Назначение, устройство и принцип действия рулевого управления

Скворцов

I.ВВЕДЕИЕ

В процессе эксплуатации автомобиля в результате воздействия  на него целого ряда факторов (воздействие  нагрузок, вибраций, влаги, воздушных  потоков, абразивных частиц при попадании  на автомобиль пыли и грязи, температурных  воздействий и т. п.) происходит необратимое ухудшение его технического состояния, связанное с изнашиванием и повреждением его деталей, а также изменением ряда их свойств (упругости, пластичности и др.).

Изменение технического состояния автомобиля обусловлено  работой его узлов и механизмов, воздействием внешних условий и хранения автомобиля, а также случайными факторами. К случайным факторам относятся скрытые дефекты деталей автомобиля, перегрузки конструкции и т. п. Основными постоянно действующими причинами изменения технического состояния автомобиля при его эксплуатации является изнашивание, пластические деформации, усталостные разрушения, коррозия, а также физико-химические изменения материала деталей (старение).

Восстановление изношенных и поврежденных деталей является важным резервом экономии трудовых и материальных ресурсов. Стоимость восстановления деталей значительно ниже стоимости их изготовления. Так, например, при производстве автомобильных деталей расходы на материалы и изготовление заготовок (отливок, поковок, штамповок) составляют 70...75 % их стоимости, а при восстановлении деталей в зависимости от способа восстановления эти затраты составляют 6...8 %, так как заготовкой является сама деталь и при этом обрабатываются только те поверхности, которые имеют дефекты. Затраты на восстановление деталей в зависимости от их конструктивных особенностей и степени изношенности составляют 10...50 % стоимости новых деталей. При этом чем сложнее деталь и, следовательно чем дороже она в изготовлении, тем ниже относительные затраты на ее восстановление.

Восстановление деталей  является крупным резервом обеспечения  автомобильной техники запасными  частями, расходы на которые в  настоящее время составляют 40...60 % себестоимости КР автомобилей. Расширение номенклатуры восстановления деталей позволяет уменьшить потребность в производстве запасных частей.

Повышение надежности отремонтированных  автомобилей (агрегатов) зависит от качества восстановления деталей. В  настоящее время авторемонтное  производство располагает современными способами восстановления, обеспечивающими послеремонтные ресурсы деталей на уровне, близком к ресурсам новых. Для восстановления работоспособного состояния узлов и агрегатов необходимо восстановление первоначальной посадки в сопряжениях.

Глава 1    Общая характеристика

1 Назначение, устройство и принцип действия рулевого управления

   Рулевое управление  предназначено для обеспечения  движения автомобиля в заданном водителем направлении.

Рулевое управление современного автомобиля имеет следующее устройство:

    • рулевое колесо с рулевой колонкой;

    • рулевой  механизм;

    • рулевой  привод.

Рулевое колесо воспринимает от водителя усилия, необходимые для  изменения направления движения, и передает их через рулевую колонку  рулевому механизму. Диаметр рулевого колеса грузовых автомобилей – 440 – 550 мм.

Рулевая колонка обеспечивает соединение рулевого колеса с рулевым  механизмом. Рулевая колонка представлена рулевым валом, имеющем несколько  шарнирных соединений. На современных  автомобилях предусмотрено механическое или электрическое регулирование положения рулевой колонки. Регулировка может производиться по вертикали, по длине или в обоих направлениях. В целях защиты от угона осуществляется механическая или электрическая блокировка рулевой колонки.

Рулевой механизм предназначен для увеличения, приложенного к рулевому колесу усилия, и передачи его рулевому приводу. В качестве рулевого механизма используются различные типы редукторов. Наибольшее распространение на легковых автомобилях получили реечные рулевые механизмы.

   Схема поворота автомобиля

 Для того чтобы  в движении автомобиль на повороте  колеса его имели качение без  бокового скольжения, они должны  катиться по окружностям, описанным  из одного центра, называемой  центром поворота. В этом центре  О должны пересекаться продолжения осей всех колес. Для соблюдения данного условия внутреннее к центру поворота управляемое колесо должно поворачиваться круче, т.е. на больший угол, чем наружное колесо. Для одновременного поворота колес на необходимые различные углы служит рулевая трапеция.

