Рулевое управление

ПРАВИТЕЛЬСТВО САНКТ-ПЕТЕРБУРГА

КОМИТЕТ ПО НАУКЕ И ВЫСШЕЙ ШКОЛЕ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«АВТОТРАНСПОРТНЫЙ И ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ»

ЛЕКЦИЯ

Специальность 190604- Техническое обслуживание и ремонт

автомобильного транспорта

Дисциплина Устройство автомобилей

АТЭМК1. __ 09. 000

Преподователь:

2009

План проведения занятий по Устройству автомобилей

Преподователь:

Дата:

Группы:

Раздел: Механизмы управления

Занятие: Гидроусилители рулевого управления

Назначение усилителей

Работа усилителей автомобилей ЗИЛ 43.1410,

КамАЗ, МАЗ, ГАЗ 66, ЗИЛ 5301 “Бычок”

1. Распределение бюджета времени на занятие:

1. Проверка присутствующих – 3 минуты.

2. Опрос студентов по предыдущему материалу – 15 минут.

3. Изложение нового материала, запись в конспект-48минут.

4. Закрепление нового материала-15 минут.

5. Подведение итогов – 7 минут.

6. Задание на дом -3 минуты.

Итого: 90 минут.

2. Учебно-наглядные пособия:

- Слайды,плакаты

- Мультимедия, компьютер

- Учебные элементы

-Лектор 2000

3. Опрос студентов:

-Вопросы

4. Изложение нового материала:

1.Тема урока: Назначение рулевого управления и

рулевого механизма

Цель урока:

Изучить: 1. Назначение

2. Устройство

3. Требования к рулевому управлению и

рулевому механизму

Содержание занятия и наименование основных вопросов

РУЛЕВОЕ УПРАВЛЕНИЕ

Рулевое управление обеспечивает движение автомобиля в нужном направлении. К рулевому управлению предъявляются следующие требования:

-легкость управления и обеспечение устойчивости движения

автомобиля на поворотах;

-отсутствие или минимальное боковое проскальзывание колес;

-предотвращение передачи на рулевое колесо толчков от неровностей

дороги.

Рулевое управление состоит:

• из рулевого механизма;

• рулевого привода;

• усилителя руля (применяется на некоторых грузовых и легковых

автомобилях и на отдельных моделях автобусов).

Рулевой механизм предназначен для облегчения работы водителя по управлению движением автомобиля в заданном направлении, так как выполняет роль замедляющего редуктора и увеличивaeт усилие, прикладываемое водителем к рулевому колесу. Рулевой механизм преобразует вращение рулевого колеса в перемещение рулевой сошки вдоль рамы автомобиля в обоих направлениях. К рулевому механизму относятся рулевое колесо, рулевая колонка и редуктор рулевого механизма.

Рулевой механизм увеличивает усилие, передаваемое от рулевого колеса к сошке, облегчая этим поворот управляемых колес. Облегчение поворота достигается за счет передаточного числа рулевого механизма. У разных автомобилей передаточное число рулевого механизма находится в пределах от 15 до 25 и больше.

Привод рулевого управления состоит из рулевой сошки, продольной рулевой тяги, рычага продольной рулевой тяги, левого и правого рычагов поперечной рулевой тяги.

Рулевой привод предназначен для передачи усилия от рулевого механизма к колесам и обеспечения правильного взаимного расположения колес при повороте. При повороте автомобиля колеса должны катиться без бокового скольжения. Этого можно достичь в том случае, если колеса будут перемещаться по дугам с одним центром поворота (рис. 1, а). Центр поворота должен находиться на продолжении оси заднего моста. При изменении крутизны поворота центр поворота может приближаться или удаляться от заднего моста, но всегда должен оставаться на продолжении оси заднего моста.

При повороте автомобиля внутреннее переднее колесо должно быть повернуто на несколько больший угол, чем внешнее, так как оно катится по дуге меньшего радиуса. Достигается это за счет устройства рулевого привода в виде трапеции (рис. 1, б). В рулевую трапецию входят передняя ось 3, поворотные рычаги 2 и 6 и поперечная рулевая тяга 4. Благодаря устройству привода в виде трапеции обеспечиваются поворот внутреннего колеса на больший угол и движение его без бокового проскальзывания.

