Что называется передаточным числом рулевого механизма

Трансмиссия в рулевом управлении

Получившая название Active Front Steering (сокращенно АFS) система активного рулевого управления от BMW представляет собой обычный реечный механизм с гидроусилителем Servotronic, где рулевой вал разъединен, и в него встроена планетарная передача, корпус которой может вращаться с помощью электродвигателя.

Система Active Front Steering
При проектировании автомобиля конструкторы постоянно сталкиваются с проблемой выбора передаточного числа рулевого механизма, которое невозможно подобрать так, чтобы оно идеально подходило «на все случаи жизни». Так, если сделать передаточное число «поменьше», то при движении на невысоких скоростях руль будет весьма приятным – «отзывчивым» и «острым», не требующим нескольких перехватов. Однако стоит на такой машине дать газу – и езда потребует постоянного напряжения и станет довольно опасной, ведь даже при небольшом движении рулем автомобиль будет сильно швырять в сторону. Соответственно и наоборот: делаем передачу в рейке «побольше» – и получаем уверенные «крейсерские» реакции на высоких скоростях, но «тупой» и «многооборотистый» руль на низких.

Сию дилемму конструкторы всегда решали методом компромисса: проектируя пару «шестерня – рейка», выбирали передаточное число «по-среднему», подогнав его под диапазон основных эксплуатационных скоростей данного автомобиля. Но что поделаешь – таковы законы механики, и оставалось только смириться. Однако если существуют идеалы, то к ним непременно надо стремиться. Тем более что решение таких устройств, изменяющих, в зависимости от скорости движения, угол поворота колес относительно вращения руля, на теоретическом уровне напрашивалось уже как будто само по себе: почему бы не «разрезать» вал рулевой колонки, установив туда специальную трансмиссию, позволяющую менять передаточное число?

Подобные проекты зазвучали во всеуслышание где-то в конце 70-х – начале 80-х годов, когда в технических изданиях стали появляться статьи молодых инженеров, которые печатались в тех же разделах, где стояли публикации на тему «пневмоциклов», «реактивных ранцев» и т. п. Скоро патентные бюро начали выдавать свидельства, среди которых оказался и патент Дина Карноппа, профессора Калифорнийского университета в Дэвисе (США), занимающегося разного рода «транспортом будущего» и продвигающего созданную им науку «мехатронику» – смесь механики и электроники. Такие занятия, может, и выглядят чудаковато, однако изобретенное профессором «мехатронное» рулевое заинтересовало серьезных людей – в 1990 году патент у Карноппа купила фирма Bosch. Систему нашли перспективной в компании BMW, и в 1997 году мюнхенские инженеры взяли рулевое Карноппа на подготовку к серийному выпуску.

Многоликий АFS
Получившая название Active Front Steering (сокращенно АFS) система активного рулевого управления от BMW представляет собой обычный реечный механизм с гидроусилителем Servotronic, где рулевой вал разъединен, и в него встроена планетарная передача, корпус которой может вращаться с помощью электродвигателя. Когда последний не работает, сателлиты соединяют вал и шестерню рулевого напрямую, если же электромотор вращается, то он через «червяк» поворачивает эпициклическую шестерню и в зависимости от направления вращения увеличивает или уменьшает число оборотов на выходном валу.

Такая конструкция позволяет менять передаточные числа в весьма широком диапазоне, как, например, от 1:10 до 1:20 для BMW 5-series при «стандартных» 1:18 и от 1:8 до 1:15 для таких машин, как BMW М3. Больше нет противоречий, и руль автомобилей с АFS оказывается «идеальным» всегда: быстрым и резким на низкоскоростных маневрах и спокойно-уверенным на предельных скоростях!

Выбор «передачи» происходит, разумеется, бесступенчато и автоматически – системой управляет компьютер Power PC, «завязанный» на систему стабилизации DSC. Такое подключение дает возможность использовать рулевое АFS не только как «трансмиссию», но и как систему автоматического управления автомобилем в различных сложных ситуациях – при отработке заносов, сносе передних колес и т. д. По команде компьютера планетарный механизм с электродвигателем может без вмешательства водителя самостоятельно поворачивать колеса на 7 – 8 градусов в нужную сторону и в нужный момент, каковые электроника, в отличие от человека, способна всегда определить безошибочно. И уж само собой, множество новых возможностей получает «электронный тюнинг» – компьютер активного рулевого АFS позволяет заложить в него любую программу, настроив реакции руля индивидуально, по желанию владельца.

