Обзор и анализ конструкций рулевых управлений

На рис. 2.14 представлено рулевое управление легковых авто­мобилей ВАЗ повышенной проходимости. Рулевое управление ле­вое, травмобезопас-ное, с передними управляемыми колесами, без усилителя. Травмобезо-пасность рулевого управления обеспечивает­ся конструкцией промежу-точного вала рулевого колеса и специ­альным креплением рулевого вала к кузову автомобиля. Рулевое управление состоит из рулевого механизма и рулевого привода.

На автомобилях применяется червячный рулевой механизм с передаточным числом 16,4. Рулевой механизм включает в себя ру­левое колесо, рулевой вал, промежуточный вал, рулевую пару (червячную передачу), состоящую из глобоидного червяка и двух гребневого ролика.

Рис. 2.14 – Рулевое управление легковых автомобилей ВАЗ повышенной прохо-димости: а – общий вид; б – установка рулевого вала; 1, 3 – тяги; 2 – сошка; 4, 7 – рычаги; 5 – муфта; 6 – кулак; 8, 13 – кронштейны; 9 – картер; 10 – валы; 11 – колонка; 12 – рулевое колесо; 14 – палец; 15 – чехол; 16 – наконеч­ник; 17 – вкладыш; 18 – пружина; 19 – заглушка; 20 – подшипник; 21 – труба; 22 – рулевой вал

Рулевое колесо 12 – двухспицевое, пластмассовое, со стальным каркасом. Оно закреплено на шлицах верхнего конца рулево­го вала 22, который установлен в трубе 21 кронштейна 13 в двух шариковых подшипниках 20. Рулевой вал с рулевой колонкой 17 с помощью кронштейна 13 крепится к кузову автомобиля.

Крепле­ние кронштейна к кузову выполнено так, что при авариях руле­вой вал 22 с рулевым колесом незначительно перемещается в сто­рону водителя, чем обеспечивается его безопасность. Нижний ко­нец рулевого вала через шлицы соединяется с промежуточным валом 10, размещенным в картере 9 и представляющим собой карданный вал с двумя шарнирами.

Промежуточный вал также через шлицы соединен с валом 12 (рис. 2.15) червяка 7, уплотненным манжетой 13. Глобоидный червяк установлен в отлитом из алюминиевого сплава картере 4 в двух шариковых подшипниках 14, затяжка которых регулируется с помощью прокладок 75, устанавли-ваемых под крышку 16. Червяк находится в зацеплении с двухгребневым роликом 5, который установлен в пазу головки вала 5 рулевой сошки на оси 17 на иголь­чатых подшипниках 18. Вал рулевой сошки размещен в картере 4 в бронзовых втулках 3 и уплотнен манжетой 2. Зацепление червяка и ролика регулируют с помощью регулировочного винта 7, головка которого входит в паз вала 5 рулевой сошки. Регулировочный винт ввернут в крышку 10 с заливной пробкой 9, и контрится гайкой 8. На шлицевом конце вала 5 установлена рулевая сошка 7, которая закреплена с помощью гайки. Картер рулевого механизма крепится болтами к левому лонжерону пола кузова. В него заливают транс­миссионное масло в количестве 0,215л.

.

Рис. 2.15. Рулевой механизм легковых автомобилей ВАЗ повышенной проходи-мости; 1 – сошка; 2, 13 – манжеты; 3 – втулка; 4 – картер; 5, 12 – валы; 6 – ролик; 7 – винт; 8 – гайка; 9 – пробка; 10, 16 – крышки; 11 – червяк; 14, 18 – подшипники; 15 – регулировочные прокладки; 17 – ось

Рулевой привод передает усилие от рулевого механизма к уп­равляемым колесам. Рулевой привод обеспечивает правильный поворот управляемых колес автомобиля.

