Богатырев А.В., Есеновский-Лашков Ю.К. и др. Автомобили

Подождите немного. Документ загружается.

рулевого привода дополнительным усилием, приложенным со

стороны цилиндра к валу сошки. Это требует увеличения размеров

и массы привода. Кроме того, в данной конструкции затруднена

унификация элементов рулевого управления.

Вторая схема (рис. 22.10, б) предусматривает размещение рас-

пределителя в одном блоке с рулевым механизмом и отдельное

расположение гидроцилиндра. Преимущества схемы: малая нагру-

женность привода, легкость компоновки усилителя в рулевом

приводе, малая склонность к автоколебаниям. Расположенный у

колес гидроцилиндр воспринимает удары со стороны дороги, пре-

дохраняя рулевой механизм от перегрузок. Длина шлангов при

этом несколько увеличивается.

При третьей схеме (рис. 22.10, в) распределитель и гидроци-

линдр объединены, а рулевой механизм установлен отдельно. В

этом случае гидроцилиндр нужно располагать в строгом соответ-

ствии с расположением рулевого механизма, так как шаровой па-

лец сошки должен управлять работой распределителя.

Четвертая схема (рис. 22.10, г), предусматривающая автоном-

ное расположение рулевого механизма, распределителя и гидро-

цилиндра, является наиболее гибкой с точки зрения компоновки

и унификации элементов. К недостаткам ее относятся повышен-

ная склонность к автоколебаниям и увеличение числа и длины

шлангов и трубопроводов.

Гидроусилитель автомобиля ЗИЛ-431410, встроенный непос-

редственно в рулевой механизм, показан на рисунке 22.5. Давле-

ние жидкости в системе гидроусилителя создается лопастным на-

сосом 2, приводимым от двигателя. Насос состоит из неподвиж-

ной части

—

статора 25 и подвижной части

—

ротора 26. Действие

усилителя показано на схемах 1, II, III. При прямолинейном дви-

жении автомобиля, когда золотник

рулевого управления нахо-

дится в нейтральном положении, обе полости картера

рулевого

механизма справа и слева от поршня

—

рейки 10 (схема II) соеди-

нены с насосом и бачком 3. Циркулирующая через эти полости

жидкость не влияет на положение поршня

—

рейки.

При повороте рулевого колеса в правую сторону (схема I) в

этом же направлении перемещается и золотник 18. При переме-

щении он отключает правую полость картера 11

от

линии слива 6.

Поступающая от насоса жидкость давит на поршень

—

рейку, ко-

торый, перемещаясь, поворачивает зубчатый сектор 23 на валу со-

шки и способствует повороту колес автомобиля направо. В то же

время проходное сечение, соединяющее левую полость картера

рулевого механизма с линией слива, увеличивается и жидкость из

нее свободно перетекает в бачок 3 насоса.

При повороте рулевого колеса в левую сторону (схема III) дав-

ление в левой полости картера

повышается, а в его правой по-

лости снижается. Гидроусилитель создает дополнительное усилие

для поворота колес в левую сторону.

360

Водитель ощущает действие гидроусилителя руля в том случае,

когда сопротивление колес автомобиля повороту руля создает на

гайке

14,,

соединенной с поршнем

—

рейкой, реактивное усилие,

превышающее силу предварительного сжатия пружины 21 и уси-

лие от давления масла на реактивный плунжер 22, стремящихся

удержать винт рулевого механизма в среднем положении. Благода-

ря этому водитель всегда ощущает «чувство дороги».

Для обеспечения управления автомобилем при неработающем

усилителе в корпусе распределителя предусмотрен клапан, пере-

пускающий жидкость из одной полости цилиндра в другую.

При наличии усилителя сила, прикладываемая водителем к ру-

левому колесу при повороте управляемых колес автомобиля, не-

подвижно стоящего на сухой асфальтобетонной поверхности, у

легковых автомобилей не должна превышать 30...40 Н, у грузовых

автомобилей

— 80.. 100

Н.

22.4. РУЛЕВОЙ ПРИВОД

В рулевой привод входят все детали, передающие усилие от ру-

левого механизма к управляемым колесам.

Рулевой привод оценивают по передаточным числам и КПД.

Кинематическое передаточное число равно отношению элемен-

тарного угла поворота сошки к полусумме элементарных углов по-

ворота цапф управляемых колес. Силовое передаточное число

привода определяют как отношение суммарного момента на пово-

ротных цапфах управляемых колес к моменту М

на сошке.

Передаточные числа привода

—

переменные вследствие изме-

нения соотношения плеч рычагов. Из-за несимметричности при-

вода они могут быть различными при повороте автомобиля вправо

и влево. Следовательно, будет переменным и усилие на рулевом

колесе в процессе поворота.

