Конструкция рулевых механизмов. Червячный рулевой механизм Устройство рулевого управления типа червяк ролик

Важнейшей частью рулевого управления любого автомобиля является рулевой механизм, который мы сокращённо будем называть РМ. В качестве его главной функции выступает увеличение прикладываемого к автомобильному рулю усилия, а также его передача к рулевому приводу. С точки зрения механики этот процесс выглядит как преобразование вращательных движений руля в поступательные движения рулевых тяг.

Для обеспечения бесперебойности и точности протекания данного процесса, современный РМ должен отвечать следующим требованиям:

• обладать высокой степенью надежности;
• иметь незначительные по размерам технологические зазоры для обеспечения свободного вращения рулевого колеса;
• обладать возможностью произвольного возврата руля в нейтральное положение после прекращения действия на него мускульного усилия рук водителя;
• иметь оптимальное передаточное число, которое определяет отношение между углом поворота руля и усилия, прикладываемого к нему.

Устройство рулевого механизма

Рулевой механизм (РМ) имеет довольно сложное устройство, а самой главной его частью является редуктор, состоящий из зубчатых колес. В зависимости от марки и модели автомобиля редуктор может быть заключен в корпус из сварной высокопрочной стали или литого чугуна. Помимо зубчатых колес в нем размещаются и другие элементы: подшипники, валы. В некоторых разновидностях редукторов внутри корпуса могут быть размещены и устройства для автономной смазки зацеплений и подшипников.

Разновидностей редукторов в наши дни довольно много. Следует привести некоторые из них с учетом критерия классификации:

• тип передачи – «червячные» и зубчатые
• форма зубчатых колес – конические, цилиндрические и коническо-цилиндрические;
• расположение валов – горизонтальные и вертикальные;
• особенность кинематической схемы – раздвоенная ступень и развернутая соосная схема;
• число ступеней – одно- и двухступенчатые.

Типы рулевых механизмов:

1. Реечный РМ

Наиболее распространенным в наше время типом РМ является реечный. Причина такой популярности кроется в относительной простоте конструкции, его небольшой массе, низкой себестоимости производства, высоком КПД и небольшом числе шарниров и тяг, что значительно уменьшает частоту поломок. Кроме этого, расположение этого типа рулевого механизма поперек корпуса авто освобождает место в подкапотном пространстве для размещения в нем других механизмов и узлов, например, трансмиссии, двигателя и т.д. Реечное управление является довольно жестким, поэтому обеспечивает довольно высокую маневренность автомобиля.

Обладает реечный механизм и рядом недостатков. Среди них наиболее серьезными являются:

• сложность технологии установки на авто, имеющих зависимую подвеску управляемых колес;
• высокая виброактивность рулевого управления;
• повышенная восприимчивость к ударам подвески.

Состоит реечный рулевой механизм из вкладыша, чехла, пружин, шарового пальца, шарового шарнира, упоров, шестерен и непосредственно самой рулевой рейки. Реечные шестерни располагаются в трубке из металла, с каждой стороны которой выступает сама рейка. Рулевой наконечник соединен с каждой из ее сторон. Ведущая же шестерня рулевого механизма сопряжена с валом рулевой колонки, который при вращении руля также начинает поворачиваться, и приводит тем самым в движение рейку.

Червячный РМ

На легковые автомашины, имеющие зависимую подвеску управляемых колес, а также малотоннажные грузовики и автобусы, автомобили с повышенной проходимостью устанавливают другой тип рулевого механизма – «червячный». Современный его вариант состоит из ролика, «червяка», который имеет переменный диаметр (его еще называют глобоидным «червяком») и соединенный с рулевым валом. Вне корпуса механизма находится рычаг (сошка), который соединен с тягами рулевого привода. Во время вращения руля происходит катание ролика по «червяку» и качание рычага (сошки), что приводит в движение управляемые колеса.

Главными отличиями «червячного» механизма от реечного выступают его меньшая чувствительность к ударам подвески и большие максимальные углы поворота колес. Недостатками же такого механизма являются его дороговизна изготовления и необходимость в постоянной регулировке.

Винтовой РМ

На многотоннажных грузовых автомобилях, больших автобусах и некоторых легковых автомашинах представительского класса используется винтовой рулевой механизм. Он состоит из таких конструктивных элементов:

• винта, который располагается на рулевом валу;
• гайки, перемещающейся по валу;
• зубчатой рейки, которая нарезана на гайке;
• зубчатого сектора, соединенного с рейкой;
• рулевой сошки, которая располагается на валу сектора.

Главной же особенностью механизма является соединение винта и гайки при помощи шариков, что ведет к серьезному уменьшению трения и износа. Сам принцип работы во многом похож на принцип работы «червячного» рулевого механизма. Во время вращения руля происходит поворот рулевого вала и винта, расположенного на нем, который приводит в движение гайку, все это сопровождается циркуляцией шариков. Гайка же через зубчатую рейку сдвигает зубчатый сектор, а с ним и рулевую сошку.

