Zadania układu kierowniczego Układ kierowniczy jest to zbiór me­chanizmów, umożliwiających kierowa­nie pojazdem, a więc utrzymywanie stałego kierunku jazdy lub jego zmianę, zgodnie z wolą kierowcy. Kie­rowanie pojazdem polega na zmianie ustawienia kól kierowanych, przy czym warunkiem prawidłowego (bez poślizgów bocznych) toczenia się kół podczas jazdy po torze krzywoliniowym jest niejednakowe skręcenie koła wewnętrzne­go i zewnętrznego. Zależności między kątami skrętu kół kierowanych zostały omówione w rozdz. 9. Układ kierowniczy powinien odpowiadać następującym warunkom: zależność kinematyczna między kątami skrętu kół kierowanych powinna być możliwie bliska zależności teoretycznej; kola skręcone powinny samoczynnie powracać do położenia odpowiadającego kierunkowi jazdy wprost oraz zapewniać utrzymywanie tego kierunku mimo działania sił bocznych niezależnych od kierowcy; pionowe przemieszczenia kół kierowanych wywołane nierów­nościami drogi nie powinny powodować zmiany kierunku jazdy; kierowanie pojazdem powinno być łatwe i skuteczne, z uży­ciem możliwie małych sił na kole kierowniczym; — uderzenia wywołane nierównościami nawierzchni nie powinny być odczuwalne na kole kierowniczym. W różnych samochodach warunki te spełniane są w większym lub mniejszym stopniu, zależnie od zastosowanych rozwiązań konstrukcyj­nych. Różnice dotyczą poszczególnych fragmentów układu kierowniczego, większość rozwiązań charakteryzują jednak pewne wspólne cechy. Tak więc układy kierownicze samochodów działają z reguły na koła przednie, a tylko w wyjątkowych przypadkach na koła przedniej i tylnej osi. W ukła­dzie kierowniczym rozróżnia się dwie grupy elementów, tworzące mechaniz­my: zwrotniczy i kierowniczy. Mechanizm zwrotniczy to zespół dźwigni i drążków łączą­cych koła kierowane. Zapewnia on takie połączenie kinematyczne, dzięki któremu koła pojazdu poruszającego się po torze krzywoliniowym toczą się bez poślizgu. Mechanizm kierowniczy umożliwia skręt kół kierowanych (pod wpływem obrotu koła kierownicy) oraz, dzięki odpowiedniemu prze­łożeniu, dostosowuje wartości sił przyłożonych przez kierowcę do koła kie-kownicy i wartości kątów obrotu tego koła do wartości sił i kątów niezbęd­nych do kierowania pojazdem. Na rys. 19.1 przedstawiono typowy układ kierowniczy wraz z belką przedniej osi. W skład mechanizmu kierowniczego wchodzą: kolo kierownicy, wal kierownicy, przekładnia kierownicza, ramią przekładni kierowniczej, drążek podłużny i ramią zwrotnicy. Mechanizm zwrotniczy tworzą: drążek po­przeczny, dźwignie zwrotnic i zwrotnice. Na czopach zwrotnic osadzone są na łożyskach koła kierowane. Poszczególne drążki i dźwignie układu kiero­wniczego połączone są ze sobą przegubami. 19.2 W prawidłowo działającym mechani- Mechanizmy zwrotnicze zmie zwrotniczym powinny wystę- pować takie zależności kinematyczne pomiędzy kątami skrętu obydwu kół kierowanych, żeby podczas jazdy po łuku o dowolnym promieniu krzywizny każde z kół samochodu mogło toczyć się bez poślizgu bocznego, tzn. po torze, którego promień krzywizny jest zawsze prostopadły do płaszczyzny koła. W rozdziale 9 określono zależności pomiędzy kątami skrętu $z i pro zewnętrznego i wewnętrznego koła kierowanego oraz chwilowym pro­mieniem krzywizny R, rozstawem osi / i rozstawem kół b Wzory te wyprowadzono przy upraszczającym założeniu, że pod­czas skrętu koła obracają się wokół osi pionowej leżącej w płaszczyźnie symetrii koła. W rzeczywistości koła obracają się wokół sworzni zwrotnic. W dal­szym ciągu przez b będziemy więc rozumieli rozstaw sworzni zwrotnic. Odejmując od siebie odwrotności tangensów kątów i (Sw można