Рульовий механізм

До рульового механізму пред'являються наступні вимоги:

- оптимальне передавальне число, що визначає співвідношення між необхідним кутом повороту рульового колеса і зусиллям на ньому;

- незначні втрати енергії при роботі (високий КПД);

- можливість мимовільного повернення рульового колеса в нейтральне положення, після того, як водій перестав утримувати рульове колесо в поверненому положенні;

- незначні зазори в рухомих з'єднаннях для забезпечення малого люфта або вільного ходу рульового колеса;

- висока надійність.

Найбільше поширення на легкових автомобілях сьогодні набули рейкові рульові механізми (мал. 3.6).

Конструкція такого механізму включає шестерню, встановлену на валу рульового колеса, і пов'язану з нею зубчату рейку. При обертанні рульового колеса рейка переміщається управо або вліво і через приєднану до неї тягу рульового приводу повертає керовані колеса.

Причинами широкого вживання на легкових автомобілях саме такого механізму є: простота конструкції, малі маси і вартість виготовлення, високий КПД, невелике число тяги і шарнірів. Крім того, розташований упоперек автомобіля корпус рейкового рульового механізму залишає достатньо місця в моторному відсіку для розміщення двигуна, трансмісії і інших агрегатів автомобіля. Рейкове рульове управління володіє високою жорсткістю, що забезпечує більш точне управління автомобілем при різких маневрах.

Разом з тим рейковий рульовий механізм володіє і поруч недоліків: підвищена чутливість до ударів від дорожніх нерівностей і передача цих ударів на рульове колесо; схильність до віброактивності рульового управління, підвищена завантаженості деталей, складність установки такого рульового механізму на автомобілі із залежною підвіскою керованих коліс. Це обмежило сферу вживання такого типу рульових механізмів тільки легковими (з вертикальним навантаженням на керовану вісь до 24 к*Н) автомобілями з незалежною підвіскою керованих коліс.

Легкові автомобілі із залежною підвіскою керованих коліс, малотоннажні вантажні автомобілі і автобуси, легкові автомобілі високої прохідності оснащуються, як правило, рульовими механізмами типу «глобоідальний черв'як-ролик» (мал. 3.7).

Раніше такі механізми застосовувалися і на легкових автомобілях з незалежною підвіскою (наприклад, сімейство ВАЗ-2105, -2107), але в даний час їх практично витіснили рейкові рульові механізми.

Мал. 3.6 а.

Рейковий рульовий механізм без гідро підсилювача:

1 - чохол; 2 - вкладиш; 3 - пружина; 4 - кульовий палець; 5 - кульовий шарнір; 6 - упор; 7 - рульова рейка; 8 – шестерня

Мал. 3.6 б, в.

Рейковий рульовий механізм з гідропідсилювачем:

1 - рідина під високим тиском; 2 - поршень; 3 - рідина під низьким тиском; 4 - шестерня;

5 - рульова рейка; 6 - розподільник гідропідсилювача; 7 - рульова колонка; 8 - насос гідропідсилювача; 9 - резервуар для рідини; 10 - елемент підвіски

Мал. 3.7

Рульовий механізм типу « глобоідальний черв’як-ролик» без гідропідсилювача:

1-ролик; 2-черв’як

Механізм типу «глобоідальний черв'як - ролик» є різновидом черв'ячної передачі і складається із сполученого з рульовим валом глобоідального черв'яка (чев'яка із змінним діаметром) і ролика, встановленого на валу, На цьому ж валу зовні корпусу рульового механізму встановлений важіль (сошка), з яким пов'язана тяга рульового приводу. Обертання рульового колеса забезпечує обкачування ролика по черв'яку, гойдання сошки і поворот керованих коліс

Порівняно з рейковими рульовими механізмами черв'ячні механізми мають меншу чутливість до передачі ударів від дорожніх нерівностей, забезпечують великі максимальні кути повороту керованих коліс (краща маневреність автомобіля), добре компонуються із залежною підвіскою, допускають передачу великих зусиль. Іноді черв'ячні механізми застосовують на легкових автомобілях високого класу і великої власної маси з незалежною підвіскою керованих коліс, але в цьому випадку ускладнюється конструкція рульового приводу - додається додаткова рульова тяга і маятниковий важіль. Крім того, черв'ячний механізм вимагає регулювання і дорогий у виготовленні.

Найпоширенішим рульовим механізмом для важких вантажних автомобілів і автобусів є механізм типу «гвинт - кулькова гайка-рейка-зубчатий сектор» (мал. 3.8).

Іноді рульові механізми такого типу можна зустріти на великих і дорогих легкових автомобілях (Mercedes, Range Rover і ін.).

При повороті рульового колеса обертається вал механізму з гвинтовою канавкою і переміщається надіта на нього гайка. При цьому гайка, що має на зовнішній стороні зубчату рейку, повертає зубчатий сектор валу сошки. Для зменшення тертя в парі гвинт-гайка передача зусиль в ній відбувається за допомогою кульок, циркулюючих в гвинтовій канавці. Даний рульовий механізм має ті ж переваги, що і розглянутий вище черв'ячний, але має великий КПД, дозволяє ефективно передавати великі зусилля і добре компонується з гідравлічним підсилювачем рульового управління.

Раніше на вантажних автомобілях можна було зустріти і інші типи рульових механізмів, наприклад «черв’як - боковий сектор», «гвинт-кривошип», «гвинт-гайка-шатун-важіль». На сучасних автомобілях такі механізми через їх складність, необхідність регулювання і низького КПД практично не застосовуються.

Мал. 5.8.

Рульовий механізм «винт- кулькова гайка-рейка-зубчатий сектор» без гідропідсилювача (а):

1 - картер; 2 - гвинт з кульковою гайкою; 3 - вал-сектор; 4 - пробка заливного отвору; 5 - регулювальні прокладки; 6 - вал; 7 - ущільнювач рульового валу; 8 - сошка; 9 - кришка; 10 - ущільнювач валу-сектора; 11 - зовнішнє кільце підшипника валу-сектора; 12 - стопорне кільце; 13 - кільце ущільнювача; 14 - бічна кришка; 15 - пробка;

з вбудованим гідропідсилювачем (б):

1 - регулювальна гайка; 2 - підшипник; 3 - кільце ущільнювача; 4 - гвинт; 5 - картер; би - поршень-рейка; 7 - гідравлічний розподільник; 8 - манжета; 9 - ущільнювач; 10 - вхідний вал; 11 - вал-сектор; 12 - захисна кришка; 13 - стопорне кільце; 14 - кільце ущільнювача; 15 - зовнішнє кільце підшипника валу-сектора; 16 - бічна кришка; 17 - гайка; 18 – болт