Винтовой рулевой механизм обладает высоким КПД и может передавать большие усилия.

Как проверить работоспособность РМ?

Как и в случае с другими элементами рулевого управления регулярная проверка работоспособности рулевого механизма является важнейшей задачей каждого автовладельца, ведь от этого самым непосредственным образом будет зависеть безопасность передвижения на автомобиле.

В первую очередь, следует проверять люфт рулевого колеса. Проверка производится как вручную, так и с применением специального прибора – динамометра-люфтометра. Его нужно закрепить на ободе колеса и приложить силу, равную 10 Н. Надо произвести замеры зазоров в шарнирах рулевых тяг и «червячных» подшипниках. В том случае, если автомобиль оборудован усилителем руля (так называемом ГУР), то такая проверка должна производиться при работающем моторе.

Визуальный осмотр также является важной составляющей диагностики работоспособности РМ. В его ходе нужно особое внимание уделить состоянию защитных чехлов шаровых шарниров, так как через трещины в них в рулевой механизм проникает грязь, что может привести к его некорректной работе, поломке и даже разрушению. При малейших сомнениях в надлежащей работе РМ необходимо обратиться в специализированный автосервис.

Как снять рулевой механизм и как его установить?

Процесс снятия и установки рулевого механизма рассмотрим на примере ВАЗ 2106, на котором применяется «червячный» тип. Для этого понадобится следующий инструмент:

• 2 ключа «на 13»;
• ключ «на 22»;
• плоскогубцы;
• съемник пальцев шаровых.

Сам процесс снятия механизма будет следующим:

1. Первым шагом требуется снять рулевой вал.
2. После этого отсоединить левую боковую и среднюю рулевые тяги и отвести их по сторонам.
3. Далее, одним ключом «на 13» придерживая болты крепления рулевого механизма от проворачивания, вторым отвернуть гайки и снять их вместе с шайбами.
4. После чего, придерживая механизм рукой, надо вынуть болты крепления, оставив при этом рулевой механизм лежать на лонжероне.
5. Вытащить его через подкапотное пространство.

Новый РМ устанавливается в обратном порядке, но с учетом некоторых нюансов: не следует плотно затягивать болты крепления кронштейна рулевого вала и гайки на компенсаторе, а также болты крепления картера рулевого механизма к лонжеронам. Это делается с той целью, чтобы установить новый механизм в правильное положение.

Производится это с помощью двух- или трехкратного вращения рулевого колеса в разные стороны, при этом произойдет самоустановка механизма и рулевого вала.

После этого можно приступать к контрольному затягиванию всех элементов крепления. Финишным же этапом будет проверка наличия масла в рулевом механизме автомобиля.

После этого необходимо произвести регулировку механизма.

Регулировка рулевого механизма

Самый популярный тип рулевого механизма (реечный) время от времени нуждается в регулировке. Причиной этого, как уже упоминалось выше, является высокая восприимчивость механизма к кочкам, ямам и ухабам, которых на наших дорогах довольно много. На большинстве моделей современных автомобилей регулировку рейки можно сделать своими силами.

Процесс регулировки осуществляется с помощью регулировочного винта, который, чаще всего, располагается на торцевой крышке РМ. Для облегчения доступа к нему лучше воспользоваться смотровой ямой, эстакадой или подъемником, в противном же случае придется немного полежать на земле. Если регулировка производится на домкратах, то перед подъемом следует выставить передние колеса в ровном положении.

После проведения подготовительных мероприятий надо замерить люфт, максимальный показатель которого не должен превышать 10 градусов. Далее требуется произвести подтяжку регулировочного винта, причем делать это необходимо плавно и медленно, все время контролируя люфт с помощью динамометра-люфтометра. После завершения регулировки следует проверить ход рулевого колеса в движении, и если он слишком тугой, то необходимо немного ослабить регулировочный винт.

Как самостоятельно починить рулевой механизм?

Некоторые неисправности в РМ можно устранить, не прибегая к его замене. О некоторых способах пойдет речь далее. Если наблюдается течь, то это может свидетельствовать об отсутствии герметичности в соединениях трубок цилиндра или неисправности сальника, а также коррозии вала редуктора. Для устранения данной неисправности необходимо произвести полную переборку агрегата. Если причина в сальниках и прокладках, то необходимо их заменить на новые, а если дело заключается в серьезной коррозии вала, то его следует отшлифовать и при помощи газотермонапыления восстановить до исходных размеров.

Сильный люфт может указывать на выход из строя и износ таких деталей РМ как, например, картер, шарниры или подшипник винта. Причиной люфта может быть и кривой картер или вал. Чтобы устранить эту неисправность, нужна, опять-таки, полная переборка узла, в ходе которой потребуется замена изношенных деталей.

