Рулевая тяга является основой рулевого управления транспортным средством, с помощью которой водитель направляет колеса автомобиля в нужном направлении. Даже если вы не собираетесь ремонтировать свой автомобиль самостоятельно, будет полезно разобраться, как устроена рулевая рейка и как устроен этот механизм, ведь зная его сильные и слабые стороны, вы сможете бережнее управлять автомобилем или джипом и продлить срок его службы до ремонтировать.
Двигатель — это сердце автомобиля, но именно система управления решает, куда он направляется. Поэтому каждый водитель должен хотя бы в общих чертах понимать, как устроена рулевая рейка его автомобиля и каково ее предназначение.
От весла к рейке – эволюция рулевого механизма
В древности, когда человек только начал осваивать сушу и воду, но колесо еще не стало основой его передвижения, основным средством перемещения грузов на большие расстояния (более суток пути) стали плоты и лодки. Эти транспортные средства удерживались на воде и двигались за счет различных сил, а для управления ими использовали первое рулевое устройство — опущенное в воду весло, которое располагалось в задней части плота или лодки. КПД такого механизма был чуть выше нуля, и требовались немалые физические силы и выносливость, чтобы направить судно в нужном направлении.
По мере роста размеров и водоизмещения кораблей работа рулевым веслом требовала все большей физической силы, поэтому на смену ему пришел штурвал, поворачивавший перо руля через систему шкивов, то есть это был первый рулевой механизм в истории. Изобретение и распространение колеса привело к развитию наземного транспорта, но главной его движущей силой были животные (лошади или волы), поэтому вместо механизма управления использовалась дрессировка, то есть животные поворачивались в нужном направлении на некоторое время действие со стороны водителя.
Изобретение паровой установки и двигателя внутреннего сгорания позволило избавиться от тягловых животных и по-настоящему механизировать наземные транспортные средства, после чего для них тут же пришлось изобретать систему управления, работающую по другому принципу. Сначала использовались самые простые устройства, из-за чего управление первыми автомобилями требовало огромной физической силы, затем постепенно перешли на разные коробки передач, которые увеличивали мощность крутящего момента на колесах, но заставляли руль крутить интенсивнее.
Еще одна проблема с рулевым механизмом, которую пришлось преодолеть, — это необходимость поворачивать колеса под разными углами. Путь колеса, расположенного внутри, по отношению к повороту борта проходит по меньшему радиусу, а значит, его надо поворачивать сильнее, чем колесо снаружи. На первых автомобилях такого не было, и поэтому передние колеса изнашивались значительно быстрее задних. Потом появилось понимание угла схождения, причем придать его можно было по принципу первого отклонения колес друг от друга. При движении по прямой это почти не влияет на резину, а в поворотах повышает устойчивость и управляемость автомобиля, а также снижает износ рисунка шин.
Первым полноценным органом управления была рулевая колонка (позже этот термин применялся не к коробке передач, а к механизму, удерживающему верхнюю часть составного рулевого вала), но наличие всего одной сошки потребовало сложного система передачи крутящего момента на оба колеса. Изюминкой разработки таких механизмов стал новый тип устройства, получивший название «рулевая рейка», оно также работает по принципу редуктора, то есть увеличивает крутящий момент, но в отличие от колонки передает мощность на оба передних колеса сразу.
Общая компоновка
Вот основные детали, которые составляют основу схемы устройства рулевой рейки:
- ведущая шестерня;
- рейка;
- упор (прижимной механизм);
- корпус;
- сальники, втулки и пыльники.
Такое расположение присуще рельсам любого автомобиля. Поэтому ответ на вопрос «как работает рулевая рейка» всегда начинается с этого списка, ведь он показывает общее устройство устройства. Кроме того, в Интернете выложено множество фото и видео, демонстрирующих как внешний вид блока, так и его внутреннюю часть, которые входят в список.
