Види, конструкція та принцип роботи кермового механізму

Зміна напрямку руху автомобіля здійснюється поворотом керованих коліс за допомогою кермового колеса. Однак між ним та колесами існує пристрій, що перетворюють зусилля рук водія та його напрямок для безпосереднього застосування сили до поворотних важелів. Його прийнято називати кермовим механізмом.

Для чого призначений кермовий механізм

У загальній схемі кермового керування механізм виконує такі завдання:

• перетворює обертання вхідного валу, до якого приєднана рульова колонка, в поступальне для тяг кермової трапеції;
• погоджує силу, яку може створити водій, з необхідним зусиллям на важелях, з'єднаних з поворотними кулаками ходової частини, за допомогою механічної передачі, що є в конструкції, з певним передатним числом;
• у більшості випадків забезпечує спільну роботу з підсилювачами кермового управління;
• захищає руки водія від зворотних ударів із боку дорожніх нерівностей.

З певним ступенем точності цей пристрій можна вважати редуктором, як воно часто і називається.

Різновиди кермових механізмів

Можна виділити три найбільш популярні схеми редукторів:

• черв'ячно-роликовий;
• рейковий;
• типу «гвинт-кулькова гайка».

У кожного з них свої переваги та сфери використання.

Механізм типу «черв'як-ролик»

Цей тип широко застосовувався в минулому на всіх автомобілях, але зараз має обмежене використання через багато недоліків у порівнянні з іншими схемами.

Принцип дії черв'ячного редуктора полягає в обкочуванні секторного зубчастого ролика спіральним черв'ячним колесом на рульовому валу колонки. Вхідний вал редуктора виконаний як одне ціле з черв'ячною накаткою змінного радіусу, а для з'єднання з валом колонки має шліцевий або клиновий роз'єм. Зубчастий сектор ролика знаходиться на валу виходу на сошку, за допомогою якої з'єднується редуктор з тягами рульової трапеції.

Вся конструкція поміщена в твердий корпус, званий також картером через наявність у ньому мастила. Зазвичай це рідка олія трансмісійного типу. Виходи валів з картера герметизовані сальниками. Картер кріпиться болтами до рами або моторної перегородки кузова.

Обертання вхідного валу в редукторі перетворюється на обертально-поступальне кульового наконечника сошки. До неї ж кріпляться тяги до коліс та додаткових важелів трапеції.

Механізм здатний передавати значні зусилля і компактний при великих передавальних числах. Але при цьому в ньому складно організовувати управління з мінімальним люфтом та низьким тертям. Звідси і сфера застосування – вантажні автомобілі та позашляховики, в основному консервативної конструкції.

кермові рейки

Найбільш широко розповсюджений механізм для легкових автомобілів. Рейкове управління працює набагато точніше, забезпечує хороший зворотний зв'язок і непогано компонується в автомобілі.

Рейковий механізм складається з:

• корпуси з кріпленням до перебирання кузова;
• зубчастої рейки, що лежить на опорних підшипниках ковзання;
• приводної шестерні, з'єднаної із вхідним валом;
• завзятого механізму, що забезпечує мінімальний зазор між шестернею та рейкою.

Вихідні механічні роз'єми рейки з'єднані з шаровими шарнірами рульових тяг, що працюють через наконечники безпосередньо з поворотними важелями. Така конструкція легша і компактніша, ніж рульова трапеція черв'ячного редуктора. Звідси і висока точність управління. До того ж зазор провідної шестерні набагато точніший і стабільніший, ніж у складної форми ролика та черв'яка. А підвищена віддача на кермо компенсується сучасними підсилювачами та демпферами.

Гвинт із кульковою гайкою

Такий редуктор схожий на черв'ячний, але в ньому введені важливі елементи у вигляді відрізка рейки із зубчастим сектором, що переміщається вздовж гвинта вхідного валу через металеві кульки, що циркулюють. Сектор рейки пов'язаний із зубами на валу сошки.

За рахунок використання короткої рейки, що фактично є гайкою з кульками вздовж різьблення, значно знижується тертя при високих навантаженнях. А саме це і стало визначальним фактором при використанні механізму на важких вантажівках та інших подібних автомобілях. При цьому дотримуються точності та мінімальних зазорів, за рахунок чого ці ж редуктори знайшли застосування у великих легкових автомобілях преміум-класу.

Зазори та тертя у кермових механізмах

Всі редуктори різною мірою потребують періодичних регулювань. За рахунок зношування змінюються зазори в зубчастих з'єднаннях, біля керма з'являється люфт, в межах якого автомобіль некерований.

Черв'якові передачі регулюються переміщенням зубчастого сектора перпендикулярному вхідному валу напрямку. Збереження зазору при всіх кутах повороту керма важко забезпечити, оскільки знос йде різними темпами в напрямі руху, що часто використовується, прямо і більш рідко - в поворотах на різні кути. Ця загальна проблема у всіх механізмах, рейки також зношуються нерівномірно. При сильному зносі доводиться замінювати деталі, інакше при обертанні керма зазор переходитиме в натяг із підвищеним тертям, що не менш небезпечно.