Рулевой механизм представляет собой понижающую передачу, преобразующую вращение вала рулевого колеса во вращение вала сошки. Механизм увеличивает приложенное к рулевому колесу усилие водителя. Рулевые механизмы различают по типу передачи на червячные, винтовые и комбинированные. Наибольшее распространение на грузовых автомобилях и колесных тракторах получили червячные рулевые механизмы типа червяк — ролик и комбинированные (двухступенчатые) рулевые механизмы, в которых передача усилий происходит по схеме винт — гайка — сектор.

Рулевой механизм типа червяк — ролик обеспечивает наименьшие потерн на трение, благодаря чему для управления машиной требуется небольшое усилие водителя и снижается износ деталей.

Рис. 1. Схема рулевого управления с механическим приводом

Рис. 2. Рулевой механизм типа червяк — ролик

Такой рулевой механизм применяется на легковых автомобилях и на грузовых автомобилях средней грузоподъемности. На автомобилях большой грузоподъемности, где рулевой механизм имеет большое передаточное число, для облегчения управления применяют передачу червяк — сектор или две рабочие пары типа винт — гайка и рейка — сектор.

В рулевой механизм типа червяк — ролик входят червяк и трехгребневый ролик, находящиеся в зацеплении.

Червяк установлен на конце вала руля и размещен в картере на двух конических роликоподшипниках. Ролик вращается на оси в двух игольчатых подшипниках. Ось ролика запрессована в головке вала рулевой сошки. Опорами вала рулевой сошки служат роликовый подшипник и бронзовая втулка. Рулевая сошка насажена на шлицы вала и закреплена гайкой. Конец вала рулевой сошки уплотнен сальником. Затяжка подшипников рулевого вала регулируется прокладками. При вращении рулевого колеса вращаются вал, червяк, а также ролик, который одновременно перемещается по окружности, поворачивая вал рулевой сошки. Толщина витков червяка неодинакова — крайние витки тоньше, так как средние витки изнашиваются больше, поэтому при повороте колес зазор в зацеплении червяка с роликом увеличивается. Этот зазор ограничен по величине и определяется углом свободного поворота (люфта) рулевого колеса. Для регулировки зазора в боковую крышку картера ввернут регулировочный винт, фиксирующийся стопорной шайбой, которая закреплена штифтом. Снаружи винт закрыт колпачковой гайкой. Картер механизма заполняется маслом через отверстие, закрываемое пробкой.

Рулевой привод предназначен для передачи усилия от рулевого механизма к управляемым колесам. Наиболее распространены механические рулевые приводы ввиду их относительной простоты, в особенности для машин с одним управляемым мостом. Конструкция рулевого привода зависит от типа передней подвески. При зависимой подвеске управляемых колес поперечная рулевая тяга обычно неразрезная, при независимой подвеске поперечная рулевая тяга делается разрезной. Это необходимо для того, чтобы рулевой привод не ограничивал перемещения каждого из колес, подвешенных независимо одно от другого.

Тяги рулевых приводов обычно изготовляют из бесшовных стальных труб, что уменьшает, массу и повышает жесткость тяг. Шарниры рулевых приводов, обычно шарового типа, служат для беззазорного соединения тяг и рычагов. Рассмотрим шарнирное соединение рулевых тяг автомобиля ЗИЛ-130. Продольная тяга имеет утолщения на концах. В утолщениях размещены пальцы шарниров, которые крепятся в отверстии рычага или сошки гайкой. Пальцы имеют шаровые головки, охватываемые сухарями со сферическими выемками. Один из сухарей опирается на пружину с ограничителем. Пружина не допускает образования зазоров при износе деталей и смягчает толчки передаваемые на рулевой механизм от колес. Ограничитель предохраняет пружину от чрезмерного сжатия, а при ее поломках не позволяет пальцу выйти из соединения с тягой. Зазор в сочленениях устраняется с помощью регулировочных пробок, которые шплинтуются. Смазка шарниров производится через масленки. От вытекания смазки шарниры защищены сальниками.

