таких датчиков будут использоваться для управления рулевым механизмом с электроприводом. В этом случае устраняется необходимость наличия рулевого вала, что увеличивает свободное пространство в моторном отсеке.

General Motors представила концепт-кар Hy-wire, на котором уже установлена такая система. Отличительной особенностью такой системы с электронным управлением от GM является то, что Вы можете сами настроить управляемость автомобиля с помощью нового компьютерного программного обеспечения без замены механических компонентов. В автомобилях с электронным управлением будущего Вы сможете подстроить систему контроля под себя нажатием лишь нескольких кнопок. Все очень просто! За последние пятьдесят лет система рулевого управления не сильно изменились. Но в следующем десятилетии наступит эпоха более экономичных автомобилей

В предыдущей стратье под названием "", мы с вами разобрались для чего нужен механизм рулевого управления в автомобиле и почему к нему придъявляются такие требования. А теперь давайте рассмотрим разновидности рулевых управлений активно устанавливаемых на современные авто.

Долгое время автомобильные конструкторы и не помышляли о сервоусилителях руля. Невысокие требования к управляемости и комфорту и небольшое пятно контакта сравнительно узких шин позволяли обходиться одной человеческой силой даже в управлении тяжелыми грузовиками. Средство для уменьшения усилия на руле было одно: сделать побольше передаточное отношение привода и диаметр баранки. А с тем, что водителю придется наяривать огромным рулем пять-шесть оборотов от отбоя до отбоя, да и точность управления будет невысокой, приходилось мириться.

Сначала усилители рулевого управления появились на тяжелой технике — карьерных самосвалах. Произошло это в конце 30-х годов, перед войной. Правда, сначала стали использовать пневмоусилители — они были несложными и запитывались от компрессора или впускного коллектора . Но гидравлика, хотя была сложнее и дороже пневматики, работала тише и точнее. На ней и остановились конструкторы легковых автомобилей. В 1951 году серийные автомобили Chrysler Crown Imperial стали впервые оснащать гидравлическими усилителями Hydraguide в качестве стандартного оборудования. А в Европе в 1954 году гидроусилителем обзавелся Citroen DS 19.

Рулевой механизм.
Механизм рулевого управления служит для увеличения и передачи на рулевой привод усилия, прилагаемого водителем к рулевому колесу. В легковых автомобилях в основном применяются рулевые механизмы червячного и реечного типа. К достоинствам механизма «червяк-ролик» относятся: низкая склонность к передаче ударов от дорожных неровностей, большие углы поворота колес, возможность передачи больших усилий. Недостатками являются большое количество тяг и шарнирных сочленений с вечно накапливающимися люфтами, «тяжелый» и малоинформативный руль. Минусы в итоге оказались весомее плюсов. На современных автомобилях такие устройства практически не применяют.

Самый распространенный на сегодняшний день - реечный рулевой механизм. Малая масса, компактность, невысокая цена, минимальное количество тяг и шарниров - все это обусловило широкое применение. Механизм «шестерня-рейка» идеально подходит для переднеприводной компоновки и , обеспечивая большую легкость и точность рулевого управления. Однако тут есть и минусы: из-за простоты конструкции любой толчок от колес передается на руль. Да и для тяжелых машин такой механизм не совсем подходит.

Рулевой привод.

Рулевой привод предназначен для передачи усилия от рулевого механизма на управляемые колеса, обеспечивая при этом их поворот на неодинаковые углы. Если оба колеса повернуты на одинаковую величину, внутреннее колесо будет скрестись по дороге (скользить боком) что будет снижать эффективность рулевого управления. Это скольжение, которое также создает дополнительный нагрев и износ колеса, может быть устранено с помощью поворота внутреннего колеса на больший угол, чем угол поворота внешнего колеса. При движении на повороте каждое из колес описывает свою окружность отличную от другой, причем внешнее (дальнее от центра поворота) колесо движется по большему радиусу, чем внутреннее. А так как центр поворота у них общий, то соответственно внутреннее колесо необходимо повернуть на больший угол, чем внешнее. Это обеспечивается конструкцией так называемой «рулевой трапеции», которая включает в себя поворотные рычаги и рулевые тяги с шарнирами. Необходимое соотношение углов поворота колес обеспечивается подбором угла наклона рулевых рычагов относительно продольной оси автомобиля и длины рулевых рычагов и поперечной тяги.

- Рулевой механизм червячного типа состоит из:
- рулевого колеса с валом,
- картера червячной пары,
- пары «червяк-ролик»,
- рулевой сошки.

В картере рулевого механизма в постоянном зацеплении находится пара «червяк-ролик». Червяк есть ни что иное, как нижний конец рулевого вала, а ролик, в свою очередь, находится на валу рулевой сошки. При вращении рулевого колеса ролик начинает перемещаться по винтовой нарезке червяка, что приводит к повороту вала рулевой сошки. Червячная пара, как и любое другое зубчатое соединение, требует смазки, и поэтому в картер рулевого механизма заливается масло, марка которого указана в инструкции к автомобилю. Результатом взаимодействия пары «червяк-ролик» является преобразование вращения рулевого колеса в поворот рулевой сошки в ту или другую сторону. А далее усилие передается на рулевой привод и от него уже на управляемые (передние) колеса. В современных автомобилях применяется безопасный рулевой вал, который может складываться или ломаться при ударе водителя о рулевое колесо во время аварии во избежание серьезного повреждения грудной клетки.

Рулевой привод, применяемый с механизмом червячного типа включает в себя:
- правую и левую боковые тяги,
- среднюю тягу,
- маятниковый рычаг,
- правый и левый поворотные рычаги колес.

Каждая рулевая тяга на своих концах имеет шарниры, для того чтобы подвижные детали рулевого привода могли свободно поворачиваться относительно друг друга и кузова в разных плоскостях.

- Рулевом механизме «шестерня - рейка».

Данный рулевой механизм усилие к колесам передает с помощью прямозубой или косозубой шестерни, установленной в подшипниках, и зубчатой рейки, перемещающейся в направляющих втулках. Для обеспечения беззазорного зацепления рейка прижимается к шестерне пружинами. Шестерня рулевого механизма соединяется валом с рулевым колесом, а рейка — с двумя поперечными тягами, которые могут крепиться в середине или по концам рейки. Данные механизмы имеют небольшое передаточное число, что дает возможность быстро поворачивать управляемые колеса в требуемое положение. Полный поворот управляемых колес из одного крайнего положения в другое осуществляется за 1,75...2,5 оборота рулевого колеса.