что такое передаточное число рулевого механизма

Система активного рулевого управления.

— Система активного рулевого управления (Active Front Steering, AFS) предназначена для изменения передаточного отношения рулевого механизма в зависимости от скорости движения, а также корректирования угла поворота передних колес при прохождении поворотов и торможении на скользком покрытии.

Система AFS является совместной разработкой фирм Bosch и ZF. В настоящее время система устанавливается на большинство моделей автомобилей BMW в качестве опции и является фирменным атрибутом данной марки. Конкурентными преимуществами данной системы являются повышение комфорта и безопасности при эксплуатации автомобиля.

Система активного рулевого управления в своей работе взаимодействует с другими системами, в т.ч. с гидроусилителем руля Servotronic, системой динамической стабилизации DSC.

Конструкция системы AFS объединяет планетарный редуктор и систему управления.

Планетарный редуктор служит для изменения скорости вращения рулевого вала. Он устанавливается на рулевом валу. Планетарный редуктор включает солнечную шестерню, блок сателлитов и коронную (эпициклическую) шестерню. На входе рулевой вал соединен с солнечной шестерней, на выходе – с блоком сателлитов.

Эпициклическая шестерня имеет возможность вращения. При неподвижной шестерне передаточное число планетарного редуктора равно единице и рулевой вал передает вращение напрямую. Вращение эпициклической шестерни в одну или другую сторону позволяет увеличить или уменьшить передаточное число планетарной передачи, чем достигается изменение передаточного отношения рулевого механизма. Вращение шестерни обеспечивает электродвигатель, соединенный с ее внешней стороной посредством червячной передачи.

Для реализации функций системы активного рулевого управления создана система управления. Электронная система управления включает входные датчики, электронный блок управления и исполнительные устройства.

Входные датчики предназначены для измерения параметров работы системы и преобразования их в электрические сигналы. Система AFS в своей работе использует датчики положения электродвигателя, суммарного угла поворота, угла поворота рулевого колеса, датчики системы динамической стабилизации (скорости вращения автомобиля вокруг вертикальной оси и вертикального ускорения). Датчик суммарного угла поворота рулевого механизма может не устанавливаться, в этом случае угол рассчитывается виртуально на основании сигналов других датчиков.

Электронный блок управления принимает сигналы от датчиков, обрабатывает их и в соответствии с заложенным алгоритмом формирует управляющие воздействия на исполнительные устройства. Электронный блок управления имеет соединение и осуществляет взаимодействие с другими системами автомобиля: Servotronic, динамической стабилизации DSC, управления двигателем, доступа в автомобиль.

В роли исполнительного механизма системы AFS выступает электродвигатель. Он обеспечивает вращение эпициклической шестерни планетарного редуктора. Электродвигатель оборудован аварийным электромагнитным фиксатором, блокирующим червячную передачу. В исходном положении передача заблокирована. При подаче тока на электродвигатель, срабатывает электромагнит, и фиксатор, преодолевая усилие пружины, освобождает ротор электродвигателя. При возникновении неисправности в системе AFS, прекращается подача тока на электродвигатель, фиксатор блокирует червячную передачу.

Возникновение неисправностей в системе сопровождается срабатыванием сигнальной лампы на панели приборов. При этом на информационном дисплее появляется сообщение системы самодиагностики.

— Принцип работы системы:

Система активного рулевого управления активируется при запуске двигателя. Работа системы заключается в изменении передаточного отношения рулевого механизма в зависимости от скорости и условий движения.

При совершении маневров на низкой скорости в соответствии с сигналом датчика угла поворота рулевого колеса включается электродвигатель. Электродвигатель через червячную пару передает вращение на эпициклическую шестерню планетарного редуктора. Вращение шестерни в определенном направлении с максимальной скоростью обеспечивает наименьшее передаточное отношение рулевого механизма, которое достигает значения 1:10. При этом руль становиться острым, уменьшается число оборотов рулевого колеса от упора до упора, чем достигается высокий комфорт в управлении.

С ростом скорости движения выполнение поворотов сопровождается уменьшением частоты вращения электродвигателя, соответственно увеличивается передаточное отношение рулевого механизма. На скорости 180-200 км/ч передаточное отношение достигает оптимального значения 1:18. Электродвигатель при этом перестает вращаться, а усилие от рулевого колеса передается на рулевой механизм напрямую.

