Рулевые соединения |
Предыдущая Содержание Следующая |
![]() |
Рулевые системы, используемые на автомобилях, сильно различаются по конструкции [1,2,3], но функционально очень похожи. Некоторые из них показаны на Рисунке 8.1.
![]() Рис. 8.1. Изображения типичных систем рулевого управления.
Рулевое колесо соединяется валами, универсальными соединениями и виброизоляторами с рулевым редуктором, назначение которого заключается в преобразовании вращательного движения рулевого колеса в поступательное движение, необходимое для управления колёсами. Реечно-шестерёночная (rack-and-pinion) система состоит из линейно движущейся рейки и шестерни, установленной на теплозащитном кожухе двигателя или передней поперечине, которая непосредственно управляет левым и правым колесом с помощью тягового соединения. Поперечная рулевая тяга соединяется с рулевыми рычагами на колёсах, управляя тем самым углом поворота. Если рулевая тяга расположена перед центром колеса, как показано на Рисунке 8.1, то это конфигурация называется передней рулевой трапецией (forward- steer configuration).
Рулевой редуктор (steering gearbox) является альтернативной конструкцией, используемой на легковых автомобилях и лёгких грузовиках. Она отличается от реечно-шестерёнчатой в том, что смонтированный на раме рулевой редуктор вращает рулевую сошку (pitman arm), которая управляет углом поворота левого и правого колеса через ряд передаточных рычагов и соединений, конкретная конфигурация которых варьируется от одного транспортного средства к другому. Конфигурация с задней рулевой трапецией (rear-steer configuration), показанная на рисунке, определяется по тому, что тяговые соединения соединяется с рулевым рычагом позади центра колеса.
Из этих двух, реечно-шстерёнчатая система получает всё большую популярность на легковых автомобилях из-за очевидных преимуществ меньшей сложности, более простого приспособления к системам с передним приводом и способности адаптироваться к транспортным средствам без рам. Основное функциональное отличие в рулевых системах, используемых на тяжёлых грузовиках, заключается в том, что смонтированный на раме рулевой редуктор управляет левым колесом машины через продольный трос, а правое колесо управляется от левого колеса через тяговое соединение [ 1].
Основным средством для численного уменьшения от вращательного воздействия от рулевого колеса к вращательному выходу вокруг оси управления является редуктор. Отношения угла рулевого колеса к углу колеса машины обычно меняются в зависимости от угла, но обычно имеют порядок 15 к 1 в легковых автомобилях и до целых 36 к 1 в некоторых тяжёлых грузовиках. Изначально все реечно-шестерёнчатые редукторы имели фиксированное передаточное отношение и в этом случае любое изменение в соотношении с углом поворота достигалось за счёт геометрии связей. Сегодня доступны реечно-шестерёнчатые системы, которые меняют своё передаточное отношение непосредственно в зависимости от угла поворота.
Боковое перемещение, создаваемое редуктором, передаётся через соединения к рулевым рычагам на левом и правом колесе. Кинематическая геометрия передаточных рычагов и рычагов управления, как правило, не параллелограмм (который создавал бы равные углы управления слева и справа), а трапеция, лучше соответствующая геометрии "Аккермана", которая поворачивает внутреннее колесо на больший угол, чем внешнее колесо. Геометрия Аккермана показана на Рисунке 8.2.
![]() Рис. 8.2. Геометрия поворота Аккермана.
Из анализа треугольников можно легко показать, что правильная геометрия Аккермана требует, чтобы:
(8-1) (8-2)
Для малых углов, что характерно для большинства поворотов, арктангенс угла очень близок к самому углу (в радианах), оправдывая приближения, показанные в правой части уравнений.
Идеальных углов Аккермана трудно добиться в практических конструкциях рычагов, но близкое приближение достигается трапециевидным положением, как показано на Рисунке 8.3. Когда колёса повёрнуты вправо или влево, асимметрия в геометрии заставляет внутреннее колесо повернуть на больший угол, чем внешнее колесо. Когда тяги находятся позади центра колёс, как показано на рисунке, шаровые соединения рулевых рычагов находятся с внутренней стороны рулевой оси и обеспечивается хороший зазор между колесом. Если рулевое управление разработано с рулевыми тягами, находящимися впереди центров колёс, шаровые соединения рулевых рычагов должны быть снаружи от оси вращения управления на колёсах для того, чтобы быть ближе к геометрии Аккермана. В этом случае помехи от колеса обычно препятствует конструкции для получения хорошего соответствия углам Аккермана. Правильное проектирование геометрии Аккермана зависит от колёсной базы транспортного средства и ширины колеи передней оси. Методы разработки просты и доступны в литературе [1]. Степень, в которой на транспортном средстве достигается геометрия Аккермана, имеет малое влияние на поведение отклика направленности при высокой скорости, но влияет на крутящий момент самоцентрирования при маневрах на низкой скорости [4]. При соответствии геометрии Аккермана крутящий момент сопротивления повороту будет расти вместе с углом поворота. Тем не менее, при параллельном управлении (без геометрии Аккермана), крутящий момент сначала будет расти вместе с углом, но затем при достаточно больших углах может уменьшаться (и даже стать отрицательным).
![]() Рис. 8.3. Разница в управлении из-за от трапециевидного расположения рулевых тяг.
|
Предыдущая Содержание Следующая |