АВТО БЛОГ YAMAHA-VOLGA.RU

Реечное рулевое управление: Реечный рулевой механизм с усилителем

24 июля, 2019 by admin

Реечный рулевой механизм с усилителем

Есть несколько видов систем рулевого управления. Две основные – это рулевое управление с шариковой гайкой, которое в основном используется в тяжелых и грузовых автомобилях и в больших внедорожных автомобилях, и реечное рулевое управление, которое обычно используется в легковых автомобилях, небольших фургонах и внедорожных автомобилях. 

Как работает реечное рулевое управление?

В реечном рулевом управлении зубчатое зацепление преобразует вращение рулевого колеса в линейное смещение, необходимое для поворота колес. Передаточное число этого рулевого механизма облегчает поворот колес.

Рейка передачи заключена в металлическую трубку, а из нее наружу выходят оба конца рейки, соединенные с осевым шарниром. Ведущая шестерня соединяется с рулевым валом: при повороте рулевого колеса шестерня поворачивается и смещает рейку. Осевой шарнир на концах рейки соединен с наконечником рулевой тяги, прикрепленным к поворотной цапфе.

Передаточное число реечного рулевого управления

В некоторых автомобилях применяется рулевое управление с переменным передаточным числом. В реечной рулевой системе применяются различное количество зубьев на сантиметр (шаг зубьев) в середине и на концах рейки. В результате чувствительность рулевого управления выше возле крайних положений, чем в середине. Это делает автомобиль более маневренным.

Есть два основных вида реечного рулевого управления:

• Крепление по концам – рулевые тяги крепятся к концам рулевой рейки внутренними осевыми шарнирами.
• Крепление по центру – рулевые тяги крепятся к центру рулевой рейки.

Как работает реечное рулевое управление с усилителем?

Если реечное рулевое управление дополняется усилителем, конструкция немного меняется. В рейку добавляется цилиндр с поршнем в середине. По обе стороны поршня находится жидкость. При увеличении давления жидкости с одной стороны поршень перемещается, смещая рейку и помогая в рулении.

Распространенные неисправности реечного рулевого управления

Поскольку рулевая система имеет важнейшее значение для управления автомобилем, необходимо как можно быстрее определить и устранить неисправность. Типичные неисправности:

• Очень туго поворачивается рулевое колесо
  
Если поворачивать рулевое колесо становится все сложнее, это признак того, что проблема заключается в рулевой рейке либо в усилителе рулевого управления недостаточное давление. Решение может быть простым: возможно, просто необходимо добавить жидкость гидроусилителя. Однако сначала лучше проверить его исправность.
• Протечка жидкости гидроусилителя
  
Уровень жидкости гидроусилителя падает только в случае протечки. Руление становится более сложным. Это не большая проблема, но если ее долго не устранять, могут возникнуть последствия: перегрев шестерней и рейки или поломка шестерней. Рекомендуется устранить эту проблему, пока это можно сделать легко и недорого. Более подробную информацию о причинах протечек вы найдете здесь
• Скрежет при рулении
  
Такой звук могут издавать шестерни при непосредственном контакте металла по металлу. Причиной может быть недостаток смазки. Вы можете слышать этот звук при повороте налево или направо. Попросите специалиста проверить эту проблему: возможно, шестерни необходимо заменить.
• Запах горелого масла
  
Жидкость гидроусилителя пахнет горелым маслом. Поэтому если вы почувствовали этот запах во время движения, это признак того, что в системе усилителя рулевого управления присутствует перегрев.
  Лучше как можно быстрее остановиться и проверить, в чем проблема. Движение с перегретой рулевой системой может привести к пожару. 

Узнайте больше

Хотите узнать больше о рулевой системе и подвеске своего автомобиля? Посмотрите MOOG TV. Множество интересных видеороликов, полезных советов и понятных инструкций. MOOG TV – отличный способ узнать больше о своем автомобиле.

Посетите MOOG TV

Реечный рулевой механизм автомобиля.

Реечный рулевой механизм

В некоторых технических источниках информации реечные рулевые механизмы относят к шестеренным (зубчатым) рулевых механизмам, поскольку рейка является своеобразным зубчатым колесом, радиус которого бесконечно большой.
Так или иначе, этот тип рулевых механизмов в настоящее время прочно занял место в конструкциях рулевых управлений переднеприводных легковых автомобилей с независимой подвеской.

Реечные рулевые механизмы просты по конструкции и компактны, имеют высокий КПД, поэтому широко используются на легковых автомобилях. В последнее время такие механизмы применяются на грузовых автомобилях малой грузоподъемности, имеющих независимую подвеску.
Особенно удобно применение реечных рулевых механизмов в автомобилях, оснащенных независимой подвеской передних колес типа MacPherson (Макферсон), поскольку поворотный рычаг, соединяемый шаровым пальцем с поперечной тягой, при этом можно выполнить на стойке подвески, используя стойку в качестве элемента рулевого механизма.

Рабочей парой в реечном рулевом механизме является шестерня-зубчатая рейка, при нормальном профиле зубьев шестерни и рейки передаточное число механизма постоянно. Современные реечные рулевые механизмы могут иметь переменное передаточное число, что достигается нарезкой зубьев рейки специального профиля и с переменным шагом.

Повышенная чувствительность к внешним воздействиям вследствие малого трения, чувствительность к колебаниям рулевого управления вызывают необходимость установки амортизаторов или усилителей для поглощения толчков.
Устройство и принцип работы реечного рулевого механизма рассмотрим на примере переднеприводных автомобилей ВАЗ, имеющих независимую подвеску типа МакФерсон.

***

Реечный рулевой механизм автомобилей ВАЗ

На рис. 1 изображен реечный рулевой механизм автомобиля ВАЗ-2109, который состоит из картера 2, в котором на двух подшипниках

Рис. 1. Реечный рулевой механизм автомобиля ВАЗ-2109: 1 — защитный чехол; 2 — картер рулевого механизма; 3 — эластичная муфта; 4 — поворотный рычаг; 5 — рулевая тяга; 6 — роликовый подшипник; 7 — зубчатое колесо; 8 — шариковый подшипник; 9 — вал рулевого управления; 10 — рейка; 11 — упор рейки; 12 — пружина; 13 — гайка упора

При повороте вала 9, связанного с рулевым колесом, зубчатое колесо 7 перемещает рейку 10, от которой усилие передается на рулевые тяги и далее через поворотные рычаги 4, установленные на стойках передней подвески, управляемым колесам.

Аналогичную конструкцию имеют рулевые механизмы и других автомобилей ВАЗ с приводом на передние колеса.

***

Рулевое колесо и рулевая колонка

Главная страница

Дистанционное образование

Специальности

Учебные дисциплины

Олимпиады и тесты

Рулевое управление: назначение и виды

Рулевое управление служит для обеспечения движения автомобиля в заданном водителем направлении. Рулевое управление состоит из рулевого механизма и рулевого привода.

Рулевой механизм 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.

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 подвески McPherson, 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 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.

Содержание статьи

Рулевой механизм червячного типа

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.

Реечный рулевой механизм

В рулевом механизме «шестерня – рейка» усилие к колесам передается 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.

Рулевой привод состоит из двух горизонтальных тяг и поворотных рычагов телескопических стоек передней подвески. Тяги соединяются с поворотными рычагами при помощи шаровых шарниров. Поворотные рычаги приварены к стойкам передней подвески. Тяги передают усилие на поворотные рычаги телескопических стоек подвески колес и соответственно поворачивают их вправо или влево.

Основные неисправности рулевого управления

Увеличенный люфт рулевого колеса, а также стуки могут явиться следствием ослабления крепления картера рулевого механизма, рулевой сошки или кронштейна маятникового рычага, чрезмерного износа шарниров рулевых тяг или втулок маятникового рычага, износа передающей пары («червяк-ролик» или «шестерня-рейка») или нарушения регулировки ее зацепления. Для устранения неисправности следует подтянуть все крепления, отрегулировать зацепление в передающей паре, заменить изношенные детали.

Тугое вращение рулевого колеса может быть из-за неправильной регулировки зацепления в передающей паре, отсутствия смазки в картере рулевого механизма, нарушения углов установки передних колес. Для устранения неисправности необходимо отрегулировать зацепление в передающей паре рулевого механизма, проверить уровень и при необходимости долить смазку в картер, отрегулировать углы установки передних колес в соответствии с рекомендациями завода-изготовителя.

Уход за рулевым управлением

Всем известно выражение: «Лучшее лечение это – профилактика». Поэтому каждый раз, общаясь со своим автомобилем снизу (на смотровой яме или эстакаде), одним из первых дел следует проверить элементы рулевого привода и механизма. Все защитные резинки должны быть целы, гайки зашплинтованы, рычаги в шарнирах не должны болтаться, элементы рулевого управления не должны иметь механических повреждений и деформаций. Люфты в шарнирах привода легко определяются, когда помощник покачивает рулевое колесо, а вы на ощупь, по взаимному перемещению сочлененных деталей, находите неисправный узел. К счастью времена всеобщего дефицита прошли, и есть возможность приобрести качественные детали, а не те многочисленные подделки, которые выходят из строя через неделю эксплуатации, как это было в недавнем прошлом.

