Каждый узел и механизм автомобиля по-своему важен. Пожалуй, нет такой системы, без которой автомобиль мог бы нормально функционировать. Одна из таких систем – рулевой механизм. Наверное, это одна из самых важных частей машины. Давайте рассмотрим, как устроен этот узел, назначение его, элементы конструкции. А также научимся регулировать и ремонтировать эту систему.
Принцип работы реечной рулевой тяги
Реечный рулевой механизм
Реечный рулевой механизм — является самым распространенным типом механизма, устанавливаемым на легковые автомобили. Основными элементами рулевого механизма являются шестерня и рулевая рейка. Шестерня устанавливается на валу рулевого колеса и находится в постоянном зацеплении с рулевой (зубчатой) рейкой. Схема реечного рулевого механизма
1 – подшипник скольжения; 2 – манжеты высокого давления; 3 – корпус золотников; 4 – насос; 5 – компенсационный бачок; 6 – рулевая тяга; 7 – рулевой вал; 8 – рейка; 9 – компрессионный уплотнитель; 10 – защитный чехол. Работа реечного рулевого механизма происходит следующим образом. При вращении рулевого колеса рейка перемещается влево или вправо. Во время движения рейки перемещаются присоединенные к ней тяги рулевого привода и совершают поворот управляемых колес.
Реечный рулевой механизм отличается простотой конструкции и как следствие, высоким КПД, а также имеет высокую жесткость. Но такой тип рулевого механизма чувствителен к ударным нагрузкам от неровностей дороги, склонен к вибрациям. По причине своих конструктивных особенностей реечный рулевой механизм применяется на переднеприводных автомобилях
Червячный рулевой механизм
Схема червячного редуктора
Этот рулевой механизм является одним из «устаревших» устройств. Им оснащены практически все модели отечественной «классики». Механизм применяется на автомобилях с повышенной проходимостью с зависимой подвеской управляемых колес, а также в легких грузовых автомобилях и автобусах.
Конструктивно устройство состоит из следующих элементов:
- рулевой вал
- передача «червяк-ролик»
- картер
- рулевая сошка
Пара «червяк-ролик» находится в постоянном зацеплении. Глобоидальный червяк представляет собой нижнюю часть рулевого вала, а ролик закреплен на валу сошки. При вращении руля ролик перемещается по зубьям червяка, благодаря чему вал рулевой сошки также поворачивается. Результатом такого взаимодействия является передача поступательных движений на привод и колеса.
Рулевой механизм червячного типа имеет следующие преимущества:
- возможность поворота колес на больший угол
- гашение ударов от дорожных неровностей
- передача больших усилий
- обеспечение лучшей маневренности машины
Изготовление конструкции достаточно сложное и дорогое – в этом главный ее минус. Рулевое управление с таким механизмом состоит из множества соединений, периодическая регулировка которых просто необходима. В противном случае придется заменять поврежденные элементы.
Особенности узла и конструкция
На автомобилях используется кинематический способ смены направления движения, подразумевающий, что осуществление поворота происходит за счет смены положения управляемых колес. Обычно управляемой является передняя ось, хотя существуют и авто с так называемой системой подруливания. Особенность работы в таких авто заключается в том, что колеса задней оси тоже поворачиваются при изменении направления, хоть и на меньший угол. Но пока эта система широкого распространения не получила.
Помимо кинематического способа на технике используется еще и силовой. Особенность его заключается в том, что для совершения поворота колеса одной стороны притормаживаются, в то время, как с другой стороны они продолжают двигаться с прежней скоростью. И хоть этот способ изменения направления на легковых авто распространения не получил, на них он все же используется, но в несколько ином качестве – как система курсовой устойчивости.
Этот узел автомобиля состоит из трех основных элементов:
- рулевая колонка;
- рулевой механизм;
- привод (система тяг и рычагов);
Рулевой узел
У каждой составляющей – своя задача.
Рулевая колонка
Выполняет передачу вращательного усилия, которое создает водитель для изменения направления. Состоит она из рулевого колеса, располагаемого в салоне (на него и воздействует водитель, вращая его). Оно жестко посажено на вал колонки. В устройстве этой части рулевого управления очень часто используется вал, разделенный на несколько частей, соединенных между собой карданными шарнирами.