Рис.1: Схемы поворота автомобиля (а) и рулевой трапеции (6):

1,8 - поворотные цапфы; 2,6 -поворотные рычаги; 3 -передняя ось; 4 -поперечная рулевая тяга; 5 -рычаг; 7 -продольная рулевая тяга; R 1 – R 4 -поворота колес; α и β - угол поворота внутреннего и внешнего переднего колеса соответственно; В - расстояние между осями передних колес; t - расстояние между передней и задней осью.

Рулевые приводы могут иметь цельную рулевую трапецию (при зависимой подвеске колес) и расчлененную трапецию (при независимой подвеске). Рулевая трапеция может располагаться сзади передней оси или впереди.

Упрощенная схема рулевого управления грузовых автомобилей при зависимой подвеске представлена на (рис. 1, а). При повороте рулевого колеса в ту или другую сторону вращение через рулевой механизм 1 передается через сошку 2 на продольную рулевую тягу 3, затем через поворотный рычаг 7 на левый поворотный кулак, на левый нижний рычаг 4 поперечной рулевой тяги 5, через поперечную рулевую тягу на правый нижний рычаг 4, на правый поворотный кулак 6 и на колеса.

Рис. 2: Рулевой привод грузовых автомобилей:

а - задняя цельная трапеция; б -передняя расчлененная трапеция; 1 -рулевой механизм; 2 -сошка; 3 - продольная тяга; 4 - нижний рычаг рулевой трапеции;

5 - поперечная тяга; 6 -поворотный кулак; 7 -поворотный рычаг; 8 -стойка;

9, 12 - боковые тяги; 10 -маятниковый рычаг; 11 -средняя тяга.

При независимой подвеске передних управляемых колес (рис. 2, б) рулевой привод состоит из сошки 2 и маятникового рычага 10. На этих рычагах подвешено среднее звено поперечной рулевой тяги 11, которая с помощью боковых тяг 9 и 12 соединяется с рычагами 4 рулевой трапеции. Эти рычаги, в свою очередь, соединяются с поворотными кулаками 6.

Рулевой механизм должен обеспечивать:

• необходимый закон изменения передаточного числа;

• высокий кпд при передаче усилий от рулевого колеса к управляемым

колесам;

• переменный зазор в зацеплении деталей рулевого механизма и

возможность его регулирования в нейтральном положении рулевого

колеса.

Зазор в зацеплении деталей рулевого механизма в среднем положении должен быть минимальным или вообще отсутствовать, а в крайних положениях - должен увеличиваться. Это необходимо для того, чтобы не было заеданий в средней части после регулировки, так как износ бывает наибольшим в нейтральном положении. Рулевое колесо должно располагаться в кабине так, чтобы водителю было удобно и чтобы оно максимально предохраняло водителя от травм при авариях.

Рулевые механизмы бывают:

Рулевой механизм представляет собой червячную, винтовую, кривошипную, зубчатую передачи или комбинацию таких передач. Большее распространение получил рулевой механизм в виде червячной передачи с глобоидным червяком. К этому типу относятся рулевые механизмы легковых и многих грузовых автомобилей семейства ГАЗ.

Рулевые механизмы с двухгребневым роликом на шарикоподшипниках имеют автомобили УАЗ-469. Рулевым механизмом с трехгребневым роликом снабжены грузовые автомобили ГАЗ-5З-12 и ГАЗ-66-11.

