Рулевая передача. Направление движения всех современных автомобилей изменяется путем поворота передних колес на поворотных пальцах или шаровых шарнирах через тяги и рычаги, приводимые в действие поворотом рулевого колеса в кабине водителя. Главное звено системы – рулевой механизм в основании рулевой колонки. Существуют два типа рулевых механизмов: червячные и реечные. Рулевой механизм увеличивает усилие, передаваемое от рулевого колеса к передним колесам, тем самым облегчая их поворот.

Главная проблема здесь состоит в том, чтобы уменьшить трение в рулевой передаче и тем самым максимально облегчить управление автомобилем и повысить его эффективность. С этой целью в 1940-х годах был введен рулевой механизм с плавающими шариками малого диаметра. Шарики циркулировали в резьбе между червяком и роликом, полностью исключая их соприкосновение. Концы резьбы соединялись трубкой малого диаметра, чтобы при вращении червяка шарики находились в замкнутом канале. Теперь большинство автомобилей имеет рулевой механизм червячного или реечного типа с плавающими шариками.

Рулевая передача с усилением. 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 рулевом механизме передачи с гидроусилителем давление масла повышается до 9 МПа насосом с ременным приводом (насос установлен на двигателе). Обычно гидроусилитель, состоящий из цилиндра и поршня, объединен в один агрегат с рулевым механизмом; поршень увеличивает усилие, передаваемое на рулевую сошку, которая соединяет рулевой механизм с тягами и рычагами. Система клапанов регулирует давление масла в цилиндре и управляет перемещением поршня.

Система клапанов должна быть сконструирована так, чтобы рулевое управление, с одной стороны, было чувствительным, т.е. чтобы водитель чувствовал, что происходит с передними колесами, особенно в снег и гололед, и, с другой стороны, не создавало бы столь большое усиление, чтобы чувство дороги утрачивалось. Обычно главный клапан управляется противодействием со стороны передачи, так что для отключения усиления достаточно усилия 5–20 Н на рулевом колесе. Таким образом обеспечивается чувствительность управления без увеличения усилия, необходимого для поворота руля.

Передаточное отношение рулевого механизма. 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. При наличии рулевой передачи с усилением управление автомобилем становится быстрым и легким одновременно.

Колеса и шины. Автомобиль стал настоящим средством передвижения лишь после изобретения шины. Некоторые из первых автомобилей имели деревянные колеса со спицами, другие – колеса из сплошной резины и даже колеса с ободами, обтянутыми канатом. Конструкция покрышки менялась с годами чуть ли не в большей степени, чем устройство любой другой части автомобиля, и оказала столь же важное влияние на качество езды и управления, как конструкция системы подвески.

Основа современной автомобильной покрышки – каркас, состоящий из двух или более прорезиненных слоев кордной ткани. Эти слои укладываются один на другой таким образом, что кордные нити в соседних слоях располагаются под углом. В результате каркас приобретает значительную поперечную жесткость и благодаря этому противостоит разбуханию при высоких скоростях. Внешние слои резины, образующие боковины и протектор, навариваются на каркас при вулканизации в форме (после укладки усиленных металлокордом бортов по внутренним краям покрышки). Борта обеспечивают целостность покрышки при ее монтаже на обод. Готовая покрышка обладает достаточными жесткостью и прочностью, чтобы выдерживать интенсивные нагрев, давление, трение и удары при движении автомобиля.

Протектор – та часть поверхности покрышки, которая соприкасается с дорогой. Эффективность сцепления шины с дорогой определяется главным образом рисунком протектора. Чтобы улучшить сцепление, на протекторе создаются перекрестные углубления. На мокрой дороге между шиной и дорожным покрытием остается пленка воды, действующая как смазка и ухудшающая сцепление. Рисунки протекторов современных шин выбираются таким образом, чтобы при движении протектор выдавливал из-под себя как можно больше воды; это уменьшает вероятность заноса в сырую погоду. Для езды в условиях бездорожья, а также в снег и гололед применяют шины с крупным направленным рисунком, а иногда с вставленными в протектор стальными шипами, которые, проникая в лед, улучшают сцепление.

