Рулевое управление

Внимание! Представленная ниже информация носит исключительно информационный характер и не является актуальной для современных  модификаций автомобилей Урал.

Рулевое управление состоит из рулевой колонки, рулевого механизма, рулевого привода и гидравлического усилителя.
На автомобилях возможна установка рулевого управления двух исполнений: с рулевыми механизмами типа червяк-боковой сектор или винт-шариковая гайка-рейка-сектор, при этом карданные валы 7 (рис. 53) и 10 (рис. 54) отличаются длиной.
На корпусе золотника рулевого механизма типа червяк-боковой сектор между нижними штуцерами имеется глухое сверление диаметром 12 мм и глубиной 5 мм, которое является отличительной меткой. Механизмы без этого сверления в рулевом управлении с гидроусилителем, закрепленным на левом лонжероне рамы, не применять.

Рулевая колонка соединяется с рулевым механизмом карданными валами через промежуточную опору 8 (см. рис. 53). В конструкции промежуточной опоры применены подшипники закрытого типа, не требующие смазки.

Рис. 53. Рулевое управление с механизмом типа червяк-боковой сектор:
1 — насос; 2 — механизм рулевой; 3, 22, 24 — шланги высокого давления; 4 — бак масляный; 5, 6 — шланги низкого давления; 7, 9 — валы карданные рулевого управления; 8 — опора промежуточная; 10 — колесо рулевое; 11— колонка рулевая; 12, 13 — трубки высокого давления; 14 — шайба; 15 — болт; 16 — вал рулевого механизма; 17 — вилка карданная; 18 — шпонка; 19 — гайка; 20 — механизм усилительный; 21— тяга сошки; 23 — сошка

Рулевой механизм с клапаном управления усилительным механизмом

состоит из червяка 3 (рис. 55) и червячного сектора 5 со спиральными зубьями. Сошка 15 рулевого управления соединена с валом сектора коническим шлицевым соединением. Сектор упирается в боковую крышку 18 картера через регу­лировочные шайбы 19.
Прогиб сектора ограничен штифтом 17, установленным в крышке картера.
На картере рулевого механизма установлен клапан управления усилительным механизмом золотникового типа.
Корпус клапана соединен трубопроводами с насосом и цилиндром усилительного механизма. При прямолинейном движении автомобиля золотник находится в нейтральном положении, при этом масло из насоса поступает в корпус золотника и через зазоры между ним и золотником по сливному трубопроводу в бачок. В этом случае полости цилиндра усилительного механизма находятся под одинаковым давлением, и поршень остается неподвижным.

Рис. 54. Рулевое управление с механизмом типа винт-шариковая гайка-рейка-сектор:
1 — механизм рулевой; 2 — насос; 3 — бак масляный; 4, 5 — шланги низкого давления; 6, 11, 12 — шланги высокого давления; 7 — колесо рулевое; 8, 10 — валы карданные рулевого управления; 9 — опора промежуточная; 13 — трубка высокого давления; 14 — механизм усилительный; 15 — тяга сошки; 16 — сошка; 17 — корпус; 18 — подшипники; 19 — втулка распорная; 20, 22 — кольца стопорные; 21— вал; 23 — шпонка; 24 — гайка; 25 — шайба; 26 — болт; 27 —вал; 28 — вилка карданного шарнира

При повороте рулевого колеса, вследствие реактивных усилий, возникающих в паре червяк-сектор, происходит осевое перемещение червяка и вала рулевого управления с золотником. Необходимое перемещение вала обеспечивается конструкцией подшипника 2. Так как золотник перемещается относительно неподвижного корпуса золотника 30, то одна полость цилиндра усилительного механизма соединяется с линией высокого давления, а другая — с линией слива. Вследствие этого шток цилиндра усилительного механизма будет перемещаться до тех пор, пока не прекратится вращение рулевого колеса. Движение штока передается на управляемые колеса через шаровой палец и рычаг поворотного кулака. При поворотах рулевого колеса влево и вправо происходит изменение потока масла в усилительном механизме.

