Устройство, виды и принцип работы рулевого механизма

Регулировка

Однозначно можно сказать, что рулевое управление нуждается в регулировке. Как правило, это касается черявичого элемента или шестерни-рейки. Именно в этих механизмах появляется люфт, что влияет на износ остальных деталей устройства. Если вовремя не регулировать РУ, то это может привести к полому рейки и большим денежным потерям. Для того, чтобы выполнить данную процедуру, необходимо обратиться к специалистам на СТО, которые проведут ее точно по регламенту производителя. Самостоятельно же, при наличии соответствующих навыков, можно менять лишь ряд деталей, например, подшипники.

Рулевой механизм автомобиля: червяк, рейка, гайка

24 июля 2019 Направление движения автомобиля проводится через руль. Из статьи Вы узнаете: что такое рулевой механизм, какие бывают виды, а также о самом устройстве и принципе работы.

Устройство и виды

Для того, чтобы автомобиль повернул в нужную сторону, необходимо отклонить угол его передних или задних колес. С этой задачей справляется рулевой механизм. Основные функции устройства заключаются в преобразовании усилия от руля и передаче усилия на рулевой привод.

В машинах применяют разные типы устройств:

• червячный («червяк-ролик», «червяк-сектор»);
• реечный («шестерня-рейка»);
• винтовой («винт-шариковая гайка-рейка-сектор»).

Червячный тип устройства можно увидеть в старых легковушках, автобусах, грузовиках и автомобилях с повышенной проходимостью. Винтовой тип применяют на грузовиках. Реечный механизм более распространенный, и его устанавливают на переднеприводные легковые автомобили.

Червячный механизм. Принцип работы

Червячный рулевой механизм был популярен во второй половине XX века. Устройство имеет глобоидного червяка, его переменный диаметр увеличивается ближе к краям, но уменьшается к середине. В механизме также находится ролик или сектор с зубьями.

Червяк объединяется с рулевым валом. Сектор с зубьями или ролик крепко связаны с сошкой и фиксируется с рулевыми тягами. Обычно конструкция сектор с зубьями или ролик и рычаг – это одна деталь.

Как только руль начинает вращаться, червяк передает момент сектору с зубьями или ролику. Отклоняется сошка и тем самым перемещаются рулевые тяги, а колеса поворачиваются.

По характеристикам червячный рулевой механизм создает отличную управляемость и не передает колебания от колес к рулю. Но высокая стоимость и сложная конструкция являются важным моментом, поэтому на современных машинах червячный механизм почти не используется.

Винтовой механизм. Принцип работы

Винтовой рулевой механизм имеет некоторое сходство с червячным устройством. Рулевой вал имеет винт, а на нем фиксируется гайка с рейкой. Затем все соединяется с сектором с сошкой.

Чтобы вместо трения скольжения происходило трение качения, в резьбе между гайкой и винтом находятся шарики. Когда рулевой вал поворачивается, винт начинает вращаться и сдвигает гайку. На внешней стороне гайки рейка отклоняет сектор совместно с сошкой и рулевыми тягами.

По характеристикам винтовое устройство лучше червячного механизма. Но и у него высокая цена и сложная конструкция. Зачастую такой механизм устанавливают на автобусы, грузовые авто и машины представительского класса.

Реечный механизм. Принцип работы

Реечный рулевой механизм самый простой и современный. Около века назад реечное устройство не обеспечивало требуемых характеристик. Но с развитием технологий появилась возможность спроектировать легкую, качественную, простую и надежную рулевую рейку.

Механизм состоит из шестерни, которая надета на рулевой вал, и рейки с нарезанными зубьями. Принцип работы прост: как только руль начинает вращение, приходит в действие шестерня, отчего рейка отклоняется в сторону и двигает рулевые тяги.

Конструкция реечного механизма простая, и это идеальный вариант для машин с передним приводом и независимой подвеской. Единственный минус – вибрация, удары и тряска от колес передаются на руль.

Устройство рулевого управления автомобиля

Вот из каких составных частей состоит система рулевого управления практически любого колесного транспортного средства:

• рулевое колесо;
• колонка;
• кардан;
• рулевой механизм;
• датчик;
• усилитель;
• привод.

