Как устроена и работает рулевая рейка

Принцип работы

Сегодня в большинстве случаев используется гидроусилитель руля. Поэтому стоит рассмотреть, как работает рулевая рейка с ним. Данная информация позволит понять, почему практически не приходится прикладывать усилия, чтобы крутить рулевой колесо во время движения.

Насос гидроусилителя соединяется с двигателем с помощью ремня или специальных шестерней. Он обеспечивает подачу бесперебойную подачу жидкости в распределитель. Последний находится в корпусе рулевой рейки. Его еще могут называть картером.

С помощью золотникового распределителя происходит распределение гидравлической жидкости, которая требуется для осуществления поворота. Торсион позволяет контролировать количество жидкости, которая требуется в конкретно взятом случае. Его интегрируют в разрез рулевого вала.

Когда машина стоит или движется по прямой, то рулевая рейка не двигается. Тогда масло находится в специальных емкостях, а не в распределителе. Когда колеса поворачиваются, они сопротивляются изменению направления, так как во время движения на них оказывает воздействие сразу несколько сил. Тогда закручивается торсион, каналы распределителя открываются, а жидкость подается на рулевую рейку. Масло распределяется так, чтобы облегчить ее движение. Чтобы управление автомобилем было безопасным, водитель должен внимательно следить за состоянием рулевой рейки и всех смежных узлов. В частности, если появляются масляные подтеки, требуется обратиться в СТО. Также можно попробовать выполнить ремонт самостоятельно, если есть соответствующие навыки.

рулевая рейка без гур

Разборка рейки

Разбирать и собирать рулевую рейку лучше в чистоте, без песка и пыли. Если абразивные частицы попадут внутрь — поверхности и сальники быстро износятся, рейка потечет. Зафиксируйте рейку в слесарные тиски, если их нет, подложите на место разборки чистый картон или другой материал.

Важно: не зажимайте рейку в тисках слишком сильно — ее корпус из хрупкого сплава алюминия может лопнуть или деформироваться

Порядок разборки рулевой рейки

1. Снимите хомуты и стяните пыльники рулевых тяг.
2. Надежно зафиксируйте корпус рейки и открутите рулевые тяги (на резьбовой муфте есть проточки для рожкового ключа).
3. Открутите контргайку и гайку регулировочного механизма, достаньте из посадочного гнезда шайбы и прижимную втулку.
4. Открутите корпус или гайку приводного вала (может понадобиться специальный ключ), достаньте вал из корпуса.
5. Вытащите зубчатый шток рейки.
6. Из корпуса рейки достаньте уплотнительные манжеты, втулки и фторопластовые кольца.

Расположение приводного вала и зубчатого штока в рулевой рейке

Совет: перед разборкой рейки сделайте метки положения зубчатого штока или замеряйте, насколько он выступает из корпуса с двух сторон, чтобы потом правильно собрать. Отмечайте положение регулировочной гайки и считайте витки при ее откручивании, чтобы после сборки установить прижимную втулку в правильное положение.

История возникновения

Имя изобретателя гидравлического усилителя руля точно не известно. Первые упоминания о подобной системе датируются 1876 годом, когда некий  Фитц (Fitts), применил его на своем паровом автомобиле: слишком тяжелая машина плохо слушалась руля. Запатентовал гидроусилитель руля американец Роберт Твайфорд в 1900 году, в 1903 году его применили на серийном грузовике. В первой половине ХХ века гидроусилитель руля применялся редко и только на тяжелых машинах: грузовиках и бронеавтомобилях в виду своей дороговизны. Только в 50-е годы гидроусилитель руля стал массово применяться в серийных легковых автомобилях.

Преимущества применения гидроусилителя руля:

• уменьшает усилия необходимые для поворота рулевого колеса;
• обеспечивает необходимую траекторию поворота без изменений;
• улучшает маневренность автомобиля;
• полная обратная связь – водитель «чувствует» дорогу;
• смягчает отдачу от ударов, вызванных наездом колес на неровности и выбоины на дороге;
• меняет «чувствительность» руля в зависимости от скорости движения;
• повышает безопасность движения в случае разрыва шин передних колес (блокирует самопроизвольный поворот);
• при отказе системы остается возможность управлять автомобилем.

Недостатки:

• высокая стоимость, бюджетные автомобили так и не получили гидравлический усилитель на руль;
• дополнительные затраты мощности двигателя для вращения вала насоса.

Существует два основных типа гидравлических усилителя руля: совмещенный с рулевым механизмом и с продольной тягой.

Устройство и основные компоненты гидравлического усилителя руля, совмещенного с продольной тягой рис.1:

Насос (1) – агрегат, обеспечивающий необходимое давление, а также циркуляцию рабочей жидкости в гидросистеме.

Наиболее массово используется конструкция роторного гидронасоса – рис.2, благодаря его надежности и высокой производительности.

Рис.3 – варианты конструктивного исполнения насосов автомобильных гидросистем различных производителей.

Для оптимального размещения составляющих гидроусилителя руля насос (1) часто объединяют с бачком (4) в один компактный агрегат – рис.4:

Насос приводится в действие коленвалом двигателя с помощью ременной передачи.

Корпус рулевой рейки (2) на рис.1. Представляет собой агрегат, заключающий в себе рулевую рейку с гидроцилиндрами и распределитель.

Распределитель, узел (3) на рис.1. Предназначен для направления рабочей жидкости под давлением в рабочий цилиндр и ее отток обратно в бачок, в зависимости от положения руля. Главный подвижный элемент распределителя – золотник бывает двух типов:

• осевой – перемещается поступательно;
• роторный – вращается;

Бачок (4) для масла – представляет собой емкость для рабочей жидкости.

