 |
|
Будова й робота рульових механізмів
Рульовий механізм з передачею типу черв'як—ролик застосовується на легкових і вантажних автомобілях ГАЗ (рис. 6.3). Основні деталі рульового механізму: рульове колесо 4, рульовий вал 5, установлений у рульовій колонці 3 і з'єднаний з глобоїдним черв'яком 1. Черв'як
Рис. 6.3
Рульовий механізм автомобіля ГАЗ-53А:
1 — глобоїдний черв'як; 2 — конічні підшипники; 3 — рульова колонка; 4 — рульове колесо; 5 — рульовий вал; 6 — картер; 7 — тригребеневий ролик; 8 — вал сошки;
9 — регулювальний болт
установлено в картері 6 рульової передачі на двох конічних підшипниках 2 й зачеплено з тригребеневим роликом 7, який обертається на шарикопідшипниках на осі. Вісь ролика закріплено у вилчастому кривошипі вала 8 сошки, який спирається на втулку й роликовий підшипник у картері 6. Зачеплення черв'яка й ролика регулюють болтом 9, у паз якого вставлено ступінчастий хвостовик вала сошки. Заданий зазор у зачепленні черв'яка з роликом фіксується фігурною шайбою зі штифтом і гайкою.
Картер 6 рульової передачі прикріплено болтами до лонжерона рами. Верхній кінець рульового вала має конічні шліци, на які посаджено й закріплено гайкою рульове колесо.
Рульовий механізм з передачею типу гвинт—гайка—рейка—сектор із підсилювачем застосовують у рульовому керуванні автомобіля ЗИЛ-ІЗО (рис. 6.4). Підсилювач рульового керування конструктивно об'єднаний із рульовою передачею в один агрегат і має гідропривод від насоса 2, що приводиться в дію клиновим пасом від шківа колінчастого вала. Рульову колонку 4 з'єднано з рульовим механізмом 1 через короткий карданний вал 5, оскільки осі рульового вала й рульового механізму не збігаються. Це зроблено для зменшення габаритних розмірів рульового керування.
Рис. 6.4
Рульовий механізм автомобіля ЗИЛ-ІЗО:
] — рульовий механізм; 2 — гідронасос; З — карданний вал; 4 — рульова колонка
Основну частину рульового механізму (рис. 6.5) становить картер 7, що має форму циліндра. Всередині циліндра розміщено поршень-рейку 10 із жорстко закріпленою в ньому гайкою 3. Гайка має внутрішню різьбу у вигляді півкруглої канавки, куди закладено кульки 4. За допомогою кульок гайка входить у зачеплення з гвинтом 2, який, своєю чергою, з'єднується з рульовим валом 5. У верхній частині картера до нього кріпиться корпус 6 клапана керування гідропідсилювачем. За керуючий елемент у клапані править золотник 7. Виконавчим механізмом гідропідсилювача слугує поршень-рейка 10, ущільнений у циліндрі картера за допомогою поршневих кілець. Рейку поршня з'єднано різьбою із зубчастим сектором 9 вала 8 сошки.
Обертання рульового вала перетворюється передачею рульового механізму на переміщення гайки-поршня по гвинту. При цьому зу-
Рис. 6.5
Будова рульового механізму із вбудованим гідропідсилювачем:
/ — картер; 2 — гвинт; 3 — гайка; 4 — кульки; 5 — рульовий вал; 6— корпус клапана;
7— золотник; 8— вал сошки; 9 — зубчастий сектор; 10— поршень-рейка
ж
б'я рейки повертають сектор і вал із закріпленою на ньому сошкою, завдяки чому повертаються керовані колеса.
Коли двигун працює, насос гідропідсилювача подає оливу під тиском у гідропідсилювач, унаслідок чого під час повертання підсилювач розвиває додаткове зусилля, що прикладається до рульового привода. Принцип дії підсилювача ґрунтується на використанні тиску оливи на торці поршня-рейки, який створює додаткову силу, що пересуває поршень і полегшує повертання керованих коліс.