Рулевое колесо – это привычный всем автомобильный руль, который находится в салоне автомобиля и с помощью которого водитель выполняет поворот.

Колонка – это основание руля, на котором он закреплен. Также она обеспечивает передачу усилия с рулевого колеса на кардан.

Кардан представляет собой вал, который обеспечивает передачу усилия с руля на усилитель.

Усилитель – это устройство, предназначенное для усиления усилия, которое автомобилист прилагает для выполнения поворота, а также для облегчения управления транспортным средством.

Рулевой механизм предназначен для преобразования вертикального вращения кардана в горизонтальное усилие, которое заставляет поворачиваться колеса транспорта.

Привод представляет собой систему тяг и направляющих, которые передают усилие с рулевого механизма непосредственно на колеса, тем самым обеспечивая выполнение поворота.

Все элементы конструкции, описанные выше, располагаются в передней части рамы автомобиля.

Следует отметить, что выше описано общее устройство узла. Некоторые нюансы конструкции могут отличаться в зависимости от модели машины. Однако в целом она идентична на всех автомобилях.

Главное назначение системы – обеспечения возможности выполнения транспортным средством поворота в необходимый момент.

Рулевое управление для автомобилей

Левый или правый руль?

В странах с правосторонним движением (таких большинство) руль монтируется слева, с левосторонним (Великобритания, Кипр, Мальта, Ирландия, Япония, Сингапур, Япония, Индия, Шри-Ланка, Индонезия, Таиланд, Малайзия, Мальдивы, Восточный Тимор, Бангладеш, Бруней, Макао, Пакистан и некоторых других) — справа. При этом есть отдельная категория автовладельцев, которые, несмотря на то, что живут в странах с правосторонним движением, предпочитают только машины с правым рулем (и наоборот).

Плюсы правого руля (при езде в странах с правосторонним движением) и левого руля (при езде с левосторонним движением) такие:

• Комфортнее сделать поворот в плотном потоке.
• Лучше виден бордюр, когда водитель паркуется.
• Специфическая особенность рулевого управления легкового автомобиля в этом случае обеспечивает идеальные условия для выхода водителя на тротуар.

Но высаживать пассажиров при руле с другой стороны очень сложно. Поэтому, если человек ездит один — проблем нет, если постоянно с пассажирами, то им постоянно нужно напоминать, чтобы они были внимательными. Существенная “загвоздка” — и фары. Если вы покупаете машину с правым рулем для страны с правосторонним движением, то фары нужно обязательно заменять, отрегулировать. Иначе то, что вы будете при ночной езде “слепить” других водителей — это неоспоримый факт. В принципе, и ТО в большинстве стран в этом случае вы не пройдете.

Также переставлять придётся и дворники. Они изначально производителями “заточены” на левое и правое направление, исключение только отдельные транспортные средства со симметричными “дворниками” (например, некоторые модели Mercedes-Benz).

Рулевой привод с зависимой подвеской автомобиля

Рулевой привод грузовых автомобилей с зависимой подвеской включает в себя: сошку, продольную тягу, два левых поворотных рычага, поперечную тягу, правый поворотный рычаг, рулевую трапецию (шарнирный четырехугольник, образованный средней частью балки передней оси, поперечной тягой и левым и правым поворотными рычагами). При движении автомобиля по неровной дороге на детали рулевого привода (сошку, продольную и поперечную рулевые тяги, рулевые рычаги) действуют большие нагрузки. Поэтому в рулевой привод вводят пружины для смягчения толчков и для автоматического устранения зазоров, возникающих при изнашивании деталей. Поперечная рулевая тяга на одном конце имеет левую резьбу и правую на другом для навинчивания наконечников крепления шаровых шарниров. Вследствие этого можно изменять расстояние между шарнирами при регулировании схождения управляемых колес.

Какие еще элементы неразрывно связаны с рулевой рейкой?

