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.

Устройство и принцип работы рулевой рейки

Рулевая рейка – важный элемент устройства автомобиля. Он обеспечивает синхронный поворот передних колес вслед за поворотом руля водителем. Другими словами – это элемент, который передает угол поворота руля на колеса в нужную сторону. Знать устройство и принцип работы необходимо каждому водителю, так как в случае неисправности в работе этого элемента под угрозу может быть поставлена безопасность водителя и пассажиров.

Типы, схемы и устройства рулевых реек

Основные детали рулевого управления:

1. Руль. При помощи этого устройства водитель задает угол поворота автомобиля.
2. Вал руля. Он представляет собой стержень, который с одной стороны крепится к рулю, а с другой – к рулевой рейке.
3. Непосредственно рулевая рейка. Она представляет собой своего рода узел, к которому крепится шестерня. С ее помощью передается движение руля.
4. Рулевые тяги – стержневидные детали, имеющие резьбу. Они крепятся к рулевым наконечникам и являются одним из последних звеньев, передающих поворот на колеса.
5. Ну и, собственно, сами наконечники.

В зависимости от того, каким образом поставлен принцип реализации работы рулевой рейки, различают три основных вида такого механизма. Основное их различие в устройстве и принципе действия. У современных автомобилей встречаются следующие виды.

Механическая

По сути механическая рулевая рейка представляет собой простейший механизм, все вариации в котором происходят только благодаря физической силе водителя. Однако ошибочно думать, что при такой реализации водителю будет необходимо прикладывать слишком много физической силы – эту проблему можно решить благодаря переменному передаточному числу. Его особенность в том, что количество зубьев варьируется при переходе от центра к краям. Эта особенность помогает избавиться от слишком больших поворотов на скорости, в то же время физически облегчает поворот руля при медленном движении, или когда автомобиль стоит.

Гидравлическая (ГУР)

Отличие рулевой рейки с гидроусилителем (ГУР) от предыдущей заключается в том, что ГУР облегчает поворот руля. Достигается это следующим образом: в самом гидроусилителе есть масло. Оно, под давлением насоса ГУР, увеличивает усилие во время поворота и облегчает водителю сам физический процесс.

Основное преимущество такого вида механизма не только в том, что водитель меньше устает физически, но и в повышенной безопасности движения. Последняя достигается тем, что ГУР возьмет на себя нагрузку при попадании колеса в яму и руль среагирует на это более плавно. С другой же стороны, ГУР снижает чувствительность автомобиля водителем, что может привести к непредвиденным маневрам. Тем не менее, именно такой вид механизма чаще всего используется в современных автомобилях.

Электрическая (ЭУР)

Устройство электрической рулевой рейки отличается от ГУРа тем, что усилителем в данной системе является электромотор. Он может быть встроенным в колонку руля, располагаться на рулевом валу либо быть совмещенным с самой рейкой. Первый вариант наиболее опасен, так как может привести к полной блокировке руля. Поэтому на дорогих автомобилях используется третий вариант размещения электрического усилителя.

Данный тип обладает рядом преимуществ, таких как:

• высокий коэффициент полезного действия;
• экономия топлива;
• высокая надежность и безопасность при движении;
• проста обслуживании;
• независимость работы механизма от погодных условий и окружающей среды.

Принцип работы

Рассмотрим принцип работы рулевой рейки с ГУР. При повороте рулевого колеса в какую-либо строноу, усилие, прилагаемое водителем, проходит к шестерне. Сама шестерня состоит из множества зубчиков, которые передают момент поворота непосредственно на рейку руля. Последняя под этим действием перемещается влево или вправо. Также с ней перемещается и тяга, поворачивающая ступицу. На последней и крепится колесо. В результате этого получается синхронный поворот обеих колес автомобиля.

Если рейка дополнительно укомплектована усилителем гидравлическим или электрическим, то естественно сила на рейку будет увеличиваться. Ниже на видео подробно о рулевых рейках с ГУРом.

Преимущества и недостатки

Рейки руля сегодняшних автомобилей чаще всего оснащены усилителями: гидравлическим или электрическим. Но это не лишает их полностью всех «минусов». Но сначала о «плюсах».

Основные преимущества:

1. Простая конструкция и малые габариты и вес.
2. Простота в обслуживании.
3. Хорошая послушность при управлении.

Недостатки:

1. Передает удары от неровного дорожного покрытия на руль, хоть устройства с ГУР смягчают эти удары.
2. При выработке появляются люфты, создавая стук и шум.

Основные неисправности

После долгой эксплуатации рулевая рейка может работать некорректно. При этом могут возникать следующие признаки неисправности:

1. Колесо стучит при поворотном маневре – часто это вызвано износом рулевых наконечников.
2. Возникает люфт между рейкой и приводной шестерней.
3. Усложняется процесс контроля автомобиля.
4. Деформация кожуха (пыльника).
5. Поломка зубов.
6. Руль вращается произвольно.