Рулевой привод (см. рис. 12.14) состоит из рулевой сошки, маятникового рычага, боковых и средней рулевых тяг с шарни­рами и рычагов поворотных кулаков. На автомобиле применяет­ся рулевой привод с разрезной рулевой трапецией. Рулевая тра­пеция обеспечивает поворот управляемых колес автомобиля на разные углы (внутреннее колесо на больший угол, чем наружное колесо). Трапеция расположена сзади оси передних колес. Руле­вая трапеция состоит из трех поперечных рулевых тяг 1 и 3 и двух рычагов 7. шарнирно соединенных между собой. Средняя руле­вая тяга 3 рулевой трапеции выполнена сплошной. Одним кон­цом она соединена с рулевой сошкой 2. а другим – с маятнико­вым рычагом 4, который закреплен неподвижно на оси. Ось ус­тановлена в двух пластмассовых втулках в кронштейне 8, при­крепленном к правому лонжерону пола кузова. Боковая рулевая тяга состоит из двух наконечников, соединенных между собой регулировочной муфтой 5. фиксируемой на наконечниках хому­тами. Это позволяет изменять длину боковых рулевых тяг рулевой трапеции при регулировке схождения передних управляемых ко­лес автомобиля. Соединение средней и боковых рулевых тяг с сошкой и маятниковым рычагом, а также боковых тяг с рыча­гами 7 поворотных кулаков 6 выполнено с помощью шаровых шарниров.

Шаровые шарниры обеспечивают возможность относительного переме-щения деталей рулевого привода в горизонтальной и вер­тикальной плоскостях при одновременной надежной передаче усилий между ними.

Шарниры размещаются в наконечниках 16 рулевых тяг. Палец 14 сферической головкой опирается на ко­нусный пластмассовый вкладыш 17, который поджимается пру­жиной 18, устраняющей зазор в шарнире при изнашивании в процессе эксплуатации. Шаровой шарнир с одного конца закрыт заглушкой 19, а с другого – защищен резиновым чехлом 15. Палец шарнира своей конусной частью жестко крепится в детали руле­вого привода, к которой присоединяется рулевая тяга. Шаро­вые шарниры при сборе заполняются специальной смазкой и в процессе эксплуатации в допол-нительном смазывании не нуж­даются.

Рулевое управление легковых автомобилей ВАЗ с передним приводом показано на рис. 2.16. Рулевое управление левое, травмобезопасное, без усилителя. Травмобезопасность рулевого управления обеспечивается специ­альным гасящим (демпфирующим) устройством, через которое рулевое колесо крепится к рулевому валу.

На автомобилях применяется реечный рулевой механизм с пе­редаточным числом 20,4. В рулевой механизм входят рулевое коле­со, рулевой вал и рулевая пара (реечная), состоящая из шестерни и зубчатой рейки.

Рулевое колесо 23 через гасящее (демпфирующее) устройство 22, обеспечивающее травмобезопасность рулевого колеса, установлено на шлицах верхнего конца рулевого вала 25, который опирается на радиальный шариковый подшипник 24, установ­ленный в трубе кронштейна 27. Рулевой вал вместе с рулевой ко­лонкой 26, состоящей из двух частей, с помощью кронштейна 27 крепится к кузову автомобиля. Нижний конец рулевого вала через эластичную муфту 21 со стяжным болтом 20 соединен со шлицевым хвостовиком приводной шестерни 30, которая установлена в алюминиевом картере 19 рулевого механизма на роликовом 29 и шариковом 31 под-шипниках.

Рис. 2.16 – Рулевое управление легковых автомобилей ВАЗ с передним приво-дом: 1 – рычаг; 2 – шарнир; 3, 5 – тяги; 4, 34 – гайки; 6 – палец; 7, 13 – чехлы; 8 – вкладыш; 9, 33 – пружины; 10, 20 – болты; 11 – скоба; 12 – опора; 14, 15 – пластины; 16, 17 – втулки; 18 – рейка; 19 – картер; 21 – муфта; 22 – гасящее устройство; 23 – рулевое колесо; 24, 29, 31 – подшипники; 25 – вал; 26 – колонка; 27 – кронштейн; 28 – колпак; 30 – шестерня; 32 – упор