Рис.3. Рулевой механизм автомобиля ГАЗ-53-12:

1 -стопорная шайба; 2 -хвостовик вала сошки; 3 -винт; 4 и 9 -гайки; 5 -штифт; 6 и 22 -манжеты; 7 -вал сошки; 8 -сошка; 10 -вал; 11 -трубка; 12, l5, 20 и 21- подшипники; 13 -глобоидный червяк; 14 -ось ролика; 16 -ролик; 17- распорная втулка; 18- кривошип; 19 -картер; 23 -пружина; 24- прокладка

В автомобиле ГАЗ-53-12 рулевое колесо закреплено на верхнем конце вала 10 (рис.3). На противоположном конце вала на шлицы напрессован глобоидный червяк 13, опирающийся на конические роликоподшипники 12 и 21. В зацеплении с червяком находится трехгребневый ролик 16, посаженный на двух шарикоподшипниках 15 и 20, между которыми помещена распорная втулка 17. Ось 14 ролика закреплена в вильчатом кривошипе 18 вала 7 сошки. Картер 19 рулевого механизма прикреплен болтами к левому лонжерону рамы. На верхнем конце рулевого вала расположена кнопка звукового сигнала, провод от которой проходит внутри рулевого вала в трубке 11. Между трубкой и валом установлена манжета 22, поджимаемая пружиной 23. Вал 7 сошки уплотнен манжетой 6. Сошка на конических шлицах вала укреплена гайкой 9. Вал имеет сдвоенные шлицы, обеспечивающие правильность установки сошки под необходимым углом. На картере рулевого механизма сделаны выступы, служащие упорами для ролика при поворотах сошки из среднего положения в крайние на угол 45°.

Осевой зазор подшипников 12 и 21регулируют изменением числа прокладок 24 под крышкой картера. Зацепление червяка и ролика регулируют, не разбирая механизм, винтом 3, в паз которого входит хвостовик 2 вала сошки. Оси ролика и червяка лежат в разных плоскостях, поэтому для уменьшения зазора в зацеплении достаточно переместить вал сошки в сторону червяка, вворачивая винт 3. Для фиксирования регулировочного винта служат стопорная шайба 1, штифт 5 и навернутая на винт гайка.

Рис.4. Рулевой механизм автомобиля МАЗ-5335:

1 - сошка; 2 и 17 -манжеты; 3 -упорное кольцо; 4 -подшипник вала сектора;

5 - картер; 6 – гайка-рейка; 7 -зубчатый сектор; 8 -регулировочные прокладки;

9 - болт крепления крышки; 10 -нижняя крышка;

11 - подшипник винта; 12 -винт; 13 и 15 -направляющие шариков; 14- шарики;

l6 -пробка отверстия для заливания масла; 18 -опорная пластина; 19 -гайка регулировочного винта; 20 -боковая крышка картера; 21 -контргайка;

22 - регулировочный винт.

Комбинированный рулевой механизм автомобиля МАЗ-5335 (рис. 4) представляет собой винт 12, который проходит внутри гайки-рейки, находящейся в зацеплении с зубчатым сектором 7. В винтовые канавки между гайкой-рейкой 6 и винтом 12 при сборке заложено два ряда шариков. Движение шариков в винтовых канавках ограничено направляющими 13 и 15. Высокая точность деталей механизма обеспечивает легкое и плавное вращение винта в гайке-рейке.

Сектор 7 рулевого механизма, изготовленный как одно целое с валом сошки, установлен на игольчатых подшипниках 4. Зубья сектора выполнены с переменной по длине толщиной, что позволяет регулировать зазор в зацеплении с рейкой, перемещая в осевом направлении сектор регулировочным винтом 22. Винт в сборе с валом сектора вворачивают в боковую крышку 20 картера и крепят контргайкой 21. Регулировочный винт упирается в опорную пластину 18 и удерживается гайкой 19. Контргайка 21 фиксирует положение винта после регулировки.

Для правильной установки сошки на торце вала сектора нанесена метка, которую при сборке совмещают с меткой сошке. Винт 12 вращается в двух роликоподшипниках 11 и соединяется с рулевым валом карданным шарниром. Рулевое управление имеет гидроуселитель 2 (рис.5.). Картер рулевого механизма закрыт крышками 10 и 20 (рис. 4), и уплотнен резиновыми манжетами 2 и 17. Отверстие для заливки масла закрыто пробкой 16.

