3.9.1 Питання для самоконтролю та підготовки

1. Призначення рульового керування, вимоги до нього.

2. Класифікація і порівняльна оцінка рульових керувань.

3. Призначення рульового приводу, вимоги до нього.

4. Класифікація рульових приводів.

5. Методика визначення розмірів рульової трансмісії.

6. ККД керування, методика його визначення, приблизні числові значення.

7. Визначення розрахункових зусиль в елементах рульового керування.

8. Методика розрахунку на міцність рульового колеса, рульового вала, рульової сошки.

9. Основні положення методики розрахунку елементів рульової передачі.

10. Визначення напружень в елементах рульового приводу при повороті керованих коліс нерухомого автомобіля і при гальмуванні автомобілем.

3.10 Рульові механізми

Вимоги, класифікація, застосування. Вибір оптимального значення передавального числа. Аналіз конструкцій рульових механізмів. Вимоги до травмо безпечності механізмів. Методика визначення навантажень на деталі рульових механізмів.

Література: [2.1, с.425 - 438; 2.3; 2.4]

Вимоги, класифікація, застосування

Рульовий механізм, який є редуктором, забезпечує збільшення на валі сошки, підведеного до рульового колеса моменту. Збільшення моменту пропорційно кутовому передавальному числу рульового механізму (і_рм), в загальному випадку яке дорівнює:

, (3.10)

де dθ і dΩ - елементарні кути повороту рульового колеса і вала сошки; V і ω - кутові швидкості обертання відповідне рульового колеса і вала сошки.

Максимальна величина кутового передавального числа, для АТЗ різних типів і класів знаходиться в межах і_рм=(15…25), в деяких випадках доходить до 40.

При виборі передавального числа приводу необхідно, щоб виконувалася умова: за один - два оберти рульового колеса керуючі колеса (або вісі) АТЗ повинні встигнути повернутися з нейтрального положення на максимальний кут (35…40)°. При збільшенні і_рм - зменшується зусилля на рульовому колесі, але збільшується кількість обертів рульового колеса. Передавальні числа і_рм можуть бути постійними або змінними. Змінні передавальні числа рульових механізмів рекомендують для АТЗ не обладнаних рульовим підсилювачем.

Рульові механізми із змінним передавальним числом конструктивно не складніші за механізми в яких і_р.м. - const, але зате менш технологічні і тому більш дорожчі. Вони в даний час мало застосовуються.

При наявності підсилювачів не надається уваги по відношенню до характеру зміни передавального числа. Рульовий механізм в такому випадку служить тільки для включення золотникової системи підсилювача в роботу і для забезпечення кінематичної і слідкуючої дії даної системи. Але і тут передавальне число повинно бути досить великим, щоб під час виходу з ладу підсилювача водій міг би деякий час керувати АТЗ без надлишку зусилля.

Рульові механізми конструюються таким числом, щоб вони мали високий прямий ККД (η_рм) при передачі зусилля від рульового колеса до сошки і дещо менший зворотній ККД (η_мр).

Зворотній ККД характеризує міру зворотності рульового механізму. При дуже малому значенні η_мр поштовхи і удари, які сприймаються ходовою частиною АТЗ, не доходять до рульового колеса, так як гасяться силами тертя в рульовому механізмі. Ця властивість є дуже важливою. Але при цьому погіршується самоповертання рульового колеса в нейтральне положення під дією стабілізуючого моменту.

У всіх кінематичних ланках рульового управління від рульового колеса до керуючих коліс (осей) - зазори необхідно зводити до мінімуму.

Черв'ячні рульові механізми

Ці рульові механізми відрізняються формою черв'яка і конструкцією спряженого з черв'яком веденого елемента. Черв'як може бути простим циліндричним (одно або двох заходнім) або глобоїдальним. Веденим елементом, як правило, застосовують при цьому сектор з боковим розміщенням зубців, черв'ячні сектори., ролики (одно-двох і трьох гребцеві). Черв'ячні механізми розрізняють також особливостями взаємного розміщення черв'яка і веденого елемента.