Шестерня находится в зацеплении с зубчатой рейкой 18, прижимаемой к шестерне через упор 32 пру­жиной 33, поджимаемой гайкой 34. Это обеспечивает беззазорное зацепление приводной шестерни и зубчатой рейки по всему их ходу. Рейка одним концом опирается на упор 32. а другим концом устанавливается в разрезной пластмассовой втулке 17, которая фиксируется в картере рулевого механизма специальными высту­пами и уплотняется резиновыми кольцами. Ход рейки ограничи­вается в одну сторону специальным кольцом, напрессованным на нее, а в другую сторону – втулкой 15 резинометаллического шар­нира левой рулевой тяги 3, которые упираются в картер рулевого механизма. На картер с одной стороны установлен защитный кол­пак 28, а с другой – напрессована труба с продольным пазом, закрытая защитным гофрированным чехлом 13. который закреп­лен двумя пластмассовыми хомутами. Через паз трубы и отверстия в защитном чехле проходят два болта 10, которые крепят рулевые тяги 3 к зубчатой рейке 18 через резинометаллические шарниры. Болты соединены между собой пластиной 14 и фиксируются сто­порной пластиной 15. Картер 19 рулевого механизма крепится к передней панели кузова автомобиля при помощи двух скоб 11 через резиновые опоры 12. Между картером и панелью кузова так­же установлена вибропоглощающая резиновая опора. Картер ру­левого механизма заполнен консистентной смазкой.

Рулевой привод состоит из двух рулевых тяг 3 и поворотных рычагов телескопических стоек передней подвески. Рулевой при­вод выполнен с разрезной рулевой трапецией, расположенной сзади оси передних колес. Рулевые тяги изготовлены составными. Каждая тяга состоит из двух наконечников, соединенных между собой регулировочной трубчатой тягой 5, фиксируемой на нако­нечниках гайкой 4. Такое соединение рулевых тяг позволяет изме­нять их длину при регулировке схождения передних управляемых колес. Рулевые тяги соединяются с поворотными рычагами теле­скопических стоек с помощью шаровых шарниров 2, которые раз­мещаются в наружных наконечниках рулевых тяг. Шаровой шар­нир состоит из шарового пальца 6, пластмассового вкладыша 8 и пружины 9. Он защищен резиновым чехлом 7. Шарнир смазывают при сборке, при эксплуатации смазывание не требуется. Палец шарового шарнира конусной частью жестко закреплен в поворотном рычаге 1, приваренном к телескопической стойке передней подвески.

Работа рулевого управления осуществляется следующим обра­зом. При повороте рулевого колеса 23 вместе с ним поворачивается рулевой вал 25, который через эластичную муфту 21 вращает приводную шестерню 30 рулевого механизма. Приводная шестерня перемещает зубчатую рейку 18, которая через рулевые тяги 3 и поворотные рычаги поворачивает телескопические стойки, свя­занные с поворотными кулаками передних управляемых колес автомобиля. В результате управляемые колеса поворачиваются.

На рис. 2.17 представлено рулевое управление грузовых авто­мобилей ГАЗ повышенной проходимости. Рулевое управление с передними управ-ляемыми колесами и усилителем. Оно состоит из рулевого механизма, рулевого привода и гидроусилителя.

Рулевой механизм червячный, выполнен в виде глобоидного чер­вяка и трехгребневого ролика, передаточное число механизма – 20,5.

Червяк 14 напрессован на нижний рулевой вал 13 и установлен в чугунном картере 15 на конических роликовых подшипниках, регулируемых прокладками 16, которые размещены под нижней крышкой картера. Червяк находится в зацеплении с трехгребневым роликом 17, который установлен на игольчатых подшипни­ках на оси, закрепленной в пазу вала 21 сошки.

Зацепление червя­ка и ролика регулируется винтом 19, закрытым колпачковой гай­кой 18. Вал сошки установлен в картере на бронзовой втулке и роликовом подшипнике, расположенном в боковой крышке 20 картера.

Нижний рулевой вал через промежуточный вал 12 и два кар­данных шарнира соединен с верхним рулевым валом 10, который установлен на двух шариковых подшипниках в рулевой колонке 11. На верхнем рулевом вале закреплено рулевое колесо. Рулевая ко­лонка соединена с кабиной автомобиля при помощи шарнирных рычагов 5, которые при составном рулевом вале с карданными шарнирами позволяют откидывать кабину автомобиля без нару­шения соединений деталей рулевого управления. Рулевой меха­низм смазывается маслом, заливаемым в картер через резьбовое отверстие с пробкой. Герметичность картера обеспечивается ман­жетами вала сошки и верхней крышки картера.

Гидроцилиндр 7 шарнирно связан с картером переднего моста автомобиля. Он состоит из корпуса с головкой и поршня со што­ком. Поршень в корпусе уплотнен чугунными кольцами, а шток в головке – манжетами. Шток поршня при помощи резиновых по­душек соединен с поперечной рулевой тягой 8.