Положення деталей гідропідсилювача на рис. 6.6, а відповідає прямолінійному рухові автомобіля. В цьому разі олива перекачується насосом через клапан керування, оскільки нагнітальний трубопровід 5 сполучається зі зливальним 13 через золотник 7, що займає середнє положення під дією пружин реактивних плунжерів 8 і тиску оливи. Надлишкового тиску в порожнинах А і Б гідропідсилювача немає.
Коли колеса автомобіля повертаються направо (рис. 6.6, б), гвинт викручується з гайки, і золотник також переміщується вправо. Зусилля пружин, що діють на реактивні плунжери 8, починає передаватися на рульове колесо, створюючи відчуття повороту. Золотник, переміщуючись управо, своїм середнім пояском перекриває надхо-
дження оливи в порожнину Б і відкриває канал у порожнину А, в результаті чого тиск оливи на поршень зростає, додається до сили від рульового колеса, переміщує поршень униз і повертає керовані колеса. При завершенні повороту поршень переміщуватиметься вниз разом із гвинтом і золотником доти, доки золотник знову не займе середнє положення. Цим досягається слідкуюча дія гідроциліндра підсилювача. Наприкінці повороту керовані колеса займуть положення, що відповідає куту повороту рульового колеса.
У разі повертання коліс наліво підсилювач діє аналогічно, з тією лише різницею, що початкове переміщення золотника відбувається вліво (рис. 6.6, в), а олива під тиском подається в порожнину Б підсилювача.
Конструкція рульового механізму з умонтованим гідропідсилювачем дає змогу здійснювати повертання коліс і тоді, коли двигун не працює. Проте в цьому разі водій має прикладати до рульового колеса набагато більше зусилля, яке затрачається на повертання коліс і на витіснення оливи з порожнин гідроциліндра через кульковий клапан 9.
Насос гідропідсилювача (рис. 6.7) лопатевого типу приводиться в дію від шківа колінчастого вала двигуна клинопасовою передачею через шків 2, закріплений на валу 12 насоса. Вал обертається на кульковому й роликовому підшипниках у корпусі 1 насоса. На шліцьовому кінці вала закріплено ротор 10, який уміщено всередині статора 11. Статор затиснуто між кришкою 4 й корпусом / насоса за допомогою болтів. У порожнині статора ротор ущільнюється лопати
ми 13, закладеними в його пази. Всередині кришки насоса вміщено
Рис. 6.7
Насос гідропідсилювача рульового керування:
1 — корпус насоса; 2 — шків привода насоса; 3 — бачок; 4 — кришка насоса;
5 — запобіжний клапан; 6 — сідло запобіжного клапана; 7 — перепускний клапан;
8 — жиклер; 9 — розподільний диск; 10 — ротор; 11 — статор; 12 — вал насоса; 13 — лопаті
розподільний диск 9, який своєю торцевою поверхнею притискається за допомогою пружини перепускного клапана 7до статора. Всередині перепускного клапана встановлено кульковий запобіжний клапан 5, притиснутий пружиною до сідла 6 запобіжного клапана. Зверху до корпусу й кришки прикріплено бачок 3, що має сапун і сітчасті фільтри для оливи.
Як тільки двигун починає працювати, ротор 10 насоса також починає обертатися, й лопаті 13 під дією відцентрових сил і тиску оливи щільно притискаються до криволінійної поверхні статора. Олива з корпусу 1 потрапляє в простір між лопатями й витісняється ними через розподільний диск у порожнину нагнітання й далі до штуцера лінії високого тиску. За один оберт ротора відбувається два цикли всмоктування й нагнітання.
Перепускний клапан 7 сполучений із порожниною нагнітання й штуцером лінії високого тиску й перебуває під різницею тисків оливи, оскільки жиклер 8 знижує тиск перед штуцером. Перепад тисків зростає в разі збільшення кутової швидкості обертання ротора. При досягненні певної подачі перепускний клапан відкривається й починає перепускати частину оливи в порожнину всмоктування, регулюючи тим самим тиск у лінії.
Запобіжний клапан, установлений усередині перепускного клапана, обмежує максимальний тиск у системі (650...700 кПа). Він спрацьовує, коли перепускний клапан з якихось причин не справляється з регулюванням тиску в потрібних межах.
