Конструкция рулевого управления на примере ГАЗ повышенной проходимости.

Рулевой механизм с одной рабочей парой – глобоидальный червяк и трехгребневой ролик, передаточное отношение 20,5. Крепится болтами к левому лонжерону рамы. Основные части: рулевой вал с колонкой 3 (рис. 9) и рулевым колесом 1, картер 7 с крышками, червяк 6, трехгребневой ролик 10, вал 15 сошки, регулировочное устройство.

Рулевой вал составной. Он состоит из верхнего рулевого вала 4, карданного вала 18 с двумя шарнирами 19 на игольчатых подшипниках и вала 5 червяка. Верхний вал вращается в рулевой колонке на двух специальных шариковых подшипниках 2. Рулевая колонка представляет собой тонкостенную трубу, которая с помощью рычагов 27 и резиновых втулок шарнирно крепится к кронштейну педалей сцепления и тормоза. От осевых смещений в колонке вал фиксируется шайбами. На шлицах верхнего конца рулевого вала установлена и затянута гайкой ступица рулевого колеса.

Карданный вал трубчатый, на концах имеет вилки; вторые вилки шарниров крепятся шпонками и стяжными болтами к верхнему валу 4 и валу 5 червяка.

Составная конструкция рулевого вала и шарнирное крепление рулевой колонки позволяют откидывать кабину при обслуживании автомобиля.

Картер рулевого механизма изготовлен заодно с кронштейном, которым он крепится к раме. Для заливки и контроля уровня масла в картере имеется пробка, слив масла осуществляется через нижнюю крышку.

Червяк глобоидальный, т. е. его поверхность, где нарезаны зубья, выполнена по дуге с переменным радиусом, что позволяет иметь в зацеплении червяка и ролика переменный зазор. При движении прямо червяк зацепляется с роликом в средней части, и зазор в зацеплении минимальный или даже равен нулю, это обеспечивает водителю хорошее «чувство дороги». На поворотах ролик зацепляется с крайними зубьями червяка, зазор в зацеплении увеличивается, «чувство дороги» ухудшается, но движение в этих условиях происходит с небольшой скоростью, и это не опасно. Увеличенный зазор в повернутом положении дает возможность регулировать рабочую пару по мере износа. Больше червяк изнашивается в средней части и меньше по краям. В случае устранения зазора в средней части регулировкой, если бы не был предусмотрен повышенный зазор по краям, при поворотах рулевой механизм заклинивало бы, что затрудняло бы управление автомобилем.

Червяк 6 напрессован на вал 5 и установлен в картере на двух конических подшипниках, ролики которых обкатываются по шейкам вала. Под крышку нижнего подшипника установлены бумажные прокладки 8 для регулировки подшипников, в верхней крышке имеется сальник.

Ролик вращается на оси на шариковых подшипниках. Ось ролика установлена в щеках головки вала сошки, концы ее расклепаны и заварены.

Вал 15 сошки вращается на роликовом подшипнике, расположенном в боковой крышке 13, и на бронзовой втулке, установленной в картере. На концах вала имеются мелкие треугольные шлицы и резьба для крепления сошки 17. Для правильной установки сошки вал имеет четыре сдвоенных впадины, а сама сошка – четыре сдвоенных шлица.

Рис. 9. Рулевое управление автомобиля ГАЗ-66:

1 – рулевое колесо; 2 – подшипник; 3 – рулевая колонка; 4 – верхний рулевой вал; 5 – вал червяка; 6 – червяк; 7 – картер; 8 – регулировочные прокладки; 9 – ось ролика; 10 – ролик;

11 – гайка регулировочного устройства; 12 – регулировочный винт; 13 – боковая крышка;

14 – роликовый подшипник; 15 – вал сошки; 16 – уплотнение; 17 – сошка; 18 – карданный вал; 19 – карданный шарнир; 20 – силовой цилиндр; 21 – поперечная рулевая тяга;

22, 23 – поворотные рычаги; 24 – продольная рулевая тяга; 25 – распределитель;

26 – масляной насос с бачком; 27 – рычаги.

