Рулевой привод

Рулевым приводом называется система тяг и рычагов, осуществ­ляющая связь управляемых колес автомобиля с рулевым механиз­мом.

Рулевой привод служит для передачи усилия от рулевого меха­низма к управляемым колесам и для обеспечения правильного поворота колес.

В соответствии с предъявляемыми требованиями рулевой при­вод должен обеспечивать:

– правильное соотношение углов поворота управляемых колес, исключа-ющее боковое скольжение колес автомобиля;

– отсутствие автоколебаний (самовозбуждающихся) управляе­мых колес вокруг шкворней (осей поворота);

– отсутствие самопроизвольного поворота управляемых колес при коле-баниях автомобиля на упругих устройствах подвески.

На автомобилях применяются различные типы рулевых приво­дов (рис. 2.9).

Рулевая трапеция. Основной частью рулевого привода является рулевая трапеция.

Рулевой называется трапеция (см. рис. 2,2, а), образованная поперечными рулевыми тягами, рычагами поворотных цапф и осью управляемых колес.

Основанием трапеции является ось ко­лес, вершиной – поперечные тяги 6, 8 и 10, а боковыми сторо­нами – рычаги 5 и 11 поворотных цапф. Рулевая трапе-ция служит для поворота управляемых колес на разные углы.

Рис. 2.9 – Типы рулевых приводов, классифицированных по различным при-знакам

Внутреннее колесо (по отношению к центру поворота автомо­биля) поворачивается на больший угол, чем наружное колесо. Это необходимо, чтобы при повороте автомобиля колеса катились без бокового скольжения и с наименьшим сопротивлением. В против­ном случае ухудшится управля-емость автомобиля, возрастут рас­ход топлива и изнашивание шин.

Между углами поворота управляемых колес существует зави­симость (рис. 2.10), которая выражается следующим уравнением:

,

где и – углы поворота соответственно наружного и внутрен­него колес;

и – углы увода колес;

– расстояние между шкворнями;

– расстояние от оси задних колес до центра пово­рота автомобиля.

Рулевая трапеция может быть передней или задней. Передней называется рулевая трапеция, которая располагается перед осью передних управляемых колес (см. рис. 2.2, а). Задней называется рулевая трапеция, которая располагается за осью передних управляемых колес (см. рис. 2.2. б).

Применение на автомобилях рулевого привода с передней или задней рулевой трапецией зависит от компоновки автомобиля и его рулевого управления. При этом рулевой привод может быть с неразрезной или разрезной рулевой трапецией. Использование рулевого привода с нераз-резной или разрезной трапецией зави­сит от подвески передних управляемых колес автомобиля.

Неразрезной называется рулевая трапеция, имеющая сплош­ную попе-речную рулевую тягу, соединяющую управляемые коле­са (см. рис. 2.2, б). Неразрезная рулевая трапеция применяется при зависимой подвеске пе-редних уп­равляемых колес на грузовых автомо­билях и автобусах.

Разрезной называется рулевая трапеция, которая имеет многозвен­ную поперечную рулевую тягу, со­единяющую управляемые колеса (см. рис. 2.2, а). Разрезная рулевая трапеция используется при независимой подвеске управляемых колес автомобиля.

Рис. 2.10 – Зависимость между углами управляемых колес

Автоколебания управляемых колес. Такие колебания управляе­мых колес происходят вокруг шкворней (осей поворота). Они вы­зывают изнашивание шин и рулевого привода и могут привести к потере управляемости и нарушению безопасности движения. Ав­токолебания управляемых колес являются самовозбуждающими­ся. Причиной их воз-никновения является гироскопическая связь управляемых колес

При наездах одного из колес на дорожные неровности при за­висимой подвеске (рис. 2.11, а) происходит перекос переднего моста. Управляемые колеса наклоняются, и изменяется положение оси их вращения. Это приводит к возникновению гироскопичес­кого момента , который действует в горизонтальной плоско­сти и поворачивает управляемые колеса вокруг шкворней. Пово­рот колес вокруг шкворней вызывает возникновение другого ги­роскопического момента , который действует в вертикальной плоскости и стремится увеличить перекос моста и наклон колес. Таким образом, перекос моста вызывает колебания управляемых колес вокруг шкворней, а они в свою очередь увеличивают пере­кос моста, т.е. обе колебательные системы связаны между собой и влияют друг на друга. Возникающие в этом случае колебания уп­равляемых колес вокруг шкворней непрерывно повторяются (самовозбуждаются), являются устойчивыми и наиболее опасными.

Управляемые колеса автомобиля имеют двойную связь с его несущей системой, которая осуществляется через подвеску и руле­вой привод. При вертикальных перемещениях колеса (рис. 2.11, б) шарнир А, соединяющий продольную рулевую тягу с рычагом поворотного кулака, должен пере-мешаться по дуге бб с центром в точке О, что обусловлено кинематикой рулевого привода. Кроме того, шарнир А также должен перемешаться по дуге аа с центром О, что обуславлено кинематикой подвески. Однако дуги аа

и бб рас­ходятся, и поэтому вертикальные перемещения управляемых ко­лес сопровождаются их поворотом вокруг шкворней.

Колебания управляемых колес вокруг шкворней совершаются с высокой и низкой частотой.

Рис. 2.11 – Схемы возникновения автоколебаний управляемых колес: а – при зависимой подвеске; б – при двойной связи колес с несущей системой автомобиля

Колебания высокой частоты (более 10Гц и с амплитудой не более 1,5...2°) происходят в пределах упругости шин и рулевого привода. Они не передаются водителю и не нарушают управляе­мость автомобиля, так как поглощаются в рулевом управлении. Однако высокочастотные колебания вызывают дополнительное изнашивание шин и деталей рулевого привода, повышают сопро­тивление движению автомобиля и увеличивают расход топлива.

Колебания низкой частоты (менее 1Гц и амплитудой 2...3°) нарушают управляемость автомобиля и безопасность движения. Для их устранения необходимо снизить скорость движения.

Полностью устранить колебания управляемых колес вокруг шкворней невозможно – их только можно уменьшить. Это дос­тигается применением независимой подвески управляемых ко­лес, что уменьшает гироскопическую связь между ними; приме­нением балансировки колес, чем устраняется их неуравновешен­ность; уменьшением влияния двойной связи колес с несшей системой, что достигается различными конструктивными меро­приятиями.