Что мы знаем о руле? Во-первых, это приспособление, которым мы выбираем направление движения автомобиля, а во-вторых – он круглый. Но давайте задумаемся, как происходит передача усилия от руля на колёса? Ключевую рол в этом процессе играет рулевая рейка, ей посвящается эта статья. Какие разновидности рулевой рейки бывают и как проверить рулевую рейку на предмет неисправности?
Рейка: для чего она?
Как было сказано, рулевая рейка преобразовывает вращение руля в повороты колёс в горизонтальной плоскости.
По сути, это простой элемент, работа которого основана на элементарных принципах механики. Шестерни, зубчатые передачи и тяги – это то, из чего состоит конструкция самой примитивной разновидности рулевой рейки.
Существуют и более сложные вариации данного узла, и далее мы рассмотрим что внутри и у более простых, и у более продвинутых вариантов этого элемента автомобиля.
Варианты конструкций и их устройство
Итак, что такое рулевая рейка, уже разобрались, теперь вникнем в её конструкцию.
Различают несколько разновидностей данного узла:
- механическая;
- с гидроусилителем;
- с электроусилителем.
Механическая рейка
Первый вариант самый простой и встречается уже в основном на старых автомобилях. В её основе лежит элементарная конструкция, состоящая из шестерни, вращающейся под действием руля вправо или влево и рейки с зубьями, которую эта шестерня двигает в горизонтальной плоскости.
Рейка соединена с тягами, а они уже поворачивают колёса. Всё просто, и главная особенность – полная зависимость от физической силы водителя, ведь только от его усилий приводится в движение весь механизм. Вот как работает рулевая рейка самой примитивной разновидности, но нас, конечно же, интересуют более современные варианты и наиболее ходовым является второй в нашем списке.
Рулевая рейка с гидроусилителем
Устройство рулевой рейки с гидроусилителем (ГУР) немного сложнее. В этом случае водителю не приходится прикладывать нечеловеческие усилия, чтобы повернуть «баранку», ему в этом помогает специальное гидравлическое устройство, являющееся посредником между валом руля и колёсами.
Как работает рулевая рейка с гур? На самом деле ничего сложно в этом нет. Устройство дополнено насосом, качающим масло в замкнутом контуре и гидроусилителем.
Гидроусилитель имеет следующую логику работы – в момент поворота руля приоткрываются клапаны с одной из его сторон, через которые масло устремляется к поршню двойного действия. Он в свою очередь поворачивает шестерню и, как следствие весь остальной механизм.
ГУР включается только при заведённом моторе авто, если машина заглушена, то повернуть колёса даже сложнее чем в простых механических конструкциях.
Рулевая рейка с электроусилителем
Что же касается рулевых реек с электроусилителем (ЭУР), то они чем-то схожи с предыдущими. Ключевой разницей является наличие электромотора вместо ГУР, который и приводит в движение шестерню.
Кстати, есть несколько видов таких конструкций – у одних двигатель установлен непосредственно на корпусе рейки, а у других (часто встречается на отечественных авто) встроен в привод вала рулевого колеса.
В любом случае устройство является самодостаточным, оно получается информацию о повороте «баранки» от датчиков и на основе команд от своего блока управления поворачивает сервомотор в ту или иную сторону.
Ну что ж, как работают рулевая рейка разных типов, мы разобрали, теперь перейдём к их характерным болезням.
Как проверить рулевую рейку
Подходим, друзья, к одному из главных вопросов — как проверить рулевую рейку? Существует ряд симптомов, которые могут говорить о неисправности данного узла.
Симптомы возможной неисправности:
- стук при езде по небольшим неровностям, который полностью исчезает, если повернуть «баранку» в одно из крайних положений;
- руль тяжёлый, поворачивается очень трудно;
- самопроизвольные повороты руля;
- резкое падение уровня гидравлической жидкости ГУР в бачке;
- угол поворота колёс не соответствует углу поворота руля;
- на панели приборов засветилась лампа неисправного ГУР или ЭУР.
Неприятности рулевого управления выглядят очень неприятно. Помимо этого, они ещё и потенциально опасны, ведь получить внезапно где-нибудь на трассе неуправляемый автомобиль не хочет никто.
Перечислим возможные неисправности:
- разрушение зубчатой передачи;
- разгерметизация корпуса узла и попадание в него пыли и грязи, что приводит к разрушению механизмов;
- деформация корпуса;
- выход из строя рулевых тяг;
- поломка ГУР или ЭУР.
Отремонтировать рулевую рейку самостоятельно довольно сложно, но возможно. Об этом мы поговорим в следующей публикации.
Теперь, коллеги-автолюбители, вы хорошо знаете, как работает рулевая рейка с гидроусилителем, с электроусилителем и простая механическая.
