Рулевое управление

Рулевое управление без гидроусилителя. Рулевое управление предназначено для изменения направления движения автомобиля или колесного трактора посредством поворота передних колес или полурамы. Рулевое управление состоит из рулевого механизма (рулевое колесо; вал рулевого управления; рулевая колонка; картер с боковой, верхней и нижней крышками; рулевой редуктор; подшипники; регулировочный винт вала сошки) и рулевого привода (сошка; продольная рулевая тяга; верхний рычаг левой поворотной цапфы; правый и левый рычаги поворотных цапф; поперечная рулевая тяга), рис. 14.

Рулевой механизм осуществляет передачу усилия от водителя к рулевому приводу и облегчает поворот рулевого колеса. Различают несколько типов рулевого механизма: червяк – ролик, червяк – сектор и винт – гайка.

Рулевой механизм типа червяк – ролик применяют на некоторых автомобилях и колесных тракторах малого класса, имеющих механическое рулевое управление. Рулевой механизм (рис. 14, а) этого типа включает в себя трехгребневый ролик 6 и глобоидальный червяк 8, которые составляют червячную пару с большим передаточным отношением.

Червяк с помощью елочных шлицов насажен на рулевой вал 5. Червяк опирается на два конических подшипника, установленных в расточках корпуса. Подшипники не имеют внутреннего кольца, и их ролики катятся непосредственно по коническим поверхностям червяка. Наружные обоймы подшипников зажаты в осевом направлении крышками. Под фланец нижней крышки 1 установлены регулировочные прокладки, используемые для регулировки осевого зазора подшипников. Основание рулевой колонки 3 нижним концом входит в расточку крышки.

Внутри колонки помещен рулевой вал. Он выполнен пустотелым, и внутри него проходит провод звукового сигнала. Рулевой вал в верхней части опирается на радиально-упорный шариковый подшипник, установленный в колонку. На верхнем конусном конце рулевого вала шпонкой и гайкой закреплено рулевое колесо 4. Металлический каркас колеса облицован пластмассой. В центральной части рулевого колеса находится кнопка звукового сигнала.

Рис. 14. Рулевой механизм (а) и рулевой привод (б) автомобиля ГАЗ-53А: 1 – нижняя крышка; 2 – конические подшипники; 3 – рулевая колонка; 4 – рулевое колесо; 5 – рулевой вал; 6 – ролик; 7 – вал сошки; 8 – червяк; 9 – корпус; 10 – регулировочный винт; 11 – шайба; 12 – рычаги поворотных цапф; 13 – поперечная тяга; 14 – верхний поворотный рычаг; 15 – продольная тяга; 16 – рулевая сошка

Трехгребневый ролик 6 опирается на два игольчатых подшипника, которые помещены на оси, запрессованной в отверстиях прилива (головки) вала сошки.

Вал 7 сошки опирается с внешней стороны на втулку, запрессованную в корпус, а с внутренней стороны – на цилиндрический роликовый подшипник, установленный в боковую крышку. Внутренний конец вала сошки имеет кольцевую выточку, которая входит в паз регулировочного винта 10. В торце винта с обратной стороны выполнено углубление для специального ключа.

Регулировочный винт ввертывается в боковую крышку корпуса рулевого механизма и удерживает вал сошки от осевых перемещений. Он стопорится шайбой 11, которая усом входит в паз винта. На винт навертывается колпачковая гайка, которая прижимает шайбу к крышке.

Регулировочным винтом можно переместить вал сошки в осевом направлении и изменить зазор между червяком и роликом, что влияет на свободный ход рулевого колеса.

Наружный конец вала сошки имеет елочные шлицы, на которые надевают сошку. Для правильной установки сошки на вал на их торцах выбиты риски. Гайкой закрепляют сошку на валу.

Для смазывания деталей корпус 9 рулевого механизма заправляют трансмиссионным маслом до уровня заливного отверстия, которое закрывается пробкой. Вытекание масла из корпуса предотвращается самоподжимным сальником, войлочным кольцом и картонными прокладками.

