В процессе движения водитель испытывает постоянную потребность в контроле за автомобилем и дорогой. Очень часто возникает необходимость смены режима движения: заезда на парковку или выезда с нее, изменения направления следования (поворота, разворота, перестроения, опережения, обгона, объезда, движения задним ходом и пр.), осуществления остановки или стоянки. Реализацию указанных действий обеспечивает рулевое управление автомобиля, являющееся одной из важнейших систем любого транспортного средства.
Общее устройство и принцип работы
Общее устройство рулевого управления, несмотря на большое количество узлов и агрегатов, представляется достаточно простым и действенным. Логистичность и оптимальность конструкции и функционирования системы доказывается хотя бы тем, что за многолетнюю теорию и практику автомобилестроения рулевое управление не претерпело глобальных сущностных изменений. Изначально оно включает в себя три основные подсистемы:
- рулевую колонку, предназначенную для передачи вращательного движения руля;
- рулевой механизм — устройство, преобразующее вращательные движения руля в поступательные перемещения деталей привода;
- рулевой привод, имеющий целью доведение управляющих функций до поворотных колес.
Помимо основных подсистем, крупнотоннажные грузовики, маршрутные транспортные средства и многие современные легковые автомобили имеют специальное устройство усилителя руля, позволяющее использовать создаваемое силовое воздействие, облегчающее его движение.
Таким образом, схема рулевого управления достаточно проста и функциональна. Рулевое колесо, как первичный узел, хорошо знакомый каждому водителю, под влиянием его мысли и воздействием силы совершает вращательные движения в необходимом направлении. Эти движения посредством рулевого вала передаются на специальный рулевой механизм, где совершается преобразование крутящего момента в плоскостные перемещения.
Последние через привод сообщают нужные углы поворота управляющим колесам. В свою очередь, пневматический, гидравлический, электрический и прочие усилители (при их наличии) облегчают вращение руля, делая процесс управления транспортным средством более комфортным.
Это основной принцип, по которому работает рулевое управление автомобиля.
Рулевая колонка
Схема рулевого управления обязательно включает в себя колонку, которая состоит из следующих деталей и узлов:
- руля (или рулевого колеса);
- вала (или валов) колонки;
- кожуха (трубы) колонки с подшипниками, предназначенными для вращения вала (валов);
- крепежных элементов для обеспечения неподвижности и устойчивости конструкции.
Схема действия колонки заключается в приложении водительского усилия на рулевое колесо и последующей передаче направленно-вращательных движений руля всей системе, если водитель желает изменить режим движения автомобиля.
Рулевой механизм
Рулевой механизм любого автомобиля — это способ преобразования вращения колонки в поступательные движения рулевого привода. Иными словами, функции механизма сводятся к тому, чтобы повороты руля превратились в нужные перемещения тяг и, в конечно счете, колес.
Устройство рулевого механизма является вариативным. В настоящее время оно представлено двумя основными принципами — червячным и реечным, которые отличаются способами преобразования крутящего момента.
Общее устройство рулевого механизма червячного типа включает в себя:
- пару деталей «червяк-ролик»;
- картер указанной пары;
- рулевую сошку.
Усилитель руля
Рулевое управление современных автомобилей оснащается специальной дополнительной опцией — усилителем. Усилитель рулевого управления — это подсистема, состоящая из механизма, позволяющего значительно снизить усилия водителя при повороте руля и управлении автомобилем.
Основными видами усилителей руля являются:
- пневмоусилитель (использующий силу сжатого воздуха);
- гидроусилитель (основанный на изменении давления специальной жидкости);
- электроусилитель (действующий на основе электрического двигателя);
- электрогидроусилитель (применяющий комбинированный принцип действия) ;
- механический усилитель (специальный механизм, имеющий увеличенное передаточное отношение).
Изначально система усиления применялась на крупнотоннажной и крупногабаритной технике. Здесь мышечной силы водителя было явно недостаточно для того, чтобы осуществить задуманный маневр. В современных легковых автомобилях она используются в качестве средства обеспечения комфортности при рулении.
Основы эксплуатации системы управления
В процессе эксплуатации автомобиля отдельные узлы и агрегаты, входящие в систему рулевого управления, постепенно приходят в негодность. Особенно, это усугубляется в условиях движения по некачественным дорогам. Свою лепту в износ системы вносит и недостаточное внимание водителя, уделяемое профилактике неисправностей, а также низкое качество запасных частей и комплектующих. Далеко не последнюю роль играет и низкая квалификация сервисменов, которым водитель доверяет обслуживание своего автомобиля.
Важность системы управления автомобилем обусловлена требованиями общей безопасности дорожного движения. Так, нормы «Основных положений по допуску ТС к эксплуатации…» и пункта 2.3.1 ПДД категорически запрещают движение (даже до автосервиса или места парковки) на транспортном средстве при наличии неисправностей в системе рулевого управления . К таким неисправностям относятся:
- превышение допустимого свободного хода (люфта) руля (10 градусов для легковых машин, 25 — для грузовых, 20 — для автобусов);
- перемещение деталей и узлов системы управления, не предусмотренных заводом-изготовителем;
- наличие незафиксированности в резьбовых соединениях;
- неадекватное функционирование усилителя рулевого управления .
Однако этот перечень неисправностей не является исчерпывающим. Помимо них, есть и иные «популярные» изъяны системы:
- тугое вращение или заедание руля;
- стук или биение, отдающие в руль;
- негерметичность системы и пр.