Решающую роль в долговечности деталей и узлов автомобиля играют стиль вождения, состояние дорог и своевременное обслуживание. Все это влияет и на срок службы деталей рулевого управления. Когда водитель постоянно дергает руль, крутит его на месте, прыгает по ямам и устраивает гонки по бездорожью – происходит интенсивный износ всех шарнирных соединений привода и деталей рулевого механизма. Если после «жесткой» поездки ваш автомобиль при движении стало уводить в сторону, то в лучшем случае вы обойдетесь регулировкой углов установки передних колес, ну а в худшем – затраты будут более ощутимы, так как придется заменить поврежденные детали. После замены любой из деталей рулевого привода или при уводе автомобиля от прямолинейного движения необходимо отрегулировать «сход-развал» передних колес. Работы по этим регулировкам следует проводить на стенде автосервиса с использованием специального оборудования.

Реечное рулевое управление

Системой реечного рулевого управления оснащена большая часть современных легковых автомобилей. В этой системе ведущая шестерня соединяется с рулевой колонкой, на которой находится руль. А в рейке сделаны прорези, входящие в зацепление с зубцами ведущей шестерни. С каждой стороны рейка соединяется с внутренним или внешним наконечниками рулевой тягой, которая, в свою очередь, соединяется с рычагом, а тот — с цапфой, на которую надето колесо с одной стороны автомобиля. При вращении руля ведущая шестерня поворачивается, перемещая рейку, которая далее перемещает рулевые тяги, поворачивающие в итоге колеса.

Золотниковый клапан реагирует на положение руля, когда водитель поворачивает или просто едет прямо вперед. Для этого рулевая колонка соединяется с одной стороны с рулем, а с другой — с ведущей шестерней. Когда руль поворачивается, начинает вращаться торсионный вал, на что соответственно реагирует ведущая шестерня и золотниковый клапан.

Реечное рулевое управление усиливается двумя основными способами. Остальные системы усиления рулевого управления, описываемые далее в этой главе, могут действовать по тем же самым принципам, но лучше понять принцип их работы, если сравнивать с реечными системами.

В гидравлических системах усиления рулевого управления применяется насос гидроусилителя рулевого управления, соединенный с двигателем приводным ремнем, надетым на шкив. Когда автомобиль набирает скорость, лопатки внутри этого насоса начинают вращаться, нагнетая рабочую жидкость усилителя рулевого управления под давлением в поршень, расположенный по центру рейки. Как показано здесь, с каждой стороны гидравлического поршня имеется отверстие, в которое поступает рабочая жидкость. В зависимости от направления, в котором поворачивается руль, эта жидкость поступает в поршень с соответствующей его стороны. В итоге поршень перемещает в заданном направлении рейку, а та — рулевые тяги и колеса соответственно.

В системах электронного усиления рулевого управления, называемых также электрическими системами усиления рулевого управления, вместо гидравлики для приведения в действие механизма рулевого управления применяются электромоторы. Управляет работой такой системы БУД. Если электронная часть системы усиления реечного рулевого управления выйдет из строя, она продолжит работать далее как система обычного реечного рулевого управления (т.е. без усилителя).

Важнейший компонент — журнал «АБС-авто»

По сравнению с большинством других составных частей автомобилей рулевое управление совершенствуется медленно. И на то есть своя причина – оно самым непосредственным образом влияет на безопасность движения. Поэтому любые нововведения по этой части требуют тщательной отработки и длительных испытаний. Однако сие совершенно не означает, что технический прогресс проходит мимо – и здесь появляются очень интересные конструкции.

Просто и надежно

Начальный этап автомобилестроения характеризовался поиском способов изменения направления движения самодвижущихся экипажей. В тот период было предложено достаточно большое количество разнообразных технических решений. Однако довольно быстро произошел естественный отбор – выбор был сделан в пользу наиболее простой и надежной конструкции. Она включала два базовых компонента: рулевой механизм и рулевой привод. Они же остаются основными и в современном рулевом управлении.

Первый из них обеспечивает увеличение усилия, прикладываемого водителем к рулевому колесу. Кстати, неоднократные попытки заменить архаичную «баранку» на что-то другое – штурвал, джойстик и т.д. (изобретатели в обязательном порядке при этом применяют прилагательное «современное») – до сих пор не привели к успеху.

Рулевой привод состоит из рычагов и тяг и непосредственно осуществляет поворот управляемых колес автомобиля при вращении руля.

Рулевые механизмы содержат трущиеся пары, в качестве которых используются червяк и ролик, червяк и сектор, винт и гайка. Широкое распространение, причем не только на коммерческих транспортных средствах, но и на легковых автомобилях, получили рулевые механизмы с винтом и гайкой на циркулирующих шариках. Их достоинством являются малые потери на трение и длительный срок службы. В данном случае вращение рулевого вала через шарики преобразуется в продольное перемещение гайки, которая за счет зубчатого зацепления на своей внешней стороне с зубчатым сектором вызывает поворот вала сошки.

Однако эта удачная конструкция постепенно сдает свои позиции и уступает пальму первенства реечному рулевому механизму. Он состоит из закрепленной на конце рулевого вала шестерни и зубчатой рейки, перемещающейся в специальных направляющих втулках и связанной с двумя внешними тягами рулевой трапеции. Реечный механизм заправлен смазкой и имеет на концах защитные резиновые гофрированные чехлы. Вращение рулевого колеса посредством шестерни вызывает поступательное перемещение рейки и связанных с ней тяг рулевой трапеции, что и обеспечивает поворот колес автомобиля. Устройство быстро и с высокой точностью передает задаваемую водителем команду управления.

По сравнению с другими рулевыми механизмами реечный получается легче и дешевле. Кроме того, для переднеприводных легковых автомобилей с их плотной упаковкой моторного отсека он еще предпочтительнее и по компоновочным соображениям. А если нарезку зубьев на рейке сделать с переменным шагом (меньшим в ее средней части и большим на краях), то появится рулевой механизм с переменным передаточным отношением, т.е. такой, у которого поворот рулевого колеса на один и тот же угол вызывает разное перемещение управляемых колес. Данное техническое решение позволяет сочетать пониженную чувствительность рулевого управления в районе нейтрального положения «баранки» с повышенной чувствительностью при ее максимальных отклонениях, что является благоприятным как при высокоскоростном движении (требует от водителя меньшего напряжения), так и при маневрировании на парковке (не надо слишком много крутить руль).

Усердный помощник

Усилие, которое необходимо приложить к «баранке» для изменения положения управляемых колес, зависит, среди прочего, от передаточного числа рулевого механизма и диаметра самого руля. Увеличение и того, и другого позволяет либо снижать требования к физическим способностям водителя, либо наращивать полную массу автомобилей. Поэтому неудивительно, что тяжелые грузовики и большие автобусы раннего этапа автомобилизации получали огромные рулевые колеса (например, у довоенного отечественного тяжеловоза ЯГ-6 его диаметр составлял 522 мм), которые приходилось долго крутить для разворота этих транспортных средств. Однако возможности наращивания данных параметров имеют свои пределы. Выходом из создавшейся ситуации стало создание усилителей рулевого управления.

Они не только существенно облегчили управление автомобилем и сняли все ограничения по полной массе транспортного средства (грузоподъемность карьерных самосвалов достигает нескольких сотен тонн), но и благотворно сказались на безопасности дорожного движения – в случае разрыва шины одного из передних колес у водителя имеется возможность удержать машину на дороге.

Усилители рулевого управления выполняются таким образом, чтобы в случае выхода их из строя сохранялась возможность управления автомобилем. Они подразделяются на пневматические, гидравлические и электрические. Первыми стали применять пневматические, которые включали воздухораспределитель, силовой пневматический цилиндр, систему рычагов и комплект воздухопроводов (или, попросту говоря, шлангов). Сжатый воздух, необходимый для их функционирования, брался от пневматической тормозной системы, т.е. данные полезные устройства предназначались только для тяжелых грузовиков с пневмотормозами (в противном случае требовалась еще установка компрессора с ресивером). У нас ими комплектовали ЯАЗ-214, ЯАЗ-219, КрАЗ-257.

Достоинствами пневмоусилителей являются простота конструкции и невысокие требования к качеству уплотнителей (в случае небольшой утечки воздуха ничего страшного не происходит). Однако сравнительно низкое давление сжатого воздуха ведет к тому, что пневмоцилиндры получаются внушительных размеров. Имеется у них и другой существенный недостаток – малое быстродействие, так что особо не погоняешь. В результате от пневмоусилителей отказались, им на смену пришли гидроусилители.