Рулевой привод (рис. 14, б) составляют детали, соединяющие сошку с поворотными цапфами. Конструкция рулевого привода выполнена так, чтобы при повороте движение всех колес автомобиля или трактора осуществлялось без бокового скольжения, что обеспечивает легкость управления и минимальный износ шин. Для этого необходимо, чтобы все колеса имели общий центр поворота, т.е. внутреннее управляемое колесо должно поворачиваться на больший угол, чем внешнее. Выполнение этого требования обеспечивает рулевая трапеция, где основаниями служат передняя ось автомобиля (трактора) и поперечная рулевая тяга 13, а боковыми сторонами – рычаги 12 поворотных цапф. Рулевая трапеция соединена с сошкой 16 посредством верхнего поворотного рычага 14 и продольной тяги 15. В наконечниках продольной и поперечной тяг размещены шаровые сочленения. На нижнем конце сошки в коническом отверстии закреплен стержень шарового пальца, сфера которого размещена в продольной рулевой тяге 15.

Направление движения автомобиля (трактора) изменяют поворотом рулевого колеса. При повороте рулевого колеса по ходу часовой стрелки (вправо) червяк поворачивает через ролик нижний конец сошки назад. Сошка через продольную тягу и соединенную с ней рулевую трапецию поворачивает направляющие колеса направо.

При повороте рулевого колеса против хода часовой стрелки направляющие колеса поворачиваются налево. Для снижения усилия, которое должен прикладывать водитель к рулевому колесу, рулевое управление ряда тракторов и автомобилей снабжено гидроусилителем.

Рулевое управление с гидроусилителем.Гидроусилитель служит для снижения усилия водителя на рулевом колесе при повороте трактора или автомобиля. Гидроусилители монтируют обычно в рулевой механизм.

Рулевой механизм типа червяк – сектор состоит из корпуса, червяка, вала сошки и жестко закрепленного на нем сектора. Гидроусилитель включает в себя масляный резервуар, размещенный в корпусе, масляный насос, распределитель и силовой цилиндр. Гидроцилиндр двустороннего действия установлен в верхней части корпуса. Шток поршня соединен с рейкой, находящейся в зацеплении с зубчатым сектором вала сошки с противоположной от червяка стороны.

Распределитель, расположенный на пути потока масла из насоса в цилиндр, управляет работой цилиндра. Он состоит из корпуса с каналами и золотника 5 (рис. 15), закрепленного на хвостовике червяка рулевого механизма. С обеих сторон золотника находятся шайбы 7, в которые под давлением пружины упираются ползуны 8.

Ползуны и пружины с помощью шайбы удерживают золотник в нейтральном (среднем) положении, когда водитель не поворачивает рулевое колесо, и трактор движется в нужном направлении. При этом золотник выточками соединяет нагнетательную магистраль 10 со сливной, и масло, нагнетаемое насосом, сливается в бак из сливной магистрали. Червяк 11 одновременно с вращательным может совершать поступательное движение вперед и назад от нейтрального положения, так как между упорными шайбами 7 и торцовыми расточками в корпусе распределителя с обеих сторон имеются зазоры. Поворотом рулевого колеса поворачивают червяк, который, упираясь в зубья сектора, смещается в осевом направлении вместе с золотником, и нагнетательная магистраль насоса соединяется с одной из полостей силового цилиндра. Маслом, нагнетаемым насосом в эту полость цилиндра, перемещается поршень 1, а вместе с ним и шток с рейкой, поворачивая с помощью сектора вал, который через сошку 12, тяги и рычаги соединен с направляющими колесами. При этом другая полость цилиндра через трубку и золотник соединяется со сливной магистралью, масло из этой полости вытесняется поршнем в бак.

Рис. 15. Схема рулевого управления с гидроусилителем: а – среднее положение золотника; б – положение золотника при повороте направо; в – положение золотника при повороте налево; 1 – поршень; 2 – цилиндр; 3 – нагнетательная магистраль к датчику блокировки дифференциала; 4 – редукционный клапан; 5 – золотник; 6 – корпус распределителя;
7 – шайба; 8 – ползун; 9 – предохранительный клапан; 10 – нагнетательная магистраль к гидроусилителю 11 – червяк; 12 – сошка; 13 – рейка; 14 – кран управления блокировкой дифференциала; 15 – маховичок; 16 – упор рейки; 17 – щуп для установки рулевой сошки в среднее положение; 18 – золотник датчика длокировки дифференциала; 19 – рулевое колесо; А и Б – полостит цилиндра

Если прекратить вращение рулевого колеса, то золотник возвращается в среднее (нейтральное) положение под действием пружин, а трактор продолжает движение в выбранном направлении.

