Устройство двухвальной механической коробки передач
Двухвальная коробка передач имеет следующее устройство:
ведущий (первичный) вал;
блок шестерен ведущего вала;
ведомый (вторичный) вал;
блок шестерен ведомого вала;
муфты синхронизаторов;
главная передача;
дифференциал;
механизм переключения передач;
картер коробки передач.
Схема двухвальной механической коробки передач
Ведущий вал, также как и в трехвальной коробке, обеспечивает соединение со сцеплением. На валу жестко закреплен блок шестерен.
Механизм переключения передач двухвальной коробки имеет следующее устройство: рычаг управления; трос выбора передач; рычаг выбора передач;
трос включения передач; рычаг включения передач; центральный шток переключения передач с вилками; блокирующее устройство.
Роботизированная коробка передач DSG (Direct Shift Gearbox) является в настоящее время самой совершенной автоматизированной коробкой, устанавливаемой на массовые модели легковых автомобилей.
Коробка DSG обеспечивает переключение передач без разрыва потока мощности, что значительно повышает ее потребительские качества по сравнению с другими «роботами». Непрерывная передача крутящего момента от двигателя к ведущим колесам достигнута за счет применения двух сцеплений и соответствующих им двух рядов передач. Коробка передач DSG имеет шестиступенчатую и семиступенчатую конструкции. Семиступенчатая коробка (крутящий момент до 250 нм) устанавливается на легковые автомобили B, C и некоторые модели D класса.
Шестиступенчатая коробка передач передает крутящий момент до 350 нм и устанавливается на более мощных машинах.
Коробка передач DSG имеет следующее устройство:
двойное сцепление; первый ряд передач; второй ряд передач; главная передача; дифференциал; система управления коробкой передач; корпус (картер) коробки.
Схема роботизированной коробки передач DSG
Двойное сцепление обеспечивает передачу крутящего момента на первый и второй ряды передач. Сцепление включает ведущий диск, соединенный через входную ступицу с маховиком, и две фрикционные многодисковые муфты, связанные через главную ступицу с рядами передач.
На шестиступенчатой коробке передач двойное сцепление «мокрого» типа, т.е. постоянно находится в масле. Семиступенчатая коробка имеет сухое сцепление, что позволяет значительно уменьшить объем заправляемого масла (с 6.5 л до 1.7 л), снизить энергозатраты и повысить топливную экономичность двигателя. С этой же целью на семиступенчатой коробке масляный насос с гидравлическим приводом заменен на более экономичный электрический насос.
Первый ряд коробки обеспечивает работу нечетных передач и заднего хода, второй ряд отвечает за четные передачи. Каждый из рядов передач представляет собой первичный и вторичный валы с блоками шестерен. Первичные валы расположены соосно, при этом первичный вал второго ряда выполнен полым и надет на первичный вал первого ряда.
Шестерни на первичных валах имеют жесткое соединение с валом. Шестерни вторичных валов вращаются свободно. При этом шестерни первичного и вторичного валов находятся в постоянном зацеплении. Между шестернями вторичного вала расположены муфты синхронизаторов, которые осуществляют включение конкретной передачи. Для выполнения реверсивного движения в коробке
передач предусмотрен промежуточный вал с шестерней заднего хода. На вторичных валах также расположены ведущие шестерни главной передачи.
Для управления сцеплением и переключения передач предназначена система управления коробкой передач. Система управления включает:
входные датчики; электронный блок управления; электрогидравлический блок управления; исполнительные механизмы.
Электронный и электрогидравлический блоки управления, а также практически все входные датчики, объединены в единый модуль, имеющий название Mechatronic. Модуль управления располагается непосредственно в картере коробки передач.
Электрогидравлический блок управления обеспечивает работу гидравлического контура управления коробкой передач. В него входят следующие элементы:золотники-распределители; электромагнитные клапана; клапана регулирования давления; мультиплексор.
Автоматическая коробка передач (сокращенное название АКПП, обиходное название – коробка-автомат) является самым распространенным устройством изменения крутящего момента, применяемым в автоматической трансмиссии автомобиля. Традиционно автоматической называют гидромеханическую коробку передач.
