Принцип и схема работы гидроусилителя руля

Принцип и схема работы гидроусилителя руля

Гидроусилитель создали для того, чтобы облегчить управление авто. Его главной функцией является обеспечение облегченного поворота руля при выполнении определенного маневра. К тому же, наличие данного устройства в рулевом управлении способствует повышению маневренности транспортного средства за счет того, что водителю теперь не нужно прилагать повышенное усилие для поворота руля. ГУР также способствует повышению безопасности при возникновении некоторых непредвиденных ситуаций на дороге. Он смягчает вибрацию на руле от колес, когда авто наезжает на камень или другую неровность. Также он обезопасит водителя в случае внезапного прокола колеса (он удерживает руль в прямолинейном направлении), таким образом, автомобиль не изменит направления.

Составные части усилителя. Виды ГУР

В общем, основной задачей усилителя на легковом авто является повышение безопасности, а уже потом только – обеспечение комфортабельности.

Устройство гидроусилителя руля включает в себя несколько основных составных элементов:

• насос;
• распределитель;
• силовой цилиндр;
• соединительные трубопроводы.

На технике использовалось два типа гидроусилителей:

1. Комбинированный (интегрированный).
2. Раздельный.

Комбинированный тип отличается тем, что распределитель и цилиндр интегрированы в рулевой механизм, что позволяет в значительной мере уменьшить металлоемкость конструкции и сделать ее более компактной. Благодаря этому он получил широкое распространение, в том числе и на легковых авто.

Раздельный тип применялся на ряде грузовых авто. Его особенность заключена в том, что силовой цилиндр – отдельный элемент, взаимодействующий с приводом рулевого управления. Но из-за такого решения, конструкция ГУР получилась более громоздкой, поэтому на легковых авто она не используется.

Насос

Из названия усилителя понятно, что основным рабочим элементом в этом механизме является жидкость. Поскольку она несжимаема, то при создании давления можно получить усилие, которое и будет выполнять требуемую функцию.

И давление это создается насосом. В более простой схеме механизма насос имеет ременной привод от коленчатого вала. Этот элемент конструкции может быть шестеренчатым (менее распространенный тип) или роторным (он же лопастной). Чаще всего на авто используется второй вариант.

Устройство насоса гидроусилителя роторного типа очень простое. Основными его элементами являются корпус с подающим и выходным штуцерами и вал, на одном конце которого установлен приводной шкив, а на другом – ротор с лопастями. Этот ротор располагается в камере особой формы — статоре (его роль выполняет корпус). За счет этой формы статора и обеспечивается нагнетание жидкости, которая затем подается на выходной штуцер, ведущий на распределитель.

Лопастной насос гидроусилителя

Недостатком насоса, приводимого от коленчатого вала, является изменение создаваемого давления в зависимости от оборотов мотора. Из-за этого создаваемое ГУРом усилие на малых оборотах является недостаточным, а на высоких – чрезмерным, что приводит к появлению такого эффекта, как «пустой руль» («обратная связь» рулевого управления – отсутствует, поэтому информативность рулевого управления очень мала).

Принцип работы шестеренчатого и роторного насосов

Чтобы устранить этот недостаток, в устройство насоса гидроусилителя включен регулятор давления, поддерживающий его в заданном значении. Функционирует он очень просто – при превышении давления, регулятор, смещаясь, открывает перепускной канал между подающим и выводным каналами и часть давления сбрасывается.

Распределитель

Жидкость под давлением, созданным насосом, подается на распределитель. В задачу этого составного элемента входит распределение потока жидкости в зависимости от положения рулевого управления. Наибольшее распространение на легковых авто получил золотниковый распределитель поворотного типа. Этот узел является промежуточным звеном между валом колонки и шестерней рулевого механизма.

Устройство распределителя рейки

Состоит распределитель из двух элементов – вала и поворотного золотника. Эти элементы насажены на торсион, который соединяет между собой вал колонки и шестерню.

К распределителю подходит подающий штуцер от насоса, обратка (по ней жидкость возвращается снова в насос) и два вывода, ведущих на силовой цилиндр.

Схема работы распределителя

Суть работы распределителя такая: при вращении руля сопротивление, идущее от колес, приводит к скручиванию торсиона, что в свою очередь обеспечивает проворот золотника относительно вала распределителя. Из-за этого одни каналы открываются, а вторые закрываются, то есть, происходит перераспределение потока жидкости.

Цилиндр

Силовой цилиндр выполняет роль исполнительного элемента. В комбинированном типе ГУР он полностью интегрирован в рулевой механизм. В качестве поршня выступает рулевая рейка, на которой дополнительно имеется шайба с уплотнителями, а цилиндра – корпус. Поршень делит цилиндр на две камеры, соединенных трубопроводами с распределителем.

