Рулевое управление — устройство и принцип работы
Назначение рулевого управления
Водитель во время вождения обязан контролировать положение транспортного средства относительно других участников дорожного движения и выделенной полосы. Для изменения маршрута или осуществления маневров сменяется режим движения при помощи тормозной системы и рулевого управления.
Устранение бокового скольжения и стабилизация управляемых колес осуществляется при помощи рулевого привода, который возвращает автомобиль на прямолинейный курс движения после того, как водитель прекращает прилагать усилия к рулю.
Рулевое управление автомобиля
Рулевое управление автомобиля предназначено для изменения траектории движения автомобиля путём поворота рулевого колеса в нужную вам сторону. В общем, если руль автомобиля повернуть вправо, то происходит работа рулевого управления, которое поворачивает колеса автомобиля тоже в правую сторону. Чем больше угол поворота руля, тем на больший угол поворачиваются управляемые колеса автомобиля в нужную нам сторону.
Главное требование которое предъявляется к рулевому управления современного автомобиля — это надежность, управляемость, информативность, отзывчивость и простота конструкции. Это означает, что если неисправно рулевое управление, то это может привести к печальным последствиям, ведь машина становится полностью неуправляемой и эксплуатация такого автомобиля запрещена. Еще основное требование — это точность управления, т.е. при повороте руля, колеса должны сразу же, а не с задержкой, поворачиваться на определенный угол, который точно соответствует углу поворота рулевого колеса.
Рулевое управление состоит из рулевого механизма и привода. На данный момент наиболее распространены следующие типы рулевых механизмов: винт-гайка, червяк-ролик и рейка-сектор. Данные механизмы относятся к механическим, но в последнее время крупнейшие производители автомашин стремятся заменить механическое рулевое управление на электронное. Т.е. не будет никаких механических тяг и приводов, будет только блок управления, который согласно изменению положения руля будет поворачивать колеса машины с помощью электромоторов. Но тут есть одно «НО», дело в том, что электронное рулевое управление также должно дублироваться механическими узлами. В случае отказа электронной части, механические узлы будут предоставлять возможность водителю дальше управлять автомобилем. Этот момент очень важен и только он в настоящее время препятствует массовому внедрению электрического усилителя рулевого управления.
Рулевое управления является одним из важнейших и ответственных систем автомобиля, от этого узла напрямую зависит безопасность дорожного движения и удобство управления. Все узлы рулевого управления должны обладать высокой прочностью, надежностью и ремонтопригодностью. На узлы рулевого управления воздействуют различные силы, в основном от управляемых колёс: при поворотах, движении по ухабам и кочкам и т.д.
Статьи по теме: 1. Гидроусилитель — электроусилитель 2. Типы рулевого управления 3. Рулевое управление с переменным передаточным числом
Устройство рулевого управления
Устройство рулевой системы включает следующие элементы:
Рулевое управление и подвеска автомобиля тесно связаны между собой: степень отклика транспортного средства на вращение рулевого колеса зависит от высоты и жесткости подвески.
Конструкция рулевой колонки
Рулевая колонка в сборе
Устройство рулевой колонки представляет собой вал с шарнирами, находящийся в кожухе. Остальные элементы являются вспомогательными и обеспечивают дополнительный функционал:
В устройстве рулевой колонки применяются энергопоглощающие материалы. За счет чего вся конструкция может складываться при сильном фронтальном ударе. Это способствует снижению риска травмирования водителя, а также создает дополнительную безопасность при лобовом столкновении.
Блокиратор рулевой колонки
Комфортная и безопасная рулевая колонка может включать в себя такие элементы, как:
Виды рулевой системы
Рулевой механизм может подразделяться на несколько категорий в зависимости от типа редуктора:
Рулевой механизм
От колонки усилие передается рулевому механизму (червячному, винтовому или реечному), который усилие увеличивает и передает приводу. Самый распространенный из них – реечный, т. к. большинство легковых автомобилей оборудовано именно им. Он состоит из:
3. Рулевого наконечника.
При вращении рулевого колеса усилие передается на шестерню, приводящую в действие рейку. Она, в свою очередь, поворачивается направо или налево, в зависимости от направления поворота рулевого колеса. При движении рейки поворачиваются и рулевые тяги и поворачивают колеса.