Регулировочное устройство предназначено для регулировки зацепления рабочей пары. Оно состоит из винта 12, гайки 11, стопорной шайбы и штифта. Винт ввернут в боковую крышку картера и имеет специальный паз, в который входит хвостовик вала сошки. Винт фиксируется шайбой, которая стопорится штифтом и поджимается к картеру гайкой 11. При вращении винта перемещается вал с роликом. Так как оси ролика и червяка смещены относительно друг друга, то при перемещении вала меняется расстояние между осями, что ведет к изменению зазора в зацеплении ролика и червяка.

В картер рулевого механизма заправляется 0,5 л масла.

Рулевой привод состоит из рулевой сошки 17, продольной 24 и поперечной 21 рулевых тяг, поворотных рычагов 22, 23. Поперечная рулевая тяга вместе с двумя поворотными рычагами и балкой моста образуют рулевую трапецию, которая обеспечивает при повороте рулевого колеса поворот передних колес на разные углы.

Продольная рулевая тяга трубчатая, с двумя регулируемыми шарнирами. На переднем конце тяги закреплено устройство 25 усилителя. Каждый шарнир состоит из шарового пальца 7 (рис. 10), двух сухарей 8, пружины 12 с ограничителем 13, гайки 6 со штифтом (на переднем конце) или пробки со шплинтом (на заднем конце), масленки и защитной муфты 14. Основные детали шарнира помещены в стакане 11, детали заднего шарнира размещаются непосредственно в наконечнике, изготовленном заодно с тягой. Стакан 11 размещается в наконечнике тяги и может перемещаться в осевом направлении на 3 мм. Пружина 12 плотно прижимает сухари 8 к шаровому пальцу и предотвращает образование зазора в соединении. К шаровому пальцу на переднем конце крепиться рулевая сошка 15, на заднем конце – поворотный рычаг 22 (см. рис. 9).

Рис. 10. Наконечник продольной рулевой тяги и распределитель усилителя автомобиля ГАЗ-66:

1, 16 – опорные шайбы; 2, 5 – манжеты; 3 – болт; 4 – золотник; 6 – гайка; 7 – шаровой палец; 8 – сухарь; 9 – наконечник; 10 – гайка; 11 – стакан; 12 – пружина; 13 – ограничитель пружины; 14 – защитная муфта; 15 – рулевая сошка; 17 – корпус; 18 – обратный клапан

Поперечная рулевая тяга (рис. 11) представляет собой изогнутый стержень, на концах которого навернуты наконечники 4 с нерегулируемыми шарнирами. Основные детали шарнира: шаровой палец 1, два сухаря 3 и 8, пружина 10, масленка 11, резиновая накладка 2. Детали шарнира помещаются в отверстии головки наконечника. Это отверстие закрывается крышкой 9. К поперечной тяге приварен кронштейн 6, к которому присоединяется цилиндр гидрусилителя. Навинчиванием или свинчиванием наконечников можно изменять длину тяги и тем самым регулировать схождение колес.

Рис. 11. Поперечная рулевая тяга автомобиля ГАЗ-66:

1 – шаровой палец; 2 – резиновая накладка; 3, 8 – сухари; 4 – наконечник; 5 – тяга; 6 – кронштейн; 7 – стяжной болт; 9 – крышка; 10 – пружина; 11 – масленка

Усилитель рулевого привода гидравлический. Он состоит из масляного насоса 26 (см. рис. 9) с бачком, распределительного устройства 25, силового цилиндра 20 и трубопровода.

Насос служит для создания давления масла. В усилителе используется лопастной насос двойного действия с максимальным давлением 65 – 70 кгс/см² и производительностью 8 – 10 л/мин. Насос крепится с правой стороны двигателя и приводится в действие от шкива коленчатого вала двумя клиновидными ремнями.

Насос состоит из корпуса 19 (рис. 12) с крышкой 12 и статором 18; ротора 16 с лопастями 17, валика 2 со шкивом 1; распределительного диска 14; перепускного 15 и предохранительного 11 клапанов; бачка 5 с крышкой 7; двумя фильтрами 8 и 9 и коллектором 4.

Корпус, статор и крышка стянуты между собой четырьмя болтами. В корпусе имеется полость, куда масло через вертикальное отверстие поступает из бачка. На торце корпуса есть два овальных отверстия, по которым масло поступает к ротору. Крышка корпуса имеет расточку под распределительный диск, горизонтальное глухое отверстие, где расположены клапаны, а также вертикальный канал, которым пространство за перепускным клапаном соединено с бачком. В нижней части крышка имеет калиброванное отверстие 13, через которое масло выходит из насоса. В статоре выполнены овальное отверстие разных диаметров для прохода масла из полости корпуса к распределительному диску.

