Короткі теоретичні відомості. На більшості автомобілів зміну напрямку руху здійснюють поворотом керованих коліс відносно подовжньої осі симетрії

На більшості автомобілів зміну напрямку руху здійснюють поворотом керованих коліс відносно подовжньої осі симетрії. Керованими є, як правило, передні колеса, хоча у деяких автомобілів і напівпричепів задні колеса також можуть бути керованими. Крім цього способу, поворот транспортного засобу можна здійснювати за допомогою примусового складання двох його шарнірно зв’язаних ланок. Таке керування має, наприклад, автопоїзд MoA3-6401 або колісний трактор "Кировец-701". Відомий також метод зміни напрямку руху за допомогою гальмування коліс одного борта або їх обертання у бік, протилежний руху, але таке керування використовують дуже рідко і лише на багатовісних спеціальних автомобілях.

Унаслідок повороту керованих коліс вектор швидкості кожного з них, паралельний подовжньої осі автомобіля, перестає збігатися з площиною обертання коліс. У результаті в контакті коліс з дорогою виникають бічні сили, перпендикулярні площині обертання кожного колеса. Ці бічні сили змушують керовані колеса й автомобіль у цілому відхилятися від прямолінійного руху і здійснювати поворот.

На (рис. 15.1, а) наведено схему руху автомобіля по дузі кола при повернених передніх керованих колесах. Цей рух відбувається навколо центра повороту О,який розташований у точці перетинання продовження осі задніх коліс і осей обох передніх керованих коліс. Усі колеса повинні котитися по концентричних дугах без бічного ковзання. Для цього керовані колеса необхідно повернути на різні кути, причому кут θ_в внутрішнього повороту відносно центра повороту колеса має бути більшим кута θ_з повороту зовнішнього колеса.

Рисунок 15.1 – Схеми повороту автомобілів

Залежність між цими кутами визначається формулою

, (15.1)

де В – відстань між осями повороту цапф керованих коліс; L – база автомобіля.

Здатність автомобіля розвертатися на заданій площі характеризується мінімальним радіусом повороту, що визначається як

, (15.2)

де θ_зmах –максимальний кут повороту зовнішнього керованого колеса, (30…45º).

Мінімальний радіус повороту є обов’язковим параметром технічної характеристики автомобіля. Чим меншим є цей радіус, тим менша ширина проїзної частини дороги потрібна для повороту (розвороту) автомобіля. У більшості автомобілів θ_зmах дещо більший 30°, а мінімальний радіус повороту приблизно у 2 рази перебільшує базу автомобіля.

Рисунок 15.2 – Схема кермового керування

Для зменшення мінімального радіуса повороту автомобілів підвищеної та високої прохідності граничний кут повороту керованих коліс підвищують до 40 .. .45°.

При однакових значеннях максимальних кутів повороту керованих коліс автомобіль з більшою базою буде мати більший радіус повороту.

На деяких спеціальних автомобілях для поліпшення здатності до поворотів керованими виконуються як передні, так і задні колеса (рис. 15.1, б).

Тобто при тій же базі й тих же граничних кутах повороту мінімальний радіус повороту зменшується вдвічі.

Здатність автомобіля до поворотів характеризується також габаритним коридором – шириною смуги, у яку вписується автомобіль, що робить поворот з мінімальним радіусом. На (рис. 15.1, в) показано ширину габаритного коридору В_г для тривісного автомобіля.

Кермове керування забезпечує необхідний напрямок руху автомобіля шляхом повороту його керованих коліс на задані кути. Кермове керування включає кермовий привід, кермовий механізм.У систему кермового керування може також входити підсилювач.

Кермовий механізмповинен надійно забезпечувати поворот керованих коліс при невеликій силі, що прикладається водієм до кермового колеса. Це можливо при значній величині передаточного числа кермового механізму. Проте при великому передаточному відношенні зростає час, необхідний для повороту керованих коліс, що неприпустимо при великих швидкостях сучасних автомобілів. Наприклад, для повороту керованих коліс на 30° при передаточному числі кермового механізму 50 водію необхідно зробити чотири оберти кермового колеса, на що буде витрачено близько 10 секунд. Але ж за цей час при швидкості більше 100 км/год автомобіль пройде близько 50 м.