Гидравлические усилители рулевого управления компактны и бесшумны. По сравнению с предшественниками они обладают повышенным быстродействием, но при этом чувствительны к качеству уплотнителей (даже не слишком сильные утечки ведут к потере жидкости, иначе говоря, к их отказу) и требуют более тщательного технического обслуживания. По устройству гидроусилитель близок к пневмоусилителю и также содержит распределитель (естественно, гидрораспределитель) и силовой цилиндр (гидроцилиндр). Давление жидкости создает гидронасос (приводится в действие от коленчатого вала двигателя автомобиля или собственного электромотора), а сама она поступает из бачка. Само собой, все это хозяйство соединено трубопроводами. Конструктивно гидравлический усилитель может выполняться как отдельно от рулевого механизма (такой применялся на ГАЗ-13 «Чайка», начало серийного выпуска – январь 1959 года), так и объединенным с ним в единое целое (ЗИЛ-111, ноябрь 1958 года). Между прочим, отечественный автопром освоил выпуск гидроусилителей в начале 1950-х годов – сначала им стали комплектовать 25-тонные карьерные самосвалы МАЗ-525, а затем междугородние автобусы ЗИС-127.

Целая эпоха

Во второй половине прошлого века гидравлические усилители получили широчайшее распространение, причем не только на грузовиках и автобусах, но и на легковых автомобилях. Ныне их конструкция доведена до совершенства. На легковых автомобилях они применяются совместно с реечными рулевыми механизмами и механизмами типа «винт – шариковая гайка». В первом случае шток поршня гидроцилиндра и зубчатая рейка соединены друг с другом и могут перемещаться только вместе. Насос забирает жидкость из бачка и под давлением порядка 100 бар подает ее на золотниковый гидрораспределитель, который содержит торсион, установленный в разрыве рулевого вала. Когда к рулевому колесу не прикладывается вращающий момент (например, при прямолинейном движении), данный торсион находится в свободном состоянии и детали распределителя располагаются таким образом, что поступающая от насоса жидкость через распределитель сливается обратно в бачок.

Теперь пора поворачивать. Водитель начинает вращать руль, и это приводит к скручиванию торсиона, а компоненты распределителя занимают такое положение, при котором одна из полостей гидроцилиндра соединяется с насосом, а другая – со сливной магистралью. Поршень, а вместе с ним рейка и тяги рулевой трапеции приходят в движение. Их перемещение будет продолжаться до тех пор, пока торсион снова не выпрямится.

Так же действует и рулевое управление с механизмом типа «винт – шариковая гайка» и гидравлическим усилителем. Однако здесь самостоятельного гидроцилиндра как такового нет, а его функцию выполняет сам рулевой механизм. В качестве поршня выступает гайка – теперь это уже гайка-поршень.

Гидронасосы обоих описанных устройств могут приводиться во вращение через ременную передачу от двигателя автомобиля. Так оно и происходило ранее. И все работало безупречно, однако при этом большую часть времени жидкость гонялась впустую через распределитель, и на это расходовалась какая-то энергия. Сэкономить ее удалось, применив для привода насоса отдельный электромотор – он включается только тогда, когда необходимо, т.е. при маневрировании. Помимо снижения расхода топлива данное техническое решение позволяет легче компоновать моторный отсек – насос, электродвигатель и бачок с жидкостью объединяют в один модуль, который можно расположить в любом подходящем месте, хоть на корпусе самой зубчатой рейки. Не менее важно и то, что такое рулевое управление подходит для гибридомобилей, проходящих часть пути на электротяге с выключенным двигателем внутреннего сгорания.

При выборе параметров усилителя конструкторам автомобилей приходится идти на компромисс, так как при маневрировании на парковке желательно иметь максимально «легкий» руль, а при скоростном движении по автомагистрали приоритет отдается «чувству дороги», которое тем лучше, чем слабее усиление. Избежать мук творчества позволяет усилитель с переменным коэффициентом усиления. Такое устройство входит в состав рулевого управления, предлагаемого компанией ZF Lenksysteme (это совместное предприятие Robert Bosch и ZF Friedrichshafen). Оно получило фирменное название Servotronic. Управление коэффициентом усиления, причем обратно пропорциональное скорости движения, осуществляет электронный блок.

Электроника. Она добралась и до рулевого управления. А ведь есть еще и электродвигатель, приводящий гидронасос. Дальнейшие действия напрашиваются сами собой – выбросить все гидравлическое и заставить электромотор напрямую «толкать» колеса. При этом сразу отпадут все проблемы, связанные с утечками, правда, появятся новые из-за электрических контактов. Но плюсов все равно будет больше. Так и поступили, и получили электроусилитель.

Блестящие перспективы

Несмотря на то что электрические усилители рулевого управления появились сравнительно недавно, уже создано огромное количество различных их вариантов. Столь пристальное внимание к ним объясняется целым рядом достоинств, присущих данным устройствам. Они экологичны, экономичны, компактны, технологичны (их легко монтировать при сборке автомобиля на конвейере), недороги (доступны для применения на бюджетных моделях). Этот список можно продолжить – электроусилители позволяют легко реализовывать сложные алгоритмы изменения коэффициента усиления (включающие координацию с действиями системы динамической стабилизации), настраивать его параметры в соответствии со вкусами водителя, служить исполнительным механизмом системы автоматической парковки.

Основными компонентами электрических усилителей рулевого управления являются датчик крутящего момента (прикладываемого водителем к рулевому колесу), электронный блок управления и электродвигатель (исполнительный механизм). Датчик содержит уже знакомый торсион, встраиваемый в разрыв рулевого вала, и задача определения момента сводится к измерению угла скручивания торсиона. Электромотор может устанавливаться или на рулевом валу, или непосредственно на рейке. Каждый из вариантов имеет свои плюсы и минусы. Между прочим, многовариантность устройства также является его достоинством, так как развязывает руки конструкторам при компоновке автомобиля.

Ранние образцы электроусилителей имели пониженное быстродействие из-за ограниченной мощности электродвигателей и по этому показателю уступали гидроусилителям, но благодаря более низкой стоимости находили применение на недорогих моделях, а в автомобилях премиум-класса продолжали использовать гидравлику. Однако в новейших разработках этот недостаток практически устранен, и можно предположить, что, по крайней мере, в легковых автомобилях по рассматриваемой теме скоро установится царство электричества.

Вершину совершенства среди рулевых управлений занимает активное устройство. Оно способно самостоятельно поворачивать колеса, хотя и в ограниченных пределах. Первым в 2003 году его применила компания BMW, а поставщиком данного изделия является ZF Lenksysteme. В основе – планетарная передача, благодаря которой вращение шестерни рулевого механизма может осуществлять или водитель, или специальный электродвигатель, или оба одновременно. В последнем случае в зависимости от совпадения или несовпадения направлений вращения угол поворота колес автомобиля получается больше или меньше задаваемого человеком.

В активном рулевом управлении легко реализуется переменное передаточное отношение, а взаимодействие его с другими системами автомобиля позволяет при торможении на неоднородных покрытиях типа «микст», когда транспортное средство стремится к разворачиванию в сторону поверхности с большим коэффициентом сцепления, сохранять прямолинейность движения. Кроме того, оно является одним из исполнительных механизмов (наряду с двигателем и тормозами) системы динамической стабилизации.

Базой для создания таких замечательных устройств служат обычные рулевые управления, как с гидравлическим усилителем, так и с электрическим. А вместо планетарной передачи подходит и волновая (с 1960-х годов применяется в космической технике, для которой она и создавалась). Последняя разработка компании ZF Lenksysteme как раз содержит и волновую передачу, и электроусилитель.

Поиск дальнейших путей совершенствования рулевых управлений продолжается. И новых идей предостаточно. Однако всем им предстоит пройти длительные и суровые проверки на опытных образцах, и только затем лучшие из них станут основой серийных изделий. В этом деле предпочтительнее перестраховаться, чем проявлять беспечность.

В статье использованы иллюстрации компании ZF Lenksysteme

• Геннадий Дунин

Рулевое управление автомобиля | Автомобильный справочник

Рулевое управление автомобиля, это система управления направлением движения с помощью рулевого колеса. Рулевое управление представляет собой совокупность узлов и механизмов, предназначенных для синхронизации положения рулевого колеса и угла поворота управляемых колес. Вот о том, из каких узлов состоит современное рулевое управление автомобиля, мы и поговорим в этой статье.

Системы рулевого управления можно класси­фицировать следующим образом:

Необходимые усилия рулевого управления генерируются исключительно мускульной энергией водителя. Эти системы рулевого управления в настоящее время используются в самых маленьких легковых автомобилях.

Усилия рулевого управления генерируются му­скульной энергией водителя и вспомогательной силой, реализуемой гидравлически и в послед­нее время все чаще электрически. Эта система рулевого управления в настоящее время ис­пользуется в легковых и грузовых автомобилях.

Усилия рулевого управления генерируются исключительно не мускульной (внешней) энергией (например, в машинах).

Усилия рулевого управления создаются си­лами, воздействующими на контактное пятно шины. Примером такой системы могут слу­жить поддерживающие мосты в грузовиках. Передача рулевых и вспомогательных сил происходит механически, гидравлически или электрически либо сочетаниями этих трех компонентов.

