Рулевой привод
Для поворота управляемых колес при изменении направления движения, автомобиля усилие от рулевого механизма необходимо передать к управляемым колесам. Для этой цели служит рулевой привод (рис. 7), состоящий из рулевой сошки, рулевых тяг (продольной и поперечной), верхнего рычага поворотной цапфы и двух поворотных рычагов (левого и правого). Рулевая сошка на выступающей части вала должна быть закреплена так, чтобы исключалось проворачивание ее, для чего на валу и в проушине рулевой сошки выполнены мелкие шлицы.
Рис. 7. Схема рулевого привода с гидроусилителем.
1 - стойка; 2 - поворотные цапфы; 3 - рычаг поворотной цапфы; 4 и 9 - боковые тяги; 5 - маятниковый рычаг; 6 - сошка; 7 - рулевой механизм; 8 - средняя тяга; 15 - центрирующая пружина.
Цапфа (шейка, шип, втулка, стержень) — часть вала или оси, на которой находится опора (подшипник). Цапфа, находящаяся на краю вала, называется шип, в средней части вала — шейка. Концевая цапфа, воспринимающая осевые нагрузки, — пята.
Все шарнирные соединения рулевого привода для уменьшения износа деталей смазываются через масленки и имеют защитные приспособления от попадания грязи и вытекания смазки.При проверке уровня масла в гидроусилителе передние колеса автомобиля устанавливают в положение, соответствующее движению по прямой и масло доливают при работающем на холостом ходу двигателе до метки «Уровень масла» на боковой стенке бачка насоса. При снятии крышки бачка ее следует очистить и промыть бензином.Для смазки шарнирных сочленений рулевого привода автомобиля ЗИЛ-5301 —смазку УСс, либо пресс-солидол УС-1 или С. Смазывают их в соответствии с графиком смазки.
При повороте колёс или наезде на препятствие детали рулевого привода перемещаются друг относительно друга как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях. Для обеспечения свободы этих перемещений, при условии надёжной передачи усилий, соединения продольной тяги, с сошкой и рычагом, а также соединения поперечной тяги с рычагами и осуществляют, в большинстве случаев, шаровыми шарнирами рис. 8.
Усилители предназначены для снижения усилия на рулевом колесе и повышения безопасности движения автомобиля при действии со стороны дороги на управляемые колеса неуравновешенных усилий. Усилитель должен обладать следящим действием, высокой чувствительностью и динамической устойчивостью (отсутствие автоколебаний), обеспечивать возможность управления автомобилем в случае выхода усилителя из строя, не допускать включения усилителя при случайных воздействиях со стороны дороги при прямолинейном движении.
Кинематическое слежение заключается в повороте управляемых колес в соответствии с поворотом рулевого колеса и его направлением. Силовое слежение обеспечивает пропорциональность усилия на рулевом колесе усилию, необходимому для поворота управляемых колес.
В их состав входит источник энергии (гидронасос с аккумулятором или компрессор с ресивером), распределитель, исполнительный механизм и соединительные трубопроводы. Распределитель осуществляет подвод энергии жидкости под давлением или сжатого газа к исполнительному механизму – гидроцилиндру. В последнем энергия жидкости (воздуха) преобразуется в усилие, передающееся на управляемые колеса. Источником энергии в системе гидроусилителя, как сказано выше, является гидронасос. Наиболее распространены пластинчатые и шестеренные насосы. Они обеспечивают в автоматическом режиме требуемые расходы и давление, получая вращение от двигателя автомобиля.
При повороте рулевого колеса, например, вправо, сошка рулевого механизма повернется по ходу часовой стрелки и сместит золотник распределителя назад по отношению к принятому направлению движения автомобиля. В результате жидкость от насоса подается через распределитель в полость и гидроцилиндр начинает поворачивать управляемые колеса вправо. При этом полость цилиндра соединена со сливной магистралью. После прекращения поворота рулевого колеса управляемые колеса под давлением рабочей жидкости на поршень цилиндра продолжают поворачиваться направо. Под действием рычага и тяги корпус распределителя смещается назад и перекрывает доступ жидкости в полость цилиндра усилителя. Поворот управляемых колес прекращается. Таким образом, управляемые колеса поворачиваются в соответствии с поворотом рулевого колеса. Кинематическое следящее действие придает обратная связь (рычаг и тяга), которой управляемые колеса соединяются с корпусом распределителя.
Силовое следящее действие достигается введением реактивных элементов: камер или плунжеров. В приведенной схеме силовое слежение достигается с помощью реактивных камер 6 и, в которые через колиброванные отверстия поступает жидкость из нагнетательной магистрали. Она воздействует на вверхний или нижний торец золотника в зависимости от направления поворота автомобиля. В результате усилие, необходимое для смещения золотника, зависит от давления в нагнетательной магистрали, которое, в свою очередь, определяется моментом сопротивления повороту управляемых колес.
Усилитель может вступать в работу не только под действием сил от рулевого колеса, но и от сил, передаваемых от управляемых колес. Предположим, что от толчка управляемое колесо повернулось вправо. Вследствие обратной связи колеса через рычаг и тягу с корпусом распределителя, последний перемещается относительно неподвижного золотника вниз и жидкость от насоса подастся в полость гидроцилиндра. В результате жидкость под давлением создаст препятствие для поворота колеса вправо. Таким образом, усилитель удерживает колеса в положении, соответствующем положению рулевого колеса. Чтобы исключить включение усилителя при действии незначительных сил со стороны управляемых колес в распределителе в полостях устанавливают центрирующие пружины. И, если сила со стороны колес на распределитель меньше усилия предварительного сжатия пружин, то распределитель не включается в работу, кроме того, самопроизвольному включению усилителя препятствует давление жидкости в реактивных камерах. В зависимости от относительного расположения элементов различают схемы компоновки усилителей (рис. 8).