Полезные советы

Во избежание полной поломки механизма и сохранении безопасности водителя и пассажиров проводится соответствующая диагностика. В принципе, проверка должна быть пройдена при малейшем изменении в работе, либо после того, как автомобиль преодолеет соответствующий пробег.

Некоторые действия водитель может выполнить самостоятельно. Так, например, можно проверить пыльник и при необходимости очистить или заменить его. Время от времени следует менять сальники, так как он часто подвергается износу в следствие механической нагрузки.

Чаще же всего необходимо подтянуть рейку, чтобы избавиться от неисправностей. Для этого используется регулировочный болт, который подтягивается специальным ключом до необходимого состояния.

Иногда, в случае неисправности лучше обратиться на СТО или в сервисный центр. Ведь знающему человеку лучше известна конструкция автомобиля, а это значит, что он может выполнить свою работу более качественно.

Рулевая рейка – одна из важных частей автомобиля. Несмотря на то, что ее конструкция неизбежно меняется из-за технического прогресса, основной принцип действия пока остается одним и тем же. Автолюбителям настоятельно рекомендуется следить за ее состоянием, так как это не только продлит срок ее службы, но и сделает вождение более безопасным.

РУЛЕВАЯ РЕЙКА: СТРОЕНИЕ, ВИДЫ, НЕИСПРАВНОСТИ (ПОЛОМКИ) И РЕСУРС

Добрый день, сегодня мы узнаем, что называется автомобильной рулевой рейкой, каков принцип работы механизма, какие разновидности устройства существуют и как определить износ деталей системы. Кроме того, расскажем про то, какой вид рулевой рейки считается самым надежным исходя из преимуществ и недостатков, которыми они обладают, из каких компонентов состоит механизм, какую конструкцию со строением имеет данная система того или иного транспортного средства, а также, как нужно обслуживать узел, чтоб он прослужил не только гарантийный срок. В заключении поговорим о том, что влияет на ускоренный износ деталей рулевой рейки, сколько в среднем составляет срок службы того или иного вида механизма при правильной эксплуатации автомобиля и чем отличаются узлы оснащенные гидроусилителем от тех, которые оборудованы электроусилителем.

Сама по себе типовая рулевая рейка представляет из себя довольно сложный механизм, который состоит из множества важных деталей, на примере управляющей и гидравлической конструкции, электронного блока управления, системы электроусилителя, направляющих, пыльников, сальников, а также многих других элементов. Рулевая рейка является ключевым узлом любого транспортного средства и следить за ее состоянием, необходимо на систематической основе, так как от исправности механизма напрямую зависит управляемость автомобиля во время движения.

Итак, что называется рулевой рейкой автомобиля? Автомобильной рулевой рейкой или реечным механизмом называется специальный узел машины, который предназначен для управления колесами посредством руля. Как функционирует система ? Тут в принципе все довольно просто. Когда водитель поворачивает рулевое колесо, то при помощи специальных валов определенный угол наклона руля передается на реечный механизм, который в свою очередь направляет усилие на колеса машины. Таким образом, рулевая рейка обеспечивает отклонение колес на нужный угол, чтобы автомобиль мог совершать маневрирование во время движения и не двигаться прямолинейно.

1 . ОСОБЕННОСТИ, КОНСТРУКЦИЯ И ТИПЫ РУЛЕВЫХ РЕЕК

Такой узел, как рулевая рейка эволюционирует вместе с развитием автомобилестроения и если раньше механизм представлял из себя довольно примитивную конструкцию, то сегодня благодаря технологиям данная система уже закладывается в управление транспортным средством. Справочно заметим, что на современном жизненном этапе существуют 3 основных вида рулевых реек, которые мы сейчас подробно и рассмотрим.

– Стандартная рулевая рейка без усилителя : широко использовалась в 70-80 годы 20 века на большинстве транспортных средств того времени. Особенностью таких механизмов являлось то, что все усилие поворота руля полностью перекладывалось на водителя и никаких дополнительных помощников не существовало.

– Рулевая рейка с гидроусилителем : представляет из себя стандартную рейку, к которой дополнительно добавляется специальный насос с замкнутым контуром, где качается техническая жидкость и сальники, они же уплотнители. Гидроусилитель способствует облегчению поворота руля. Теперь водителю уже не нужно делать большие усилия при маневрировании на автомобиле. Особенно сильно помогает данная система в управлении большими и тяжелыми машинами;

– Рулевая рейка с электроусилителем : является новым поколением систем помощников, которая функционирует по типу сухого усилителя, то есть без использования технической жидкости. Принцип действия достаточно сильно отличается от гидросистем. Благодаря тому, что рядом с валом располагается специальный электрический двигатель с шестерней, который питается от бортовой сети машины, руль водителем поворачивается очень мягко и легко, то есть без дополнительных усилий. Как правило, рейка с электроусилителем оснащается электронным блоком управления, который и отдает указания на механизм в плане помощи водителю в случае отклонения колес от первоначальной прямой траектории.

