Назначение и устройство рулевого управления

8.1.1 Назначение рулевого управления

Рулевое управление предназначено для изменения направления движения автомобиля. Обычно управляемыми являются колеса передней оси, но это преимущественно на легковых автомобилях. Иногда для улучшения управляемости автомобиля и сохранения над ним полного контроля его делают полноуправляемым, то есть управляемыми являются не только основные передние колеса – задние также имеют возможность отклоняться на определенный угол.

Рулевое управление может быть с усилителем или без него, может устанавливаться на поперечине кузова в моторном отсеке или на подрамнике (практически на всех современных автомобилях).

8.1.2 Устройство рулевого управления

Рисунок 8.1 Пример рулевого механизма.

1. рулевое колесо; 
2. гайка крепления рулевого колеса; 
3. верхний кожух рулевой колонки; 
4. шестерня рулевого редуктора; 
5. фланец рулевого вала; 
6. рулевой вал; 
7. труба рулевого вала;
8. нижний кожух рулевой колонки; 
9. шаровой шарнир; 
10. наконечник рулевой тяги; 
11. пыльник; 
12. рейка рулевого редуктора; 
13. болт крепления рулевой тяги; 
14. стопорная пластина; 
15. рулевая тяга; 
16. поворотный рычаг передней стойки.

8.1.3 Рулевое колесо

Садясь в автомобиль на место водителя, первое, что вы видите, — это рулевое колесо. Вращая его в ту или иную сторону, вы направляете автомобиль. Ничего в рулевом колесе (или руле) сложного нет… если это, конечно, руль автомобиля самой простой комплектации. В современных автомобилях руль — это и место для установки подушки безопасности, и пульт управления аудиосистемой вместе с телефоном, также это контроллер для управления бортовым компьютером. Рулевое колесо современного автомобиля иногда бывает попросту перегружено всяческими переключателями и кнопками, которые имеют различное назначение.

8.1.4 Рулевая колонка

Рулевая колонка, это, по сути, два вала (реже один), соединенных между собой универсальными шарнирами (похожими на карданные). Она призвана передавать вращение от рулевого колеса к рулевому механизму. На многих нынешних автомобилях предусмотрена регулировка угла наклона рулевого колеса и расстояния его вылета. Другими словами, вы можете, перемещая рулевое колесо вверх/вниз и на себя/от себя, установить то положение, которое наиболее близко к идеальному, согласно вашим пожеланиям.

Примечание
Для обеспечения высоких показателей пассивной безопасности, к проектированию рулевой колонки относятся так же серьезно, как и, например, к проектированию сиденья. Это связано с тем, что при фронтальном столкновении рулевое колесо не должно смещаться более, чем это допустимо. Поэтому при столкновении рулевая колонка должна складываться или ломаться в определенных местах.

8.1.5 Рулевой механизм

На современных легковых автомобилях применяются два самых распространенных типа рулевых механизмов: червячный и реечный.

Интересно
Огромное значение имеет место расположения на подрамнике рулевого механизма относительно воображаемой оси управляемых колес. Так, установка рулевого механизма за передней осью или перед ней в итоге может кардинально изменить поведение автомобиля на дороге, поэтому конструкторы при проектировании автомобиля подходят к этому вопросу очень серьезно.

8.1.6 Червячный рулевой механизм

Если рулевой механизм червячный, то он состоит из глобоидного червяка и углового сектора, на который установлен ролик. К угловому сектору подсоединен вал, а на валу закреплена сошка. Перемещение сошки передается на рулевую трапецию, которая состоит из рулевых тяг. Тяги, перемещаясь, поворачивают колеса в ту или иную сторону. Устройство рулевого механизма показано на рисунке 8.2. Сейчас автомобили с червячным рулевым механизмом встречаются все реже.

Рисунок 8.2 Червячный рулевой механизм.

