Обзор схем и конструкций рулевых управлений грузовых автомобилей - Проектирование рулевого управления VOLVO FMX

Рулевые механизмы делятся на:

Узлы типа "глобоидальный червяк - ролик" Соединенный с рулевым валом червяк переменного диаметра передает усилие на ролик; тот связан коротким валом с сошкой, воздействующей на систему тяг - рулевой привод. Достоинства такой конструкции - низкая склонность к передаче ударов от дорожных неровностей, большие углы поворота колес, возможность передачи больших усилий. К недостаткам - сложность конструкции. В настоящее время такие устройства практически не применяют.

Реечный рулевой механизм. Конструкция очень проста - шестерня на конце вала баранки перемещает вправо-влево зубчатую рейку, которая через наконечники толкает в нужную сторону колеса. Сейчас применяют и разновидности такой схемы с переменным шагом зубцов (в средней части они нарезаны с меньшим, чем на концах, шагом). При увеличении угла поворота передаточное отношение меняется, облегчая управление. Малая масса, компактность, невысокая цена, минимальное количество тяг и шарниров - все это является достоинствами данного механизма. К недостаткам относится повышенная чувствительность к передаче дорожных неровностей.

Рулевой механизм "винт - шариковая гайка - сектор". Встречается на тяжелых вседорожниках. Рулем водитель вращает вал с винтовой канавкой, а надетая на него гайка с "нарезкой" на внешней стороне поворачивает зубчатый сектор вала сошки. Для уменьшения трения усилие с вала на гайку передается через шарики, скользящие в винтовой канавке между ними. Такой механизм гораздо сложнее и дороже в производстве, чем реечный или червячный, но потери на трение - меньше. Именно его чаще используют на тяжелых грузовиках и автобусах.

Схема "червяк - боковой сектор";

Схема "винт - кривошип".

Однако из-за низкой эффективности и сложности в производстве последние два типа рулевых механизмов не используются.

Унифицированное рулевое управление предназначено для установки на всех грузовых автомобилях, автобусах, троллейбусах, автопогрузчика и др. транспортных машинах, имеющих нагрузку на переднюю управляемую ось от 3,5 до 7,5т.

В настоящее время на транспортных средствах автомобильной промышленности применяются все четыре схемы компоновок рулевого управления:

Компоновка по схеме №1. Интегральный тип.

Силовой цилиндр с распределителем встроены в рулевой механизм.

При сравнительно небольших моментах сопротивления повороту управляемых колес, зависящих от нагрузки на управляемые колеса, использование этой схемы наиболее целесообразно. В данном случае рулевой механизм со встроенным усилителем получается легким, компактным, хорошо компонуется на автомобиле. Кроме того, обеспечивается наименьшая длина трубопровода и практически исключена возможность возникновения колебаний управляемых колес, вызванных динамической неустойчивостью усилителя. Такая схема компоновки широко распространена на зарубежных автомобилях.

К недостаткам этой компоновки следует отнести то, что практически все элементы системы рулевого управления нагружаются полным моментом сопротивления управляемых колес повороту, а это увеличивает упругую податливость системы, в результате чего возрастает возможность возникновения колебаний колес. Кроме того, ухудшается защита элементов системы рулевого управления от обратных ударов путем демпфирования их в силовом цилиндре.

В связи с этим при больших моментах сопротивления повороту, возникающих при значительных нагрузках на управляемые колеса, использование гидравлических усилителей, встроенных в рулевой-механизм, признано нецелесообразным вследствие необходимости существенно увеличивать массу деталей рулевого механизма, а также кронштейна его крепления и рамы в зоне крепления кронштейна.

Конструкция рулевого механизма, применяемого при данной схеме выглядит следующим образом:

интегральный рулевой механизм

Рисунок 2 Интегральный рулевой механизм

Рулевой механизм состоит из корпуса 1, в котором установлен поршень 2, расположенный между левой и правой полостями 3 и 4, сообщаемыми с насосом посредством распределителя рабочей жидкости. Внутри поршня 2 расположен винтовой вал 6, относящийся к распределителю, связанный с поршнем шариковинтовой передачей 7. Винтовой вал 6 имеет торцевые опоры, образованные роликовыми упорными подшипниками 8 и 9. Подшипник 8 расположен между опорной шайбой 10. надетой на концевой участок винтового вала 6, и пластиной 11, размещенной в нише в глухой торцевой стенке 12 корпуса 1. Подшипник 9 расположен между торцевой поверхностью винтового вала 6 и пластиной 13, опирающейся на торцевую поверхность передней опоры 14, имеющей резьбовое соединение с корпусом 15 распределителя рабочей жидкости. Корпус 15 распределителя соединен резьбовыми крепежными элементами, а именно винтами 16, с корпусом 1, охватывая его концевой участок.

Внутри винтового вала на цилиндрических подшипниках качения установлен ротор 19 распределителя, выполняющий функцию поворотного золотника и являющийся входным валом рулевого механизма. Ротор 19 связан с винтовым валом распределителя при помощи торсиона 20. расположенного в винтовом валу внутри выполненного в нем сквозного осевого отверстия 21. Торсион 20 соединен с винтовым валом при помощи штифта 22, расположенного в концевом участке вала 6 под опорной шайбой 10, а с ротором 19 торсион соединен штифтом 23, расположенным з промежутке между цилиндрическими подшипниками качения 17 и 18.