Надежность системы поддерживается, прежде всего, самой ее конструкцией – достаточно простой и состоящей из давно уже технически обкатанных узлов и элементов. Впрочем, «на всякий случай» в компьютере установлен второй, дублирующий, процессор, а для «железа» разработан аварийный фиксатор, который при отказе системы блокирует механизм изменения передаточного отношения.

Кстати, справедливости ради надо сказать, что системами, подобными АFS, занимается не только BMW – практически все ведущие автопроизводители сегодня уделяют внимание «активным» рулевым. Однако на настоящий момент Active Front Steering оказывается, пожалуй, впереди всех остальных, будучи самой «готовой» из прогрессивных и самой совершенной среди «готовых».

Смена привычки
Ожидается, что система Active Front Steering впервые появится на машинах BMW 5 Series и 1 Series – будущих автомобилях «гольф»-класса от баварской компании, выпуск которых запланирован на 2004 год. Следом за ними активное рулевое управление получат уже все последующие автомобили BMW в штатной комплектации. Производить систему будут на заводах фирмы ZF, стоимость же активного руля, как предполагается, составит около 1.5 тысячи евро – по крайней мере на автомобилях первых выпусков.

И вполне возможно, что следом за BMW рулевое АFS появится и на машинах других компаний – есть сведения, что к изобретению профессора Карноппа уже прицениваются автопроизводители. Правда, по условиям соглашения с BMW, владелец патента Bosch не имеет права продавать узлы системы другим фирмам в течение двух лет. Поэтому первыми здесь окажутся именно баварские автопроизводители.

В любом случае, будут прочие компании ставить на свои автомобили именно систему АFS или нет, весь мир уже ухватил идею активного рулевого, ясно разглядев реальность подобных устройств, и теперь от внедрения прогрессивного новшества никто не откажется. И в ближайшие 5 – 7 лет мы увидим утверждение нового стандарта рулевых, который заставит всех в корне пересмотреть свои привычные представления об управляемости автомобиля.

Источник

Передаточное число рулевого управления

Использование различного типа усилителей рулевого управления обосновано необходимостью приложения к цапфам (8) [рис. 1, А), Б)] поворачивающего момента (М_п), достаточного для преодоления момента сопротивления колёс повороту. Поворачивающий момент складывается из момента сопротивления колёс качению и момента сопротивления скольжению шин по опорной поверхности. При этом (М_п) должен быть получен при ограниченном усилии (Р_р), которое водитель прикладывает к рулевому колесу (согласно действующим нормам для тракторов Р_р≤30Н).

Рис. 1. Типы рулевых управлений.

А) – Рулевое управление с механическим усилителем;

Б) – Рулевое управление с гидроусилителем;

3) – Рулевой механизм;

4) – Продольная тяга;

5) – Поворотный рычаг;

6) – Поперечная тяга;

7) – Поворотный рычаг;

9) – Карданная передача;

В) – Гидрообъёмное рулевое управление (ГОРУ);

2) – Предохранительный клапан;

5) – Гидравлический силовой цилиндр;

7) – Поперечная тяга;

Усилие (Р_р), которое необходимо приложить к рулевому колесу радиусом (R_к) при наличии в рулевом управлении механического усилия, определяется по формуле:

где i_ω=i ’ _ωi ’’ _ω – передаточное число рулевого управления; i ’ _ω – передаточное число рулевого механизма; i ’’ _ω – передаточное число рулевого привода; η_р – КПД рулевого управления.

Чем больше (i_ω), тем меньшее усилие требуется на рулевом колесе для поворота. Но управляемые колёса отклоняются на меньший угол, а значит, увеличивается время на поворот. Предельное значение передаточного числа определяется временем, которое требуется для выполнения безопасного поворота на максимальной скорости машины.

Хорошая манёвренность автомобиля обеспечивается в случае, если поворот управляемых колёс на полный угол осуществляется за 1-2 оборота рулевого колеса в каждую сторону от среднего положения (соответствует прямолинейному движению).

С учётом этого i_ω тракторов и автомобилей колеблется в пределах от 12 до 24.

Если максимально возможное передаточное отношение не обеспечивает требуемой лёгкости управления, тогда используют гидравлические либо иные усилители.

Курсовая устойчивость машин главным образом обеспечивается посредством стабилизации управляемых колёс, то есть их способностью устойчиво сохранять прямолинейное движение и возвращаться в исходное положение после поворота. Стабилизация управляемых колёс достигается за счёт их соответствующей установки.

