Конструкция, работа, регулировки винто-реечного рулевого механизма

1 Особенности конструкции

Работа водителя на грузовых автомобилях, не имеющих рулевого усилителя, сопряжена с необходимостью развивать  значительные усилия на рулевом колесе при повороте управляемых колес. При движении по неровной дороге в  рулевом управлении возникают большие силы, которые полностью передаются на руки водителя. Это обстоятельство ограничивает возможности повышения скорости движения, а следовательно, и возможность повышения производительности труда. В нашей стране большую протяженность имеют горные, лесные дороги без твердого покрытия. Езда по таким дорогам на грузовом автомобиле без рулевого усилителя приводит к быстрой утомляемости водителя, что не гарантирует безопасность движения.

Требования, предъявляемые к современному автомобилю, диктуют необходимость устранения перечисленных выше недостатков, что и было достигнуто впервые в практике автомобилестроения установкой на автомобиль средней грузоподъемности, каковым является автомобиль ЗИЛ-431410, механизма рулевого управления со встроенным гидроусилителем.

В ходе разработки конструкции базового автомобиля ЗИЛ-431410 была обеспечена возможность  установки агрегатов рулевого управления и на другие автомобили, выпускаемые ПО ЗИЛ.

Встроенный в рулевой механизм усилитель с гидроприводом воспринимает значительные нагрузки, ранее передаваемые через рулевое колесо на руки водителя. Основные достоинства этого механизма — снижение силового воздействия на руки водителя, уменьшение физической нагрузки водителя при управлении автомобилем и, в результате этого, улучшение условий работы водителя и повышение производительности труда.

2 Конструкция рулевого механизма

Рулевой механизм (рис. 1) объединен с гидроусилителем в один агрегат. Гидроусилитель рулевого управления уменьшает усилие, которое необходимо приложить к рулевому колесу для поворота передних колес, смягчает удары, возникающие из-за неровностей дороги, и повышает безопасность движения, позволяет сохранить контроль за направлением движения автомобиля в случае разрыва шины переднего колеса.

Рулевой механизм со встроенным гидроусилителем представляет собой компактное устройство, работающее при высоком (до 7000 кПа) давлении рабочей жидкости (4.18).

Рулевой механизм имеет  две рабочие пары: винт с гайкой на циркулирующих шариках и поршень-рейку, зацепляющуюся с зубчатым сектором вала сошки. Передаточное отношение рулевого механизма 20:1. Рулевой механизм прикреплен к кронштейну рамы и соединен с валом колонки рулевого управления карданным валом с двумя шарнирами. Картер рулевого механизма одновременно является цилиндром гидроусилителя, в котором перемещается поршень-рейка. Зубья рейки и сектора имеют переменную по длине толщину, что позволяет регулировать зазор в зацеплении посредством осевого перемещения вала сошки. Осевое положение вала сошки устанавливается регулировочным винтом, головка которого входит в отверстие вала и опирается на шайбу. Регулировочное перемещение регулировочного винта после сборки должно быть в пределах 0,02...0,08 мм. Сошка устанавливается на вал по меткам.

В поршень-рейку вставлена шариковая гайка, которая закреплена установочными винтами, раскерненными после сборки. В паз шариковой гайки, соединенной двумя отверстиями с ее винтовой канавкой, вставлены два штампованных желоба, образующих трубку. В винтовые канавки винта и гайки, а также в желоба вкладываются шарики, которые при повороте винта, выкатываясь с одного конца гайки, возвращаются к ее другому концу по желобам.

Винт рулевого механизма проходит через промежуточную крышку, к  которой крепится корпус клапана  управления. На винте установлены два упорных подшипника с золотником между ними. Золотник клапана и упорные подшипники закреплены на винте рулевого механизма гайкой, утонченный край которой вдавлен в паз на винте.