Рис. 55 Механизм рулевой (червяк-боковой сектор):
1 — картер рулевого механизма; 2 — подшипник радиальный роликовый; 3 — червяк; 4, 34 — пробки наливного и сливного отверстий; 5 — сектор рулевого управления; 6 — вал рулевого управления; 7, 24, 26 — манжеты; 8 — подшипник упорный; 9 — шайба пружинная; 10 — кольцо уплотнительное; 11— плунжер; 12 — пружина; 13 — гайка золотника; 14 — кольцо уплотнительное; 15, 16 — кольца стопорные; 17, 20 — штифты; 18 — крышка картера боковая; 19 — шайбы регулировочные; 21 — прокладка; 22 — втулка распорная; 23 — подшипник игольчатый; 25 — сошка рулевого управления; 27 — крышка корпуса золотника; 28 — кольцо плунжеров подвижное; 29 — болт; 30 — корпус золотника; 31 — золотник; 32 — кольцо уплотнительное; 33 — шайба упорная; 35 — крышка; 36 — гайка червяка

Рулевой механизм с распределителем (рис. 56) включает в себя винт 7 и шариковую гайку-рейку 8, находящуюся в зацеплении с сектором 1. Полукруглые винтовые канавки на винте и гайке-рейке образуют канал, заполненный при сборке механизма шариками 6 высокой точности.
Зубчатый сектор 1 установлен в подшипниках 18, которые, в свою очередь, запрессованы во вкладыши 21, имеющие для регулировки зубчатого зацепления ряд отверстий на торцах.
Оси наружных поверхностей вкладышей 21 смещены относительно осей отверстий подшипников 18 на величину эксцентриситета «е», что дает возможность регулировать зубчатое зацепление сектора-гайки-рейки поворотом вкладышей 21.
На торце шлицевого конца сектора 1 имеется риска, которая совмещается с риской на торце сошки.

Рис. 56. Механизм рулевой (винт-шариковая гайка-рейка-сектор):
1 — сектор; 2 — кольцо стопорное; 3 — кольцо защитное; 4 — манжета; 5, 13 — кольца уплотнительные; 6 — шарики; 7 — винт; 8 — гайка — рейка; 9 — картер; 10 — фиксатор; 11, 19, 22 — крышки; 12 — прокладки регулировочные; 14 — подшипники; 15 — направляющая; 16, 20 — штифты; 17 — распределитель; 18 — подшипники; 21 — вкладыш; 23 — болт; 24 — уплотнитель; 25 — гайка; а — от насоса; b — слив; c, d — к силовому цилиндру

Распределитель (рис. 57) установлен на рулевом механизме.
В корпусе 5 золотника имеются три кольцевые канавки «е», «k», «f». Средняя канавка «е» соединена с каналом «а» для подвода рабочей жидкости от насоса, крайние канавки «к» и «f» — с каналом «Ь» для отвода рабочей жидкости на слив.
В трех реактивных камерах корпуса 5 размещены плунжеры 21, имеющие возможность осевого перемещения в своих каналах.
Золотник 22 закреплен через подшипники 3 гайкой 2 на втулке 9. Втулка 9 шлицами соединена без бокового зазора с винтом 24 рулевого механизма с возможностью осевого перемещения и винтовым соединением с входным валом 15. Шлицевое соединение вала 15 и винта 24 выполнено с боковым зазором «t». Зазор выбран из условия обеспечения полного хода золотника.
Входной вал 15 также соединен торсионом 17 с винтом 24 рулевого механизма. В канал средней канавки «е» ввернут обратный клапан 6.

Рис. 57. Распределитель гидроусилителя руля:
1 — корпус рулевого механизма; 2 — гайка; 3, 10 — подшипники; 4 — кольца уплотнительные; 5 — корпус золотника; 6 — клапан обратный; 7 — шарик; 8 — крышка распределителя; 9 — втулка; 11, 20 — прокладки регулировочные; 12 — манжета; 13 — кольцо стопорное; 14 — кольцо; 15 — вал; 16, 23 — штифты; 17 — торсион; 18 — кольцо уплотнительное; 19 — крышка; 21 — плунжеры; 22 — золотник; 24 — винт; а — канал для подвода рабочей жидкости от насоса; b — канал для отвода рабочей жидкости от насоса; с, d — каналы для подвода (отвода) рабочей жидкости к полостям усилительного механизма; e, k, f — канавки кольцевые; m, n — сверления для соединения полостей корпуса и крышки распределителя со сливом; t — зазор

