36. Назначение и классификация рулевого управления. Способы поворота транспортных средств. Общее устройство рулевого управления.

Рулевое управление, включающее ру­левой механизм, рулевой привод, а у не­которых автомобилей — рулевой усили­тель, является устройством, в значитель­ной степени обеспечивающим безопас­ность движения, вследствие чего к нему предъявляются высокие требования:

возможно меньшее значение минималь­ного радиуса поворота для обеспечения хорошей маневренности автомобиля;

малое усилие на рулевом колесе, обес­печивающее легкость управления;

силовое и кинематическое следящее действие, т. е. пропорциональность между усилием на рулевом колесе и моментом сопротивления повороту управляемых ко­лес и заданное соответствие между углом поворота рулевого колеса и углом пово­рота управляемых колес;

минимальное боковое скольжение колес при повороте;

минимальная передача толчков на ру­левое колесо от удара управляемых колес о неровности дороги;

оптимальная упругая характеристика рулевого управления, определяющая его чувствительность и исключающая воз­можность возникновения автоколебаний управляемых колес;

кинематическая согласованность эле­ментов рулевого управления с подвеской для исключения самопроизвольного по­ворота управляемых колес при деформа­ции упругих элементов;

минимальное влияние на стабилизацию управляемых колес;

повышенная надежность, так как выход из строя рулевого управления приводит к аварии; общие требования.

Классификация рулевого управления на схеме 1приведена.

На большинстве автомобилей управле­ние осуществляется поворотом управля­емых колес. Такой способ управления наиболее целесообразен для легковых автомобилей, автобусов и грузовых ав­томобилей общего назначения, у которых для поворота управляемых колес доста­точно пространства. Такой же способ управления применяется на внедорожных автомобилях большой грузоподъемности, где поворот управляемых колес большого диаметра обеспечен специальными компоновочными решениями (автомобили-самосвалы БелАЗ).

Управление при помощи складывания в горизонтальной плоскости элементов автотранспортных средств появилось в связи со стремлением повысить их про­ходимость, применяя колеса большого Диаметра. Конструкции автопоездов, со­стоящих из одноосного автомобиля-тяга­ча и одноосного прицепа, шарнирно свя­занных между собой и принудительно Поворачиваемых один относительно другого при выполнении маневра, получили Развитие в 50-е годы. Такое управление имеют, например, автопоезд МАЗ-6401-9585 (4x2), колесный трактор «Кировец-701».

Управление при помощи торможения колес одного борта или их вращения в сторону, обратную движению, применя­ется крайне редко и только на многоос­ных автомобилях.

Расположение рулевого колеса зависит от принятого в стране направления дви­жения. Правое рулевое управление при­меняется в странах с левосторонним дви­жением (Великобритания, Япония), ле­вое рулевое управление применяется в странах, где принято движение по правой стороне (СССР, США и др.).

Схемы поворота автомобиля. Измене­ние направления движения автомобиля осуществляется поворотом относитель­но его продольной оси управляемых ко­лес, которыми, как правило, являются передние колеса.

В следствие поворота управляемых ко­лес вектор скорости каждого из них, па­раллельный продольной оси автомоби­ля, перестает совпадать с плоскостью вращения колес. В результате в контак­те колес с дорогой возникают боковые силы, перпендикулярные плоскости вра­щения колес. Эти боковые силы застав­ляют управляемые колеса и автомобиль в целом отклоняться от прямолинейно­го движения и совершать поворот.

На (рис. 1), а дана схема движения автомобиля по окружности при повер­нутых передних управляемых колесах. Это движение происходит вокруг цент­ра поворота О, расположенного в точке пересечения оси задних колес и осей обоих управляемых колес. Все колеса катятся по дугам концентричных окруж­ностей без бокового скольжения. Управ­ляемые колеса повернуты на различные углы, причем угол _В поворота внутрен­него по отношению к центру поворота колеса больше угла _Н поворота внеш­него колеса. Схемы поворота автомобилей

Зависимость между этими углами определяется из выражения

ctg_H = ctg_B + B/L,

где В — расстояние между осями пово­ротных цапф; L — база автомобиля.

Способность автомобиля разворачи­ваться на заданной площади, т. е. его поворачиваемость, характеризуется ми­нимальным радиусом поворота

где _{н мах} - максимальный угол поворо­та наружного колеса.

Чем меньше радиус поворота, тем меньшая ширина проезжей части доро­ги требуется для разворота автомобиля. У большинства автомобилей _{н мах} со­ставляет немного больше 30 и мини­мальный радиус поворота приблизительно в 2 раза больше базы автомоби­ля. Для уменьшения минимального ра­диуса поворота автомобилей повышен­ной и высокой проходимости пре­дельный угол поворота управляемых колес повышают до 40 — 45°. При одинаковых значениях максимальных углов поворота управляемых колес ав­томобиль с большей базой будет иметь больший радиус поворота, т. е. худшую поворачиваемость.