Рис. 3. Схемы рулевых трапеций:
а — при зависимой подвеске управляемых колес; б — при независимой подвеске управляемых колес; 1 — продольная тяга; 2 — поворотный рычаг; 3 — рычаги трапеции; 4 — поперечная тяга

Рис. 4. Шарнирные соединения рулевых тяг:
а — продольная рулевая тяга; б — шаровые шарниры поперечной рулевой тяги

Поперечная рулевая тяга представляет собой трубу, на концах которой имеется резьба для навинчивания наконечников шаровых шарниров. Резьба на концах тяги имеет различное направление для регулировки длины тяги. Шаровые пальцы поворотных кулаков жестко закрепляют в рычагах поворотных цапф между сухарями. Пружина прижимает палец шаровой поверхностью к сухарю, чем устраняется зазор в шарнире при износе. В гнезде пружина удерживается пробкой. С противоположной стороны отверстие закрыто сальником, поджимаемым пружиной. Таким образом, основное отличие шарниров поперечной тяги от шарниров продольной тяги состоит в том, что в первых нет пружин, через которые непосредственно передаются усилия в рулевом приводе. Благодаря отсутствию пружин в шарнирах поперечной тяги предотвращается возникновение поперечных колебаний колес.

При управлении грузовыми автомобилями большой и средней грузоподъемности и колесными тракторами к рулевому колесу необходимо прикладывать значительные усилия, достигающие 0,4 кН. Для облегчения управления машинами в этом случае рулевое управление оборудуется усилителем. Кроме того, применение усилителей привода повышает безопасность движения, так как позволяет сохранить управляемость машиной при внезапном и резком уменьшении давления воздуха в одной из шин управляемых колес, предотвратить передачу толчков на рулевое управление при движении машины по неровной дороге. У колесных тракторов применение усилителей рулевого управления позволяет уменьшить время поворота.

По виду используемой энергии усилители могут быть гидравлическими, пневматическими, электрическими и смешанного типа. Наибольшее распространение получили гидроусилители, как имеющие явные преимущества по сравнению с. остальными. В зависимости от взаимного расположения элементов усилитель рулевого управления может выполняться объединение с рулевым механизмом (ЗИЛ-130, -131) или отдельно от него (БелАЗ-540, КрАЗ-255, МАЗ-500). Достоинствами первой компоновочной схемы являются компактность, небольшая длина трубопроводов и, как следствие, высокое быстродействие. Недостаток такой схемы — нагружение всех элементов рулевого привода и частично рулевого механизма, а также значительные размеры агрегата гидроусилителя, что затрудняет его компоновку. При применении второй компоновочной схемы можно использовать обычный рулевой механизм и трубопроводы небольшой длины. Недостаток схемы — большая масса гидроусилителя и определенное местоположение цилиндра, так как скомпонованный с ним распределитель должен быть связан с сошкой.

Отраслевой стандарт, учитывая особенности компоновочных схем гидроусилителей, рекомендует первую схему для машин, у которых масса, приходящаяся на управляемые колеса, составляет 2,5—4 т; вторую — при массе 4—6 т. Питание гидроусилителей может быть независимым (автомобили и тракторы) или от общей гидросистемы (тракторы).

Устройство и схема работы рулевого механизма со встроенным гидроусилителем показаны на рис. 5. Этот рулевой механизм — комбинированный, усилия передаются по схеме винт — гайка и рейка — сектор. Рулевой вал, установленный в шариковых подшипниках, имеет на конце винт. На винте закреплена шариковая гайка, входящая в поршень-рейку. Поршень-рейка, которая одновременно является поршнем гидравлического усилителя и рейкой рулевого механизма, находится в зацеплении с зубчатым сектором, выполненным заодно с валом сошки. При повороте рулевого вала поршень-рейка перемещается внутри картера рулевого механизма. Осевое перемещение поршня-рейки, имеющей на наружной поверхности зубья, вызывает поворот вала сошки, а следовательно, и управляемых колес. Для уменьшения трения в пар£ винт — гайка вместо обычной резьбы выполнены полукруглые винтовые канавки, в которые заложены шарики.