2. Основные неисправности  рулевого управления

Люфт рулевого колеса превышает допустимый угол - 10-15°.

Причины:

    • Ослабление  крепления рулевого колеса на шлицах рулевого вала;

    • Ослабление крепления рулевой колонки;

    • Ослабление  крепления картера рулевого механизма;

    • люфт в  карданных шарнирах или шлицевых  соединениях - у автомобилей с  сочлененными (составными) рулевыми валами (ЗИЛ, КамАЗ и т.д.);

    • люфт в  зацеплении рабочей пары "червяк-ролик";

    • люфт в конических подшипниках червяка;

    • люфт в  рулевых шарнирах;

    • люфт в  шкворневых соединениях поворотных цапф колес;

    • люфт в  конических подшипниках ступиц передних колес.

Вышеперечисленные люфты  рулевого управления возникают в  основном при износах сопряженных  деталей или при неправильной регулировке различных сопряжений.

Заедание или затрудненный поворот рулевого колеса при движении автомобиля

Причины:

    • Установлен  перенатяг в зацеплении рабочей  пары или в конических подшипниках червяка – при регулировке ;

    • погнутость  рулевого вала, колонки или рулевых тяг;

    • эллипсообразный   износ рабочих головок шаровых  пальцев и вкладышей рулевых  шарниров - может привести к полному  заклиниванию рулевого управления;

    • заклинивание  маятникового рычага - происходит при его погнутости, износе втулок;

    • повышенная  вязкость масла в рулевом механизме  - обычно при низких температурах;

Полный отказ в работе рулевого управления

Причины:

    • разъединение  рулевых тяг - обычно бывает  при самопроизвольном откручивании не зашплинтованных гаек шаровых пальцев рулевых шарниров тяг;

    • разрушение  рулевых шарниров с разъединением  рулевых тяг - при недопустимо  большом люфте в рулевых шарнирах  при износе пальцев и вкладышей,  усугубляется возможностью ударных  нагрузок на шарниры при наезде на различные препятствия, при ДТП и т.д.

    • заклинивание  рабочей пары "червяк-ролик" - при  большом люфте в конических  подшипниках червяка (приводящего  к осевому люфту червяка и  рулевого вала), при сильном люфте  в зацеплении самой рабочей пары -при повороте рулевого колеса в любое крайнее положение зуб ролика может попасть на торцовую кромку рабочей части червяка (особенно при возврате рулевого колеса в исходное положение). По техническим условиям рулевое управление должно обеспечивать надежную управляемость автомобилем во всех режимах и условиях движения автомобиля по заданному направлению, при этом водитель не должен затрачивать большого усилия на управление, однако безотказная работа рулевого управления обеспечивается не только исправностью входящих в него элементов, существенное влияние оказывает техническое состояние и других узлов и параметров автомобиля - ухудшение устойчивости автомобиля может быть при нарушении нормального давления в шинах, углов развала и схождения колес, при нарушении балансировки колес и т.д.