Еще один элемент, всегда устанавливаемый на всех современных автомобилях наравне с механизмом поворота колес, – усилитель, который облегчает вращение рулевого колеса. Система может приводиться в движение как при помощи гидравлики (такую рейку называют гидравлической), так и при помощи электромотора (соответственно, электрическая рулевая рейка).

ГУР

В первом случае элемент гидроусилителя (всем известного ГУР) – силовой цилиндр – устанавливается на одну из сторон рулевой рейки, вдоль нее. Поршень с гидравлическим приводом и поворотным клапаном, направляющим гидравлическую жидкость к правой или левой стороне поршня, – в зависимости от направления вращения руля – увеличивает давление на поршне и уменьшает усилие, необходимое для того, чтобы «протянуть» рейку из стороны в сторону.

Электроприводы

Электрические системы рулевого управления сейчас активно вытесняют привычные нам гидроусилители. Насос, клапаны и поршни замещаются электрическими моторами: на рулевой рейке, в рулевой колонке или на валу – они могут быть установлены повсюду. Несмотря на то что электрорейка надежнее и легче, пока автовладельцы ее недолюбливают. Почему? Говорят, что в ней нет логичной и понятной отдачи при вращении колес. То есть при вращении руля колеса, как говорят некоторые владельцы, словно живут своей жизнью, непонятно, например, на какой угол они повернуты, руль слишком «легкий» и «пустой».

Скорее всего, автопроизводители решат эту проблему, тем более у них достаточно разнообразный не использованный в этом направлении инструментарий. Например, удобство управления автомобилем зависит от изменения передаточного отношения рулевого механизма и взаимного расположения зубцов на рейке. Хотите замедлить вращение – поменяйте коэффициент. На некоторых рулевых рейках зубцы в середине расположены ближе друг к другу, по краям – дальше друг от друга. Это поддерживает управление в центральном положении руля на удобном уровне точности и скорости, которое становится быстрее с увеличением угла поворота колес.

Существуют и более сложные системы, изменяющие коэффициент. В них добавляются дополнительные элементы управления, зачастую между рулевым валом и шестерней. К примеру, это нередко может быть дополнительный электромотор, который позволяет непрерывно изменять скорость и усилие на руле.

Устройство рулевого управления

Рулевое управление — одна из систем управления механического транспортного средства, с помощью которой осуществляется его движение в заданном направлении. Рулевое управление состоит из двух основных групп элементов — рулевого механизма и рулевого привода. В состав рулевого механизма входят следующие элементы:

• рулевое колесо
• рулевая колонка
• рулевая передача (рулевой механизм)

В состав рулевого привода входят:

• рулевые тяги
• маятниковые рычаги
• рычаги поворотных цапф

Конструкция рулевого колеса как элемента рулевого управления за многие годы существования автомобильного транспорта не претерпела существенных изменений, за исключением количества и расположения спиц, покрытия рабочей поверхности, а также размещения на нем некоторых элементов управления другими системами (звуком в салоне, кондиционером и т.п.).

Рулевая колонка, напротив, постоянно совершенствуется в плане обеспечения комфортности на рабочем месте водителя, а также травмобезопасности и защиты от несанкционированного использования. Так, рулевые колонки современных автомобилей могут иметь механизм регулирования по высоте, углу наклона рулевого колеса, легкодеформируемые или срезаемые элементы в их креплении. При этом вал рулевой колонки состоит из нескольких элементов, соединенных, как правило, карданными шарнирами или эластичными муфтами. Кроме того, вал может иметь телескопическую конструкцию для обеспечения возможности регулирования положения рулевого колеса по высоте и травмобезопасности. Травмобезопасность может быть обеспечена также путем изготовления вала с деформируемыми вставками или вала, состоящего из двух отдельных частей, имеющих поводковую связь.

Основными видами рулевых передач, применяемых на современных автомобилях, являются передачи с вращательным и поступательным движением выходного звена. Передачей с поступательным движением выходного звена является реечная рулевая передача. Передача с вращательным движением выходного звена (кривошипная) изготавливается, как правило, двух типов: глобоидальный червяк—ролик и винт—гайка—рейка—сектор.