Реечный механизм отличает простота, надежность, жесткость и высокий КПД. В то же время он очень чувствителен к ударным нагрузкам от неровных поверхностей и склонен к вибрациям. Из-за вышеописанных особенностей подобная схема используется в основном на легковых автомобилях с передним приводом и независимой подвеской.
Существует и другая система рулевого управления, а именно – с червячным механизмом. Она состоит из глобоидного червяка (стержня с резьбой и переменным диаметром), соединенного с валом, и ролика. При вращении руля ролик обкатывает червяк, который вращает ведомую шестерню, приводящую в движение сошку. Она же, в свою очередь, перемещает рулевые тяги и с их помощью происходит поворот колес.
Червячный механизм намного сложнее реечного (и, естественно, дороже в производстве), наличие большого количества соединений требует периодической регулировки, однако он менее чувствителен к ударным нагрузкам и обеспечивает большие углы поворота управляемых колес. Как следствие, заметно возрастает маневренность. Он применяется на легковых автомобилях повышенной проходимости, автобусах и небольших грузовых автомобилях. Также червячные механизмы устанавливались на старых отечественных автомобилях (подобное рулевое управление «ВАЗ» использовал при создании модели «Жигули»).
И, наконец, последний вид рулевых механизмов – винтовой. В его конструкцию входят:
— винт на валу рулевого колеса;
— перемещающаяся по винту гайка;
— нарезанная на гайке зубчатая рейка;
— соединенный с гайкой зубчатый сектор;
Винт и гайка соединяются с помощью шариков, что ведет к заметно меньшему износу.
При повороте руля винт вращается, перемещая гайку, шарики начинают циркулировать, в то время как гайка (с помощью рейки) перемещает зубчатый сектор. Вследствие этого перемещается сошка, и, как вы уже успели догадаться, с помощью тяг осуществляется поворот колес.
Этот механизм рулевого управления устанавливается на тяжелые грузовые автомобили и машины представительского класса.
Классификация по типу усилителя
Рулевые системы подразделяются на несколько видов в зависимости от типа установленного усилителя:
Дополнительные системы
Рулевое управление современных автомобилей оснащаются различными системами:
Требования к рулевому управлению
По стандартам к рулевой системе предъявляются следующие требования:
Нормальное функционирование рулевой системы определяется еще одним параметром — суммарным люфтом, подразумевающим угол поворота руля до момента поворота колес.
Допустимый суммарный люфт в рулевом управлении должен соответствовать принятым нормам:
Рулевое управление — устройство и принцип работы
Общее устройство и принцип работы системы рулевого управления автомобиля, как и многих других современных транспортных средств, можно описать следующим образом. Рулевое управление имеет рулевые тяги, рулевой механизм с реечной или червячной передачей и рулевую колонку, оканчивающуюся рулевым колесом. Функционирует система довольно просто: при воздействии на руль усилие через рулевой механизм передается на рулевые тяги, которые шарнирно связаны с рычагами подвески, что приводит к изменению траектории движения авто. Кроме того, рулевое колесо информирует водителя о состоянии дорожного покрытия, определяемое по величине усилия, приложенных к рулю. Если не брать во внимание размер рулевого колеса у спорткаров, диаметр руля для большинства автомобилей находится в пределах 38-42,5 см.
Рулевое колесо соединяется с рулевым механизмом посредством травмобезопасной рулевой колонки, которая имеет несколько карданных соединений. Травмобезопасность заключается в том, что при лобовом столкновении на большой скорости она (колонка) складывается, снижая таким образом степень тяжести нанесенных водителю травм. Современные автомобили снабжены электрической или механической регулировкой адаптации рулевой колонки под рост водителя. Изменение осуществляется как в вертикальном направлении, так и по длине, либо в двух направлениях. Также предусмотрена противоугонная защита путем блокирования рулевой колонки электрическим или механическим способом.
Рулевой механизм выполняет роль множителя усилий, приложенных водителем к рулевому колесу с последующим распространением нагрузки на рулевой привод. Самым применяемым типом редуктора рулевого механизма в автомобилях является червячная и реечная его конструкции, причем первый вариант чаще использовался в автомобилях прошлого столетия. Реечный вариант представляет собой цилиндрическую шестерню, составляющую одно целое с валом и перемещающуюся по зубчатой рейке, которая шарнирно связана с рулевыми тягами. При изменении положения руля на определенный угол рейка совершает движение в горизонтальной плоскости и через тяги поворачивает колеса. Пара шестерня-рейка находится в корпусе редуктора, который расположен в подрамнике подвески.