Автоматическая коробка передач имеет следующее устройство:
гидротрансформатор; механическая коробка передач; насос рабочей жидкости; система охлаждения рабочей жидкости; система управления.
Гидротрансформатор предназначен для передачи и изменения крутящего момента от двигателя к механической коробке передач. Конструкция гидротрансформатора включает:
насосное колесо; турбинное колесо; реакторное колесо; блокировочная муфта; муфта свободного хода; корпус гидротрансформатора.
Насосное колесо соединено с коленчатым валом двигателя. Турбинное колесо связано с механической коробкой передач. Между насосным и турбинным колесами располагается неподвижное реакторное колесо. Все колеса гидротрансформатора оснащены лопастями определенной формы, между которыми предусмотрены каналы для прохода рабочей жидкости.
Блокировочная муфта служит для блокировки гидротрансформатора в определенных режимах работы автомобиля. Муфта свободного хода (обгонная муфта) обеспечивает вращение жестко закрепленного реакторного колеса в противоположную сторону.
Все конструктивные элементы гидротрансформатора расположены в корпусе, который заполнен специальной рабочей жидкостью.
Блокировка гидротрансформатора происходит с дальнейшим ростом скорости, при этом замыкается блокирующая муфта, и передача крутящего момента от двигателя к механической коробке передач происходит напрямую.
Механическая коробка передач в составе АКПП служит для ступенчатого изменения крутящего момента, а также обеспечивает движение автомобиля задним ходом. На автоматических коробках, как правило, применяются планетарные редукторы, отличающиеся компактностью и возможностью соосной работы. Механическая коробка передач состоит из нескольких (обычно двух) планетарных редукторов, соединенных последовательно для совместной работы. Объединение планетарных редукторов позволяет обеспечить необходимое число ступеней работы. Современные автоматические коробки выполняются шестиступенчатыми, семиступенчатыми (Mercedes) и даже восьмиступенчатыми (Lexus).
Планетарный редуктор в коробке передач имеет название планетарный ряд. Планетарный ряд имеет следующее устройство: солнечная шестерня; сателлиты;
коронная шестерня; водило.
Схема автоматической коробки передач
Таким образом, механизмами переключения передач в автоматической коробке являются фрикционные муфты и тормоза. Работа АКПП заключается в выполнении определенного алгоритма включения и выключения муфт и тормозов.
Циркуляцию рабочей жидкости в автоматической коробке передач осуществляет шестеренный насос. Насос приводится в действие от ступицы гидротрансформатора.
Охлаждение рабочей жидкости в АКПП производит соответствующая система. Рабочая жидкость может охлаждаться в охладителе (теплообменнике), включенном в систему охлаждения двигателя. Ряд конструкций коробок имеет отдельный радиатор рабочей жидкости.
На современных автоматических коробках передач применяется электронная система управления, которая включает следующие конструктивные элементы:
входные датчики; электронный блок управления коробкой передач; распределительный модуль; рычаг селектора.
В системе применяются следующие датчики:
-частоты вращения на входе коробки передач;
-частоты вращения на выходе коробки передач;
-температуры рабочей жидкости;
-положения рычага селектора;
-положения педали газа.
Вариатор (обиходное название – вариаторная коробка передач) является бесступенчатой коробкой передач, т.е. обеспечивает в заданном диапазоне плавное изменение передаточного числа.
Основное преимущества вариатора по сравнению с другими коробками заключается в эффективном использовании мощности двигателя за счет оптимального согласования нагрузки на автомобиль с оборотами коленчатого вала, тем самым достигается высокая топливная экономичность.
Вариаторная коробка передач имеет общепризнанное название (аббревиатуру) CVT – Continuously Variable Transmission (в переводе – постоянно изменяющаяся трансмиссия). Ввиду ограничений по мощности вариаторы на сегодняшний день применяются только на легковых автомобилях, правда диапазон их использования вследствие технического прогресса постоянно расширяется.
Вариаторная коробка передач имеет следующее общее устройство:
механизм, обеспечивающий разъединение коробки передач от двигателя (нейтральное положение коробки передач);
собственно вариатор (вариаторная передача);
механизм, обеспечивающий движение задним ходом;
система управления.