Тип рулевого привода зависит в основном от вида применяемой рулевой передачи и конструктивных особенностей подвески. В случае применения реечных рулевых передач привод состоит из рулевых тяг, непосредственно воздействующих на рычаги поворотных цапф. При применении кривошипных передач и зависимых подвесок колес управляемой оси используется привод, состоящий из продольной и поперечной рулевых тяг и двух рычагов поворотных цапф. При независимой подвеске в системе привода используют маятниковый рычаг, связанный тягой с рулевой сошкой, а также отдельные рулевые тяги для управляемых колес по обоим бортам транспортного средства.

Если в транспортном средстве имеется значительное расстояние между рулевой передачей и рычагом поворотной цапфы (например, в автобусах с большим передним свесом, а также в автомобилях, оборудованных несколькими управляемыми осями), в систему привода вводят промежуточный маятниковый рычаг, позволяющий уменьшить общую длину рулевой тяги и таким образом увеличить ее жесткость и устойчивость при восприятии сжимающих усилий.

Признаки износа рулевой трапеции

В предыдущем разделе мы не упоминали такие элементы трапеции, как втулки, а также уплотнительные и защитные элементы из резины

В принципе, любой сложный механизм их имеет, так что нет особого смысла уделять им внимание. Скажем лишь, что резиновые элементы наравне с шарнирами являются как раз теми комплектующими трапеций, из-за которых весь механизм может перестать работать нормально

Обычно автолюбители отмечают такие неисправности:

1. Легкий / слишком тяжелый ход рулевого колеса;
2. Вибрация руля;
3. Люфт руля (колеса не проворачиваются синхронно с рулем);
4. Толчки рулевого колеса при движении автомобиля на разных скоростях;
5. Неравномерный износ шин передних колес.

При регулярном осмотре и обслуживании рулевой трапеции проблемы возникают реже. Впрочем, чем агрессивнее стиль вождения и чем хуже условия езды, тем быстрее трапеция выходит из строя. Кроме того, при сильном износе или же выходе трапеции из строя наблюдается ускоренный износ шин, а также ступичных подшипников.

Как отмечают опытные ремонтники, часто автолюбители обращаются с жалобами на слишком тугой ход рулевого колеса. В большинстве случаев диагностика показывают износ всех шарниров тяг, а также износ втулок. В этом случае приходится менять не отдельные комплектующие трапеции, а сразу весь механизм. Замена трапеции в сборе рекомендована при:

1. Сильном износе пыльников, шарниров и хорошо заметных следах коррозии;
2. При деформации рулевых тяг;
3. При сильном люфте руля (холостом движении рулевого колеса);
4. Толчках, вибрациях и тугом ходе руля.

Повышенный износ рулевой трапеции наблюдается на автомобилях, которые эксплуатируются в тяжелых условиях. Например, при езде по бездорожью или по некачественным дорогам, где транспортное средство часто наезжает на препятствие. В таких условиях серьезно повышается риск того, что рулевая система получит механические повреждение от, например, удара о камень. Автолюбителю достаточно прислушиваться к своим ощущениям. Если управление автомобилем сильно затруднено, он не двигается по прямой, требует серьезных манипуляций с рулевым колесом с приложением больших усилий, а сам рулевой механизм стал источником шумов и вибраций – полная замена рулевой трапеции почти наверняка необходима.

Это интересно: Что такое задний мост: расписываем во всех подробностях

Рулевой механизм

Предназначен для преобразования вращения вала рулевой колонки в поступательные движения элементов привода.

Наибольшее распространение на легковых автомобилях получили механизмы типа «шестерня-зубчатая рейка». Ранее же использовался еще один вид – «червяк-ролик», который сейчас в основном используется на грузовых авто. Еще один вариант для грузовиков – «винтовой».

«шестерня-рейка»

Распространение тип «шестерня-рейка» получил благодаря сравнительно простому устройству рулевого механизма. Состоит этот конструктивный узел из трех основных элементов – корпус, в котором размещается шестерня и перпендикулярно ей – рейка. Между двумя последними элементами имеется постоянное зубчатое зацепление.