Подобные неисправности считаются допустимыми при эксплуатации автомобиля, если не обусловливают отмеченных ранее недостатков системы.
Подведем итог. Рулевое управление является одной из важнейших составных частей конструкции современного транспортного средства. Оно требует постоянного контроля за своим состоянием и осуществления своевременного и качественного сервисного и технического обслуживания.
Каждый автолюбитель знает, что главное в передвижении – его безопасность, а залогом успешности данного процесса выступает исправность всех систем транспортного средства. В первую очередь, это утверждение касается тормозной системы, ведь если она неисправна, то предотвратить столкновение у Вас не получится. Однако, педаль тормоза, не единственная важная деталь. Также, на ряду с тормозной системой, безопасность движения достигается за счет рулевого управления, принцип работы которого, мы сейчас обсудим.
1. Зачем автомобилю нужен руль?
Рулевое управление автомобиля является одной из самых важных систем жизнедеятельности любого транспортного средства. Оно состоит из ряда механизмов, работа которых нацелена на движение машины в заданном водителем направлении. Как правило, в легковых автомобилях управлению поддаются колеса передней оси (кинематический способ поворота), но иногда, для лучшего контроля над машиной и более высокого уровня ее управляемости, транспортное средство делают полностью управляемым. В таком случае, водитель контролирует не только переднюю ось, но и может управлять колесами задней оси, тоесть, по отношению к заданной траектории, они могут отклоняться под определенным углом.
В конструкции рулевого управления выделяют рулевое колесо, которое соединяется с рулевым валом с помощью рулевого механизма и соответствующего привода. Иногда в систему рулевого управления включают усилитель руля – гидравлический или электрический. На самом деле, современный автомобиль сложно представить без такого дополнения. Вся работа данной системы направлена на то, что бы мы (водители) чувствовали себя максимально комфортно. Усилитель помогает человеку активно рулить, парковаться, резко поворачивать не прикладывая для этого лишних физических усилий. Кроме того, именно он не позволяет вибрации, возникающей в процессе движения, передаваться на рулевое колесо.
Весь рулевой механизм призван трансформировать силу вращения вала рулевого колеса в аналогичную силу вращения, но уже вала сошки. Тоесть, даже не используя , прикладываемое водителем усилие, значительно увеличивается, что, естественно, облегчает управление транспортным средством.
Рулевой привод являет собой систему тяг и рычагов, которые вместе с рулевым механизмом, обеспечивают поворот колес автомобиля. В результате его работы, сошка перемещает продольную тягу вперед (или назад), тем самым заставляя одно колесо поворачиваться, в то время как поворот второго обеспечивается работой рулевой трапеции (передает поворачивающий момент). Последняя, представляет из себя некий шарнирный четырехзвенник, в конструкцию которого входит балка переднего моста, поперечная рулевая тяга, правый и левый рычаг рулевой трапеции, соедененной с поворотными кулаками (на них насажены управляемые колеса).
Наличие рулевой трапеции обеспечивает поворот управляемых колес: при внутреннем - колесо поворачивается на большой угол, в то время как при внешнем повороте происходит качение колес, без существенного их скольжения. Разница углов поворота обусловлена величиной угла наклона левого и правого рычагов трапеции.
2. Профилактика рулевого управления
Что бы избежать проблем в дороге, каждый раз, перед выездом из гаража или стоянки следует осматривать свое транспортное средство на наличие поломок или несоответствий в работе систем. Одной из самых важных есть система рулевого управления, сбои в работе которой чреваты более чем серьезными неприятностями: представьте, что при движении по магистрали, вклинило и съехать с нее Вы уже не можете, как думаете, чего стоит ждать в таком случае? Одно ясно точно – ничего хорошего, а раз так, то лучше сделать все возможное для избежания подобного сценария.
На самом деле, ничего сложного здесь нет, главное своевременно проводить профилактические мероприятия. Они включают в себя и ежедневный осмотр рулевого управления транспортного средства: диагностику величины свободного хода рулевого колеса, внешний осмотр уплотненителей картера рулевого механизма (что бы предугадать вытекание смазки), а если на машине стоит гидроусилитель, то не лишним будет, также, контроль за герметичностью соединений системы и надежностью крепления гидроуселительного насоса. Не менее важной составляющей профилактического осмотра есть проверка (регулировка) воздухораспределителя, присутствующего в конструкции пневматического усилителя.
В обязательном порядке, к раме автомобиля подтягивают крепления рулевого механизма, шаровых пальцев рулевых тяг, болтов кронштейна.
Чаще всего, описанные действия проводятся при первом техобслуживании транспортного средства. В дальнейшем, к ним добавляется еще и проверка крепления рулевой сошки на валу, крепление шарового пальца, промывание насосного фильтра гидроусилителя, проверка зазоров рулевого механизма. Если результаты диагностики показали, что все они выходят за пределы допустимой нормы – проводят соответствующую регулировку.
Специалисты рекомендуют через каждые 10000 километров пробега осуществлять полную проверку состояния Для ее проведения, желательно обратится к сотрудникам СТО, в противном случае, придется просить помощи у друга, так как один человек физически не сможет справиться. Все необходимые действия проводятся в следующей последовательности: автомобиль помещают на смотровую яму или эстакаду; все детали рулевого механизма очищают от загрязнений, после чего, передние колеса устанавливают в положение, соответствующее движению по прямой.