Для разъединения вариатора от двигателя использоваться следующие механизмы:
центробежное автоматическое сцепление (вариатор Transmatic);
электромагнитное сцепление с электронным управлением (вариатор Hyper на автомобилях Nissan);
многодисковое мокрое сцепление с электронным управлением (вариатор Multitronic на автомобилях Audi, вариаторы на автомобилях Honda);
гидротрансформатор (вариатор Ecotronic на автомобилях Ford, вариатор Extroid на автомобилях Nissan, вариатор Lineartronic на автомобилях Subaru).
Из всего многообразия различных видов вариаторов на автомобилях нашли применение только два вида:
клиноременный вариатор;
тороидный вариатор.
Лабораторная работа №5
Тема: Практическое изучение устройства приборов карданных передач, подвесок автомобиля зарубежного производства. Основные неисправности и способы их устранения.
Цель работы: Практически изучить устройство приборов карданных передач, подвесок автомобиля зарубежного производства. Основные неисправности и способы их устранения.
Карданная передача обеспечивает передачу крутящего момента от вторичного вала коробки передач на вал главной передачи, расположенных под углом друг к другу.
Главная передача служит для увеличения крутящего момента и передаче его на полуоси ведущих колес. На заднеприводных автомобилях применяется гипоидная главная передача (оси шестерен не пересекаются).
Дифференциал предназначен для распределения крутящего момента между ведущими колесами. Он позволяет полуосям вращаться с разными угловыми скоростями, что необходимо при повороте автомобиля.
Трансмиссия переднеприводного автомобиля имеет следующее устройство:
сцепление; коробка передач; главная передача; дифференциал; шарниры равных угловых скоростей; приводные валы (полуоси).
На переднеприводных автомобилях главная передача и дифференциал размещаются в картере коробки передач.
Шарниры равных угловых скоростей (ШРУС) служат для передачи крутящего момента от дифференциала к ведущим колесам. В конструкции трансмиссии используется, как правило, два шарнира для соединения с дифференциалом (внутренние шарниры) и два шарнира для соединения с колесами (внешние шарниры).
Карданная передача предназначена для передачи крутящего момента между валами, расположенными под углом друг к другу. В автомобиле карданная передача применяется, как правило, в трансмиссии и рулевом управлении.
Посредством карданной передачи могут соединяться следующие элементы трансмиссии:
-двигатель и коробка передач;
-коробка передач и раздаточная коробка;
-коробка передач и главная передача;
-раздаточная коробка и главная передача;
-дифференциал и ведущие колеса.
Основным элементом карданной передачи является карданный шарнир. В зависимости от конструкции шарнира различают следующие типы карданных передач:
карданная передача с шарниром неравных угловых скоростей;
карданная передача с шарниром равных угловых скоростей;
карданная передача с полукарданным упругим шарниром;
карданная передача с полукарданным жестким шарниром.
Карданная передача с полукарданным жестким шарниром на автомобилях не применяется, т.к. не отвечает требованиям надежности и технологичности.
Карданная передача с шарниром неравных угловых скоростей
Карданная передача с шарниром неравных угловых скоростей имеет устоявшееся название – карданная передача, обиходное название – кардан. Данный тип передачи применяется в основном на заднеприводных автомобилях и автомобилях с полным приводом.
Карданная передача имеет следующее устройство:
шарниры неравных угловых скоростей; карданные валы; промежуточная опора; соединительные устройства.
Схема карданной передачи
Шарнир неравных угловых скоростей объединяет две вилки, расположенные под углом 90° друг к другу, крестовину и фиксирующие элементы. Крестовина вращается в игольчатых подшипниках, установленных в проушинах вилок. Подшипники необслуживаемые, пластичная смазка закладывается в них при сборке и в процессе эксплуатации не меняется.
Особенностью шарнира неравных угловых скоростей является неравномерная (циклическая) передача крутящего момента, т.е. за один оборот ведомый вал дважды отстает и дважды обгоняет ведущий вал. Для компенсации неравномерности вращения в карданной передаче применяется не менее двух шарниров, по одному с каждой стороны карданного вала. При этом вилки противоположных шарниров располагаются в одной плоскости.