Сильный стук в редукторе РМ говорит обычно об износе ударных подшипников. То есть потребуется их замена на новые. Но это может быть свидетельством и такой неисправности как искривление вала или серьезный износ шарниров. Для более точной диагностики может вновь потребоваться полная переборка узла.

Средние цены на ремонт РМ в России и СНГ

Однако на устранение неполадок в рулевом механизме не всегда есть свободное время, да и многие из ремонтных операций требуют наличия довольно серьезных навыков в автослесарном деле, поэтому обращение к услугам специалистов в автосервисы видится правильным выбором.

Конечная стоимость сервисных работ будет зависеть не только от серьезности поломки, но также и марки/модели автомобиля, срочности и некоторых других факторов. В среднем же, стоимость (без учета стоимости заменяемых элементов) некоторых работ, связанных с обслуживанием рулевых механизмов, в автомастерских России и стран ближнего зарубежья в перерасчете на рубли такова:

• замена рулевого механизма, имеющего усилитель руля – от 700 рублей;
• замена силового цилиндра – от 500 рублей;
• ремонт силового цилиндра – от 300 рублей;
• замена рулевых наконечников – от 400 рублей;
• замена пальцев вкладыша – от 100 рублей;
• замена рулевой рейки – от 2 000 рублей;
• регулировка рулевой рейки – от 200 рублей;
• ремонт рулевой рейки без снятия механизма с авто – от 1000 рублей;
• замена рулевой трапеции – от 1 000 рублей;
• замена пыльников рулевого механизма – от 1 800 рублей.

Средние цены на новые РМ в России и странах СНГ

Иногда производить ремонт рулевого механизма нецелесообразно, а иногда и просто невозможно, например, после серьезного ДТП, поэтому может потребоваться приобретение нового узла на замену старому. Естественно, что стоимость нового рулевого механизма зависит не только от его типа, но и марки и модели автомобиля, оригинальности самого механизма, ведь на многие популярные модели авто крупными (и не очень) производителями запчастей выпускаются неоригинальные рулевые механизмы.

Средняя же стоимость на новые рулевые механизмы по России и странам ближнего зарубежья в перерасчете на отечественную валюту такова:

• на заднеприводные автомобили отечественного производства (ВАЗ 2105, 2107, 2106, ИЖ Ода) – от 2 000 рублей;
• на переднеприводные автомобили отечественного производства (ВАЗ 2109, 2114, Приора, Гранта, Калина, Largus) – от 2 500 рублей;
• на бюджетные автомобили иностранного производства (KIA Ria, Renault Logan, Toyota Corolla, Hyundai Accent (Solaris), Ford Fiesta,) – от 7 000 рублей;
• на автомобили иностранного производства бизнес-класса (Ford Mondeo, Toyota Camry, Volvo S40) – от 12 000 рублей;
• на автомобили иностранного производства премиум-класса (Mercedes S-classe, BMW 7, Audi A8) – от 22 000 рублей;
• на грузовые автомобили отечественного производства (КамАЗ, ГАЗ) – от 25 000 рублей.

Стоит добавить, что в связи с изменениями курсов основных иностранных валют, стоимость рулевых механизмов на автомобили иностранного производства может изменяться в большую или, как это ни странно, в меньшую сторону.



Данный тип рулевого механизма устанавливается на отдельных легковых автомобилях представительского класса, а также тяжелых грузовых автомобилях и автобусах.

Винтовой рулевой механизм автомобиля включает следующие основные элементы: винт, устанавливаемый на валу рулевого колеса; гайку, перемещающуюся по винту; зубчатую рейку, нарезанную на гайке; зубчатый сектор, соединенный с рейкой; рулевую сошку, расположенную на валу сектора, т. е. в работе механизма участвуют две рабочие пары - винт-гайка и рейка-зубчатый сектор.

Винт и гайка, применяемые в винтовом рулевом механизме, отличаются от обычной винтовой пары тем, что специально выполненные полости между боковыми поверхностями пары заполнены шариками.
Дорожками качения для шариков служат винтовые канавки, выполненные на теле винта и в гайке. При повороте винта шарики циркулируют в гайке по замкнутому кругу, выкатываясь из винтового канала через отверстие с одной стороны гайки и возвращаясь в гайку через обводной канал с противоположной стороны.

Использование циркулирующих шариков позволяет заменить трение скольжения в паре винт-гайка трением качения, что повышает КПД передачи, как в прямом направлении, так и в обратном. Это улучшает условия для стабилизации управляемых колес, но и делает механизм довольно чувствительным к толчкам со стороны дороги. Поэтому для сглаживания ударов должны устанавливаться амортизаторы или усилители рулевого управления.
Глубина винтовой канавки выполняется переменной, а толщина среднего зуба сектора увеличенной по сравнению с другими зубьями для исключения заклинивания рулевого механизма в крайних положениях.