С дальнейшим ростом скорости электродвигатель снова включается, при этом вращение производится в противоположную сторону. вк.ком/карс.бест Передаточное отношение рулевого механизма может достигать величины 1:20. При данном передаточном отношении рулевое управление обладает наименьшей остротой, увеличивается число оборотов рулевого колеса от упора до упора, тем самым обеспечивается безопасность маневрирования на высоких скоростях.

Если при прохождении поворота фиксируется избыточная поворачиваемость автомобиля (потеря сцепления задних колес с дорогой) система AFS на основании сигналов датчиков системы DSC самостоятельно корректирует угол поворота передних колес. В результате чего сохраняется курсовая устойчивость автомобиля. В случае, когда система активного рулевого управления не может полностью обеспечить устойчивость автомобиля, подключается система динамической стабилизации.

Аналогичным образом система активного рулевого управления стабилизирует движение автомобиля при торможении на скользком покрытии, чем достигается повышение эффективности антиблокировочной системы тормозов ABS и сокращение тормозного пути.

Система активного рулевого управления постоянно включена и не имеет возможности отключения.

1: насос гидроусилителя руля
2: шланги
3: бачок для рабочей жидкости
4: электронный блок управления
5: шина обмена данными
6: электродвигатель
7: датчик угла поворота электродвигателя.
8: клапан системы Servotronic
9: планетарный редуктор
10: аварийный фиксатор
11: датчик суммарного угла поворота
12: рулевой механизм.

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

Устройство рулевого механизма

В состав рулевого механизма входит рулевое колесо, вал, заключенный в рулевую колонку, и рулевой редуктор, связанный с рулевым приводом. Рулевой механизм позволяет уменьшить усилие, прикладываемое водителем к рулевому колесу для преодоления сопротивления, возникающего при повороте управляемых колес машины вследствие трения между шинами и дорогой, а также деформации грунта при движении по грунтовым дорогам.

Рулевой редуктор представляет собой механическую передачу (например, зубчатую), установленную в корпусе (картере) и имеющую передаточное число 15 — 30. Рулевой механизм уменьшает усилие, прикладываемое водителем к рулевому колесу, связанному посредством вала с редуктором, во столько раз. Чем больше передаточное отношение рулевого редуктора, тем легче водителю поворачивать управляемые колеса. Однако с увеличением передаточного числа рулевого редуктора для поворота на некоторый угол управляемого колеса, связанного через детали привода с выходным валом редуктора, водителю необходимо повернуть рулевое колесо на больший угол, чем при малом передаточном числе. При движении ТС с высокой скоростью труднее совершать резкий поворот под большим углом, поскольку водитель не успевает поворачивать рулевое колесо.

Передаточное отношение рулевого редуктора:

Up = (ap/ac) = (pc/pp)
где ар и ас — углы поворота соответственно рулевого колеса и выходного вала редуктора; Рр, Рс — усилие, приложенное водителем к рулевому колесу, и усилие на выходном звене рулевого механизма (сошке).

Так, для поворота сошки на 25° при передаточном отношении рулевого редуктора, равном 30, рулевое колесо необходимо повернуть на 750°, а при Up = 15 — на 375°. При усилии на рулевом колесе 200 Н и передаточном отношении Up = 30 водитель на выходном звене редуктора создает усилие 6 кН, а при Up = 15 — в 2 раза меньше. Целесообразно иметь переменное передаточное отношение рулевого механизма.

При малых углах поворота рулевого колеса (не более 120°) предпочтительно большое передаточное отношение, обеспечивающее легкое и точное управление автомобилем при движении с высокой скоростью. При низких скоростях малое передаточное отношение позволяет при небольших углах поворота рулевого колеса получать значительные углы поворота управляемых колес, что обеспечивает высокую маневренность автомобиля.

Выбирая передаточное отношение рулевого механизма, исходят из того, что управляемые колеса должны поворачиваться из нейтрального положения на максимальный угол (35…45°) не более чем за 2,5 оборота рулевого колеса.

Рулевые механизмы могут быть нескольких типов. Наиболее распространенными из них являются «червяк—трехгребневый ролик», «червяк—шестерня» и «винт—шариковая гайка-рейка—шестерня». Шестерня в рулевом механизме выполнена в виде сектора.

Рулевой механизм преобразует вращательное движение рулевого колеса в угловое перемещение рулевой сошки, установленной на выходном валу рулевого редуктора. Рулевой механизм при движении полностью груженого автомобиля, как правило, должен обеспечивать усилие на ободе рулевого колеса не более 150 Н.

