Как устроена рулевая рейка

Как работает рулевая рейка – устройство и особенности:

— Автомобильная рулевая рейка в течение многих лет используется как один из обязательных элементов рулевого управления. Почти все легковые авто, которые выпускаются в наше время, оснащены данной деталью. Сегодня будет идти речь об устройстве рулевой рейки, а также принципе её работы.

• Как устроена рулевая рейка?!

— Рулевая рейка автомобиля представляет собой устройство, цель использования которого заключается в том, чтобы преобразовать водительское усилие во время воздействия на рулевое колесо в салоне авто, что необходимо для обеспечения поворота колес машины.

— Сегодня существуют три вида рулевых реек, принцип действия которых различается.
Гидравлическая рулевая рейка. Она используется почти во всех легковушках, которые выпускают сегодня. Обеспечивает достаточно комфортное управление автомобилем, поскольку используется гидравлический усилитель руля, благодаря чему водителю нужно прилагать минимум усилий. Механическая рулевая рейка. Устройство данного элемента очень простое. На одном из концов рейки находится зубчатый механизм, который контактирует с зубчатой рейкой. Последняя взаимодействует с приводом руля. Электрическая рулевая рейка. Её отличие от гидравлического аналога состоит в том, что гидравлика не применяется. Для увеличения усилий водителя автомобиль оснащается отдельным электрическим двигателем. Устройство рулевой рейки, а также принцип её работы зависят от характерных особенностей каждого автомобиля. Рулевая рейка может иметь верхнее либо нижнее расположение, что также зависит от модели транспортного средства. Рулевые рейки с верхним расположением устанавливаются сзади мотора, они крепятся к автомобильному кузову. Рулевые рейки с нижним расположением крепятся снизу, их соединяют с кузовом, подрамником либо балкой.

• Конструктивные особенности рулевой рейки.

— Конструкция шестерни-рейки, о которой будет идти речь далее, состоит из следующих элементов: алюминиевый картер, внутри которого находится полость, имеющая специальную защиту; пружина, которая прижимает рейку к шестерне, обеспечивая надежное сцепление зубцов рулевой рейки и шестерни; колесо привода с зубцами, которое находится в картере (устанавливается на подшипники); втулка шарнира рулевой тяги и ограничительное кольцо обеспечивают требуемый ход рулевой рейки в заданном интервале. Схема рулевой рейки такого типа отличается невысоким передаточным числом, благодаря чему водитель может быстро поворачивать колеса в требуемую сторону.

Стоит отметить, что в автомобилях производителя BMW применяется модернизированная рулевая рейка, в конструкции которой присутствует планетарный механизм. Эта схема рулевой рейки обеспечивает возможность корректировки передаточного числа с учетом скорости, с которой движется транспортное средство.

• Как работает рулевая рейка с ГУР?!

— Информация о принципе работы рулевой рейки с гидравлическим усилителем руля поможет понять, почему крутить такой руль можно без особых усилий.

Насос ГУР работает благодаря соединению с мотором. Для этого применяется ременная передача либо специальные шестерни. Насос гидроусилителя руля обеспечивает подачу гидравлической жидкости в распределитель. Этот распределитель расположен в корпусе рулевой рейки, который ещё называют картером.

Золотниковый распределитель используется для обеспечения контроля усилия на руль и объема гидравлической жидкости, необходимой для поворота рейки. В качестве дозирующего устройства используется торсион, интегрированный в разрез рулевого реечного вала.

Если автомобиль движется без поворотов или стоит на месте, рулевая рейка не движется. По этой причине масло пребывает в резервуаре, а не в дозирующих системах распределителя. Когда водитель поворачивает рулевое колесо, колеса начинают сопротивляться. Во время этого происходит закручивание торсиона, сила которого зависит от усилия, прилагаемого на руль. В этот момент происходит открытие каналов распределителя и подача гидравлической жидкости на рулевую рейку. После этого выполняется распределение масла, которое приводит к движению рейки. Принцип работы рулевой рейки – это не просто теоретическая ненужная информация. Поскольку данный элемент используется постоянно, необходимо контролировать исправность составляющих рейки, то есть сальников, пыльников и трубок. Для этого надо просто следить за тем, не появляются ли капли масла под автомобилем. Теперь вы знаете, устройство рулевой рейки, а также принцип её работы.