2.1 Ремонт

С изменением технического состояния рулевого управления снижается  надежность работы его деталей, ухудшается управляемость автомобиля. В современных  условиях высоких скоростей движения автомобилей их рулевое управление должно обеспечивать не только надежное направление движения, но и облегчать труд водителя, уменьшать усилие для поворота передних колес, смягчать удары на неровностях дороги, удерживать автомобиль на полотне дороги в случае разрыва шин передних колес при движении с большой скоростью. Этим требованиям наиболее полно отвечают рулевые управления с гидроусилителем. Усилие на ободе рулевого колеса автомобиля ЗИЛ-130 в начале работы гидроусилителя составляет 210 кгс. На автомобилях большой грузоподъемности применяют рулевые управления с гидроусилителем. На малотоннажных грузовых и на легковых автомобилях рулевые управления не имеют гидроусилителя. При эксплуатации изменяется давление воздуха в шинах автомобиля, нарушаются регулировки угла установки передних колес, зазора в зацеплении червяка и ролика, состояния крепления шаровых пальцев, картера рулевого управления, деформируются поворотный кулак или рычаг, нарушается балансировка передних колес, увеличивается зазор в подшипниках колес. Эти изменения могут стать причиной стука в рулевом механизме, колебания передних колес, увода автомобиля от направления прямолинейного движения, шумности, увеличенного свободного хода рулевого колеса, неустойчивости автомобиля, визга шин на поворотах. Стуки в рулевом управлении возникают при движении автомобиля с большими зазорами в цепи сопряжений от рулевого колеса до контакта шины с дорогой, особенно, если колесо плохо сбалансировано, нарушены углы установки передних колес. При больших зазорах в сопряжениях на определенной скорости возникает самопроизвольное колебание передних колес, известное под названием шимми. Явление очень опасное, может привести к потере управления автомобилем и опрокидыванию. Увод автомобиля от прямолинейного движения появляется при неравном сопротивлении движению колес, которое наблюдается, если имеется большая разница в зазорах тормозных накладок и барабана (или диска), в подшипниках колес, в углах установки передних колес, давления в шинах, если отсутствует самовозврат тормозных колодок, не работают амортизаторы, деформированы поворотные кулаки или рычаги подвески и т. д. Усилие на рулевом колесе при повороте автомобиля в заданных условиях зависит от давления воздуха в шинах, от установки передних колес, от зазоров в сопряжениях рулевого управления, прежде всего, в зацеплении червяка с роликом (автомобиль ВАЗ). Шумность в рулевом управлении увеличивается по мере ослабления гаек крепления шаровых пальцев, картера рулевого управления к кузову, маятникового рычага, кронштейна вала рулевой колонки, уменьшения смазки в сопряжениях. Визг шин при повороте автомобиля характеризует большую величину боковой силы, которая возникает из-за значительного отклонения от норм давления в шинах, углов установки передних колес, в том числе в результате деформации кулака или рычагов подвески. Все приведенные признаки и причины неисправности характеризуют изменение технического состояния рулевого управления, не имеющего гидроусилителя. В рулевых управлениях с гидравлическим усилителем определить неисправность и устранить сложнее. Недостаточное и неравномерное усиление может быть следствием недостаточного натяжения ремня привода насоса, малого уровня масла в бачке насоса или в результате попадания воздуха в систему (пена в масляном бачке, мутное масло). Могут быть также: чрезмерный натяг зубчатого зацепления рулевого механизма, неисправности насоса, повышенная утечка масла в рулевом механизме (из-за износа или поломки металлических уплотнительных колец), периодическое зависание перепускного клапана насоса, ослабление затяжки гаек упорных подшипников винта рулевого управления. Усиление может отсутствовать также, если отвернулось седло предохранительного клапана насоса или заел перепускной клапан насоса. Работа насоса сопровождается повышенным шумом при недостаточном уровне масла в бачке насоса, при недостаточном натяжении ремня привода насоса, засорении или неправильно поставленном фильтре, при попадании воздуха в систему (пена в бачке, мутное масло), при прогнутом коллекторе, разрушенной прокладке под коллектором. Выбрасывание масла из сапуна насоса наблюдается при уровне масла выше метки, при засорении сетчатки фильтра, а также если прогнут коллектор, повреждена прокладка коллектора. Ремонт рулевого управления, не имеющего гидроусилителя. При снятии рулевого механизма с автомобиля (например, автомобиля ВАЗ) необходимо отметить места размещения шайб под болтами крепления картера к кузову, чтобы установить их в том же количестве и положении, чтобы сохранить прежнее расположение картера относительно кронштейна вала рулевого управления, исключить изгиб вала и не допустить дополнительную нагрузку на картер рулевого управления.

Сошку при сборке устанавливают в нейтральное  положение, которое она занимает при движении автомобиля по прямой, конец вала рулевого управления автомобиля ВАЗ надевают так, чтобы паз для фиксатора противоугонного устройства был повернут налево. Под болты крепления между лонжероном и картером рулевого управления ставят снятые ранее шайбы в том же количестве и положении. Болты затягивают после того, как вал рулевого управления закрепляют на шлицевом конце вала червяка, на вал рулевого управления надевают кронштейн, закрепляя его на передней стенке без затяжки болтов, на сошке устанавливают и закрепляют шаровые пальцы средней и крайней левой тяг. При этом временно установленное рулевое колесо на вал и другие детали должны занимать правильное положение за счет овальности отверстий на картере и кронштейне. Перед сборкой необходимо проверить положение пятна зацепления. Если пятно расположено не точно по середине, следует изменить положение червяка регулировочными прокладками нижнего его подшипника. При сборке зазор в сопряжении втулка-вал сошки должен быть не более 0,10 мм (монтажный зазор 0,0080,051 мм), а биение вала рулевого управления относительно червяка не более 0,05 мм. Момент трения вала червяка должен быть в пределах 26,5 кгс-см.