В карданной передаче в зависимости от расстояния, на которое передается крутящий момент, применяется один или два карданных вала. При двухвальной схеме первый вал носит название промежуточного, второй – заднего карданного вала. Место соединения валов фиксируется с помощью промежуточной опоры. Промежуточная опора крепится к кузову (раме) автомобиля. Для компенсации, возникающих в результате работы, изменений длины карданной передачи в одном из валов выполняется шлицевое соединение.
Соединение карданной передачи с другими элементами трансмиссии производится с помощью соединительных элементов: фланцев, муфт и др.
Карданная передача с шарниром равных угловых скоростей
Карданная передача с шарниром равных угловых скоростей нашла широкое применение в переднеприводных автомобилях для соединения дифференциала и ступицы ведущего колеса.
Карданная передача данного типа включает два шарнира равных угловых скоростей, соединенных приводным валом. Ближайший к коробке передач (дифференциалу) шарнир носит название внутреннего, противоположный ему – внешний шарнир.
С целью снижения уровня шума карданная передача с шарниром равных угловых скоростей также применяется в трансмиссиях автомоблей с задним и полным приводом. В данном случае шарнир неравных угловых скоростей уступает более соершенной конструкции ШРУС.
Карданный шарнир равных угловых скоростей обеспечивает передачу крутящего момента от ведущего к ведомому валу с постоянной угловой скорость, независимо от угла наклона валов. Самым распространенным в конструкции трансмиссии переднеприводного автомобиля является шариковый шарнир равных угловых скоростей.
Шарнир равных угловых скоростей (сокращенное название – ШРУС, обиходное название – граната) имеет следующее устройство: корпус; обойма; шарики; сепаратор; грязезащитный чехол.
Подвеска автомобиля предназначена для обеспечения упругой связи между колесами и кузовом автомобиля за счет восприятия действующих сил и гашения колебаний. Подвеска входит в состав ходовой части автомобиля.
Подвеска автомобиля имеет следующее общее устройство:
направляющий элемент; упругий элемент; гасящее устройство; стабилизатор поперечной устойчивости; опора колеса; элементы крепления.
В подвесках легковых автомобилей широко используются витые пружины, изготовленные из стального стержня круглого сечения. Пружина может иметь постоянную и переменную жесткость. Цилиндрическая пружина, как правило, постоянной жесткости. Изменение формы пружины (применение металлического прутка переменного сечения) позволяет достичь переменной жесткости.
Листовая рессора применяется на грузовых автомобилях.
Торсион представляет собой металлический упругий элемент, работающий на скручивание.
К неметаллическим относятся резиновые, пневматические и гидропневматические упругие элементы. Резиновые упругие элементы (буферы, отбойники) используются дополнительно к металлическим упругим элементам.
Работа пневматических упругих элементов основана на упругих свойствах сжатого воздуха. Они обеспечивают высокую плавность хода и возможность поддержания определенной величины дорожного просвета.
Гидропневматический упругий элемент представлен специальной камерой, заполненной газом и рабочей жидкостью, разделенных эластичной перегородкой.
Схема однотрубного газонаполненного амортизатора
Гасящее устройство (амортизатор) предназначено для уменьшения амплитуды колебаний кузова автомобиля, вызванных работой упругого элемента. работа амортизатора основана на гидравлическом сопротивлении, возникающем при
протекании жидкости из одной полости цилиндра в другую через калибровочные отверстия (клапаны).
Различают следующие конструкции амортизаторов: однотрубные (один цилиндр) и двухтрубные (два цилиндра). Двухтрубные амортизаторы короче однотрубных, имеют большую область применения, поэтому шире используются на автомобиле.
Схема двухтрубного газонаполненного амортизатора
У однотрубных амортизаторов рабочая и компенсационная полости расположены в одном цилиндре. Изменение объема рабочей жидкости, вызванные температурными колебаниями, компенсируются за счет объема газовой полости.