Червячная передача – это такой тип передачи, в которой имеется червяк, представляющий собой резьбовую часть болта, но только с увеличенными во много раз витками, и шестерня, входящая в зацепление с этим червяком.

Глобоидным червяк называется из-за своей формы: его профиль вогнутый, как показано на рисунке 8.3.

Рисунок 8.3 Внешний вид глобоидного червяка.

8.1.7 Реечный рулевой механизм

Теперь опишем реечный рулевой механизм (рисунок 8.4). Он состоит из шестерни и зубчатой рейки. Шестерня соединена с валом рулевой колонки, а рейка через тяги – с поворотными кулаками колес.

Рисунок 8.4 Реечный рулевой механизм.

Интересно
Иногда зубья на рейке наносят с переменным шагом (рисунок 8.5). Делают это для того, чтобы получить подобие активного рулевого управления для получения сочетания таких противоречивых показателей, как управляемость и комфорт. Так, для того чтобы при парковке водитель не вращал рулевое колесо на 5—10 оборотов в угоду легкости, желательно, чтобы число оборотов от упора до упора составляло как можно меньше – один, а то и пол-оборота. Но если от правого крайнего положения руля до левого будет всего один оборот, то рулевое управление будет довольно чувствительным к каждому движению, что опасно при движении на высоких скоростях, так как плавно выполнить все маневры не удастся, а это чревато последствиями. Вот и пришли к такому довольно простому компромиссному решению: шаг центральных зубьев рулевой рейки небольшой, а передаточное отношение чуть выше, а, следовательно, и чувствительность к отклонению рулевого колеса небольшая. Но от центра шаг зубьев увеличивается, чтобы уменьшить передаточное отношение и общее число оборотов рулевого колеса.

Рисунок 8.5 Пример зубчатой рейки рулевого механизма с переменным шагом зубьев.

Примечание
Шаг зубьев – это расстояние между центрами вершин зубьев.

Интересно
Кстати, может быть и обратная ситуация, когда шаг зубьев рейки уменьшается ближе к концам рейки.

Реечный рулевой механизм занял место червячного и основательно закрепился как наиболее актуальная конструкция, так как его преимущества говорят сами за себя: управление автомобилем, даже не оборудованным усилителем рулевого управления, несложное, небольшое количество звеньев всего рулевого механизма, простота монтажа на автомобиль и сведение к минимуму операций по обслуживанию.

8.1.8 Рулевой привод

Рулевой привод — это набор тяг и шарниров, связывающих и передающих перемещения от рулевого механизма к поворотным кулакам управляемых колес.

Если вернуться к червячному рулевому механизму, то в классической схеме имеются три тяги — одна центральная и две боковые, они соединяются через шарниры. Тяги рулевого привода в данном случае называют рулевой трапецией. Конструкция рулевой трапеции в геометрическом плане такова, что она обеспечивает поворот управляемых колес на разные углы (смотрите главу «Ходовая часть»).

При условии установки реечного рулевого механизма все немного проще. К рулевой рейке крепятся рулевые тяги с обеих сторон, которые передают перемещение на поворотные кулаки колес. Преимущества очевидны, ведь чем меньше различных промежуточных звеньев, тем надежнее и точнее весь механизм.

Примечание
Чтобы исключить попадание грязи и пыли в корпус реечного рулевого механизма, с обеих его сторон установлены так называемые пыльники (гофрированные резиновые чехлы).

8.1.9 Углы поворота управляемых колес

При повороте управляемые колеса автомобиля проходят различные расстояния. И если оба колеса будут поворачиваться на одинаковый угол, автомобиль будет смещаться с заданной траектории, при этом шины колес будут значительно быстрее изнашиваться.

Рисунок 8.6 Поворот управляемых колес на разные углы.

Для того чтобы избежать этого, рулевое управление проектируют таким образом, чтобы обеспечить поворот внутреннего колеса на больший угол относительно наружного.

Рисунок 8.7 Поворот управляемых колес на различные углы.