Принципиально работа винтового рулевого механизма мало отличается от работы червячного механизма. Поворот рулевого колеса сопровождается вращением винта, который перемещает сопрягаемую с ним гайку. При этом происходит циркуляция шариков, значительно уменьшающих трение между винтовыми поверхностями.
Гайка посредством зубчатой рейки перемещает зубчатый сектор и с ним рулевую сошку.

Зазор в зацеплении поршня-рейки с сектором вала сошки регулируется путем осевого перемещения вала сошки с помощью специального регулировочного винта.
Зазор в паре винт-гайка не регулируется, поэтому высокая надежность и требуемый срок службы в этом зацеплении обеспечивают путем применения высококачественных легированных сталей.

Винтовой рулевой механизм в сравнении с червячным механизмом имеет больший КПД и способен передавать большие усилия.
Одним из недостатков данной конструкции является сложность подгонки деталей винтовой передачи при использовании в конструкции циркулирующих шариков.



Рулевой механизм автомобиля ЗИЛ-431410

Устройство винтового рулевого механизма автомобиля ЗИЛ-431410 показано на рис. 3 .

Редуктор соединяется с валом рулевого колеса с помощью карданного вала с двумя шарнирами. Картер 3 редуктора отлит из чугуна и имеет нижнюю 1 , промежуточную 9 , верхнюю 14 и боковую 19 крышки.
В картере размещается поршень-рейка 4 , в которой неподвижно установлена шариковая гайка 6 . Шариковая гайка собрана с винтом таким образом, что образуются винтовые канавки, в которые вкладываются шарики 8 .
В паз шариковой гайки, соединенной двумя отверстиями с ее винтовой канавкой, вставляют два штампованных желоба 7 , образующих трубку, по которой шарики, выкатываясь при повороте винта 5 с одного конца гайки, возвращаются к ее другому концу.

Поршень-рейка 4 находится в зацеплении с зубчатым сектором 18 вала 21 сошки, который вращается на запрессованных в картер бронзовых втулках. Осевое перемещение вала сошки производится путем вращения регулировочного винта 20 , головка которого входит в отверстие вала сошки.
При завертывании регулировочного болта уменьшается зазор в зацеплении рейка-зубчатый сектор, увеличивающийся из-за этого момент сопротивления повороту не должен превышать 500 Н . На наружный шлицованный конец вала устанавливается сошка 23 .

При вращении рулевого колеса усилие водителя передается через вал рулевого колеса и карданную передачу на винт 5 . Шариковая гайка 6 перемещается вдоль оси винта, увлекает за собой поршень-рейку 4 , которая производит поворот зубчатого сектора 18 с валом 21 сошки вокруг своей оси.
Усилие от сошки 23 передается на рулевой привод, который поворачивает управляемое колесо.

По аналогичной схеме работают рулевые механизмы автомобилей марок «КамАЗ», «КрАЗ», «МАЗ», «БелАЗ».



Рулевое управление — одна из основных систем автомобиля, которая представляет собой совокупность узлов и механизмов, предназначенных для синхронизации положения рулевого колеса (руля) и угла поворота управляемых колес (в большинстве моделей автомобилей это передние колеса). Основное назначение рулевого управления для любых транспортных средств — это обеспечение поворота и поддержание заданного водителем направления движения.

Устройство системы рулевого управления

Схема рулевого управления

Конструктивно система рулевого управления состоит из следующих элементов:

• Рулевое колесо (руль) — предназначено для управления водителем с целью указания направления движения автомобиля. В современных моделях оно дополнительно оснащается кнопками управления мультимедийной системой. Также в рулевое колесо встраивается передняя подушка безопасности водителя.
• — выполняет передачу усилия от руля к рулевому механизму. Она представляет собой вал с шарнирными соединениями. Для обеспечения безопасности и защиты от угона колонка может быть оснащена электрическими или механическими системами складывания и блокировки. Дополнительно на рулевой колонке устанавливается замок зажигания, органы управления светотехникой и стеклоочистителем ветрового стекла автомобиля.
• — выполняет преобразование усилия, создаваемого водителем через поворот рулевого колеса и передает его приводу колес. Конструктивно представляет собой редуктор с некоторым передаточным отношением. Сам механизм соединяет с рулевой колонкой карданный вал рулевого управления.
• — состоит из рулевых тяг, наконечников и рычагов, выполняющих передачу усилия от рулевого механизма к поворотным кулакам ведущих колес.
• Усилитель рулевого управления — повышает усилие, которое передается от руля к приводу.
• Дополнительные элементы (амортизатор рулевого управления или «демпфер», электронные системы).

Стоит также отметить, что подвеска и рулевое управление автомобиля имеют тесную взаимосвязь. Жесткость и высота первой определяют степень отклика автомобиля на вращение рулевого колеса.