Работа рулевого управления. При прямолинейном движении автомобиля, когда усилие к рулевому колесу не приложено, золотник занимает нейтральное положение в корпусе.
Рабочая жидкость от насоса поступает к средней канавке «е» (см. рис. 57). Поскольку в этом положении золотника канавки «е», «к» и «f» соединяются между собой, то масло, заполняя их и реактивные камеры, из распределителя через крайние канавки «к» и «f» и отверстие «Ь» сливается в масляный бак.
При повороте рулевого колеса, например, вправо, втулка 9 с закрепленным на ней золотником 22 за счет винтового соединения перемещается в осевом направлении влево (в сторону рулевого механизма).
В начальный момент перемещения, когда давление в гидросистеме невелико, усилие на рулевом колесе, в основном, создается за счет закручивания торсиона, который непосредственно воздействует на вал 15. Винтовое соединение при этом перемещает золотник и практически не нагружается. При смещении золотника, величина которого ограничена зазором «t» в шлицевом соединении, прекращается доступ рабочей жидкости к кольцевой канавке «f». Жидкость от насоса подается к средней канавке «е», а затем через канал «d» в корпусе и далее по трубопроводу поступает в бесштоковую полость усилительного механизма 14 (ni. en. 54).
Усилие от усилительного механизма передается на рычаг поворотного кулака переднего управляемого моста. Происходит поворот управляемых колес вправо.
Из штоковой полости усилительного механизма жидкость по трубопроводам, через канал «с» (см. рис. 57) распределителя поступает в кольцевую канавку «к» и далее через отверстие «Ь» сливается в бак.
При увеличении сопротивления повороту управляемых колес возрастает давление в гидросистеме и, следовательно, в реактивных камерах, что вызывает пропорциональное увеличение усилия на рулевом колесе.
Таким образом, водитель получает информацию об увеличении сопротивления повороту управляемых колес.
При прекращении дальнейшего вращения рулевого колеса (снятии усилия с него) торсион 17 и плунжеры 21 возвращают золотник в нейтральное положение. Поступление жидкости в бесштоковую полость усилительного механизма прекращается, и автомобиль движется по окружности заданного радиуса.
При вращении рулевого колеса влево втулка 9 и золотник 22 перемещаются в осевом направлении вправо (от рулевого механизма). Жидкость от насоса под давлением через канавку «е», канал «с» поступает в штоковую полость усилительного механизма.
При неисправном гидроусилителе обратный клапан 6 обеспечивает перепуск масла из одной полости усилительного механизма в другую, что облегчает управление автомобилем.

Усилительный механизм

Усилительный механизм смягчает удары, передаваемые на рулевое колесо при движении по неровной дороге, повышает безопасность движения, позволяет 90 сохранить первоначальное направление движения при проколе шины переднего колеса, уменьшает усилие, необходимое при повороте передних колес.
Усилительный механизм шарнирно соединен с рамой и рычагом поворотного кулака переднего моста. Длина штока отрегулирована в пределах, обеспечивающих установленные углы поворота передних колес. Для изменения длины штока следует освободить болт 14 (рис. 58) зажима наконечника, снять с наконечника защитную муфту 12 и ключом вращать шток в ту или другую сторону. Если имеется течь по штоку — поджать уплотнение гайкой 11.

