Устройство рулевого управления легкового автомобиля
Сложно себе представить любое транспортное средство без руля, кроме тех, что ездят по рельсам или на гусеничной тяге, поэтому необходимо рассмотреть устройство рулевого управления легкового автомобиля. Хотя во втором случае роль руля играют рычаги поворота. Рулевое управление есть у водных, воздушных и наземных видов транспорта. И везде рулевое управление отвечает за изменение направления движения транспортного средства в нужном направлении. И оно не ограничивается только самим рулем. Это целая система взаимосвязанных компонентов, работающих как единое целое.
Рулевое управление легкового автомобиля, как и многие узлы и агрегаты, которые мы рассматривали ранее, состоит из двух частей: привод и сам механизм. Рулевой механизм передает и увеличивает усилие вращения рулевого колеса (руля) к рулевому приводу, облегчая изменение направления передних (управляемых) колес.
Рулевой привод передает усилие от рулевого механизма к колесам легкового автомобиля и обеспечивает их поворот под нужным углом каждого управляемого колеса. Дело в том, что при повороте передние колеса меняют направление движения не под одним углом, а под разными. Хотя разница обычным глазом не видна, но она всегда есть. В чем же причина? Вернемся к ходовой части, а именно к дифференциалу. Вспомним, что при повороте колеса проходят разное расстояние и имеют разное вращение по причине разницы в радиусах поворота, а дифференциал это все контролирует. То же испытывают и передние колеса. Только эту разницу в радиусах надо сравнять, так как колесо, вращающееся по большому кругу, всегда будет «опаздывать» за тем которое идет по меньшему кругу. Вот за это и отвечает рулевой привод, выравнивая радиусы путем изменения углов поворота, делая их разными. Как это происходит, разберем чуть позже, а пока вернемся к рулевому механизму легкового автомобиля.
Рулевой механизм по способу передачи вращения бывает двух типов: червячный и реечный. В чем особенности устройства, преимущества и недостатки каждого из них мы сейчас разберем.
Червячный механизм показан на .
Рулевой вал, на котором закреплено рулевое колесо, заканчивается «червяком». Возьмите обыкновенный шуруп с резьбой. Вот «червяк» — это увеличенный в несколько раз шуруп, только без шляпки. А «резьба» у него сделана немного иной формы, подходящей для зацепления зубьев шестеренки. Здесь роль шестеренки играет полузвездочка или как бы четверть зубчатого колеса (на рисунке она похожа на гусиную лапку). При вращении «червяка», его «резьба» заставляет полузвездочку вращаться. Сама эта полузвездочка жестко крепится на валу рулевой сошки. На конце рулевой сошки крепятся два рулевых шарнира. Один – непосредственно к сошке, а второй – через среднюю рулевую тягу.
Понятие «шарнир» мы уже изучали вместе с подвеской. Смотрим по , как выглядит рулевой шарнир.
Главный элемент тут – шаровой палец. Он и выглядит как шар с пальцем. Вот именно через палец рулевой шарнир связан с сошкой или рулевой тягой. Шаровой конец пальца с помощью двух обхватывающих, вкладыша и подпирающей пружины снизу, плотно «сидит» в корпусе шарнира. Как можно догадаться, именно шаровая поверхность позволяет пальцу наклоняться в любые стороны относительно своей оси. Для облегчения вращения эта конструкция смазывается специальной смазкой и плотно защищена резиновым чехлом. Корпус шарнира заканчивается рулевой тягой или рычагом. Такое шарнирное соединение позволяет двум деталям перемещаться в различных плоскостях относительно друг друга.
В нашем случае рулевые шарниры своими корпусами соединены с боковыми рулевыми тягами. Рассмотрим их по-отдельности.
Левая боковая тяга через еще один рулевой шарнир связана с поворотным рычагом левого переднего колеса, который и заставляет поворачиваться само колесо.
Правая боковая тяга находится дальше от рулевой сошки. Как уже упоминалось, она связана с ней через среднюю рулевую тягу и маятниковый рычаг, закрепленный на кузове легкового автомобиля и имеющий три шарнира. То есть цепочка передачи усилия такая: рулевая сошка - средняя рулевая тяга – маятниковый рычаг – правая боковая тяга – поворотный рычаг правого переднего колеса. И везде в цепочке есть рулевые шарниры. Именно за счет их способностей вращаться в любых направлениях весь рулевой механизм не испытывает колебания и тряски на неровных участках дорог. Они своей подвижностью и легкостью движения все эти негативные моменты как бы гасят (нейтрализуют).
Рулевые тяги имеют одну особенность. Их можно изменять по длине, благодаря наличию регулировочного узла на них. Именно при помощи изменения длины и выставляются разные (необходимые) углы поворота для каждого колеса.
На этом с червячным механизмом всё. Перейдем к механизму «шестерня-рейка», изображенному на .
Первое и главное отличие – рулевой вал заканчивается обыкновенной шестеренкой, а не «червяком». Шестерня входит в зацепление с рейкой. Представьте себе, что получится, если мысленно шестеренку из окружности растянуть в прямую линию, то есть разрезать кольцо и сделать из него ленту.
Вот это и есть зубчатая рейка, где с одной стороны — плоская поверхность, а с другой зубья (ребра). Таким образом, так как у нас рулевой вал неподвижен и может вращаться только вокруг своей оси, зубчатая рейка от вращения шестерни на валу получает движение влево или вправо. Рейка крепится на среднюю рулевую тягу, к которой через рулевые шарниры крепятся боковые тяги, а к ним поворотные рычаги колес, опять же через шарниры. Вот, собственно, и все.
Отличие реечного механизма от червячного варианта — в меньшем количестве соединений и деталей. Но реечный механизм более сложен и требует большой точности в настройках.
С точки зрения безопасности водитель при ДТП часто получает травмы из-за рулевого колеса. Поэтому современные автомобили оснащаются безопасными рулевыми колесами и валами, которые при столкновении ломаются.
По аналогии с тормозной системой легкового автомобиля в некоторых автомобилях, особенно грузовых, в рулевое управление входит гидроусилитель. Он через давление гидроцилиндров на рулевые тяги помогает облегчить поворот рулевого колеса водителем. Давление создает гидронасос, а жидкость перетекает в нужную полость гидроусилителя в зависимости от стороны поворота.
Для улучшения управляемости автомобилей и повышения комфортабельности часто применяется независимая задняя на стойках с продольными и поперечными рычагами. Устройство ее показано на рисунке.
