Разработка потребительских требований автобуса ПАЗ 3205

Разработка потребительских свойств рулевых механизмов

Рулевым управлением называется совокупность устройств, осуществляющих поворот управляемых колес автомобиля.

Рулевое управление служит для изменения  и поддержания направления движения автомобиля. Оно в значительной степени обеспечивает безопасность движения автомобиля.

Рулевое управление автомобиля состоит из двух частей — рулевого механизма и рулевого привода.

В рулевой  механизм входят рулевое колесо, рулевой  вал и рулевая передача, которая определяет тип рулевого механизма.

В рулевой привод входят рулевая  сошка, рулевые тяги, рычаги маятниковый и поворотных цапф, а также рулевой усилитель, устанавливаемый на ряде автомобилей. При этом рулевые тяги и рычаги поворотных цапф образуют рулевую трапецию, которая определяет тип рулевого привода.

На автомобилях изменение направления  движения осуществляется поворотом передних колес различными типами рулевых управлений. Оно классифицируется по различным признакам:

1. по расположению - правые и левые;
2. по конструкции - с усилителем и без усилителя.

Применение левого или правого  рулевого управления зависит от принятого в той или иной стране направления движения транспорта.

Рис.1. Рулевое управление:

1 — рулевое  колесо; 2 — вал; 3 — рулевая передача; 4, 12 — цапфы; 5, 9, 11, 14 — рычаги; 7 — сошка; 6, 8, 10, 13, 15 — тяги

При зависимой подвеске передних колес (рис. 1, б) рулевое управление без усилителя включает в себя рулевое колесо 1, рулевой вал 2, рулевую передачу 3, рулевую сошку 7, продольную рулевую тягу 13, поворотный рычаг 14, рычаги 5 к 11 поворотных цапф и поперечную рулевую тягу 15. При вращении рулевого колеса 1 вместе с ним вращается вал 2. Усилие от вала через рулевую передачу 3 передается на сошку 7, которая через продольную тягу 13 перемещает рычаг 14 с поворотной цапфой левого колеса. Одновременно через рычаги 5 и 11 и поперечную тягу 15 поворачивается цапфа 12 правого колеса. Так производится поворот передних управляемых колес автомобиля.

Обзор литературы

Требования предъявляемые к рулевому управлению автобуса

 

Рулевое управление оказывает существенное влияние на управляемость, маневренность, устойчивость и безопасность движения автомобиля. Поэтому, кроме общих требований к конструкции автомобиля, к нему предъявляются специальные требования, в соответствии ГОСТ Р 51709-2001:

1. легкость управления автомобилем;
2. минимальный радиус поворота для высокой маневренности 
   автомобиля;
3. суммарный люфт в рулевом управлении не должен превышать предельных значений, установленных изготовителем в эксплуатационной документации, или при отсутствии данных, установленных изготовителем, он равен 20°;
4. изменение усилия при повороте рулевого колеса должно быть плавным во всем диапазоне его поворота. Неработоспособность усилителя рулевого управления автомобиля (при его наличии на автомобиле) не допускается;
5. самопроизвольный поворот рулевого колеса с усилителем рулевого управления от нейтрального положения при неподвижном состоянии автомобиля и работающем двигателе не допускается;
6. уровень рабочей жидкости в резервуаре усилителя рулевого управления должен соответствовать требованиям, установленным изготовителем в эксплуатационной документации. Подтекание рабочей жидкости в гидросистеме усилителя не допускается;
7. минимальную передачу толчков и ударов на рулевое колесо 
   от дорожных неровностей;
8. предотвращение автоколебаний (самовозбуждающихся) управляемых колес вокруг осей поворота;
9. повреждения и отсутствие деталей крепления рулевой колонки и картера рулевого механизма, а также повышение подвижности деталей рулевого привода относительно друг друга или кузова (рамы), не предусмотренное изготовителем автомобиля (в эксплуатационной документации), не допускаются. Резьбовые соединения должны быть затянуты и зафиксированы способом, предусмотренным изготовителем автомобиля. Люфт в соединениях рычагов поворотных цапф и шарнирах рулевых тяг не допускается. Устройство фиксации положения рулевой колонки с регулируемым положением рулевого колеса должно быть работоспособно;
10. Максимальный поворот рулевого колеса должен ограничиваться только устройствами, предусмотренными конструкцией автомобиля;
11. Применение в рулевом механизме и рулевом приводе деталей со следами остаточной деформации, с трещинами и другими дефектами не допускается;
12. травмобезопасность, исключающую травмирование водителя при любых столкновениях автомобиля.

