Как устроена рулевая рейка: основные элементы и принцип работы

• Основные элементы рулевой рейки — краткое описание и принцип работы
• Принцип работы рулевой рейки
• Виды рулевых реек

Рулевая рейка — основной элемент механизма поворота колес в автомобиле. Она преобразует вращательное движение руля в повороты колес вправо и влево на заданный угол. Дополнительно в рейку обычно встроен гидравлический или электрический узел, который облегчает руление в движении и на месте. 

В этой статье разберемся подробнее, из каких компонентов состоит рулевой механизм, рассмотрим виды рулевых реек и принцип их действия. 

Основные элементы рулевой рейки — краткое описание и принцип работы

Рулевая рейка нужна для поворота передних колес машины в ответ на вращение руля водителем. Она представляет собой сложный узел, состоящий из множества различных компонентов. Рассмотрим их подробнее. 

Корпус рулевой рейки  

Он служит основой, вокруг которой собирают весь поворотный механизм. Его делают из углеродистого сплава или алюминия в зависимости от модели и производителя транспортного средства. 

В корпусе размещается сама рейка и шестерня, которые вместе преобразуют вращательное движение рулевой колонки в линейное перемещение колес. Он же защищает внутренние механизмы от грязи, пыли, механических воздействий. В нем предусмотрены проушины для крепления конструкции к раме машины. 

В рейках с гидравлическим усилением корпус может выступать в качестве гидроцилиндра, в котором перемещается поршень для создания нужного усилия при поворотах колес. 

При неаккуратной эксплуатации этот элемент рейки может деформироваться, из-за чего механизм начинает заклинивать, появляется люфт и утечки гидравлической жидкости. По этой причине водитель должен тщательно следить за состоянием агрегата и заезжать на диагностику при обнаружении признаков неисправностей. 

Рейка и шестерня  

Главными элементами рулевой рейки, как понятно из названия, служит длинная планка с зубцами и зубчатое колесо, находящееся в зацеплении с ним. За счет этого происходит передача вращательного движения и его преобразование в возвратно-поступательное перемещение колес. 

Рассмотрим эти два элемента подробнее:

1. Рейка — представляет собой длинную штангу из металла с зубами на одной из сторон. Она может перемещаться вправо и влево внутри корпуса и своими концами соединена с рулевыми тягами. Эта деталь обеспечивает симметричный поворот колес в нужном направлении. Если она двигается в одном направлении, то один конец толкает, а другой — тянет тяги. 
2. Шестерня — зубчатый цилиндр, который надет на конец вала, соединенного с рулевым колесом. Эта деталь расположена так, что цепляется за зубцы на рейке. При вращении колеса крутится и шестерня, перемещая рейку вправо или влево. 

В зависимости от модели и марки автомобиля может изменяться количество зубьев на шестерне. Чем их меньше, тем точнее передается движение руля на колеса, но водителю приходится прилагать больше усилий для маневрирования (без усиления). 

Из-за постоянного трения эти детали изнашиваются, что проявляется в люфте рулевого управления. Если водитель обнаружил этот признак, нужно как можно быстрее обратиться на СТО для диагностики. 

Наконечники рулевых тяг  

Обязательный элемент любого рулевого механизма — наконечники рулевых тяг. Это шарниры, которые соединяют рейку с поворотными кулаками правого и левого передних колес. Именно они толкают или тянут колесо для его перемещения и маневрирования автомобиля. 

Дополнительная задача тяг — компенсация движения подвески при езде по неровностям. Конструктивно каждый наконечник состоит из корпуса, шаровой опоры и пыльника, а также гаек для фиксации к другим элементам рулевого управления. 

Неисправность тяг можно обнаружить по люфту руля, посторонним звукам при повороте колес, неравномерному износу покрышек и уходу с траектории движения во время торможения. Ездить с дефектными тягами нельзя, это может стать причиной ДТП. 

Пыльники (чехлы)  

Подвижные элементы рулевой рейки защищены пыльниками. Они выглядят как гофрированные рукава из резины, препятствуют попаданию пыли, грязи и воды в соединения. 