Ведущая шестерня
Эта деталь представляет собой вал с нарезанными на нем косыми или прямыми зубьями, снабженный подшипниками на обоих концах. Такая конфигурация обеспечивает постоянное положение стойки относительно кузова и в любом положении на руле. Вал с косыми зубьями находится под углом к рейке, за счет чего они четко входят в зацепление с прямыми зубьями рейки, вал с прямыми зубьями устанавливался на станки 80-х и 90-х годов прошлого века, такая деталь легче производить, но продолжительность услуг значительно меньше. Несмотря на то, что принцип работы прямозубых и косозубых передач одинаков, последняя более надежна и не склонна к заклиниванию, из-за чего она стала важнейшей в рулевых механизмах.
На всех автомобилях, выпускаемых с последнего десятилетия прошлого века, устанавливаются только спиральные валы, это снижает нагрузку на контактные поверхности и продлевает срок службы всего механизма, что особенно важно для стоек, не оборудован гидравлическим (ГУР) или электрическим (ЭУР) усилителем. Гусеничный редуктор был популярен в Советском Союзе и РФ, его ставили на первые варианты рулевых механизмов переднеприводных автомобилей, но со временем от этого выбора отказались в пользу косозубого редуктора, т.к коробка передач более надежна и требует меньше усилий для поворота колеса.
Диаметр оси и количество зубьев подобраны таким образом, что для полного поворота колес из крайнего правого в крайнее левое положение и наоборот требуется 2,5–4 оборота руля. Такое передаточное число придает колесам достаточную мощность, а также создает обратную связь, благодаря чему водитель может «чувствовать машину», то есть чем сложнее условия движения, тем больше усилий ему приходится прилагать, чтобы повернуть колеса в нужное положение желаемый угол. Владельцы автомобилей с рулевыми рейками, предпочитающие ремонтировать автомобиль самостоятельно, часто выкладывают отчеты о ремонте в Интернете, снабжая их подробными фотографиями, в том числе и трансмиссии.
С рулевой колонкой ведущее колесо соединено составным валом с карданами, который является предохранительным элементом, его назначение — предохранить водителя при столкновении от удара руля в грудь. При столкновении такая ось складывается и не передает мощность в салон, что было серьезной проблемой автомобилей первой половины прошлого века. Поэтому на праворуких и леворуких машинах эта шестерня расположена по-разному, ведь рейка находится посередине, а шестерня находится сбоку от руля, то есть на самом краю устройства.
Рейка
Сама стойка представляет собой круглый брусок из закаленной стали, на одном конце которого имеются зубья, соответствующие ведущему колесу. В среднем длина зубчатой части составляет 15 см, что достаточно для поворота передних колес из крайнего правого в крайнее левое и наоборот. На концах или в середине рейки сверлят резьбовые отверстия для крепления направляющих стержней. Когда водитель поворачивает руль, привод перемещает рейку в правильном направлении, а благодаря достаточно большому передаточному числу водитель может корректировать направление движения автомобиля с точностью до долей градуса.
Для эффективной работы такого механизма стойка крепится втулкой и прижимным механизмом, что позволяет ей перемещаться влево-вправо, но не дает ей отходить от ведущего колеса.
Прижимной механизм
При движении по пересеченной местности на рулевой редуктор (пара тяга/привод) воздействуют нагрузки, стремящиеся изменить расстояние между обоими элементами. Жесткая фиксация стойки может привести к подклиниванию и невозможности повернуть руль, а значит, совершить маневр. Поэтому жесткая фиксация допускается только с одной стороны корпуса агрегата, удаленной от ведущей шестерни, а с другой стороны жесткой фиксации нет, и рейка может немного «играть», смещаясь по отношению к ведущей шестерне. Такая конструкция не только обеспечивает легкую отдачу, предотвращающую заклинивание механизма, но и создает более сильную обратную связь, позволяя рукам водителя лучше чувствовать дорогу.
Принцип работы прижимного механизма следующий — пружина с определенным усилием прижимает рейку к шестерне, обеспечивая плотное зацепление зубьев. Усилие, передаваемое от колес, которое толкает рейку на шестерню, легко передается обеими частями, потому что они изготовлены из закаленной стали. Но усилие, направленное в другую сторону, то есть на отодвигание обоих элементов друг от друга, компенсируется жесткостью пружины, поэтому рейка немного отходит от шестерни, но это не влияет на зацепление обеих частей.