Черв'ячно-спироїдні рульові механізми з боковим сектором складаються з циліндричного двозахідного черв'яка і розміщеного збоку сектора. Вісь черв'яка зміщена по відношенню до осі сектора на величину ξ = 40 мм наявність зміщення ξ покращує умови мащення зубців і дозволяє при значних передавальних числах одержати малогабаритну конструкцію механізму. Вони, як правило, застосовуються на АТЗ сімейства УрАЛ, КрАЗ.

Вал сошки з великою точністю встановлений на голкових підшипниках. Зачеплення черв'яка з сектором регулюється підбором товщини опорних бронзових шайб, які сприймають осьові зусилля. Осьовий зазор в зачепленні черв'як-сектор змінюється від 0,03 мм (в середньому положенні) до 0,5 мм (крайнє положення). Вал черв'яка в картері встановлюється в підшипниках (конічних КрАЗ, МАЗ і циліндричних УрАЛ).

Механізми з глобоїдальним черв'яком і роликом встановлюють на легкових АТЗ: ГАЗ - 24, УАЗ - 452 і середньої вантажопід'ємності ГАЗ - 53.

На валі сошки на голкових підшипниках встановлений ролик, який має гребні. Ці гребні входять в зачеплення з нарізкою глобоїдального черв'яка, що посаджений на вал рульового , колеса.

Основні переваги даного механізму наступні:

1) зменшення питомого тиску і підвищення зносостійкості;

2) підвищення надійності;

3) малі втрати на тертя завдяки заміні тертя ковзання на тертя кочення (підвищення ККД η_рм від 0,77 до 0,82);

4) можливість багаторазового виконання регулювальних робіт по зменшенню зазорів в зачепленні і конічних підшипниках.

Вісь ролика по відношенню до осі черв'яка в даному механізмі зміщена на величину Δ від 5 мм до 7 мм. За одне ціле з валом сошки виконаний кривошип, в провушені якого в спеціальному стакані встановлений шип. Шип впирається на голкових підшипниках і опорному шариковому підшипнику. Шип кривошипа взаємодіє з нарізкою гвинта. Гвинт зафіксований в картері рульового механізму за допомогою радіально-опорного підшипника. Це механізм із змінним передавальним числом.

Сили, які діють в даному механізмі, визначаються Р₁ = Р₂; Q₁ = R₂; R₁ = Q₂. Розрахункові вирази для визначення сил, прикладених до гвинта, приведені в таблиці 3.5 (графа для черв'яка).

Таблиця 3.5 - Сили, які діють в черв'ячно-спіральному зачепленні

Вид навантаження	Елементи зачеплення
Кругові зусилля	Черв'як	Сектор
Осьові зусилля
Радіальні зусилля

В таблиці 3.5 М_ш - момент на рульовому колесі; r₁, і r₂ - радіуси початкових кіл черв'яка і сектора; Р_ш і R_ш - зусилля на рульовому колесі і радіус штурвала; α - кут зачеплення; β₁ і β₂ - радіуси спіралей нарізки черв'яка і зубів сектора.

Комбіновані рульові механізми найбільшого застосування одержали механізми типу гвинт-гайка-рейка-сектор. Ці механізми мають підвищений ресурс роботи і застосовуються на тяжких автомобілях КрАЗ, МАЗ, БелАЗ.

На автомобілях ЗИЛ (ЗИЛ - 130, ЗИЛ -131) застосовуються рульові механізми того ж типу, але відрізняються від останніх одночасною компоновкою підсилювача (гідро руль).

Гвинт в картері встановлений на двох конічних підшипниках, які регулюються за допомогою прокладок. Гайка в нарізі гвинта посаджена в циркулюючі шарики, що замінило тертя ковзання тертям кочення. На нижній частині гайки нарізані зуби, що утворюють рейку. Сектор рейки змонтований на голкових підшипниках. Кількість кульок від 90 до 120 з діаметром від 7 мм до 9 мм. Ккд механізму збільшений від 0,7 до 0,9 за рахунок заміни тертя ковзання на тертя кочення у всіх ланках механізму і висої точності у виготовленні.

У деяких тяжких АТЗ застосовується механізм типу гвинт-гайка-кривошип.