Усилие водителя, прикладываемое к рулевому колесу, используется для перемещения золотника, т.е. для включения усилителя.

Если гидроусилитель неисправен, поворот трактора рулевым колесом затруднен. При повороте рулевого колеса по ходу часовой стрелки (вправо) червяк поворачивает сектор вместе с валом сошки тоже по ходу часовой стрелки, а вал сошки с помощью рычагов и тяг – поворотные цапфы с направляющими колесами вправо.

Для того чтобы обеспечить давление масла в муфте блокировки дифференциала 0,7…1,0 МПа при прямолинейном движении трактора, в корпусе гидроусилителя смонтирован редукционный клапан 4. Там же размещается и предохранительный клапан 9, который срабатывает при давлении 7,5…8,0 МПа. Оба клапана запломбированы, и регулировать их водителю запрещено.

На колесных тракторах с шарнирно-сочлененной рамой силовые цилиндры 11 (рис. 16) и 12 гидроусилителя рулевого управления выполнены отдельно. Они установлены по одному с каждой стороны и соединены с обеими полурамами. При повороте рулевого колеса 3 масло от золотника гидроусилителя 5 направляется в полости силовых цилиндров и они поворачивают заднюю полураму 13 относительно передней. Тяга 9, соединяющая сошку 7 рулевого механизма с задней полурамой, дает ощущение связи водителя с полурамой при повороте трактора.

Рис. 16. Схема рулевого управления с выносными цилиндрами: 1 – зубчатый сектор;
2 – червяк; 3 – рулевое колесо; 4 – бак; 5 – гидроусилитель; 6 – клапан постоянного расхода; 7 – сошка; 8 – предохранитель; 9 – тяга обратной связи; 10 – масляный насос;
11 и 12 – силовые гидроцилндры; 13 – задняя полурама

Клапан 6 расхода обеспечивает подачу постоянного количества масла к распределителю рулевого механизма независимо от частоты вращения коленчатого вала двигателя. Клапан состоит из подпружиненного золотника, перемещающегося в корпусе в осевом направлении. На боковой поверхности золотника имеются сливные отверстия, а в донышке – отверстие малого диаметра, которое создает сопротивление протеканию масла. Поэтому давление перед отверстием больше, чем за ним. Сила избыточного давления перемещает золотник до уравновешивания этой силы пружиной. При этом сливные отверстия в золотнике сообщаются со сливным каналом в корпусе и избыточное масло направляется на слив в бак.

В одном корпусе с клапаном расхода находится предохранительный клапан 7, предназначенный для предохранения системы от разрушений при чрезмерном увеличении давления. Он состоит из шарикового клапана, седла, пружины и регулировочного винта.

Рулевой механизм типа винт – гайка применен на некоторых автомобилях и универсально-пропашных тракторах. В таких механизмах силовым цилиндром служит корпус гидравлического усилителя.

В корпусе 1 (рис. 16) гидроусилителя размещен поршень 5 с зубьями на боковой поверхности (поршень-рейка). Зубьями поршень-рейка зацеплен с зубчатым сектором рулевого вала 4. Внутри поршня проходит винт 6 с трапецеидальной резьбой, соединенный через карданный вал с валом рулевого колеса. На винт навернуты две гайки 9, которые штифтами удерживаются от поворота. В отверстии поршня помещен золотник 7, поджимаемый пружинами с двух сторон.

На тракторах с подобным рулевым механизмом гидравлическая часть усилителя рулевого управления объединена с навесной гидросистемой и имеет I общий бак и масляный насос. Масляный насос гидросистемы через клапан| деления потока и шланг высокого давления нагнетает масло к входному отверстию гидроусилителя. Если водитель не вращает рулевое колесо, поршень-рейка находится в нейтральном положении. В этом случае масло проходит свободно, по обе стороны поршня через открытые отверстия 3 в полость зубчатого сектора, а оттуда – в бак гидросистемы.