Такая конструкция сделана не просто так. Во-первых, это позволяет менять угол положения рулевого колеса относительно механизма, смещать его в определенную сторону, что нередко необходимо при компоновке составных частей авто. В дополнение такая конструкция позволяет повысить комфортабельность салона – водитель может менять положение рулевого колеса по вылету и наклону, обеспечивая максимально удобное его положение.
Во-вторых, составная рулевая колонка имеет свойство «ломаться» в случае ДТП, снижая вероятность травмирования водителя. Суть такова – при фронтальном ударе двигатель может сместиться назад и толкнуть рулевой механизм. Если бы вал колонки был цельным, изменение положения механизма привело бы к выходу вала с рулевым колесом в салон. В случае же со составной колонкой, перемещение механизма будет сопровождаться всего лишь изменением угла одной составляющей вала относительно второй, а сама колонка остается неподвижной.
Регулировка
Для того, чтобы повысить безопасность при движении, снизить нагрузку на руки и спину водителя механизмы рулевого управления автомобиля требуют регулировки. Регулировка может быть механической и электронной.
Чаще всего регулируется наклон рулевого колеса. Регулировка позволяет обеспечить водителю наиболее эргономичное и комфортное положение.
Самый популярный вариант — механический регулирующий механизм регулирования угла наклона рулевого колеса с нижним расположением шарнира. Он состоит из стопоров, кронштейна и блокировочного болта.
Стопоры поворачиваются. При положении рычага в заблокированном положении, выступы стопоров оказываются друг напротив друга, возникает осевое усилие, кронштейн колонки фиксируется. При положении рычага в разблокированном положении, выступы одного из стопоров оказываются в положении ровно напротив впадин другого стопора.
Очень популярен и механический механизм регулировки высоты руля. Регулировка осуществляется за счёт совместной работы скользящего вала, блокировочного болта, стопорных клиньев.
Стопорные клинья во время поворота рычага меняют положение. При блокировке рычага стопорные клинья фиксируют скользящий вал в нужном положении. При разблокировке рычага, возникает свободное пространство между скользящим валом и стопорными клиньями, создаются идеальные условия для перемещения вала по оси.
Что же касается электрорегулировки, то самый выигрышный вариант — комбинированные решения для одновременной регулировки угла наклона и высоты посредством сервопривода.
Для водителя регулировка очень проста. Требуется просто нажимать клавиши “Вверх”, “Вниз”. Поэтому хоть решение и не самое дешёвое, очень востребованное.
Рулевой механизм
Предназначен для преобразования вращения вала рулевой колонки в поступательные движения элементов привода.
Наибольшее распространение на легковых автомобилях получили механизмы типа «шестерня-зубчатая рейка». Ранее же использовался еще один вид – «червяк-ролик», который сейчас в основном используется на грузовых авто. Еще один вариант для грузовиков – «винтовой».
«шестерня-рейка»
Распространение тип «шестерня-рейка» получил благодаря сравнительно простому устройству рулевого механизма. Состоит этот конструктивный узел из трех основных элементов – корпус, в котором размещается шестерня и перпендикулярно ей – рейка. Между двумя последними элементами имеется постоянное зубчатое зацепление.
Работает этот вид механизма так: шестерня жестко связана с рулевой колонкой, поэтому она вращается вместе с валом. Из-за зубчатого соединения вращение передается на рейку, которая при таком воздействии смещается внутри корпуса в ту или иную сторону. Если водитель вращает рулевое колесо влево, взаимодействие шестерни с рейкой приводит к тому, что последняя перемещается вправо.
Зачастую на авто применяются механизмы «шестерня-рейка» с фиксированным передаточным числом, то есть диапазон поворота рулевого колеса для изменения угла колес одинаков при всех их положениях. Для примера, предположим, что для поворота колес на угол 15° необходимо сделать 1 полный оборот руля. Так вот, неважно, в каком положении находятся управляемые колеса (крайнее, прямолинейное), для поворота на указанный угол придется сделать 1 оборот.
Но некоторые автопроизводители устанавливают на свои авто механизмы с меняющимся передаточным числом. Причем достигается это достаточно просто – изменением угла положения зубьев на рейке в определенных зонах. Эффект от этой доработки механизма такой: если колеса стоят прямо, то для изменения их положения на те же 15° (пример) требуется 1 оборот. Но если они находятся в крайнем положении, то из-за измененного передаточного числа, колеса повернуться на указанный угол уже через пол-оборота. В результате диапазон поворота руля «от края до края» значительно меньше, чем в механизме с фиксированным передаточным числом.