Затем, поворачивая руль в разные стороны, проверяют нет ли посторонних стуков в шарнирах, рулевом механизме и во всех соответствующих соединениях; надежно ли закреплены рулевая сошка, кронштейн маятникового рычага и картера-редуктора; отсутствует ли свободный ход в кронштейне маятникового рычага и шарнирах тяг; переместился ли по оси вал червяка.
Также, внешняя диагностика дает возможность проверить шплинтовку гаек шаровых пальцев, общее состояние защитных чехлов, и наличие масляной течи из картера рулевого механизма.
Для долгой и стабильной работы всей системы рулевого управления, профилактические меры – явление обязательное, так как тщательная проверка деталей и механизмов, может предупредить более длительный и дорогостоящий ремонт. Однако, кроме профилактики, на долговечность службы составляющих рулевого управления влияет и стиль вождения. Поэтому, если Вы любитель «полихачить», то профессиональный техосмотр транспортного средства нужно проводить гораздо чаще.
3. Уязвимые места рулевого управления
Любой механизм со временем ломается, а вот длительность его исправной работы во многом зависит от характера эксплуатации: в одних случаях, детали приходится менять чаще, в других – реже. Подобное утверждение не является исключением и для системы рулевого управления. Нередко, опытный автолюбитель, наличие и характер неисправности своего автомобиля может определить на слух, руководствуясь характерными исходящими звуками.
К примеру, увеличение люфта руля и появление стуков, могут свидетельствовать об ослабленных креплениях картера, рулевой сошки или кронштейна маятникового рычага. Не исключена также возможность выхода из строя шарниров рулевых тяг, втулки или передающей пары маятникового рычага. Устранить проблему, поможет ряд нехитрых манипуляций: износившиеся детали меняют на новые, после чего проводится регулировка всех креплений и зацеплений.
В отдельных случаях, при вращении рулевого колеса чувствуется чрезмерное сопротивление, как будто кто-то крутит руль в другую сторону, мешая управлять машиной. Причиной такого явления может быть нарушение соотношения углов установки передних колес или зацепление передающей пары. Кроме того, тугое движение руля часто есть следствием отсутствия смазки в картере.
В любом случае, после соответствующего осмотра необходимо устранить образовавшуюся проблему: откорректировать углы установки, долить смазку или отрегулировать зацепление.
4. Как устроено рулевое управление
Эксплуатация современных автомобилей, во многом стала возможной благодаря составляющим частям рулевого управления, которые представлены рулевым колесом и рулевой колонкой (валом); рулевым механизмом; рулевым приводом (оборудован либо усилителем, либо амортизаторами). Рулевое колесо находится в салоне транспортного средства и расположено таким образом, что б его было удобно обхватывать обоими руками. Его задачей есть изменение направления движения, как только этого захочет водитель, а также некая информационная функция: исходя, из величины усилий и характера вибраций, водитель получает необходимые данные об особенностях движения.
Размер этой детали, не отличается стандартностью, а значит диаметр руля у каждой модели машины может быть индивидуальным. В двух одинаковых ситуациях, легче поворачивать рулевое колесо большего диаметра, хотя маневренность, в этом случае, значительно снижается. В наше время, размер руля выпускаемых легковых автомобилей лежит в пределах 380-425 мм , тяжелых грузовиков и автобусов – 440-550 мм , а самыми маленькими, на сегодняшний день, признаны рулевые колеса спортивных машин.
Рулевой механизм увеличивает приложенную к рулю силу и передает ее рулевому приводу. В качестве данного устройства применяются разные виды редукторов, характеризирующиеся конкретным передаточным числом. Чаще всего, на легковых автомобилях, можно встретить реечный рулевой механизм, который включает в себя шестерню (устанавливается на валу рулевого колеса и связывается с зубчатой рейкой). Когда водитель поворачивает руль, рейка начинает перемещаться и с помощью рулевых тяг заставляет колеса вращаться. В некоторых конструкциях рулевого механизма используют рейку с переменным шагом зубьев, что, например, без особых усилий позволяет припарковать транспортное средство (увеличивается способность маневрирования).
Автопроизводители таких известных компаний как Honda, Mitsubishi, BMW, Nissan, Mazda, Toyota, Renault, снабжают отдельные легковые машины рулевым механизмом, обеспечивающем поворот всех четырех колес. Такое техническое решение, позволяет добиться более высокого уровня маневренности при перемещении на малых скоростях (передние и задние колеса повернуты в разные стороны), а также обеспечить лучшую устойчивость при движении на высокой скорости (передние и задние колеса повернуты в одну сторону).
Рулевой привод обеспечивает нужный угол поворота колес, в независимости от вертикальных перемещений подвески (согласованность действий кинематики рулевого привода и подвески). Что бы подобное явление стало возможным, конструкция рулевого привода, точнее расположение и количество его рулевых тяг (а также шарниров) зависит от вида используемой на автомобиле подвески. Самый сложный рулевой привод у транспортных средств, которые имеют несколько управляемых мостов. Для снижения уровня усилий, которые водителю необходимо приложить для поворота руля, рулевой привод оснащивается специальными усилителями. Как правило, источником их работы выступает двигатель транспортного средства. Изначально, рулевые усилители использовались лишь на грузовиках и автобусах, но сегодня они активно применяются и на легковых машинах.
Для «гашения» ударов и рывков, передающихся на руль при движении по неровной поверхности, рулевой привод может снабжаться некими гасящими элементами – амортизаторами рулевого управления. Конструкция этих деталей сходна со строением амортизаторов подвески.