В следующей статье будет описано что делать, если она потребует ремонта.
До новых встреч, не пропустите наши свежие публикации!
Рулевая рейка – это механическое устройство для передачи усилия с рулевого колеса на управляющие, поворотные тяги колёс. Или проще: устройство заставляющее передние колёса автомобиля, синхронно поворачиваться в ту сторону, в которую поворачивается рулевое колесо. Стоит рассмотреть принцип работы рулевой рейки.
На этом рисунке изображено как устроена рулевая рейка. Ориентируясь на цифровые обозначения также легко понять и как работает рулевая рейка. От поворотного устройства, которое вращает вал 27, вращение передаётся на шестерню 21. Та, соответственно, вращаясь вправо-влево перемещает зубчатую рейку 16, внутри корпуса рулевой рейки 17. Перемещаясь в горизонтальной плоскости, зубчатая рейка двигает прикреплённые к ней рулевые тяги 5 и 7, а те, в свою очередь, двигают колёсные рычаги 3.
Возможные неисправности рулевой рейки
Самым нагружаемым узлом рулевой рейки является сцепление между шестерней и зубчатой основой. Соответственно и неисправности возникают чаще всего в этой паре. Это может быть и простой износ зубьев, и механическое их разрушение. В случае небольшого износа, его можно устранить с помощью регулировки гайки, которая контролирует специальный упор. Он предназначен для сохранения оптимального расстояния между зубцами рейки и шестерни.
Ну, а в случае поломки зубьев, конечно, придётся менять уже либо зубчатую рейку, либо шестерню. Также возможен износ наконечника рулевой тяги 1. В этом случае производится замена детали. Также и шаровый наконечник 38. В основном такие работы проводятся во время технического обслуживания автомобиля.
Усилители рулевого управления
Провернуть рулевое колесо при этой нагрузке, несмотря на удобное устройство рулевой рейки, не так-то просто. При движении, за счёт центробежных сил – это нетрудно. А если машина не движется? И тогда были разработаны устройства для облегчения этого процесса. Усилители руля. Они существуют двух типов.
Стоит рассмотреть их подробней.
Устройство рулевой рейки с гидроусилителем
Основной принцип работы рулевой рейки с гидроусилителем – передача мощности от работающего двигателя к зубчатой рейке с помощью гидравлического устройства. К двигателю пристроен насос, который создаёт давление в системе гидроусилителя руля. Приводится в действие он с помощью ременной передачи. Масло под давлением попадает в распределитель. На рисунке схематически показано как устроена рулевая рейка с гидроусилителем. На рулевом валу установлены специальные клапаны, пропускающие масло в маслопроводы и выпускающие его оттуда. На зубчатом валу установлен поршень двойного действия. В зависимости от того куда поворачивается руль, масло давит с одной стороны, и беспрепятственно уходит в бачок гидроусилителя, с другой.
Такая схема позволяет при работающем двигателе поворачивать колёса в любом направлении практически без усилий. Но такое усложнение системы увеличивает и количество возможных неисправностей. Это может быть и:
- неисправность насоса гидроусилителя;
- неисправность клапанов распределителя;
- повреждение поршневой системы гидроцилиндра;
- повреждения сальников гидроцилиндра;
- ослабление или обрыв ремня привода насоса.
Неисправности диагностируются и устраняются только опытными слесарями станций технического обслуживания. Самостоятельно лезть в систему гидроусилителя автовладельцам не стоит.
Электроусилитель руля
Гидравлический усилитель отлично помогает водителю управлять машиной. И всё-таки имеет один недостаток. Он может работать только при заведённом двигателе. Но этот вопрос решился созданием электрического усилителя. Они разработаны двух типов. Импортные усилители часто расположены непосредственно на корпусе рейке как показано на фото.
Здесь электромотор вращает шестерню, которая непосредственно двигает зубчатый вал в корпусе рейки. На валу рулевого колеса смонтированы датчики направления вращения. Они передают сигнал в электронный блок управления, находящийся прямо на двигателе. Реверсивный двигатель по этому сигналу перемещает рейку вправо или влево.
Российский вариант электроусилителя руля.
Здесь применили другой принцип. Электродвигатель встроен в привод вала рулевого колеса. Также получая сигналы с поворотных датчиков, он, включаясь в ту или иную сторону, отлично купирует усилие, прилагаемое водителем для поворота штурвала. Практически крутить руль можно одним пальцем.
Но усложнение устройства системы, как уже говорилось, ведёт к увеличению вероятности и количеству неисправностей. Кроме того, что сами по себе электрические усилители руля имеют множество деталей, эти запчасти ещё и довольно нежные. Электроусилитель руля состоит из следующих деталей и устройств.