Источник

Привод рулевого механизма. Классификация рулевых механизмов

Рулевым называется механизм, преобразующий вращение рулевого колеса в поступательное перемещение рулевого привода, вызывающее поворот управляемых колес. Рулевой механизм служит для увеличения усилия водителя, прилагаемого к рулевому колесу, и передачи его к рулевому приводу. Увеличивать усилие водителя необходимо для облегчения управления автомобилем. Увеличение усилия, прилагаемого к рулевому колесу, происходит за счет передаточного числа рулевого механизма.

Передаточным числом рулевого механизма называется отношение угла поворота рулевого колеса к углу поворота вала рулевой сошки. Передаточное число рулевого механизма зависит от типа автомобиля и составляет 15. 20 у легковых автомобилей и 20. 25 у грузовых автомобилей и автобусов. Такие передаточные числа за один два полных оборота рулевого колеса обеспечивают поворот управляемых колес автомобилей на максимальные углы равные 35. 45°. На автомобилях применяются различные типы рулевых механизмов (рис. 9.4).

Рис. 9.4. Типы рулевых механизмов

Червячные рулевые механизмы применяются на легковых, грузовых автомобилях и автобусах. Наибольшее распространение имеют червячно-роликовые рулевые механизмы (рис. 9.5, а), состоящие из червяка и ролика. При вращении червяка 1, закрепленного на рулевом валу 2, момент от червяка передается ролику 3, который установлен на подшипнике на оси, размещенной в пазу вала 4 рулевой сошки. При этом благодаря глобоидной форме червяка обеспечивается надежное зацепление его с роликом при повороте рулевого колеса на большие углы.

Рис. 9.5. Рулевые механизмы: а — червячно-роликовый; б — винтореечный; в — реечный; 1 — червяк; 2, 4, 9 — валы; 3— ролик; 5— винт;

Реечный рулевой механизм (рис. 9.5, в) состоит из шестерни 10 и рейки 11. Вращение шестерни 10, закрепленной на рулевом валу, вызывает перемещение рейки 11, которая выполняет роль поперечной рулевой тяги. Реечные рулевые механизмы просты по конструкции, компактны и имеют наименьшую стоимость по сравнению с рулевыми механизмами других типов. Их КПД очень высок, приблизительно одинаков в обоих направлениях и равен 0,9. 0,95.Из-за большой величины обратного КПД реечные рулевые механизмы без усилителя устанавливают на легковых автомобилях особо малого и малого классов, так как только в этом случае они способны поглощать толчки и удары, которые передаются от дорожных неровностей на пулевое колесо.

Рулевой привод.Рулевым приводом называется система тяг и рычагов, осуществляющая связь управляемых колес автомобиля с рулевым механизмом. Рулевой привод служит для передачи усилия от рулевого механизма к управляемым колесам и обеспечения правильного поворота колес.На автомобилях применяются различные типы рулевых приводов (рис. 9.6). Основной частью рулевого привода является рулевая трапеция.

Рис. 9.6. Типы рулевых приводов, классифицированные по различным

Рулевой трапецией называется (см. рис. 9.1), образованная поперечными рулевыми тягами, рычагами поворотных цапф и осью управляемых колес. Основанием трапеции является ось колес, вершиной — поперечные тяги 6, 8 и 10, а боковыми сторонами — рычаги 5 и 11 поворотных цапф. Рулевая трапеция служит для попорота управляемых колес на разные углы.

Источник

8.2. Передаточное число рулевого управления

Общее кинематическое передаточное число рулевого управления определяется как отношение

,

– угол поворота управляемых колес;

– 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 u_РП = 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 привода u_РП £ 1,3. 1,5.

Передаточное число рулевого управления определяется и как произведение передаточного числа рулевого привода u_РП и передаточного числа рулевого механизма, u_РМ.

Из этого выражения передаточное число рулевого механизма определяется

.

Для сравнительного анализа следует отметить, что передаточное число рулевых механизмов легковых автомобилей укладывается в пределах u_РМ = 16. 20, а грузовых – u_РМ = 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 F_р достигает при повороте автомобиля, стоящего на сухом асфальтобетонном покрытии. В движении это усилие снижается почти в два раза:

,

– момент сопротивления повороту управляемых колес на месте (момент на цапфах), Н×м;

– 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

– момент сопротивления перекатыванию управляемых колес при их повороте вокруг шкворней (момент сопротивления качению колес);

– момент сопротивления скольжению, возникающий при повороте колеса на месте;

– моменты, обусловленные поперечными и продольными наклонами шкворней.

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

,

– давление воздуха в шине, Па;

– коэффициент сцепления (j = 0,7. 0,9);

– осевая нагрузка, воспринимаемая управляемыми колесами, Н.