Работает этот вид механизма так: шестерня жестко связана с рулевой колонкой, поэтому она вращается вместе с валом. Из-за зубчатого соединения вращение передается на рейку, которая при таком воздействии смещается внутри корпуса в ту или иную сторону. Если водитель вращает рулевое колесо влево, взаимодействие шестерни с рейкой приводит к тому, что последняя перемещается вправо.

Зачастую на авто применяются механизмы «шестерня-рейка» с фиксированным передаточным числом, то есть диапазон поворота рулевого колеса для изменения угла колес одинаков при всех их положениях. Для примера, предположим, что для поворота колес на угол 15° необходимо сделать 1 полный оборот руля

Так вот, неважно, в каком положении находятся управляемые колеса (крайнее, прямолинейное), для поворота на указанный угол придется сделать 1 оборот

Но некоторые автопроизводители устанавливают на свои авто механизмы с меняющимся передаточным числом. Причем достигается это достаточно просто – изменением угла положения зубьев на рейке в определенных зонах. Эффект от этой доработки механизма такой: если колеса стоят прямо, то для изменения их положения на те же 15° (пример) требуется 1 оборот. Но если они находятся в крайнем положении, то из-за измененного передаточного числа, колеса повернуться на указанный угол уже через пол-оборота. В результате диапазон поворота руля «от края до края» значительно меньше, чем в механизме с фиксированным передаточным числом.

Рейка с переменным передаточным числом

Помимо простоты устройства тип «шестерня-рейка» используется еще потому, что в такой конструкции возможна реализация исполнительных механизмов гидроусилителя (ГУР) и электроусилителя (ЭУР), а также электрогидравлического (ЭГУР).

«червяк-ролик»

Следующий тип – «червяк-ролик», менее распространен и на легковых авто сейчас практически не используется, хотя его можно встретить на автомобилях ВАЗ классического семейства.

В основе этого механизма положена червячная передача. Представляет червяк собой винт с резьбой особого профиля. Этот винт располагается на валу, соединенном с рулевой колонкой.

С резьбой этого червяка контактирует ролик, соединенный с валом, на который посажена сошка – рычаг, взаимодействующий с элементами привода.

Червячный рулевой механизм

Суть работы механизма такова: при вращении вала, винт вращается, что приводит к продольному перемещению ролика по его резьбе. А поскольку ролик установлен на валу, то это смещение сопровождается поворотом последнего вокруг своей оси. Это в свою очередь приводит к полукруговому движению сошки, которая и воздействует на привод.

От механизма типа «червяк-ролик» на легковых авто отказались в пользу «шестерни-рейки» из-за невозможности интегрировать в него гидроусилитель (на грузовых авто он все же имелся, но исполнительный механизм был вынесенным), а также достаточно сложной конструкции привода.

Винтовой тип

Конструкция винтового механизма – еще сложнее. В ней также имеется винт с резьбой, но контактирует он не с роликом, а со специальной гайкой, на внешней стороне которой нанесен зубчатый сектор, взаимодействующий с таким же, но сделанным на валу сошки. Также существуют механизмы с промежуточными роликами между гайкой и зубчатым сектором. Принцип же действия такого механизма практически идентичен червячному – в результате взаимодействия вал проворачивается и тянет сошку, а та в свою очередь – привод.

Винтовой рулевой механизм

На винтовой механизм можно установить гидроусилитель (гайка выполняет роль поршня), но на легковых авто он не применяется из-за массивности конструкции, поэтому и используется он только на грузовиках.

Настройка червячной рулевой

Даже тщательная регулировка не победит проблему «рыскания» по дороге. Во-первых, нужно отрегулировать редуктор. Эта операция может быть довольно сложной для начинающих.

Чтобы выполнить настройку, понадобится ровная площадка. Затем при помощи съемника следует снять пальцы и сошку. Дальше все намного проще – требуется качать сошку, держать руль и поймать зазор в передаче редуктора. Если наблюдается люфт, тогда следует выкрутить гайку, завинтить винт регулировки и затянуть гайку.

Важно все делать предельно аккуратно, потому что есть риск сорвать резьбу на винте. Да и так управление будет сильно тугим

Усилие можно контролировать, когда сошка находится в рабочем положении, а пальцы на своих местах. Проверить усилие можно при помощи динамометрического ключа. Оно должно составлять 25 кгс.

