Призначення і будова рульового керування

8.1.1 Призначення рульового керування

Рульове керування призначене для зміни напрямку руху автомобіля. Зазвичай керованими є колеса передньої осі, але це переважно на легкових автомобілях. Іноді для поліпшення керованості та збереження повного контролю автомобіля роблять повнокерованим, тобто керованими є не тільки основні передні колеса — задні також мають можливість відхилятися на певний кут.

Рульове керування може бути з підсилювачем або без нього, може встановлюватися на поперечині кузова в моторному відсіку або на підрамнику (практично на всіх сучасних автомобілях).

8.1.2 Будова рульового керування

Малюнок 8.1 Приклад рульового механізму.

1.  Рульове колесо. 
2.  Гайка кріплення рульового колеса. 
3.  Верхній кожух рульової колонки. 
4.  Шестерня рульового редуктора. 
5.  Фланець рульового вала. 
6.  Рульовий вал. 
7.  Труба рульового вала. 
8.  Нижній кожух.
9.  Кульовий шарнір. 
10.  Наконечник рульової тяги. 
11.  Пильовик. 
12.  Рейка рульового редуктора. 
13.  Болт кріплення рульової тяги. 
14.  Стопорна пластина. 
15.  Рульова тяга. 
16.  Поворотний важіль передньої стійки.

8.1.3 Рульове колесо

Сідаючи в автомобіль на місце водія, перше, що ви бачите, — це рульове колесо. Обертаючи його в ту чи іншу сторону, ви спрямовуєте автомобіль. Нічого складного в рульовому колесі (або кермі) немає... якщо це, звичайно, кермо автомобіля найпростішої комплектації. У сучасних автомобілях кермо — це і місце для встановлення подушки безпеки, і пульт керування аудіосистемою разом із телефоном, також це контролер для керування бортовим комп’ютером. Рульове колесо сучасного автомобіля іноді буває просто перевантажене усілякими перемикачами і кнопками, які мають різне призначення.

8.1.4 Рульова колонка

Рульова колонка — це, по суті, два вали (рідше один), з’єднані між собою універсальними шарнірами (схожими на карданні). Вона покликана передавати обертання від рульового колеса до рульового механізму. На багатьох нинішніх автомобілях передбачено регулювання кута нахилу рульового колеса і відстані його вильоту. Іншими словами, ви можете, переміщуючи рульове колесо вгору/вниз і на себе/від себе, встановити те положення, яке найближче до ідеального, згідно з вашими побажаннями.

Примітка
Для забезпечення високих показників пасивної безпеки, до проєктування рульової колонки ставляться так само серйозно, як і, наприклад, до проєктування сидіння. Це пов’язано з тим, що при фронтальному зіткненні рульове колесо не має зміщуватися більше, ніж це допустимо. Тому при зіткненні рульова колонка має складатися або ламатися в певних місцях.

8.1.5 Рульовий механізм

На сучасних легкових автомобілях застосовуються два найпоширеніші типи рульових механізмів: черв’ячний і рейковий.

Цікаво
Величезне значення має місце розташування на підрамнику рульового механізму щодо уявної осі керованих коліс. Так, встановлення рульового механізму за передньою віссю або перед нею в результаті може кардинально змінити поведінку автомобіля на дорозі, тому конструктори при проєктуванні автомобіля підходять до цього питання украй серйозно.

8.1.6 Черв’ячний рульовий механізм

Якщо рульовий механізм черв’ячний, то він складається з глобоїдного черв’яка і кутового сектора, на який встановлено ролик. До кутового сектора приєднаний вал, а на валу закріплена сошка. Переміщення сошки передається на рульову трапецію, яка складається з рульових тяг. Тяги, переміщуючись, повертають колеса в той чи інший бік. Улаштування рульового механізму показано на малюнку 8.2. Нині автомобілі з черв’ячним рульовим механізмом зустрічаються дедалі рідше.

Малюнок 8.2 Черв’ячний рульовий механізм.