- электронный блок управления;
- реверсивный двигатель с червячным приводом;
- поворотные датчики;
- датчик усилия.
Электронный блок – это мини-компьютер с заложенной программой и таблицами поведенческих ситуаций. Получая сигналы с датчиков, он передаёт их исполнительному механизму – электромотору. А уже тот, вращаясь, облегчает работу водителя. Здесь главной неисправностью в первую очередь может быть поломка электрического мотора либо износ щёток, либо короткое замыкание или обрыв якоря электродвигателя. Ещё возможен износ опорных втулок якоря.
В устройстве привода может поломаться червячная шестерня. Износ или поломка зубьев. Электронный блок управления достаточно надёжное устройство, однако, и он может выйти из строя или получить сбой программы.
Есть вероятность выхода из строя поворотных датчиков, что также приводит к отказу всей системы. Трудность диагностирования неисправностей электрического усилителя поворотного устройства в том, что эту процедуру можно провести только с помощью специального оборудования. То есть диагностическим сканером или подключением компьютерного диагностического комплекса.
Ремонт электроусилителя рулевой рейки доступен только в условиях хорошей станции технического обслуживания, имеющей в своём штате опытного слесаря по ремонту электрооборудования автомобилей. Стоимость ремонта этого устройства довольно высока, однако она в несколько раз ниже цены всего устройства в сборе.
Плюсом для водителя является тот факт, что эта система имеет индикационную лампочку на панели управления. Здесь уже можно не полагаться на тактильные ощущения. В случае каких-то неполадок сигнальная лампа немедленно известит об этом. Причём имеется набор сигналов для различных неисправностей. Лампа мигает с определённой ритмичностью или горит постоянно. Это сигнал о необходимости обращения на СТО.
На снимке видно горящую сигнальную лампу на панели приборов российских автомобилей серий «Приора» и «Калина». Это жёлтая лапочка с изображением рулевого колеса и восклицательного знака! Именно она является сигнализатором неисправности ЭУР.
На видео ниже можно просмотреть процесс ремонта, и улучшения устройства рулевой рейки ВАЗ:
Реечный рулевой механизм широко используется на современных легковых переднеприводных автомобилях, а название его пошло от понятия «шестерня-рейка».
Окунемся в историю создания рулевой рейки
Многие ошибочно полагают, что реечный механизм самое современное изобретение в конструкции рулевого управления авто. Но на самом деле это далеко не так. Первые авто в конце 19-начале 20го века уже использовали такую конструкцию. Но потом так вышло, что автомобили стали оснащать червячным рулевым механизмом и другими мудреными конструкциями. Но после внедрения подвески типа «Макферсон» конструкторы опять начали устанавливать на автомобили именно рейку, так как она лучше сочеталась с подвеской данного типа.
Сочетание этих двух решений — реечного рулевого механизма и подвески «Макферсон» сделали автомобиль более простым и доступным по цене. Само сочетание получилось весьма удачным, и на данный момент автомобили с таким сочетанием весьма распространены на рынке. Что бы понять, как работает реечный рулевой механизм необходимо рассмотреть его конструкцию.
Устройство рулевой рейки
Рулевая рейка — это зубчатая передача, связанная с ведущими колесами при помощи рулевых тяг и наконечников. На рулевом валу крепится шестерня, которая зацепляется с зубцами, расположенными на рейке. При повороте рулевого колеса в ту или иную сторону, усилие передающиеся через рулевой вал на рейку двигает ее в заданную сторону, а далее усилие через рулевую тяги и наконечники передается на колесную пару, поворачивая колеса в нужную сторону.
Рейка с гидравлическим усилителем
Современные рулевые рейки оснащены механизмами, которые облегчают поворот колес. Самым распространенным таким устройством является гидравлический усилитель руля (ГУР) . Если кратко — он состоит из исполнительного механизма, распределителя и насоса.
Насос приводится в действие при помощи клиновидного или ручейкового ремня от коленвала и всасывает специальную жидкость из резервуара. Далее жидкость под большим давлением подается в распределитель золотникового типа. Распределитель же отслеживает прилагаемое к рулевому колесу усилие, и если оно присутствует — помогает вращать рулевое колесо. В основе распределителя находится торсион, он и является следящим за усилием устройством. Когда руль не выкручен ни в какую сторону, то и торсион находится в центральном не закрученном положении, при котором каналы, осуществляющие дозированную подачу жидкости, также перекрыты, и жидкость возвращается обратно в резервуар. Как только рулевое колесо начинает поворот, торсион так же пропорционально начинает поворачиваться.