Рис. 5. Рулевое управление автомобиля МАЗ 5335:

1 - продольная рулевая тяга; 2 -рулевой гидроусилитель; 3 -сошка;

4 - рулевой механизм; 5 -карданный шарнир рулевого привода;

6- рулевой вал; 7 -рулевое колесо; 8 -поперечная рулевая тяга;

9 - левый рычаг поперечной рулевой тяги; 10 -поворотный рычаг

Рис.6:Рулевой механизм со встроенным гидроусилителем автомобиля

Kaмаз5320:

а- общий вид; б -клапан управления гидроусилитеелем; 1 – передняя крышка;

2 -клапан управления гидроусилителем; 3 и 4 -конические шестерня и колесо;

5 - установочный винт; 6 -вал сошки; 7 -перепускной клапан; 8 -зубчатый сектор вала сошки; 9- задняя крышка; 10 -картер рулевого механизма; 11 -поршень-рейка; 12 -сливная магнитная пробка; 13 -винт; 14 -шариковая гайка;

15 - желоб; l6 - шарик; 17 -угловой редуктор; 18 -упорный подшипник;

19 -пружинная шайба; 20 -регулировочная шайба;

21 - регулировочный винт; 22 -боковая крышка; 23 -плунжер;

24 - пружина; 25 -предохранительный клапан; 26 -обратный клапан

27 - центрирующая пружина; 28 -золотник; 29 -реактивный плунжер; 30 – корпус

клапана; 31- седло предохранительного клапана

Рис. 7. Шарнирное соединение деталей рулевого привода автомобилей:

а - ГАЗ-53-12; б -ЗИЛ-431410; в -МАЗ-5335; г -Камаз -5320; д -ЗИЛ-4З3100;

1 -масленка; 2 -уплотнительное кольцо; 4- крышка; 5 – стопорное кольцо;

6 -наконечник; 7 -труба; 8 -резиновый колпак; 9 -полусферический палец;

10 и 13 -сухари; 11 -сменный вкладыш; 12 -пробка; 14 -пружина; 15 -шаровой палец; 16 -обойма накладки; 17 -защитная накладка; 18 -верхний вкладыш;

19 - нижний вкладыш; 20 -прижимная пружина; 21 -шайба крышки;

22- крышка.

Рис. 8. Насос рулевого гидроусилителя автомобиля 3ИЛ-431410:

1 и 13- перепускные клапаны; 2 и 20- сетчатые фильтры; 3- корпус насоса; 4~ шарикоподшипник; 5 -манжета; 6 -вал насоса; 7- игольчатый подшипник;

8- статор; 9- ротор; 10- распределительный диск; 11 -калиброванное отверстие; 12- крышка насоса; 14- седло предохранительного клапана; l5 - пружина;

l6 - предохранительный клапан; 17 -коллектор; 18 -бачок; 19 -резиновая прокладка; 21 -сапун; 22 -крышка бачка; 23 -шайба; 24 -гайка-барашек;

25 - резиновое кольцо; 26 -шкив; 27 – лопасть.

Рис.9; Рулевой гидроусилитель автомобиля МА3-5335:

1 -гидроцилиндр; 2 -шток; 3 -нагнетательный трубопровод;

4 -поршень; 5, 31 и 32 -пробка; 6 -корпус шаровых шарниров;

7 -регулировочная гайка зазора шарового шарнира продольной тяги;

8 -толкатель; 9 -шаровой палец продольной тяги: 10 -шаровой палец сошки;

11-сливной трубопровод; 12-крышка; 13-корпус распределителя; 14-фланец;

15 и 17 -трубопроводы; 1б-хомут крепления уплотнителя; 18-масленка

19-сухарь: 20-стопорный винт; 21 -крышка гидроцилиндра: 22 -винт;

23 -внутренняя шайба крепления чехла: 24 -головка штока; 25 -шплинт;

26 -штуцер сливного трубопровода; 27 -штуцер нагнетательного трубопровода; 28 -держатель шлангов; 29 -регулировочная пробка зазора шарового шарнира сошки: 30 -золотник; 33 -стяжной болт;34 -соединительный канал; 35 -стакан; 36 -обратный клапан