Дорого и сложно: что ломается в рулевых рейках с ГУР, и как их ремонтируют

Реечный рулевой механизм с интегрированной системой гидроусилителя рулевого управления или, проще говоря, рейка с гидроусилителем – это то, ремонта чего надеется избежать хозяин любого подержанного автомобиля. Иногда при первых признаках неисправности вроде гудения насоса, стука рейки или подтекания жидкости машину и вовсе предпочитают продать, чтобы не связываться с дорогостоящим ремонтом. Если помните, мы уже описывали процесс замены рейки в сборе – но это самый простой вариант при условии неограниченного финансирования. Если же стоимость рейки становится причиной резкого выброса адреналина ввиду ее ценника, то прибегают к ее ремонту. Сегодня мы рассмотрим полный процесс ремонта рулевого механизма с гидроусилителем от момента попадания его в приемку (отдел приема) до момента передачи отремонтированного изделия заказчику, а попутно выясним, насколько это сложная операция, и почему она столь недешева.

Рейки с ГУР: как устроены и какими бывают

П о сути своей все реечные рулевые механизмы с гидроусилителем одинаковы. Однако при более подробном изучении можно выделить некоторые нюансы. Например, насечка зубьев на штоке рулевого механизма может быть прямой, под углом и с переменным шагом зубьев. Достоинства и недостатки каждого из вариантов в рамках этого материала рассматривать не будем.

Итак, принцип действия, как мы уже выяснили, один: шток перемещается во втулках, установленных в корпусе рулевого механизма, и уплотняется сальниками. Также существуют реечные механизмы с треугольным валом, как его называют мастера. Правда, одним и чуть ли не единственным из его достоинств можно назвать лишь возможность более раннего определения износа. В остальном он имеет только недостатки, самым существенным из которых является невозможность замены втулки и сальника штока без снятия поршня гидроусилителя (к этому мы еще вернемся ниже).

Шток рулевого механизма, независимо от исполнения, поджимается специальным упором, с помощью которого регулируется зазор в зацеплении. Вал ведущей шестерни рулевого механизма представляет собой единое целое с золотником. Золотник – это специальный перепускной клапан, который в зависимости от того, в какую сторону вы крутите руль, перенаправляет поток рабочей жидкости в полость справа или слева от поршня, смонтированного на штоке рулевого механизма, помогая тем самым вам во вращении руля. Поршень этот двигается внутри цилиндра, который является частью корпуса всего рулевого механизма.

Отдельно стоит упомянуть о вентиляции внутри рулевого механизма. Дело в том, что пыльники довольно плотно прижимаются к рулевым тягам и корпусу рулевого механизма, а потому при перемещении штока в одном из пыльников может создаться разрежение, что, в свою очередь, чревато ускоренным износом самого пыльника или, что еще хуже, подсосом пыли или грязи снаружи в корпус. Конструкторских решений данной проблемы существует три: вентиляционные каналы в штоке рулевого механизма, вентиляционные каналы в корпусе рулевого механизма, соединенные трубкой, и вентиляционные каналы в пыльниках, которые также соединены трубкой.

Рулевая рейка: устройство, виды, неисправности

Это своеобразный механизм, способный передавать усилия с руля на тяги. Грубо говоря, приспособление, которое позволяет синхронно поворачиваться колесам в сторону заданную рулем. Работает механизм достаточно просто. Необходимо понимать взаимосвязь, поворотное устройство вращает вал, от него вращения передаются на шестерню, а с последней движения передаются на зубчатую рейку. Таким образом, в зависимости от поворота руля, она двигается влево или вправо, а вместе с ней меняется и поворот рулевых тяг, которые прикреплены к поворотным кулакам.

В последнее время именно рулевой рейке, приписывается первенство среди всех систем управления.

Рулевая рейка

Устройство

Как и любой механизм, данная деталь состоит из нескольких элементов. Итак:

• Цилиндр, он же картер. Деталь, в которой размещается сама зубчатая рейка. Как правило, в современных авто стали использовать легкие сплавы, такие как алюминий.

• Шестерня, часть вала «приходящего» с рулевой колонки.

• Зубчатая рейка, которая для надежного сцепления с шестерней, имеет пружину.

• Различные сальники и фиксаторы по краям, для ограничения хода.

• Не забываем о подшипниках, они предотвращают появление люфта и обеспечивают легкие «маневры» самой рейки по корпусу.

Имейте виду, что в зависимости от модификации автомобиля, устройство может дополняться некоторыми дополнительными элементами. К примеру, это могут быть гидравлические цилиндры, электромоторы со своим набором деталей.