Под гайку подложена коническая пружинная шайба, обеспечивающая равномерное сжатие упорных подшипников. Вогнутой стороной шайба устанавливается к подшипнику. Большие кольца подшипников обращены к золотнику.

Золотник и винт могут перемещаться в осевом направлении на 1...1,2 мм в  каждую сторону от среднего положения, так как длина золотника больше длины отверстия под него в корпусе клапана управления. Возврат в среднее положение происходит под действием пружин и реактивных плунжеров, находящихся под давлением масла, поступающего из магистрали высокого давления.

К корпусу клапана управления подведены два шланга от насоса гидроусилителя: шланг высокого давления, по которому подводится масло от насоса, и шланг низкого давления (слива), по которому масло возвращается в насос.

Рис. 1 Рулевой  механизм с гидроусилителем:

1 — нижняя крышка; 2, 14, 25 и 29 —  уплотнительные кольца; 3 — заглушка: 4 — картер рулевого механизма; 5 — поршень-рейка; 6 — уплотнительное  разрезное кольцо; 7 — винт рулевого механизма; 8 — шариковая гайка; 9 — желоб; 10 — шарик; 11 — разрезное поршневое кольцо; 12 — промежуточная крышка; 13 — упорный шарикоподшипник; 15 — шариковый клапан; 16 — золотник; 17 — корпус клапана управления; 18 — пружинная шайба; 19 — регулировочная гайка; 20 — верхняя крышка; 21 и 34 — уплотнительные манжеты; 22,35 и 37 — упорные кольца; 23, 28 и 36 — стопорные кольца; 24 — боковая крышка; 26 — упорная шайба; 27 — регулировочная шайба; 30 — регулировочный винт; 31 — вал сошки; 32 — пробка сливного отверстия с магнитом; 33 — бронзовая втулка вала сошки; 35 — наружная манжета; 38 — сошка с клеммным соединением шарового пальца; 39 — гайка вала сошки; 40 — пружина; 41 — реактивный плунжер; 42 — установочный винт

3 Работа рулевого механизма

При вращении винта рулевого механизма в ту или другую сторону вследствие сопротивления, возникающего при повороте колес, создается сила, стремящаяся сдвинуть винт в осевом направлении в соответствующую сторону. Если эта сила превышает усилие предварительного сжатия пружин, винт перемещается и смещает золотник. При этом одна полость цилиндра гидроусилителя сообщается с линией давления, а другая — со сливом. Масло, поступающее из насоса в цилиндр, давит на поршень-рейку, создавая дополнительное усилие на секторе вала сошки рулевого управления, что способствует повороту колес. Давление в рабочей полости цилиндра увеличивается с повышением сопротивления повороту колес. Одновременно увеличивается и давление под реактивными плунжерами. Винт и золотник стремятся вернуться в среднее положение под действием пружин и реактивных плунжеров.

Чем больше сопротивление повороту колес и выше давление в рабочей  полости цилиндра, тем больше усилие, с которым золотник стремится  вернуться в среднее положение, тем больше также усилие на рулевом колесе. Когда усилие на рулевом колесе возрастает с увеличением сопротивления повороту колес, у водителя создается «чувство дороги». При прекращении поворота рулевого колеса поступающее в цилиндр масло действует на поршень-рейку с винтом и сдвигает золотник в среднее положение, что вызывает уменьшение давления в цилиндре до величины, необходимой для удержания колес в повернутом положении. Движение поршня, а следовательно, и поворот колес прекращается. В корпусе клапана управления имеется шариковый перепускной клапан, соединяющий при неработающем насосе магистрали высокого давления и слива. Клапан обеспечивает в этом случае работу рулевого механизма как обычного рулевого механизма без гидроусилителя.