Виды рулевого управления

В зависимости от типа редуктора системы, рулевой механизм (система рулевого управления) может быть следующих видов:

• Реечный — самый распространенный вид, используемый в легковых автомобилях. Этот вид рулевого механизма имеет простую конструкцию и отличается высоким КПД. Недостатки заключаются в том, что этот тип механизма чувствителен к возникающим ударным нагрузкам при эксплуатации в сложных дорожных условиях.
• Червячный — обеспечивает хорошую маневренность автомобиля и достаточно большой угол поворота колес. Этот вид механизма меньше подвержен влиянию ударной нагрузки, но более дорогостоящий в изготовлении.
• Винтовой — принцип работы похож на червячный механизм, однако он имеет более высокий КПД и позволяет создавать большие усилия.

В зависимости от вида усилителя, который предусматривает устройство рулевого управления, различают системы:

• С . Его основным достоинством является компактность и простота конструкции. Гидравлическое рулевое управление среди современных транспортных средств является одним из наиболее распространенных. Недостатком такой системы является необходимость контроля уровня рабочей жидкости.
• С . Такая система рулевого управления с усилителем считается наиболее прогрессивной. Он обеспечивает простоту регулировки настроек управления, высокую надежность работы, экономный расход топлива и возможность управления автомобилем без участия водителя.
• С . Принцип действия данной системы аналогичен системе с гидравлическим усилителем. Главное отличие заключается в том, что насос усилителя приводится в действие электродвигателем, а не ДВС.

Рулевое управление современного автомобиля может быть дополнено следующими системами:

• — система изменяет величину передаточного отношения в зависимости от текущей скорости. Она позволяет корректировать угол поворота колес и обеспечивает более безопасное и устойчивое движение на скользких поверхностях.
• Динамического рулевого управления — работает аналогично активной системе, однако в конструкции в этом случае вместо планетарного редуктора используется электродвигатель.
• Адаптивного рулевого управления для транспортных средств — главной особенностью является отсутствие жесткой связи между рулем автомобиля и его колесами.

Требования к рулевому управлению автомобиля

Согласно стандарту, к рулевому управлению применяются следующие основные требования:

• Обеспечение заданной траектории движения с необходимыми параметрами поворотливости, поворачиваемости и устойчивости.
• Усилие на рулевом колесе для осуществления маневра не должно превышать нормированного значения.
• Суммарное число оборотов руля от среднего положения до каждого из крайних не должно превышать установленного значения.
• При выходе из строя усилителя должна сохраняться возможность управления автомобилем.

Существует еще один стандартный параметр, определяющий нормальное функционирование рулевого управления — это суммарный люфт. Данный параметр представляет собой величину угла поворота руля до начала поворота управляемых колес.

Значение допустимого суммарного люфта в рулевом управлении должно быть в пределах:

• 10° для легковых автомобилей и микроавтобусов;
• 20° для автобусов и подобных транспортных средств;
• 25° для грузовых автомобилей.

Особенности правостороннего и левостороннего руля

Левостороннее и правостороннее рулевое управление

В современных автомобилях может быть предусмотрено правостороннее или левостороннее рулевое управление, что зависит от вида транспортного средства и законодательства отдельных стран. В зависимости от этого руль может располагаться справа (при левостороннем движении) или слева (при правостороннем).

В большинстве стран левостороннее рулевое управление (или правостороннее движение). Основное отличие механизмов не только в позиции руля, но и в рулевом редукторе, который адаптирован под различные стороны подключения. С другой стороны, переоборудование правостороннего руля на левостороннее рулевое управление все же возможно.

В некоторых видах спецтехники, например, в тракторах, предусматривается гидрообъемное рулевое управление, которое обеспечивает независимость положения руля от компоновки других элементов. В этой системе отсутствует механическая связь привода и рулевого колеса. Для выполнения поворота колес гидрообъемное рулевое управление предусматривает силовой цилиндр, которым управляет насос-дозатор.

Основные достоинства, которые имеет гидрообъемное рулевое управление для транспортных средств в сравнении с классическим рулевым механизмом с гидравлическим усилителем: необходимость приложения меньших усилий для выполнения поворота, отсутствие люфта, а также возможность произвольного расположения узлов системы.

Знаете, как называется рулевое колесо у гоночного болида? Штурвал! А в наших автомобилях всего то – руль.… Чувствуете разницу? Но оставим Шумахеру шумахерово, и поговорим что же такое рулевое управление , или рулевой механизм .

Система рулевого управления служит для управления автомобилем и обеспечения его движения в заданном направлении по команде водителя. Система включает в себя рулевой механизм и ру­левой привод . Что бы представить себе работу рулевых механизмов разных поколений, мы разделим объяснение на три части, именно столько их насчитывается в автомобилестроении.

