Тема: Проектирование гидравлического усилителя руля

Рулевое управление является одной из самых главных систем активной безопасности. Рулевое управление - сложный комплекс технических и геометрических проблем, которые и по сей день решаются автомобильными конструкторскими бюро. Автопроизводители разрабатывают новые конструкции рулевых механизмов и приводов, оснащают их дополнительным оборудованием, обеспечивающих в первую очередь безопасность движения и комфорт в управлении автомобилем. В настоящее время большинство автомобилей оснащаются усилителями рулевого управления. К появлению усилителей привела необходимость снизить усилие, прилагаемое водителем к рулевому колесу, что особенно важно для грузовых автомобилей.
В 1817 г. мюнхенский каретник Георг Ланкеншпергер запатентовал рулевое управление с поворотными кулаками. Для конных экипажей эта конструкция показалась малополезной и почти не применялась. Лишь через 75 лет немецкий инженер Карл Бенц вспомнил и усовершенствовал это изобретение, получив в 1893 г. патент на «устройство управления экипажей с тангенциальными к колесам окружностями управления». На машине «Бенц» движение от вертикальной рулевой колонки с маленьким рулевым колесом- штурвалом и расположенным ниже червячным колесом передавалось через двусторонние зубчатые рейки на вильчатый рычаг, который был связан с колесами через рулевые штанги-тяги.
Появление наклонных рулевых колонок совпало по времени с распространением рулевых механизмов в корпусе, заполненном смазкой. Причем сразу появились два типа таких механизмов. Первый представлял собой винтовую передачу, гайка которой была связана с рулевой сошкой и двигалась по винту вверх и вниз. Второй - включал в себя червячный сегмент, сцепленный с рулевым червяком. Обе конструкции, в принципе, знакомы по современным автомобилям. Появление независимой передней подвески привело к появлению трех раздельных рулевых тяг, и уже в 1930-х гг, на автомобилях с такой подвеской применялось реечное рулевое управление, по конструкции близкое к современному.
В начале XX века управление машиной требовало от водителя хорошей физической формы. Ведь для того чтобы повернуть тяжелые колеса для разворота на пятачке, приходилось здорово налегать на баранку.
Важный параметр управления - общее передаточное отношение между рулевым колесом и передними колесами. Под ним понимается полное число оборотов рулевого колеса «от упора до упора», необходимое для поворота колес из крайнего левого положения в крайнее правое или наоборот, а также усилие, с которым совершаются эти обороты. Например, рулевая передача, рассчитанная на ~5 оборотов рулевого колеса от упора до упора, требует от водителя приложения гораздо меньшего усилия, но зато значительно большего времени, чем передача, сконструированная на 3,2 оборота от упора до упора. Такое положение дел, разумеется, мало кому нравилось: не все господа-автовладельцы блистали нужным здоровьем, к тому же в мир авто стремились и дамы, которым напрягаться и вовсе не положено. Особо страдали водители грузовозных автомобилей. Конструкторы стали думать. Естественным выходом было увеличение в рулевом передаточного числа, но тут появлялся серьезный минус - руль приходилось крутить, как ручку граммофона. Важный параметр управления - общее передаточное отношение между рулевым колесом и передними колесами. Под ним понимается полное число оборотов рулевого колеса «от упора до упора», необходимое для поворота колес из крайнего левого положения в крайнее правое или наоборот, а также усилие, с которым совершаются эти обороты. Например, рулевая передача, рассчитанная на ~5 оборотов рулевого колеса от упора до упора, требует от водителя приложения гораздо меньшего усилия, но зато значительно большего времени, чем передача, сконструированная на 3,2 оборота от упора до упора.
Конструкция с плавающими шариками была только началом долгой череды попыток уменьшить управляющее усилие. Даже при наличии передачи с плавающими шариками на тяжелых автомобилях с большими шинами низкого давления управляющее усилие было значительным.
В тех же ЗО-х, перед войной, заявили о себе усилители рулевого механизма. Сначала усилители рулевого управления появились на тяжелой технике - карьерных самосвалах. Правда, сначала стали использовать пневмоусилители - они были несложными и напитывались от компрессора уже существующих пневматических тормозов или от разряжения во впускном коллекторе. Но пневматические усилители оказались неприемлемыми ввиду большой упругой податливости рабочего тела - воздуха, приводившей к запаздыванию срабатывания усилителя и возникновению в рулевом управлении недопустимых колебательных процессов. Со временем пневматика была заменена гидравликой.
В 1925 г. в США Фрэнсис Дейвис одним из первых запатентовал гидравлический усилитель рулевого управления. Правда, конструкция выглядела несколько «сыроватой» и мгновенного успеха не обрела. Однако принцип и путь совершенствования наметились: с конца 30-х - начала 40-х годов в Америке, а затем и в Европе конструкторы начинают ставить ГУР на некоторые свои модели автомобилей. К чему это привело сегодня, знают все — этим устройством оснащается весь грузовой автотранспорт и немалая доля легкового. А в 1933 г. концерн «Дженерал моторе» уже намеревался установить его на своем автомобиле «Кадиллак» с 12-цилиндровым двигателем. К 1951 г. компания «Крайслер» освоила производство гидроусилителей руля и с этого времени начала оснащать им многие свои модели. Первым изготовителем легковых автомобилей, предложившим установку гидроусилителя рулевого управления в качестве дополнительного оборудования модели 519, была компания «ФИАТ». В настоящее время в результате появления переднеприводных автомобилей, использования шин большего размера и массы, подвески с усложненной кинематикой существует необходимость в применении усилителей рулевого управления даже на небольших автомобилях.
Гидроусилитель руля - устройство для усиления мощности воздействия на рычаги управления транспортных средств.
Гидроусилитель в первую очередь служит для уменьшения прикладываемого водителем усилия на рулевое колесо при управлении автомобилем.
Даже при сложном устройстве и, как следствие, высокой стоимости гидроусилители получили большое распространение благодаря тому, что помимо основной функции (усиления) они:
• позволяют уменьшить передаточное отношение рулевого механизма; это снижает количество оборотов руля между его крайними положениями и, соответственно, увеличивает маневренность;
• смягчают удары, передаваемые на руль от неровностей дороги, снижая утомляемость водителя и помогая удержать руль при разрыве передней шины;
• сохраняют возможность управления автомобилем при выходе усилителя из строя;
• обеспечивают «чувство дороги» и кинематическое следящее действие.
На автомобилях применяются разного рода усилители, но большинство автопроизводителей отдают предпочтение гидроусилителям, так как они имеют относительно простую конструкцию, обеспечивают высокую надежность и просты в обслуживании.

Купить

В работе спроектирован гидравлический усилитель руля для ЗИЛ- 4333. Расчитаны основные параметры гидроусилителя.
Схема гидравлического усилителя руля, сборочный чертеж гидроусилителя выполнены в программе Компас 3D VI5.

Купить