Отношение силового передаточного числа к кинетическому

представляет собой КПД при-

вода. Общий КПД рулевого уп-

равления г| = г|

т1

= 0,7...0,85.

Рулевая трапеция является

частью рулевого привода. Чтобы

автомобиль двигался на поворо-

те без бокового скольжения ко-

лес, все колеса должны совер-

шать качение по дугам, описан-

ным из одного центра, лежаще-

го на продолжении задней оси

автомобиля (рис. 22.11). При

этом передние управляемые

колеса должны поворачиваться

на разные углы: внутреннее по

Рис. 22.11. Схема поворота управляе-

мых

колес автомобиля:

&Нтin

—

минимальный радиус поворота; I

—

база автомобиля; М— расстояние между

осями шкворней; в

— угол поворота наруж-

ного колеса; в,

—

угол поворота внутреннего

колеса

361

отношению к центру поворота на больший угол, наружное

—

на

меньший угол. Такая схема поворота достигается применением в

рулевом приводе трапеции с шарнирными соединениями.

Расстояние от центра поворота до центра пятна контакта шины

внешнего колеса с дорогой при наибольшем угле поворота управ-

ляемых колес называется минимальным радиусом поворота.

Минимальный радиус поворота для автомобиля с жесткими пе-

редними управляемыми колесами

Кнтт

~ L/sin 0Ятах>

где L — база автомобиля, м; 9//max

—

максимальный угол поворота наружного уп-

равляемого колеса, град.

Значения минимальных радиусов поворота некоторых автомо-

билей даны в таблице 22.2.

22.2.

Минимальные радиусы поворота автомобилей, м

Легковые автомобили

Грузовые автомобили

Автобусы

Модель

^Mnin

Модель

^Нт in

Модель

^Hmin

ВАЗ-1111 «Ока» 4,6

УАЗ-3741 6,3

РАФ-2203 «Латвия»

5,5

3A3-1102 «Таврия»

5,0

ГАЗ-3307 8,0

УАЗ-2206

6,3

ВАЗ 2108 «Самара»

5,0

ЗИЛ-431410

8,3 ЗИЛ-3207 «Юность»

7,5

АЗЛК-2141 5,0

КАМАЗ-5320

8,5 ЛАЗ-4207

7,8

ИЖ-2126

5,25

БеЛАЗ-7540

8,7

KAB3-3976

8,0

BA3-2121 «Нива»

5,5

MA3-5337

9,1

ЛАЗ-695Н

8,5

ЛуАЗ-1302 «Волынь» 5,5

KA3-4540

9,3

ЛиАЗ-5256

8,9

BA3-2105

5,6

УрАЛ-4320 10,8

ПАЗ-672М

9,0

ГАЗ-ЗЮ2

5,8

УрАЛ-5557

10,8

ЛАЗ-42021

9,5

УАЗ-3151

6,5

КрАЗ-256 12,3

ЛиАЗ-677М

9,6

ГАЗ-14 «Чайка»

7,3

КрАЗ-260

13,0

ПАЗ-3206

11,0

ЗИЛ-4104

7,6

БеЛАЗ-7512

13,0

ЛАЗ-699Р

П,2

В зависимости от расположения относительно оси вращения

колес различают передние и задние рулевые трапеции. Обычно

рулевую трапецию располагают сзади управляемых колес. По кон-

струкции рулевые трапеции могут быть неразрезные и разрезные.

Автомобили с зависимой подвеской имеют неразрезную попе-

речную тягу 3 (см. рис. 22.1). При независимой подвеске эту тягу

выполняют разрезной (рис. 22.12), состоящей из двух или трех

звеньев. Это обеспечивает возможность независимого перемеще-

ния управляемых колес. Для регулировки схождения колес тяги

имеют резьбовые наконечники.

Правильная кинематика поворота управляемых колес обеспе-

чивается соответствующим выбором параметров рулевой трапе-

ции, а отсутствие зазоров в приводе

—

применением шарниров с

автоматическим устранением зазоров.

362

Рис. 22.12.

Рулевое

управление автомобиля

независимой подвеской:

1 — поворотные рычаги; 2— боковые тяги; 3

—

сошка; 4— средняя поперечная тяга; 5—

маятниковый рычаг

Шарниры рулевого привода по способу устранения зазора мо-

гут быть саморегулируемые, с периодической регулировкой и не-

регулируемые.

Саморегулируемые шарниры (рис. 22.13, а...ж) не требуют ре-

гулировки в процессе эксплуатации. Зазор в шарнирах автомати-

чески выбирается перемещением сухарей 3 или пальцев 2 по ко-

нусным направляющим поверхностям наконечника под действи-

ем поджимной пружины 7. Такие шарниры устанавливают обычно

на поперечных рулевых тягах.