Двухтрубный амортизатор включает две, расположенные одна в другой, трубы. Внутренняя труба образует рабочий цилиндр, а внешняя - компенсационную полость.
В ряде конструкций амортизаторов предусмотрена возможность изменения демпфирующих свойств:
-ручная регулировка клапанов перед установкой амортизатора на автомобиль;
-применение электромагнитных клапанов с изменяемой площадью калибровочных отверстий;
-изменение вязкости рабочей жидкости за счет воздействия электромагнитного поля.
Элементы подвески соединяются между собой и с кузовом автомобиля с помощью элементов крепления. В подвеске используются, в основном, три вида креплений:
-жесткое болтовое соединение;
-соединение с помощью эластичных элементов (резино-металлические втулки, сайлент-блоки);
-шаровой шарнир (шаровая опора).
Эластичные элементы используются для присоединения элементов подвески к кузову и в отдельных случаях к опоре колеса. Соединение с кузовом осуществляется через подрамник. Эластичные элементы гасят вибрации определенной частоты и, тем самым, снижают уровень шума в подвеске.
Шаровая опора устанавливается на нижнем рычаге передней подвески, а также на конце тяги рулевого механизма. Для удобства эксплуатации шаровые опоры делают съемными.
В зависимости от конструкции направляющих элементов различают два типа подвески - независимая и зависимая.
Зависимая подвеска объединяет колеса жесткой балкой, и образует так называемый мост автомобиля. Перемещение одного из колес в поперечной плоскости передается другому колесу. Зависимая подвеска вследствие своей простоты имеет высокую надежность.
На современных легковых автомобилях независимая подвеска используется в качестве основной конструкции передней и задней подвесок.
Виды подвесок
Различают следующие виды независимых подвесок: -подвеска на двойных поперечных рычагах; -подвеска МакФерсон; -многорычажная подвеска; -подвеска на продольных рычагах; -торсионная подвеска.
В качестве задней подвески автомобиля используется подвеска на продольных рычагах. Остальные виды подвесок могут использоваться как на передней, так и на задней оси автомобиля. Наибольшее распространение на легковых автомобилях получили следующие виды подвесок:
-на передней оси – подвеска МакФерсон;
-на задней оси – многорычажная подвеска.
На некоторых дорогих внедорожных автомобилях устанавливается пневматическая подвеска, в которой используются пневматические упругие элементы. Особое место в конструкции подвесок занимает гидропневматическая подвеска, разработанная фирмой Citroen. Конструкция пневматической и гидропневматической подвески построена на известных типах подвесок.
В настоящее время многие автопроизводители оборудуют свои автомобили активной подвеской (другое наименование - адаптивная подвеска). В адаптивной подвеске предусмотрено автоматическое регулирование демпфирующей способности амортизаторов. Ряд моделей пневматической и гидропневматической подвесок являются адаптивными.
Лабораторная работа №6
Тема: Практическое изучение устройства приборов ведущих и управляемых мостов автомобилей зарубежного производства.
Цель работы: Практически изучить устройство приборов ведущих и управляемых мостов автомобилей зарубежного производства.
Наибольшее применение на современных автомобилях нашла механическая трансмиссия. Механическая (гидромеханическая) трансмиссия, изменение крутящего момента в которой происходит автоматически, называется автоматической трансмиссией.
В конструкции трансмиссии в качестве ведущих колес могут использоваться передние, задние, а также и передние, и задние колеса. Если в качестве ведущих колес используются задние колеса, автомобиль имеет задний привод, а если передние – передний привод. Привод на передние и задние колеса имеют полноприводные автомобили.
У автомобилей с разными типами привода конструкция трансмиссии имеет существенные различия, как по составу элементов, так и по их устройству.
Трансмиссия заднеприводного автомобиля имеет следующее устройство:
сцепление; коробка передач; карданная передача; главная передача; дифференциал; полуоси.
Современные модели автомобилей имеют в своем арсенале, как правило, несколько двигателей – как бензиновых, так и дизельных. Двигатели различаются по мощности, величине крутящего момента, частоте вращения коленчатого вала. С разными двигателями применяются и разные коробки передач: механика, робот, вариатор и конечно автомат.
