Система рульового керування [1] (рис. 6.1.) — це сукупність механізмів, що дозволяють керувати транспортним засобом, тобто підтримувати постійний напрямок руху або змінювати його за бажанням водія.
Рисунок 6.1 Основні елементи системи рульового керування:
1- важіль рульовий, 2 -поворотний важіль, 3- тяга поперечна, 4- тяга поздовжня, 5- рульовий механізм, 6- сошка, 7- рульовий вал, 8- рульове колесо, 9- поворотна цапфа, 10- вал поворотного кулака , 11 - балка переднього моста
Система рульового керування повинна відповідати наступним умовам:
- кінематична залежність між кутами повороту керованих коліс повинна бути максимально наближена до теоретичної залежності;
- повернуті колеса повинні автоматично повертатися в положення, що відповідає напрямку прямолінійного руху, і забезпечувати збереження напрямку руху, незважаючи на бічні сили, незалежні від водія;
- удари, викликані нерівними поверхнями, не повинні відчуватися на кермі;
- вертикальне зміщення керованих коліс, викликане нерівностями дороги, не повинно змінювати напрямок руху;
- керувати транспортним засобом має бути легко і ефективно, використовуючи якомога менше зусилля на кермі.
Система рульового керування складається з рульового приводу та рульового механізму. Рульовий привід - це набір важелів і тяг, що з'єднують керовані колеса. Рульовий механізм, завдяки своїй конструкції, забезпечує передачу зусиля і руху від рульового колеса до рульової тяги. Він також забезпечує правильний зв'язок повороту керованих коліс з обертанням керма.
Рульовий привід — набір важелів і тяг, що з’єднують керовані колеса. Правильний рульовий привід забезпечує кочення коліс по вигину дороги без бокового ковзання, тобто по колії, радіус кривизни якої завжди перпендикулярний площині колеса. Найпростішим механізмом є трапецієподібний привід (рис. 6.2).
Рисунок 6.2 Трапецієподібна рульова тяга:
а) рух при повороті, b) рух прямо
Автоматичне повернення керованих коліс у положення прямолінійного руху, тобто тенденція виходу автомобіля з повороту і збереження напряму руху прямо, незважаючи на дію невеликих бічних сил, досягається відповідним розвалом коліс і поворотних важелів. Положення керованих коліс визначається такими геометричними величинами:
- кут нахилу рульового стрижня α – це кут, утворений з вертикаллю осі рульового стрижня, виміряний у проекції на вертикальну площину, паралельну поздовжній площині автомобіля. Цей кут викликає стабілізуючий момент. Величина цього кута коливається від 0 до 4 градусів.
- кут нахилу рульового стрижня β – це кут, утворений з вертикаллю осі цапфи рульового стрижня, виміряний у проекції на площину, перпендикулярну до поздовжньої площини автомобіля. Величина цього кута коливається від 4 до 8 градусів.
- Кут розвалу γ – це кут між площиною коліс і вертикальною площиною, паралельною поздовжній площині автомобіля, виміряний, коли колеса симетрично вирівняні з поздовжньою віссю автомобіля. Величина цього кута коливається від 0 до 2 градусів.
- сходження коліс — різниця між шириною колії керованих коліс, виміряною ззаду (S.1) і спереду (S.2) на ободах коліс, у площині, паралельній дорозі і проходить через центри коліс симетрично на одній лінії з поздовжньою віссю автомобіля. Якщо керовані колеса спрямовані всередину автомобіля, сходження додатнє (колеса сходяться).
Наведені вище малюнки показані на рисунку 6.3.
Рисунок 6.3 Величини, що представляють положення колеса
Якщо керовані колеса спрямовані назовні, сходження від’ємне (колеса не збігаються). Сходження повинно бути вибрано таким чином, щоб воно врівноважувало тенденцію до розходження. Кут розвалу опорного колеса δ — це кут між середньою площиною колеса та геометрією транспортного засобу для переднього колеса або віссю симетрії транспортного засобу для заднього колеса, коли колеса спрямовані прямо вперед.
Вісь симетрії автомобіля - це лінія, що проходить через центри передньої і задньої осей. Геометричною віссю приводу є пряма (бісектриса), що ділить кут сходження задніх коліс на два рівних кута.
Рульовий механізм служить для передачі обертання рульового колеса на поворотні важелі з метою повороту керованих коліс. Рульовий механізм дозволяє:
- повертання керованих коліс за рахунок повороту керма;
- завдяки передаточному числу регулює силу, прикладену до керма, і значення кута повороту керма до значень сил і кутів, необхідних для керування автомобілем.
Основним вузлом рульового механізму є рульова передача (рис. 6.4). Його завдання полягає в забезпеченні відповідного кінематичного і динамічного співвідношення, а також відповідної характеристики ефективності механізму рульового керування.
Рульовий механізм перетворює обертовий рух рульового колеса в поступальний рух рульових тяг.
Кінематичне відношення рульового механізму - це відношення кута повороту рульового колеса до кута повороту керованих коліс. Найбільші значення передавального числа повинні відповідати налаштуванням механізму при русі прямо.
Рисунок 6.4 Рульові механізми легкових автомобілів:
а) -рульовий механізм з рейковою передачею, без гідропідсилювача (KIA Spectra),
б) -рульовий механізм з гідропідсилювачем (KIA Spectra),
в) -рульовий механізм з електропідсилювачем (Citroen C3):
1- рульове колесо з подушкою безпеки, 2 -шарнірна рульова колонка, 3- рейковий рульовий механізм, 4- насос гідропідсилювача, 5- бачок гідропідсилювача, 6- гідропроводи, 7- електродвигун підсилювача керма
Підсилювач керма
Система гідропідсилювача керма в основному використовується для зменшення сили, яку водій повинен прикладати до керма, щоб повернути колеса. Дія гідропідсилювача[1] полягає в тому, що сила, прикладена водієм до керма, не використовується для подолання опору повороту коліс, а служить лише для приведення в дію системи рульового керування, яка діє на рульові тяги. Пристрій повинен:
- зробити транспортний засіб «саморозворотним» у прямолінійному напрямку;
- гасити поштовхи, спричинені нерівностями дороги, але таким чином, щоб не позбавляти водія інформації про якість дорожнього покриття та кут повороту керованих коліс;
- бути сконструйованим таким чином, щоб його поломка не призводила до втрати керованості.