Рис. 64. Схема  системы гидроусилителя рулевого управления:

I — поворот направо; II — поворот  налево; 1—предохранительный клапан; 2 — заливной сетчатый фильтр; 3 — сетчатый фильтр; 4 —перепускной  клапан фильтра; 5 — коллектор; 6 —  насос; 7 — перепускной клапан; 8 — предохранительный клапан;

9 и 10 — демпфирующие отверстия  соответственно предохранительного  и перепускного клапанов; 11 —  калиброванное отверстие; 12 — шариковый  клапан; 13 — реактивный плунжер; 14 — золотник; 15 — винт рулевого  управления; 16 — масляный радиатор;

17 — вал сошки; 18 — цилиндр  гидроусилителя

4 Регулировка рулевого механизма

Регулировку рулевого механизма  необходимо проверять в следующем  порядке:  
- отсоединить продольную тягу рулевого управления;  
- измерить при помощи пружинного динамометра, прикрепленного к ободу рулевого колеса, усилие на этом ободе при следующих трех положениях рулевого колеса:  
          1- колесо повернуто более чем на 2 оборота от среднего положения, при этом усилие на ободе рулевого колеса должно быть равно 0,55-1,35 кгс (5,5-13,5 Н);  
          2 - колесо повернуть на 3/4-1 оборот от среднего положения, при этом усилие не должно превышать 2-3 кгс (20-30 Н);  
          3 - колесо проходит среднее положение, при этом усилие на ободе рулевого колеса должно быть на 0,8-1,25 кгс (8- 12,5 Н) больше усилия, полученного при замере во втором положении, но не превышать 2,8 кгс (28 Н).  
          Если при изменении усилий в этих положениях они не соответствуют указанным величинам, то следует отрегулировать рулевой механизм. Начинать регулировку рулевого механизма надо с установления величины усилия по третьему положению при помощи регулировочного винта 30 (см. рис. 1), так как это не требует разборки рулевого механизма. При вращении винта по часовой стрелке усилие будет увеличиваться, а при вращении против часовой стрелки - уменьшаться. Несоответствие усилий на ободе колеса при втором положении указанной величины вызывается повреждениями деталей узла шариковой гайки, а при первом еще и неправильным предварительным натягом упорных шарикоподшипников 13.

5 Порядок сборки и  разборки рулевого механизма

Разбирать рулевой механизм следует только в случае необходимости  и в условиях полной чистоты. Чтобы  снять рулевой механизм с автомобиля, нужно проделать следующее:

• отвернуть гайку и снять при помощи съемника сошку (сбивание сошки может вызвать поломку деталей);
• отвернуть пробку с магнитом и слить масло;
• для более полного слива повернуть рулевое колесо два-три раза из одного положения в другое;
• отсоединить шланги, слить оставшееся в насосе масло;
• отсоединить карданный вал, вынув шплинт, отвернув гайку клина и выколотив клин;
• отвернуть болты крепления картера рулевого механизма к раме;
• тщательно очистить и промыть наружную поверхность рулевого механизма;
• слить остатки масла, повернув рулевой механизм клапаном вниз и поворачивая винт рулевого механизма из одного положения в другое.

Разборку рулевого механизма  для проверки его узлов нужно  осуществлять в следующем порядке:

1. Снять боковую крышку  вместе с валом сошки, отвернув семь болтов и зачистив предварительно шлицевой конец вала сошки. Соблюдать осторожность, чтобы не повредить сальник и уплотнительные манжеты.

2. Снять верхнюю крышку, отвернув четыре болта. При  снятии крышки соблюдать осторожность, чтобы не повредить сальник и уплотнительную манжету.

3. Снять корпус клапана  управления вместе с винтом, поршень-рейкой  и промежуточной крышкой, отвернув  шесть болтов.

4. Снять нижнюю крышку, отвернув шесть болтов.

5. Проверить затяжку гайки упорных подшипников.

Момент, необходимый для  проворачивания корпуса клапана  управления относительно винта, должен быть 0,6... ...0,8 Н*м (6...8,5 кгс*см).