Некоторые автомобили снабжены рулевым механизмом с переменным передаточным отношением, где применена зубчатая рейка с различным профилем зубьев: в околонулевой зоне зубья имеют форму треугольника, а ближе к краям – вид трапеции. Конструкция рейки с различной геометрией зубьев способствует изменению передаточного числа в паре шестерня-рейка, уменьшая угол поворота рулевого колеса. Благодаря этой схеме управлять автомобилем намного удобнее, динамичнее, и требуется меньше усилий, прилагаемых к рулевому колесу.
Отдельные производители авто используют на автомобилях рулевые механизмы с управлением на четыре колеса. Конструкция позволяет добиться более эффективного управления и обеспечивает стабильность машины при движении на высокой скорости. Благодаря такому техническому решению передние и задние колеса авто получили синхронизацию при повороте в ту или иную сторону. Кроме того, улучшилась маневренность в случае, когда автомобиль движется с малой скоростью: передние и задние колеса могут быть повернуты в разном направлении. Это достигается за счет того, что при большой скорости автомобиля сайлентблоки, установленные на задней подвеске, под воздействием сил во время поворота авто деформируются, не давая колесам существенно изменить угол поворота.
Рулевой привод представляет собой шарнирно-рычажную конструкцию, посредством которой усилия, прилагаемые к рулю, передаются напрямую колесам, обеспечивая при этом устойчивость автомобиля при повороте. Кроме этого, конструкция удерживает колеса при работе подвески, тип которой зависит от устройства рулевого привода.
Наиболее популярна механическая конструкция рулевого привода, включающая в себя рулевые тяги и шаровые опоры (рулевые шарниры). В свою очередь, шаровой шарнир, защищенный от износа вкладышами, находится в корпусе с закрытым резиновым пыльником, который препятствует проникновению пыли и грязи в шарнирное соединение. Шаровой шарнир изготовлен как одно целое с шаровым пальцем, который служит наконечником для рулевых тяг и составляет с ними дополнительный рычаг подвески.
Для регулировки рулевого управления существует несколько параметров, влияющих на устойчивость автомобиля во время движения, и на усилие, прилагаемое к рулю. Четыре наиболее важных из них касаются угловых регулировок: развал, схождение, угол продольного и поперечного наклона поворотной ступицы колеса, а также две регулировки плеча (стабилизация и обкатка). Стоит заметить, что все регулировки связаны между собой и оказывают важное влияние на работу всего рулевого управления.
Современные автомобили уже не обходятся без усилителя рулевого управления, которое значительно уменьшает усилие, приложенное к рулю, позволяет точно и быстро реагировать на окружающую обстановку при движении. Благодаря усилителю руля водитель меньше утомляется, да и передаточное число шестерен в редукторе можно уменьшить, что делает его более компактным. По своему типу привод усилителя делится на электрический, гидравлический или пневматический. Последний больше относится к автомобилям грузового класса.
В большинстве своем автомобили нынешнего поколения снабжены гидравлическим усилителем рулевого управления, называемым для простоты «гидроусилитель руля». Кроме этого, существует его вариант – электрогидравлический усилитель, в котором жидкость нагнетается насосом с приводом от электродвигателя. Однако прогрессивным считается применяемый сегодня электрический усилитель руля, в котором крутящий момент вала электродвигателя подается непосредственно на карданный вал рулевого колеса или прямо на рулевой редуктор. А использование электроники делает возможным применение электроусилителя при парковке в автоматическом режиме или в системе, которая помогает удерживать автомобиль на полосе движения.
Инновационным усилителем руля можно считать адаптивный усилитель рулевого управления, благодаря которому усилие, прилагаемое при повороте колеса, зависит от скорости движения. Как пример подобной конструкции можно привести известный адаптивный гидравлический усилитель Servotronic. К новинке можно отнести и систему активного рулевого управления BMW, а также систему динамического рулевого управления от Audi, в котором передаточное число редуктора рулевого механизма зависит от скорости движения автомобиля.
Особенности правостороннего и левостороннего управления
В зависимости от законодательства конкретных стран и вида транспортного средства современные автомобили подразделяются на праворульные и леворульные. Соответственно, рулевое колесо может располагаться как справа, так и слева. К примеру, рулевые системы ВАЗ являются леворульными.