Минимальный радиус поворота — обязательный параметр технической ха­рактеристики автомобиля. Например, у автомобиля ЗИЛ-130 он равен 8,0 м, а у автомобиля ВАЗ-2107 — 5,6 м. На некоторых специальных автомобилях для улучшения поворачиваемости управляемыми выполняются как пере­дние, так и задние колеса (рис. 1,б). В этом случае, т. е. при той же базе и тех же предельных углах поворота минимальный радиус поворота уменьшается вдвое.

Поворачиваемость автомобиля харак­теризуется также габаритным коридо­ром — шириной полосы, в которую вписывается автомобиль, совершающий поворот с минимальным радиусом. На (рис. 1,в) показана ширина габаритно­го коридора B_г для трехосного автомо­биля.

В ыше поворот автомобиля рассмат­ривался применительно к жестким коле­сам. Пневматические шины придают ко­лесам эластичность, которая несколько изменяет картину поворота.

Назначение рулевого управления. Руле­вое управление обеспечивает необходи­мое направление движения автомобиля путем раздельного и согласованного по­ворота его управляемых колес. Сово­купность механизмов, служащих для по­ворота управляемых колес, называется рулевым управлением. Рулевое управле­ние включает рулевой механизм, ко­торый осуществляет передачу усилия от водителя к рулевому приводу, и руле­вой привод, который осуществляет передачу усилия от рулевого механизма к управляемым колесам. Каждое управ­ляемое колесо установлено на поворот­ной цапфе 13 (рис. 2), соединенной с балкой 11 моста шкворнем 8. Шкво­рень неподвижно закреплен в балке, и его верхний и нижний концы входят в проушины поворотной цапфы. При повороте цапфы за рычаг 7 она вместе с установленным на ней управляемым колесом поворачивается вокруг шквор­ня. Поворотные цапфы соединены ме­жду собой рычагами 9 и 7 и попереч­ной тягой 10. Поэтому управляемые колеса поворачиваются одновременно.

Поворот управляемых колес осу­ществляется при вращении водителем рулевого колеса 1. От него вращение передается через вал 2 на червяк 3, на­ходящийся в зацеплении с сектором 4. На валу сектора закреплена сошка 5, поворачивающая через продольную тя­гу 6 и рычаг 7 поворотные цапфы с управляемыми колесами.

Рулевое колесо 1, вал 2, червяк 5 и сектор 4 образуют рулевой механизм, увеличивающий момент, приклады­ваемый водителем к рулевому колесу для поворота управляемых колес. Со­шка 5, продольная тяга б, рычаги 7, 9 и 12 поворотных цапф и поперечная тя­га 10 составляют рулевой привод, пере­дающий усилие от сошки к поворотным цапфам обоих управляемых колес. По­перечная тяга 10, рычаги 9 и 12 обра­зуют рулевую трапецию, обеспечиваю­щую необходимое соотношение между углами поворота управляемых колес.

Рулевое колесо устанавливают с ле­вой или правой стороны в кабине грузо­вого автомобиля или в кузове легкового автомобиля соответственно принятому направлению движения транспорта. В нашей стране и в большинстве других стран, где принято правостороннее дви­жение транспорта, рулевое колесо уста­навливают с левой стороны, что обеспе­чивает лучшую видимость при разъезде с транспортом, движущимся навстречу. Увеличение момента рулевым механиз­мом оценивается передаточным числом, представляющим собой отношение угла поворота рулевого колеса к углу пово­рота сошки. В зависимости от типа ру­левого механизма (его рабочей пары передаточное число может быть по­стоянным или переменным, т. е. менять свое значение в процессе поворота коле­са. У легковых автомобилей передаточ­ное число рулевого механизма u_п со­ставляет 12 — 20, а у грузовых автомоби­лей 15 — 25. Передаточное число рулево­го привода зависит от отношения плеч рычага поворотной цапфы и рулевой со­шки. При повороте управляемых колес вследствие изменения наклона этих ры­чагов передаточное число и_п, рулевого привода изменяется в среднем от 0,85 до 1,1.

Управляемые колеса поворачиваются на ограниченный угол, равный, как пра­вило, 28 — 35°. Это сделано для того, чтобы колеса при повороте не касались рамы, крыльев и других деталей авто­мобиля.

На некоторых автомобилях в рулевом управлении используют усилитель, облегчающий поворот управляемых колес.