Адаптация коробки передач к конкретному двигателю и автомобилю осуществляется с помощью главной передачи, имеющей определенное передаточное число. В этом основное предназначение главной передачи автомобиля.
Конструктивно главная передача представляет собой зубчатый редуктор, который обеспечивает увеличение крутящего момента двигателя и уменьшение частоты вращения ведущих колес автомобиля.
На преднеприводных автомобиля главная передача расположена вместе с дифференциалом в коробке передач. В автомобиле с задним приводом ведущих колес главная передача помещена в картер ведущего моста, где кроме нее находится и дифференциал. Положение главной передачи в автомобилях с полным приводом зависит от типа привода, поэтому может быть как в коробке передач, так и в ведущем мосту.
В зависимости от числа ступеней редуктора главная передача может быть одинарной или двойной. Одинарная главная передача состоит из ведущей и ведомой шестерен. Двойная главная передача состоит из двух пара шестерен и применяется в основном на грузовых автомобилях, где требуется увеличение передаточного числа. Конструктивно двойная главная передача может выполняться центральной или разделенной. Центральная главная передача компонуется в общем картере ведущего моста. В разделенной передаче ступени редуктора разнесены: одна располагается в едущем мосту, другая – в ступице ведущих колес.
Вид зубчатого соединения определяет следующие типы главной передачи:
цилиндрическая; коническая; гипоидная; червячная.
Цилиндрическая главная передача применяется на переднеприводных автомобилях, где двигатель и коробка передач расположены поперечно. В передаче используются шестерни с косыми и шевронными зубьями. Передаточное число цилиндрической главной передачи находится в пределах 3,5-4,2. Дальнейшее увеличение передаточного числа приводит к увеличению габаритов и уровня шума.
В современных конструкциях механической коробки передач применяется несколько вторичных валов (два и даже три), на каждом из которых устанавливается своя ведущая шестерня главной передачи. Все ведущие шестерни имеют зацепление с одной ведомой шестерней. В таких коробках главная передача имеет несколько значений передаточных чисел. По такой же схеме устроена главная передача роботизированной коробки передач DSG.
На пререднеприводных автомобилях может производиться замена главной передачи, являющаяся составной частью тюнинга трансмиссии. Это приводит к улучшению разгонной динамики автомобиля и снижению нагрузки на сцепление и коробку передач. Коническая, гипоидная и червячная главные передачи применяются на заднеприводных автомобилях, где двигатель и коробка передач расположены параллельно движению, а крутящий момент на ведущую ось необходимо передать под прямым углом.
Из всех типов главной передачи заднеприводных автомобилей самой востребованной является гипоидная главная передача, которую отличает меньшая нагрузка на зуб и низкий уровень шума. Вместе с тем, наличие смещения в зацеплении зубчатых колес приводит к повышению трения скольжения и, соответственно, снижению КПД. Передаточное число гипоидной главной передачи составляет: для легковых автомобилей 3,5-4,5, для грузовых автомобилей 5-7.
Коническая главная передача применяется там, где не важны габаритные размеры и не ограничен уровень шума. Червячная главная передача ввиду трудоемкости изготовления и дороговизне материалов в конструкции трансмиссии автомобиля практически не применяется.
Лабораторная работа №7
Тема: Практическое изучение устройства приборов рулевого управления автомобилей зарубежного производства. Определение основных неисправностей и способы их устранения.
Цель работы: Практически изучить устройство приборов рулевого управления автомобилей зарубежного производства. Определение основных неисправностей и способов их устранения.
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.
Схема рулевого управления
Рулевое колесо воспринимает от водителя усилия, необходимые для изменения направления движения, и передает их через рулевую колонку рулевому механизму. Диаметр рулевого колеса легковых автомобилей находится в пределе 380 - 425 мм, грузовых автомобилей – 440 – 550 мм. Рулевое колесо спортивных автомобилей имеет меньший диаметр.
Рулевая колонка обеспечивает соединение рулевого колеса с рулевым механизмом. Рулевая колонка представлена рулевым валом, имеющем несколько шарнирных соединений. На современных автомобилях предусмотрено иеханическое 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.