При повороте вала червяка вправо и влево на 30°  от нейтрального положения сошки  зазора в зацеплении ролика с червяком не должно быть. Если же зазор есть, его устраняют регулировочным болтом при нейтральном положении сошки и среднем положении рулевого колеса, делая равное число оборотов вала вправо и влево. Момент силы трения вала червяка при этом должен быть равен 912 кгс-см при повороте вала от среднего положения на 30° и 7 кгс-см при повороте рулевого колеса автомобиля ВАЗ более чем на 30°. Если же зацепление червяка и ролика происходит не в середине, необходимо регулировочными прокладками изменить положение червяка до требуемого с последующей регулировкой зазоров подшипников червяка, а в зацеплении червяк-ролик проверить величину момента силы трения. При запрессовыванни сошки на вал двойной зубец па валу совмещают с двойной выемкой на сошке. После затяжки гайки маятниковый рычаг не должен вращаться под действием собственной силы тяжести в горизонтальном положении; вращение должно быть под действием силы 0,51,3 кгс на конце рычага. Ремонт рулевого управления, имеющего гидроусилитель. Рулевое управление автомобиля ЗИЛ-130 состоит из рулевого механизма и гидравлического усилителя. Насос гидравлического усилителя установлен на двигателе с клиноременным приводом от шкива коленчатого вала двигателя. Насос соединен шлангами высокого и низкого давления с клапаном управления на картере рулевого механизма. Проверяют и при необходимости регулируют рулевой механизм и давление насоса гидравлического усилителя рулевого управления. В рулевом механизме регулируют усилие на ободе рулевого колеса при трех положениях: после двух поворотов рулевого колеса из нейтрального (среднего) положения, после 3/4 оборота и в нейтральном положении. Усилие на ободе колеса при измерении динамометром должно быть соответственно при первом положении 0,410,75 кгс, при втором на 0,25 кгс (не больше) выше чем при первом; при третьем на 0,160,41 кгс выше чем при втором положении, но не более 1,21 кгс. Продольную рулевую тягу при данной регулировке необходимо отсоединить от сошки. Усилие на ободе колеса в третьем положении (с этого начинают регулирование рулевого механизма) изменяют осевым перемещением вала рулевой сошки регулировочным винтом; зазор между торцами регулировочного винта и вала рулевой сошки должен быть не более 0,020,08 мм. Усилие на ободе рулевого колеса при втором положении зависит от величины предварительного натяга в шариковой гайке винта рулевого механизма. Этот зазор изменяется из-за износа шариков и поверхностей качения или из-за заклинивания шариков в направляющих гайки. При первом положении величина усилия зависит от величины предварительного натяга не только в шариковой гайке, но и в упорном подшипнике рулевого вала. Регулирование усилия при втором и первом положениях рулевого колеса производят на разобранном механизме. Подбором шариков соответствующего диаметра (14 классов, с разницей диаметров соседних классов на 2 мкм) добиваются, чтобы момент при проворачивании в средней части рулевого вала был в пределах 38 кгс-см (крюк динамометра вставляют в отверстие на цилиндрической поверхности шариковой гайки), что соответствует усилию 0,932,5 кгс. При невозможности добиться выполнения этого требования регулированием заменяют рулевой вал с шариковой гайкой. Регулирование затяжки упорного подшипника производят при нормальном усилии на проворачивание шариковой гайки. Затяжку упорного подшипника изменяют вращением регулировочной гайки на винте рулевого механизма. Момент на проворачивание корпуса клапана, измеряемый динамометром, должен быть в пределах 6,08,5 кгс-см, соответственно усилие 1,07 1,51 кгс. Фиксируют величины предварительного натяга в упорном подшипнике вдавливанием в паз рулевого вала тонкой кромки регулировочной гайки, предварительно убедившись, что выгнутая сторона пружинной шайбы между гайкой и подшипником находится со стороны подшипника.