6. В случае несоблюдения  условий, указанных в пункте 5, отрегулировать затяжку гайки, а при повреждении упорных подшипников заменить их. Для регулировки затяжки гайки нужно предварительно отжать буртик гайки, вдавленный в канавку винта, оберегая резьбу винта от повреждения, отвернув гайку, зачистить паз в винте и резьбу в гайке. Коническая дисковая пружина должна быть установлена между подшипником и гайкой вогнутой стороной к подшипнику. После регулировки буртик гайки должен быть вдавлен без разрыва в паз винта, причем выдавка должна быть закругленной, без острых углов.

7. Проверить осевое перемещение регулировочного винта в вале сошки. Если перемещение превышает 0,15 мм, заменой регулировочной шайбы добиться, чтобы оно составляло 0,02...0,08 мм.

8. Проверить осевое  перемещение шариковой гайки  относительно поршня-рейки. В  случае необходимости подтянуть или заменить два установочных винта и раскернить их.

9. Проверить посадку  шариковой гайки на средней  части винта. Вращение гайки  на винте должно происходить  без заеданий, а осевое перемещение  относительно винта не должно  превышать 0,3 мм.

10. В случае несоблюдения условий, указанных в п. 9, заменить шарики или весь комплект (шариковая гайка и винт с шариками). Для этого следует:

а) отвернуть два установочных винта, крепящих шариковую гайку, с  помощью специального ключа с  достаточно большим плечом;

б) вынуть из поршня-рейки  шариковую гайку о винтом, придерживая  от выпадения желобки и шарики;

в) снять желобки и, проворачивая винт относительно гайки  в ту или другую сторону, удалить  шарики;

г) снять промежуточную  крышку.

11. При повреждении  винтовых беговых канавок гайки или винта заменить комплектно гайку и винт с шариками.

12. При замене только  шариков на шарики большого  размера следует использовать  шарики одной размерной группы (отличие в размерах должно  быть не более 0,002 мм). Установка  шариков, отличающихся по размеру более чем на 0,002 мм, может привести к поломке их и заклиниванию рулевого механизма.

13. Проверить после  замены шариков, проворачивается  ли гайка в средней части  винта под действием крутящего  момента 0,3...0,8 Н*м (3...8 кгс*см); по краям винта ее посадка должна быть свободной.

Перед сборкой все  детали надо тщательно промыть и  просушить. Нельзя протирать детали тряпками, оставляющими на деталях  нитки, ворсинки и т. п. Все резиновые  уплотнительные детали должны быть осмотрены  и, если требуется, заменены. При затяжке болтов момент затяжки должен быть равен 20...25 Н*м (2,0...2,5 кгс*м) для болтов с резьбой М8 и 44...55 Н*м (4,4...5,5 кгс*м) для болтов с резьбой М10. Поршневые кольца должны свободно перемещаться в канавках поршня-рейки.

Порядок сборки:

1. Надеть на винт  промежуточную крышку и шариковую  гайку.

2. Установить гайку  на конце винта, не имеющем  буртика, совместив отверстия  гайки, в которые входят желоба, с винтовой канавкой винта.

3. Заложить 23 шарика через  обращенное к буртику винта отверстие в гайке, поворачивая при этом винт против часовой стрелки. Заложить восемь шариков в сложенные вместе желоба и предотвратить их выпадение, замазав выходы пластичным смазочным материалом УН (технический вазелин).

Вложить желоба с шариками в гайку, поворачивая в случае необходимости винт, и обвязать ее, чтобы предотвратить выпадение желобов из гайки. Проверить момент вращения гайки на средней части винта и в случае необходимости заменить шарики.

4. Собрать комплект  шариковой гайки с поршнем-рейкой, ввернуть установочные винты, момент затяжки 50...60 Н*м (5...6 кгс*м), и раскернить каждый винт в двух местах против канавок в поршне-рейке. В случае совпадения канавки в поршне-рейке со шлицем винта последний должен быть заменен. Выступание винта или выдавок над цилиндрической поверхностью поршня-рейки недопустимо.