Реечный рулевой механизм включает шестерню, установленную на валу рулевого колеса и связанную с зубчатой рейкой. При вращении рулевого колеса рейка перемещается в одну или другую сторону и через рулевые тяги поворачивает колеса. Реечный рулевой механизм располагается, как правило, в подрамнике подвески автомобиля.
Рулевой привод предназначен для передачи усилия, необходимого для поворота, от рулевого механизма к колесам. Он обеспечивает оптимальное соотношение углов поворота управляемых колес, а также препятствует их повороту при работе подвески.
Наибольшее распространение получил механический рулевой привод, состоящий из рулевых тяг и рулевых шарниров. Рулевой шарнир выполняется шаровым. Шаровый шарнир состоит из корпуса, вкладышей, шарового пальца и защитного чехла. Для удобства эксплуатации шаровый шарнир выполнен в виде съемного наконечника рулевой тяги. По своей сути рулевая тяга с шаровой опорой выступает дополнительным рычагом подвескию
Для уменьшения усилий, необходимых для поворота рулевого колеса, в рулевом приводе применяется усилитель рулевого управления. Применение усилителя обеспечивает точность и быстродействие рулевого управления, а также снижает общую физическую нагрузку на водителя.
В зависимости от типа привода различают следующие виды усилителей рулевого управления: гидравлический; электрический; пневматический.
Большинство современных автомобилей имеют гидравлический усилитель рулевого управления (другое название – гидроусилитель руля). Разновидностью гидроусилителя является электрогидравлический усилитель рулевого управления.
В последние годы на автомобилях все шире применяется электрический усилитель рулевого управления (другое название – электроусилитель руля).
Усилитель рулевого управления, в котором усилие, необходимое для поворота рулевого колеса, изменяется в зависимости от скорости автомобиля называется адаптивным усилителем рулевого управления. Известной конструкцией адаптивного усилителя рулевого управления является система Servotronic.
Инновационной является система активного рулевого управления, устанавливаемая на автомобили BMW, система динамического рулевого управления, устанавливаемая на автомобили Audi. В данных системах передаточное число рулевого механизма изменяется в зависимости от скорости движения автомобиля.
Гидроусилителем рулевого управления (обиходное название – гидроусилитель руля) называется конструктивный элемент рулевого управления автомобиля, в котором дополнительное усилие при повороте рулевого колеса создается с помощью гидравлического привода. Гидроусилитель руля является самым распространенным видом усилителя рулевого управления.
Простейший гидроусилитель руля имеет привод гидронасоса от коленчатого вала двигателя. У такого усилителя производительность прямо пропорциональна частоте вращения колнечатого вала двигателя, что противоречит реальным потребностям рулевого управления (при максимальной скорости движения требуется минимальный коэффициент усиления, и наоборот).
Наиболее совершенным с точки зрения потребительских свойств и конструкции является электрогидравлический усилитель руля. Преимуществами электрогидравлического усилителя являются компактность, возможность функционирования на неработающем двигателе, экономичность за счет включения в нужный момент. В конструкции данного гидроусилителя предусмотрена возможность электронного регулирования коэффициента усиления. Поэтому, наряду с комфортностью управления усилитель может обеспечить легкость маневрирования на малых скоростях, что недоступно обычному гидроусилителю.
Электрогидравлический усилитель рулевого управления имеет следующее устройство: насосный агрегат; гидравлический узел управления; система управления.
Схема электрогидравлического усилителя руля
Насосный агрегат представляет собой объединенный блок, включающий гидравлический насос, электродвигатель насоса и бачок для рабочей жидкости. На насосный агрегат устанавливается электронный блок управления.
Гидравлический насос может быть лопастного или шестеренного типа. Наиболее простым и надежным является шестеренный насос.
Гидравлический узел управления является исполнительным механизмом усилителя руля. Он включает:
-торсион с поворотным золотником и распределительной гильзой;
-силовой цилиндр с поршнем.
Гидравлический узел управления объединен с рулевым механизмом. Шток поршня силового цилиндра является продолжением рейки рулевого механизма.