Угол свободного поворота рулевого колеса (люфт) для грузовых автомобилей обычно не должен превышать 25° (что соответствует длине душ 120 мм, измеренной по ободу рулевого колеса) при движении грузового автомобиля по прямой. Для автомобилей других типов люфт рулевого колеса иной. Люфт возникает из-за износа в эксплуатации деталей рулевого управления и разрегулировки рулевого механизма и привода. Для уменьшения потерь на трение и защиты деталей рулевого редуктора от коррозии в его картер, укрепленный на раме машины, заливают специальное трансмиссионное масло.

При эксплуатации ТС необходимо регулировать рулевой механизм. Регулировочные устройства рулевых редукторов предназначены для устранения, во-первых, осевого люфта рулевого вала или ведущего элемента редуктора, а во-вторых — люфта между ведущим и ведомым элементами.

Рассмотрим конструкцию рулевого механизма типа «глобоидальный червяк— трехгребневый ролик».

Рис. Рулевой механизм типа «глобоидальный червяк—трехгребневый ролик»:
1 — картер рулевого редуктора; 2 — головка вала рулевой сошки; 3 — трехгребневый ролик; 4 — регулировочные прокладки; 5 — червяк; 6 — рулевой вал; 7 — ось; 8 — подшипник вала сошки; 9 — стопорная шайба; 10 — колпачковая гайка; 11 — регулировочный винт; 12 — вал сошки; 13 — сальник; 14 — рулевая сошка; 15 — гайка; 16 — бронзовая втулка; h — регулируемая глубина зацепления ролика с червяком

Глобоидальный червяк 5 установлен в картере 1 рулевого редуктора на двух конических роликовых подшипниках, хорошо воспринимающих осевые усилия, возникающие при взаимодействии червяка с трехгребневым роликом 3. Червяк, напрессованный на шлицы, имеющиеся на конце рулевого вала 6, обеспечивает при ограниченной длине хорошее зацепление гребней ролика с нарезкой червяка. Благодаря тому что действие нагрузки рассредоточено по нескольким гребням в результате их контакта с червяком, а также замене трения скольжения в зацеплении значительно меньшим трением качения достигается высокая износостойкость механизма и достаточно большой КПД.

Ось ролика закреплена в головке 2 вала 12 рулевой сошки 14, а сам ролик установлен на игольчатых подшипниках, уменьшающих потери при прокрутке ролика относительно оси 7. Опорами вала рулевой сошки являются, с одной стороны, роликовый подшипник, а с другой — бронзовая втулка 76. Сошка соединена с валом при помощи мелких шлицов и закреплена шайбой и гайкой 15. Для уплотнения вала сошки применяется сальник 13.

Зацепление червяка с гребнями осуществляется таким образом, что при положении, соответствующем прямолинейному движению машины, свободный ход рулевого колеса практически отсутствует, а по мере увеличения угла поворота рулевого колеса он возрастает.

Регулировка затяжки подшипников рулевого вала осуществляется с помощью изменения числа прокладок устанавливаемых под крышку картера, своей плоскостью упирающуюся в торец крайнего конического роликового подшипника. Регулировку зацепления червяка с роликом осуществляют смещением вала рулевой сошки в осевом направлении с помощью регулировочного винта 11. Этот винт установлен в боковой крышке картера, снаружи закрыт колпачковой гайкой 10 и зафиксирован стопорной шайбой 9.

На автомобилях большой грузоподъемности применяются рулевые механизмы типа «червяк—боковой сектор (шестерня)» или «винт—шариковая гайка—рейка—шестерня», имеющие большую площадь контакта элементов и как следствие малые давления между поверхностями рабочих пар редуктора.

Рулевой механизм типа «червяк—боковой сектор», наиболее простой по конструкции, используется на некоторых автомобилях. В зацепление с червяком 2 входит боковой сектор 3 в виде части шестерни со спиральными зубьями. Боковой сектор выполнен как единое целое с валом 1 сошки. Сошка расположена на валу, установленном на игольчатых подшипниках.

Зазор в зацеплении между червяком и сектором непостоянен. Наименьший зазор соответствует среднему положению рулевого колеса. Зазор в зацеплении регулируется изменением толщины шайбы, расположенной между боковой поверхностью сектора и крышкой картера рулевого редуктора.

Конструкция рулевого механизма типа «винт—шариковая гайка—рейка—сектор» показана на рисунке. Вал рулевого колеса посредством карданной передачи соединен с винтом 4, взаимодействующим с шариковой гайкой 5, неподвижно закрепленной стопорным винтом 15 в поршне-рейке 3. Резьба винта и гайки выполнена в виде полукруглых канавок, заполняемых шариками 7, циркулирующими по резьбе при вращении винта. Крайние нитки гайки соединены желобом 6 с наружной трубкой, обеспечивающей циркуляцию шариков. Трение качения этих шариков по резьбе во время вращения винта незначительно, что обусловливает высокий КПД такого механизма.