Для ограничения угла закрутки торсиона 20 во избежание его поломки на роторе 19 выполнен кулачок 24, расположенный в овалообразном углублении, выполненном в винтовом валу 6 у его торца 26, контактирующего с роликовым упорным подшипником 9. В этом углублении 25 кулачок может поворачиваться влево или вправо на угол а до упора в винтовой вал.

Внутри винтового вала на его участке, охватывающем ротор 19, выполнены продольные пазы, имеющие разную длину. Более короткий паз через радиальное отверстие в винтовом валу сообщен с ближней полостью 4 у поршня 2. Причем отверстие расположено у конца паза, который смещен в сторону штифта 23, соединяющего ротор 19 с торсионом 20. Более длинный паз сообщен с дальней полостью 3 у поршня через шариковинтовую передачу 7, косое отверстие 30 в винтовом валу и кольцеобразный канал 31, образованный вокруг концевого участка ротора 19 около штифта 23, соединяющего ротор с торсионом 20. На роторе 19 выполнены кольцевая канавка 32, расположенная напротив радиального отверстия 33 в винтовом валу, сообщающегося через канал 34 в корпусе 15 распределителя с источником давления рабочей жидкости, и пересекающиеся с кольцевой канавкой 32 продольные пазы 35, расположенные около упомянутых двух пазов в винтовом валу. Между пазами 35 на роторе 19 выполнены продольные пазы 36, сообщающиеся через радиальные отверстия 37с глухим осевым отверстием 38, пересекающимся с радиальным отверстием 39 для слива рабочей жидкости, расположенным у кулачка 24. Отверстие 39 расположено напротив полости, в которой размещен упорный подшипник 9. Эта полость сообщена со сливным каналом 40, расположенным в корпусе 15 распределителя.

На поршне 2 выполнены зубья 41, образующие зубчатую рейку. Зубья 41 имеют зацепление с зубьями 42 зубчатого сектора, расположенного на валу 43 рулевой сошки, находящейся с составе рулевого привода транспортного средства.

Компоновка по схеме №2.

Распределитель встроен в рулевой механизм, силовой цилиндр в виде отдельного агрегата, воздействует на продольную рулевую тягу.

комбинированный рулевой механизм

Рисунок 3 Комбинированный рулевой механизм

Широко применяется в отечественном автомобилестроении, а также на автомобилях производства Российской Федерации.

Преимущества:

- возможность установки силового цилиндра в любом месте в цепи элементов рулевого привода, силовой цилиндр не нагружает все детали рулевого привода, возможность большей унификации, применение рулевого механизма с распределителем на автомобилях, автобусах, троллейбусах и автопогрузчиках с различными силовыми цилиндрами. Мощность усилителя можно легко изменить за счет длины штока силового цилиндра, который может быть соединен с любым звеном рулевого привода.

К недостаткам можно отнести:

- увеличенное количество трубопроводов, некоторая склонность к автоколебаниям.

Компоновка по схеме №3.

Распределитель и силовой цилиндр выполнены в одном агрегате и устанавливаются отдельно от рулевого механизма.

Данная схема компоновки применялась на автомобилях семейства МАЗ-525, БелАЗ-540, КрАЗ-256.

При ней есть возможность использовать рулевой механизм любой конструкции. Однако вероятность возбуждения колебаний управляемых колес при таком усилителе несколько выше по сравнению с вероятностью возбуждения при компоновке усилителя по первой и второй схемам.

При испытании рулевого механизма и усилителя, скомпонованного этой схеме, на автомобилях МАЗ с нагрузкой на управляемый мост 60 кН установлено, что данная схема при увеличении диаметра силового цилиндра не способна обеспечить легкость управления, так как при поворотах боковые составляющие сил, действующих от продольной тяги на сошку (радиальная составляющая сила, действующая на корпус распределителя), препятствуют перемещению золотника и тем самым значительно увеличивают усилие на рулевом колесе.

Кроме того, усилитель, скомпонованный по этой схеме, имеет еще один существенный недостаток. На автомобиле его приходится располагать так, чтобы палец сошки мог управлять распределителем. Однако для автомобилей повышенной проходимости, имеющих шины широкого профиля, такой вариант размещения неприемлем, так как место между лонжероном и колесом, где расположены рулевой механизм и усилитель ограничено.

Усилитель со встроенным распределителем, скомпонованный по схеме №3 выглядит следующим образом:

усилитель рулевого управления автомобиля краз-6322

Рисунок 4 Усилитель рулевого управления автомобиля КрАЗ-6322

1-масляный бак; 2-обратная магистраль; 3-всасывающая магистраль; 4-рулевой вал; 5-рулевая колонка; 6-кронштейн; 7-магистраль охлаждения масла; 9-насос; 10,11-птрубки силового цилиндра; 12-силовой цилиндр; 13-продольная рулевая тяга; 14-сошка; 15-рулевой механизм

Компоновка по схеме №4.

Все узлы рулевого управления: рулевой механизм, распределитель и силовой цилиндр расположены в цепи рулевого привода раздельно.

Четвертая схема компоновки отличается от остальных большой длиной шлангов, склонностью к колебаниям управляемых колес, неудобством размещения агрегатов на автомобиле и применяется сравнительно редко. Однако была применена на грузовом автомобиле повышенной проходимости ГАЗ-66.

усилитель рулевого управления автомобиля газ-66

Рисунок 5 Усилитель рулевого управления автомобиля ГАЗ-66

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.

Похожие статьи




Обзор схем и конструкций рулевых управлений грузовых автомобилей - Проектирование рулевого управления VOLVO FMX

Предыдущая | Следующая