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).
Руль автомобиля является одним из тех инструментов, который мы принимаем как само собой разумеющимся. Я имею в виду, что у всех наших машин есть руль и мы не слышали о машинах без него. При покупке нового автомобиля, мы задаем менеджеру много вопросов, про обивку сидений, про лако — красочное покрытие, про двигатель и т.д. и т.п., но мы никогда не задаем вопрос про его руль…….
Автомобильный руль был изобретен не вместе с машиной, как многие думают, он был изобретен гораздо позже, когда изобретатели дошли до этой формы практическим путем. Оказалось что круглая или овальная форма самая лучшая для управления.
Первый руль, когда человек только изобретал автомобиль (было это на рубеже 19 века), был далек от совершенства, он скорее всего напоминал «киль» корабля или парусной лодки, и был назван «румпель». Это, условно говоря, была палка которую, водитель тянул либо в право или в лево, и автомобиль менял свое направление, в точности как на моторной лодке сейчас. Также многие изобретатели брали с лодки не только способ управления, но иногда и дизайн, так что многие первые машины больше походили на лодку!
Однако к 1894 году использование румпеля стало неэффективным. И изобретатели снова стали биться над идеальной формой. Многие перенимали вдохновение из той же самой морской промышленности и хотели заменить румпель, на простые рычаги, потянул один едешь на право, другой едешь на лево. Но опять та же морская промышленность подсказала верное решение. Впервые применить круглый руль захотел Alfred Vacheron, его вдохновили штурвалы океанских сухогрузов.Наверное все смотрели фильмы про пиратов, и видели круглые штурвалы кораблей.
Его первая модель с называлась Panhard, и в книге регистрации патентов он записал ее как модель с круглым поворачивающимся рулевым колесом.
Испытания произведенные в 1894 году показали, простоту управления авто, это то чего так долго добивались все автоизобретатели. Уже в 1898 году все автомобили из серии Panhard были оборудованы рулевым колесом. Принцип быстро подхватили и другие производители, и колесо распространилось по всему миру. После этого момента, колесо в форме круга стало эталоном. Овал колеса стал неизменным символом руля на следующие сто лет. Позволю заметить руль круглый, и до сих пор. В современном мире изобретатели все больше задумываются над автопилотами, чтобы отказаться от привычного нам способа управления, авто по их представлениям должно быть полностью автономно. Прогресс — это понятно! Но давайте окунемся обратно в те давние времена.
РУЛЕВОЕ УПРАВЛЕНИЕ.
На протяжении десятилетий, рулевое колесо оставалось не более чем деревянный круг, установленный внутри автомобиля. С его помощью водитель управлял транспортным средством. Так бы все и было, водитель повернул руль вправо или влево и транспорт послушно поворачивает. Но суть процесса, сам поворот руля очень сложен, особенно на грузовых машинах, и особенно когда автомобиль стоит. Сила сопротивления не дает рулю свободно крутиться.
Попыток ввести в производство руля авто усилителей в мире еще не было. Хотя GW Fitts уже в 1876 году уже получил патент на механизм гидравлического рулевого управления. Но вакуумная система была запатентована только в 1904 году, Фредерик Ланчестер сделал это в Великобритании, однако, производство ни одним из изобретателей так и не было запущено. В 1920 году Фрэнсис У. Дэвис, инженер Davis’ Pierce Arrow roadster первого автомобиля с гидравлическим усилителем, пытаясь сделать управление грузовиками немного легче, не вольно начал не массовое производство гидроусилителей на легковых автомашинах.
По совпадению или нет, гидроусилитель руля появляется и на больших кораблях (сухогрузах). Девис начинает усовершенствовать свою систему гидроуправления и ей заинтересовывается компания Cadillac. Между 1931 и 1943 годах, Девис получает патенты на это изобретение.
В 1936 году корпорация Bendix, увидела перспективы Девиса, и подписала с ним контракт на продвижение продукта (гидроусилителя).
В 1939 году построено первые десять моделей с гидроусилителем, всего две продано.
В 1940 году, шла война в Европе и именно война подтолкнула, дальнейшее развитие гидросистемы. Военные хотели получить машины которые легко управлялись. И это был звездный час для Девиса, он построил 10 000 бронированных автомобилей Chevrolet которые управлялись при помощи гидроусилителя.
После войны Chrysler начал разработку собственного усилителя, основанного на усилителе Девиса. Их система называлась Hydraguide. Успех мгновенный и огромный, уже к 1956 году, один из четырех авто был с усилителем руля.
Сейчас также встречаются автомобили как с электро-гидравлическим так и с электрическим усилителем. А некоторые компании, такие как Citroen, запатентовали свои системы.