В 1980-х годах наиболее популярными материалами кордных нитей каркаса недорогих шин были вискозное волокно и полиэфир. От найлоновых нитей почти полностью отказались ввиду проседания найлонового каркаса (образования вмятин на шине) при длительной стоянке автомобиля. Поскольку на большинстве легковых автомобилей устанавливаются шины с радиальной укладкой нитей, большое внимание уделялось выбору материалов для брекера (подушечного слоя между каркасом и протектором). Для недорогих шин очень эффективными оказались металлокорд и стекловолокно, хотя подвеска в этом случае должна специально настраиваться для езды без толчков на малых скоростях. Как в каркасе, так и в брекере шин высокого качества широко применяются синтетические материалы, такие, как арамидные волокна (в том числе кевлар). Эти материалы обеспечивают оптимальные ходовые качества, управляемость и срок службы протектора.

Для изготовления автопокрышек используется смесь из ~90% синтетического и ~10% натурального каучуков. Синтетические каучуки почти точно воспроизводят натуральный по химическому составу и механическим характеристикам. Натуральный каучук добавляется ввиду его превосходной способности рассеивать тепло (особенно при длительной езде с высокой скоростью), хотя изнашивается он быстрее, чем синтетический. Сочетание каучуков делает шину мягче, эффективнее и долговечнее.

В прежних конструкциях шин использовались отдельные камеры из тонкой резины для накачки в них воздуха. Однако современные точные методы изготовления покрышек и ободов колес позволяют устанавливать покрышку на обод без внутренней камеры и обеспечивают надежную изоляцию от атмосферы. Проколостойкие шины делают самоуплотняющимися, чтобы предотвратить внезапный и потенциально опасный выход воздуха во время прокола.

Угол между направлением кордных нитей каркаса и плоскостью колеса влияет на рабочие характеристики шины. В шинах современных легковых автомобилей двухслойного типа кордные нити, как правило, прокладываются под углом около 30°.

Уменьшение кордного угла, т.е. приближение кордных нитей к плоскости колеса, повышает эффективную жесткость каркаса и устойчивость шины на высокой скорости. Однако за улучшение управляемости, способности вписываться в поворот и высокоскоростной устойчивости приходится платить усилением дорожной тряски.

Радиальная шина, представляющая собой попытку достичь компромисса в выборе указанных характеристик, построена на ином принципе. Кордные нити каркаса проложены в шине в радиальном направлении, что позволяет каркасу эффективно гасить дорожную тряску. Жесткая, широкая прокладка, состоящая из двух или более слоев прорезиненной кордной ткани, размещается на верхней поверхности каркаса вплотную к протектору, удерживая протектор от «виляний» при качении шины.

Третья конструкция, разработчики которой попытались объединить преимущества радиальной шины и обычной диагональной шины, -- это диагонально-опоясанная шина. Кордные нити в слоях шины такой конструкции уложены под косым углом, как в диагональной шине, а под протектором проложен подушечный слой (брекер), как в радиальной шине. Подкрепление протектора брекером примерно в полтора раза увеличивает срок службы диагонально-опоясанной шины по сравнению с диагональной, тогда как диагональные слои каркаса обеспечивают более мягкую езду, чем на радиальных шинах. Вдобавок основной каркас можно изготавливать на том же оборудовании, что и диагональные шины.

(30.22 Кб)

Форма и размер шины сильно влияют на ее рабочие характеристики. Одно время стремились увеличить ширину каркаса по сравнению с его высотой в поперечном сечении, что давало ряд преимуществ. Более широкий протектор имеет большую площадь соприкосновения с дорогой, т.е. лучшее сцепление на всех покрытиях, и медленнее истирается. Уплощенное поперечное сечение («низкий профиль») сообщает шине нужную жесткость, большую долговечность и лучшие рабочие характеристики.

назад   дальше