Рулевое управление помогает водителю задавать нужный вектор движения транспортному средству. Благодаря ему вы можете поворачивать колеса. Главная задача механизма заключается в передаче и усилении той энергии, которую создаёт человек.
Устройство рулевого управления и принцип работы
Конструкция современного рулевого управления автомобиля состоит из трёх элементов:
- колес,
- колонки,
- привода,
- самого механизма.
Схема работы рулевого колеса не отличается особой сложностью, от водителя через колонку передаётся усилие механизму. Но этим функции данного устройства не ограничиваются. Дело в том, что через конструкцию водитель получает информации о характере покрытия. По характеру вибраций можно определить тип движения и согласно ему управлять автомобилем.
Диаметр рулевого колеса лежит в диапазоне от 380 до 425 мм. Правда, в грузовых автомобилях этот параметр немного больше. Он может доходить до 550 мм. Напротив, колесо спортивного автомобиля имеет маленький диаметр.
Колонка соединяет колесо и рулевой механизм. Данное устройство представляет собой обычный вал. Он имеет несколько шарнирных соединений. Конструкция рассчитана таким образом, чтобы при сильном фронтальном ударе происходило схлопывание. Это позволяет минимизировать возможность получения водителем травмы.
Рулевая колонка может иметь как механическое, так и электрическое регулирование. Регулировка делается по вертикали и по горизонтали. Чтобы защитить авто от угона возможна блокировка всей системы.
Задача рулевого механизма заключается в увеличении усилия, которое создаёт водитель своими руками. Его роль играет редуктор. Чаще всего на легковых машинах используется реечный механизм.
Сам механизм системы рулевого управления состоит из шестерней. Данная деталь монтируется на вал, который связывается с зубастой рейкой. Как только, происходит какое-либо движение рейка перемещается из стороны в сторону. Благодаря этому посредством рулевых тяг поворачиваются колёса.
Важно! В некоторых механизмах используется рейка с переменным шагом.
Переменный шаг в механизме рулевой рейки обеспечивает оптимальное маневрирование даже в самых сложных ситуациях. Данная деталь располагается в подрамнике. Он находится в подвеске.
Если же говорить про рулевое управление колёсами, то в некоторых моделях производители делают управляемыми все четыре колеса. Это обеспечивает повышенную устойчивость машины при езде на сложном рельефе.
Управление сразу четырьмя колёсами позволяет сделать машину более манёвренной при езде на больших скоростях. Данного результата удаётся добиться за счёт того, что каждое колесо поворачивается в нужную водителю сторону.
В механизме рулевого управления на четыре колеса интересно то, что эффекта «подруливания» можно добиться и при помощи пассивных средств. Данный эффект реализуется за счёт резинометаллических упругих элементов. Они крепятся в задней части подвески. Как только кузов кренится к боку благодаря воздействию механической нагрузки, меняется угол поворота колеса.
Рулевой привод управления обеспечивает также передачу усилия водителя, но при этом эффективно выбирает соотношение уголков поворота колёс. Ещё одна его задача — препятствовать повороту, когда подвеска находится в активном состоянии.
Устройство состоит из тяг и шарниров. Шарнир состоит из корпуса, шарового пальца, вкладышей и чехла. Чтобы с ним было удобнее работать, деталь делается в виде съёмного наконечника.
Система рулевого управления автомобилем имеет огромное количество кинематических параметров. Проще всего их представить в виде четырёх углов, на грани каждого находится:
- развал,
- схождение,
- поперечный и продольный наклон,
- плечи.
Последние в списке элементы отвечают за обкатку и стабилизацию. Задача системы рулевого управления создавать баланс между всеми элементами, так как они, по сути, противодействуют друг другу.
Усилитель руля не только позволяет уменьшить силу, которую водитель прикладывает для поворота, он помогает добиться большей точности. Дополнительно возрастает скорость отклика автомобиля на движение водителя.
Важно! Усилитель в системе рулевого управления позволяет монтировать в общую конструкцию детали, имеющие сравнительно небольшое придаточное число.
Какими бывают усилители руля
Усилитель системы рулевого управления исполняется в трёх вариациях:
- гидравлика,
- пневматика,
- электрика.
Сейчас автопроизводители используют гидравлические усилители руля. Они обеспечивают высокую точность работы всего механизма и плавность. Электрический вариант можно увидеть реже, но он также довольно распространён. В его основе лежит гидронасос, вот только он имеет электрический привод.
Если пронаблюдать за тенденциями последних лет — электрические усилители управления устанавливают всё чаще. Подобное легко объясняется особенностями конструкции данного агрегата. Крутящий момент передаётся сразу на вал. К тому же электроника предоставляет куда больше возможностей.
Одной из самых перспективных возможностей на взгляд современных автоэкспертов является автоматическое управление. Теперь можно с уверенностью утверждать, что вскоре автопилот из фантастических кинолент превратится в реальность. Уже сегодня машины могут выполнять много действий самостоятельно, как пример — парковка.
В адаптивном усилителе управления сила усиления меняется пропорционально скорости автотранспортного средства. Сейчас в большинстве систем, построенных на данном принципе применяется усилитель Servotronic.
Если же говорить об активной системе рулевого управления, то в качестве примера лучше всего взять автомобили BMW. Немецкая компания уже на протяжении долгого времени радует своих почитателей постоянными инновациями. Её вечный соперник Audi ни в чём не отстаёт. Мало того, динамическая система этой компании действительно имеет ряд неоспоримых преимуществ.