Чехлы должны быть герметичными, чтобы сохранить смазку в трущихся элементах. От этого зависит исправность и срок службы рулевого механизма. Если используется рейка с гидроусилителем, то пыльники дополнительно герметизируют корпус, позволяя сохранять давление масла внутри. 

Шарниры и втулки  

В качестве дополнительных элементов выступают:

• Шарниры — шаровые опоры или соединения. Они установлены на концах рулевых тяг в местах соединения с поворотным кулаком. За счет соединение тяги с рейкой получается подвижным, чтобы компенсировать перемещение из-за работы подвески. Во время движения автомобиля шарниры вращаются и смещаются.
• Втулки — это вставки внутри корпуса рейки, которые удерживают зубчатую деталь в нужном положении и не дают ей смещаться относительно других элементов конструкции. 

Симптомы проблем с шарнирами и втулками — люфт и посторонние шумы при вращении руля, а также потеря симметрии рулевого управления. 

Сальники и уплотнители  

Также в рейке есть сальники и уплотнители, которые препятствуют вытеканию смазывающих веществ из подвижных механизмов. Они установлены в местах вращения и скольжения деталей. 

Гидравлический или электрический усилитель

В современных машинах обычно используется ГУР, ЭГУР или ЭУР. Они нужны для увеличения усилия, которое передается от руля к колесам. За счет гидро- и электроусилителя водителю не нужно прилагать больших усилий, чтобы маневрировать на дороге. Это особенно проявляется при вращении колес на месте. 

Принцип работы рулевой рейки

Рассмотрим подробнее, как работает рулевая рейка во время эксплуатации автомобиля. 

Как поворот рулевого колеса преобразуется в движение рулевой рейки  

«Сердце» рулевого механизма — рейка и сцепленная с ней шестерня, которые трансформируют вращение руля в движение колес вправо и влево. Алгоритм работы, следующий:

1. Рулевое колесо надето на вал, который проходит по рулевой колонке. В нижней его части закреплен зубчатый цилиндр, находящийся в зацеплении с зубчатой рейкой. 
2. Когда водитель вращает руль, он приводит в движение весь вал, в нижней части которого закреплено зубчатое колесо. 
3. Если водитель крутит руль против часовой стрелки, за счет вращения шестерни рейка движется влево и колеса смещаются в том же направлении. Когда он вращает его по часовой, происходит обратное движение. 

Таким образом угловое вращение руля превращается в линейное движение рейки, а через нее — колес. 

Передача движения на колеса  

Для передачи движения рейки на колеса используются пары рулевых тяг, которые прикручены к зубчатой штанге. Чтобы обеспечить движение колес, на них установлены поворотные кулаки и наконечники с шарнирами. 

Схема работы, следующая:

1. Когда рейка движется в одном направлении, одна тяга будет тянуть кулак колеса, а другая толкать. 
2. Колесо при этом поворачивается на заданный угол, который зависит от длины рейки, количества зубцов и других особенностей механизма. 
3. Так как аналогичные тяги расположены и на другом колесе, они совершают обратное движение. Следовательно, оба колеса смещаются в одном направлении на один и тот же угол. 

За счет этого механизма обеспечивается и обратная связь между колесом и рулевым управлением. 

Особенности работы с гидроусилителем или электроусилителем  

Если использовать только зубцы, то для перемещения колес водителю нужно преодолевать силу трения с помощью собственной силы. Это не всегда возможно, особенно на больших грузовых автомобилях и спецтехнике. Чтобы упростить маневрирование, рейки оснащают усиливающими механизмами — гидравлическими или электрическими. 

Работа гидроусилителя основана на использовании энергии жидкости. Основным элементом выступает насос ГУР, который нагнетает масло под давлением в двусторонний цилиндр, установленный в рулевой рейке. Жидкость распределяется в зависимости от поворота рулевой колонки с помощью золотников. 

Схема, следующая: при повороте руля, например, вправо масло под давлением поступает в левый полуцилиндр и толкает поршень в нужном направлении. Для поворота влево все происходит наоборот. В системе с ГУР насос работает за счет отбора мощности у двигателя с помощью ремня и шкивов, а в ЭГУР за вращение вала насоса отвечает отдельный электромотор. 