Система управления обеспечивает работу гидроусилителя. На современных автомобилях используется электронная система управления, которая обеспечивает регулирование коэффициента усиления в зависимости от скорости поворота рулевого колеса и скорости движения автомобиля. Усилитель с такими характеристиками называется адаптивным усилителем рулевого управления.
На автомобилях концерна Volkswagen и BMW электронная система управления гидравлическим усилителем руля имеет торговое название Servotronic.
Система Servotronic включает: входные датчики; электронный блок управления;исполнительное устройство.
Входными датчиками системы являются датчик усилителя руля (датчик угла поворота рулевого колеса – на автомобилях, оборудованных ESP), датчик спидометра. Помимо датчиков, система использует информацию о частоте вращения коленчатого вала двигателя, поступающую от системы управления двигателем.
Электронный блок управления гидроусилителем руля принимает и обрабатывает сигналы датчиков и в соответствии с установленной программой воздействует на исполнительное устройство.
В разных модификациях системы Servotronic используются следующие исполнительные устройства:
электродвигатель насоса;
электромагнитный клапан в гидросистеме.
В первом случае изменение производительности гидроусилителя осуществляется за счет изменения скорости вращения электродвигателя. Во-втором, за счет изменения проходного сечения гидросистемы (открытие-закрытие клапана).
Работа гидроусилителя руля
При прямолинейном движении автомобиля гидравлический узел управления обеспечивает циркуляцию жидкости по кругу (от насоса по каналам напрямую в бачек).
При повороте рулевого колеса происходит закрутка торсиона, которая сопровождается поворотом золотника относительно распределительной гильзы. По открывшимся каналам жидкость поступает в одну из полостей (в зависимости от направления поворота) силового цилиндра. Из другой полости силового цилиндра жидкость по открывшимся каналам сливается в бачек. Поршень силового цилиндра обеспечивает перемещение рейки рулевого механизма. Усилие от рейки передается на рулевые тяги и далее приводит к повороту колес.
При осуществлении поворота на небольшой скорости (при парковке, маневрах в ограниченном пространстве) гидроусилитель руля работает с наибольшей производительностью. На основании сигналов датчиков электронный блок управления увеличивает частоту вращения электродвигателя насоса (обеспечивает открытие электромагнитного клапана). Соответственно увеличивается производительность насоса. В силовой цилиндр интенсивнее поступает специальная жидкость. Усилие на рулевом колесе значительно снижается.
Электроусилителем рулевого управления (обиходное название – элетроусилитель руля) называется конструктивный элемент рулевого управления автомобиля, в котором дополнительное усилие при повороте рулевого колеса создается с помощью электрического привода. В конструкции современного автомобиля электроусилитель рулевого управления постепенно заменяет гидроусилитель руля.
Основными преимуществами электроусилителя руля в сравнении с гидроусилителем рулевого управления являются:
удобство регулирования характеристик рулевого управления;
высокая информативность рулевого управления;
высокая надежность в связи с отсутствием гидравлической системы;
топливная экономичность, обусловленная экономным расходованием энергии.
Различают две схемы компоновки электроусилителя рулевого управления:
-усилие электродвигателя передается на вал рулевого колеса;
-усилие электродвигателя передается на рейку рулевого механизма.
Наиболее совершенным с точки зрения конструкции является электромеханический усилитель рулевого управления. Известными конструкциями такого усилителя являются:
-электромеханический усилитель руля с двумя шестернями;
-электромеханический усилитель руля с параллельным приводом. Электромеханический усилитель рулевого управления имеет следующее устройство: электродвигатель усилителя; механическая передача; система управления.
Схема электромеханического усилителя руля c двумя шестернями
Электроусилитель руля объединен с рулевым механизмом в одном блоке. В конструкции усилителя устанавливается, как правило, асинхронный электродвигатель.
Механическая передача обеспечивает передачу крутящего момента от электродвигателя к рейке рулевого механизма. В электроусилителе с двумя шестернями одна шестерня передает крутящий момент на рейку рулевого механизма от рулевого колеса, другая – от электродвигателя усилителя. Для этого на рейке предусмотрены два участка зубьев, один из которых служит приводом усилителя.