Размеры рулевого колеса

Диаметр рулевого колеса, мм

Легковые особо малого класса

Легковые, микроавтобусы, грузовые малой грузоподъемности

Грузовые средней грузоподъемности и автобусы средней вместимости

Грузовые и тягачи большой грузоподъёмности, многоместные автобусы и троллейбусы

Полученное значение F_р сопоставляется с допустимым [F_р] = 250 Н на рулевом колесе. Если F_р > [F_р], необходима установка усилителя.

9.2. Усилие, развиваемое цилиндром усилителя

Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).

Источник

Рулевой управление переднеприводных машин

Основные понятия

Рулевое управление служит для обеспечения движения автомобиля по заданному водителем направлению. Состоит из рулевого механизма и рулевого привода.

Рулевое управление классических автомобилей

Рулевой механизм.Служит для увеличения и передачи на рулевой привод усилия, приложенного водителем к рулевому колесу. На всех классических автомобилях применяется рулевой механизм типа червяк-ролик. Состоит из: рулевого вала с рулевым колесом и колонкой, и рулевого редуктора.

Рулевой вал:на автомобилях ВАЗ-2101, 02, 03,06, устанавливается рулевая колонка с цельным валом

На автомобилях ВАЗ-2104, 05, 07, устанавливается травмобезопасная рулевая колонка 2105-3403010 имеющая составной рулевой вал с двумя карданными соединениями. Она может быть установлена и на другие «классические модели». На «Ниву» ВАЗ-2121 устанавливается рулевой механизм 2105, рулевой вал и колонка 2105, хотя рулевой карданчик свой 2121-3401092 и своя сошка у рулевого механизма.

«Жигулевских» рулевых редукторов два: 2101 и 2105. Собранные в картере 2101 они отличаются:

2101— короткий вал, подшипник вала сошки игольчатый

2105— длинный вал, подшипник вала сошки шариковый

21213 н/о-средний вал, подшипник вала сошки шариковый

На «Ниве» устанавливается рулевой редуктор 2105, но с собственной сошкой 2121.На «Тайге» ВАЗ-21213 устанавливается рулевой редуктор 2105, но с сошкой 21213. Также может устанавливаться рулевой редуктор нового образца с более коротким валом.

В магазинах АВТО-49 рулевые редукторы бывают следующих видов:

Рулевой управление переднеприводных машин

Рулевое управление травмобезопасное, с регулируемой по высоте (углу наклона) рулевой колонкой (2110), с реечным рулевым механизмом. Такая конструкция позволяет сократить количество шарниров и тем самым уменьшить сопротивление при поворотах.

Вал рулевого управления состоит из верхнего и промежуточного валов, соединенных между собой карданным шарниром. Промежуточный вал соединяется с приводной шестерней фланцем через эластичную муфту. Верхний вал расположен в трубе кронштейна на двух шариковых подшипниках, имеющих эластичные втулки на внутреннем посадочном диаметре.

На автомобили ВАЗ 2108-21099 устанавливается рулевая рейка 2108-3400012-10, эта же рейка устанавливается и на десятое семейство. С 2002 года на «десятках» устанавливается рейка 2110-3400010 с переменным передаточным числом

Конструктивно рейки абсолютно взаимозаменяемы, но только в комплекте с укороченным рулевым валом – так как механизм «новой десятки» заходит в салон всего на пару сантиметров. То есть имеется 2 модификации: старая рейка – длинный вал, новая рейка – короткий вал.

Угол поворота рулевого колеса с рулевым механизмом 2108составляет 657градусов или 3,5 оборота (по 1,75 оборота в каждую сторону)

Корпус рулевого механизма 2110 н/о состоит из двух основных деталей: картера и трубы. Однако труба картера рулевого механизма стала алюминиевой, она ориентированно устанавливается в картер и крепится к нему накидной гайкой.

Конструктивной особенностью нового рулевого механизма стала зубчатая рейка, зубчатый венец которой изготовлен с различным модулем и углом зацепления. Напротив, входящая в зацепление с зубчатым венцом шестерня имеет нормальные зубья.

В центральной зоне зубчатой рейки (движение автомобиля по прямой) и при повороте рулевого колеса на 90 градусов, отношение хода рейки к углу поворота шестерни рулевого колеса составляет i=42,90 мм/об. При дальнейшем повороте рулевого колеса (парковка автомобиля) происходит плавное уменьшение передаточного числа и при достижении угла поворота рулевого колеса около 600 градусов отношение i=32,50 мм/об, соответственно происходит уменьшение требуемого усилия на рулевое колесо. Угол поворота рулевого колеса с рулевым механизмом 2110 н/о составляет 723градусов или4 оборота (по 2 оборота в каждую сторону)

Источник