Ротор установлен на шлицах валика и имеет десять пазов, в которых размещаются полости. Пространство между двумя соседними лопастями является рабочей полостью насоса. Вал ротора вращается в корпусе на роликовом и шариковом подшипниках и уплотняется сальником. Распределительный диск направляет масло к лопастям ротора, под лопасти и от лопастей, для этого в диске имеются отверстия. Усилием пружины перепускного клапана диск прижимается к статору и ротору. Перепускной клапан ограничивает производительность насоса, предохранительный клапан ограничивает давление, развиваемое насосом.

Масляной бачок имеет сапун, плоский фильтр, который очищает масло при его заливке в бачок, и круглый фильтр, очищающий масло, возвращающееся из системы. Перед круглым фильтром есть клапан 10, который пропускает масло в бачок в случае загрязнения фильтра. На дне бочка установлен коллектор, направляющий масло в полость корпуса при открытии перепускного или предохранительного клапана. Тем самым масло в бачке предохраняется от вспенивания, и уменьшается шум от насоса.

Рис. 12. Насос гидроусилителя рулевого привода автомобиля ГАЗ-66:

1 – шкив; 2 – валик; 3 – сальник; 4 – коллектор; 5 – бачок; 6 – сапун; 7 – крышка; 8 – плоский фильтр; 9 – круглый фильтр; 10 – клапан; 11 – предохранительный клапан; 12 – крышка корпуса; 13 – калиброванное отверстие; 14 – распределительный диск; 15 – перепускной клапан; 16 – ротор; 17 – лопасть; 18 – статор; 19 – корпус

Работа насоса заключается в следующем. При вращении ротора его лопасти под действием сил инерции прижимаются к криволинейной поверхности статора. В рабочие полости насоса, совпадающие с отверстиями в корпусе и распределительном диске, поступает масло. При дальнейшем вращении ротора масло нагнетается лопастями в узкую часть пространства между статором и ротором, где создается давление. При совпадении рабочих полостей с нагнетательными отверстиями в распределительном диске масло выталкивается через эти отверстия в полость за распределительный диск, откуда по нижнему каналу уходит от насоса в систему под давлением. Одновременно масло из полости за распределительным диском поступает под лопасти ротора, усиливая их прижатие к статору. Весь рабочий процесс – всасывание и нагнетание – происходит одновременно в двух местах (отсюда название – насос двойного действия).

При повышении частоты вращения ротора масло из полости за распределительным диском не успевает пройти через узкое калиброванное отверстие, давление в этой полости возрастает, за счет чего открывается перепускной канал, и часть масла из насоса устремляется через коллектор снова во всасывающую полость корпуса, что уменьшает производительность насоса. В случае повышения давления во всей системе более 65 – 70 кгс/см² открывается предохранительный клапан, масло также возвращается во всасывающую полость, давление в системе снижается.

Распределительное устройство (распределитель) служит для направления потока масла в полости силового цилиндра в соответствии с поворотом рулевого колеса. Распределитель золотникового типа, с реактивными камерами, установлен на переднем конце продольной рулевой тяги.

Распределитель состоит из корпуса 17 (см. рис. 10) с крышкой; золотника 4 с центральным болтом 3, манжетами 2 и 5 и опорными шайбами 1 и 16; обратного клапана 18.

Корпус имеет центральное отверстие с тремя кольцевыми проточками. Крайние проточки соединяются между собой и с отверстием, куда присоединяется трубопровод от насоса. Центральная проточка через отверстие в корпусе и шланг соединяется с бачком. В поясках корпуса между кольцевыми проточками имеются отверстия, которые через каналы и трубопроводы соединены с полостями силового цилиндра.