Со временем пружина этого механизма теряет жесткость, а вставка из мягкого металла или прочного пластика притирается к рейке, что приводит к снижению эффективности прижатия пары рейка-шестерня. Если детали исправны, исправить ситуацию, подтянув, прижав пружину к подвижному штоку гайкой и восстановив правильное усилие прижима. Специалисты по ремонту автомобилей часто размещают фотографии как поврежденных деталей этого механизма, так и распорок в своих отчетах, которые затем размещают на различных автомобильных порталах. Если износ деталей достиг опасного значения, их заменяют новыми, восстанавливая нормальную работу всего механизма.
Корпус
Корпус устройства изготовлен из алюминиевого сплава, а также оснащен ребрами жесткости, благодаря которым удалось максимально снизить вес без потери прочности и жесткости. Прочности кузова достаточно для того, чтобы нагрузки, возникающие при движении даже по неровной местности, не повредили его. В то же время расположение внутреннего пространства в корпусе обеспечивает эффективную работу всего рулевого механизма. В кузове также есть отверстия для крепления к кузову автомобиля, благодаря которым он собирает все элементы управления воедино, обеспечивая их слаженную работу.
Сальники, втулки и пыльники
Втулки, установленные между корпусом и рейкой, очень прочные, а также позволяют легко перемещать штангу внутри корпуса. Сальники защищают смазываемую область механизма, т е пространство вокруг ведущего колеса, предотвращают потерю смазки, а также изолируют его от пыли и грязи. Пылезащитные кнопки защищают открытые участки корпуса, через которые проходят тяги управления. В зависимости от модели машины крепятся к концам или середине рейки, в любом случае именно пылезащитные кнопки защищают открытые участки корпуса от пыли и грязи.
Модификации и виды
Несмотря на то, что в начале своего появления грабли были лучшим типом рулевого механизма, развитие технологий заставило производителей еще больше модифицировать это устройство. Поскольку основные механизмы с момента появления устройства, а также конструкция и схема работы не изменились, производители направили свои усилия на повышение КПД за счет установки различных усилительных блоков.
Первым был гидроусилитель, где главным достоинством была простота конструкции при предельной точности для правильной работы, ведь рулевые рейки с ГУР не терпели раскачки на максимальный угол при высоких оборотах двигателя. Главным недостатком ГУР была зависимость от двигателя, ведь именно к нему подключен ТНВД. Принцип действия этого устройства заключается в том, что при повороте руля гидрораспределитель подает жидкость в одну из двух камер, а при достижении колесами соответствующего поворота подача жидкости прекращается. Благодаря такой компоновке снижается усилие, необходимое для поворота колес, без потери обратной связи, то есть водитель эффективно контролирует и чувствует дорогу.
Следующим шагом стала разработка электрической рулевой рейки (ЭУР), но первые модели этих устройств вызывали много нареканий, так как часто возникали ложные срабатывания, из-за самопроизвольного поворота автомобиля во время движения. Ведь роль распределителя выполнял потенциометр, который по разным причинам не всегда давал нужную информацию. Со временем эта ошибка была практически полностью устранена, благодаря чему надежность управления ЭУР ничем не уступает гидроусилителю руля. Некоторые автопроизводители уже используют электроусилитель руля, сочетающий в себе достоинства электрических и гидравлических устройств, а также лишенный их недостатков.
Поэтому сегодня принято следующее деление на виды рулевых реек:
- простые (механические) – почти не используют из-за низкой эффективности и необходимости прикладывать большие усилия для поворота колес на месте;
- с гидроусилителем (гидроусилителем) – одни из самых популярных благодаря простоте конструкции и высоким эксплуатационным характеристикам, но при выключенном двигателе усилитель не работает;
- с электроусилителем (электроусилителем) – они также являются одними из самых популярных, постепенно вытесняя устройства с гидроусилителем руля, поскольку работают даже при выключенном двигателе, хотя проблема случайного срабатывания до сих пор полностью не устранена;
- с электрическим гидроусилителем, которые сочетают в себе достоинства обоих предыдущих типов, то есть работают даже при выключенном двигателе и не «радуют» водителя случайным срабатыванием.