Инженеры-конструкторы Audi пошли на очень смелый ход в своё время. В их рулевом управлении придаточное число может уменьшаться и увеличиваться в зависимости от скорости машины. Тем не менее и здесь компания BMW нашла чем ответить. На заводах этой компании стали устанавливать сдвоенные планетарные редукторы.
Корпус планетарного редуктора сдвоенного типа поворачивается посредством электродвигателя. Как результат придаточное отношение, как и в моделях управления «Ауди» меняется в зависимости от скорости движения.
Сейчас наиболее перспективной технологией рулевого управления является система, в которой механическая связь отсутствует как таковая. Теперь связь между рулём и колёсами осуществляется посредством исключительно проводов. Это позволяет добиться гораздо большего быстродействия при минимальных затратах.
Внимание! Система начинает влиять на каждое колеса за счёт электропривода.
Единственное, что на данный момент сдерживает крупномасштабное производство рулевого управления, работающего посредством проводов — страх возможной аварии при отказе электрической системы. К сожалению, до сих пор нет никаких достоверных данных об исследованиях в данной отрасли.
Неполадки и неисправности
К сожалению, рулевому управлению, как и всем остальным основным механизмам автомобиля свойственны поломки. Иногда они могут возникнуть на ровном месте, но в большинстве случаев им предшествуют определённые симптомы, а также неправильная эксплуатация автомобиля.
Есть ряд факторов, которые наносят существенный ущерб системе рулевого управления автомобилем. К ним относят следующие:
- плохое дорожное покрытие,
- агрессивное вождение,
- отсутствие своевременного технического обслуживания,
- некачественный ремонт рулевого управления,
- установка неоригинальных запчастей,
- превышение срока эксплуатации устройства.
В результате действия всех этих факторов в системе рулевого управления возникают неполадки. Если это произойдёт прямо на дороге, то возможны серьёзные последствия вплоть до ДТП. Именно поэтому так важно «прислушиваться» к признакам, которые если и не помогут сразу же определить неисправность, то вызовут как минимум настороженность.
Какие бывают неисправности
Первое весомое обстоятельство, которое должно дать вам серьёзные основания для обращения в ТО — люфт при поворотах рулевого колеса. Если во внимание брать слова из учебника по правилам дорожного движения, то данный суммарный показатель не должен превышать 10 градусов. Вот только как его измерить, никаких указаний нет, фактически всё нужно делать на глаз.
Внимание! Каждый водитель знает, что система рулевого управления машиной настраивается с некоторой задержкой, проще говоря, колёса не сразу реагируют на действия водителя. Данный эффект в автомобильных кругах получил название свободный ход.
Чтобы понять, почему так происходит, рассмотрим более подробно схему системы рулевого управления. Основными её элементами являются червячок и ролик. В некоторых системах используется рейка и шестерни, но это уже детали.
В процессе эксплуатации описанные выше детали изнашиваются. Результат весьма предсказуем — угол холостого хода растёт. К счастью, данный недостаток довольно просто поддаётся ремонту. Мало того, в самой процедуре нет ничего сложного.
На червячно-роликовом узле есть винты. Достаточно их прикрутить и люфт станет гораздо меньше, а то и вовсе исчезнет. Для того чтобы узнать всё ли исправлено, или понять, нуждается ли система в исправлениях — возьмите люфтомер. Погрешность данного устройства практически нулевая.
Устройство крепится на рулевой колонке. Точнее, часть измерительного прибора в виде шкалы. Стрелка устанавливается на колесе. При желании вы можете сделать данное устройство самостоятельно. Но в таком случае за точность выводимых им данных вы же и будете нести всю ответственность.
Важно! При поворотах руля показания фиксируются. Разница между ними и есть люфт.
Распространённые неисправности
Есть ряд признаков, которые чётко указывают на определённые неисправности в рулевом управлении:
- стук во время движения — износ шарниров;
- пульсация рулевого колеса — нарушена настройка колёс;
- биение в рулевом колесе возможно при нарушении настроек колёс, износе деталей рулевых тяг или выходе из строя подшипника рулевой колонки;
- люфт больше чем 10 градусов — износ наконечников рулевых тяг.
Для каждой из этих неисправностей есть свой ремкомлект. Его можно приобрести в любом автомобильном сервисе.
Обслуживание
Чтобы описанных выше проблем не было, нужно периодически проводить обслуживание. Каждый день вы должны проверять люфт рулевого управления (можно довериться своими ощущениям, необязательно каждый раз использовать люфтометр). Также нужно следить, не происходит ли заеданий.
При первом техническом обслуживании нужно проверить сколько масла в гидроусилителе. Если возникнет необходимость — долейте его до приемлемого уровня. Картер рулевого управления также проверяется.
Важно! Нужно смазать рулевые тяги и проверить шплинтовку вместе с цапфами. Затяжка клиньев также подлежит проверке.
Второе ТО рулевого управления представляет собой сложный комплекс диагностики и действий, которые без дорогостоящего оборудования и определенных навыков не провести. Поэтому лучше всего обратиться в сервисный центр.
Итоги
Рулевое управление — это один из самых важных узлов автомобиля. За его состоянием необходимо постоянно следить. Каждый день нужно проверять наличие люфтов и при необходимости обращаться в ТО, или браться за ключ самостоятельно.
Рулевое управление ⭐ - одна из систем управления механического транспортного средства, с помощью которой осуществляется его движение в заданном направлении. Рулевое управление состоит из двух основных групп элементов - рулевого механизма и рулевого привода.