Золотник расположен внутри корпуса. В нем есть три кольцевых пояска и проточки между ними. Ширина поясков золотника несколько меньше ширины проточек в корпусе, так что между поясками золотника и корпуса образуются кольцевые щели. Центральный болт, на который надет золотник, ввернут в гайку 6 стакана шарнира продольной рулевой тяги. Золотник уплотняется двумя манжетами, упирающимися в опорные шайбы. Пространство между торцами золотника и манжетами называется реактивными камерами, а поверхности торцов золотника – реактивными площадками. Реактивные камеры через узкие отверстия в крайних поясках соединяются с проточками золотника и тем самым с соответствующими полостями силового цилиндра.

Обратный клапан служит для перепуска масла из одной полости силового цилиндра в другую при поворотах с неисправным насосом. Клапан установлен в канале корпуса, связанном со сливом.

Силовой цилиндр 20 (см. рис. 9) преобразует давление масла в усилие, необходимое для поворота управляемых колес. Одним концом цилиндр крепится к кронштейну, установленному на картере главной передачи переднего моста, вторым закреплен на поперечной рулевой тяге. Силовой цилиндр состоит из корпуса 1 (рис. 13) с проушиной, направляющей головки 7 с накидной гайкой 6 и контргайкой 5, поршня со штоком 2 и уплотнений. Полости силового цилиндра соединяются трубопроводами с распределителем.

Рис. 13. Силовой цилиндр усилителя автомобиля ГАЗ-66:

1 – корпус; 2 – шток с поршнем; 3 – штуцер; 4 – гайка штуцера; 5 – контргайка; 6 – гайка цилиндра; 7 – головка цилиндра; 8 – пружина уплотнения; 9 – распорная чашка; 10 – манжета; 11 – втулка; 12 – шайба; 13 – стопорное кольцо; 14 – сальник; 15 – уплотнительное кольцо

Работа рулевого управления совместно с усилителем. При движении автомобиля прямо (рис. 14, а) водитель на рулевое колесо не воздействует. Золотник 2 распределителя занимает в корпусе среднее положение. Масло от насоса поступает в крайние кольцевые проточки корпуса распределителя, через кольцевые щели проходит в среднюю проточку и дальше на слив в бачок. Масло заполняет обе полости силового цилиндра, где находится под одинаковым давлением, поэтому поршень не перемещается и, следовательно, на колеса не воздействует. Одинаковое давление в обеих реактивных камерах 8 и 9 распределителя, и это удерживает золотник в среднем положении.

Рис. 14. Схема работы рулевого управления автомобиля ГАЗ-66:

а – движение прямо; б – поворот направо; в – поворот налево; г – поворот направо с неработающим насосом; 1 – продольная рулевая тяга; 2 – золотник; 3 – сошка; 4 – насос; 5 – бачок; 6 – поперечная рулевая тяга; 7 – поршень силового цилиндра; 8, 9 – реактивные камеры; 10 – отверстие золотника; 11 – обратный клапан

При повороте рулевого колеса направо (см. рис. 14, б) усилие водителя через рулевой механизм передается на сошку 3, которая перемещается назад, увлекая за собой шаровой палец и детали шарнира продольной рулевой тяги в этом направлении. Стакан шарнира через болт перемещает за собой золотник на величину 1,5 мм. Передний поясок золотника перекрывает кольцевую щель, связывающую левую полость силового цилиндра с насосом; задний поясок расширяет кольцевую щель, связывающую правую полость силового цилиндра с насосом. Средний поясок золотника перекрывает кольцевую щель, соединяющую правую полость цилиндра со сливом, и расширяет кольцевую щель, соединяющую левую полость цилиндра со сливом.

Масло от насоса через распределитель поступает в правую полость силового цилиндра, давит на поршень 7 и перемещает его. Это движение поршня через шток передается на поперечную рулевую тягу 6 и далее на колеса. Одновременно масло из левой полости цилиндра вытесняется поршнем через распределитель на слив, в бачок. Таким образом, усилие водителя, прикладываемое к рулевому колесу, увеличивается за счет действия усилителя, что облегчает поворот управляемых колес.

При прекращении поворота рулевого колеса масло еще какое-то время продолжает поступать в силовой цилиндр, его поршень воздействует на поперечную рулевую тягу, которая через поворотные рычаги перемещает назад продольную рулевую тягу. Закрепленный на ней корпус распределителя надвигается на золотник, и последний оказывается в среднем положении. Давление масла в обеих полостях силового цилиндра выравнивается. Управляемые колеса остаются в заданном положении.