Червячный рулевой механизм

Свое название получил из-за системы привода рулевой колонки, а именно червячной шестерни. В состав рулевой системы входят:

• руль (думается объяснять не надо?)
• рулевой вал с крестовиной , представляет собой металлический стержень, у которого с одной стороны расположены шлицы для фиксации руля, а с другой внутренние шлицы для крепления к рулевой колонке. Полная фиксация производится стяжной муфтой, которая обжимает место стыка вала и «червяка» привода колонки. В месте изгиба вала устанавливается , при помощи которого передается боковое усилие вращения.
• рулевая колонка , устройство, собранное в одном литом корпусе, в состав которой входят червячная ведущая шестерня и ведомая. Ведомая шестерня соединена жестко с рулевой сошкой.
• рулевые тяги , наконечники и «маятник», совокупность этих деталей соединённых между собой при помощи шаровых и резьбовых соединений.

Работа рулевого механизма выглядит следующим образом: при вращении рулевого колеса, усилие вращения передается на червячный механизм колонки, «червяк» вращает ведомую шестерню, которая в свою очередь приводит в действие рулевую сошку. Сошка соединена со средней рулевой тягой, второй конец тяги крепится к маятниковому рычагу. Рычаг устанавливается на опоре и жестко крепится к кузову автомобиля. От сошки и «маятника» отходят боковые тяги, которые при помощи обжимных муфт соединены с рулевыми наконечниками. Наконечники соединяются со ступицей. Рулевая сошка, поворачиваясь, передает усилие одновременно на боковую тягу и на средний рычаг. Средний рычаг приводит в действие вторую боковую тягу и ступицы поворачиваются, соответственно колеса тоже.

Такая система была распространена на старых моделях «Жигулей» и «BMW».

Реечный рулевой механизм

Самая распространенная система в настоящее время. Основные узлы это:

• рулевое колесо (руль)
• рулевой вал (то же что и в червячном механизме)
• рулевая рейка – это узел, состоящий из зубчатой рейки, в движение которую приводит рулевая шестерня. Собранная в одном корпусе, чаще из легкого сплава, крепится непосредственно к кузову авто. На концах зубчатой рейки изготовлены резьбовые отверстия для крепления рулевых тяг.
• рулевые тяги представляют собой металлический стержень, с одного конца у которого резьба, а со второй, шарнирное шаровое устройство с резьбой.
• рулевой наконечник , это корпус с шаровым шарниром и внутренней резьбой, для вкручивания рулевой тяги.

При вращении рулевого колеса, усилие передается на шестерню, которая приводит в действие рулевую рейку. Рейка «выезжает» из корпуса влево или вправо. Усилие передается на рулевой рычаг с наконечником. Наконечник вставлен в ступицу, которую и поворачивает в дальнейшем.

Для уменьшения усилия водителя при вращении рулевого колеса, в реечное рулевое устройство были введены усилители руля , на них остановимся более подробно

Усилитель руля является вспомогательным устройством для вращения рулевого колеса. Различают несколько типов усилителей руля. Это гидроусилитель, гидроэлектроусилитель, электроусилитель и пневмоусилитель .

1. Гидроусилитель состоит из гидравлического насоса, в действие который приводит , системы шлангов высокого давления, и бачка для жидкости. Корпус рейки выполнен герметически, так как в нем находится жидкость гидроусилителя. Принцип действия гидроусилителя следующий: насос нагнетает давление в системе, но если руль стоит на месте, то насос просто создает циркуляцию жидкости. Стоит только водителю начать поворачивать руль, как перекрывается циркуляция, и жидкость начинает давить на рейку, «помогая» водителю. Давление направлено в ту сторону, в которую вращается «баранка».
2. В гидроэлектроусилителе система точно такая же, только насос вращает электромотор.
3. В электроусилителе применяется так же электромотор, но соединяется он непосредственно с рейкой или с рулевым валом. Управляется электронным блоком управления. Электроусилитель еще называют адаптивным усилителем из-за возможности прикладывания разного усилия к вращению рулевого колеса, в зависимости от скорости движения. Известная система Servotronic.
4. Пневмоусилитель это близкая «родня» гидроусилителя, только жидкость заменена на сжатый воздух.

Активная рулевая система

Самая «продвинутая» в настоящее время, в состав входит:

• рулевая рейка с и электродвигателем
• блок электронного управления
• рулевые тяги, наконечники
• рулевое колесо (ну а как же без него?)

Принцип работы рулевой системы чем-то напоминает . При вращении рулевого колеса, вращается планетарный механизм, который и приводит в действие рейку, но вот только передаточное число всегда разное, в зависимости от скорости движения автомобиля. Дело в том, что солнечную шестерню снаружи вращает электродвигатель, поэтому в зависимости от скорости вращения изменяется передаточное число. На небольшой скорости коэффициент передачи составляет единицу. Но при большем разгоне, когда малейшее движение руля может привести к негативным последствиям, включается электромотор, вращает солнечную шестерню, соответственно необходимо руль довернуть больше при повороте. На маленькой скорости автомобиля электродвигатель вращается в обратную сторону, создавая более комфортное управление.

Весь остальной процесс выглядит, как и у простой реечной системы.