otrzymać zależność pomiędzy kątami skrętu kół kierowanych (19.1) Ponieważ stosunek bl dla danego samochodu jest stały, teoretycz­nie można by zbudować idealny mechanizm zwrotniczy spełniający dokładnie zależność 19.1. W praktyce jest to jednak bardzo trudne do zrealizowania i wymagałoby zastosowania złożonego układu kilkunastu drążków połą­czonych ze sobą przegubami. Dlatego buduje się mechanizmy zwrotnicze tylko w przybliżeniu spełniające zależność 19.1. Najprostszym takim roz­wiązaniem, najpowszechniej stosowanym, jest trapezowy mechanizm zwrot­niczy (rys. 19.2), w którym, przy ustawieniu kół kierowanych w położeniu odpowiadającym jeździe wprost, belka osi przedniej, drążek poprzeczny i dźwignie zwrotnic tworzą trapez równoramienny. Przez odpowiedni do­bór długości poszczególnych boków trapezu można uzyskać w przybliżeniu spełnienie zależności 19.1. Parametry geometryczne trapezu dobiera się doświadczalnie, a następnie sprawdza się je, wykreślając krzywą błędu me­chanizmu zwrotniczego. Można wykazać, że w prostokącie AB CD o bokach b i / (rys. 19.3) prosta KC łącząca środek odcinka AB — punkt K — z punktem C stanowi miejsce geometryczne punktów' N, odznaczających się tym, że odcinki NA i NB łączące te punkty z wierzchołkami A i B tworzą z odcinkiem AB kąty spełniające zależność 19.1, a wiec równe fi, i $a. Wynika to stąd, że Z podobieństwa trójkątów KMN i KBC wynika pro­porcja a więc Wynika stąd następujący wniosek: w idealnym mecha­nizmie zwrotniczym proste przechodzące przez sworznie zwrotnic (punkty A i B na rys. 19.3), nachylone pod kątami (3, i Pw do przed­niej osi, powinny przecinać się w punkcie N leżącym na prostej KC. Warunek ten powinien być speł­niony dla każdego położenia układu zwrotniczego. Krzywą błędu mechanizmu zwrotniczego wyznacza się wykreśl-nie (rys. 19.4). Stanowi ona zbiór punktów N przecięcia prostych przechodzą­cych przez sworznie zwrotnic i nachylonych do przedniej osi pod kątami $2 i Kolejne punkty N znajdujemy wykreślnie, rysując układ zwrotni­czy w różnych położeniach. Wyznaczona linia charakteryzuje kinematykę układu, a jej odchylenie od prostej KC określa błąd kinematyki. Przy do­borze geometrycznych parametrów trapezu należy dążyć do tego, aby krzy­wa błędu możliwie najmniej odbiegała od prostej KC, charakteryzującej układ idealny. W samochodach z niezależnym zawieszeniem kół dobór parametrów geometrycznych mechanizmu zwrotniczego jest trudniejszy niż w przy­padku sztywnej osi przedniej, ponieważ przy ugięciu zawieszenia zmie­nia się odległość między końcami dźwigni zwrotnic. Aby zmniejszyć wy­nikające z tego nieprawidłowości kinematyczne, stosuje się bardziej zło­żone mechanizmy zwrotnicze (rys. 19.5), w których drążek poprzeczny jest dzielony. Na rys. 19.6 przedstawiono przykładowo układ kierowniczy sa­mochodu Polski Fiat 126p z mechanizmem zwrotniczym o dzielonym drążku poprzecznym. Drążki mechanizmu zwrotniczego wykonuje się zwykle w postaci prętów lub rur o nagwintowanych końcach, na które nakręca się głowice do mocowania kulistych sworzni przegubów. Przeguby łączące drążki umoż­liwiają przestrzenne odchylanie się poszczególnych elementów mechanizmu zwrotniczego. Przeguby te wyposaża się w sprężyny do samoczynnego ka- sowanła luzów spowodowanych zużywaniem się sworzni kulistych. W od­różnieniu od przegubów drążka podłużnego przeguby mechanizmu zwrot­niczego wykonuje się najczęściej jako sztywne, tzn. bez elementów sprężystych umożliwiających przesuwanie się sworznia wzdłuż osi drążka. Na rys. 19.7 przedstawiono przykładowo dwa rozwiązania połączeń przegubowych sto­sowanych w mechanizmach zwrotniczych.