Действие гидроусилителя при повороте автомобиля аналогич­но рассмотренному ранее (см. рис. 2.13).

На рис. 2.18 показано рулевое управление грузовых автомоби­лей КамАЗ. Рулевое управление левое, с передними управляемы­ми колесами, с уси-лителем. Оно состоит из рулевого механизма, рулевого привода и гидро-усилителя.

Рулевой механизм винтореечный и выполнен в виде винта, шариковой гайки, поршня-рейки и сектора. Передаточное число, рулевого механизма равно 20. Рулевой привод – с задней неразрезной трапецией. Гидроусилитель – интегрального типа (гидроруль), представляет собой один агрегат, объеди-няющий рулевой механизм, парораспределитель, гидроцилиндр и угловой редуктор.

Рулевое колесо 5 закреплено на рулевом валу 4, который установлен на двух шариковых подшипниках в рулевой колонке 3, прикрепленной внутри кабины автомобиля. Рулевой вал 4 через карданный вал 2 с двумя кардан-ными шарнирами и подвижным шлицевым соединением связан с ведущей конической шестерней 13 углового редуктора, передаточное число которого равно 1.

Рис. 2.17 – Рулевое управление грузовых автомобилей ГАЗ повышенной проходи-мости: а – схема; б – рулевой механизм; в – гидрораспределитель; 1,8 – тяги; 2 – гидрораспределитель; 3 – сошка; 4 – гидронасос; 5, 6, 9 – рычаги; 7 – гидроцилиндр; 10, 12, 13, 21 – валы; 11 – колонка; 14 – червяк; 15 – картер; 16 – прокладки; 17 – ролик; 18, 25 – гайки; 19 – винт; 20 – крышка; 22 – корпус 23 – 6олт; 24 – золотник; 26 – сухари; 27 – стакан; 28 – пружина; 29 – ограничитель; 30 – палец

Рис. 2.18 – Рулевое управление грузовых автомобилей КамАЗ: а – рулевой механизм; б – гидроусилитель; в – схема работы гидроусилителя; 1 – радиатор; 2, 4 – валы; 3 – колонка; 5 – рулевое колесо; 6 – насос; 7 – рулевой механизм; 8 – сошка; 9 – золотник; 10, 12 – плунжеры; 11 – пружина; 13, 20 – шестерни; 14 – сектор; 15 – картер; 16 – поршень-рейка; 17 – гайка; 18 – винт; 19, 22 – корпуса; 21, 23 – подшипники; 24, 27 – маслопроводы; 25, 26, 33, 34 – клапаны; 28 – бачок; 29, 30 – фильтры; 31 – статор; 32 – ротор

Ведомая шестерня 20 углового редуктора установлена на шлицах винта 18 рулевого механизма. Обе шестерни вращаются в двух шариковых подшипниках, каждая в корпусе 19 редуктора, при­крепленного к гори-зонтально расположенному рулевому меха­низму 7, передающему усилие на рулевую сошку. Сошка 8 через продольную рулевую тягу соединена с поворотным рычагом ле­вого управляемого колеса, которое через поперечную рулевую тягу и рычаги поворотных цапф связано с правым управляемым колесом. Продольная рулевая тяга выполнена сплошной. В ее головках расположены шарниры с шаровыми пальцами для крепления. Поперечная рулевая тяга изготовлена трубчатой и имеет на концах резьбу для установки наконечников с шаровыми шарнирами для связи с рычагами поворотных цапф. Поворотом поперечной тяги в наконечниках регулируется схождение передних управляемых колес автомобиля.