Рульовий механізм з винесеним гідропідсилювачем застосовують у рульовому керуванні автомобіля МАЗ-5335 (рис. 6.8). Особливість розглядуваного рульового керування полягає у введенні до схеми рульового привода гідропідсилювача, виконаного у вигляді гідроциліндра, що діє водночас на сошку й поздовжню рульову тягу. Для цього гідропідсилювач 1 штоком шарнірно закріплено на кронштейні рами, а циліндр також через шарніри з'єднано із сошкою 2 й поздовжньою рульовою тягою 9. Решта елементів рульового керування такі самі, як на загальній схемі рульового керування (див. рис. 6.2, а).
Рис. 6.8
Будова рульового керування автомобіля МАЗ-5335:
/ — гідропідсилювач; 2 — сошка; 3 — рульовий механізм; 4 — рульовий вал;
\ 8 — відповідно нижній та верхній важелі поворотної цапфи; 6 — поперечна тяга;
7 — трубопроводи до насоса гідропідсилювача; 9 — поздовжня рульова тяга
Працює рульове керування так. Коли обертається рульове колесо, разом із ним обертається рульовий вал 4, приводячи в дію рульовий механізм З, який повертає сошку 2. Сошка переміщує зв'язану з нею поздовжню тягу 9 і приводить у дію гідропідсилювач 1. Додаткове зусилля, що виникає в гідропідсилювачі, через поздовжню тягу передається на верхній важіль 8 цапфи, додаючись до зусилля від рульового механізму, й далі через нижні важелі 5 і тягу 6 спричинює повертання обох коліс. Таким чином гідропідсилювач збільшує зусилля, що прикладається від рульового механізму до привода, й полегшує тим самим повертання керованих коліс.
Рис. 6.9
Будова гідропідсилювача винесеного типу:
1 — гідроциліндр; 2— шток; 3— нагнітальний трубопровід; 4 — поршень; 5 — пробка; 6 — корпус кульових шарнірів; 7— регулювальна гайка; 8 — штовхан; 9 — кульовий палець поздовжньої рульової тяги; 10 — кульовий палець рульової сошки; 11 — зливальний трубопровід; 12 — кришка; 13 — корпус розподільника; 14 — кришка
гідроциліндра; 15 — золотник; 16 — стакан
Принцип дії гідропідсилювача (рис. 6.9) ґрунтується на використанні тиску оливи, яка подається від насоса до виконавчого механізму. Насос лопатевого типу приводиться від шківа колінчастого вала
двигуна через клинопасову передачу. За виконавчий механізм править гідроциліндр, об'єднаний в одне ціле з розподільником і корпусом кульових шарнірів.
Розподільник (рис. 6.9) складається з корпусу 13 і золотника 15.
Усередині корпусу є три кільцеві канавки: дві крайні сполучаються одна з одною і з нагнітальною лінією; середня сполучає з бачком насоса зливальну лінію. На поверхні золотника 75 також є три кільцеві проточки, сполучені каналами із замкнутими об'ємами. Золотник жорстко з'єднано зі стаканом 16 пальцем 10 рульової сошки.
Корпус 6 кульових шарнірів фланцем і болтами з'єднано з корпусом розподільника. В ньому розміщено кульовий палець 10 сошки й палець 9 поздовжньої рульової тяги. Пальці затиснуті між сухарями зусиллям двох пружин і зафіксовані гайкою 7.
Гідроциліндр 1 кріпиться до корпусу шарнірів за допомогою різьбового з'єднання з контргайкою. Всередині гідроциліндра вміщено поршень 4 і шток 2. На зовнішньому кінці штока нагвинчено головку, яка шарнірно з'єднує гідроциліндр із рамою. Внутрішню порожнину циліндра, сполучену трубопроводами з корпусом розподільника, закрито пробкою 5 і кришкою 14 із сальниковим ущільненням. Для захисту кінця штока, що виступає, від забруднень застосовано гумовий гофрований чохол.
Під час роботи підсилювача шток із поршнем, що розміщені в гідроциліндрі, залишаються нерухомими, а циліндр переміщується відносно них, коли олива під тиском подається в простір під поршнем або над поршнем (рис. 6.10). Названі відсіки циліндра можуть сполучатися між собою через зворотний кульковий клапан 2.