Видео: Общее устройство и принцип работы системы рулевого управления

Комплектация ГУР довольна проста. Все детали выполняют свою определённую функцию, обеспечивая бесперебойную работу усилителя.

Гидроусилитель состоит из таких элементов, как:

• насос;
• распределитель;
• гидроцилиндр;
• жидкость (масло);
• трубопровод (соединительные трубки).

Схема конструкции ГУР выглядит следующим образом:

1. К корпусу распределителя присоединены механизм рулевого управления и рулевая рейка.
2. Насос соединяется с распределителем специальными клеммами. От насоса расходятся соединительные трубки к распределителю и бачку.
3. Бачок соединяется с распределителем трубкой.

Далее следует подробно рассмотреть, каковы предназначение и функции каждого элемента в отдельности.

Насос

Насос продуцирует давление, благодаря чему жидкость проходит по системе через все её компоненты. Привод насоса происходит посредством ременной передачи энергии от коленвала. Пластинчатые насосы наиболее популярны, так как обладают повышенным КПД и долговечностью.

Вращаясь, пластинки черпают масло и, подгоняемые давлением, которое вырабатывает насос, подают его через распределительную часть в гидроцилиндр. Давление внутри насоса провоцируется специализированным клапаном. Мощность этого давления может достигать примерно 100 бар.

Типы насосов:

• регулируемый. Уровень давления поддерживается за счёт производительности такого насоса;
• нерегулируемый. Давление остаётся неизменным при помощи специального редукционного клапана. Клапан гидравлического либо пневматического типа автоматически регулирует степень давления на маслянистую жидкость.

Распределитель

Распределитель ГУР находится на валу рулевого механизма либо на приводе руля. Его предназначением являются распределение и подача масляной жидкости в полое пространство цилиндра либо в бачок. Через соединительные трубки масло поступает от насоса в распределительную коробку и далее распространяется по системе.

Элементы распределителя:

• торсион. Спиралевидный стержень, который под влиянием вращающего момента начинает крутится;
• поворотный золотник;
• вал распределителя.

Золотник и вал — цилиндры, имеющие колеи для прохождения жидкости.

Цилиндр

Гидроцилиндр находится в рейке, состоит из поршня и штока. Они заставляют двигаться реечный элемент под влиянием давления, которое осуществляет масло. Соединительные трубки, выдерживающие высокое давление, пропускают масло от распределителя к цилиндру и далее к насосу.

По трубкам с низким давлением масло проходит из бака в полость насоса, затем в распределительную коробку и назад — в бачок. Задача цилиндра — проталкивать рейку, которая приводит колёса в движение.

Устройство гидроусилителя и электроусилителя руля

Типы рулевого механизма

Сначала — о рулевых механизмах. Один из них, знакомый по «Жигулям», носит название «червяк-ролик» из-за того, что его действие основано на использовании червячной шестеренчатой пары. Полное название — «винт-шариковая гайка-рейка-сектор». Такой механизм считается устаревшим.

С распространением на легковых авто переднего привода, получил распространение тип рулевого механизма — «шестерня-рейка» или реечный. Механизм «шестерня-рейка» легче и технологичнее, идеально подходит для переднеприводной компоновки и подвески McPherson, обеспечивая большую легкость и точность управления.

Недостатки рулевого усилителя

Неоспоримое преимущество рулевого усилителя — облегчение работы рук при парковке, когда приходится совершать много оборотов баранки при максимальном усилии. Но усилитель обладает еще одним полезным свойством — он ослабляет передачу на руль ударов от неровностей дороги.

Недостатки? Владельцы автомобилей с ГУР часто жалуются на отсутствие или нехватку реактивного усилия на руле. В этом виноват гидроусилитель — он слишком активно помогает водителю, убирая ту толику возвращающего усилия, которая обеспечивает «чувство автомобиля».

Чтобы добиться хорошей информативности рулевого привода и одновременно не сделать баранку тугой, нужно увязать массу факторов: производительность насоса, геометрию передней подвески, углы установки колес, параметры задней подвески, характеристики шин и даже жесткость кузова на скручивание. Поэтому, безупречные с этой точки зрения автомобили попадаются редко и многие фирмы жертвуют информативностью в пользу комфорта.

Гидроусилитель руля — ГУР

Исполнительный механизм гидроусилителя, как правило, выполнен заодно с рулевым механизмом — их называются интегральными. В качестве рабочей жидкости в гидроусилителях иномарок используется масло ATF — то же, что и в автоматических коробках передач.

Реечный рулевой механизм с гидроусилителем. Если рулевые тяги располагаются по бокам рейки, то поршень размещается посередине корпуса. А если тяги крепятся к центральной части рейки, то поршень выносят вбок.
Насос ГУР, приводимый ремнем от коленвала, засасывает из бачка масло и нагнетает под высоким давлением в 50-100 атм в распределитель. Задача распределителя — отслеживать усилие на руле и дозировано помогать поворачивать управляемые колеса. Для этого используют следящее устройство — чаще всего торсион, встроенный в разрез рулевого вала.

Когда машина стоит или едет по прямой, то усилия на рулевом валу нет, и торсион не закручен — соответственно, перекрыты дозирующие каналы распределителя, а масло сливается обратно в бачок. Водитель поворачивает руль, колеса сопротивляются — торсион закручивается тем сильнее, чем больше усилие на руле. Золотник открывает каналы и направляет масло в исполнительное устройство. Когда баранка повернута до упора, срабатывают предохранительные клапаны, сбрасывая давление масла и сохраняя детали от повреждения.

Электроусилитель руля — ЭУР

Это усилители руля, в которых не осталось гидравлики! На торсионе стоит датчик и в зависимости от его сигнала электроника подает ток нужной полярности и силы на обмотки электромотора, связанного с рулевым механизмом через червячную передачу. А по сигналам от датчика скорости можно изменять характеристику усилителя в соответствии с любой заложенной в память блока зависимостью.

Преимущества:

• независимость работы усилителя от оборотов двигателя
• информативность (самонастройка усилителя руля к скорости автомобиля)
• независимость работы усилителя руля от температуры
• экономичность
• надежность (отсутствие шлангов, ремней, сальников, жидкостей)
• не требует обслуживания (замены и доливки рабочей жидкости)
• выше симметричность руля (отсутствие разницы усилия в левом и правом положении)

Усилитель руля потребляет энергию только при вращении руля, в отличие от гидроусилителя, когда рабочая жидкость всегда гоняется по трубам, на что тратится дополнительная энергия. Коэффициент полезного действия электродвигателя выше КПД гидронасоса.

Электроусилитель в зависимости от массы и компоновки автомобиля. 1 — рулевая колонка; 2 — электроусилитель с червячной передачей и электронным блоком управления; 3 — промежуточный вал; 4 — реечный рулевой механизм; 5 — следящее устройство с торсионом; 6 — блок управления; 7 — электропривод с механизмом винт—шариковая гайка—рейка
Вариант для авто малого класса — усилитель встроен в рулевую колонку	Вариант для автомобилей среднего класса	Вариант для авто большого класса — электропривод усилителя интегрирован с рулевой рейкой

Рулевой механизм с переменным отношением

А нельзя ли изменять передаточное отношение усилия на руле? Ведь около нулевого положения баранки, когда едешь по прямой на высокой скорости, излишняя острота рулевого управления — мешает, заставляя водителя напрягаться. А при парковке или развороте, наоборот, хотелось бы иметь передаточное отношение поменьше — чтобы поворачивать руль на меньший угол.

Для этих целей используется рейка с переменным профилем: в около нулевой зоне зубья треугольные, а ближе к краям — трапецеидальной формы. Шестерня входит с ними в зацепление с разным плечом, что помогает изменить передаточное отношение.

Принцип работы гидроусилителя руля

Рассмотрим несколько режимов работы гидроусилителя при повороте колес в любую сторону:

1. Автомобиль стоит неподвижно на месте, колеса установлены прямо. В данный момент гидроусилитель не работает и жидкость просто перекачивается насосом по системе (из бачка в распределитель и обратно).
2. Водитель начинает вращать рулевое колесо. Крутящий момент от рулевого колеса передается на вал распределителя и далее на торсион, который начинает закручиваться. Поворотный золотник в этот момент не вращается, поскольку ему мешает это сделать сила трения, препятствующая повороту колес. Перемещаясь относительно золотника, вал распределителя открывает канал для поступления жидкости в одну из полостей гидроцилиндра (в зависимости от того, куда повернут руль). Таким образом, вся жидкость под давлением направляется в гидроцилиндр. Жидкость из второй полости гидроцилиндра поступает в сливную магистраль и далее в бачок. Жидкость давит на поршень со штоком, за счет чего перемещается рулевая рейка и поворачиваются колеса.
3. Водитель прекратил вращение рулевого колеса, но продолжает удерживает его в повернутом положении. Рулевая рейка, перемещаясь, вращает поворотный золотник и выравнивает его относительно вала распределителя. В этот момент распределитель устанавливается в нейтральное положение и жидкость вновь просто циркулирует по системе, не совершая никакой работы, так же как и при прямолинейном положении колес.
4. Водитель “выкрутил” руль в крайнее положение и продолжает его удерживать. Данный режим является наиболее тяжелым для гидроусилителя, поскольку распределитель не может вернуться в нейтральное положение, и вся циркуляции жидкости происходит внутри насоса, что сопровождается повышенным шумом его работы. Но стоит отпустить руль, и система придет в норму.

Схема работы гидроусилителя

ГУР устроен таким образом, что при его отказе рулевое управление будет продолжать работу и возможность управлять автомобилем сохранится.

Схема устройства ГУР

Всего существует два вида гидроусилителей рулевого механизма: стандартный и ЭГУР, который комплектуется специальным электронным блоком управления и электромагнитным клапаном. В целом их конструкция схожа и прекрасно впишется в любой рулевой механизм. Сейчас же, большая часть автомобилей комплектуется рулевой рейкой, поэтому рассмотрим устройство ГУР и ЭГУР на ее примере.

В состав основных частей гидроусилителя входят:

1. Распределитель золотникового типа
2. Специальный насос
3. Бачок, в котором хранится рабочая жидкость
4. Рабочий цилиндр
5. Система шлангов патрубков для перемещения жидкости

ЭГУР же может дополнительно комплектуется датчиком скорости, электромагнитным клапаном и специальным блоком управления.

Рабочий цилиндр и распределитель устанавливаются на рулевую рейку и представляют с ним единое целое. Назначение насоса заключается в том, чтобы создать необходимое давление жидкости и приводится в движение при помощи ременной передачи от коленчатого вала двигателя.

Устройство гидроусилителя

Гидроусилитель руля в различных модификациях может быть установлен на любой рулевой механизм, но рассмотрим простейший и наиболее распространенный для легковых автомобилей вариант – реечный механизм. Система гидроусилителя состоит из следующих основных частей:

• масляный насос;
• золотниковый распределитель;
• рабочий (силовой) цилиндр;
• резервуар для рабочей жидкости (масла);
• всевозможные трубки, переходники и соединительные шланги.

В случае с электрогидроусилителем в устройстве присутствует электронный блок управления (ЭБУ) и электромагнитный клапан.

Масляный насос чаще устанавливается на блок цилиндров двигателя и приводится во вращение посредством ременной передачи. Назначение насоса наверняка понятно и без объяснений – создание необходимого давления масла в системе гидроусилителя. Распределитель и силовой цилиндр чаще всего являются единым целым с рулевой рейкой.

Принцип работы электроусилителя руля

Насос ГУР приводиться в действие двигателем автомобиля и создает гидравлическое давление. Ротор насоса приводиться в действие и вращается со скоростью двигателя. За счет центробежной силы, пластины находящиеся в канавках ротора, выдвигаются и удерживаются на внутренней поверхности насоса. Зазор между пластинами и внутренней поверхностью насоса изменяется в зависимости от скорости работы мотора. Тем самым изменяется объем жидкости, нагнетаемой насосом.

Гидроусилитель руля сложная система, которая постоянно работает при включенном двигателе. Если автомобиль не поворачивает, то золотник находиться в спокойном (нейтральном) положении. И жидкость беспрепятственно циркулирует в системе. При повороте руля в ту или иную сторону происходит перемещение золотника в ту же сторону, в результате чего перекрывается одна из магистралей.

Под давлением жидкости поршень гидроцилиндра выдавливает шток, и происходит доворот колес. Как только руль возвращается в исходное положение, золотник занимает нейтральное положение. Через вторую открывшийся сливную магистраль масло выравнивает давление в поршне и возвращает сток назад.

Рекомендации для того, чтобы гидроусилитель руля и реечный механизм прослужил дольше

p, blockquote 50,0,0,0,0 —>

Выполняя следующие рекомендации, можно значительно снизить вероятность поломки гидроусилителя руля и реечного механизма системы управления автомобилем:

p, blockquote 51,0,0,0,0 —>

• следить за уровнем масла в системе (проверять не реже одного раза в месяц);
• проверять систему на наличие утечек;
• контролировать натяжение ремня насоса;
• один раз в год заменять масло и фильтр;
• не допускать эксплуатацию авто с нерабочим насосом;
• не держать руль в крайне левом либо правом положении разворота более пяти секунд.

Если свистят колодки при торможении, что делать в такой ситуации.

Что такое режим VALET в сигнализации и как он включается с помощью одноименной кнопки.

Видео — как выходит из строя рулевая рейка с гидроусилителем и стоит ли ее ремонтировать:

p, blockquote 53,0,0,0,0 —> p, blockquote 54,0,0,0,1 —>