Гидроусилитель собран в одном агрегате с угловым редуктором и рулевым механизмом, картер которого одновременно является и гидро-цилиндром. В картере 15 находится поршень-рейка 16, за­цепляющийся с зубчатым сектором, изготовленным вместе с валом рулевой сошки. Зазор в зацеплении регулируется специаль­ным винтом путем осевого смещения вала сошки. В поршне-рейке закреплена шариковая гайка 17, связанная через шарики с вин­том рулевого механизма. Крайние канавки шариковой гайки соединены трубкой, и шарики циркулируют по замкнутому контуру. На конце винта рулевого механизма между двумя упорными ша­риковыми подшипниками 21 и 23 установлен золотник 9 гидро­распределителя. Золотник вместе с подшипниками имеет возмож­ность перемещаться в осевом направлении на 1,0...1,2мм в обе стороны от нейтрального положения. В нейтральном положении золотник удерживается центрирующими пружи-нами 11, которые воздействуют на упорные шариковые подшипники через плунжеры 10 и 12. К корпусу золотника снаружи присоединены шланги нагнетательного и сливного маслопроводов от насоса 6 гидроусилителя. Внутри корпуса размещен шариковый обратный клапан, соединяющий при отказе гидросистемы рулевого управления нагнетательную и сливную масломагистрали и обеспечивающий таким образом возможность управления автомобилем без гидроусилителя. В корпусе золотника установлен предохранительный клан рулевого механизма, который соединяет нагнетательную и сливную магистрали при давлении в гидросистеме рулевого уп­равления, превышающем 7,5…8,0МПа. Этот клапан предохраня­ет детали рулевого механизма от перегрузки, а гидронасос – от перегрева.

Насос 6 гидроусилителя лопастного типа и приводится в дей­ствие от коленчатого вала двигателя шестеренной передачей. На валу насоса, вращающемся в подшипниках, установлен ротор 32, в пазах которого находятся подвижные лопасти. Ротор размещен внутри статора 31.

В крышке насоса размещены распределительный диск, пере­пускной клапан 26 и предохранительный клапан 25 насоса. Пере­пускной клапан ограничивает подачу масла в гидроусилитель при достижении определенной производительности насоса. Предох­ранительный клапан находится внутри перепускного клапана, является резервным в гидросистеме рулевого управления и сраба­тывает при давлении масла 8,5...9,0МПа. При открытии перепуск­ного и предохранительного клапанов часть масла из полости крыш­ки поступает в бачок насоса. Бачок 28 прикреплен к корпусу и крышке насоса. Он имеет два фильтра 29 и 30 для очистки масла и предохра-нительный клапан (сапун) для связи с окружающей сре­дой. При работе насоса лопасти в роторе под действием центро­бежных сил и давления масла прижимаются к статору. Масло из корпуса насоса через распределительный диск поступает в по­лость нагнетания и далее через нагнетательный масло-провод 24 в гидроусилитель.

При прямолинейном движении автомобиля золотник находит­ся в корпусе в нейтральном положении. Поступившее в корпус из насоса масло проходит через золотник, гидроусилитель и направ­ляется в масляный радиатор гидроусилителя. В радиаторе, пред­ставляющем собой алюминиевую ореб-ренную трубку и находя­щемся перед радиатором системы охлаждения двигателя, масло охлаждается и поступает в бачок насоса через сливной маслопро­вод 27.

При повороте рулевого колеса из-за сопротивления повороту со стороны дороги поршень-рейка 16 гидроусилителя остается не­подвижным, а винт 18 с золотником 9 смещается на 1,0...1,2мм. При этом в зависимости от направ-ления поворота золотник сооб­щает одну полость гидроцилиндра с нагне-тательной магистралью, а другую полость – со сливной магистралью. В этом случае масло перемещает поршень-рейку 16, который поворачивает зубчатый сектор 14, связанный с рулевой сошкой 8, и помогает водителю повернуть управляемые колеса автомобиля. В камерах между плун­жерами 10 и 12 давление масла становится тем больше, чем боль­ше сопротивление дороги повороту управляемых колес. Поэтому для смещения золотника при большем давлении масла необходимо большее усилие водителя, что позволяет ему чувствовать дорогу.

Рулевое управление грузовых автомобилей МАЗ представлено на рис. 2.19. Рулевое управление – левое, с передними управля­емыми колесами и с усилителем. Рулевой механизм – винтореечный и выполнен в виде винта, шариковой гайки-рейки и сектора. Передаточное число рулевого механизма – 23,6. Рулевой привод – с задней неразрезной трапецией. Усилитель гидравлический. Гид­рораспределитель и гидроцилиндр объединены в одном блоке от­дельно от рулевого механизма.