Рулевое колесо — центр управления автомобилем.
Современные автомобили имеют продвинутое рулевое колесо, с его помощью водитель может управлять не только магнитолой но и множеством функций.
А самые лучшие у нас на АВТОБЛОГЕ.
Рулевое управление предназначено для обеспечения движения автомобиля в заданном водителем направлении и наряду с тормозной системой является важнейшей системой управления автомобилем. На большинстве легковых автомобилей изменение направления движения осуществляется за счет поворота передних колес (кинематический способ поворота ). Изменить направление движения можно и за счет подтормаживания отдельных колес. Силовой способ поворота положен в основу работы системы курсовой устойчивости .
Рулевое управление современного автомобиля объединяет рулевое колесо с рулевой колонкой, рулевой механизм и рулевой привод.
Рулевое колесо воспринимает от водителя усилия, необходимые для изменения направления движения, и передает их через рулевую колонку рулевому механизму. Рулевое колесо выполняет также и информационную функцию. По величине усилий, характеру вибраций происходит передача водителю информации о характере движения. Диаметр рулевого колеса легковых автомобилей находится в пределе 380 - 425 мм, грузовых автомобилей – 440 – 550 мм. Рулевое колесо спортивных автомобилей имеет меньший диаметр.
Рулевая колонка обеспечивает соединение рулевого колеса с рулевым механизмом. Рулевая колонка представлена рулевым валом, имеющим несколько шарнирных соединений. В конструкции рулевой колонки предусмотрена возможность складывания при сильном фронтальном ударе, что позволяет снизить тяжесть травмирования водителя. На современных автомобилях предусмотрено механическое или электрическое регулирование положения рулевой колонки. Регулировка может производиться по вертикали, по длине или в обоих направлениях. В целях защиты от угона осуществляется механическая или электрическая блокировка рулевой колонки.
Усилитель рулевого управления, в котором поворотное усилие изменяется в зависимости от скорости автомобиля, называется адаптивным усилителем рулевого управления. Известной конструкцией адаптивного усилителя рулевого управления является электрогидравлический усилитель Servotronic .
Инновационными являются система активного рулевого управления от BMW, система динамического рулевого управления от Audi, в которых передаточное число рулевого механизма изменяется в зависимости от скорости движения автомобиля. Компания BMW добавила в рулевой вал сдвоенный планетарный редуктор, корпус которого может поворачиваться с помощью электродвигателя и в зависимости от скорости движения автомобиля менять передаточное отношение рулевого механизма.
Перспективной является конструкция рулевого управления, в которой отсутствует механическая связь рулевого колеса и ведущих колес, т.н. рулевое управление по проводам . Система обеспечивает независимое воздействие на каждое колесо с помощью электропривода. Серийное применение рулевого управления по проводам сдерживает скорее психологический фактор, связанный с высоким риском аварии в случае отказа системы.
С помощью рулевого устройства можно изменять направление движения судна или удерживать его на заданном курсе. В последнем случае задачей рулевого устройства является противодействие внешним силам, таким как ветер или течение, которые могут привести к отклонению судна от заданного курса. Рулевые устройства известны с момента возникновения первых плавучих средств. В древности рулевые устройства представляли собой большие распашные весла, укрепленные на корме, на одном борту или на обоих бортах судна. Во времена средневековья их стали заменять шарнирным рулем, который помещался на ахтерштевне в диаметральной плоскости судна. В таком виде он и сохранился до наших дней.
Типы рулей
а - обыкновенный руль; b -балансирный руль; с - полубалансирный руль (полуподвесной); d - балансирный руль (подвесной); е - полубалансирный руль (полуподвесной); f - активный руль; g - носовое подруливающее устройство (гребные винты противоположного вращения); h - носовое подруливающее устройство (реверсивный гребной винт)
В зависимости от принципа действия различают пассивные и активные рули. Пассивными называются рулевые устройства, позволяющие производить поворот судна только во время хода, точнее сказать, во время движения воды относительно корпуса судна. В отличие от него активный руль позволяет осуществлять поворот судна независимо от того, движется оно или стоит. Пассивное рулевое устройство состоит из штурвальной колонки с передачей, рулевой машины и пера руля. В старых конструкциях использовались однослойные рули. В настоящее время главным образом применяют профильные фигурные рули (рис. а). Не знаете, сколько стоит ремонт рулевого редуктора , - изучите наши прайс-листы уже сейчас Перо такого руля состоит из двух выпуклых наружных оболочек, имеющих с внутренней стороны ребра и вертикальные диафрагмы для повышения жесткости. В целом конструкция пера руля цельносварная и полая внутри. Существуют различные способы крепления руля. Его можно на шарнирах прикрепить к ахтерштевню (рис. а) или установить в подпятнике (рис. b). Другие способы закрепления показаны на рисунках с, е.
По положению пера руля относительно оси вращения баллера различают:
Обыкновенный руль - плоскость пера руля расположена за осью вращения;
Полубалансирный руль - только большая часть пера руля находится позади оси вращения, за счет чего возникает уменьшенный момент вращения при перекладке руля;
Балансирный руль - перо руля так расположено по обеим сторонам оси вращения, что при перекладке руля не возникают какие-либо значительные моменты.
Типы рулей
f - активный руль; g - носовое подруливающее устройство (гребные винты противоположного вращения); h - носовое подруливающее устройство (реверсивный гребной винт)
Пример рулевого устройства с активным рулем приведен на рисунке f. В перо руля встроен электродвигатель, приводящий во вращение гребной винт, который для защиты от повреждений помещен в насадку. За счет поворота пера руля вместе с гребным винтом на определенный угол возникает поперечный упор, обусловливающий поворот судна. Активный руль выполняет свои функции и тогда, когда судно стоит на якоре. Такой руль используется на специальных судах, таких как плавучие рыбозаводы, китобойные, ремонтные и вспомогательные. Кроме того, активный руль можно применять как аварийный двигатель. Рули, как правило, помещаются в корме судна. Только в особых случаях (например, на речных паромах или на судах для каналов) используют также носовые рули. Чем привлекательны vulkan официальный игровой бизнес запрещен на территории многих стран но Для повышения маневренности судна довольно часто применяют подруливающие устройства, относящиеся к группе активных рулей без пера. Носовые или кормовые подруливающие устройства устанавливают поперек судна в туннеле. В этом туннеле находятся также два гребных винта или ротор осевого насоса. При вращении одного гребного винта вода течет через туннель. За счет этого возникает упор, и корпус судна совершает движение. В подруливающих устройствах все чаще вместо двух гребных винтов или одного ротора осевого насоса используют гребные винты с переменным шагом. Как уже было указано, для того чтобы рулевая установка действовала, перо пассивного руля должно стоять под определенным углом. Баллер руля приводится во вращение рулевой машиной, установленной под палубой в корме судна. Существуют паровые, электрические и гидравлические рулевые машины.
Рулевое устройство с электрическим приводом
а - расположение рулевого устройства
1 - рулевая машина; 2 - рулевой штырь; 3 - полубалансирный руль; 4 - баллер руля
b - секторная рулевая передача с электрическим приводом
1 - ручной штурвальный привод (аварийный привод); 2 - румпель; 3 - редуктор; 4 - рулевой сектор; 5 - двигатель; 6 - пружина; 7 - баллер руля; 8 - профильный фигурный руль; 9 - сегмент червячного колеса и тормоза; 10 - червяк
На рис. b показана устаревшая конструкция электрической рулевой машины. Электродвигатель через редуктор приводит в движение рулевой сектор, который крепится на баллере руля. Две пружины, воспринимающие удары волн о перо руля, соединяют сектор руля с румпелем; последний в свою очередь через призматическую шпонку соединен с баллером руля, на котором помещен профильный руль. Если необходимо повернуть перо руля, нужно запустить мотор с определенной частотой вращения. При неисправности электрической рулевой машины руль приводится в движение с помощью управляемого вручную механизма, состоящего из штурвальной тумбы и штурвала. Путем поворота штурвала приводятся в движение червячное колесо и взаимодействующий с ним аварийный приводной сегмент, укрепленный непосредственно на баллере руля. Штурвальная тумба аварийной рулевой установки обычно монтируется в корме на верхней палубе судна. На современных судах, как правило, применяют гидравлические рулевые машины. При вращении рулевого колеса на мостике срабатывает датчик телемотора, Протекающее под давлением в трубопроводе масло вызывает перемещение приемника телемотора, за счет чего рулевой насос приводится в движение в соответствующем направлении.
Рулевое устройство с гидравлическим приводом
а - схема гидропривода рулевого устройства типа Атлас с телемоторами; b - поршень гидравлической рулевой машины
1 - подключение к бортовой сети; 2 - кабельные соединения; 3 - запасная канистра; 4 - рулевой насос; 5 - рулевая колонка с датчиком телемотора; 6 - индикаторный прибор; 7 - приемник телемоторов; 8 - двигатель; 9 - гидравлическая рулевая машина; 10 - баллер руля; 11 - датчик указателя положения руля
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.