Система рулевого управления преобразует соз­даваемые водителем вращательные движения рулевого колеса в изменение угла поворота управляемых колес автомобиля. Конструкция и схема системы призваны обеспечить удобное и безопасное рулевое управление автомобиля во всех ситуациях и на всех скоростях. Вся си­стема рулевого управления, от рулевого колеса и до управляемых колес, должна в этих целях обладать следующими свойствами.

Передача инициируемых водителем руля­щих движений на рулевом колесе без люфта особенно важна при движении по прямой. Это гарантирует безопасное, неутомительное для водителя управление автомобилем, пре­жде всего на средних и высоких скоростях.

Поэтому рулевой механизм должен быть очень жестким. Это необходимо для обеспе­чения точной управляемости и преодоления отклонения от заданного угла поворота ру­левого колеса под действием изменяющихся возвратных сил, возникающих, например, при изменении бокового ускорения.

Слабое трение в рулевом механизме по­зволяет водителю получать через реактивные силы тактильную обратную связь, дающую информацию о коэффициенте сцепления между дорогой и шинами. Слабое трение также помогает колесам выровняться для движения по прямой. В системах рулевого управления с мускульной энергией слабое трение обеспечивает небольшие движущие силы. В системах рулевого управления с усилителем оно повышает эффективность управления.

Кинематические параметры рулевого управления и конструкция управляемой оси автомобиля должны быть такими, чтобы во­дитель мог чувствовать величину сцепления между шинами и дорогой.

Требованиями к функционированию системы рулевого управления являются:

Легкое, безопасное рулевое управление автомобилем. Сюда, к примеру, относится тенденция рулевого управления автоматиче­ски возвращаться в положение прямолиней­ного движения при отпускании руля.

Максимально возможное демпфирование колебаний, передаваемых от колес автомо­биля на рулевое колесо при движении по не­ровным дорогам. Но этот процесс не должен приводить к потере обратной связи в рулевом управлении.

Достаточно жесткая схема всех компонен­тов рулевого механизма означает, что даже малые инициируемые водителем рулевые движения преобразуются в изменение на­правления управляемых колес, обеспечивая безопасную и точную управляемость авто­мобиля.

Угол поворота рулевого колеса от упора до упора по соображениям комфорта дол­жен быть как можно меньше при парковке и движении с небольшой скоростью. Однако на средних и высоких скоростях рулевое управ­ление не должно быть столь чувствительным.

Требования законодательства, предъявляе­мые к системам рулевого управления автомо­билей, описаны в международных правилах ECE-R79. К этим требованиям, наряду с базовыми функциональными требованиями, относятся максимально допустимые управ­ляющие силы для исправной и неисправной систем рулевого управления. Эти требования регламентируют прежде всего поведение ав­томобиля и рулевого управления при въезде на круг и выезде с круга. Для автомобилей всех категорий: после отпускания рулевого колеса при движении автомобиля по окруж­ности на скорости 10 км/ч, радиус поворота автомобиля должен увеличиться или как ми­нимум остаться тем же.

Для автомобилей категории М1 (легко­вые автомобили с числом посадочных мест до 8): когда автомобиль в тангенциальном направлении выезжает из круга с радиусом 50 м на скорости 50 км/ч, в системе рулевого управления не должно возникать никаких не­обычных вибраций. В автомобилях категорий М2, М3, N1, N2 и N3 это поведение должно демонстрироваться на скорости 40 км/ч или, если это значение не достигается, то на мак­симальной скорости.

Это поведение также предписывается в случае неисправности у автомобилей с гидро- или электроусилителем рулевого управления. У автомобилей категории М1 это должно быть возможно в случае отказа сер­вопривода рулевого управления для въезда со скоростью 10 км/ч в течение 4 секунд в круг радиусом 20 м. Управляющее усилие на рулевом колесе не должно превышать 30 даН (табл. «Нормы рабочих усилий в системе рулевого управления» ).

Требования к системе рулевого управления дали развитие прежде всего двум фундаментальным типам рулевых механизмов. Оба типа можно использовать в системах с чисто мускульной энергией или (в сочетании с со­ответствующими сервосистемами) в систе­мах с усилителем рулевого управления.

В принципе, как следует из названия, рееч­ный рулевой механизм состоит из шестерни и зубчатой рейки (рис. «Реечный рулевой механизм» ). Передаточное отно­шение механизма определяется отношением числа оборотов шестерни, равного числу оборотов рулевого колеса, к перемещению рейки.

В качестве альтернативы постоянному передаточному числу рейки на рейке за счет соответствующей нарезке зубьев имеется возможность изменять это число в зависи­мости от длины хода. Таким образом, устой­чивость при движении автомобиля по прямой можно улучшить посредством непрямого передаточного числа вокруг центра рулевого управления. В то же время, это возможно с реализацией прямого передаточного числа в диапазоне средних и больших углов поворота (например, при парковке) для уменьшения необходимого угла поворота при повороте рулевого колеса от упора до упора.

Повышение эффективности рулевого управления с зубчатой рейкой означает, что рулевой механизм с шариковой гайкой прак­тически больше не используется в легковых автомобилях.

Увеличение размеров и массы автомобилей и повышение требований к комфорту и безопас­ности в последние годы привело к тому, что рулевое управление с усилителем появилось на всех категориях легковых автомобилей, вплоть до компактных. Эти системы, за редким исключением, устанавливаются в базовой ком­плектации. Усилия водителя по рулению поддер­живаются гидравлической или электрической сервосистемой. Эта сервосистема должна быть такой, чтобы водитель постоянно получал чет­кую обратную связь о сцеплении шин с дорогой, и чтобы эффективно гасились негативные воз­действия, вызываемые неровностями дороги.

Сочетание механической конструкции руле­вого механизма с гидравлической сервосисте­мой привело к созданию реечного рулевого механизма с усилителем (рис. «Схема системы рулевого управления с усилителем» ) и рулевой механизм с шариковой гайкой с усилителем.

Служит для нагнетания в силовой цилиндр ги­дравлической жидкости под таким давлением, которое соответствует углу поворота рулевого колеса (рис. «Принцип действия управляющего клапана рулевого управления с гидроусилителем» ). Упругий датчик крутящего мо­мента, обычно торсион («Схема системы рулевого управления с усилителем» ) обеспечивает преобразование момента на рулевом колесе при отсутствии люфта в пропорциональное этому моменту прецизионное управляющее перемещение золотника. Перемещение золот­ника вызывается поворотным скольжением относительно управляющей втулки. Каналы золотника, которые выполнены в форме паза, в результате управляющего перемещения об­разуют отверстия соответствующего попереч­ного сечения для пропуска жидкости.

Распределительные клапаны обычно рабо­тают в соответствии с так называемым прин­ципом «открытого центра», т.е. когда распре­делительный клапан не действует, жидкость, подаваемая насосом, перепускается обратно в бачок при нулевом давлении.

Растущие требования к удобству и безопасно­сти привели к появлению управляемых систем рулевого управления с усилителем.

Определенные характеристики усилителя рулевого управления позволяют поворачивать рулевое колесо с минимальным усилием при стоящем автомобиле или вовремя его движе­ния с небольшой скоростью. Степень усиления снижается с повышением скорости движения. Таким образом, при движении с высокими ско­ростями обеспечивается возможность управ­ления поворотами автомобиля в оптимальном режиме.

При такой системе важно, что давление и расход гидравлической жидкости никогда не снижаются и поэтому эти параметры могут быть немедленно востребованы в критических ситуа­циях управления.

Силовой цилиндр двойного действия преоб­разует давление гидравлической жидкости во вспомогательное усилие, воздействующее на рейку и усиливающее воздействие водителя на рулевое колесо. Этот цилиндр обычно размеща­ется внутри картера рулевого механизма и харак­теризуется низким трением. Поскольку цилиндр должен иметь крайне низкое трение, то особо высокие требования предъявляются к поршню и уплотнениям штока.

Подача жидкости осуществляется насосом (обычно приводимым от двигателя автомо­биля), который соединен с бачком посредством шлангов и трубок. Насос должен быть рассчитан на нагнетание необходимого давления и объема гидравлической жидкости для выполнения пар­ковки даже на холостых оборотах двигателя.

Для защиты от перегрузок в системе рулевого управления требуется клапан ограничения дав­ления. Этот клапан обычно встраивается в насос. Конструкция насоса должна обеспечивать такой режим работы, чтобы рабочая температура ги­дравлической жидкости не поднималась выше предельного уровня, отсутствовал шум при ра­боте насоса и не образовывалась пена в исполь­зуемой жидкости.

Насос для усиления рулевого управления мо­жет также иметь привод от электродвигателя. Здесь обычно используется шестеренчатый или роторный насос. Из-за ограниченной мощности электрической системы автомобиля эти системы используются в основном в автомобилях классов А и В. Поскольку необходимость в ременном при­воде от ДВС отпадает, то насос можно устанав­ливать произвольно, что благоприятствует мо­дульной конструкции автомобиля. Управляющая электроника и анализ сигналов, например, скоро­сти автомобиля и скорости руления, позволяют адаптировать частоту вращения вала насоса к те­кущему энергопотреблению рулевого управления и ситуации на дороге в целях экономии энергии.