1 2 3 4 5 6 7
Рис. 6.10
Схема роботи гідропідсилювача:
/ — корпус; 2 — зворотний кульковий клапан; 3 — нагнітальна лінія; 4 — зливальна
лінія; 5, 6 — пальці; 7 — корпус розподільника
17 18 19 20 21
Рис. 6.11
Рульові механізми легкових автомобілів:
а — «Москвич»; б — ВАЗ; в — ЗАЗ; г — ГАЗ-24; 1 — черв'як; 2 — регулювальна гайка; 3, 4, 21 — контргайки; 5 — регулювальна муфта; б, 19 — пробки оливозаливних отворів; 7— кришка картера; 8— ролик; 9 — вісь ролика; 10— рульовий вал; 11 — вал рульової сошки; 12 — сальник; 13 — рульова сошка; 14 — регулювальні прокладки; 15 прокладка регулювального гвинта; 16, 20— регулювальні гвинти^ 17 — регулювальна пробка; 18- стопорна гайка; 22 — болт стяжного хомута; 23 — болт контроль-
ного отвору рівня оливи
У разі прямолінійного руху олива, що за допомогою насоса подається нагнітальною лінією З у розподільник, заповнює дві крайні кільцеві порожнини й, оскільки золотник займає нейтральне (середнє) положення, через зазори між золотником і корпусом 1 надходить у середню кільцеву порожнину й далі зливальною лінією 4 в бачок.
Підсилювач не працює.
У разі повороту коліс, наприклад, наліво рульова сошка через палець 5 переміщує золотник уліво від середнього положення, внаслідок цього крайні й центральна кільцеві порожнини роз'єднуються середнім буртиком золотника. Олива під тиском починає надходити в простір під поршнем, а з надпоршневого відсіку зливається в бак. Під тиском оливи гідроциліндр переміщується відносно поршня зі штоком і через палець 6 пересуває поздовжню рульову тягу й усі зв'язані з нею деталі рульового привода. В результаті зусилля, що передається на повертання керованих коліс, зростає. Якщо повертання коліс рульовим механізмом припиняється, золотник зупиняється, але корпус розподільника 7 переміщуватиметься доти, доки золотник не займе середнє положення. Повертання коліс в інший бік здійснюється аналогічно.
Зворотний клапан 2, встановлений у корпусі розподільника, забезпечує перепуск оливи з одного відсіку гідроциліндра в інший у разі непрацюючого двигуна, наприклад під час буксирування автомобіля.
Будову рульових механізмів легкових автомобілів показано на рис. 6.11.
6.1.2. Будова рульових приводів
Рульовий привод як частина рульового керування автомобіля не тільки забезпечує повертання керованих коліс, а й допускає коливання коліс у разі наїзду ними на нерівності дороги. При цьому дета-
лі привода відносно переміщуються у вертикальній і горизонтальній площинах і на повороті передають зусилля, що повертають колеса. За будь-якої схеми привода деталі з'єднуються за допомогою шарнірів — кульових або циліндричних.
Будова рульового привода в разі залежної підвіски коліс (автомобіль
ЗИЛ-ІЗО). Основу привода (рис. 6.12, а) становлять поздовжня тяга 2, шарнірно з'єднана з сошкою 1 і верхнім важелем 3 поворотної цапфи, а також поперечна тяга 5, з'єднана з нижніми важелями 4 поворотних цапф коліс.
Рульові тяги виготовлено з труб. На їхніх кінцях є наконечники, в які встановлено кульові пальці сошки й поворотних важелів. Па-
лець 6 закріплено в наконечнику поздовжньої тяги (рис. 6.12, б) сухарем 7, притиснутим пружиною 8 за допомогою нарізної пробки 9. Під час закручування пробки пружина стискається й сильніше зати-
екає головку пальця, вибираючи зазори у зчленуванні внаслідок спрацювання, а також пом'якшує поштовхи, що передаються від колеса на рульовий механізм.