В шарнирах с периодической регулировкой (рис. 22.13, з, и) за-

зор, появляющийся вследствие изнашивания трущихся поверхно-

стей, устраняют заворачиванием пробки 4. Такая конструкция не

совсем удобна в эксплуатации, так как требует разборки шарнира

при регулировке. Шарниры с периодической регулировкой при-

меняют в продольных рулевых тягах.

Нерегулируемые шарниры используют на автомобилях, в кото-

рых колеса поворачиваются вокруг вертикальной оси. Они проще

по конструкции и дешевле в изготовлении, но менее долговечны.

Детали рулевого привода изготовляют из сталей 20, 30 и 35,

пальцы шарниров —из сталей 12ХНЗА, 18ХГТ и 15ХН, наконеч-

ники тяг, рычаги и сошку

—

из сталей 35, 40, 45, 30Х, 35Х, 40Х,

38ХГМ, 40ХНМА.

Диаметр рулевого колеса нормирован: для легковых и грузовых

автомобилей малой грузоподъемности 380...425 мм, для грузовых

автомобилей и автобусов большой вместимости 440...550 мм.

363

Рис. 22.13. Шарниры

рулевого управления:

q...ok— саморегулируемые

шарниры; з, и

—

шарниры

с периодической регули-

ровкой; к

—

нерегулируе-

мые шарниры; 7—под-

жимная пружина; 2

—

па-

лец; 3— сухарь; 4 —

пробка

Максимальный угол поворота рулевого колеса зависит от типа

автомобиля и находится в пределах 540...1080° (1,5...3 оборота).

Рулевой механизм может быть причиной серьезной травмы во-

дителя при лобовом столкновении автомобиля с препятствием.

Поэтому применяют травмобезопасные рулевые механизмы, по-

глощающие энергию удара. Например, на автомобиле BA3-21213

рулевой вал состоит из трех частей, соединенных карданными

шарнирами. При ударе рулевой вал складывается, причем переме-

щение верхней его части внутрь салона незначительно.

22.5. УГЛЫ УСТАНОВКИ КОЛЕС

При движении автомобиля на управляемые колеса всегда дей-

ствуют силы, стремящиеся отклонить их от заданного водителем

направления. Наличие зазоров и упругость деталей приводят к

тому, что колеса отклоняются даже при фиксированном положе-

нии рулевого механизма. Это может привести к неустойчивому

движению автомобиля.

Устойчивость движения автомобиля обеспечивается стабилиза-

цией управляемых колес, т. е. способностью их возвращаться в

нейтральное положение, соответствующее прямолинейному дви-

жению, без участия водителя.

Стабилизация управляемых колес достигается за счет установ-

ки шкворней, связывающих поворотные цапфы с колесами, с на-

клоном в поперечной и продольной плоскостях. Оси управляе-

мых колес устанавливаются в поперечной плоскости под некото-

рым углом а к вертикали (рис. 22.14). При такой установке

Рис. 22.14. Схемы наклона шкворня:

—

поперечный наклон; б— продольный наклон; в

—

вынос шкворня вперед; а

—

угол накло-

на шкворня в поперечной плоскости; р — угол наклона шкворня в продольной плоскости; d —

плечо обкатки;

= +

—

общее плечо устойчивости; v

—

скорость движения автомо-

биля

365

шкворней поворот управляемых колес в любую сторону от нейт-

рального положения сопровождается приподниманием балки

моста. Этому препятствует масса автомобиля, стремящаяся удер-

жать мост в нижнем положении и повернуть колеса в обратном

направлении.

Возникающий таким образом стабилизирующий эффект зави-

сит от массы автомобиля, угла поперечного наклона шкворней а и

плеча обкатки а'.

Чтобы боковые реакции опорной поверхности могли обеспе-

чить стабилизирующее действие, они должны создавать относи-

тельно шкворней соответствующие моменты. Если боковая реак-

ция приложена в точке опорной поверхности, находящейся на од-

ной вертикали с центром колеса, то необходимое плечо образу-

ется продольным наклоном шкворня на угол (3 или выносом его

вперед (рис. 22.14, б, в). Отклонение колеса от нейтрального поло-

жения вызывает в этом случае стабилизирующий момент, завися-

щий от плеча и боковой реакции.

Кроме стабилизирующего момента на рулевую трапецию дей-

ствует момент, обусловленный трением в рулевом механизме. При

прямолинейном движении автомобиля стабилизирующий момент

равен нулю и колеса удерживаются в нейтральном положении ис-

ключительно за счет трения. При выходе автомобиля из поворота

момент трения препятствует возвращению управляемых колес в

нейтральное положение. Поэтому при конструировании рулевого

управления обеспечивают достаточно высокое трение в нем при

нейтральном положении и малое

—

при больших углах поворота.