Данный принцип классификации позволяет владельцу или потенциальному покупателю легкового автомобиля сразу оценить все преимущества и недостатки рулевого управления той или иной модели.
Взаимозаменяемость
Автопроизводители практически не выпускают реечные рулевые механизмы, исключение составил АвтоВАЗ, но и там эта работа была передана партнерам, поэтому при серьезных поломках этого узла, когда ремонт нерентабелен, необходимо выбирать не только модель, но и производитель этого механизма. Одним из лидеров на этом рынке является компания ZF, которая специализируется на выпуске всех типов агрегатов, от автоматических коробок передач до рулевых механизмов. Вместо рейки ZF можно взять дешевый китайский аналог, т к схема и размеры у них одинаковые, но прослужит он недолго, в отличие от оригинального узла. Нередко автомобили возрастом более 10 лет комплектуются рейкой других производителей, что подтверждается фотографиями их маркировки, размещенными в Интернете
Часто гаражные умельцы ставят на отечественные автомобили рулевые рейки от иномарок, например различных моделей Toyota. Такая замена требует частичного изменения задней стенки моторного отсека, но автомобиль получает гораздо более надежный агрегат, превосходящий продукцию АвтоВАЗа по всем параметрам. Если рейка от той же «Тойоты» еще и оснащена электро- или гидроусилителем, то даже старая «девятка» вдруг приближается по комфорту к резко иномаркам того же периода.
Основные неисправности
Устройство рулевой тяги таково, что этот механизм является одним из самых надежных в автомобиле, а большинство неисправностей связано либо с износом (повреждением) расходников, либо с дорожно-транспортными происшествиями, то есть авариями или авариями. Чаще всего ремонтникам приходится менять пыльники и уплотнители, а также изношенные рейки и приводы, пробег которых превышает сотни тысяч километров. Также нужно периодически подтягивать прижимной механизм, что обусловлено устройством рулевого механизма, но это действие не требует замены деталей. Значительно реже корпус этого устройства, треснувший в результате аварии, требует замены, в этом случае исправная рейка, шестерня и прижимной механизм переносятся на корпус-донор.
Частыми причинами ремонта этого узла являются:
- люфт рулевого управления;
- стук во время езды или поворотов;
- излишне легкий или тугой руль.
Эти дефекты связаны с износом основных компонентов, из которых состоит рулевая рейка, поэтому их тоже можно отнести к расходникам.
Где находится
Чтобы понять, где находится рулевая рейка и как она выглядит, поставьте автомобиль на подъемник или эстакаду, откройте капот и поверните колеса в любую сторону до упора. Затем проследите, куда ведут рулевые тяги, именно здесь сидит этот механизм, похожий на ребристую алюминиевую трубку, к которой подходит карданный вал от рулевого вала. Если у вас нет опыта ремонта автомобилей и вы не знаете, где находится этот узел, вы можете посмотреть фото и видео, где авторы показывают расположение рейки в своих автомобилях, а также наиболее удобные способы доступа к ней. : это убережет вас от слишком многих ошибок, в том числе от количества, которое приведет к травме.
Вне зависимости от модели и года выпуска этот механизм всегда располагается на задней стенке моторного отсека, так что его видно со стороны вывернутого колеса. Для ремонта или замены к ней удобнее подбираться сверху, открыв капот, или снизу, сняв защиту двигателя, а выбор точки доступа зависит от модели и комплектации автомобиля.
Заключение
Рулевая тяга является основой рулевого управления транспортным средством, с помощью которой водитель направляет колеса автомобиля в нужном направлении. Даже если вы не собираетесь ремонтировать свой автомобиль самостоятельно, будет полезно разобраться, как устроена рулевая рейка и как устроен этот механизм, ведь зная его сильные и слабые стороны, вы сможете бережнее управлять автомобилем или джипом и продлить срок его службы до ремонтировать.
https://www.youtube.com/embed/2h7PLbwlKuc