Системы рулевого управления с электроме­ханическим усилителем также используются в легковых автомобилях среднего и малого классов. Такие системы имеют электродви­гатель, работающий от бортовой сети. Меха­ническое соединение электродвигателя и ру­левого механизма может быть реализовано в виде рулевой колонки и привода. Система состоит из следующих компонентов (рис. «Схема рулевого управления с электроусилителем» ):

• Рулевая колонка, соединяющая шесте­ренку рулевого механизма с рулевым ко­лесом автомобиля;
• Шестерня, преобразующая вращательное рулевое движение в линейное перемеще­ние зубчатой рейки;
• Зубчатая рейка, соединенная с колесами через тяги и рычаги;
• Датчики, регистрирующие информацию для вычисления необходимого дополни­тельного крутящего момента на шестерне;
• Серво-блок, состоящий из ЭБУ и сервод­вигателя (электродвигателя), генерирую­щего дополнительный крутящий момент на шестерне.

Когда водитель поворачивает рулевое ко­лесо, датчик регистрирует прилагаемый кру­тящий момент и отправляет эту информацию в виде электрического сигнала (аналогового или цифрового) на ЭБУ. ЭБУ вычисляет до­полнительный крутящий момент и на основа­нии вычисленного значения активирует сер­водвигатель. В настоящее время в качестве серводвигателей используются коллектор­ные или бесщеточные электродвигатели по­стоянного тока или трехфазные асинхронные двигатели. В зависимости от необходимых характеристик рулевого управления созда­ваемый этими электродвигателями крутящий момент составляет 3-6 Н-м.

Направление вращения двигателя зависит от направления вращения рулевого колеса. Возвратное движение рулевого колеса также может быть усилено. Это происходит, когда водитель выходит из поворота. В этой ситуа­ции серводвигатель создает крутящий момент, поддерживающий обратное вращение руле­вого колеса в положение движения по прямой.

Серводвигатель передает этот поддер­живающий крутящий момент через чер­вячную передачу или механизм типа «винт- шариковая гайка-сектор». В зависимости от варианта рулевого управления он передается на рулевую колонку, шестерню и зубчатую рейку реечного механизма.

Управляющая электроника учитывает раз­личные сигналы и параметры, например, скорость движения, угол поворота рулевого колеса, крутящий момент на рулевой ко­лонке и скорость руления. С помощью дру­гих расположенных в автомобиле датчиков и благодаря объединению в сеть ЭБУ руле­вого управления с другими ЭБУ, эту систему рулевого управления можно использовать для реализации вспомогательных функций, повышающих комфорт и безопасность дви­жения.

Ориентированное на потребности управ­ление электродвигателем позволяет достичь значительной экономии топлива, в среднем на 0,3 л /100 км по сравнению с гидроусили­телем, насос которого приводится в действие от ДВС. В городском цикле экономия топлива возрастает до 0,7 л /100 км.

В случае сбоя энергоснабжения или уси­ления рулевого управления водитель может продолжить руление чисто механически, но с большими мускульными затратами.

Угловое наложение, не зависящее от за­даваемого водителем угла поворота рулевого колеса, в настоящее время реализуется двумя техническими решениями.

Двойной планетарный механизм с различ­ными передаточными числами встроен в об­щее водило планетарной передачи в рулевом механизме (рис. «Планетарный механизм, рулевое управление с наложением» ). Это означает постоянное наличие механической связи между рулевым колесом и управляемыми колесами.

Разные передаточные числа означают, что при пово­роте водила планетарной передачи задается дополнительный угол поворота. Угол зада­ется электродвигателем, вращающим чер­вячное колесо-водило планетарной передачи.

В пассивном состоянии электродвигатель блокируется электромеханической блоки­ровкой, обеспечивая прямой механический сквозной привод для рулящего движения.

ЭБУ рулевого управления с наложением угла поворота проверяет правдоподобность необходимой информации датчика и ана­лизирует. Он вычисляет заданный угол для электродвигателя и через встроенный задаю­щий каскад генерирует сигналы широтно-им­пульсной модуляции для активации электро­двигателя, который представляет собой бесщеточный электродвигатель постоянного тока со встроенным датчиком положения ротора. Максимальный ток электродвига­теля составляет 40 А при напряжении бор­товой сети 12 В. Датчик положения ротора позволяет блоку управления регулировать электронную коммутацию и, соответственно, направление вращения ротора. Он также вы­числяет и проверяет суммарный заданный дополнительный угол поворота с помощью алгоритма суммирования в программном обеспечении блока управления.

Эффективный угол поворота, сумма угла поворота рулевого колеса и наложенного угла поворота электродвигателя вычисля­ются блоком управления и передаются по ав­томобильной шине связи на соответствую­щие ЭБУ.

Заданное значение эффективного угла по­ворота, формируемое в ЭБУ рулевого управ­ления с наложением угла поворота состоит из частичного заданного значения для ком­фортабельности рулевого управления и ча­стичного заданного значения для стабилиза­ции автомобиля. Сигналы, необходимые для вычисления этих переменных, считываются блоком управления по шине CAN.

Частичное заданное значение для комфор­табельности рулевого управления представ­ляет собой зависимое от скорости движения переменное передаточное отношение руле­вого управления. Это значение вычисляется из скорости движения автомобиля и угла поворота рулевого колеса. Когда автомо­биль неподвижен или движется с небольшой скоростью, к задаваемому водителем углу поворота добавляется определенный угол. Это делает передаточное отношение более чувствительным. Водитель может полно­стью повернуть колеса менее чем за один полный оборот рулевого колеса. Этот доба­вочный угол поворота непрерывно уменьша­ется с ростом скорости движения. Начиная со скорости порядка 80-90 км/ч из задавае­мого водителем угла поворота вычитается определенный угол, и рулевое управление становится менее чувствительным. Это обе­спечивает устойчивость автомобиля при движении по прямой на высокой скорости и в то же время предотвращает потерю управления над автомобилем из-за слишком резкого руления.

Для вычисления частичного заданного значения для стабилизации автомобиля — в дополнение к углу поворота и скорости движения — перемещение автомобиля из­меряется с помощью датчиков угловой ско­рости поворота вокруг вертикальной оси и бокового ускорения. В системе рулевого управления с наложением используются датчики системы курсовой устойчивости. Как же, как и ESP, запускаемая в ЭБУ вычис­лительная модель рассчитывает эталонное движение автомобиля. В случае отклонения фактического движения автомобиля от эта­лонного активируется рулевое управление для стабилизации автомобиля. Обе системы непрерывно обмениваются информацией, чтобы эффект взаимодействия контроллеров ESP и системы рулевого управления с нало­жением угла поворота был оптимальным.

Все используемые внутренние и внешние сигналы непрерывно контролируются бло­ком управления, проверяется их правдопо­добность. Если сигнал датчика больше не ка­жется правдоподобным, то дополнительная функция рулевого управления, на базе ко­торой работает датчик, деактивируется. На­пример, при отказе датчика поворота автомо­биля вокруг вертикальной оси отключается измерение угла поворота автомобиля вокруг вертикальной оси системы рулевого управле­ния с наложением угла поворота. Переменное передаточное отношение остается активным.

Если безопасная активация электродвига­теля больше невозможна из-за сбоя, то си­стема полностью выключается, и обеспечи­вается непосредственный сквозной привод рулевого механизма от рулевого колеса пу­тем самоторможения шестеренчатой ступени и электромеханической блокировки. Этот переход на аварийный режим также активи­руется при остановке ДВС или отключении электропитания, что позволяет, к примеру, отбуксировать автомобиль.

Гидростатические системы рулевого управ­ления представляют собой системы рулевого управления с гидроусилителем. Рулящее усилие водителя гидравлически усиливается и исключительно гидравлически передается на управляемые колеса. Поскольку механи­ческая связь отсутствует, то максимально допустимая скорость ограничивается регио­нальным законодательством. В Германии она составляет 25 км/ч. В зависимости от кон­фигурации системы и свойств аварийного рулевого управления возможно увеличение скорости до 62 км/ч. Поэтому использование этих систем ограничивается спецтехникой.

Грузовые автомобили обычно оснащаются ру­левым управлением с шариковой гайкой (рис. «Рулевой механизм с шариковой гайкой с усилителем» ). Управляющий клапан встроен в рулевой механизм и вместе с червячной передачей об­разует единый блок. Вращающее движение рулевого колеса передается по бесконечной цепи рециркулирующих шариков на шарико­вую гайку. Короткие зубья на шариковой гайке входят в зацепление с зубьями сектора. Созда­ваемое вращательное движение сектора через рулевой рычаг передается на рулевой привод управляемых колес.

Сервоусилие прилагается так же, как и в ре­ечном рулевом механизме с усилителем — по­воротным золотниковым клапаном. Рабочий цилиндр образуется уплотняющей поверх­ностью между корпусом шариковой гайки и рулевым блоком. Поскольку снаружи корпуса не требуется дополнительных трубопроводов, создается прочный и компактный рулевой блок с высокой выходной мощностью.