Рис. 5. Рулевой механизм со встроенным гидроусилителем:
/ — поворот направо; // — нейтральное положение; ///—поворот налево

Картер рулевого механизма является одновременно цилиндром гидроусилителя. В гидросистему усилителя входят также лопастной насос, приводимый в действие через шкив от вала двигателя, бачок, фильтр с клапаном, предохранительный и обратный клапаны, клапан управления и шланги высокого и низкого давления.

Лопастной насос состоит из статора и ротора с лопатками. Клапан управления состоит из корпуса, в котором размещен золотник, закрепленный на валу винта. Золотник с валом фиксируется в среднем (нейтральном) положении шестью пружинами с двумя реактивными плунжерами каждая. Длина золотника больше длины отверстия для него в корпусе клапана управления, поэтому золотник и винт могут перемещаться в осевом направлении на 1 мм в каждую сторону от среднего положения. Золотник помещен между двумя упорными подшипниками, стянутыми гайкой с подложенной под нее пружинной шайбой. При работе насоса жидкость из полости всасывания подается в полость нагнетания и далее в трубопровод высокого давления. Часть жидкости через перепускной клапан постоянно отводится в бачок.

Гидроусилитель работает следующим образом. При прямолинейном движении машины золотник расположен в нейтральном положении, масло свободно перекачивается насосом в бачок, поскольку нагнетательная и сливная линии соединены между собой. При повороте машины вправо (схема I) или влево (схема III)—в случае повышенного сопротивления повороту управляемых колес — на винте возникает реактивное осевое усилие, сдвигающее винт. Вместе с винтом сдвигается золотник, преодолевая при этом усилие пружин, действующих на реактивные плунжеры. Это усилие передается на рулевое колесо. При этом одна из внутренних полостей цилиндра отключается, а в другую увеличивается подача масла. Давление масла в этой полости возрастает, и поршень-рейка, перемещаясь, поворачивает зубчатый сектор и вал рулевой сошки и через рулевой привод — колеса машины. При прекращении поворота золотник под действием реактивных плунжеров возвращается в нейтральное положение, и действие гидроусилителя прекращается. Таким образом, при наличии гидроусилителя водитель затрачивает усилие во время поворота машины только на его включение, которое и обеспечивает, в основном, поворот колес.

Гидравлическое (гидродинамическое) рулевое управление применяется на четырехколесных тракторах большой мощности с сочлененной рамой (Т-150К, К-701), где направление движения изменяется путем «излома» полурам трактора относительно вертикального шарнира, соединяющего эти полурамы. Рулевое управление состоит из гидроцилиндров поворота, соединяющих полурамы трактора, коробки запорных клапанов, золотникового распределителя, рулевой колонки, шестеренчатого масляного насоса, бака для масла, регулятора расхода масла, тяги обратной связи, предохранительного клапана.

Рис. 6. Схема гидравлического рулевого управления трактора

Рулевое управление такой конструкции действует следующим образом. При прямолинейном движении трактора, когда рулевое колесо неподвижно, насос нагнетает масло в регулятор. Основной поток масла проходит через дроссельное отверстие к распределителю, а избыток масла, отжимая плунжер, сливается в бак. Золотник при этом занимает такое положение, при котором масло из полости В свободно проходит в полость Д и затем поступает в бак. В это время оба клапана в коробке запирают полости гидроцилиндров, препятствуя самопроизвольному повороту трактора. При повороте трактора влево золотник смещается червяком влево, полость Д перекрывается и масло из полости В направляется в полость и далее — в полость Е коробки запорных клапанов. Под давлением масла в полости Е открывается правый клапан для подачи масла в гидроцилиндры. Одновременно толкатель перемещается влево и открывает проход масла по левому каналу. После этого масло начинает поступать в рабочие полости гидроцилиндров и одновременно сливаться из противоположных полостей цилиндров в полость коробки запорных клапанов и далее через полости и распределителя — в масляный бак. Под давлением масла в гидросистеме поршни со штоками перемещаются в разные стороны, поворачивая полурамы трактора относительно друг друга в сторону левого поворота; сектор 8 через следящее устройство поворачивается в сторону, противоположную смещению золотника. Усилием пружин центрирующего устройства золотник возвращается в нейтральное положение, и поворот трактора прекращается. Чтобы продолжить поворот, следует продолжить поворот рулевого колеса.