Ничего не забыли? Забыли, конечно! Забыли еще одну систему – винтовую . Правда, эта система больше похожа на червячный механизм. Итак – на валу проточена винтовая резьба, по которой «ползает» своеобразная гайка, представляет собой зубчатую рейку с резьбой внутри. Зубья рейки приводят в действие рулевой сектор, в свою очередь он предает движение сошке, ну а дальше как в червячной системе. Для уменьшения трения, внутри «гайки» расположены шарики, которые «циркулируют» во время вращения.

Существует несколько типов рулевого механизма Вам известно, что при повороте руля поворачиваются колеса автомобиля. Но между поворотом руля и поворотом колес происходят определенные действия.

В этой статье мы рассмотрим особенности двух наиболее распространенных типов рулевого механизма: реечный рулевой механизм и рулевой механизм с шариковой гайкой. Также мы расскажем о рулевом управлении с гидроусилителем и узнаем об интересных технологиях развития систем рулевого управления, позволяющих сократить расход топлива. Но, прежде всего, мы рассмотрим, как происходит поворот. Не все так просто, как может показаться.

Поворот автомобиля

Возможно, Вы удивитесь, узнав, что при повороте колеса на передней оси проходят по различной траектории.

Для обеспечения плавного поворота, каждое колесо должно описать разную окружность. В связи с тем, что внутреннее колесо описывает колесо меньшего радиуса, оно совершает более крутой поворот, чем внешнее. Если провести перпендикуляр к каждому колесу, линии будут пересекаться в центральной точке поворота. Геометрия поворота заставляет внутреннее колесо поворачиваться сильнее, чем внешнее.

Существует несколько типов рулевого механизма. Наиболее распространенными являются реечный рулевой механизм и рулевой механизм с шариковой гайкой.

Реечный рулевой механизм

Реечный рулевой механизм широко используется в легковых автомобилях, грузовиках малой грузоподъемности и внедорожниках. Фактически, этот механизм довольно прост. Реечные шестерни расположены в металлической трубке, с каждой стороны которой выступает рейка. Рулевой наконечник соединяется с каждой стороной рейки.

Ведущая шестерня сопряжена с валом рулевого механизма. Когда Вы поворачиваете руль, шестерня начинает вращаться и приводит рейку в движение. Рулевой наконечник на конце рейки соединяется с рулевой сошкой на шпинделе (см. рисунок).

Функции зубчатой рейки с шестерней заключаются в следующем:

• Она преобразует вращательное движение рулевого колеса в прямолинейное движение, необходимое для поворота колес.
• Она обеспечивает передаточное отношение для облегчения поворота колес.

Большинство автомобилей устроены так, что потребуется от трех до четырех полных оборотов руля, чтобы развернуть колеса от упора до упора.

Передаточное отношение рулевого механизма - это отношение градуса поворота руля к градусу поворота колес. Например, если один полный оборот руля (360 градусов) поворачивает колесо на 20 градусов, тогда передаточное отношение рулевого механизма составляет 18:1 (360 разделить на 20). Чем выше отношение, тем больше градус поворота руля. При этом, чем выше отношение, тем меньше усилий требуется приложить.

Как правило, у легких спортивных автомобилей передаточное отношение рулевого механизма ниже, чем у крупных автомобилей и грузовиков. При низком передаточном отношении у рулевого механизма более быстрый отклик, поэтому Вам не нужно с усилием крутить руль чтобы выполнить поворот. Чем меньше автомобиль, тем меньше его масса, и, даже при низком передаточном отношении, не требует прилагать дополнительное усилие для поворота.

Также существуют автомобили с переменным передаточным отношением рулевого механизма. В этом случае у зубчатой рейки с шестерней разный шаг зубьев (число зубьев на дюйм) в центре и по бокам. В результате, автомобиль реагирует на поворот руля быстрее (рейка расположена ближе к центру), а также снижается усилие при повороте руля до упора.

Реечный рулевой механизм с усилителем

При наличии реечного рулевого механизма с усилителем, рейка имеет немного другую конструкцию.
Часть рейки включает цилиндр с поршнем посередине. Поршень соединен с рейкой. С обеих сторон поршня имеются два отверстия. Подача жидкости под высоким давлением на одну из сторон поршня приводит поршень в движение, он поворачивает рейку, обеспечивая усиление рулевого механизма.

Рулевой механизм с шариковой гайкой

Рулевой механизм с шариковой гайкой можно встретить на многих грузовиках и внедорожниках. Данная система немного отличается от реечного механизма.