Рейка с переменным передаточным числом
Помимо простоты устройства тип «шестерня-рейка» используется еще потому, что в такой конструкции возможна реализация исполнительных механизмов гидроусилителя (ГУР) и электроусилителя (ЭУР), а также электрогидравлического (ЭГУР).
«червяк-ролик»
Следующий тип – «червяк-ролик», менее распространен и на легковых авто сейчас практически не используется, хотя его можно встретить на автомобилях ВАЗ классического семейства.
В основе этого механизма положена червячная передача. Представляет червяк собой винт с резьбой особого профиля. Этот винт располагается на валу, соединенном с рулевой колонкой.
С резьбой этого червяка контактирует ролик, соединенный с валом, на который посажена сошка – рычаг, взаимодействующий с элементами привода.
Червячный рулевой механизм
Суть работы механизма такова: при вращении вала, винт вращается, что приводит к продольному перемещению ролика по его резьбе. А поскольку ролик установлен на валу, то это смещение сопровождается поворотом последнего вокруг своей оси. Это в свою очередь приводит к полукруговому движению сошки, которая и воздействует на привод.
От механизма типа «червяк-ролик» на легковых авто отказались в пользу «шестерни-рейки» из-за невозможности интегрировать в него гидроусилитель (на грузовых авто он все же имелся, но исполнительный механизм был вынесенным), а также достаточно сложной конструкции привода.
Винтовой тип
Конструкция винтового механизма – еще сложнее. В ней также имеется винт с резьбой, но контактирует он не с роликом, а со специальной гайкой, на внешней стороне которой нанесен зубчатый сектор, взаимодействующий с таким же, но сделанным на валу сошки. Также существуют механизмы с промежуточными роликами между гайкой и зубчатым сектором. Принцип же действия такого механизма практически идентичен червячному – в результате взаимодействия вал проворачивается и тянет сошку, а та в свою очередь – привод.
Винтовой рулевой механизм
На винтовой механизм можно установить гидроусилитель (гайка выполняет роль поршня), но на легковых авто он не применяется из-за массивности конструкции, поэтому и используется он только на грузовиках.
В деталях
Внутри корпуса рулевой в ВАЗ-2105 спрятана карданная передача, которая идет к редуктору. Для того чтобы соединить вал кардан, применяется крестовина. Вся конструкция довольна надежная и ее хватает очень надолго. Все узлы и детали производятся из качественных стальных сплавов. Вот почему так мало ДТП с неполадками рулевого.
Одна из самых сложных деталей в рулевой – это редуктор. Он работает по принципу червячной передачи. Червяк известен своими зазорами и быстрым износом. Поэтому инженеры предусмотрительно оснастили корпус редуктора регулировочным болтом. Он регулирует зазоры между сошкой и червяком. Так, нет зазоров – не будет биений в колесах.
Привод
Привод в конструкции рулевого управления используется для передачи перемещения рейки или сошки на управляемые колеса. Причем в задачу этой составляющей входит изменение положения колес на разные углы. Обусловлено это тем, что колеса при повороте движутся по разным радиусам. Поэтому колесо с внутренней стороны при изменении траектории движения должно поворачиваться на больший угол, чем внешнее.
Конструкция привода зависит от используемого механизма. Так, если на авто используется «шестерня-рейка», то привод состоит всего лишь из двух тяг, соединенных с поворотным кулаком (роль которого выполняет амортизационная стойка) посредством шарового наконечника.
К рейке эти тяги могут крепиться двумя способами. Менее распространенным является жесткая фиксация их болтовым соединением (в некоторых случаях соединение осуществляется через сайлент-блок). Для такого соединения в корпусе механизма проделано продольное окно.
Более распространенный метод соединения тяг – жесткое, но подвижное соединение с концами рейки. Для обеспечения такого соединения на конце обеих тяг сделан шариковый наконечник. Посредством гайки этот шар прижимается к рейке. При передвижении последней тяга меняет свое положение, что и обеспечивает имеющееся соединение.