В состав рулевого механизма входят следующие элементы:
- рулевое колесо
- рулевая колонка
- рулевая передача (рулевой механизм)
В состав рулевого привода входят:
- рулевые тяги
- маятниковые рычаги
- рычаги поворотных цапф
Рис. Карданный шарнир рулевой колонки:
1 - рулевой механизм; 2 - вал рулевой колонки; 3 - шарнир
Конструкция рулевого колеса как элемента рулевого управления за многие годы существования автомобильного транспорта не претерпела существенных изменений, за исключением количества и расположения спиц, покрытия рабочей поверхности, а также размещения на нем некоторых элементов управления другими системами (звуком в салоне, кондиционером и т.п.).
Рулевая колонка, напротив, постоянно совершенствуется в плане обеспечения комфортности на рабочем месте водителя, а также травмобезопасности и защиты от несанкционированного использования. Так, рулевые колонки современных автомобилей могут иметь механизм регулирования по высоте, углу наклона рулевого колеса, легкодеформируемые или срезаемые элементы в их креплении. При этом вал рулевой колонки состоит из нескольких элементов, соединенных, как правило, карданными шарнирами или эластичными муфтами. Кроме того, вал может иметь телескопическую конструкцию для обеспечения возможности регулирования положения рулевого колеса по высоте и травмобезопасности. Травмобезопасность может быть обеспечена также путем изготовления вала с деформируемыми вставками или вала, состоящего из двух отдельных частей, имеющих поводковую связь.
Основными видами рулевых передач, применяемых на современных автомобилях, являются передачи с вращательным и поступательным движением выходного звена. Передачей с поступательным движением выходного звена является реечная рулевая передача. Передача с вращательным движением выходного звена (кривошипная) изготавливается, как правило, двух типов: глобоидальный червяк-ролик и винт-гайка-рейка-сектор.
Рис. Типы рулевых механизмов: а - реечный; б - глобоидальный червяк-ролик; в - винт-гайка-рейка-сектор
Тип рулевого привода зависит в основном от вида применяемой рулевой передачи и конструктивных особенностей подвески. В случае применения реечных рулевых передач привод состоит из рулевых тяг, непосредственно воздействующих на рычаги поворотных цапф. При применении кривошипных передач и зависимых подвесок управляемой оси используется привод, состоящий из продольной и поперечной рулевых тяг и двух рычагов поворотных цапф. При независимой подвеске в системе привода используют маятниковый рычаг, связанный тягой с рулевой сошкой, а также отдельные рулевые тяги для управляемых колес по обоим бортам транспортного средства.
Если в транспортном средстве имеется значительное расстояние между рулевой передачей и рычагом поворотной цапфы (например, в автобусах с большим передним свесом, а также в автомобилях, оборудованных несколькими управляемыми осями), в систему привода вводят промежуточный маятниковый рычаг, позволяющий уменьшить общую длину рулевой тяги и таким образом увеличить ее жесткость и устойчивость при восприятии сжимающих усилий.
Рис. Схема рулевого привода транспортного средства, имеющего более одной управляемой оси: 1 - поперечная рулевая тяга; 2 - рулевая сошка; 3 - продольные рулевые тяги; 4 - дополнительные маятниковые рычаги; 5 - рычаг поворотной цапфы; 6 - промежуточный маятниковый рычаг
Гидроусилитель руля
Для уменьшения усилия на рулевом колесе при повороте управляемых колес в настоящее время широко применяются гидроусилители. В состав гидроусилителя входят следующие основные элементы: насос, гидрораспределительный клапан и исполнительный гидроцилиндр. Гидравлическая схема усилителя показана на рисунке.
Рис. Принципиальная гидравлическая схема усилителя рулевого управления: 1 - резервуар (бачок); 2 - фильтр; 3 - насос; 4 - предохранительный клапан; 5 - золотниковый клапан; 6 - силовой цилиндр
Насос служит для нагнетания рабочей жидкости и подачи ее к другим элементам системы. Вспомогательными элементами насоса гидроусилителя являются резервуар (бачок) для хранения запаса жидкости, фильтр для ее очистки и предохранительный клапан для предотвращения чрезмерного роста давления в системе. Гидрораспределительный (золотниковый) клапан служит для распределения потоков жидкости в зависимости от направления поворота рулевого колеса. Указанный клапан выполняет также функцию кинематического слежения в системе рулевого управления. При прекращении поворота рулевого колеса происходит соответствующее ему смещение исполнительных элементов и управляемых колес, приводящее к смещению клапана (золотника) в среднее положение, при котором система гидроусилителя не создает усилия. Силовой гидроцилиндр воздействует на элементы рулевого привода, создавая при этом эффект усиления воздействия от рулевого колеса.
Насос гидроусилителя имеет, как правило, ременной или шестеренчатый привод, причем ременной (от шкива коленчатого вала) применяется на легковых и легких грузовых автомобилях и микроавтобусах. Тяжелые грузовые автомобили и автобусы имеют в основном шестеренчатый привод насоса от газораспределительной шестерни коленчатого вала.
Многие современные автомобили имеют гидрораспределительный клапан и силовой цилиндр, расположенные в рулевом механизме. Это характерно для реечных механизмов, а также большинства механизмов винт-гайка-рейка-сектор. При этом усилие от исполнительного органа передается непосредственно на выходное звено.
Однако есть транспортные средства, в которых гидрораспределитель и силовой цилиндр находятся отдельно друг от друга, причем клапан устанавливается на рулевую тягу, а силовой цилиндр крепится неподвижным концом к балке моста. Шток при этом воздействует на один из элементов рулевого привода (рулевую тягу).