Таким образом, обычная рейка основана полностью на стопроцентной механике, то есть на применении силы водителем на руль, механизм с гидроусилителем и электроусилителем, наоборот основан замещении силы управляющего с целью уменьшения нагрузки на него в процессе маневрирования автомобилем.

2 . ОБЫЧНАЯ КОНСТРУКЦИЯ РУЛЕВОЙ РЕЙКИ: ПЛЮСЫ И МИНУСЫ

Как мы отметили ранее с обычной конструкции рейки начался путь механизма, которым мы его знаем сегодня. Первые рейки были очень простыми по строению и в принципе не убиваемыми. Даже сегодня можно встретить автомобили конца 80-х годов прошлого века, на которых установлен такой механизм и самое интересное, что возможно его даже ни разу не ремонтировали. На современном этапе такие рейки уже не устанавливаются даже на Жигули, все автопроизводители полностью перешли на более продвинутые механизмы с гидроусилителем или электроуслителям.

Типовое строение обычной рулевой рейки включает в себя такие элементы, как один единственный рабочий вал с шестерней, который зачастую входит в металлический корпус, к нему подсоединяются тяги с рулевыми наконечниками и закрываются эти детали специальными резиновыми пыльниками. Зацепление в рейке такого типа осуществляется при помощи вала с червячной шестерней, который соединен с рулевым колесом автомобиля. Сама по себе схема такой системы до боли упрощенная, поэтому и ломаться здесь не чему. Единственной поломкой, которая может возникнуть по достижению определенного пробега автомобилем является стук. Стук образуется из-за того, что внутри корпуса разбиваются направляющие. Однако это не проблема, так как многие автовладельцы просто подтягивают рейку и звук исчезает.

Преимущества обычной рулевой рейки :

– Очень прочная и простая конструкция;

– Высокая ремонтопригодность механизма, можно перебрать самостоятельно;

– Низкая покупная стоимость нового механизма.

Недостатки обычной рулевой рейки :

– Тяжело крутить рулевое колесо автомобиля, особенно на низкой скорости или на стоянке;

– Сложно маневрировать и управлять машиной;

– Не устанавливается на крупные и тяжелые машины;

– Моральное устаревание механизма.

Таким образом, рулевая рейка с обычной конструкцией имеет, как плюсы, так и минусы, но все недостатки, которые имеет механизм являются одновременно его преимуществами, за исключением морального устаревания. Благодаря такой системе можно сказать началось развитие более современных рулевых реек и именно за счет имеющихся недостатков они были доведены практически до совершенства. Рулевые рейки обычного типа внесли свой весомые вклад и дали толчок для современных технологий, которые породили гидроусилители и электроуселители.

3 . РУЛЕВАЯ РЕЙКА С ГИДРОУСИЛИТЕЛЕМ. ОСОБЕННОСТИ, ПЛЮСЫ И МИНУСЫ

С испокон веков конструкторы и инженеры боролись за комфорт, повышение управляемости и маневренности автомобилей. Особенно этот вопрос касался крупных и грузовых транспортных средств, так как рулевое колесо в таких машинах зачастую мог крутить только физически очень сильный водитель. Таким образом, благодаря огромным усилиям специалистов в начале 90-х годов 20 века была создано рулевая рейка с гидравлическим усилителем рулевого колеса, всем известная аббревиатура ГУР.

Что же поменялось в конструкции ? В самой рейке в принципе ничего и не поменялось, так как сама по себе конструкция достаточно надежная. К рейке просто добавили механизм гидравлического усилителя, который внес существенные изменения в строение. К конструкцию добавили пластичный насос (приводится в движение с помощью ременной передачи от силовой установки, которая нагнетает рабочее давление в диапазоне от 50 до 100 Бар ); появился поршень (устанавливается на валу, приводится в движение только в одну сторону под давлением технической жидкости) и установили распределитель, он же торсион (дозирует подачу жидкости, как правило, трансмиссионного масла по типу действия “АТФ”). Справочно заметим, что благодаря маслу в системе гидроусилителя, поршень приводится в движение и он действует по принципу шприца.

Принцип действия такой рейки следующий: во время прямолинейного движения автомобиля, когда мы не крутим рулевое колесо, давление в системе, которое создается в технической жидкости просто ходит по кругу, то есть по контуру и насос механизма в работе участия не принимает. Затем, когда мы начинаем поворачивать руль в необходимую нам сторону, в дело вступает распределитель, он же торсион, который открывает одну сторону компонента, закрывая другую и тем самым происходит направление жидкости под давлением в поршень с нужной стороны при этом толкая его вверх. Вот благодаря таким манипуляциям мы можем без особых усилий крутить рулевое колесо в любую нужную нам сторону.