Дещо іншу конструкцію мають наконечники поперечної рульової тяги автомобіля ГАЗ-53А (рис. 6.12, в). їх нагвинчують на кінці тяги за допомогою лівої та правої різьби, тому обертанням тяги можна
Рис. 6.12
Будова рульового привода в разі залежної підвіски коліс:
а — загальний вигляд, б, в — наконечники відповідно поздовжньої та поперечної тяг; 1 — сошка; 2 — поздовжня тяга; 3, 4 — відповідно верхній та нижні важелі поворотних цапф; 5 — поперечна тяга; 6 — палець; 7 — сухар; 8 — пружина; 9 — нарізна пробка; 10 — шайба; 11 — стопорне кільце
змінювати її довжину під час регулювання сходження. Палець 6 жорстко закріплюють на конусній насадці гайкою в поворотному важелі. Своєю кульовою поверхнею палець притискається через сухар до наконечника тяги. Зусилля притискання створює пружина 8, закладена між пробкою 9 та шайбою 10 на головці пальця й замкнута стопорним кільцем 11. Цим досягається самопідтискання зчленування в міру спрацьовування кульової поверхні пальця й сухаря.
Змащуються шарнірні зчленування тяг через оливниці, встановлені в наконечниках. Деякі конструкції шарнірів не мають примусо-
вого мащення через оливниці, оскільки мастило в них закладається під час виготовлення на весь термін служби.
Будова рульового привода в разі незалежної підвіски коліс (автомобіль ГАЗ-24). Головна відмінність цієї конструкції привода (рис. 6.13, а) від попередньої (див. рис. 6.11) полягає в тому, що по-
Рис. 6.13
Будова рульового привода в разі незалежної підвіски коліс:
а — загальний вигляд; б, в — кульовий палець головкою вниз і вгору відповідно; / — маятниковий важіль; 2 — сошка; 3 — важелі цапф; 4 — бічні тяги; 5 — середня гяга; 6 — регулювальні трубки; 7— головка тяги; 8 — шплінт; 9 — нарізна пробка;
10 — пружина; 11 — п'ята; 12 — корпус шарніра; 13 — гумовий ущільнювач;
14 — кульовий палець; 15 — гайка
перечну тягу виконано з трьох частин: двох бічних тяг 4 та середньої тяги 5, з'єднаних шарнірно. Середня тяга, безпосередньо зв'язана із сошкою 2, має шарнірну опору на маятниковому важелі 7, який за формою й розмірами аналогічний сошці.
Бічні тяги з'єднано з поворотними важелями іцапф коліс. Тяги 4 складаються з двох частин, з'єднаних регулювальними трубками 6. На кінцях трубок є внутрішня різьба, яка дає змогу обертанням їх змінювати довжину бічних тяг. Щоб запобігти самочинному відкручуванню трубок, їхні кінці розрізано вздовж і стягнуто хомутами. Зміною довжини бічних тяг регулюють сходження коліс.
Середня й бічні тяги на кінцях мають шарніри, за допомогою яких здійснюється рухоме з'єднання. Шарніри передають зусилля при зміні кутів між тягами й важелями під час роботи підвіски та рульового керування. Всі шарніри самопідтяжні, розбірні й не потребують систематичного мащення під час експлуатації.
Основну частину шарніра (рис. 6.13, б) становить кульовий палець 14, який запресований у відповідний важіль й утримується гайкою 15. Сферична поверхня кульового пальця працює в корпусі 12 шарніра, запресованого в головку тяги 7. Постійне зусилля підтискання пальця до корпусу створюється через п'яту 11 пружиною 10, яка запирається іззовні нарізною пробкою 9 і стопориться шплінтом 8. Захист шарніра від потрапляння всередину пилу й вологи забезпечується гумовим ущільнювачем 13.
Усі шарніри рульового привода уніфіковано за основними деталями. Проте вони можуть неістотно відрізнятися. Наприклад, для встановлення кульового пальця головкою догори (рис. 6.13, в) застосовують гумовий ущільнювач іншої форми, ніж у разі нижнього встановлення шарніра.
Конструкція шарнірів допускає хитання пальця на кут до 20° уздовж наконечника в обидва боки й поворот навколо своєї осі. Зазори в шарнірі внаслідок спрацювання автоматично компенсуються підтисканням пружини 10. Для підвищення довговічності робочих поверхонь шарнірів їх піддано термічній обробці.