5. В случае разборки  клапана управления надо проследить  за тем, чтобы выточка на  торце золотника была обращена  вверх от среднего буртика  винта, а фаски на реактивных  плунжерах — наружу. Золотник, обратный и предохранительный клапан, а также реактивные плунжеры должны перемещаться в корпусе клапана управления плавно, без заеданий. Нельзя нарушать при сборке комплектность золотника, реактивных плунжеров и корпуса клапана управления, так как они подобраны на заводе индивидуально.

6. Сальник вала сошки  и уплотнительные манжеты при  сборке нужно защищать от повреждения  шлицами вала. Окончательно запрессовать  сальник сошки следует вместе  с уплотнительным кольцом, манжетой, шайбой и стопорным кольцом до момента защелкивания стопорного кольца в канавке. Стопорное кольцо должно войти в канавку картера по всему периметру.

7. В собранном рулевом  механизме после поворота винта  до упора поршня в обе стороны  следует приложить дополнительный  вращающий момент к винту, добиваясь его перемещения в осевом направлении. Пружины должны обеспечивать его возвращение в исходное положение.

8. Регулировочным винтом  вала сошки отрегулировать момент  вращения винта рулевого механизма  так, чтобы при переходе через  среднее положение момент вращения винта был больше этого же момента до регулировки на 1,0...1,5 Н*м (10...15 кгс*см). При этом момент должен быть не более 5,0 Н*м (50 кгс*см). После регулировки застопорить винт контргайкой; момент затяжки 40...45 Н*м (4 ... 4,5 кгс*м). Затем проверить еще раз момент вращения винта рулевого механизма.

9. Поворот вала сошки от одного крайнего положения до другого должен происходить при приложении к нему момента не более 8 кгс-м (80 Н-м). Момент затяжки гайки вала сошки 36-40 кгс-м (360-400 Н-м).  
 При установке сошки на вал следует совмещать установочные метки на валу и сошке. Снимать сошку с вала необходимо только с помощью съемника. Вал сошки имеет в корпусе механизма уплотнение 34 для защиты от загрязнения и утечки масла. Перемещение рейки-поршня по цилиндру в картере рулевого механизма осуществляют винт 7 рулевого механизма и шариковая гайка 8. Шариковая гайка установлена в верхней части рейки-поршня и закреплена в ней установочными винтами 42, раскерненными (для стопорения) в канавке рейки-поршня. Нижний торец рейки-поршня закрыт заглушкой 3. Винт 7 имеет уплотнение 6. Аналогичное уплотнение 25 имеет боковая крышка 24.

Шариковая гайка перемещается по винтовому каналу при вращении винта. С целью уменьшения трения сопрягаемые детали контактируют через шарики 10 (31 шт.), заложенные в винтовые каналы винта и пазы шариковой гайки. В отверстие и паз гайки установлены два штампованных металлических желоба 9 круглого сечения, образующие трубку. При повороте винта шарики перекатываются вдоль канавки, попадают в желоба и по ним возвращаются обратно в винтовую канавку.

Таким образом достигнута циркуляция шариков, что обеспечивает долговечность узла и высокий КПД.

6 Возможные неисправности рулевого управления и методы их         

   устранения

Библиографический список

1 С. Афонин Автомобили ЗИЛ 130, 131. Все модификации. Ремонт в дороге. Ремонт в гараже, Издательство Сверчок Ъ, 2008

Интернет-ресурсы

1 Справочник http://www.bibliotekar.ru Грузовые автомобили ЗИЛ

2 «Про Грузовики» - справочник по грузовым автомобилям. www.pro-gruzoviki.ru. Статья: Устройство и техническое обслуживание автомобиля ЗИЛ от 2010 года

3 «Устройство автомобиля». www.77truck.net. Статья: рулевой механизм

автомобиля  ЗИЛ – 130 от 2009 года