Преимущества рулевой рейки с гидроусилителем :

– Обеспечивается простая и легкая управляемость автомобилем;

– Руль становится легким, независимо от скорости движения;

– Система идеально подходит для тяжелых и крупных, особенно грузовых машин.

Недостатки рулевой рейки с гидроусилителем :

– Гидроусилитель при помощи ременной передачи частично забирает мощность у мотора;

– Дорогостоящий и сложный ремонт системы;

– Более сложная конструкция, чем у обычной рейки;

– Со временем может возникать течь жидкости и управление становится тяжелым;

– Самостоятельно починить механизм не представляется возможным;

– Наличие технической жидкости в системе, которую время от времени нужно менять, то есть более сложное обслуживание.

Таким образом, механизм гидроусилителя значительно облегчил управление автомобилем, особенно это касается грузовиков и микроавтобусов. Кроме того, с течением времени систему неоднократно модернизировали и сегодня ее можно считать относительно прочной и надежной. Типовая рулевая рейка с гидроусилителем способна отходить до серьезного ремонта при правильной эксплуатации не менее 150-170 тысяч километров пробега . Справочно заметим, что в процессе эксплуатации автомобиля, необходимо на систематической основе тщательно проверять состояние пыльников. Если на пыльниках механизма имеются трещины, надрывы или следы масла, то необходимо срочно произвести диагностику узла на СТО.

4 . РУЛЕВАЯ РЕЙКА С ЭЛЕКТРОУСИЛИТЕЛЕМ. ОСОБЕННОСТИ, ПЛЮСЫ И МИНУСЫ

Заключительный вид рулевой рейки оснащается электроусилителем, который по мнению большинства специалистов по обслуживанию и ремонту автомобилей считается более совершенным механизмом по сравнению с конкурентами. Данная технология предусматривает функционирование усилителя рулевого колеса за счет электричества, в отличие от гидравлического узла, в котором находится специальная техническая жидкость на основе масла ATF.

Как функционирует электроусилитель рулевой рейки? Работает система все на той же традиционной, обычной рейке, только здесь уже нет поршней и насосов, как в ГУРе. В механизме расположен основной вал с набором зубьев и червячный вал, который передает усилие от рулевого колеса. Червячный вал здесь особенный, так как на него устанавливается шестерня, обеспечивающая кручение электрического двигателя. На самом руле располагаются датчики считывающего типа, которые при отклонении руля от прямолинейной траектории молниеносно передают информацию на электронный блок управления механизма. В свою очередь блок управления направляет сигнал на исполнительное устройство, которым является электроусилитель. Он то и помогает водителю поворачивать руль в нужную ему сторону.

Преимущества рулевой рейки с электроусилителем :

– Мощность у силовой установки система почти не отбирает;

– Компактные габариты механизма;

– Узел прост в ремонте, так как представляет из себя обычный типовой электродвигатель;

– Отсутствуют течи в системе, так как нет никакой жидкости;

– Может функционировать в нескольких режимах (обычный и спорт режимы);

– Значительно облегчает управление транспортным средством;

– Оптимально функционирует с современными системами безопасности.

Недостатки рулевой рейки с электроусилителем :

– В системе имеется сложная электроника, которая зачастую является слабым звеном автомобиля оснащенного таким механизмом. Сам же электродвигатель, как мы сказали ранее является достаточно надежным, а вот сопутствующая электроника нет.

– Присутствует повышенная нагрузка на генератор, поэтому в большинстве современных автомобилях оснащенных электроусилителями используют генераторы повышенной мощности;

– Электроусилитель очень боится повышенной влажности, поэтому нужно постоянно проверять состояние чехлов и корпуса механизма.

Таким образом, рулевая рейка с электроусилителем является очередным шагом вперед в автомобильных технологиях. Справочно заметим, что в последнее время многие автопроизводители начали отказываться от гидроусилителей и массово переходить на системы оснащенные электродвигателями (ЭУР). Сама по себе технология электроусилителя является более прогрессивной и позволяет настраивать режимы усиления более точно, а также гибко.

В заключении отметим, что рулевая рейка автомобиля независимо от ее вида играет ключевую роль в системе подвески того или иного транспортного средства. Кроме того, стоит помнить, что рулевую рейку и ее элементы, необходимо осматривать на систематической основе на наличие повреждений и течи технической жидкости. Особое внимание нужно уделять резиновым пыльникам системы, так как зачастую из-за во время недосмотренных защитных элементов, рулевая рейка способна выходить из строя раньше положенного срока. Справочно заметим, что при замене механизма, на новый или подержанный, стоить он будет совсем недешево.