В некоторых случаях регулировки ничего не дают. Если наблюдается износ, то в этом случае поможет только замена редуктора.

Рулевая колонка

Выполняет передачу вращательного усилия, которое создает водитель для изменения направления. Состоит она из рулевого колеса, располагаемого в салоне (на него и воздействует водитель, вращая его). Оно жестко посажено на вал колонки. В устройстве этой части рулевого управления очень часто используется вал, разделенный на несколько частей, соединенных между собой карданными шарнирами.

Такая конструкция сделана не просто так. Во-первых, это позволяет менять угол положения рулевого колеса относительно механизма, смещать его в определенную сторону, что нередко необходимо при компоновке составных частей авто. В дополнение такая конструкция позволяет повысить комфортабельность салона – водитель может менять положение рулевого колеса по вылету и наклону, обеспечивая максимально удобное его положение.

Во-вторых, составная рулевая колонка имеет свойство «ломаться» в случае ДТП, снижая вероятность травмирования водителя. Суть такова – при фронтальном ударе двигатель может сместиться назад и толкнуть рулевой механизм. Если бы вал колонки был цельным, изменение положения механизма привело бы к выходу вала с рулевым колесом в салон. В случае же со составной колонкой, перемещение механизма будет сопровождаться всего лишь изменением угла одной составляющей вала относительно второй, а сама колонка остается неподвижной.

Винтовой рулевой механизм

Винтовой рулевой механизм объединяет следующие конструктивные элементы: винт на валу рулевого колеса; гайку, перемещаемую по винту; зубчатую рейку, нарезанную на гайке; зубчатый сектор, соединенный с рейкой; рулевую сошку, расположенную на валу сектора.

Особенностью винтового рулевого механизма является соединение винта и гайки с помощью шариков, чем достигается меньшее трение и износ пары.

Принципиально работа винтового рулевого механизма схожа с работой червячного механизма. Поворот рулевого колеса сопровождается вращением винта, который перемещает надетую на него гайку. При этом происходит циркуляция шариков. Гайка посредством зубчатой рейки перемещает зубчатый сектор и с ним рулевую сошку.

Винтовой рулевой механизм в сравнении с червячным механизмом имеет больший КПД и реализует большие усилия. Данный тип рулевого механизма устанавливается на отдельных легковых автомобилях представительского класса, тяжелых грузовых автомобилях и автобусах.

Автомобили. Проектирование и расчет рулевых управлений: Учебно-методическое пособие, страница 11

8.2. Передаточное число рулевого управления

Общее кинематическое передаточное число рулевого управления определяется как отношение

,

где	a	– угол поворота управляемых колес;
Q	– угол поворота рулевого колеса.

Для легковых автомобилей полный угол поворота рулевого колеса составляет Q = 1080…1260° (3…3,5 оборота), а полный угол поворота управляемых колес a = 65…70. Передаточное число рулевого привода uРП

= 1. Для грузовых автомобилей при повороте управляемых колес на a = 40° (±20° от нейтрального положения) угол поворота рулевого колеса не должен превышать Q £ 1260°, без учета угла свободного поворота рулевого колеса. Передаточное число рулевого приводаuРП £ 1,3…1,5.

Передаточное число рулевого управления определяется и как произведение передаточного числа рулевого привода uРП

и передаточного числа рулевого механизма,uРМ .

Из этого выражения передаточное число рулевого механизма определяется

Для сравнительного анализа следует отметить, что передаточное число рулевых механизмов легковых автомобилей укладывается в пределах uРМ

= 16…20, а грузовых –uРМ = 20…24.

При выполнении кинематического расчета рулевого управления выполняется разработка* кинематики совместной работы рулевых тяг и направляющего устройства подвески, задача которой состоит в том, чтобы найти такие размеры и расположение в пространстве рычагов шарниров и тяг рулевого управления, при которых не будет происходить угловых перемещений управляемых колес при деформации упругих элементов подвески.