Далее в дело вступает золотник и система каналов, при помощи которых происходит подача жидкости в управляющее устройство. В зависимости от направления поворота рулевого колеса, торсион также закручивается в ту или иную сторону, и подача давления происходит либо перед поршнем, либо после поршня управляемого устройства соответственно. Ну а поршень, при помощи жесткого сцепления с рейкой толкает ее и колеса в необходимую водителю сторону. Система также оснащена предохранительным клапаном, который при повернутых до упора рулевого колеса колесах осуществляет сброс избыточного давления обратно в резервуар. Вот так рейка, оснащенная гидроусилителем, помогает водителю вращать руль и гасит удары от колес, которые должны были бы передаваться на рулевое колесо при прохождении дорожных неровностей.
Что касается недостатков системы ГУР, то это снижение информативности рулевого управления и небольшая потеря информативности. Но их скорее заметят опытные автогонщики-профессионалы при прохождении поворотов на очень высокой скорости. Рядовые же автолюбители таких недостатков и не заметят, для них на первое место выходят комфорт и безопасное движение.
Более того, современные системы ГУР настраиваются практически под любые запросы, например, новые БМВ третей серии отличаются высокой информативностью руля и точностью управления.
Сама по себе рейка с гидравлическим усилителем отличается надежностью и простотой обслуживания, которое заключается лишь в регламентной замене жидкости и ремня. Также автолюбителям необходимо не забывать контролировать уровень вышеуказанной жидкости в бачке ГУР.
В качестве наиболее часто встречающихся неисправностей стоит выделить потерю герметичности сальников рулевой рейки. Через эти прохудившиеся уплотнения и начинает вытекать жидкость ГУР. Основной причиной выхода сальников из строя является проникновение грязи через разорванные пыльники рулевых тяг, что и приводит к механическому износу и коррозии рейки.
Электрогидравлический усилитель руля (ЭГУР)
Такое рулевое управление еще называют «гибридным». Вся система практически повторяет описанную выше конструкцию (ГУР) за исключением лишь того, что насос вращает не ремень от коленвала, а вынесенный отдельно электродвигатель.
Впервые экспериментировал с установкой ЭГУР на легковые автомобили Генри Форд в 1965 году. А первым серийным автомобилем, оснащенным такой системой, стал Toyota MR2. Двигатель в нем был расположен в весьма нетрадиционном месте — за водительским сидением, и вместо патрубков ГУР (которые бы получились очень длинными) от двигателя было решено тянуть к колесам провода для электромотора.
Уже потом такую систему стали использовать на своих авто и другие производители. Система предусматривает изменение интенсивности усилия рулевого управления в зависимости от скорости машины. Смысл в том, что чем быстрее движется автомобиль, тем меньше давление, создаваемое электрическим насосом, а значит, руль становится более точным и отзывчивым и наоборот.
Полностью электрический усилитель руля (ЭУР)
Такой усилитель руля набирает все больше и больше популярности в наши дни. Причем применяется он на автомобилях любого класса. У различных производителей авто конструкция ЭУР различается, но общий смысл следующий: рулевая рейка дооснащается электродвигателем и специальной системой управления, которая осуществляет управление таким двигателем. Наиболее часто электромотор расположен на рулевом валу, однако в тяжелых авто он размещен прямо на рулевой рейке. Гидравлическая часть полностью отсутствует. На торсионе, отслеживающем повороты руля, установлен электродатчик, который передает нужный сигнал управляющему блоку, а блок уже подает ток необходимой силы на электрический двигатель. Также блок считывает ряд показаний от различных датчиков (угол поворота колес, скорость, ускорение и прочие) и на их основании корректирует величину усилия.
В заключение статьи стоит сказать несколько слов «за» и «против» рулевого механизма реечного типа.
1. Механизм простой и компактный;
2. Не нуждается в частом обслуживании и имеет малое количество шарнирных элементов и тяг;
3. Обладает небольшим весом;
4. Достаточно точное управление, которое обеспечивается малыми люфтами и достаточной жесткостью;
5. Руль отлично возвращается сам в центральное положение;
6. Низкая стоимость.
1. На руль все равно передаются удары от неровного дорожного покрытия;
2. Возникновение стуков в рулевой рейке из-за конструктивной особенности;
3. Необходимо подтягивать и осуществлять мелкий ремонт при относительно небольших пробегах;
4. Может использоваться только лишь легкими автомобилями, имеющими независимую подвеску управляемых колес.
К недостаткам электрического усилителя можно также добавить вероятность возникновения сбоев в программном обеспечении блока управления, после которых руль может дернуть в одну из сторон. Но, к чести автопроизводителей, такие недостатки были выявлены только на отечественных ВАЗах.
Видео покажет устройство, принцип работы и эксплуатации рулевой рейки: