Устройство и работа рулевого управления

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. Анализ состояния рулевого управления

1.1 Назначение, типы, марки, классификация рулевого управления

1.2 Устройство и работа рулевого управления

1.3 Особенности конструкций и предъявляемые требования к рулевому управлению

2. Основные характеристики современных механизмов рулевого управления

2.1 Рулевой механизм

2.2 Рулевой механизм типа червяк - ролик

2.3 Рулевой привод

3. Перспективы совершенствования конструкций рулевого управления

4. Оценка эффективности использования перспективных конструкций рулевого управления

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ

В современном мире существует огромное количество автомобилей, что создает повышенную угрозу здоровью и жизни человека. На автомобильный транспорт приходится более 96 % дорожно-транспортных происшествий. Так, в РФ от ДТП погибает ежегодно 35 тыс. человек и получает увечья свыше 200 тыс. Для того, чтобы уменьшить, а со временем и полностью избавиться от этих случаев, необходимы постоянное совершенствование конструкции автомобилей, модернизация их узлов и составных частей. Механизмы рулевого управления занимают ведущее место в перечне этих устройств. Однако рулевые механизмы автомобилей отечественного производства не всегда соответствуют всем нормам и требованиям и поэтому они нуждаются в немедленном улучшении.

Конструкция рулевого управления должна обеспечивать: легкость управления, уценивая усилием на рулевом колесе; качение управляемых колес с минимальным боковым уводом и скольжением при повороте автомобиля; стабилизацию повернутых управляемых колес, обеспечивающую их возвращение в положение, соответствующее прямолинейному движению, при отпущенном рулевом колесе; предотвращение передачи ударов на рулевое колесо при наезде управляемых колес на препятствия; минимальные зазоры в соединениях.

Основанием для разработки выбранной темы реферата является необходимость информирования специалистов автомобильного комплекса и других заинтересованных лиц о состояний и направлениях развития современных механизмов рулевого управления автотранспортных средств. Исходными данными для раскрытия темы реферата являются выявленные из доступных литературных источников данных, позволяющих провести анализ состояния вопроса, описать типы и дать классификацию существующих рулевых механизмов автотранспортных средств, представить в краткой форме основные параметры, характеристики, а также указать наиболее рациональные перспективы развития современных рулевых механизмов управления автомобилей. Кроме того, привести оценочные критерии и параметры для этих систем управления. Реферат оформлен в соответствии с требованиями межгосударственных стандартов [1-3].

Актуальность проблемы совершенствования механизмов рулевого управления современных автомобилей состоит в повышении прежде всего безопасности вождения, надежности, а также улучшении удобства и комфорта в управлении, что значительно может снизить утомляемость водителя автотранспортного средства. Решение этих проблем, с одной стороны, обеспечивается автомобильной промышленностью за счет выпуска более совершенных конструкций автомобилей, с другой стороны за счет совершенствования нормативов для находящихся в эксплуатации автомобилей. Устойчивость движения автомобиля по прямому направлению, легкость поворота колес и их способность самостоятельно возвращаться в исходное положение, минимальная отдача обратных ударов на рулевое колесо, полная надежность в работе и безотказность действия за весь срок службы автомобиля, удобство в эксплуатации и невысокие требования к уходу должны быть неотъемлемыми качествами рулевого управления. В отношении безопасности движения автомобиля рулевое управление является одним из наиболее сложных и ответственных его механизмов. Вопросы повышения надежности рулевого управления и безопасности движения стоят особенно остро для автомобилей большой грузоподъемности, которые в настоящее время являются достаточно быстроходными.

Научная новизна материалов реферата заключается в анализе существующих конструкций механизмов рулевого управления, особенностей их конструкций, подборе наиболее оптимальных критериев и параметров для оценки механизмов рулевого управления. Кроме того, в материалах представлена в систематизированном виде новая информация, полученная на основе положительного опыта передовых разработок данных систем управления. Это позволяет провести объективную оценку существующих рулевых механизмов, которые могут повлиять на дальнейшее совершенствование рулевых механизмов, находящихся в настоящее время в эксплуатации.

1. Анализ состояния рулевого управления

1.1 Назначение, типы, марки, классификация рулевого управления

Рулевое управление служит для изменения направления движения автомобиля поворотом передних управляемых колес. Оно состоит из рулевого механизма и рулевого привода. На грузовых автомобилях большой грузоподъемности в рулевом управлении применяют усилитель, который облегчает управление автомобилем, уменьшает толчки на рулевое колесо и повышает безопасность движения.

Водитель изменяет направление движения автомобиля, поворачивая колеса, которые принято называть управляемыми. Управляемыми могут быть передние и задние колеса, или те и другие вместе. Основным недостатком автомобиля с задними управляемыми колесами по сравнению с автомобилем, имеющим передние управляемые колеса, при прочих равных условиях поворота является то, что отъехать от борта тротуара или стены он может только задним ходом или при очень большом радиусе поворота; кроме того, передняя часть автомобиля при повороте медленнее отклоняется от первоначального направления, чем в случае передних управляемых колес. Если все колеса управляемые, то радиус поворота получается минимальным, что особенно важно при ограниченных углах поворота колес. Однако автомобилю со всеми управляемыми колесами свойственны недостатки автомобиля с задними управляемыми колесами, но в несколько меньшей степени, поскольку управляемыми являются также и передние колеса.

Одним из важнейших элементов устойчивости автомобиля является его управляемость, т. е. качество, обеспечивающее движение в направлении, заданном водителем. Управляемые колеса, повернутые из нейтрального положения, соответствующего прямолинейному движению автомобиля на угол будут катиться в плоскости своего вращения, а не скользить вбок или буксовать пока боковая реакция на каждом из них не будет меньше соответствующего значения.

Водитель как легкового, так и грузового автомобиля должен выбрать угол поворота рулевого колеса так, чтобы отклонения автомобиля от заданного направления движения было или оставалось минимальным. Однако между выполняемым при этом поворотом рулевого колеса и требуемым изменением направления движения однозначная функциональная взаимосвязь отсутствует, так как цепочка «поворот рулевого колеса - изменение угла поворота управляемых колес - формирование боковых сил - изменение направления движения» нелинейно вследствие ограниченной жесткости элементов рулевого управления. Поэтому во время езды взаимосвязь между углом поворота рулевого колеса и вызванным им изменением направления движения постоянно изменяется.

Типы рулевого управления:

1) Шестеренные рулевые механизмы.

2) Реечные рулевые механизмы

3) Червячные рулевые механизмы

4) Червячно-роликовые рулевые механизмы

5) Червячно-секторные рулевые механизмы

6 ) Винтовые рулевые механизмы

7) Винтореечные рулевые механизмы

8) Кривошипные рулевые механизмы.

9) Травмобезопасные рулевые механизмы

Классификация рулевого управления.

Рулевое управление классифицируют по:

- способу поворота (поворот управляемых колёс, торможением колёс одного борта, ломающаяся рама);

- расположению рулевого колеса (правое, левое, по средине);

- расположению управляемых колёс (передней оси, задней оси, всех осей).

1.2 Устройство и работа рулевого управления

Рулевое управление (рис. 1) любого автомобиля состоит из: рулевого механизма; рулевого привода; рулевого усилителя (присутствует не на всех автомобилях).

Рулевой вал вращает винт (червяк), за который цепляется зубчатый сектор, сидящий на одной оси с сошкой, которая поворачивает в нужную сторону рулевую трапецию. Для снижения сопротивления сектор заменили роли-ком, а червяк сделали более сложным по форме (глобоидный червяк). Эта конструкция применяется почти повсеместно на легковых машинах компактного и среднего класса без усилителя руля. Вращение червяка легко преобразуется в поворот сектора или движение ролика, а вот в обратную сторону движение передается с гораздо большим трудом. Поэтому такой рулевой механизм менее чувствителен к дорожным неровностям, чем реечный, а значит - обеспечивает более стабильное и безопасное движение.

Наибольшее применение получил рулевой механизм, выполненный в виде пары - глобоидальный червяк и ролик на подшипниках качения. Такой рулевой механизм состоит из стального глобоидального (т. е. с вогнутой поверхностью) червяка 2 , в зацепление с которым входит двух- или трехгребневой ролик 5. Червяк 2 закреплен на рулевом валу 1 и установлен на подшипниках 11 в картере 10 рулевого механизма. Ролик 5 установлен на шариковом 9 или игольчатом 4 подшипнике на оси 3, закрепленной в головке вала 6. Вал лежит на подшипниках в приливе картера. На наружном конце вала закреплена сошка 7.

При повороте червяка ролик перемещается по его винтовой нарезке, поворачивая вал с сошкой. При вогнутой поверхности червяка получается правильное зацепление червяка с роликом при различных его положениях. В такой паре трение и износ значительно уменьшаются, так как при работе ролик не скользит, а катится по червяку.

Вогнутая поверхность червяка и дуга, по которой поворачивается ролик, описаны разными радиусами R1 и R2 из разных центров так, что дуги сближаются в средней плоскости и расходятся по краям. Вследствие этого обеспечиваются малый зазор между роликом и червяком в среднем положении и увеличенные зазоры в крайних положениях ролика. Это повышает чувствительность рулевого управления при среднем положении колес, облегчает вывод рулевого колеса из крайних положений и способствует более равномерному износу червяка.

Рулевой механизм (рис. 2) расположен в картере 10, который крепится на раме и заполнен маслом. Для поддержания правильного зацепления пары и устранения повышенных зазоров в рулевом механизме, что может вызвать большой свободный ход рулевого колеса, применяют регулировочные устройства. При этом регулируют осевой зазор червяка в подшипниках, осевой зазор вала сошки и зацепление пары.

Рисунок 1 - Схема рулевого управления:

1 - рулевое колесо; 2 - рулевая колонка; 3 - карданный вал; 4 - рулевой механизм; 5 - рулевая тяга; 6 - наконечник рулевой тяги с шарнирами.



Рисунок 2- Рулевой механизм

Кроме рассмотренного рулевого механизма применяют рулевые механизмы других типов: винт - сектор, винт - гайка. В рулевом механизме, выполненном в виде пары винт - гайка, как уже отмечалось выше, для уменьшения трения между ними в некоторых конструкциях рулевых управлений вводят непрерывную цепь циркулирующих стальных шариков. При этом трение скольжения в паре заменяется трением качения, что облегчает поворот рулевого колеса.

На рисунке 3 показано рулевое управление с реечным рулевым механизмом.



Рисунок 3 - Реечный рулевой механизм

1 - наконечник рулевой тяги; 2 - шаровой шарнир наконечника; 3- поворотный рычаг телескопической стойки; 4 - гайка; 5 - регулировочная тяга; 6 - левая рулевая тяга; 7 - вкладыш шарового шарнира; 8 - шаровой палец; 9 - защитный колпачок: 10 - болты крепления рулевых тяг к рейке; 11 - правая рулевая тяга; 12 - скоба крепления рулевого механизма; 13 - подушка опоры рулевого механизма; 14 - защитный чехол; 15 - соединительная пластина; 16 - стопорная пластина; 17 - картер рулевого механизма; 18 - стяжной болт муфты; 19 - эластичная муфта; 20 - кронштейн крепления рулевой колонки; 21 - рейка; 22 - опорная втулка рейки; 23 - демпфирующие кольца; 24 - резина-металлический шарнир; 25 - верхняя часть облицовочного кожуха; 26 - демпфер рулевого колеса: 27 - рулевое колесо; 28 - шариковый подшипник; 29 - вал рулевого управления; 30 - нижняя часть облицовочного кожуха; 31 - кронштейн крепления вала рулевого управления; 32 - защитный колпачок; 33 - роликовый подшипник; 34 - приводная шестерня; 35 - шариковый подшипник шестерни; 36 - стопорное кольцо; 37- защитная шайба; 38 - уплотнительное кольцо; 39 - гайка подшипника; 40 - пыльник; 41 - уплотнительное кольцо упора рейки; 42 - стопорное кольцо гайки упора; 43 - гайка упора; 44 - упор рейки; 45 - А - метка на пыльнике; 46 - В.метка на картере рулевого механизма

При повороте рулевого колеса 21 шестерня 34 перемещает рейку 21, от которой усилие передается на рулевые тяги 6, 11. Рулевые тяги за поворотные рычаги 3 поворачивают управляемые колеса. Реечный рулевой механизм состоит из косозубой шестерни 34, нарезанной на рулевом валу 29 и косозубой рейки 21. Вал вращается в картере 17 на упорных подшипниках 33 и 35, натяг которых осуществляют кольцом 36 и верхней крышкой. Упор 44, прижатый пружиной к рейке, воспринимает радиальные усилия, действующие на рейку, и передает их на боковую крышку, чем достигается точность зацепления пары.

Рулевой привод служит для передачи воздействия от рулевого механизма к управляемым колесам.

Рулевой привод включает сошку 2, продольную тягу 3, поворотный рычаг 7, левый и правый поворотные кулаки 6 и детали рулевой трапеции. Рулевая трапеция может быть задней или передней, т. е. с поперечной рулевой тягой, расположенной сзади переднего моста или перед ним. Различают цельную трапецию, применяемую при зависимой подвеске колес, и расчлененную, используемую при независимой подвеске. Сошка может качаться по дуге окружности, расположенной в плоскости, параллельной продольной оси автомобиля, или в плоскости, параллельной переднему мосту. В последнем случае продольная тяга отсутствует, а сила от сошки передается через поперечные рулевые тяги поворотным кулакам. Типичным во всех случаях является крепление сошки на валу при помощи конуса, треугольных шлицев и гайки. Для правильной установки сошки при сборке на валу делают специальные метки или сдвоенный шлиц, обеспечивающий возможность установки сошки на валу только в одном положении.

При движении автомобиля по неровной дороге на детали рулевого привода (сошку, продольную и поперечную рулевые тяги, рулевые рычаги) действуют большие нагрузки. В связи с этим в рулевой вводят пружины для смягчения толчков и устройства для автоматического устранения зазоров, возникающих при изнашивании деталей.

Конструкция рулевых приводов при зависимой подвеске показана на рисунке 4. При повороте колес детали рулевого привода перемещаются одна относительно другой: Такое перемещение происходит также при наезде колеса на не ровности дороги и при колебаниях кузова относительно колес.

Рисунок 4 - Схема РУ с зависимой подвеской

Для создания возможности относительного перемещения деталей привода в горизонтальной и вертикальной плоскостях при одновременной надежной передаче усилий соединение продольной тяги 3 с сошкой 2 и рычагом 7 поворотной цапфы, а также соединение поперечной тяги 5 с рычагами 4 осуществляют в большинстве случаев шаровыми шарнирами.

Продольную тягу рулевого привода делают трубчатой с утолщениями по краям для монтажа деталей двух шарниров. Каждый шарнир состоит из пальца 3, сухарей 4 и 7, охватывающих сферическими поверхностями шаровую головку пальца, пружины 8 и ограничителя 9. При затягивании пробки 5 головка пальца зажимается сухарями, а пружина 8 сжимается. Пружина шарнира не допускает образования зазоров в результате износов и смягчает толчки, передаваемые от колес на рулевой механизм. Ограничитель предотвращает чрезмерное сжатие пружины, а при ее поломках не позволяет пальцу выйти из соединения с тягой. Пружины располагают в тяге относительно пальцев 2 и 3 так, чтобы через пружины передавались усилия, действующие на тягу как от сошки, так и от поворотного рычага.

В поперечной рулевой тяге шарниры размещают в наконечниках, навинченных на концы тяги. Резьба на концах тяги обычно имеет разное направление. Поэтому вращением тяги 10 при неподвижных наконечниках 11 можно изменять ее длину при регулировании схождения колес. Пальцы 15 жестко закрепляют в рычагах поворотных цапф. Шаровой поверхностью палец прижимается предварительно сжатой пружиной 12 через пятку 13 к сухарю 14, установленному внутри наконечника тяги. Такое устройство шарнира позволяет непосредственно передавать усилия от пальца на тягу и в обратном направлении. Пружина 12 обеспечивает устранение в шарнире зазора, обусловленного износом. Таким образом, основное отличие шарниров поперечной тяги от шарниров продольной тяги состоит в том, что в первых не имеется пружин, через которые непосредственно передаются усилия в рулевом приводе. Это делается для того, чтобы не вызвать поперечных колебаний колес.

Шарниры рулевых тяг смазывают через масленки. На некоторых автомобилях в шарниры смазочный материал закладывают при сборке, и пополнять ее в эксплуатации не требуется.

Конструкция рулевого привода при независимой подвеске управляемых колес. Рулевой привод при независимой подвеске колес должен исключать произвольный поворот каждого колеса в отдельности при его качании на подвеске. Для этого необходимо близкое совпадение осей качания колеса и тяги привода, что достигается применением разрезной поперечной тяги. Такая тяга состоит из шарнирно соединенных частей, которые перемещаются с колесами независимо одна от другой.

Поперечная тяга состоит из трех частей: средней тяги 12 и шарнирно соединенных с ней двух боковых тяг 11. Средняя тяга одним концом соединена с сошкой 2, а другим - с маятниковым рычагом 10, поворачивающимся вокруг опоры на кузове автомобиля. Шарнир, соединяющий каждую боковую тягу со средней тягой, близко расположен к оси качания колеса. Поэтому тяга не вызывает произвольного поворота колеса при деформации рессоры подвески. Применяют шарниры разборного или неразборного типа, с шаровыми или полусферическими пальцами, установленными в наконечниках тяг обычно на пластмассовых (полиуретановых, полиамидных и др.) вкладышах, поджимаемых подпятниками с пружинами.

Шаровые сочленения хорошо герметизированы - надежно защищены резиновыми чехлами; смазку в них обычно закладывают при сборке и в процессе эксплуатации не дополняют. В разборном шарнире крышка головки шарнира съемная, закреплена стопорным кольцом; в неразборном крышка завальцована в головке.

1.3 Особенности конструкций и предъявляемые требования к рулевому управлению

При проведении испытаний автомобиля и доводки конструкций рулевого управления с позиций управляемости, устойчивости движения и маневренности используют оценочные показатели, многие из которых в целом характеризуют рулевое управление, так как учитывают комплексное влияние на криволинейное движение свойств рулевого управления. И на основе полученных данных, выявляющих конструктивные особенности механизмов рулевого управления, их можно разделить следующим образом:

а) Рулевые механизмы с шестеренчатой передачей: рулевые механизмы с шестеренчатой передачей могут быть выполнены как с цилиндрическими шестернями, так и с коническими. До настоящего времени имеют применение рулевые механизмы с реечной передачей.

В целях получения большого передаточного числа, необходимого для рулевого механизма, применялось несколько пар шестерен. Большое передаточное число осуществлялось также и при помощи планетарной передачи.

Шестеренчатая передача во всех конструктивных выполнениях имеет достаточной высокий КПД при передаче усилия в обе стороны, вследствие чего она получается обратимой, т.е. обладает способностью передавать все усилия не только от рулевого колеса к сошке, но и в обратном направлении - от сошки к рулевому колесу. Передаточное число таких передач приходилось выбирать сравнительно большим для того, чтобы уменьшить передачу обратных ударов на рулевое колесо.

б) Рулевые механизмы с кулачной передачей: для устранения недостатков, присущих обратимой передаче, применяют передачи необратимые или находящиеся на пределе обратимости, т.е. полуобратимые. К числу необратимых передач относятся кулачковые, червячные и винтовые.

К кулачным передачам относятся передачи, в которых применены две улитки, выполненные по спирали т укрепленные на рулевом валу. Улитки поставлены на встречу одна другой так, что сумма их радиусов, лежащих в одной плоскости, получается величиной постоянной. На валу сошки укреплен двуплечий рычаг с роликами бочкообразной формы.

В некоторых конструкциях применялся кулак специальной формы. Каждая пара диаметрально расположенных точек торца кулака равно удалена от средней ею плоскости, проходящей через его середину и перпендикулярной оси рулевого вала. На валу сошки укреплен двухступенчатый рычаг, имеющий на концах конические ролики. Вся передача заключена в шаровой кожух. Сложность изготовления кулачной передачи является основной причиной незначительного ее распространения в рулевых механизмах автомобилей.

в) Рулевые механизмы с винтовой передачей: вращение винта (рулевого вала) в этой передаче преобразуется в прямолинейное возвратно-поступательное движение гайки. Далее это движение гайки преобразуется во вращательное движение вала сошки. Последнее преобразование производится различными способами: при помощи рычага, кривошипа, серьги, зубчатого зацепления.

Как было указано в классификации, передача этого типа имеет несколько видов:

1) Конструкция винтовой передачи с рычагом: гайка движется вдоль винта, усыновленного на двух опорах в картере руля. Червяк и рулевой вал соединены при помощи шлица. Гайка удерживается от вращения рычагами вилки, которые входят в прорези цилиндрических сухарей. Для последних в гайке с обеих ее сторон выполнены гнезда. При повороте рулевого вала гайка перемещается по нишу, а вместе с ней перемещаются сухари, в прорезях которых скользят концы рычагов и поворачивают таким обратом вал рулевой сошки. Длина рычага в этой конструкции получается переменной. Рулевой механизм с подобной передачей применялся на грузовых автомобилях ЯАЗ.

2) Конструкция винтовой передачи с кривошипом: винт, имеющий канавку с полукруглым профилем, установлен в двух шариковых радиально-упорных подшипниках в картере руля. Вдоль винт по направляющим картера перемещается подушка с цилиндрической выемкой, выполненной по размеру наружною диаметра винта. Роль нарезки в подушке выполняют два шарика, заложенные в гнезда подушки таким обратом, что половина шарика заложена в гнездо, а другая его половина лежит в канавке винта. С другой стороны подушки выполнен прямоугольный паз, перпендикулярный к оси винта. Вдоль паза перемещается ролик, установленный на пальце кривошипа. Палец укреплен в головке кривошипа выполненном заодно целое с валом сошки. Последний установлен в картере руля на игольчатых подшипниках.

При повороте винта подушка перемещается по направляющим вдоль ею оси. Так как палец кривошипа перемещается по дуге крута, то ролик при повороте червяка перемешается по пату подушки. Радиус кривошипа в этой конструкции остается постоянным.

2. Основные характеристики современных механизмов рулевого управления

2.1 Рулевой механизм

Рулевой механизм предназначен для передачи усилия от водителя к рулевому приводу и для увеличения крутящего момента, приложенного к рулевому колесу. Он состоит из рулевого колеса, вала и редуктора. Рулевой привод служит для передачи усилия от рулевого механизма к управляемым колесам автомобиля и для обеспечения необходимого соотношения между углами их поворота. Он обеспечивает поворот управляемых колес с небольшим усилием на рулевом колесе. Это может быть достигнуто за счет увеличения передаточного числа рулевого механизма. Однако передаточное число ограничено количеством оборотов рулевого колеса. Если выбрать передаточное число с количеством оборотов рулевого колеса больше 2-3, то существенно увеличивается время, требуемое на поворот автомобиля, а это недопустимо по условиям движения. Поэтому передаточное число в рулевых механизмах ограничивают в пределах 20-30, а для уменьшения усилия на рулевом колесе в рулевой механизм или привод встраивают усилитель.

Ограничение передаточного числа рулевого механизма также связано со свойством обратимости, т. е. способностью передавать обратное вращение через механизм на рулевое колесо. При больших передаточных числах увеличивается трение в зацеплениях механизма, свойство обратимости пропадает и самовозврат управляемых колес после поворота в прямолинейное положение оказывается невозможным.

2.2 Рулевой механизм типа червяк - ролик

Рулевой механизм с передачей типа червяк - ролик имеет в качестве ведущего звена червяк, закрепленный на рулевом валу, а ролик установлен на роликовом подшипнике на одном валу с сошкой. Чтобы сделать полное зацепление при большом угле поворота червяка, нарезку червяка выполняют по дуге окружности - глобоиде. Такой червяк называют глобоидным.

В винтовом механизме вращение винта, связанного с рулевым валом, передается гайке, которая заканчивается рейкой, зацепленной с зубчатым сектором, а сектор установлен на одном валу с сошкой. Такой рулевой механизм образован рулевой передачей типа винт - гайка - сектор.

В шестеренчатых рулевых механизмах рулевая передача образуется цилиндрическими или коническими шестернями, к ним же относят передачу типа шестерня - рейка. В последних цилиндрическая шестерня связана с рулевым валом, а рейка, зацепленная с зубьями шестерни, выполняет роль поперечной тяги. Реечные передачи и передачи типа червяк-ролик преимущественно применяют на легковых автомобилях, так как обеспечивают сравнительно небольшое передаточное число. Для грузовых автомобилей используют рулевые передачи типа червяк-сектор и винт-гайка-сектор, снабженные либо встроенными в механизм усилителями, либо усилителями, вынесенными в рулевой привод.

Рулевой механизм типа «червяк - ролик», схема которого представлена на рисунке 6 состоит из глобоидального червяка 12 и трехгребневого ролика 8, находящихся в беззазорном зацеплении и смонтированных в картере 7. Червяк 12 напрессован на нижний рулевой вал 18 и установлен на двух роликовых конических подшипниках.

Обойма заднего подшипника 11 запрессована в горловину картера до упора в бурт задней крышки 19. Обойма переднего подшипника 13 имеет скользящую посадку, позволяющую за счет прокладок 10 регулировать предварительный натяг в подшипниках червяка. Люфт в подшипниках недопустим, в эксплуатации он устраняется снятием соответствующего числа регулировочных прокладок из-под крышки 14.

Вал сошки, в пазу которого смонтирован трехгребневый ролик 8, вращается в двух бронзовых втулках 6. Верхняя часть вала; опирается на роликовый подшипник 4, запрессованный в боковой крышке 15. При вращении рулевого вала ролик перемещается по нитке червяка и поворачивает вал вместе с сошкой

20. Поворот вала ограничивается упором опорной пяты 21 в стенку лонжерона кузова.

Центральный гребень ролика при движении автомобиля по прямой находится в зацеплении с винтовой линией червяка в: плоскости его симметрии. Углы поворота рулевого вала от среднего положения в левую сторону на 120° и в правую сторону на 100 составляют зону беззазорного зацепления червячной пары.

Рисунок 5 - Рулевой механизм типа червяк - ролик

1 - опорная пята, 2 - регулировочный винт, 3 - колпачковая контргайка, 4 - роликовый подшипник, 5 - пробка наливного отверстия, 6 -бронзовые втулки, 7 - картер, 8 - ролик,

9 - подшипник, 10 - регулировочные прокладки, 11, 13-задний и передний роликовые подшипники, 12 - червяк, 14 - передняя крышка, 15 - боковая крышка, 16 - соединительная муфта, 17 - верхний вал, 18 - нижний рулевой вал, 19 - задняя крышка, 20 - сошка, 21 - опорная пята сошки

Первоначальное смещение геометрической оси ролика вверх относительно оси червяка на 6 ... 6,5 мм (для нового рулевого механизма) позволяет в эксплуатации своевременно регулировать беззазорное зацепление червяка с роликом по мере изнашивания червячной пары. Регулировка производится винтом 2, который стопорится шайбой и затягивается колпачковой контргайкой.

2.3 Рулевой привод

В рулевой привод входят все детали, передающие усилие от рулевого механизма к управляемым колесам. Конструкции рулевых приводов отличаются большим разнообразием и определяются типом автомобиля, схемой поворота и условиями компоновки. На рисунке 6 показана схема рулевого привода. рулевой ролик привод



Рисунок 6 - Рулевой привод

а - задняя цельная трапеция; б - передняя расчлененная трапеция

1 -рулевой механизм; 2- сошка; продольная тяга; 4-рычаг рулевой трапеции; 5-поперечная тяга; 6- поворотный кулак; 7-поворотный рычаг; 8-стойка; 9 и 11-боковые тяги; 10-маятниковый рычаг; 12- средняя тяга

Рулевая трапеция является частью рулевого привода и обеспечивает требуемую зависимость между углами поворота управляемых колес. Рулевую трапецию обычно располагают сзади управляемых колес. В этом случае она хорошо защищена поперечиной подвески или балкой моста от повреждений

По конструктивным признакам рулевая трапеция разделяется на два типа: цельную и расчлененную.

По расположению относительно передней оси рулевая трапеция разделяется на переднюю и заднюю.

Автомобили с зависимой подвеской имеют неразрезную поперечную тягу

При независимой подвеске эта тяга выполняется разрезной, состоящей из двух или трех звеньев, что обеспечивает возможность независимого перемещения управляемых колес. Для регулирования схождения колес тяги имеют резьбовые наконечники. Целесообразно выполнять один наконечник с правой резьбой, другой - с левой. Тогда регулировка схождения производится простым вращением тяги 2.

Рулевой привод должен быть жестким, обеспечивать кинематику поворота управляемых колес и отсутствие зазоров в шарнирных соединениях. Недостаточная жесткость привода приводит к нарушению схождения управляемых колес и увеличению их склонности к автоколебаниям. Следствием этого является интенсивное изнашивание шин и повышенный расход топлива, ухудшение устойчивости движения автомобиля. Жесткость РП автомобилей с зависимой подвеской примерно в 1,5 … 2 раза выше, чем у аналогичных по классу автомобилей с независимой подвеской.

3. Перспективы совершенствования конструкций рулевого управления

Совершенствование конструкции элементов подвески и рулевого управления современных автомобилей, ведется в направлении ужесточения допусков на изготовление и требований к качеству обработки поверхностей, особенно в сравнении с принятыми в отечественной промышленности, и применением в конструкции современных материалов. В значительной степени это касается применения новых видов пластмасс, полимерных и композиционных материалов с улучшенными потребительскими свойствами. Что касается кардинальных новшеств - применения в конструкции рулевого управления электронных и адаптивных систем, существенно улучшающих управляемость автомобиля в сложных дорожных условиях,

В последнее время на мировом рынке автокомпонентов наблюдается тенденция снижения массы изделий для подвесок и рулевого управления автомобилей. Очень широко применяются более легкие сплавы. Например, сплавы на основе алюминия и магния, так как технология их производства позволяет получать стабильные механические характеристики изделий. Производители все более широко используют неметаллические материалы - они имеют высокие прочностные свойства и меньший вес. Изготавливаются вкладыши, позволяющие исключить упругий элемент (металлическую пружину) из конструкции изделий. Более высокая ходимость современных изделий достигается путем более точного изготовления деталей - например, обработки сферы шарового пальца. Узлы, как правило, изготавливаются неразборными и не ремонтопригодны, чтобы минимизировать человеческий фактор при непрофессиональной замене.

4. Оценка эффективности использования перспективных конструкций рулевого управления

Электромеханический усилитель рулевого управления с приводом, параллельным оси рулевой рейки, является собственной разработкой брауншвейгской команды конструкторов VW, в этом же городе осуществляется его промышленное производство

При использовании электромеханического усилителя рулевого управления отпадает необходимость в гидравлической системе. Благодаря отсутствию гидравлической жидкости новая система рулевого управления вносит существенный вклад в защиту окружающей среды.

Электромеханический усилитель рулевого управления является приводом, параллельным оси рулевой рейки (APA). Он включает в себя новый разработанный рулевой механизм с ременным приводом гайки, который создает дополнительное усилие при повороте рулевого колеса.

Это дополнительное усилие, величина которого зависит от степени потребности в нем, создается управляемым электродвигателем. Эта система облегчает водителю управление авто в зависимости от дорожных условий (Servo-tronic). Возврат рулевого управления в среднее положение поддерживается электромеханическим усилителем с помощью функции «активная обратная реакция». Это создает комфортные условия как для возврата руля в исходное положение после прохождения поворота, так и для удержания его при движении по прямой.

Во время прямолинейного движения при постоянном боковом ветре или наклоне дорожного полотна усилитель помогает водителю корректировать положение руля. У авто с передним приводом и поперечным расположением двигателя приводные валы для левого и правого передних колес имеют различную длину. По этой причине при разгоне авто иногда ведет в сторону. Система распознает этот эффект и компенсирует его посредством подруливания.

Система поддержки подруливания создает усилия, направленные таким образом, что они помогают водителю подруливать (например, при торможении на дорожном полотне с неравномерным по поверхности сцеплением или при динамичном поперечном маневрировании).

Одно из преимуществ электромеханического усилителя рулевого управления по сравнению с гидравлическим состоит прежде всего в том, что отпадает необходимость в гидравлической системе. Все детали усилителя управляются и приводятся в действие непосредственно от рулевого привода.

Помимо этого имеет место заметная экономия энергии. В отличие от гидравлического рулевого управления, которое требует поддержания постоянного давления в гидросистеме, электромеханический усилитель руля потребляет энергию только тогда, когда в нем действительно возникает потребность. Благодаря такому режиму подключения по требованию происходит экономия топлива.

Электромеханическое рулевое управление с приводом параллельно оси рулевой рейки и гайкой на шариках является в настоящее время одной из самых эффективных систем рулевого управления. Благодаря специальной конструкции рулевого механизма и низкой величине внутреннего трения он обеспечивает остроту рулевого управления при невысокой чувствительности к неровностям дорожного полотна.

Толчки от неровностей по краям дороги полностью фильтруются благодаря массивности механизма винтового привода на шариках и электродвигателя. И напротив, низкое внутреннее трение механизма ходового винта позволяет водителю более остро ощущать изменение положения колес.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Анализ состояния вопроса по рулевым механизмам управления автомобиля показал, что разработчиками и промышленностью предлагается широкий спектр разнообразных вариантов исполнения систем рулевого управления. Рулевое управление автомобиля может быть классифицировано по двум признакам: но расположению на автомобиле и по принципу действия. По конструктивным особенностям рулевые механизмы подразделяют на механизмы с шестеренчатой передачей, с кулачной передачей, с винтовой передачей, с кривошипной передачей. Каждый из типов делится еще на несколько подтипов, и т. д.

Рулевое управление с усилителями разделяется в зависимости от рабочей среды и от того, выполнен ли усилитель отдельно от рулевою механизма или в одной с ним конструкции, а также и от конструкции рулевого механизма. В настоящее время существует огромное количество различных рулевых механизмов, которые обладают своими достоинствами и недостатками. Усилители рулевого механизма существенно облегчают управление грузовыми автомобилями большой грузоподъемности, автобусами, троллейбусами и др.

Увеличением энергонасыщенности и скорости движения современных автомобилей безопасность их агрегатов, их эффективность и надежность значительно снижается. Ежегодно в стране растете количество несчастных случаев на дороге, и одной из причин ДТП является низкая эффективность маневрирования транспорта и автомобилей в условиях повышенных скоростей движения. В отношении безопасности движения автомобиля рулевое управление является одним из наиболее сложных и ответственных его механизмов, Вопросы повышения надежности рулевого управления и безопасности движения стоят особенно остро для автомобилей большой грузоподъемности. Рулевые механизмы автомобилей отечественного производства не всегда соответствуют всем нормам и требованиям. Опыт эксплуатации и ремонта показывает, что развитие современного автотранспорта требует существенного совершенствования конструктивных решений механизмов управления, которые имеют множество недостатков.

Перспективным направлением повышения эффективности рулевых механизмов автомобилей является использование новых конструктивных решений, с управлением от электронных устройств и датчиков, обеспечивающих их работу. Эта тенденция проявляется в русле широкой компьютеризации автомобилей. В настоящее время разрабатываются интегральные системы управления на базе бортовых микрокомпьютеров, которые обеспечивают комплексную оптимизацию эргономических свойств рулевого управления, управляемости и устойчивости движения автомобиля, управление двигателем, агрегатами трансмиссии, подвеской, тормозами и т. п.

Народно-хозяйственная значимость материалов реферата заключается в раскрытии основных аспектов проблемы и указании направления совершенствования механизмов рулевого управления. Эффективность работы систем рулевого управления напрямую зависит от внедрения новейших достижений науки и техники. Научная новизна материала реферата заключается в рассмотрении и применении новейших и наиболее современных электронных датчиков и устройств на основе изучения и применения передового отечественного и зарубежного опыта. Социальная значимость темы реферат заключается в информировании специалистов автомобильной отрасли и потенциального пользователя автомобильного транспорта в рекомендациях по эффективному внедрению и использованию всех достижений в области оборудования в направлении систем управления автомобилем.

Оценка эффективности функционирования рулевого механизма. Она осуществляется, как было установлено, следующими основными критериями и параметрами - это по стабилизации управляемых колес, по устойчивости движения автомобиля по прямому направлению, по легкости управления. Каждый из этих критериев характеризуется еще рядом параметров, и т. д.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1 ГОСТ 7.32-2001. Отчет о научно-исследовательской работе. Структура и правила оформления [Текст]. - Введ. 2002-07-01. - М. : Изд-во стандартов, 2001. - 18 с.

2 ГОСТ 8.417-2002. Единицы величин [Текст]. - Введ. 2003-09-01. - М. : Изд-во стандартов, 2002. - 28 с.

3 ГОСТ 7.12-93. Библиографическая запись. Сокращения слов на русском языке. Общие требования и правила [Текст]. - Введ. 1995-07-01. - М. : Изд-во стандартов, 1993. - 12 с.

4 Автомобили [Текст] : учеб. пособие /А. В. Богатырев, Ю. К. Есеновский-Лашков, М. Л. Насоновский, В. А. Чернышев; под ред. А. В. Богатырева. - М. : Колос, 2001. - 496 с.

5 Автомобиль [Текст] : основы конструкции : учеб. для вузов / В. К. Вахламов, А. Н. Нарбут, А. Н. Островцев, И. С. Шлиппе; под ред. А. Н. Островцева. - М. : Машиностроение, 1976. - 296 с.

6 Автомобиль [Текст] : основы конструкции : учеб. для вузов / Н. Н. Вишняков, В. К. Вахламов, А. Н. Нарбут, И. С. Шлиппе, А. Н. Островцев. - М. : Машиностроение, 1986. - 304 с.

7 Автомобильный справочник [Текст] / Б. С. Васильев, М. С. Высоцкий, К. Л. Гаврилов, А. Д. Дмитриевский, А. Ду, С. Г. Дьяков; под общ. ред. В. М. Приходько. - М. : Машиностроение, 2004. - 704 с.

8 Автомобильный справочник [Текст] : пер. с англ. / BOSCH. - [М.] : За рулем, 2000. - 896 с.

9 Вахламов, В. К. Техника автомобильного транспорта. Подвижной состав и эксплуатационные свойства [Текст] : учеб. для вузов / В. К. Вахламов. - М. : Академия, 2004. - 528 с.

10 Виноградов, В. М. Технологические процессы ремонта автомобилей [Текст] : учеб. пособия для сред. проф. образования / В. М. Виноградов. - М. : Академия, 2007. - 384 с.

11 Вишневецкий, Ю. Т. Материаловедение для автослесарей [Текст] : учеб. пособие / Ю. Т. Вишневецкий. - М. : Дашков и К , 2007. - 412 с.

12 Вишневецкий, Ю. Т. Техническая эксплуатация, обслуживание и ремонт автомобилей [Текст] : учеб. для студентов техн. колледжей / Ю. Т. Вишневецкий . - М. : Дашков и К , 2007. - 380 с.

13 Газарян, А. А. Техническое обслуживание автомобилей [Текст] : учеб. пособие / А. А. Газарян. - М. : Транспорт, 1989. - 255 с.

14 Дэниэлс, Дж. Современные автомобильные технологии [Текст] / Дж. Дэниэлс. - М. : Астрель : АСТ, 2003. - 223 с.

15 Зайцев, Н. В. Справочник автомеханика [Текст] : (легковые автомобили) / Н. В. Зайцев, В. М. Попов, Н. И. Одинцов. - М. : Нива России, 1993. - 191 с.

Размещено на Allbest.ru

...