Рис. Рулевой механизм типа «червяк—боковой сектор»:
1 — вал сошки; 2 — червяк; 3 — боковой сектор

Рис. Рулевой механизм типа «винт—шариковая гайка—рейка—сектор»:
1 — крышка цилиндра; 2 — картер; 3 — поршень-рейка; 4 — винт; 5 — шариковая гайка; 6 — желоб; 7 — шарики; 8 — промежуточная крышка; 9 — золотник; 10 — корпус клапана управления; 11 — гайка; 12 — верхняя крышка; 13 — пружина плунжера; 14 — плунжер; 15 — стопорный винт; 16 — зубчатый сектор (шестерня); 17 — вал; 18— сошка; 19 — боковая крышка; 20 — стопорное кольцо; 21 — регулировочный винт; 22 — шаровой палец

При повороте автомобиля водитель с помощью рулевого колеса и вала вращает винт, относительно оси которого на циркулирующих шариках перемещается шариковая гайка. Вместе с гайкой перемещается и поршень-рейка, поворачивая зубчатый сектор (шестерню) 16, выполненный как единое целое с валом 17. Сошка 18 установлена на валу с помощью шлицов, а сам вал размещен на бронзовых втулках в картере 2 рулевого редуктора.

Источник

Передаточное число рулевого управления

От передаточного числа рулевого управления зависит легкость управления машиной и ее маневренность. В рулевом управлении различают два передаточных числа:

1 – угловое (кинематическое) передаточное число – отношение угла поворота рулевого колеса к среднему углу поворота направляющих колес (направляющие колеса поворачиваются на разные углы);

2 – силовое передаточное число – отношение момента сопротивления повороту направляющих колес к моменту, который необходимо приложить для поворота к рулевому колесу.

Угловое передаточное число i можно представить в виде произведения передаточного числа рулевого механизмаi_мна передаточное число рулевого приводаi_np:

(4.16)

Передаточное число рулевого механизма зависит от его конструкции (шестеренчатый, червячный или другой механизм). Передаточное число рулевого привода определяется из соотношения рычагов, входящих в привод и находящихся в положении, соответствующем прямолинейному движению машины. Силовое передаточное число зависит от передаточного числа рулевого механизма, его КПД, размеров рычагов, радиуса рулевого колеса и плеча обкатки колеса.

Конструкции рулевых механизмов ттм

К рулевому механизму относят рулевой механизм и вал с рулевым колесом. Рулевой механизм преобразует вращательное движение рулевого колеса в угловое перемещение рулевой сошки. Помимо общих требований, рулевой механизм должен:

— не препятствовать стабилизации прямолинейного движения управляемых колес;

— быть необратимым, т. е. препятствовать передаче толчков, возникающих от неровностей дороги на рулевое колесо.

По способу передачи движения рулевые механизмы подразделяются на шестеренчатые, червячные, винтовые, реечные, кривошипные.

Шестеренчатые рулевые механизмы, выполненные в виде одной или двух пар шестерен, на современных ТТМ почти не применяются, так как трудно получить большое передаточное число при малых габаритах. Кроме того, эти механизмы обратимы, т. е. все удары, которые воспринимают направляющие колеса, передаются на рулевое колесо.

Широкое распространение на ТТМ получили червячные механизмы, выполненные в различных вариантах: червяк и радиальный сектор; червяк и боковой сектор; червяк и ролик.

Использование бокового сектора дает возможность увеличить площадь контакта и зацепления, что приводит к уменьшению износа деталей. Недостатком механизма является относительно малый КПД по сравнению с другими механизмами. Наиболее высокий КПД и износостойкость имеют механизмы, состоящие из червяка и ролика, которые сейчас получили широкое распространение.

Рулевые механизмы, выполненные в виде винта и гайки, несмотря на простоту и дешевизну, на ТТМ распространения не получили, так как они не позволяют регулировать зазоры в сопряжениях деталей в случае их износа. Почти не используются и механизмы в виде винта и шипа вслследствие больших удельных давлений, развиваемых в контакте.

Реечные механизмы имеют малые габориты и массу, но не могут обеспечить большого передаточного отношения. Наибольшее распространиение они получили на легковых автомобилях.

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