Соответствие конструкции рулевого управления предъявляемым требованиям зависит от правильного выбора параметров рулевого управления, рулевого механизма и рулевого привода.

В соответствии с требованиями Европейских директив 70/311/EWG система рулевого управления должна обеспечивать легкое, безопасное управление автомобилем. Максимально допустимое время срабатывания и рабочее усилие для полностью работоспособной системы рулевого управления приведены в табл. 1.

Таблица 1

Нормы рабочих  усилий в системе рулевого управления

Класс автомобиля	Полностью работоспособная система  управления			Неисправная система рулевого управления
	Максимальное рабочее усилие, Н	Время,с	Радиус поворота,м	Максимальное рабочее усилие, Н	Время,с	Радиус поворота, м
N1 N2 N3	200 250 200	4 4 4	12 12 12	300 400 450	4 4 6	20 20 20

 

Требованиям функционирования системы рулевого управления являются: максимально возможное  демпфирование колебаний, передаваемых от колес автомобиля на рулевое колесо при движении по неровным дорогам, однако демпфирование колебаний не должно приводить к потере обратной связи  в рулевом управлении. Основные кинематические параметры должны удовлетворять  условиям Аккермана: при поворотном движении оси передних левого и правого управляемых колес должны пересекаться с осью задних колес в одной точке. За счет имеющейся жесткости системы рулевого управления (особенно когда используется резино-металлические соединения) автомобиль должен реагировать на самые малые повороты рулевого колеса. При отпускании руля, колеса должны автоматически возвращаться в положение прямолинейного движения. Система рулевого управления должна иметь как можно меньшее передаточное отношение в рулевом приводе для обеспечения быстроты управления. Необходимое усилие на рулевом колесе определяется не только передаточным отношением в рулевом приводе, но и нагрузкой на переднюю управляемую ось автомобиля, радиусом поворота, параметрами подвески колес и состояние протекторов шины .

Правила ЕЭК ООН № 79 устанавливают  требования к конструкции рулевых механизмов транспортных средств категорий М, N и О. Механизм рулевого управления должен обеспечивать простое и надежное управление транспортным средством на всех скоростях до его максимальной конструктивной скорости. Он должен самостоятельно возвращаться в нейтральное положение в ходе соответствующих испытаний. Рулевое управление должно быть сконструировано таким образом, чтобы при движении по прямой исключалась необходимость заметной корректировки водителем направления движения, а придвижении с максимальной конструктивной скоростью отсутствовала повышенная вибрация системы рулевого управления. Перемещение органов рулевого управления и управляемых колес должно осуществляться синхронно. Механизм рулевого управления должен быть сконструирован, изготовлен и установлен таким образом, чтобы при нормальных условиях эксплуатации одиночного транспортного средства или автопоезда он выдерживал возникающие нагрузки.

Применение усилителя рулевого управления позволяет сохранить  заданное направление движения в случае внезапного разрыва шины переднего колеса при большой скорости автомобиля, уменьшает утомляемость водителя, особенно на горных и лесных дорогах, смягчает удары со стороны неровностей дороги на рулевое колесо.

Стабилизация управляемых колёс  и сохранение заданного водителем  направления движения обеспечиваются при проектировании путем правильного выбора углов установки управляемых колёс и шкворней и обеспечения их регулировок во время эксплуатации автомобиля.

Типы  рулевых механизмов

Рулевым называется механизм, преобразующий вращение рулевого колеса в поступательное перемещение рулевого привода, вызывающее поворот управляемых колес автомобиля.

Рулевой механизм служит для увеличения усилия водителя, прилагаемого к рулевому колесу, и передачи его к рулевому приводу.

Увеличивать усилие водителя необходимо для облегчения управления автомобилем. Увеличение усилия, прилагаемого к рулевому колесу, происходит за счет передаточного числа рулевого механизма.