Одной из основных систем, обеспечивающих безопасность передвижения на автомобиле, является рулевое управление. Назначение рулевого управления автомобиля - возможность менять направление движения, совершать повороты и маневры при объезде препятствий или обгоне. Эта составляющая также важна, как и тормозная система. Доказательством тому является предписание ПДД, эксплуатация автомобиля с неисправными указанными механизмами категорически запрещена.
Особенности узла и конструкция
На автомобилях используется кинематический способ смены направления движения, подразумевающий, что осуществление поворота происходит за счет смены положения управляемых колес. Обычно управляемой является передняя ось, хотя существуют и авто с так называемой системой подруливания. Особенность работы в таких авто заключается в том, что колеса задней оси тоже поворачиваются при изменении направления, хоть и на меньший угол. Но пока эта система широкого распространения не получила.
Помимо кинематического способа на технике используется еще и силовой. Особенность его заключается в том, что для совершения поворота колеса одной стороны притормаживаются, в то время, как с другой стороны они продолжают двигаться с прежней скоростью. И хоть этот способ изменения направления на легковых авто распространения не получил, на них он все же используется, но в несколько ином качестве – как система курсовой устойчивости.
Этот узел автомобиля состоит из трех основных элементов:
- рулевая колонка;
- рулевой механизм;
- привод (система тяг и рычагов);
Рулевой узел
У каждой составляющей – своя задача.
Рулевая колонка
Выполняет передачу вращательного усилия, которое создает водитель для изменения направления. Состоит она из рулевого колеса, располагаемого в салоне (на него и воздействует водитель, вращая его). Оно жестко посажено на вал колонки. В устройстве этой части рулевого управления очень часто используется вал, разделенный на несколько частей, соединенных между собой карданными шарнирами.
Такая конструкция сделана не просто так. Во-первых, это позволяет менять угол положения рулевого колеса относительно механизма, смещать его в определенную сторону, что нередко необходимо при компоновке составных частей авто. В дополнение такая конструкция позволяет повысить комфортабельность салона – водитель может менять положение рулевого колеса по вылету и наклону, обеспечивая максимально удобное его положение.
Во-вторых, составная рулевая колонка имеет свойство «ломаться» в случае ДТП, снижая вероятность травмирования водителя. Суть такова – при фронтальном ударе двигатель может сместиться назад и толкнуть рулевой механизм. Если бы вал колонки был цельным, изменение положения механизма привело бы к выходу вала с рулевым колесом в салон. В случае же со составной колонкой, перемещение механизма будет сопровождаться всего лишь изменением угла одной составляющей вала относительно второй, а сама колонка остается неподвижной.
Рулевой механизм
Предназначен для преобразования вращения вала рулевой колонки в поступательные движения элементов привода.
Наибольшее распространение на легковых автомобилях получили механизмы типа «шестерня-зубчатая рейка». Ранее же использовался еще один вид – «червяк-ролик», который сейчас в основном используется на грузовых авто. Еще один вариант для грузовиков – «винтовой».
«шестерня-рейка»
Распространение тип «шестерня-рейка» получил благодаря сравнительно простому устройству рулевого механизма. Состоит этот конструктивный узел из трех основных элементов – корпус, в котором размещается шестерня и перпендикулярно ей – рейка. Между двумя последними элементами имеется постоянное зубчатое зацепление.
Работает этот вид механизма так: шестерня жестко связана с рулевой колонкой, поэтому она вращается вместе с валом. Из-за зубчатого соединения вращение передается на рейку, которая при таком воздействии смещается внутри корпуса в ту или иную сторону. Если водитель вращает рулевое колесо влево, взаимодействие шестерни с рейкой приводит к тому, что последняя перемещается вправо.
Зачастую на авто применяются механизмы «шестерня-рейка» с фиксированным передаточным числом, то есть диапазон поворота рулевого колеса для изменения угла колес одинаков при всех их положениях. Для примера, предположим, что для поворота колес на угол 15° необходимо сделать 1 полный оборот руля. Так вот, неважно, в каком положении находятся управляемые колеса (крайнее, прямолинейное), для поворота на указанный угол придется сделать 1 оборот.
Но некоторые автопроизводители устанавливают на свои авто механизмы с меняющимся передаточным числом. Причем достигается это достаточно просто – изменением угла положения зубьев на рейке в определенных зонах. Эффект от этой доработки механизма такой: если колеса стоят прямо, то для изменения их положения на те же 15° (пример) требуется 1 оборот. Но если они находятся в крайнем положении, то из-за измененного передаточного числа, колеса повернуться на указанный угол уже через пол-оборота. В результате диапазон поворота руля «от края до края» значительно меньше, чем в механизме с фиксированным передаточным числом.
Рейка с переменным передаточным числом
Помимо простоты устройства тип «шестерня-рейка» используется еще потому, что в такой конструкции возможна реализация исполнительных механизмов гидроусилителя (ГУР) и электроусилителя (ЭУР), а также электрогидравлического (ЭГУР).
«червяк-ролик»
Следующий тип – «червяк-ролик», менее распространен и на легковых авто сейчас практически не используется, хотя его можно встретить на автомобилях ВАЗ классического семейства.
В основе этого механизма положена червячная передача. Представляет червяк собой винт с резьбой особого профиля. Этот винт располагается на валу, соединенном с рулевой колонкой.