Черв’ячна передача — це такий тип передачі, в якій є черв’як, тобто різьбова частина болта, але з багаторазово збільшеними витками, і шестерня, що входить у зачеплення з цим черв’яком.

Глобоїдним черв’як називається через свою форму: його профіль увігнутий, як показано на малюнку 8.3.

Малюнок 8.3 Зовнішній вигляд глобоїдного черв’яка.

8.1.7 Рейковий рульовий механізм

Тепер опишемо рейковий рульовий механізм (малюнок 8.4). Він складається із шестерні і зубчастої рейки. Шестерня сполучена з валом рульової колонки, а рейка через тяги — з поворотними кулаками коліс.

Малюнок 8.4 Рейковий рульовий механізм.

Цікаво
Іноді зуби на рейці наносять зі змінним кроком (малюнок 8.5). Роблять це для того, щоб отримати подобу активного рульового керування для поєднання таких суперечливих показників, як керованість і комфорт. Так, аби під час паркування водій не обертав рульового колеса 5—10 разів, на догоду легкості, бажано, аби число обертів від упору до упору становило якомога менше — один, а то й півоберта. Одначе, якщо від правого крайнього положення керма до лівого буде всього-на-всього один оберт, то рульове керування буде досить чутливим до кожного руху, що небезпечно при русі на високих швидкостях, оскільки плавно виконати всі маневри не вдасться, а це загрожує наслідками.
Вирішили проблему за допомогою досить простого компромісного рішення: крок центральних зубів рульової рейки невеликий, а передавальне відношення трохи вище, а отже, і чутливість до відхилення рульового колеса незначна. Проте з віддаленням від центру крок зубів збільшується, а передавальне відношення зменшується, так само як і загальна кількість обертів рульового колеса.

Малюнок 8.5 Приклад зубчастої рейки рульового механізму зі змінним кроком зубів.

Примітка
Крок зубів — це відстань між центрами вершин зубів.

Цікаво
До речі, може бути і зворотна ситуація, коли крок зубів рейки зменшується ближче до її кінців.

Рейковий рульовий механізм зайняв місце черв’ячного і ґрунтовно закріпився як найбільш актуальна конструкція, оскільки його переваги говорять самі за себе: керування автомобілем, навіть не обладнаним підсилювачем рульового керування, нескладне, невелика кількість ланок всього рульового механізму, простота монтажу на автомобіль і зведення до мінімуму операцій з обслуговування.

8.1.8 Рульовий привод

Рульовий привод — це набір тяг і шарнірів, що зв’язують і передають рух від рульового механізму до поворотних кулаків керованих коліс.

Якщо повернутися до черв’ячного рульового механізму, то в класичній схемі є три тяги — одна центральна і дві бічні, вони з’єднуються через шарніри. Тяги рульового привода в цьому випадку називають рульовою трапецією. Конструкція рульової трапеції в геометричному плані така, що забезпечує поворот керованих коліс на різні кути (дивіться розділ «Ходова частина»).

За умови встановлення рейкового рульового механізму все трохи простіше. До рульової рейки кріпляться кермові тяги з обох боків, які передають рух на поворотні кулаки коліс. Переваги очевидні, адже що менше різних проміжних ланок, то надійніший і точніший увесь механізм.

Примітка
Щоб запобігти потраплянню бруду і пилу в корпус рейкового рульового механізму, з обох його боків встановлено так звані пильовики (гофровані гумові чохли).

8.1.9 Кути повороту керованих коліс

При повороті керовані колеса автомобіля проходять різні відстані. І якщо обидва колеса будуть повертатися на однаковий кут, автомобіль буде зсуватися із заданої траєкторії, при цьому шини коліс значно швидше зношуватимуться.

Малюнок 8.6 Поворот керованих коліс на різні кути.

Для того щоб уникнути цього, рульове керування проєктують таким чином, щоб забезпечити поворот внутрішнього колеса на більший кут щодо зовнішнього.

Малюнок 8.7 Поворот керованих коліс на різні кути.