Передаточное число рулевого механизма  зависит от типа автомобиля и составляет для различных автомобилей 15...25. Такие передаточные числа за один-два полных оборота рулевого колеса обеспечивают поворот управляемых колес автомобиля на максимальные углы, равные 35...45°.

Поворот управляемых колес с небольшим  усилием на рулевом колесе обеспечивает рулевой механизм, который состоит  из рулевой передачи или рулевой пары, размещенной в картере рулевого вала, который может состоять из двух или трех частей, соединяемых карданными шарнирами, и рулевого колеса. В зависимости от типа рулевой передачи рулевые механизмы могут быть червячными, зубчатыми, винтовыми. Наибольшее распространение получили червячные рулевые механизмы.

Зубчатые  рулевые механизмы делятся на шестеренчатые и реечные. Шестеренчатые рулевые механизмы изготовляют в виде редуктора зубчатых колес или в виде пары из шестерни и рейки.

Реечный рулевой механизм прост по конструкции, компактен, но он применялся только на легковых автомобилях без усилителя, из-за большого значения обратного КПД Усилитель поглощал толчки и удары со стороны дороги.

Винтовые  рулевые механизмы по конструкции  могут быть винторычажными и винтореечными. На грузовых автомобилях и автобусах используют винтореечные механизмы линовидной формы, зубья в них нарезаны параллельно оси вала сошки.

Винторычажные  рулевые механизмы в настоящее время применяют редко, так как они имеют низкий КПД  и значительный износ, который невозможно компенсировать регулированием.

Рулевой механизм должен характеризоваться; отсутствие люфта во всех элементах при движении по прямой, низким трением, высокой жесткостью,  возможностью осуществления регулировок. По этой причине в настоящее время наибольшее распространение получило только два типа рулевых механизмов, это червячный и реечный рулевые механизмы.

Червячный рулевой механизм

Червячные рулевые механизмы применяются  на легковых, грузовых автомобилях  и автобусах, и имеют следующие  разновидности: червячно-роликовые  и червячно-секторные.

Наибольшее  распространение из них имеют  червячно-роликовые рулевые механизмы, состоящие из червяка и ролика. Червяк имеет форму глобоида –  его диаметр в средней части  меньше чем по концам. Такая форма  обеспечивает надежное зацепление червяка  с роликом при повороте рулевого колеса на большие углы. Ролики могут  быть двух или трехгребневыми. Двухгребеневые ролики применяются в рулевых механизмах легковых механизмов, трехгребневые – грузовых автомобилей и автобусов.

Червячно-роликовые  рулевые механизмы имеют небольшие  размеры, надежны в работе и просты в обслуживании. Их КПД достаточно высокий (0,85 при передаче усилий от рулевого колеса на управляемые колеса и 0,7 – от управляемых колес к  рулевому колесу), поэтому усилия водителя, затрачиваемые на преодоление трения в рулевом механизме невелики.

Червячно-секторные (червячно-спироидные) рулевые механизмы получили меньшее распространение и применяются только на грузовых автомобилях. Рулевая передача этих механизмов состоит из цилиндрического червяка  бокового сектора со спиральными зубьями, который выполнен совместно с валом рулевой сошки. Механизмы имеют небольшое давление на зубья при передаче больших усилий и небольшое изнашивание. Однако из-за наличия трения скольжения их КПД низкий и равен 0,7 и 0,55 соответственно при передаче усилия от рулевого колеса и обратно.

Главной и единственной задачей червячной  пары является преобразование вращения руля, находящегося в руках водителя, в поворот рулевой сошки в  соответствующем направлении. После этого усилие передается на рулевой привод и далее непосредственно на передние колеса автомобиля.

Червяк  и ролик, образующие червячную пару, находятся в постоянном зацеплении и расположены в картере. При  этом червяк размещен на нижнем конце  рулевого вала, а ролик ― на валу рулевой сошки. Когда водитель вращает  руль, ролик скользит по зубьям червяка, соответственно, вращается вал рулевой  сошки.

Усилия возникающие между винтом и гайкой рулевой передачи, передаются через ряд циркулирующих шариков, снижающих трение. Гайка воздействует на вал сошки через зубчатый сектор. Это рулевой механизм позволяет получать переменное передаточное отношение.