§ 6.2. ГАЛЬМОВА СИСТЕМА
Експлуатація будь-якого автомобіля допускається лише за умови справності його гальмової системи.
Гальмова система потрібна на автомобілі для зниження його швидкості, зупинки й утримування на місці.
Гальмівна сила виникає між колесом та дорогою й спрямована проти напряму обертання колеса, тобто перешкоджає його обертанню. Максимальне значення гальмівної сили на колесі залежить від можливостей механізму, який створює цю силу, від навантаження, що припадає на колесо, та від коефіцієнта зчеплення з дорогою. За
умови однаковості всіх факторів, що визначають силу гальмування, ефективність гальмової системи залежатиме насамперед від особливостей конструкції механізмів, які гальмують автомобіль.
На сучасних автомобілях для підвищення безпеки руху встановлюють кілька гальмових систем, що за п р и з н а ч е н н я м поділяються на: • робочу; • запасну; • стоянкову; • допоміжну.
Робоча гальмова система використовується в усіх режимах руху автомобіля для зниження його швидкості до повної зупинки. Вона приводиться в дію зусиллям ноги водія, що прикладається
до педалі ножного гальма. Ефективність дії робочої гальмової системи найбільша порівняно з іншими типами гальмових систем.
Запасна гальмова система призначається для зупинки автомобіля в разі відмови робочої гальмової системи. Вона справляє меншу гальмівну дію на автомобіль, ніж робоча система. Функції запасної системи може виконувати справна частина робочої гальмової системи (найчастіше) або стоянкова система.
Стоянкова гальмова система призначається для утримування зупиненого автомобіля на місці, щоб не допустити його самочинного рушання (наприклад, на схилі). Керує стоянковою гальмовою системою водій рукою за допомогою важеля ручного гальма.
Допоміжна гал ьмова система використовується у вигляді гальма-уповільнювача на автомобілях великої вантажопідйомності (МАЗ, КрАЗ, КамАЗ) для зменшення навантаження на робочу гальмову систему в разі тривалого гальмування, наприклад на довгому спуску в гірській або пагористій місцевості.
Взагалі гальмова система складається з гальмових механізмів та їхнього привода (рис. 6.14).
Гальмові механізми під час роботи системи не дають обертатися колесам, унаслідок чого між колесами та дорогою виникає гальмівна сила, яка зупиняє автомобіль. Гальмові механізми 2 розміщуються безпосередньо на передніх і задніх колесах автомобіля.
Гальмовий привод передає зусилля від ноги водія на гальмові механізми. Він складається з головного гальмового циліндра 5 з педаллю 4 гальма, гідровакуумного підсилювача 1 і трубопроводів і, заповнених рідиною.
Працює гальмова система так. У момент натискання на педаль гальма поршень головного циліндра тисне на рідину, яка перетікає до колісних гальмових механізмів. Оскільки рідина практично не стискається, то, перетікаючи трубами до гальмових механізмів, вона передає зусилля натискання. Гальмові механізми перетворюють це зусилля на опір обертанню коліс, і відбувається гальмування. Якщо педаль гальма відпустити, рідина перетече назад до головного гальмового циліндра, й колеса розгальмуються. Гідровакуумний підси-
лювач 1 полегшує керування гальмовою системою, оскільки створює додаткове зусилля, що передається на гальмові механізми коліс.
Рис. 6.14
Схема гальмової системи:
1 — гідровакуумний підсилювач; 2 — гальмові механізми; 3 — трубопроводи; 4 — педаль гальма; 5 — головний гальмовий циліндр
Для підвищення надійності гальмових систем автомобілів у приводі застосовують різні пристрої, які дають змогу зберегти працездатність системи в разі її часткової відмови. Так, на автомобілі ГАЗ-24 «Волга» застосовують роздільник, який автоматично вимикає несправну частину гальмового привода в момент виникнення відмови під час гальмування.
Тут розглянуто принцип дії гальмової системи гідравлічним приводом. Якщо в приводі гальмової системи використовується стиснене повітря, то такий привод називається пневматичним, а якщо жорсткі тяги або металеві троси — механічним. Принцип дії цих приводів інший і розглядатиметься нижче.