Механизмы отличаются не только позицией руля, но и редуктором, который адаптирован под конкретную сторону подключения. Несмотря на это, правостороннее управление на левостороннее переделать возможно.
Некоторые виды спецтехники оборудованы гидрообъемным рулевым управлением, которое обеспечивает независимость размещения рулевого колеса от других элементов. Такая рулевая система не обладает механической связью между рулем и приводом, а колеса поворачиваются при помощи силового цилиндра, регулируемого насосом-дозатором.
В сравнении со стандартными механизмами гидрообъемное рулевое управление не требует приложения больших усилий для выполнения поворота, не обладает люфтом, и его компоновка подразумевает произвольное расположение конструктивных элементов.
Соответственно, гидрообъемное управление обеспечивает как левостороннее, так и правостороннее управление. Благодаря этому система может устанавливаться на специальные транспортные средства.
Как самостоятельно починить рулевую колонку?
Некоторые поломки рулевой колонки можно устранить самостоятельно. Рассмотрим замену промежуточного вала на примере все того же ВАЗ 2110.
Как и в случае замены любой другой детали в рулевой колонке, первым делом надо снять «минусовую» клемму с аккумуляторной батареи. После чего отсоединить руль и снять крепление кронштейна рулевого вала. Далее открутить болт крепления промежуточного вала и снять рулевую колонку в сборе с ним. Сдвинуть промежуточный вал для получения доступа к его болту крепления к рулевому валу. С помощью двух гаечных ключей отвернуть гайку и достать этот самый болт, снять промежуточный вал со шлицев.
Теперь необходимо снять упорную втулку и визуально проверить на предмет различных повреждений, при их обнаружении – заменить, учитывая, что установка ее на рулевой вал осуществляется той стороной, которая имеет больший диаметр. Надеть новый промежуточный вал на шлицы, при этом отверстие для болта в карданном шарнире должно совпасть с имеющейся на валу кольцевой выемкой. При необходимости, воспользовавшись отверткой с плоским широким жалом, развести наконечники крепления по обеим сторонам промежуточного вала. После чего нужно закрутить гайку на болте крепления рулевого и промежуточного валов.
Далее следует надеть промежуточный вал на шлицы вала приводной шестерни с учетом того, что лыска на нем должна быть направлена вправо. Установить кронштейн на шпильки крепления, наживив при этом гайки на болты. Надвинуть промежуточный вал на вал приводной шестерни, туго затянуть болт, после чего следует завернуть гайки и на креплении кронштейна рулевого вала. Осуществить установку основания с переключателями и само рулевое колесо, произведя первоначальные действия в обратном порядке.
Причины неисправностей системы
Рулевой механизм, как и любые другие элементы, подвержен поломкам. Причин неисправностей может быть несколько:
Неполадки, возникшие с тормозной или рулевой системами автомобиля, могут привести к аварийной ситуации на дороге.
Виды неисправностей и их признаки
Система рулевого управления транспортных средств со временем может выходить из строя. Появление поломок сопровождается определенными признаками:
Неисправности рулевой колонки
Автолюбителям стоит понимать, что рулевая колонка является функционально перегруженным узлом транспортного средства, которое эксплуатируется в условиях постоянных и очень сильных нагрузок. Выход колонки из строя не является редкостью. К счастью, появление многих неисправностей не будет означать, что колонка нуждается в дорогостоящей ремонте. Однако этому мы уделим внимание чуть позже. Пока что рассмотрим эти самые неисправности:
Запчасти на hafei princip
Цилиндр тормозной главный
1.6 DA476Q
Запчасти на kia shuma
Дверь задняя (багажная 3/5-я (ляда) 1.5i 16V
Рулевые колонки делят на механические и электромеханические. Для устройств обоих типов характерны свои неисправности. Практика успела показать, что обычные механические колонки особенно «богаты» различными неисправностями, так как они комплектуются большим количеством движущихся деталей. Вот чем может быть вызвана поломка механизма:
Как правила, изнашиваются или ржавеют шлицевые соединения. Также довольно часто рулевая колонка начинает работать ненормально вследствие износа опорной втулки или опорного подшипника. Намного более редкой является проблема износа или закисания крестовин – они имеют большой эксплуатационный ресурс и продолжают нормально работать даже при серьезном износе, хотя сам рулевой механизм начинает хрустеть, а в очень редких случаях и застревать в одном положении. Что до ЭУР-колонок, то для характерны такие неисправности:
Как правило, водители отмечают, что руль становится более тяжелым, его работа становится прерывистой. Кроме того, на приборной панели должен появиться предупреждающий сигнал. Заметьте, что все эти неисправности можно выявить только при запущенном двигателе. Если механические колонки нередко удается отремонтировать самостоятельно, то электромеханические устройства нуждаются в осмотре и диагностике опытным специалистом.