Одним из доп. элементов, может выступать планетарный механизм. Он позволяет изменять передаточное соотношение, то есть во время движения, в зависимости от того какая скорость, «планетарка» регулирует передаточное число шестерни. Улучшается управляемость, особенно на высоких скоростях, когда резкие повороты руля, не желательны. Впервые стали применять производители БМВ.

Ныне существует три разновидности подобного управления. Об их отличиях, узнаете далее. Так вот, виды:

1. «Голая», то есть механическая рейка.

Самый простой представитель среди всего рулевого управления. Как понимаете из названия, повороты колес осуществимы только с учетом приложенной силы водителя. Но, не думайте, что в связи с отсутствием «помощников», крутить руль будет сложно. Есть модификации, где смогли внедрить сменное передаточное число. Об его особенностях говорили выше.

Принцип работы в том, что на рейки есть специальные зубья и в зависимости от того, каким образом они устроены и зависит, «тяжесть» и «легкость» поворота руля.

Например, автомобили ВАЗ «Зубила» среди отечественного сегмента, «первопроходцы», первыми применили разный шаг зубьев. То есть, от середины до краев, шаг менялся, тем самым при малых оборотах руля, к примеру, на скорости, руль становился тяжелым. А при маневрировании на ограниченных площадках, руль наоборот вращался легче, из-за меньшего передаточного числа.

2. Рулевая рейка с гидроусилителем

Основное отличие от предыдущего варианта только в том, что в дополнение к той физической силе, которую прилагает водитель, прилагается и «помощь» гидроусилителя. Обеспечивается легкость вращения руля.

К примеру, попробуйте покрутить руль механической рейки и «гидравлики» на месте, разница будет ощутима. В первом случае, «баранку» не повернуть пальцем, во втором случае, это удастся с легкостью.

Рейка с ГУР и без

Принято считать, что гидравлические помощники повышают безопасность движения, основывают такие мысли на том, что во время движения при попадании колеса в яму, именно гидроусилитель примет и «погасит» удар. В случае с «механикой», воздействие передаются на «руки» и не известно, как поведет себя водитель.

Но, это и негативная сторона, ведь значительно ухудшается чувствительность управления.

Принцип работы гидравлики достаточно прост. «Мозги» ГУРа распределяют нужное количество давления и усилия на торсион и золотник. Последние направляют и нагнетают рассчитанное «мозгами» давление. В итоге, когда руль поворачивает, через золотник мгновенно впрыскивается масло в ту зону, в которую идет поворот. После обездвиживания руля или его поворота в другую сторону, масло меняет «позицию».

3. Рейка с электроусилителем

Электрическая рейка, принцип работы аналогичен предшествующей разновидности, но вместо гидравлики, помощь оказывает электромотор. В зависимости от модификации автомобиля, его класса и стоимости, различают несколько вариантов размещения мотора. Итак:

• Встроенный непосредственно в колонку.

• Установлен на валу.

• Третий вариант подразумевает размещение на зубчатой рейке.

Третий вариант размещения по праву считается наиболее безопасным, ведь первые два подразумевают установку на валу. А в случае, выхода из строя, колеса попросту не удастся вывернуть.

Что касается ЭУР в целом, то автомобили с такими механизмами, как правило, дороже. Ведь, в отличие от второго вида, здесь нет никаких шлангов, сальников, которые предотвращали утечку жидкости. И поэтому с точки зрения надежности, они выигрывают.

Неисправности и признаки

В общем, можно выделить около пяти основных проблем, которые могут подстерегать устройство рулевой рейки.

1. Деформация картера, если повреждения окажутся серьезными, не удастся повернуть колеса.

2. Разгерметизация корпуса, то есть попадает пыль, грязь, влага и тому подобное. Как правило, после этого, рейка долго не «проживет».

Порванный пыльник

3. Поломка зубьев рейки, шестеренок, «планетарки».

Поврежденные зубья вала

4. Износ деталей.

5. Потеря целостности смежных элементов рейки, например, трещина, нарушение геометрии, коррозия рулевых тяг, наконечников.

Признаки, свидетельствующие о том, что механизм в скором времени выйдет из строя или нуждается в ремонте:

• Появился стук даже на небольших кочках, который пропадает при «переносе» руля в крайнее положение.

• Пропало усилие при повороте руля.

• Произвольные вращения руля.

• Рулевое колесо перестало возвращаться в исходное положение, после поворота.