Двухконтурные системы обычно прини­мают форму рулевого управления с шари­ковой гайкой с усилителем со встроенным вторым клапаном рулевого управления. Этот второй клапан управляет дополнительно установленным рабочим цилиндром и обе­спечивает дублирование существующей сер­восистемы в рулевом управлении с шарико­вой гайкой.

РЕКОМЕНДУЮ ЕЩЁ ПОЧИТАТЬ:

Nissan Primera | Реечное рулевое управление

Реечное рулевое управление

Снятие и установка

Место крепления рулевого управления без гидроусилителя

На иллюстрации выше показано, как механическое рулевое управление установлено в автомобиле. Снятие и установка осуществляются на основании этой иллюстрации:

Ремонт рулевого управления

Разборка рулевого механизма не рекомендуется, так как в большинстве случаев должна быть заменена зубчатая рейка и/или картер зубчатой рейки, если есть предположение, что рулевой механизм разбит. Так как обе детали являются основными элементами рулевого механизма, лучше установите новый рулевой механизм. Замените можно обе рулевые тяги. Для этого рулевой механизм следует снять. На иллюстрации ниже изображены относящиеся к этому детали.

Детали рулевой тяги на одной стороне

Реечное рулевое управление — как работает рулевое управление автомобиля

Реечное рулевое управление быстро становится наиболее распространенным типом рулевого управления на легковых автомобилях, небольших грузовиках и внедорожниках. На самом деле это довольно простой механизм. Зубчатая передача с реечной передачей заключена в металлическую трубу, причем каждый конец рейки выступает из трубы. Стержень, называемый стяжкой , соединяется с каждым концом стойки.

Шестерня прикреплена к рулевому валу .При повороте руля шестерня крутится, сдвигая рейку. Тяга на каждом конце рейки соединяется с рулевым рычагом на шпинделе (см. Схему выше).

Реечная передача выполняет две функции:

• Она преобразует вращательное движение рулевого колеса в линейное движение, необходимое для поворота колес.
• Обеспечивает понижающую передачу, что облегчает поворот колес.

На большинстве автомобилей требуется от трех до четырех полных оборотов рулевого колеса, чтобы колеса повернулись от упора к упору (от крайнего левого угла к крайнему правому).

Передаточное отношение — это отношение угла поворота рулевого колеса к углу поворота колес. Например, если один полный оборот (360 градусов) рулевого колеса приводит к тому, что колеса автомобиля поворачиваются на 20 градусов, то передаточное число рулевого управления равно 360, разделенному на 20, или 18: 1. Более высокое передаточное число означает, что вам нужно больше поворачивать рулевое колесо, чтобы колеса повернули на заданное расстояние. Однако требуется меньше усилий из-за более высокого передаточного числа.

Как правило, более легкие и спортивные автомобили имеют меньшее передаточное число рулевого управления, чем более крупные автомобили и грузовики.Более низкое передаточное число обеспечивает более быструю реакцию рулевого управления — вам не нужно так сильно поворачивать рулевое колесо, чтобы колеса повернули на заданное расстояние — что является желательной чертой для спортивных автомобилей. Эти автомобили меньшего размера достаточно легкие, поэтому даже при более низком передаточном числе усилие, необходимое для поворота рулевого колеса, не является чрезмерным.

Некоторые автомобили имеют рулевое управление с переменным передаточным числом , в котором используется зубчатая передача с реечной передачей, имеющая другой шаг зубьев (количество зубьев на дюйм) в центре, чем снаружи.Это заставляет автомобиль быстро реагировать при начале поворота (стойка находится ближе к центру), а также снижает усилие вблизи пределов поворота колеса.

Реечная рейка

Когда реечная рейка находится в системе рулевого управления с гидроусилителем, рейка имеет немного другую конструкцию.

Часть стойки содержит цилиндр с поршнем посередине. Поршень соединен со стойкой. Есть два порта для жидкости, по одному с каждой стороны поршня. Подача жидкости под более высоким давлением к одной стороне поршня заставляет поршень двигаться, который, в свою очередь, перемещает рейку, обеспечивая усиление.

Мы проверим компоненты, обеспечивающие жидкость под высоким давлением, а также решим, с какой стороны стойки ее подавать, позже в статье. Во-первых, давайте взглянем на другой тип рулевого управления.

Реечная система с гидроусилителем

Несмотря на то, что на рынке используется несколько типов систем рулевого управления, два основных из них — это рулевое управление с рециркуляцией шариков, которое в основном используется для тяжелых автомобилей, грузовиков и больших внедорожников, а также реечное рулевое управление, которое обычно встречается на легковых автомобилях. грузовики и внедорожники.

Как работает реечное рулевое управление?

Реечное рулевое управление использует зубчатую передачу для преобразования кругового движения рулевого колеса в линейное движение, необходимое для поворота колес. Он также обеспечивает пониженную передачу, поэтому колеса легче поворачивать.

Он работает путем заключения зубчатой ​​рейки и шестерни в металлическую трубку, причем каждый конец рейки выступает из трубки и соединен с осевым стержнем. Ведущая шестерня прикреплена к рулевому валу так, что при повороте рулевого колеса шестерня вращается, перемещая рейку.Осевой стержень на каждом конце стойки соединяется с концом рулевой тяги, который прикреплен к шпинделю.

Реечное передаточное число

Большинству автомобилей требуется от трех до четырех полных оборотов рулевого колеса от упора до упора (от крайнего правого к крайнему левому). Передаточное отношение рулевого управления показывает, насколько повернуть рулевое колесо, чтобы колеса повернулись на определенную величину. Более высокое передаточное число означает, что вам нужно больше поворачивать рулевое колесо, чтобы повернуть колеса на определенную величину, а более низкие передаточные числа обеспечивают более быструю реакцию рулевого управления.

В некоторых автомобилях используется рулевое управление с переменным передаточным числом. В этой реечной системе рулевого управления используется другое количество зубьев на см (шаг зуба) в центре, чем на концах. В результате рулевое управление более чувствительно, когда оно повернуто в сторону блокировки, чем когда оно находится близко к своему центральному положению, что делает автомобиль более маневренным.

Существует два основных типа реечной системы рулевого управления:

• Торцевой отбор — тяги крепятся к концу рулевой рейки через внутренние осевые тяги.
• Центр взлета — болты прикрепляют рулевые тяги к центру рулевой рейки.

Как реечное рулевое управление работает с гидроусилителем?

При подключении реечной системы к системе рулевого управления с гидроусилителем конструкция незначительно меняется. В стойку помещается цилиндр с поршнем посередине. По обеим сторонам поршня находится жидкость. Когда давление оказывается на жидкость с одной стороны поршня, это заставляет поршень двигаться, что поворачивает рейку и помогает рулевому управлению.

Распространенные проблемы рулевого управления с реечной передачей

Поскольку рулевое управление необходимо для управления автомобилем, важно как можно быстрее диагностировать и устранять любые проблемы с рулевым управлением. Типичные проблемы с рулевым управлением включают:

• Очень тугое рулевое колесо
  Если рулевое колесо поворачивать становится все труднее, это признак того, что, вероятно, проблема связана либо с рулевой рейкой, либо с недостаточным давлением в гидроусилителе рулевого управления. Решением может быть простое добавление жидкости для гидроусилителя руля, но лучше всего проверить это.
• Утечка жидкости рулевого управления с гидроусилителем
  Уровни жидкости рулевого управления с гидроусилителем только снижаются, и в случае утечки рулевое управление будет жестким. Это не большая проблема, однако к последствиям, если оставить его слишком долго, можно привести перегрев рулевого механизма и рулевой рейки или поломку шестерен. Рекомендуется исправить это, если это простая (и дешевая) задача. Щелкните здесь, чтобы получить дополнительную информацию о причинах этих утечек
• Скрежет при рулевом управлении
  Скрежет от вашего рулевого редуктора исходит от контакта металла с металлом, что свидетельствует об отсутствии смазки.Вы сможете отчетливо слышать это, когда повернете налево или направо. Попросите своего механика взглянуть на проблему, так как ваш рулевой редуктор может нуждаться в замене.
• Запах горящего масла
  Жидкость для гидроусилителя руля пахнет горящим маслом, поэтому если вы чувствуете ее запах во время вождения, это признак того, что рулевой редуктор слишком горячий. Лучше остановить машину как можно скорее и разобраться с проблемой. Движение с перегретым рулевым механизмом может привести к возгоранию.

Подробнее

Хотите узнать больше о рулевом управлении и подвеске вашего автомобиля? Взгляните на MOOG TV.MOOG TV, полный интересных видеороликов, полезных советов и четких инструкций, — идеальное место, чтобы узнать больше о вашем автомобиле.

Посетите MOOG TV

Что такое реечное рулевое управление?

Реечное рулевое управление — невероятно популярное устройство в современных автомобилях, но как оно на самом деле работает?