Поворот налево (см. рис. 14, в) осуществляется аналогично, но золотник смещается вперед, масло от насоса подается в правую полость силового цилиндра, а левая полость соединяется со сливом.

В случае повреждения во время движения какого-либо колеса автомобиль уводит в сторону поврежденного колеса. Чтобы удержать автомобиль, водитель поворачивает рулевое колесо в сторону, противоположную уводу, тем самым смещает золотник. Масло поступает от насоса в силовой цилиндр и помогает водителю удерживать автомобиль в нужном направлении. Таким образом, усилитель повышает безопасность движения.

Боковые толчки и удары, действующие на передние колеса, смягчаются в силовом цилиндре и не передаются на рулевое колесо.

При управлении автомобилем водитель должен «чувствовать дорогу». Это «чувство» проявляется в том, что, чем больше сопротивление повороту, тем большее усилие нужно приложить к рулевому колесу. При наличии усилителя с увеличением сопротивления повороту возрастает давление в полости силового цилиндра, такое же давление устанавливается в одной из реактивных камер распределителя (в камере 9 при повороте направо и в камере 8 при повороте налево). Это давление стремится вернуть золотник в среднее положение. Чтобы удержать золотник в смещенном положении, водителю приходится прикладывать к рулевому колесу усилие, пропорциональное давлению масла, а следовательно, сопротивлению повороту. Этим достигается «чувство дороги» у водителя.

При повороте с неработающим насосом водитель поворачивает управляемые колеса за счет своей мускульной силы. В этом случае поршень силового цилиндра выталкивает масло к крайним кольцевым проточкам корпуса распределителя, а в другой части полости силового цилиндра создается разряжение, которое передается к средней проточке корпуса. Под действием разности давлений открывается обратный шариковый клапан 11 (см. рис. 14, г), и масло переходит из одной полости силового цилиндра в другую. Длительная езда с неисправным усилителем недопустима.

В усилитель рулевого привода заправляется через бачок 1,8 л масла.

Регулировка рулевого управления. Рулевое управление необходимо регулировать, если свободный ход рулевого колеса превышает 10º при работающем усилителе или 30º при неработающем.

Чаще всего причиной повышенного свободного хода рулевого колеса является образование зазоров в шарнирах рулевых тяг. Поэтому в первую очередь необходимо устранить эти зазоры. Шарниры поперечной тяги не регулируются. Задний шарнир продольной рулевой тяги регулируется следующим образом: пробку шарнира заворачивают до отказа и отпускают на ½ – ¼ оборота, после чего пробка шплинтуется. Передний шарнир продольной рулевой тяги регулируется точно так же путем закручивания и отпускания гайки 6 (см. рис. 10), перед регулировкой этого шарнира с тяги снимают распределитель.

В рулевом механизме сначала регулируют подшипники червяка. Зазор в подшипниках обнаруживается, если при отсоединенной продольной тяге и вилке нижнего карданного шарнира рулевого вала покачать сошку рукой. Устраняется зазор в подшипниках удалением бумажных прокладок 8 (см. рис. 9) из-под нижней крышки картера. При правильной регулировке подшипников усилие на ободе рулевого колеса, необходимое для его поворота, должно быть в пределах 0,3 – 0,5 кгс, вал сошки при замере усилия должен быть снят. Необходимость регулировки зацепления червяка с роликом определяется по перемещению нижнего конца сошки при отсоединенной продольной тяге. Это перемещение должно быть не более 0,3 мм. Регулировка осуществляется при помощи рулевого винта 12. Правильность регулировки определяется по усилию на ободе рулевого колеса, которое при отсоединенной продольной тяге должно быть 1,6 – 2,2 кгс.

Навертыванием или свертыванием наконечников поперечной рулевой тяги регулируют схождение колес. Сначала регулируют левым наконечником, а если регулировка не достигает цели, то изменяют длину тяги правым наконечником, имеющим другой шаг резьбы.

Натяжение ремней привода насоса гидроусилителя производится наклоном насоса. При нажатии на один ремень с усилием 4 кгс в середине ветви прогиб должен составлять 15 – 20 мм. В случае, если наклоном насоса не обеспечивается натяжение ремней, необходимо переставить насос, а при большой вытяжке ремней – и кронштейны насоса на дополнительные отверстия в них.