Рис. 58. Механизм усилительный:
1 — наконечник цилиндра; 2 ,6 — кольца уплотнительные; 3 — гайка наконечника; 4 — цилиндр; 5 — поршень со штоком в сборе; 7 — кольцо опорное; 8 — манжета; 9 — кольцо нажимное; 10, 13 — хомуты; 11 — гайка; 12 — муфта защитная; 14 — болт; 15 — наконечник штока

Насос усилительного механизма

Насос усилительного механизма (рис. 59) лопастного типа двойного действия. При вращении вала насоса лопасти прижимаются к криволинейной поверхности статора под действием центробежной силы и давления масла под ним. В полостях всасывания масло попадает в пространство между лопастями, а затем при повороте ротора вытесняется из полости нагнетания.
Торцовые поверхности корпуса и распределительного диска отшлифованы. Забоины и заусенцы на них, а также на роторе, статоре и лопастях недопустимы. В крышке насоса расположены два клапана. Перепускной клапан ограничивает количество масла, подаваемого насосом в силовой цилиндр. Предохранительный клапан, помещенный внутри перепускного, ограничивает давление масла в системе, открываясь при давлении 7500-8500 кПа (75-85 кгс/см²).
Натяжение ремня насоса гидроусилителя руля следует контролировать усилием 40 Н (4 кгс) в середине ветви в направлении стрелки Ь. Допустимый прогиб при этом должен составлять 7-13 мм. Натяжение ремня регулировать винтом 18 с квадратным хвостовиком.

Рис. 59. Насос усилительного механизма:
1 — болт; 2 — коллектор; 3 — кольцо уплотнительное; 4 — прокладка; 5 — крышка; 6 — клапан перепускной в сборе с предохранительным клапаном; 7 — диск распределительный; 8 — ротор; 9 — лопасть; 10 — статор; 11 — подшипник игольчатый; 12 — манжета; 13 — проставка; 14 — корпус; 15 — шкив; 16 — кольцо стопорное; 17 — ремень; 18 — винт; 19 — втулка; 20 — шайба; 21 — гайка; 22 — валик; 23 — шпонка сегментная; 24 — шарикоподшипники; а — к рулевому механизму; b — направление усилия; I — установка насоса

Бак масляный рулевого управления

Бак установлен отдельно от насоса. В баке имеется заливной фильтр 2 (рис. 60). Масло, возвращаясь в бак, проходит через фильтр 7. В случае засорения фильтрующих элементов открывается клапан. Уровень масла в баке должен находиться в пределах плоского участка на указателе и замеряется указателем при незавернутой пробке 3.
Для промывки фильтра бака вывернуть болты крепления фильтра, извлечь и разобрать фильтр. Промыть фильтрующие элементы дизельным топливом, собрать и установить фильтр.

Рулевые тяги

Тяги сошки рулевого управления и рулевой трапеции регулируемые по длине.   Шарниры рулевых тяг и усилительного механизма с кольцевыми вкладышами 9 и 10 (рис. 61). В процессе эксплуатации шарниры не регулируются. В новых шарнирах допускается суммарный люфт в направлении, перпендикулярном оси пальца, до 0,3 мм.
Долговечность шарниров зависит от состояния защитных муфт 12, поэтому поврежденные в процессе эксплуатации муфты необходимо заменять.

Рис. 60. Бак масляный рулевого управления:
1 — корпус; 2 — фильтр заливной; 3 — пробка заливной горловины со щупом; 4, 5 — кольца уплотнительные; 6 — крышка фильтра; 7 — фильтр

Рис. 61. Шарнир рулевого привода:
1 — палец шаровой; 2 — наконечник; 3 — масленка; 4 — пружина; 5 — заглушка; 6 — кольцо стопорное; 7 — уплотнитель; 8 — обойма пружины; 9 — вкладыш нижний; 10 — вкладыш верхний; 11 — накладка; 12 — муфта защитная; 13 — шайба

Техническое обслуживание рулевого управления

Техническое обслуживание рулевого управления заключается в периодической проверке крепления рулевого механизма, трубопроводов, защитной муфты штока усилительного механизма, свободного хода рулевого колеса, а также в обслуживании агрегатов гидросистемы. Собирать и разбирать агрегаты только при необходимости и в условиях полной чистоты. При потере упругости и уплотняющих свойств резиновые кольца заменить.
Перед разборкой насоса необходимо отметить положение распределительного диска относительно статора, а также положение статора относительно корпуса насоса  (стрелка на статоре указывает направление вращения вала насоса).
Статор, ротор и лопасти насоса усилительного механизма подобраны друг к другу индивидуально, как и перепускной клапан и крышка насоса, поэтому не следует нарушать их комплектность.
При незначительных задирах торцовые поверхности ротора, корпуса и распределительного диска притереть друг к другу. При разборке насоса обратить внимание на сохранность резиновых уплотнительных колец. Перед сборкой детали насоса, усилительного механизма и клапана управления промыть в керосине или бензине,  просушить (но не протирать) и смазать маслом.
При наполнении смазкой шарниров рулевого привода требуется следить, чтобы давлением смазки защитная муфта заметно не деформировалась.