Отдельный гидроусилитель автомобиля МАЗ-5ЗЗ5 (рис. 9) состоит из распределителя, корпуса шаровых шарниров и гидроцилиндра. Внутри корпуса 1 3 распределителя имеются три кольцевые канавки: две крайние соединены меж.1У собой каналом и с магистралью нагнетания, средняя.сообщает магистраль слива с бачком насоса. Две кольцевые канавки золотника 2 каналами 3 (рис.10) соединяются: одна - с левой, а другая - с правой реактивными камерами 1, представляющими собой замкнутую полость. Шаровые пальцы 10 (см. рис.9) сошки и 9 продольной рулевой тяги закреплены в корпусе б шаровых шарниров. Этот корпус фланцем скреплен с корпусом золотника. Шаровые пальцы зажаты пружинами между сферическими сухарями пробкой 29 и регулировочной гайкой 7. Затяжка сухарей 19 ограничена толкателем 8. Сухари удерживаются от вращения штифтами, а шаровые пальцы в сухарях могут поворачиваться в некоторых пределах. Внутри корпуса б в осевом направлении может перемещаться стакан 35 с закрепленным в нем шаровым пальцем 10 сошки. Со стаканом 35 перемещается и золотник 30, жестко соединенный с ним болтами.

На корпус 6 навернут гидроцилиндр 1, в котором помещен поршень 4 со штоком 2. С одной стороны полость цилиндра закрыта проб кой 5, а с другой - крышкой 21. Крышки уплотнены резиновыми кольцами.

На конце штока имеется головка для его крепления в кронштейне рамы. Полости цилиндра, разделенные поршнем, соединены трубопроводами 15 и 17 с каналами в корпусе распределителя, 'выходящими в полость между кольцевыми проточками.

Рис. 10. Схемы работы рулевого гидроусилителя автомобиля МАЗ-5335:

а-нейтральное положение; б -поворот колес в левую сторону;

в -поворот колес в правую сторону; l -реактивная камера;

2 -золотник; 3 -тельный канал; 4-корпус распределителя;

5 -маслопровод к поршневой полости гидроцилиндра;

6 -маслопровод к надпоршневой полости гидроцилиндра;

7 -поршень; 8 -гидроцилиндр; 9 -шток поршня; 10 -продольная рулевая тяга;

ll -шаровой палец продольной тяги; 12 -шаровой палец сошки;

13 -магистраль слива масла; 14 -центральная кольцевая полость;

15 -магистраль нагнетания; 16 -полость нагнетания; 17 -обратный клапан;

18 -рулевое колесо; 19 -бак; 20 -насос; 21 -гидроусилитель;

22 -сошка; А и Б –полости.

Масло, подаваемое насосом по магистрали нагнетания 15 (см. рис. 10) в распределитель, заполняет две крайние кольцевые полости и при прямолинейном движении автомобиля (рис. 10, а), проходя между кромками золотника 2 в центральную кольцевую полость 14, через линию 18 возвращается в бак 19.

При повороте рулевого колеса шаровой палец сошки перемещает золотник 2 в сторону от нейтрального положения. Вследствие этого крайние и центральная кольцевые полости разъединяются буртиком золотника (рис. 10, б и 8) и масло насосом подается в одну из полостей цилиндра, а из другой сливается в бак. Под действием масла гидроцилиндр 8 перемещает шаровой палец 11 продольной рулевой тяги и весь золотниковый мехааиизм. Через каналы 3 в золотнике масло под давлением всегда передается в реактивные камеры 1, поэтому золотник стремится вернуться в нейтральное положение.

Как только прекратится поворот рулевого колеса, золотник 2 остановится, а корпус 4 распределителя, продолжая двигаться под действием гидроцилиндра, установит золотник в нейтральное положение. Поворот управляемых, колес автомобиля прекратится, так как масло начнет сливаться в бак 19.