После окончания  регулирования рулевого механизма  сошку соединяют с продольной тягой и проверяют люфтометром  свободный ход рулевого колеса. При работающем двигателе он должен быть не более 15° до начала поворота передних колес. Проверку люфта рулевого колеса производят при нормальном давлении в шинах, отрегулированных подшипниках передних колес, удовлетворительном состоянии сопряжений рулевых тяг и шарниров карданного вала привода рулевого механизма, соответствующих техническим условиям углах схождения и поворота передних колес. Перед проверкой давления насоса гидравлического усилителя рулевого управления контролируют уровень масла в бачке насоса, натяжение ремня привода насоса, отсутствие воздуха, утечки масла в гидравлической системе усилителя, осадка или грязи в бачке насоса. Масло в бачок насоса доливают при работе двигателя на малых оборотах и нейтральном положении передних колес. Давление насоса измеряют манометром, который с помощью тройника устанавливают между насосом и шлангом высокого давления. Вентилем при испытании перекрывают подачу масла в корпус гидравлического усилителя. При работающем на холостых оборотах двигателе и предельно повернутых колесах, открытом вентиле давление масла по манометру должно быть не менее 60 кгс/см2. Если давление меньше, то нужно установить причину падения давления. Для проверки насоса перекрывают медленно магистраль и наблюдают за увеличением давления по манометру. Если давление не повышается более 60 кгс/см2, неисправен насос. Если же давление при закрытом вентиле больше чем при открытом, но все-таки меньше 60 кгс/см2, неисправен и насос и рулевой механизм. Вентиль закрывают на 15 с, не больше, чтобы не перегрелось масло.

Если регулированием не удается восстановить рабочие  характеристики рулевого управления, его разбирают, негодные детали заменяют. Однако спешить с разборкой рулевого управления ие следует. В необходимости  разборки можно убедиться только по результатам проверки и регулирования механизмов управления без снятия с автомобиля. Если нет возможности устранить неисправность в рулевом управлении без снятия с автомобиля, рулевое управление снимают и разбирают, заменяют неисправные детали, а затем после тщательной проверки качества выполненной работы вновь устанавливают на автомобиль.

При снятии привода  рулевого управления с автомобиля палец  из конусного отверстия рычага выбивают с помощью латунной оправки. Перед  снятием рулевого управления с автомобиля ЗИЛ-130 сошку с вала снимают с помощью приспособления, которое захватывает сошку за торец со стороны картера рулевого механизма, а ввертывая болт на втором торце приспособления (торец болта упирается в торец вала сошки), перемещают сошку на валу. Перед снятием карданного вала рулевого управления клин крепления карданного вала выбивают с помощью выколотки из мягкого металла. Масло из системы рулевого управления удаляют через отверстие под пробку картера, произведя при этом два-три поворота рулевого колеса из одного крайнего положения в другое. Масло из насоса удаляют через отсоединенные шланги. Детали рулевого механизма, особенно механизма с гидроусилителем, изготовляют с высокой точностью, производят селективную сборку, и потому, если разборка неизбежна, ее следует производить предельно аккуратно в чистых условиях с применением съемников, оправок, мягких выколоток. При разборке узлов рулевого управления автомобиля ЗИЛ-130 мелкие детали укладывают в соответствующие секции специального ящика. Необходимо помнить, что при неосторожном снятии боковой крышки вместе с валом сошки может быть поврежден сальник вала шлицевым концом. При разборке рулевого механизма и гидравлического усилителя нельзя обезличивать такие детали, как винт, шариковую гайку и шарики, корпус клапана управления гидравлического усилителя и золотник клапана. Нежелательно обезличивать картер, рейку-поршень и поршневые кольца рейки-поршня. Необходимо обращать внимание на положение деталей в узле, чтобы восстановить эти положения при сборке. Так, при разборке клапана управления следует обратить внимание на то, что реактивные плунжеры в корпусе клапана были установлены фаской наружу, чтобы внутренняя выточка золотника была обращена назад, в сторону заднего упорного подшипника и т. д. Разборку гайки-поршня производят в слесарных тисках с мягкими губками. При разборке освобождают установочные винт скрепляющие рейку-поршень с шариковой гайкой, от керновки.