Преимущество этой системы в том, что водитель может плавно перемещать колеса и не прилагать больших усилий для этого. Минус в том, что эта система требует постоянного обслуживания и работает только при включенном двигателе. 

Электроусилитель работает по-другому. В нем главную роль играет электромотор, который перемещает рейку через редуктор. Управление работой электромотора и создаваемый им крутящий момент регулирует электронный блок управления, который получает данные о положении и скорости вращения колес от датчиков. 

ЭУР работает даже при выключенном двигателе. Кроме того, в таких машинах реализовано активное руление. Например, автоматический контроль полосы, автоматическая парковка, компенсация сноса ветром и другие. 

Электрическая система легче и компактнее, но для ее работы нужна сложная электроника. Кроме того, в этом случае частично ухудшается обратная связь между колесами и рулем. 

Виды рулевых реек

Остановимся подробнее на видах рулевых реек в зависимости от механизма усиления. 

Механическая  

Эта рулевая рейка — наиболее простой и дешевый механизм, который сейчас используется только на моделях начального уровня и на старых машинах. В нем нет механизма усиления, вращение руля передается на колеса только с помощью зубчатого колеса и рейки. Небольшую помощью оказывает большее передаточное соотношение. 

Такие механизмы просты и надежны, они стоят недорого и дешевы в обслуживании. Но главный недостаток в том, что для руления, особенно если машина стоит на месте, нужно прилагать большое усилие. По этой причине механические рейки не используют для тяжелых и больших автомобилей. Кроме того, этот механизм нельзя адаптировать в зависимости от скорости движения автомобиля. 

С гидроусилителем  

В этом виде реек используется гидроусилитель. Насос с отбором мощности от двигателя нагнетает масло в гидроцилиндр с нужной скоростью и давлением. При повороте руля открывается клапан, который направляет эмульсию в нужную камеру. Она двигает поршень, который перемещает рейку. 

Основной плюс — уменьшение усилий, которые нужно приложить для поворота. Водитель может уверенно управлять даже большим и тяжелым автомобилем..

Недостатки механизма:

• ГУР нуждается в постоянном обслуживании, замене масла, ремонте насоса, установке нового ремня;
• Насос частично отбирает мощность у двигателя, что немного сказывается на динамике автомобиля;
• ГУР обеспечивает меньшую точность управления по сравнению с другими способами усиления. 

Это один из наиболее распространенных механизмов усиления, который устанавливают на легковых автомобилях, SUV, грузовиках, автобусах и т.п.

Записаться на ремонт и диагностику ГУР

С электрогидроусилителем

Конструкция рейки с электрогидроусилителем в целом похожа на механизм с ГУР. Главное отличие в том, что насос для нагнетания масла вращается не за счет двигателя, с помощью своего небольшого электромотора. В результате машина не теряет мощность, можно более тонко настроить создаваемое усилие. 

Недостаток в том, что этот механизм сложнее и дороже, нужно обслуживать не только гидравлическую, но и электрическую систему. 

С электроусилителем  

В рейках с электроусилителем (не путать с ЭГУР) для создания нужного усилия используется электромотор, которым управляет микропроцессор. Датчики фиксируют угол поворота колес и усилие, после чего ЭБУ активирует электромотор. Он вращается в нужном направлении и перемещает рейку, а через нее — колеса. 

Преимущества электроусиления:

• Повышается точность и чувствительность управления;
• Есть возможность интегрировать мотор с механизмами автоматического руления;
• Вся система работает без жидкости, ее не нужно менять и контролировать герметичность трубок.

Такие рейки стоят дороже из-за использования сложной электроники, и она создает дополнительную нагрузку на генератор и батарею. Сейчас ЭУР устанавливают в основном на легковые машины премиум-класса, электромобили и гибридные авто. 

Заключение

Рулевая рейка состоит из множества компонентов и расположена в таком месте, где она постоянно подвергается механическим воздействиям, контактирует с пылью и агрессивными веществами. При этом от нее зависит безопасность движения.

По этим причинам водитель должен очень тщательно следить за состоянием этого механизма, приезжать на диагностику и ремонт, даже если обнаружит минимальные симптомы поломки.