При увеличении сопротивления повороту колес автомобиля возрастает давление масла как в рабочей полости цилиндров, так и в реактивных камерах 1. При повышении давления золотник стремится вернуться в нейтральное положение. Поэтому водитель должен приложить к рулевому колесу большее усилие, что помогает обеспечить «чувство дороги», так же как и при управлении автомобилем без гидроусилителя с непосредственной передачей силы от сошки к управляемым колесам. Усилие на рулевом колесе в начале поворота колес не превышает 50 Н, а наибольшее его значение достигает 200 Н.

Рис. 11. Энергопоглощаемая муфта рулевой колонки автомобилей ГАЗ-24-10 и ГДЗ-3102 «Волга»:

1 -фланцы; 2 -предохранительные пластины; 3 -втулки; 4 -шпильки;

5 -усилительные пластины: 6 -резиновая шайба; 7 -гайка; 8 и 9 -верхний и нижний валы; 10 -корпус рулевого механизма;

11 -сошка

В корпусе распределителя установлен обратный клапан 17 (рис. 10, а), пере пускающий масло из одной полости гидроцилиндра 8 в другую при неработающем гидроусилителе, что позволяет управлять автомобилем при неработающем двигателе (например, буксирование автомобиля). Следует отметить, что допускается лишь кратковременное управление автомобилем при неработающем усилителе, так как при этом на рулевом колесе, а следовательно, и во всех деталях рулевого механизма нагрузки могут быть значительные.

Техническое состояние рулевого управления оказывает существенное влияние на безопасность движения автомобиля, поэтому правильной эксплуатации рулевого управления и своевременному регулированию необходимо уделять самое серьезное внимание. Не допускается, к примеру, эксплуатация автомобиля, если свободный ход рулевого колеса превышает 250. В этом случае эксплуатация автомобиля затруднена и износ деталей рулевого управления значителен.

Для повышения надежности и упрощения обслуживания элементов рулевого управления конструкция привода предусматривает частичное (автомобиль зилл431410) или даже полное (автомобиль ГАЗ-53-12) отсутствие регулировок шарнирных узлов рулевого привода. Детали рулевого механизма изготавливают с большой точностью и подвергают термообрабoткe.

В последние годы большое внимание уделяется применение травмобезопасных рулевых колонок. К примеру, у автомобилей ГА3-2410 и ГА3-3102 рулевая колонка (рис. 11) включает энергопоглощающую муфту, цель которой смягчить воздействие на водителя рулевого колеса при столкновении автомобиля с препятствием. Энергопоглощающая муфта установлена между верхним 8 и нижним 9 валами рулевой колонки. Она включает в себя резиновую шайбу б, втулки 3, шпильки 4, два фланца 1 со скосами и две предохранительные пластины 2, соединенные между собой четырьмя шпильками 4 и гайками 7 и зафиксированные усилительными пластинами 5.

Обладая упругими свойствами, предохранительные пластины и резиновая шайба поглощают значительную часть ударной нагрузки.

Контрольные вопросы:

1. Из каких основных узлов состоит рулевое управление?

2. Что называют рулевым механизмом и рулевым приводом?

3. Как обеспечивается поворот управляемых колес на разные углы?

4. Каковы особенности рулевых механизмов автомобилей

ГАЗ-5312, ЗИЛ-431410, МАЗ- 5335 и КамАЗ-5320?

5. Какие основные детали имеет рулевой при вод?

6. С какой целью применяют рулевые усилители?

7. Какого типа гидроусилители применяются на автомобилях

ЗИЛ-431410 и МАЗ-5335?

5. Закрепление нового материала:

1. Выдаю учебный элемент №. Изучаем и отвечаем.

2. Разбираем правильность ответов.

3. Выставляем оценки.

6. Задание на дом:

1. заполнить тетрадь для лабораторных работ по пройденной теме.

2. Повторить пройденный материал.

3. Не забываем про конструкторские разработки.

7. Звонок:

ВСЕМ ДОСВИДАНИЯ, ДЕЖУРНЫЕ ОСТАТЬСЯ!

Подпись преподователя:_____________