Поворачивая рулевое колесо, например, влево, винт 6 гидроусилителя вращают против хода часовой стрелки. Гайки 9, удерживаемые от поворота штифтами, перемещаются вдоль винта: левая подходит к поршню вплотную, закрывая сливной канал 3 из полости А, а правая отходит от поршня, открывая сливной канал.

При этом поток масла, который раньше проходил равными долями через обе полости, пойдет через полость Б. За счет перепада давления в полостях А и Б (со стороны полости А давление на золотник будет больше чем Б) золотник перемещается в сторону низкого давления и закрывает отверстие, через которое масло попадало в полость Б. В результате масло будет поступать по отверстию в гайке только в полость А. Давление там повысится, и поршень под действием масла переместится назад (по рисунку – вправо), поворачивая зубчатый сектор, рулевой вал 4 и передние колеса влево. Поршень перемещается до тех пор, пока водитель вращает рулевое колесо и тем самым прижимает гайку 9 к торцу поршня, перекрывая сливное отверстие 3 со стороны полости А.

Рис. 17. Схема работы рулевого механизма типа винт – гайка: 1 – корпус; 2 – пружинная шайба; 3 – сливной канал в поршне; 4 – рулевой вал; 5 – поршень-рейка; 6 – винт гидроусилителя; 7 – золотник; 8 – шпилька (упор); 9 – гайка; А и Б – полости цилиндра; В – входные отверстия

Когда водитель прекращает поворачивать рулевое колесо, винт и гайки останавливаются, поршень под давлением масла и пружинных шайб 2 отжимается от гайки и устанавливается в среднее положение. Направляющие колеса при этом устойчиво сохраняют заданное положение. Аналогично поворачивают трактор вправо.

Во время поворота одна из гаек деформирует пружинную шайбу 2, и усилие, прикладываемое водителем на рулевом колесе, будет тем больше, чем больше сопротивление повороту направляющих колес. Таким образом, пружинные шайбы служат имитатором нагрузки на передние колеса.

На автомобилях насос гидроусилителя рулевого управления расположен отдельно от рулевого механизма (рис. 18, а). Рулевой механизм имеет рабочую пару, состоящую из вала с винтом и гайки, поршня-рейки и зубчатого сектора, заключенных в корпусе 2, вала 1 и рулевой сошки. Корпус рулевого механизма – одновременно цилиндр гидроусилителя. Он отлит из ковкого чугуна. Между рулевым механизмом и рулевой колонкой установлена карданная передача 10, которая компенсирует влияние колебаний кабины относительно рамы автомобиля;

Насос гидроусилителя рулевого управления лопастной двойного действия. В корпусе насоса установлен ротор 13 (рис. 18, б), выдвижные лопасти 22 которого образуют в центральном несимметричном отверстии корпуса две полости 23 всасывания и две полости 12 нагнетания. За один оборот ротора совершается по два цикла всасывания и нагнетания, при этом лопасти перемещаются в пазах ротора. В корпусе насоса смонтирован перепускной клапан 20, который открывается при увеличении количества выходящего в нагнетательную полость масла. В результате подача насоса ограничивается. При достижении чрезмерного давления масла в нагнетательной полости срабатывает предохранительный клапан 18.

Рис. 18. Рулевой механизм автомобиля ЗИЛ-130: а – устройство; б – схема работы насоса; 1 – вал сошки; 2 – корпус рулевого механизма и гидроусилителя; 3 – трубка высокого давления; 4 – насос гидроусилителя; 5 – ремень привода насоса; 6 – бачок насоса; 7 – кронштейн крепления насоса к двигателю; 8 – сливной шланг низкого давления; 9 – корпус золотников управления; 10 – карданный вал; 11 – рулевая тяга; 12 – полость нагнетания;
13 – ротор; 14 – сетчатый фильтр; 15 – сапун; 16 – фильтрующая сетка; 17 – канал для перепуска масла в насос; 18 – шариковый предохранительный клапан; 19 – канал для подачи масла в гидроусилитель; 20 – перепускной клапан; 21 – калиброванное отверстие;
22 – лопасть ротора; 23 – полость всасывания

Масло для гидроусилителя заливают в бак 6. Заводом-изготовителем на период обкатки поверх сетчатого фильтра 14 устанавливается батистовый фильтр.