Рулевой механизм с шариковой гайкой включает червячную передачу. Условно червячную передачу можно разделить на две части. Первая часть представляет собой металлически блок с резьбовым отверстием. Данный блок имеет зубья с наружной стороны, которые сопрягаются с шестерней, которая приводит в движение рулевую сошку (см. рисунок). Рулевое колесо соединено с резьбовым стержнем, похожим на болт, установленным в резьбовое отверстие блока. Когда рулевое колесо вращается, болт поворачивается вместе с ним. Вместо того, чтобы вкручиваться в блок, как обычные болты, этот болт закреплен так, что, когда он вращается, он приводит в движение блок, который, в свою очередь, приводит в движение червячную передачу.


Болт не соприкасается резьбой с блоком, поскольку она заполнена шарикоподшипниками, циркулирующими по механизму. Шариковые подшипники используются для двух целей: Они снижают трение и износ передачи, а также снижают загрязнение механизма. Если в рулевом механизме не будет шариков, на какое-то время зубья не будут соприкасаться друг с другом и Вы почувствуете что руль потерял жесткость.

Гидроусилитель в рулевом механизме с шариковой гайкой функционирует точно так же, как и в реечном рулевом механизме. Усиление обеспечивается подачей жидкости под высоким давлением на одну из сторон блока.

Гидроусилитель руля

Помимо самого рулевого механизма, гидроусилитель включает несколько основных компонентов.

Насос

Пластинчатый насос снабжает рулевой механизм гидравлической энергией (см. рисунок). Двигатель приводит насос в действие при помощи ремня и шкива. Насос включает утапливаемые лопатки, вращающиеся в камере овальной формы.

При вращении лопатки выталкивают гидравлическую жидкость низкого давления из обратной магистрали в выпускное отверстие под высоким давлением. Сила потока зависит от количества оборотов двигателя автомобиля. Конструкция насоса обеспечивает необходимый напор даже на холостых оборотах. В результате, насос перемещает большее количество жидкости при работе двигателя на более высоких оборотах.

Насос имеет предохранительный клапан, обеспечивающий надлежащее давление, что особенно важно при высоких оборотах двигателя, когда подается большой объем жидкости.

Поворотный клапан

Гидроусилитель должен помогать водителю только при приложении силы к рулевому колесу (при повороте). При отсутствии усилия (например, при движении по прямой), система не должна обеспечивать помощь. Устройство, определяющее приложение силы к рулевому колесу, называется поворотный клапан.

Основным компонентом поворотного клапана является торсион. Торсион представляет собой тонкий металлический стержень, который поворачивается под действием крутящего момента. Верхний конец торсиона соединен с рулевым колесом, а нижний с шестерней или червячной передачей (которая поворачивает колеса), при этом крутящий момент торсиона равен крутящему моменту, прилагаемого водителем для поворота колес. Чем выше прилагаемый крутящий момент, тем больше поворот торсиона. Входная часть вала рулевого механизма формирует внутреннюю часть поворотного клапана. Также он соединен с верхней частью торсиона. Нижняя часть торсиона соединена с внешней частью поворотного клапана. Торсион также вращает шестерню рулевого механизма, соединяясь с ведущей шестерней или червячной передачей, в зависимости от типа рулевого механизма.

При повороте торсион вращает внутреннюю часть поворотного клапана, внешняя часть при этом остается неподвижной. В связи с тем, что внутренняя часть клапана также соединена с рулевым валом (и, следовательно, с рулевым колесом), количество оборотов внутренней части клапана зависит от крутящего момента, прилагаемого водителем.

Когда руль неподвижен, обе гидравлические трубки обеспечивают равное значение давления на шестерню. Но при повороте клапана каналы открываются для подачи жидкости под высоким давлением к соответствующей трубке.

Практика показала не самую высокую эффективность такого типа усилителя рулевого управления.

Инновационные усилители руля

В связи с тем, что насос рулевого механизма с гидроусилителем на большинстве автомобилей непрерывно перекачивает жидкость, он расходует мощность и топливо. Логично рассчитывать на ряд нововведений, которые позволят повысить экономию топлива. Одной из самых удачных идей является система с компьютерным управлением. Эта система полностью исключает механическую связь между рулевым колесом и рулевым механизмом, заменяя ее электронной системой управления.

Фактически руль работает так же, как руль для компьютерных игр. Руль будет оснащен датчиками для подачи автомобилю сигналов о направлении движения колес и моторами, обеспечивающими отклик на действия автомобиля. Выходные данные таких датчиков будут использоваться для управления рулевым механизмом с электроприводом. В этом случае устраняется необходимость наличия рулевого вала, что увеличивает свободное пространство в моторном отсеке.

General Motors представила концепт-кар Hy-wire, на котором уже установлена такая система. Отличительной особенностью такой системы с электронным управлением от GM является то, что Вы можете сами настроить управляемость автомобиля с помощью нового компьютерного программного обеспечения без замены механических компонентов. В автомобилях с электронным управлением будущего Вы сможете подстроить систему контроля под себя нажатием лишь нескольких кнопок. Все очень просто! За последние пятьдесят лет система рулевого управления не сильно изменились. Но в следующем десятилетии наступит эпоха более экономичных автомобилей