Диагностика и техническое обслуживание
Для исключения проблем с рулевой системой автомобиля важно не только регулярно проводить техническое обслуживание, но и диагностику основных узлов и агрегатов.
Обязательно проводится проверка люфта при помощи специального прибора — люфтометра. Желательно проверять систему на отсутствие заеданий.
Во время технического осмотра оценивается состояние гидроусилителя. Если уровень масла в системе ниже требуемого, то его доливают. Диагностируется картер рулевого управления, уровень затяжки клиньев, цапф, шплинтовка, последние — после смазывания рулевой тяги.
Последующие технические осмотры подразумевают комплекс диагностических процедур, реализуемых при помощи специального оборудования. Ремонт рулевой системы лучше проводить в сервисных центрах, где работают профессионалы.
Мастера должны проверить суммарный люфт механизма при помощи люфтометра. Для легковых автомобилей он должен быть равен 10 градусам.
Измерение и регулировка люфта
Под рулевым люфтом имеется в виду расстояние, преодолеваемое рулем «свободно» (т. е. без отклика системы – поворачивания колес). Обычно для его измерения используется специальный прибор – люфтометр, но можно это сделать и с помощью обычного штангенциркуля.
1. Установите машину на ровную и не скользкую площадку.
2. Выставляем колеса так, как будто машина движется по прямой
3. Поворачиваем руль до тех пор, пока колеса не начнут двигаться.
4. Делаем на рулевом колесе пометку (мелом, изолентой и т. д.)
5. Затем вращаем в другую сторону и делаем еще одну пометку
6. Измеряем расстояние между метками штангенциркулем
Для каждого автомобиля существует свое предельное значение люфта, при превышении которого следует провести немедленную регулировку, иначе вскоре вас ждет ремонт рулевого управления.
Настройка производится с помощью винтов усиления шарниров карданчиков, которые находятся в рулевом валу.
Важность корректной работы рулевого управления
Транспортное средство считается источником повышенной опасности, в связи с чем для предупреждения аварийных ситуаций от автовладельца требуется поддержание исправного состояния автомобиля и регулярный контроль технического состояния.
Основное назначение рулевой системы — обеспечение возможности управления машиной. Исправный механизм гарантирует безопасное и уверенное движение, важное не только для водителя, но и для пассажиров.
В правилах дорожного движения указано, что продолжать движение и эксплуатировать автомобиль с вышедшей из строя системой рулевого управления, при наличии люфта, утечек масла из рейки запрещено.
Исправная система управления оказывает немалое влияние на состояние резины автомобиля: износ покрышек должен быть равномерным во избежание потери управления, выкидывания во время движения с трассы и появления неисправностей прочих узлов и агрегатов транспортного средства.
Рулевое управление является одним из важнейших элементов конструкции современного транспортного средства и требует регулярного контроля своего состояния и проведения грамотного технического осмотра и ремонтно-восстановительных работ. Управлять автомобилем с вышедшей из строя рулевой системой запрещено во избежание возникновения аварийных ситуаций на трассе и для сохранения безопасности водителя, пассажиров и прочих участников дорожного движения.
Что такое реечное рулевое управление – простыми словами
Реечный рулевой механизм, или, как его еще называют, реечная рулевая рейка, на современных легковых автомобилях – невероятно распространенная система управления передними колесами. Даже если вы не являетесь гуру в автомобильных технологиях, вы, скорее всего, слышали о таком механизме. Но как она работает? Объясним принцип действия для новичков, что называется, на пальцах.
Скорее всего, на вашем автомобиле стоит реечное рулевое управление. Обусловлен этот невероятно популярный инженерный выбор прогрессивной работой системы в целом (идеально подходит для современных динамичных, быстрых и мощных автомобилей), хорошей обратной связью с передними колесами (вы точно понимаете, на какой угол повернуты колеса и как быстро происходит их поворот) и возможностью установки управления на автомобили с передней независимой подвеской.