Замена масла в гидросистеме рулевого управления:

1. Прогреть двигатель, масло в гидросистеме рулевого управления должно иметь температуру не ниже 20 °С.
2.  Поднять домкратом передний мост.
3.  Повернуть колеса вправо до упора.
4.  Отсоединить шланги усилительного механизма от трубопроводов, идущих от рулевого механизма.
5.  Снять крышку фильтра 6 (см. рис. 60) масляного бака , фильтр 7 и промыть фильтр.
6.  Слить масло из усилительного механизма рулевого управления, для чего повернуть управляемые колеса влево до упора.
7.  Подсоединить шланги усилительного механизма к трубопроводам рулевого механизма.
8.  Удалить остатки масла из  бачка  насоса,  установить  сетчатый фильтр и крышку бачка на место.
9.  Промыть гидросистему, для чего:

• залить в бачок 1,5 л чистого масла;
• пустить двигатель и долить масло до верхней метки  мерной  линейки, после чего в режиме холостого хода повернуть управляемые колеса в обе стороны до упора (два-три раза) и установить колеса в крайнее правое положение, далее следует выполнить работы п.п. 4, 6, 7.

10. Заправить гидросистему маслом, для чего:

• залить в бачок 1,5 л чистого масла;
• пустить двигатель и долить масло до верхней метки, после чего в режиме холостого хода удалить воздух из гидросистемы вращением рулевого колеса до упора в обе стороны (до прекращения выделения пузырьков воздуха в бачке);
• остановить двигатель;
• проверить уровень масла в бачке и при необходимости долить;
• установить пробку заливной горловины бачка на место.

Проверка свободного хода рулевого колеса. Угловой свободный ход рулевого колеса проверять, покачивая рулевое колесо в ту и другую сторону до начала поворота управляемых колес.
Проверку проводить на снаряженном автомобиле при работающем в режиме холостого хода двигателе. Автомобиль должен стоять на горизонтальной площадке с твердой сухой поверхностью (асфальт, бетон). Положение управляемых колес должно соответствовать движению автомобиля по прямой, гидросистема рулевого управления должна быть заправлена, воздух из рабочей жидкости удален.
Угловой свободный ход рулевого колеса не должен превышать 25°.
Если свободный ход превышает это значение и зазоры в элементах рулевого привода устранены, необходимо провести регулировку зацепления рулевого механизма. Перед регулировкой необходимо слить из него масло.

Регулировка зацепления рулевого механизма (см. рис. 55) должна производиться после полной сборки клапана управления усилительным механизмом. При правильно собранном клапане управления зазор между торцом корпуса клапана и торцом подвижного кольца плунжеров должен быть 2,08-2,27 мм. При проверке этого зазора щупом сектор ввести в зацепление с червяком и создать момент на  валу  червяка   17-19   Н.м (1,7-1,9 кгс.м).
Общее перемещение золотника относительно корпуса составляет 4,16-4,54.
Зацепление выполнено так, что осевой зазор между зубьями червяка и сектора, когда сектор находится в среднем положении, минимален и постепенно увеличивается при повороте сектора в любую сторону.
В новом рулевом механизме осевое перемещение сектора в крайних положениях находится в пределах 0,30-0,65 мм, а в среднем положении — в пределах 0,05-0,10 ii.
При регулировке зацепления осевое перемещение сектора в среднем положении установить минимально возможным (не менее 0,01 мм), при этом осевые перемещения сектора в крайних его положениях должны быть больше. Зацепление регулируется подбором регулировочных шайб 19, при этом должна быть сохранена толщина 0,8 мм уплотнительной прокладки 21 под боковой крышкой картера. Правильность регулирования осевого зазора на собранном рулевом механизме проверять индикатором по величине осевого перемещения вала сектора.
После регулировки рулевого механизма обратить внимание на то, чтобы вал руля вращался свободно, без заеданий. На торце сектора против второго зуба и на червяке имеются метки. При сборке, чтобы не нарушить приработки червяка и сектора, эти метки совместить.