9. СИЛОВОЙ РАСЧЕТ РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ

Задачей силового расчета является определение максимальных сил, действующих на рулевое управление. В силовом расчете определяются: усилие на рулевом колесе, необходимое для поворота управляемых колес (сила, действующая на рулевое управление от рулевого колеса); на управляемых колесах при торможении; на отдельных деталях рулевого управления, а также усилие, развиваемое цилиндром усилителя (сила, действующая на рулевое управление от усилителя).

9.1.Усилие на рулевом колесе

Наибольшего значения усилие на рулевом колесе Fр

достигает при повороте автомобиля, стоящего на сухом асфальтобетонном покрытии. В движении это усилие снижается почти в два раза:

,

где	МСП	– момент сопротивления повороту управляемых колес на месте (момент на цапфах), Н×м;
Rр	– радиус рулевого колеса, м;
– прямой КПД рулевого управления ().

Размеры рулевого колеса нормированы и имеют следующие значения (табл. 4).

Момент сопротивления повороту управляемых колес определяется как

МСП

=Мf +Мj +Мb +Мg ,

где	Мf	– момент сопротивления перекатыванию управляемых колес при их повороте вокруг шкворней (момент сопротивления качению колес);
Мj	– момент сопротивления скольжению, возникающий при повороте колеса на месте;
Мb ,Мg	– моменты, обусловленные поперечными и продольными наклонами шкворней.

Для расчетов МСП

можно воспользоваться полуэмпирической формулой, дающей достаточно близкие значения к опытным:

,

где	– давление воздуха в шине, Па;
j	– коэффициент сцепления (j = 0,7…0,9);
– осевая нагрузка, воспринимаемая управляемыми колесами, Н.

Таблица 4

Размеры рулевого колеса

Тип автомобиля	Диаметр рулевого колеса, мм
Легковые особо малого класса	380
Легковые, микроавтобусы, грузовые малой грузоподъемности	400 и 425
Грузовые средней грузоподъемности и автобусы средней вместимости	440 и 475
Грузовые и тягачи большой грузоподъёмности, многоместные автобусы и троллейбусы	550

Полученное значение Fр

сопоставляется с допустимым [Fр ] = 250 Н на рулевом колесе. ЕслиFр > [Fр ], необходима установка усилителя.

9.2. Усилие, развиваемое цилиндром усилителя

Стоимость ремонта и деталей механизма

Так как основа рулевого управления автомобиля имеет подвижные элементы, соответственно со временем они выходят из строя, несмотря на качество и изначальную стоимость элементов. Прежде чем приступить к ремонту, необходимо пройти диагностику и чем сложней конструкция автомобиля, тем дороже обойдутся необходимые процедуры. В среднем диагностика элементов механизма обойдется от 400-700 рублей.

Средняя стоимость ремонта элементов рулевого управления
Наименование	Цена от, руб.	Цена от, грн.
Ремонт рулевой рейки с ЭУР	5000	2000
Ремонт рейки с ГУР	6250	2500
Ремонт рейки без ГУР	4500	1800
Ремонт распределителя рейки	3000	1200
Гильзовка корпуса рейки	2500	1000
Замена крестовины	2250	900
Ремонт редуктора (грузового авто)	13750	5500
Замена редуктора	8750	3500
Замена насоса гидроусилителя	1750	700

Что касается стоимости деталей механизма, то многое зависит от марки, модели автомобиля, устройства элементов и других факторов.

Цена деталей рулевого механизма
Наименование	Марка, модель, год	Цена от, долл $.
Рейка	Suzuki Grand Vitara 2008	445
Крестовина рулевого вала	Suzuki Grand Vitara 2008	7
Вал карданный	Suzuki Grand Vitara 2008	78
Кардан рулевого вала	Lexus LX 570 2009	118
Рейка	Subaru Forester 2002 AWD	1235
Кардан вала	Infiniti FX35 2008	55

Требования к системе рулевого управления

Система рулевого управления преобразует соз­даваемые водителем вращательные движения рулевого колеса в изменение угла поворота управляемых колес автомобиля. Конструкция и схема системы призваны обеспечить удобное и безопасное рулевое управление автомобиля во всех ситуациях и на всех скоростях. Вся си­стема рулевого управления, от рулевого колеса и до управляемых колес, должна в этих целях обладать следующими свойствами.