Устройство и принцип работы рулевой рейки

Рулевая рейка – элемент рулевого управления, силовой узел, с помощью которого передние колеса автомобиля синхронно поворачиваются в ту сторону, в которую водитель поворачивает руль. Знать устройство рулевой рейки, а также принцип ее работы полезно каждому автовладельцу, так как от этого устройства зависит безопасность пассажиров и пешеходов.

Принцип работы

Рассмотрим принцип работы рулевой рейки. Когда водитель вращает рулевое колесо, усилие с него передается дальше на шестерню, которая заставляет перемещаться рейку. Она передвигается влево или вправо, а вместе с ней перемещаются тяги рулевого привода, которые поворачивают ступицы или поворотные кулаки. Соответственно, на самих ступицах закреплены колеса. В итоге, при повороте водителем руля происходит синхронный поворот передних колес машины.

Реечный рулевой механизм часто оснащается усилителем, который существенно уменьшает усилие при вращении водителем рулевого колеса.

Устройство и основные составляющие

Рассмотрим, как устроена рулевая рейка. Описываться будет реечное рулевое управление в целом. Итак, его основные составляющие:

• рулевое колесо (или руль) – устройство для управления движением автомобилем в заданном направлении;
• рулевой вал – металлический стержень, который имеет шлицы (пазы) для закрепления руля с одной стороны, а с другой – шлицы для крепления самого рулевого вала к рулевой колонке;
• рулевая рейка – силовой узел, который состоит из зубчатой рейки и шестерни. Именно она приводит в движение рейку. Данный узел собран в корпус из легкого сплава и закреплен к кузову машины;
• рулевые тяги – металлические стержни. Каждая тяга с одной стороны имеет резьбу, а с противоположной – шарнирное шаровое устройство, на котором также имеется резьба;
• рулевой наконечник – деталь для вкручивания тяги. Имеет шаровый шарнир и внутреннюю резьбу.

Отметим, что иногда рулевой механизм имеет еще один компонент – демпфер рулевой рейки. Этот элемент устанавливается между тягами и корпусом рулевой рейки. Демпфер является амортизатором двустороннего действия. Основная задача демпфера – снизить вибрации на рулевом колесе. Демпфер рулевой рейки часто предустановлен на различных внедорожниках, так как именно этот тип машин чаще всего передвигается по плохим дорогам.

Виды рулевых реек

Существует три основных типа рулевых реек:

• Механическая рулевая рейка. Является простейшим вариантом рулевого механизма. Здесь поворот передних колес осуществляется только за счет физических усилий водителя. Часто для облегчения его труда устанавливается рулевая рейка, имеющая переменное передаточное число. В ней шаг зубьев изменяется от центра к краям. Впервые в истории отечественного авто такая рейка была применена на автомобиле ВАЗ-2110.
• Гидравлическая рулевая рейка. Главное отличие от механической – наличие гидроусилителя (сокращенно ГУР), который существенно облегчает вращение руля. При этом водитель не только меньше устает за рулем, но и получает большую безопасность во время езды. Рейка с гидроусилителем широко распространена на современных автомашинах.
• Электрическая рулевая рейка. Здесь усиление рулевого колеса происходит с помощью электромотора. Отдельно стоит отметить размещение электромотора: он может встраиваться в рулевую колонку, располагаться на рулевом валу или быть объединенным с рейкой. Рейка с электроусилителем руля имеет самый высокий КПД, экономична и более надежна. Подробнее про электроусилитель руля можно почитать по ссылке.

Преимущества и недостатки

Сначала о плюсах реечного рулевого механизма:

• простота и малые габариты конструкции;
• небольшой вес;
• не требуется частое обслуживание;
• хорошая точность управления;
• небольшая цена.

Теперь о минусах:

• передает удары от неровностей на дорожном полотне на рулевое колесо;
• частые неисправности в виде люфтов и стуков в рейке;
• данное механическое устройство ограничено применением в большинстве случаев на лёгких автомашинах с независимой подвеской управляемых колёс.

Несмотря на свою надежность, срок эксплуатации данного силового узла зависит от качества сборки автомобиля, условий использования, стиля вождения, условий хранения. Если машина долго находится в сырости, механизм может попросту заржаветь. Экстремальная езда по кочкам и ямам и прочим неровностям также уменьшает срок эксплуатации механической рулевой рейки.

На легковых автомобилях реечный рулевой механизм остается самым распространенным. Этому способствует, прежде всего, простота конструкции, невысокая стоимость механизма, а также его небольшие габариты.