В рулевом механизме (см. рис. 56) следует регулировать натяг в подшипниках 14 и зазор в зацеплении гайки-рейки 8 с сектором 1.
Винтовое соединение (винт 7, шарики 6, гайка-рейка 8) и распределитель в процессе эксплуатации не регулируются. Комплектность этих деталей, принятую при заводской сборке, нарушать не разрешается.
1.  Перед регулировкой натяга в подшипниках 14 закрепить рулевой механизм в тисках за проушины картера, отсоединить карданный шарнир (см. рис. 54). Вращением вала 15 (см. рис. 57) установить гайку-рейку 8 (см. рис. 56) и сектор 1 в одно из крайних положений. Определить момент, необходимый для проворачивания вала 15 (см. рис. 57) из крайнего положения в среднее (вал проворачивать на угол примерно 30°). Если момент меньше 0,9 Н.м (0,1 кгс.м), отрегулировать натяг в подшипниках 14 (см. рис. 56), уменьшив количество прокладок 12. После регулировки момент, необходимый для проворачивания вала 15 (см. рис. 57), должен быть в пределах 0,9-1,5 Н.м (0,1-0,15 кгс.м).
2.  Для проверки наличия зазора в зубчатом зацеплении вращением вала 15 установить гайку-рейку и зубчатый сектор в среднее положение (полное число оборотов вала 15 разделить пополам).
Наличие зазора определять покачиванием сошки в обе стороны (будет слышен легкий стук в зубчатом зацеплении) или поворотом вала 15 влево и вправо до начала закрутки торсиона 17 при зафиксированном секторе. Для регулировки зубчатого зацепления снять сошку, крышки 19 (см. рис. 56) и 22 и повернуть вкладыши 21 с подшипниками 18 по часовой стрелке (если смотреть со стороны вала сектора) на одинаковый угол так, чтобы исключить зазор в зубчатом зацеплении. После поворота вкладышей одно из отверстий во вкладышах должно располагаться в плоскости, проходящей через диаметрально расположенные резьбовые отверстия в картере 9 для крепления крышек 19 и 22. Установку крышек производить таким образом, чтобы фиксаторы 10 вошли в отверстия во вкладышах 21 и располагались друг против друга. При незначительном несовпадении фиксаторов и отверстий повернуть вкладыши в ту или другую сторону до совпадения фиксаторов и отверстий, обратив внимание на отсутствие зазора в зубчатом зацеплении. Крышки 19 и 22 после регулировки могут быть повернуты на 90°, 180° и 270° относительно первоначального положения.
После установки крышек момент, необходимый для проворачивания вала 15 (см. рис. 57) в среднем положении, должен быть в пределах 2,7-4,1 Н.м (0,27-0,41i).

Регулирование схождения передних колес. Схождение передних колес проверять при номинальном давлении воздуха в шинах замером разности расстояний Bi и В (рис. 62) по бортам ободьев колес. Порядок проверки:

• установить автомобиль на ровной горизонтальной площадке с твердым покрытием так, чтобы передние колеса соответствовали движению по прямой;
• раздвижной линейкой замерить расстояние Bi между бортами ободьев 96 колес в задней части на уровне центров колес и отметить места замеров. Перекатить автомобиль, чтобы отмеченные точки оказались впереди, и замерить расстояние В. Спереди расстояние должно быть на 1-3 мм меньше, чем сзади. Если разность расстояний Bi и В выходит за вышеуказанные пределы, то регулировать схождение колес изменением длины поперечной рулевой тяги, ослабив затяжку болтов наконечников тяги рулевой трапеции. Отрегулировав схождение, затянуть болты наконечников тяги. Углы поворота ограничиваются постоянными нерегулируемыми упорами, величина их указана на рис. 62.

Рис. 62. Установка управляемых колес