Рулевой механизм

Наибольшее распространение на легковых автомобилях сегодня получили реечные рулевые механизмы.

Конструкция такого механизма включает в себя шестерню, установленную на валу рулевого колеса и связанную с ней зубчатую рейку. При вращении рулевого колеса рейка перемещается вправо или влево и через присоединённые к ней тяги рулевого привода поворачивает управляемые колёса..

Причинами широкого применения на легковых автомобилях именно такого механизма являются: простота конструкции, малые масса и стоимость изготовления, высокий КПД, небольшое число тяг и шарниров. Реечное управление обладает высокой жёсткостью, что обеспечивает более точное управление автомобилем при резких маневрах.

Вместе с тем реечный рулевой механизм обладает и рядом недостатков: повышенная чувствительность к ударам от дорожных неровностей и передача этих ударов на рулевое колесо; склонность к виброактивности рулевого управления, повышенная нагруженность деталей, сложность установки такого рулевого механизма на автомобили с зависимой подвеской управляемых колёс. Это ограничило сферу применения такого типа рулевых механизмов только легковыми автомобилями с независимой подвеской управляемых колёс.

Легковые автомобили с зависимой подвеской управляемых колёс, малотоннажные грузовые автомобили и автобусы, легковые автомобили высокой проходимости оснащаются, как правило, рулевыми механизмами типа “глобоидальный червяк – ролик”. Этот механизм представляет разновидность червячной передачи и состоит из соединённого с рулевым валом глобоидального червяка и ролика, установленного на вале. На этом же вале вне корпуса рулевого механизма установлен рычаг (сошка), с которым связаны тяги рулевого привода.

В сравнении с реечными рулевыми механизмами червячные механизмы имеют меньшую чувствительность к ударам от дорожных неровностей, обеспечивают лучшую маневренность автомобиля, допускают передачу больших усилий.

Наиболее распространённым рулевым механизмом для тяжёлых грузовых самосвалов, автомобилей и автобусов является механизм типа “винт – шариковая гайка – рейка – зубчатый сектор”. Иногда такие рулевые механизмы можно встретить на больших и дорогих легковых автомобилях (Mercedes, Range Rover и др.).

При повороте рулевого колеса вращается вал механизма с винтовой канавкой и перемещается надетая на него гайка. При этом гайка, имеющая на внешней стороне зубчатую рейку, поворачивает зубчатый вал сошки. Для уменьшения трения в паре винт – гайка передача усилий в ней происходит посредством шариков, циркулирующих в винтовой канавке.

Основная цель дополнительного поворота задних колёс автомобиля – повышение маневренности, причём задние колёса должны поворачиваться в другом направлении, нежели передние. В рулевой привод современных автомобилей с задними управляемыми колёсами устанавливают устройства, которые отключают поворот задних колёс при скоростях выше 20 – 30км/ч.

В ряде случаев задние колёса легковых автомобилей делаются поворотными не столько для повышения маневренности, сколько для подруливания при прохождении поворотов на большой скорости. Механический, гидравлический или электрический рулевой приводы обеспечивает поворот задних колёс в ту или иную сторону на углы не более 2 - 3 , что улучшает управляемость на высоких скоростях.

Усилители рулевого управления. Если на управляемые колёса приходится большой вес, то управление затрудняется из-за необходимости прикладывать к рулевому колесу значительные усилия. Это предопределило применение усилителей рулевого механизма.

Наличие усилителя снижает общую физическую нагрузку на водителя, в ряде случаев позволяет гасить удары от дорожных неровностей, усилитель обеспечивает возможность удержания автомобиля на дороге при повреждении шин или подвески. Но усилитель может оказать и отрицательное влияние на рулевое управление, например, из-за запаздывания включения при резких поворотах руля, потери водителем чувства дороги, снижения точности управления при слишком облегченном повороте рулевого колеса, колебаниях управляемых колёс, спровоцированных усилителями.

Усилители, применяемые на современных автомобилях по принципу своего действия могут быть адаптивными и неадаптивными, а по типу привода – гидравлическими, пневматическими и электрическими.

Адаптивные усилители могут изменять коэффициент усиления в зависимости от скорости автомобиля. У автомобиля с таким усилителем при маневрировании на стоянке усилие, необходимое для поворотов рулевого колеса, значительно ниже, чем у неадаптивных, а по мере увеличения скорости движения автомобиля усилие поворота увеличивается.

Большинство современных автомобилей с усилителем имеют гидравлический усилитель рулевого управления, в котором гидравлический насос, приводимый от двигателя, создаёт давление в гидравлическом цилиндре. Наиболее распространены гидроусилители, в которых силовой и распределительный элементы объединены с рулевым механизмом в одном корпусе.

Разновидностью гидроусилителя является электрогидравлический усилитель, в котором гидравлический насос соединён с электродвигателем, питающимся от бортовой электросети автомобиля.

В последние годы на легковых автомобилях стали применяться электрические усилители рулевого управления, в которых функции силового элемента выполняет электродвигатель, а управляющего элемента – электронный блок.

Развитие электроники позволяет говорить о возможности в будущем перейти на электроуправление поворотом колёс автомобиля (система Steer by wire). В таких системах будет отсутствовать механическая связь между рулевым колесом и управляемыми колёсами, каждое колесо будет поворачиваться индивидуальным электродвигателем по сигналу электронного блока управления. В таких системах традиционное рулевое колесо становится необязательным и может быть заменено, например, джойстиком.