Передача инициируемых водителем руля­щих движений на рулевом колесе без люфта особенно важна при движении по прямой. Это гарантирует безопасное, неутомительное для водителя управление автомобилем, пре­жде всего на средних и высоких скоростях.

Поэтому рулевой механизм должен быть очень жестким. Это необходимо для обеспе­чения точной управляемости и преодоления отклонения от заданного угла поворота ру­левого колеса под действием изменяющихся возвратных сил, возникающих, например, при изменении бокового ускорения.

Слабое трение в рулевом механизме по­зволяет водителю получать через реактивные силы тактильную обратную связь, дающую информацию о коэффициенте сцепления между дорогой и шинами. Слабое трение также помогает колесам выровняться для движения по прямой. В системах рулевого управления с мускульной энергией слабое трение обеспечивает небольшие движущие силы. В системах рулевого управления с усилителем оно повышает эффективность управления.

Кинематические параметры рулевого управления и конструкция управляемой оси автомобиля должны быть такими, чтобы во­дитель мог чувствовать величину сцепления между шинами и дорогой.

Требования к рулевому управлению

Требованиями к функционированию системы рулевого управления являются:

Легкое, безопасное рулевое управление автомобилем. Сюда, к примеру, относится тенденция рулевого управления автоматиче­ски возвращаться в положение прямолиней­ного движения при отпускании руля.

Максимально возможное демпфирование колебаний, передаваемых от колес автомо­биля на рулевое колесо при движении по не­ровным дорогам. Но этот процесс не должен приводить к потере обратной связи в рулевом управлении.

Для обеспечения чистого качения колес и, соответственно, предотвращения их из­быточного износа вся рулевая кинематика должна удовлетворять условию Аккермана. Это означает, что оси управляемых колес должны пересекаться в одной точке с осью задних колес (рис. «Условие Аккермана» ).

Достаточно жесткая схема всех компонен­тов рулевого механизма означает, что даже малые инициируемые водителем рулевые движения преобразуются в изменение на­правления управляемых колес, обеспечивая безопасную и точную управляемость авто­мобиля.

Угол поворота рулевого колеса от упора до упора по соображениям комфорта дол­жен быть как можно меньше при парковке и движении с небольшой скоростью. Однако на средних и высоких скоростях рулевое управ­ление не должно быть столь чувствительным.

Требования законодательства, предъявляемые к системам рулевого управления автомобилей

Требования законодательства, предъявляе­мые к системам рулевого управления автомо­билей, описаны в международных правилах ECE-R79. К этим требованиям, наряду с базовыми функциональными требованиями, относятся максимально допустимые управ­ляющие силы для исправной и неисправной систем рулевого управления. Эти требования регламентируют прежде всего поведение ав­томобиля и рулевого управления при въезде на круг и выезде с круга. Для автомобилей всех категорий: после отпускания рулевого колеса при движении автомобиля по окруж­ности на скорости 10 км/ч, радиус поворота автомобиля должен увеличиться или как ми­нимум остаться тем же.

Для автомобилей категории М1 (легко­вые автомобили с числом посадочных мест до 8): когда автомобиль в тангенциальном направлении выезжает из круга с радиусом 50 м на скорости 50 км/ч, в системе рулевого управления не должно возникать никаких не­обычных вибраций. В автомобилях категорий М2, М3, N1, N2 и N3 это поведение должно демонстрироваться на скорости 40 км/ч или, если это значение не достигается, то на мак­симальной скорости.

Это поведение также предписывается в случае неисправности у автомобилей с гидро- или электроусилителем рулевого управления. У автомобилей категории М1 это должно быть возможно в случае отказа сер­вопривода рулевого управления для въезда со скоростью 10 км/ч в течение 4 секунд в круг радиусом 20 м. Управляющее усилие на рулевом колесе не должно превышать 30 даН (табл. «Нормы рабочих усилий в системе рулевого управления» ).