Рулевое колесо 13 установлено на полом телескопическом ру­левом валу 10, находящемся в подшипниках в рулевой колонке 72, которая закреплена шарнирно на кронштейне в кабине авто­мобиля. Шарнирное крепление рулевой колонки позволяет отки­дывать кабину автомобиля. Рулевой вал при помощи карданного шарнира 9 соединен с винтом 8 рулевого механизма. Винт установлен в чугунном литом картере 7 на двух сферических ролико­вых подшипниках, затяжка которых регулируется гайкой 23, ввер­нутой в крышку 22 картера. Винт связан с гайкой-рейкой 2 через два ряда шариков, циркулирующих по замкнутому контуру. Гай­ка-рейка находится в посто-янном зацеплении с зубчатым секто­ром 21 вала 6 рулевой сошки 5. Регу-лировка зацепления произво­дится путем осевого смещения зубчатого сектора специальным винтом, связанным с валом сошки. Рулевая сошка соединена с корпусом 3 шаровых шарниров, который связан с гидроусилителем. С корпусом шаровых шарниров также соединен передний конец продольной рулевой тяги 2. Задний конец продольной руле­вой тяги связан с поворотным рычагом 17 поворотной цапфы 18 левого управляемого колеса, которая через рычаги 16 и 14 и попе­речную рулевую тягу 15 соединена с поворотной цапфой правого колеса. Регулировка схождения передних колес произ-водится из­менением длины поперечной рулевой тяги при повороте ее в на­конечниках.

Гидроусилитель представляет собой единый блок, в котором гидро-распределитель 4 закреплен на корпусе 3 шаровых шарниров, связанном с гидроцилиндром 7 резьбовым соединителем. Шаровой палец 26 рулевой сошки находится в стакане 25, в кото­ром закреплен золотник 24 гидро-распределителя. Стакан вместе с пальцем сошки и золотником может перемещаться в осевом на­правлении. Золотник удерживается в нейтральном положении под действием давления масла в реактивных камерах 31, располо­женных с обоих торцов золотника в корпусе гидрораспределителя. К корпусу присоединены нагнетательный и сливной маслопроводы от шестеренного насоса гидроусилителя. Насос приво­дится в действие клиноременной пере-дачей от коленчатого вала двигателя. К корпусу также присоединены две трубки 28 от гидроцилиндра. В корпусе установлен обратный клапан 33, обеспечива­ющий работу рулевого управления при неработающем гидро-усилителе.

В гидроцилиндре 1 находится поршень 30 со штоком 29, кото­рый соединен с рамой автомобиля резинометаллическим шарни­ром 32. Выступающий из цилиндра конец штока закрыт резиновым гофрированным чехлом, защищающим от пыли, грязи и влаги. При прямолинейном движении автомобиля золотник 24 нахо­дится в нейтральном положении и наг-нетательный маслопровод соединен со сливным маслопроводом. Гидро-усилитель не работа­ет, а масло циркулирует от насоса к гидрораспре-делителю и от него к насосу.

При повороте автомобиля рулевая сошка 5 через шаровой па­лец 26 и стакан 25 перемещает золотник 24 из нейтрального поло­жения. При этом одна полость гидроцилиндра соединяется с на­гнетательным маслопроводом, а другая полость – со сливным маслопроводом. Давлением масла гидро-цилиндра перемещается от­носительно поршня 30 со штоком 29, которые остаются непод­вижными. Вместе с гидроцилиндром через шаровой палец 27 пе­ремешается продольная рулевая тяга 2 и связанные с ней детали рулевого привода. В результате происходит поворот передних управляемых колес автомобиля.

Рис. 2.19 – Рулевое управление грузовых автомобилей МАЗ: а – общий вид; б – рулевой механизм; в – гидроусилитель; г – схема работы гидроусилителя; 1 – гидроцилиндр; 2, 15 – тяги; 3 – корпус; 4 – гидрораспределитель; 5 – сошка; 6, 10 – валы; 7 – картер; 8 – винт; 9, 32 – шарниры; 11 – кронштейн; 12 – колонка; 13 – рулевое колесо; 14, 16, 17 – рычаги; 18 – цапфа; 19 – кольцо; 20 – гайка-рейка; 21 – сектор; 22 – крышка; 23 – гайка; 24 – золотник; 25 – стакан; 26, 27 – пальцы; 28 – трубка; 29 – шток; 30 – поршень; 31 – камера; 33 – клапан