В приводах, где используется механизм «червяк-ролик», конструкция значительно сложнее и представляет собой целую систему рычагов и тяг, получивших называние рулевой трапеции. Так, к примеру, на ВАЗ-2101 привод состоит из двух боковых тяг, одной средней, маятникового рычага и поворотных кулаков с рычагами. При этом для обеспечения возможности изменения угла положения колеса поворотный кулак крепиться к рычагам подвески при помощи двух шаровых опор (верхней и нижней).
Большое количество составных элементов, а также соединений между ними делает такой тип привода более подверженным износу и возникновению люфтов. Этот факт — еще одна причина отказа от червячного механизма в пользу реечного.
Основные неисправности
Распространённые неисправности СРУ:
- износ шарнира наконечника тяги,
- пробуксовка ремня привода насоса гидроусилителя,
- потеря герметичности РМ,
- разрушение подшипника вала,
- ослабление крепежа.
О неполадках свидетельствуют стуки, биение или увеличенный люфт руля, шум в усилителе, течь рабочей жидкости (с РСУ с гидравликой).
Самые распространённые меры, предпринимаемыми мастерами на СТО в случае обнаружения проблем с СРУ, — замена наконечника тяги (либо тяги полностью), пыльника, жидкости гидроусилителя. Также часто может требоваться ремонт насоса гидроусилителя, рейки, редуктора.
Специальная электронная обучающая программа, которая посвящена системе рулевого управления доступна на базе платформы ELECTUDE. Учебные модули ориентированы на базовый уровень подготовки и позволяют усвоить принципы работы системы, ознакомиться с трапецией рулевого управления, гидравлическими и электрическими усилителями, разобраться, чем отличаются системы прямого и непрямого управления.
«Обратная связь»
Стоит отметить, что в рулевом механизме существует еще и так называемая «обратная связь». Водитель не только воздействует на колеса, а посредством ее же получает информацию об особенностях движения колес по дороге. Проявляется это в виде вибраций, рывков, создания определенно направленных усилий на руле. Эта информация считается очень важной для правильной оценки поведения авто. Доказательством тому является тот факт, что в авто, оснащаемых ГУР и ЭУР, конструкторы сохранили «обратную связь».
Передовые разработки
Этот узел продолжают совершенствовать, так самыми последними достижениями являются системы:
- Активного (динамического) рулевого управления. Она позволяет изменять передаточное число механизма в зависимости от скорости автомобиля. Также выполняет и дополнительную функцию – корректировка угла передних колес в поворотах и при торможении на скользкой дороге.
- Адаптивного рулевого управления (управление по проводам). Это самая новая и перспективная система. В ней отсутствует прямая связь между рулем и колесами, всё работает за счёт датчиков и исполнительных устройств (сервоприводов). Большое распространение система ещё не получила по причине психологического и экономического факторов.
Система «рули по проводам»
Левый или правый руль?
В странах с правосторонним движением (таких большинство) руль монтируется слева, с левосторонним (Великобритания, Кипр, Мальта, Ирландия, Япония, Сингапур, Япония, Индия, Шри-Ланка, Индонезия, Таиланд, Малайзия, Мальдивы, Восточный Тимор, Бангладеш, Бруней, Макао, Пакистан и некоторых других) — справа.
При этом есть отдельная категория автовладельцев, которые, несмотря на то, что живут в странах с правосторонним движением, предпочитают только машины с правым рулем (и наоборот).
Плюсы правого руля (при езде в странах с правосторонним движением) и левого руля (при езде с левосторонним движением) такие:
- Комфортнее сделать поворот в плотном потоке.
- Лучше виден бордюр, когда водитель паркуется.
- Специфическая особенность рулевого управления легкового автомобиля в этом случае обеспечивает идеальные условия для выхода водителя на тротуар.
Но высаживать пассажиров при руле с другой стороны очень сложно. Поэтому, если человек ездит один — проблем нет, если постоянно с пассажирами, то им постоянно нужно напоминать, чтобы они были внимательными.
Существенная “загвоздка” — и фары. Если вы покупаете машину с правым рулем для страны с правосторонним движением, то фары нужно обязательно заменять, отрегулировать. Иначе то, что вы будете при ночной езде “слепить” других водителей — это неоспоримый факт. В принципе, и ТО в большинстве стран в этом случае вы не пройдете.
Также переставлять придётся и дворники. Они изначально производителями “заточены” на левое и правое направление, исключение только отдельные транспортные средства со симметричными “дворниками” (например, некоторые модели Mercedes-Benz).