Рисунок 15.3 – Схема кермового керування з черв’ячним кермовим механізмом

Обмеження передаточного числа пов’язане також з оборотністю кермового механізму – здатністю передавати зусилля у зворотньому напрямку – від сошки до кермового колеса. При великих передаточних числах деякі типи кермових механізмів втрачають оборотність через надмірне внутрішнє тертя. При цьому стабілізація керованих коліс стає неможливою.

Щоб істотно зменшити зворотні удари на кермовому колесі при наїзді на нерівності дороги іноді застосовують кермові механізми, передаточне число яких не постійне, а збільшується в середньому положенні механізму (при русі прямо). З цією метою в кермовій парі при їїсередньому положенні спеціально створюється підвищене тертя.

Залежно від типу основних робочих пар кермові механізми сучасних автомобілів розділяють на зубчастоколісні або рейкові, черв’ячні, гвинтові та комбіновані.

Рейкові кермові механізми є найбільш поширеними на сучасних легкових автомобілях. Перевагами їх є високий ККД, простота і компактність конструкції, спрощене технічне обслуговування і невисока ціна. До недоліків таких механізмів слід віднести невисоке значення передаточного числа, що викликає необхідність застосування підсилювачів.

Черв’ячні кермові механізми застосовують як на легкових, так і на вантажних автомобілях малої та середньої вантажопідйомності, а також на автобусах. Спрощену схему такого механізму наведено на рис. 15.3. При обертанні кермового колеса 1 черв’як 2, що знаходиться на кермовому валу, примушує обертатися зачеплене з ним черв’ячне колесо 3 (або частину колеса – сектор). Черв’ячне колесо розташоване на валу сошки 4, отже обертання цих деталей примушує сошку і зв’язану з нею подовжню кермову тягу 5 переміщуватись, повертаючи поворотні кулаки 7 і 8, а з ними і цапфи 6 керованих коліс на відповідні кути.

Для зменшення тертя в кермовому механізмі цього типу робочу пару виконують у вигляді глобоїдного черв’яка) і ролика, що знаходиться з ним у зачепленні та розташований на підшипнику кочення. Ролик має три гребені. Черв’як установлений у чавунному картері на двох конічних роликових підшипниках. Зовнішнє кільце верхнього підшипника запресоване в гніздо картера. Кільце нижнього підшипника, що встановлений у гнізді картера на ковзній посадці, спирається на кришку. Під фланцями кришки встановлені прокладки для регулювання натягу підшипників.

Черв’як закріплений на кермовому валу за допомогою шліців. У місці виходу вала з картера встановлений сальник. Верхня частина вала входить до отвору фланця вилки карданного шарніра і закріплена клином. Через карданний шарнір кермова пара зв’язана з кермовим колесом.

На автомобілях великої вантажопідйомності мають певне поширення гвинтові кермові механізми типу "гвинт-гайка-рейка-сектор". Конструкцію такого механізму показано на рис. 15.4.

Рисунок 15.4 – Гвинтовий кермовий механізм

Установлений на двох конічних роликових підшипниках 5 і 12 гвинт 4 приводиться в обертання від кермового колеса. На гвинті нарізана гвинтова канавка напівкруглого профілю. Така ж сама канавка нарізана у гайці 8, що надіта на гвинт. До гвинтового каналу закладено сталеві кульки. Отже, при обертанні гвинта гайка фактично котиться по його поверхні. У кінці і в середині канавки в гайці встановлено дві напрямні трубки 2, по яких кульки повертаються на початок, або на середину канавки. Трубки і гвинтові кана­ли гайки створюють для кульок два замкнені самостійні контури.

На поверхні гайки нарізана зубчаста рейка, яка знаходиться в зачеп­ленні із зубчастим сектором 9. Сектор виконаний як єдине ціле з валом кермової сошки, що спирається на три голчасті підшипники 14, 15 і 16. На одному кінці вала закріплена сошка 13, інший кінець з’єднаний з регулювальним гвинтом 17, за допомогою якого можна регулювати зазор між зубами сектора і рейки.