Рис. 8. Схемы компоновки гидроусилителей. 1 – распределитель, 2 – гидроцилиндр, 3 – механизм.
При первой схеме распределитель, гидроцилиндр и рулевой механизм выполнены в едином блоке. Эта схема компактна, имеет минимальное число шлангов, не склонна к автоколебаниям из-за высокой жесткости гидравлических магистралей. Но здесь весь рулевой привод нагружается усилием от гидроцилиндра, приложенным к валу сошки.
Во второй схеме, гидроусилитель объединен в блок с рулевым механизмом, а гидроцилиндр расположен отдельно. Здесь привод не нагружен усилием от гидроцилиндра. Он имеет малую склонность к автоколебаниям, легко компонуется, гидроцилиндр, расположенный близко к управляемым колесам, воспринимает динамические нагрузки при ударах.
При третьей схеме, гидрораспределитель и гидроцилиндр объединены, а рулевой механизм расположен отдельно. В этом случае гидроцилиндр нужно располагать в строгом соответствии с рулевым механизмом, так как шаровой палец сошки должен управлять работой распределителя.
В четвертой схеме рулевой механизм, распределитель и силовой цилиндр размещены автономно. Эта схема наиболее гибка с точки зрения компоновки и унификации элементов, но имеет много шлангов и склонна к автоколебаниям.
Рассмотрим конструкцию и работу гидроусилителя, встроенного в рулевой механизм на примере рулевого управления автомобиля ЗИЛ-5301. Давление жидкости в системе гидроусилителя создается лопастным насосом, приводимым от двигателя. Винт 4 может незначительно перемещаться в осевом направлении вследствие разности длины золотника и корпуса. Это перемещение равно примерно 1,1 мм. в каждую сторону. На золотнике имеется три пояска, а в корпусе распределителя три окна в виде кольцевых канавок. Золотником в корпусе образовано две камеры В и Г. Жидкость от насоса поступает по шлангу в среднее окно, а отводится от распределителя из двух крайних окон через другой шланг. В корпусе распределителя имеется шесть каналов, в каждом из которых установлено между промежуточной и верхней крышками по два реактивных плунжера. Каждая пара плунжеров разжимается центрирующей пружиной. Предварительное сжатие пружин осуществляется при завертывании гайки. Внутренние полости каналов между парами плунжеров соединяются со средним окном корпуса. В корпусе распределителя имеется шариковый клапан, соединяющий напорную магистраль со сливной, когда насос усилителя не работает. Картер рулевого механизма служит гидроцилиндром. Поршень 3 делит гидроцилиндр на две полости, каждая из которых соединена с соответствующими камерами распределителя. При прямолинейном движении автомобиля реактивные плунжеры, находящиеся под действием сжатых пружин и давления масла, заставляют золотник занять в корпусе среднее положение. В этом случае между большими кольцами упорных подшипников и торцами корпуса распределителя будут, примерно, одинаковые зазоры. Масло от насоса проходя через камеры распределителя поступает в сливную магистраль. При повороте, например, вправо винт, вывертывается из гайки и перемещается вместе с золотником до упора большого кольца подшипника в торец корпуса. Усилие центрирующих пружин на реактивные плунжеры будет передаваться на рулевое колесо. Зазор между подшипником и торцом корпуса будет максимальным, равным. Камера будет отсоединена от сливной магистрали, а камера от насоса и жидкость от насоса поступит в полость цилиндра. Давление в ней возрастет и начнет вместе с силой, передающейся на поршень от рулевого колеса, перемещать поршень, и управляемые колеса повернутся. Вместе с поршнем в осевом направлении будут перемещаться и винт с золотником (обратная связь) до тех пор, пока золотник не займет в корпусе нейтральное положение. Аналогично работает усилитель и при повороте влево.
Давление жидкости, действующее на реактивные плунжеры, повышается по мере увеличения сопротивления повороту колес, вследствие этого увеличивается и сила на рулевом колесе. При неработающем усилителе управление становится более тяжелым, так как водитель должен вручную преодолевать кроме усилия сопротивления колес еще и усилие на вытеснение жидкости из одной полости гидроцилиндра в другую через шариковый клапан.
Рис. 9. Рулевой механизм с гидроусилителем автомобиля ЗИЛ -5301.
а - конструкция; б - схема работы гидроусилителя; 1 - нижняя крышка; 2 - картер рулевого механизма; 3 - поршень-рейка; 4 - винт; 5 - шариковая гайка; 6 - желоб; 7 - шарик; 8 - поршневое кольцо; 9 - промежуточное крышка; 10 и 14 - упорные подшипники; 11 - шариковый клапан; 12 - золотник; 13 - корпус распределителя; 15 - гайка; 16 - верхняя крышка; 17 - роликовый подшипник; 18 - боковая крышка; 19 - регулировочный винт; 20 - вал рулевой сошки; 21 - сошка; 22 - центрирующая пружина; 23 - реактивный плунжер; I - при движении автомобиля по прямой; II - при повороте направо; III - при повороте налево.