С резьбой этого червяка контактирует ролик, соединенный с валом, на который посажена сошка – рычаг, взаимодействующий с элементами привода.
Червячный рулевой механизм
Суть работы механизма такова: при вращении вала, винт вращается, что приводит к продольному перемещению ролика по его резьбе. А поскольку ролик установлен на валу, то это смещение сопровождается поворотом последнего вокруг своей оси. Это в свою очередь приводит к полукруговому движению сошки, которая и воздействует на привод.
От механизма типа «червяк-ролик» на легковых авто отказались в пользу «шестерни-рейки» из-за невозможности интегрировать в него гидроусилитель (на грузовых авто он все же имелся, но исполнительный механизм был вынесенным), а также достаточно сложной конструкции привода.
Винтовой тип
Конструкция винтового механизма – еще сложнее. В ней также имеется винт с резьбой, но контактирует он не с роликом, а со специальной гайкой, на внешней стороне которой нанесен зубчатый сектор, взаимодействующий с таким же, но сделанным на валу сошки. Также существуют механизмы с промежуточными роликами между гайкой и зубчатым сектором. Принцип же действия такого механизма практически идентичен червячному – в результате взаимодействия вал проворачивается и тянет сошку, а та в свою очередь – привод.
Винтовой рулевой механизм
На винтовой механизм можно установить гидроусилитель (гайка выполняет роль поршня), но на легковых авто он не применяется из-за массивности конструкции, поэтому и используется он только на грузовиках.
Привод
Привод в конструкции рулевого управления используется для передачи перемещения рейки или сошки на управляемые колеса. Причем в задачу этой составляющей входит изменение положения колес на разные углы. Обусловлено это тем, что колеса при повороте движутся по разным радиусам. Поэтому колесо с внутренней стороны при изменении траектории движения должно поворачиваться на больший угол, чем внешнее.
Конструкция привода зависит от используемого механизма. Так, если на авто используется «шестерня-рейка», то привод состоит всего лишь из двух тяг, соединенных с поворотным кулаком (роль которого выполняет амортизационная стойка) посредством шарового наконечника.
К рейке эти тяги могут крепиться двумя способами. Менее распространенным является жесткая фиксация их болтовым соединением (в некоторых случаях соединение осуществляется через сайлент-блок). Для такого соединения в корпусе механизма проделано продольное окно.
Более распространенный метод соединения тяг – жесткое, но подвижное соединение с концами рейки. Для обеспечения такого соединения на конце обеих тяг сделан шариковый наконечник. Посредством гайки этот шар прижимается к рейке. При передвижении последней тяга меняет свое положение, что и обеспечивает имеющееся соединение.
В приводах, где используется механизм «червяк-ролик», конструкция значительно сложнее и представляет собой целую систему рычагов и тяг, получивших называние рулевой трапеции. Так, к примеру, на ВАЗ-2101 привод состоит из двух боковых тяг, одной средней, маятникового рычага и поворотных кулаков с рычагами. При этом для обеспечения возможности изменения угла положения колеса поворотный кулак крепиться к рычагам подвески при помощи двух шаровых опор (верхней и нижней).
Большое количество составных элементов, а также соединений между ними делает такой тип привода более подверженным износу и возникновению люфтов. Этот факт - еще одна причина отказа от червячного механизма в пользу реечного.
«Обратная связь»
Стоит отметить, что в рулевом механизме существует еще и так называемая «обратная связь». Водитель не только воздействует на колеса, а посредством ее же получает информацию об особенностях движения колес по дороге. Проявляется это в виде вибраций, рывков, создания определенно направленных усилий на руле. Эта информация считается очень важной для правильной оценки поведения авто. Доказательством тому является тот факт, что в авто, оснащаемых ГУР и ЭУР, конструкторы сохранили «обратную связь».
Передовые разработки
Этот узел продолжают совершенствовать, так самыми последними достижениями являются системы:
- Активного (динамического) рулевого управления. Она позволяет изменять передаточное число механизма в зависимости от скорости автомобиля. Также выполняет и дополнительную функцию – корректировка угла передних колес в поворотах и при торможении на скользкой дороге.
- Адаптивного рулевого управления (управление по проводам). Это самая новая и перспективная система. В ней отсутствует прямая связь между рулем и колесами, всё работает за счёт датчиков и исполнительных устройств (сервоприводов). Большое распространение система ещё не получила по причине психологического и экономического факторов.
Система «рули по проводам»
Заключение
В целом механизм является достаточно надежным узлом, не требующим никакого обслуживания. Но при этом эксплуатация рулевого управления автомобиля подразумевает проведение своевременной диагностики для выявления неисправностей.
Конструкция этого узла состоит из множества элементов с подвижными соединениями. А где такие соединения есть, со временем из-за износа контактирующих элементов, в них появляются люфты, которые в значительной мере могут повлиять на управляемость авто.
Сложность диагностики рулевого управления зависит от его конструктивного исполнения. Так в узлах с механизмом «шестерня-рейка» соединений, которые необходимо проверять не так уж и много: наконечники, зацепление шестерни с рейкой, карданы рулевой колонки.
А вот с червячным механизмом из-за сложной конструкции привода точек диагностики значительно больше.
Что касается ремонтных работ при нарушении работоспособности узла, то наконечники при сильном износе просто заменяются. В рулевом механизме на начальном этапе люфт удается убрать регулировкой зацепления, а если это не помогло – переборкой узла с использованием ремкомплектов. Карданы колонки, как и наконечники – просто заменяются.
Autoleek