Скорее всего, у вашего автомобиля реечное рулевое управление.Это был невероятно популярный инженерный выбор в течение многих лет, но вы когда-нибудь задумывались, как именно он работает?

К счастью, основы совсем несложны: все дело в превращении вращательного движения в линейное. Когда вы поворачиваете рулевое колесо, это поворачивает рулевую колонку, которая вращает прикрепленный рулевой вал и червячную передачу, известную как шестерня. Эта шестерня находится на «стойке» — отрезке металла с врезанными в него зубьями. Таким образом, при вращении шестерни рейка перемещается влево или вправо, в зависимости от вашего рулевого управления.

Тяга соединяет стойку с шкворнем, выступая в качестве последнего элемента головоломки.Это простой и эффективный дизайн, который не имеет недостатков, связанных с настройками рециркуляционных шаров (они обычно увеличивают вес автомобиля, требуют больше усилий и часто имеют « мертвую зону » посередине), которые в наши дни, как правило, зарезервированы. для больших автомобилей.

Рулевое управление с гидроусилителем добавляет устройство с одной стороны стойки с поршнем с гидравлическим приводом внутри. Поворотный клапан направляет гидравлическую жидкость к правой или левой стороне поршня — в зависимости от направления рулевого управления — который оказывает давление на поршень и снижает усилие, необходимое для перемещения рейки.Системы рулевого управления с электроусилителем, которые постепенно заменяют гидравлические системы, заменяют насос, клапан и поршневую систему двигателями.

Передаточное отношение рулевого управления определяется расстоянием между зубьями рейки, хотя это передаточное число можно изменять.Некоторые стойки имеют зубцы, расположенные ближе к середине, и раздвигаются дальше по обеим сторонам стойки. Это обеспечивает комфортную скорость поворота вокруг центральной точки, которая становится тем быстрее, чем больше вы поворачиваете колесо.

Существуют более сложные механические системы с переменным передаточным числом, добавляющие отдельные устройства между рулевым валом и шестерней, а некоторые активные системы включают двигатели, позволяя постоянно изменять передаточное отношение. Мы поговорим об этом в другой раз.

Если вам нужно что-то более прямое, можно модернизировать настройки реечного рулевого управления. OEM-стойки иногда взаимозаменяемы между различными моделями, хотя, поскольку системы ESP часто связаны с системами рулевого управления на новых автомобилях, замена не всегда будет простой.Между тем стойки для вторичного рынка от таких компаний, как Quaife и Bilstein, популярны в автоспорте, где скорость рулевого управления часто не снижает ее.

Теперь, когда вы в следующий раз повернете колесо в машине, вы должны знать, что происходит.Возможно, это не самая привлекательная область в автомобилестроении, но все мы, несомненно, можем оценить простой, но умный дизайн — особенно тот, который зарекомендовал себя достаточно, чтобы получить такое широкое распространение.

Признаки неисправности или неисправности рулевой рейки / коробки передач

Рулевое управление, используемое во многих современных автомобилях, представляет собой реечную систему рулевого управления. Рейка и шестерня состоят из нескольких компонентов, включая универсальные шарниры, главный и промежуточный валы, а в центре находится рулевая рейка или коробка передач.Именно этот центральный блок получает данные от водителя через рулевое колесо и рулевую колонку и посылает механический сигнал рулевым тягам и рулевым валам для выполнения плавных и эффективных поворотов влево и вправо. Однако время от времени рулевая рейка или коробка передач изнашиваются. Быстрое и эффективное обслуживание по ремонту этого важного компонента может означать разницу между незначительными неудобствами и капитальным ремонтом.

Рулевая рейка — это, по сути, сердце системы рулевого управления.Когда он полностью изнашивается или ломается, способность управлять автомобилем оказывается под угрозой. Если это происходит во время вождения, это может быть очень опасно. Именно по этим причинам (и многим другим) предупреждение о предупреждающих знаках неисправной или неисправной рулевой рейки или коробки передач может сэкономить вам деньги, время и снизить вероятность аварии.

Вот несколько симптомов или предупреждающих знаков, которые предупреждают вас о потенциальной проблеме, связанной с вашей рулевой рейкой.

1. Очень тугое рулевое колесо

Современные реечные системы рулевого управления поддерживаются гидроусилителем рулевого управления, в котором используется гидравлическое давление, что позволяет легко и быстро управлять рулевым колесом.Когда рулевое колесо кажется тугим или его труднее поворачивать, чем обычно, обычно это происходит из-за того, что рулевая рейка или коробка передач нагреваются сильнее, или из-за потери гидравлического давления в блоке рулевого управления с гидроусилителем. В любом случае, это проблема, которая никуда не исчезнет, ​​и ее следует как можно скорее осмотреть сертифицированный механик ASE. Иногда это так же просто, как добавление большего количества жидкости для гидроусилителя руля или небольшая регулировка, которые могут решить эту проблему и продлить срок службы рулевой рейки.

2. Утечка жидкости гидроусилителя руля

Как отмечалось выше, иногда на жесткое рулевое управление указывает жидкость для рулевого управления с низким усилием.Однако, поскольку рулевой механизм имеет гидравлический привод, уровень жидкости не снизится, если где-то в системе не будет утечки. Утечка жидкости для гидроусилителя руля означает, что имеется неплотный фитинг, сломанная прокладка или другая механическая проблема, вызывающая утечку, которую необходимо устранить как можно скорее. Несоблюдение этого правила приведет к перегреву рулевой рейки или коробки передач, что может привести к поломке шестерен и других компонентов, что может привести к аварии.

Утечку жидкости для рулевого управления можно отличить от других жидкостей по запаху (обычно запах горящего масла).Он также обычно красного или розового цвета и будет капать с задней части вашего мотора. Если вы обнаружите этот тип жидкости под автомобилем, как можно скорее обратитесь к механику, чтобы проверить утечку и устранить ее, прежде чем утечка вызовет дополнительные повреждения.

3. Скрежет при рулевом управлении

Неисправная или неисправная коробка передач обычно вызвана отсутствием надлежащей смазки и обслуживания. Избыточное тепло вызывает контакт металла с металлом и, таким образом, создает громкий скрежет при повороте влево или вправо.Вы действительно можете заметить этот звук, если вы одновременно поворачиваете и наезжаете на кочку, например, когда вы выезжаете на подъездную дорожку. Если вы заметили скрежет при повороте влево или вправо, обратитесь к механику, чтобы он быстро диагностировал и при необходимости заменил редуктор рулевого управления.

4. Запах горящего масла

Менее распространенным признаком повреждения рулевой рейки или коробки передач является запах горящего масла. Поскольку сама жидкость гидроусилителя пахнет горелым маслом, сильный запах горелого масла будет присутствовать, когда коробка передач горячего рулевого управления.В этом случае немедленно остановите автомобиль, найдите безопасное место для парковки и как можно скорее вызовите механика. Продолжение движения при перегреве рулевого механизма может привести к пожару и серьезным повреждениям.

Рулевая рейка или коробка передач являются важным компонентом, жизненно важным для плавного рулевого управления любого транспортного средства, использующего реечную систему рулевого управления. Если вы заметили какие-либо из вышеперечисленных симптомов или предупреждающих знаков, как можно скорее обратитесь к местному сертифицированному механику ASE, чтобы он мог диагностировать и устранить любые нанесенные повреждения.

Ищете жидкость для гидроусилителя руля?

Посмотрите десятки отличных вариантов прямо здесь

Проверка реечного рулевого механизма

А рулевая рейка

Часть a рулевое управление стойка проверка включает в себя подъем передней части автомобиля, но удержание его веса на колесах. Вы также должны оказаться под автомобилем, пока помощник крутит колеса взад и вперед. Если вы не можете получить доступ к надлежащей смотровой яме, вам, возможно, придется использовать колесные пандусы. Убедитесь, что они стоят на ровной поверхности прямо под колесами.

Плотно затяните ручной тормоз, поставьте подкладку под задние колеса и поставьте автомобиль с задним приводом. механизм ( парк для автоматический ).

Соблюдайте меры предосторожности также, когда автомобиль поднимается, не снимая колес с земля . В этом случае используйте ось стоит под Рамка члены — не работать под автомобилем, поднятым на домкратах.

Рулевая рейка заполнена маслом или смазкой, которая обычно не требует замены.

Однако в стойке могут возникать утечки масла, попадание внутрь и ее повреждение песка, а также простой износ. Проверьте его вместе с остальной системой рулевого управления (см. Проверка поворотных штифтов рулевого управления ).

Если рулевое управление кажется жестким, это может быть связано с тем, что в рейке потеряна большая часть масла. Замените масло (см. Смазка шарнирных соединений рулевого управления ) и очистите всю стойку и гетры.

Проехать на машине несколько миль. Обратите внимание на то, что добавление масла временно уменьшило жесткость. Если это так, поищите масло, растекающееся по стойке.

Очистка стойки может также выявить другие повреждения, например трещины, и в этом случае стойку следует заменить.