Для этого плоскость управляе-

мых колес устанавливают под

углом х к вертикали, называе-

мым углом развала колес (рис.

22.15, а). При качении управ-

ляемого колеса сила сопротив-

ления качению создает мо-

мент сопротивления повороту.

Наличие развала уменьшает

плечо приложения силы, бла-

годаря чему облегчается уп-

равление автомобилем. Кроме

того, колесо при этом поджи-

мается к внутреннему под-

шипнику ступицы, что пре-

дотвращает виляние колеса в

случае появления зазоров в

подшипниках ступицы.

Рис. 22.15. Развал (а)

схождение (б)

управляемых колес:

X —

угол развала колес; с

—

плечо обкатки

Поскольку колесо, плос-

кость которого отклонена от

вертикали, катится с боковым

366

уводом, то для компенсации увода при конструировании предус-

матривают схождение колес в горизонтальной плоскости. Схожде-

ние равно разности расстояний В и А (рис. 22.15, б).

22.6. УПРАВЛЯЕМЫЕ НЕВЕДУЩИЕ ОСИ

Как уже отмечалось ранее, в состав рулевой трапеции помимо

поперечной тяги и продольных рычагов входит и передняя ось.

На грузовых автомобилях и автобусах средней и большой вмес-

тимости устанавливают управляемые неведущие оси с неразрез-

ной балкой. На легковых автомобилях и их модификациях пере-

дние мосты разрезные и имеют независимую подвеску колёс.

На рисунке 22.16 представлена управляемая неведущая пере-

дняя ось грузового автомобиля с колесным тормозом в сборе. Она

состоит из балки 6, поворотных кулаков 2, шкворней 4, ступиц 7,

рычагов 5 рулевой трапеции, продольной тяги, опорных подшип-

ников, втулок и крышек шкворней, деталей грязезащиты и колес-

ных тормозных механизмов с тормозными барабанами 9.

Рис. 22.16. Управляемая неведущая ось

грузового автомобиля:

7 —ступица; 2— поворотный кулак; J —тормозной

механизм; 4— шкворень; 5—рычаг; б—балка; 7—

продольная тяга; 8— поперечная тяга; 9— тормоз-

ной барабан

367

368

Профиль балки передней оси

—

двутавр с расширением одной

из полок для крепления элементов подвески (рессор, пневмобал-

лонов и т. п.). По сравнению с неуправляемыми мостами в управ-

ляемых мостах автомобиля расстояние между рессорами меньше.

Такое расположение рессор позволяет получить максимально воз-

можный угол поворота управляемых колес.

Поворотные кулаки с наружной стороны имеют цапфы с шей-

ками для двух подшипников качения ступиц, а с внутренней сто-

роны представляют собой вилки с отверстиями под шкворни, со-

единяющие их с балкой. Шкворни применяют двух типов: ци-

линдрические и с конусной посадкой нижней части большего

диаметра. При конусной посадке шкворень крепится гайкой.

Цилиндрический шкворень имеет лыску для крепления болтом.

Шкворни изготовляют из стали 45, 50 или 18ХГТ. Втулки шквор-

ней выполняют из стальной ленты с антифрикционным покры-

тием.

Основные параметры балок неведущих управляемых осей не-

которых автомобилей даны в таблице 22.3.

22.7. ВОЗМОЖНЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ

В рулевом механизме и рулевом приводе могут возникать сле-

дующие неисправности: повышенный свободный ход рулевого ко-

леса, заклинивание подшипников рулевого механизма, погнутость

рулевых тяг, подтекание смазки из картера рулевого механизма,

нарушение регулировок.

Для гидроусилителя руля характерны следующие неисправнос-

ти: ослабление натяжения ремня привода лопастного насоса, по-

падание воздуха в систему, зависание золотника клапана управле-

ния или перепускного клапана.

Заклинивание подшипников рулевого вала вызывает тугое вра-

щение рулевого колеса обычно в результате недостаточного сма-

зывания. Чтобы устранить эту неисправность, в картер рулевого

механизма добавляют смазку.

Погнутые рулевые тяги могут нарушить точность поворачивания

колес. Для устранения этого дефекта тяги снимают с автомобиля и

выправляют, а при обнаружении трещин заменяют новыми.

Контрольные вопросы

и задания

1. Из каких основных частей состоит рулевое управление? 2. Какие типы руле-

вых механизмов вы знаете? 3. Из каких деталей состоит рулевой привод? 4. Для

чего предназначен гидроусилитель рулевого управления? 5. Перечислите харак-

терные неисправности рулевого управления.

369