Вы можете сами заменить гетры (см. Замена чехлов рулевой рейки ), при условии, что в стойку не попала песчинка, которая не повредила ее.Осмотрите зубья рейки, когда рулевое управление полностью заблокировано. Практически любую другую неисправность стойки необходимо устранять в гараже.

Проверка на износ

Измерительное движение

В системе рулевой рейки не должно быть люфта. Не должно быть возможности сдвинуть обод рулевого колеса диаметром 15 дюймов (380 мм) более чем на 1/2 дюйма (13 мм) без движения передних колес.

Если кажется, что люфт больше указанного, проверьте все остальные шарниры рулевого механизма. Убедитесь, что стойка надежно закреплена, проверив ее зажимные болты.

Проверьте саму стойку, расположившись там, где вы можете видеть одну из поперечин.

Это может означать попадание под автомобиль, который, однако, должен иметь свой вес на передних колесах, а колеса должны быть направлены прямо вперед. Подъезжайте к паре пандусов.

Попросите помощника войти в машину и нарисуйте мелом отметку на ободе рулевого колеса, чтобы показать, как далеко он движется.

Скажите помощнику, чтобы он поворачивал колесо очень медленно и останавливался, когда вы крикнете. Позвоните, когда увидите, что рулевая тяга движется.

Если колесо переместилось на расстояние, превышающее допустимое, стойку необходимо отрегулировать или заменить. Оба эти действия выполняются в гараже.

Также проверьте рулевую шестерню. несущий для ношения, схватившись за рулевая колонка вал и пытается двигать его внутрь, наружу и поперек.

Если шлицевое соединение к рулевой вал перемещается, затяните стяжной болт. Если сам вал-шестерня движется, отнесите машину в гараж для ремонта.

Посмотрите, что прокладка край крышки рулевой шестерни не поврежден, а болты крепления крышки затянуты.

Болты можно затянуть самостоятельно; но другие работы, такие как замена прокладки или вала-шестерни сальник , надо делать под гараж.

Осмотр гетры

Утечка может быть вызвана ослаблением зажима или смещением гетры под зажим. Сама резина может быть повреждена, поэтому всегда тщательно проверяйте всю манжету по всей ее длине.

В зависимости от компоновки вашего автомобиля вам может потребоваться поднять его на осях или даже снять передние колеса, чтобы проверить гетры. Используйте небольшое зеркало и фонарик или контрольную лампу, чтобы помочь вам осмотреть детали, которые трудно увидеть.

Не крутите быстро рулевое колесо, если автомобиль не стоит на колесах. В результате всплеск давление может лопнуть гетры.

Тщательно очистите гетры (при необходимости используйте специальный обезжириватель — не парафин или бензин, которые могут повредить резину).Любое маслянистое или жирное пятно, налипшее на грязь, может означать трещину, поэтому внимательно проверьте его.

Убедитесь, что гетр не перекручен. Попросите помощника медленно повернуть рулевое управление, чтобы вы могли видеть, нет ли перекручивания.

Рельеф любое скручивание путем ослабления зажима внутреннего чехла, распрямления чехла и повторного затягивания зажима. Если это был зажим для проволоки, замените его новым зажимом.

Не изменяйте расположение внешнего конца гетры, оно должно быть точным, чтобы предотвратить чрезмерное растяжение.

Осмотрите зажимы, чтобы убедиться, что они плотно прилегают (но не настолько плотно, чтобы врезаться в резину). Также убедитесь, что они находятся в нужном месте и не сильно корродированы. Ржавые зажимы следует заменить.

Тщательно осмотрите весь гетр на предмет трещин и потертостей. Трещины наиболее вероятны на гребнях и впадинах гребней, а также на концах.

Сожмите гетры пальцами.Затем попросите помощника медленно повернуть рулевое управление, пока вы смотрите, не открываются ли трещины.

Даже самая маленькая трещина может пропускать песок и выходить из него. В качестве временной меры плотно завяжите полиэтиленовый пакет поверх гетры, пока она растягивается.

Знакомство с реечным рулевым управлением

В Motor Ombudsman наши судьи получают много запросов по этому поводу, поэтому в руководстве «Знакомство» на этой неделе основное внимание уделяется реечному рулевому управлению и принципам его работы.Система рулевого управления позволяет водителю с минимальными усилиями направить тяжелый автомобиль в нужном направлении. Также часто используется мощность, чтобы еще больше снизить уровень силы, необходимой для движения транспортного средства, особенно на низкой скорости (например, при маневрировании или парковке).

Каковы основные части реечной системы рулевого управления?

Следующие ключевые компоненты составляют систему рулевого управления:

• Руль
• Рулевая колонка
• Стеллаж
• Шестерня или шестерня
• Тяга рулевая
• Колеса

Как работает реечное рулевое управление?

Реечное рулевое управление — это довольно простая концепция с небольшим количеством движущихся частей.Когда водитель поворачивает рулевое колесо в верхней части колонны, зубчатая шестерня в основании вала катится вместе с ним, зацепляясь с прямым рядом зубьев на длинной горизонтальной рейке, тем самым перемещая колеса из стороны в сторону. -боковая сторона. Концы стойки соединены с колесами через рулевые тяги, а универсальный шарнир в рулевой колонке позволяет ей соединяться со стойкой, не наклоняя рулевое колесо в сторону.

Каковы симптомы неисправности системы рулевого управления?

Ниже приведены несколько признаков того, что с системой рулевого управления что-то не так:

Герметичное рулевое колесо — гидроусилитель рулевого управления использует гидравлическое давление для облегчения управления.Когда рулевое колесо кажется туго затянутым или его труднее повернуть, чем обычно, обычно это происходит из-за рулевой рейки, вызывающей чрезмерное нагревание, или из-за потери давления в блоке рулевого управления с гидроусилителем (что может быть связано с утечкой жидкости. ).

Скрежет при рулевом управлении — это может быть результатом недостаточной смазки и обслуживания. Избыточное тепло вызывает контакт металла с металлом, вызывая громкий скрежет при повороте влево или вправо.

Где я могу найти гараж для ремонта или замены реечного рулевого управления?

Чтобы найти местный автосалон, аккредитованный автомобильным омбудсменом, или независимый гараж для ремонта рулевого управления, посетите веб-сайт Garage Finder, созданный автомобильным омбудсменом.

Изображение предоставлено ResearchGate

Реечное рулевое управление — обзор

16.2 Методы вторичного использования термопластичных эластомеров

Поскольку термопластичные эластомеры (TPE) ведут себя по существу как обычные термопласты, их можно утилизировать с использованием тех же методов. Многие TPE допускают многократную переработку [3]. Общество инженеров автомобильной промышленности классифицировало коммерческие TPE в общем виде, чтобы можно было разделить их на взаимно совместимые категории для целей утилизации [4]. В этой схеме TPE классифицируются таким же образом, как и те, которые используются для жестких термопластов, таких как полипропилен и полистирол.

TPV широко используются в автомобильной промышленности (например, для защиты от атмосферных воздействий, реечных сильфонов рулевого механизма, пыльников шарниров равных угловых скоростей, дверных крышек подушек безопасности, заглушек кузова, внутренней обшивки и т. , пыльник поддона посудомоечной машины, уплотнители дверей и крепления компрессора). Использованные изделия и производственные отходы просто измельчаются в грануляторе, и гранулят добавляется в относительно высоких пропорциях к первичному материалу. Гранулят TPV совместим с гранулятом, приготовленным из TPO.Фактически было обнаружено, что добавление гранулята TPV улучшает свойства материала TPO [5]. Многие производители автомобилей начали обширные программы демонтажа автомобилей и работают вместе с производителями полимеров над переработкой и повторным использованием материала, часто в системах «замкнутого цикла», в которых материал возвращается в исходный продукт [6].

Другие способы рециркуляции использованных компонентов TPE существенно не отличаются от маршрута для других эластомеров, таких как сжигание с рекуперацией энергии.Основное преимущество TPE в этом контексте состоит в том, что они содержат относительно мало серы, что, как следствие, оказывает положительное влияние на состав дымовых газов мусоросжигательной установки.

Хотя компоненты, изготовленные из TPE, теоретически могут быть переработаны аналогично другим термопластам, они все же имеют недостаток, заключающийся в том, что они не являются чистыми TPE, а имеют вставки, или они представляют собой композиты или смеси материалов, используемых в формованных деталях. В случае самого большого класса ТПЭ, стирольных блок-сополимеров, до одной трети от общего объема производства используется в приложениях, не подлежащих вторичной переработке, таких как модификаторы масла, адгезивы или модификации битума [7].

Недавняя разработка, позволяющая повторно использовать материалы из формованных и соэкструдированных деталей, — это использование магнитной сепарации. Магнитная сепарация — это хорошо зарекомендовавший себя метод, используемый для разделения больших объемов в горнодобывающей, агрегатной и других отраслях промышленности. Он также широко используется для удаления металлических загрязнений с пластмасс и резины. Для применения для отделения полимерных материалов от смесей (например, ТПЭ из полипропилена или другого жесткого пластика) требуется, чтобы в материал ТПЭ была добавлена ​​магнитная добавка.

Comments |0|