Внутри фильтр для масла, а в пробке датчик уровня жидкости – щуп:

Соединительные шланги (5). Обеспечивают необходимую циркуляцию рабочей жидкости в системе гидроусилителя руля. Шланги высокого давления соединяют насос с распределителем и передают давление в гидроцилиндры. По шлангу низкого давления жидкость возвращается обратно в бачек, а из бачка – к насосу. Рис.8 – шланги гидроусилителя руля и фитинги для подсоединения.

Рабочая жидкость гидроусилителя руля обеспечивает функционирование системы – передает давление от насоса к рабочим цилиндрам, смазывает трущиеся детали  механизмов. Представляет собой индустриальное (машинное) масло с модификаторами, подобная смесь стала отдельным продуктом – жидкостью для гидроусилителей или автоматических трансмиссий.

Основные причины поломки и износа реек

Перегрузка автомобиля, резкое выворачивание руля, попадание колес в ямы и рытвины приводят к поломкам ходовой части автомобиля. От ударов и вибрации происходит нарушение целостности и конфигурации деталей. Ослабевают крепления элементов, нарушается герметичность системы.

Выкручивание руля в крайние положения на высокой скорости увеличивает критические нагрузки на систему управления и приводит к ее быстрому износу и неотложному ремонту рулевой рейки фольксваген бора. Использование некачественных масел и запчастей ускоряет выработку ресурса деталей.

Критический износ деталей наступает:

• При недостаточном уровне смазки в системе, за счет трения зубцы стираются и не обеспечивают должного сцепления во время работы.
• При нарушении ее герметичности. В этом случае в механизм попадает грязь, пыль, что ускоряет стирание деталей, и вода, что вызывает коррозию металлических элементов.
• При своевременном ремонте рулевой рейки фольксваген т5 удается сохранить гидравлические механизмы, которые не вышли из строя, избежав тем самым лишних затрат.

Устройство рулевой рейки

Связь рейки с колесами происходит за счет рулевых тяг, которые при помощи наконечников задают углы поворота колес.

Существует три вида реечных механизмов:

1. Механический.
2. Гидравлический.
3. Электрический.

Схема рулевой рейки будет меняться от типа механизма, но общий принцип останется одинаковый.

Механическая рулевая рейка

Является самым простым типом рейки, но в то же время самый универсальный, т.к. механизм устанавливают как на переднеприводные, так и на заднеприводные автомобили. Поворот колес осуществляется только при помощи физической силы. Особенностью данной конструкции является переменное передаточное число. Это значит, что от середины к краям шаг зубьев изменяется. При езде на больших скоростях, когда углы поворота минимальны, создается эффект тяжелого руля за счет большого передаточного числа. А в режиме парковки, когда руль выворачивается до крайних положений, наоборот передаточное число становится низкое и руль легко поворачивать.

Схема рулевой рейки включает в себя:

• алюминиевый картер, имеющий полость со специальной защитой в виде резиновой гофры;
• зубчатое колесо привода или обычная шестеренка, прикрепленная внутри корпуса при помощи специального подшипника;
• пружина, которая плотно прижимает рейку к шестерне, таким образом, обеспечивается плотное сцепление зубцов;
• втулка шарнира тяги, работает в заданном интервале и обеспечивает требуемый ход рулевой рейки.

Электрическая рулевая рейка

Принцип заключается в работе электромотора, который максимально точно передает усилие от руля. Электроусилитель может быть интегрированным в рейку или находиться на рулевом валу. Данный метод позволяет установки значительно удешевляет конструкцию, в то же время уменьшает безопасность.

Дело в том, что при выходе из строя электромотора, управление становиться очень жестким, фактически неуправляемым. Руль просто не поддается, несмотря на приложенные усилия. Однако устройство рулевой рейки с электромотором имеет ряд плюсов, перевешивающие недостатки:

• высокий коэффициент полезного действия;
• простота и компактность;
• невосприимчивость к погодным условиям;
• отсутствие рабочих жидкостей;
• высокая надежность из-за отсутствия прокладок, сальников, трубок;
• экономичность (электромотор работает только при повороте руля, а при высокой скорости отключается);
• небольшая стоимость;
• быстрый возврат руля в нейтральное положение.

Гидравлическая рулевая рейка

Принцип заключается в передачи усилия с помощью гидравлической жидкости.

Тем самым обеспечивается точность и легкость в управлении автомобилем.

Благодаря гидравлической системе уменьшается передача на руль неровностей дороги и въехав на скорости в яму у Вас не вырвет руль, поскольку удар погасит гидроусилитель.

Но высокое давление жидкости в момент удара скажется на состоянии всей системы.

Электрогидравлическая рулевая рейка

Логическим продолжением гидравлической рейки стала электрогидравлическая. Эта гибридная система с технологией, устройство которой основано на гидравлике, подобной обладает ГУР, но в движение насос приводиться не двигателем, а электромотором. В этом варианте устранили недостаток неинформативной обратной связи. Чем выше скорость, тем меньшее давление создает электромотор, давая ощущение жесткости руля.

Что такое реечное рулевое управление – простыми словами

Реечный рулевой механизм, или, как его еще называют, реечная рулевая рейка, на современных легковых автомобилях – невероятно распространенная система управления передними колесами. Даже если вы не являетесь гуру в автомобильных технологиях, вы, скорее всего, слышали о таком механизме. Но как она работает? Объясним принцип действия для новичков, что называется, на пальцах.

Скорее всего, на вашем автомобиле стоит реечное рулевое управление. Обусловлен этот невероятно популярный инженерный выбор прогрессивной работой системы в целом (идеально подходит для современных динамичных, быстрых и мощных автомобилей), хорошей обратной связью с передними колесами (вы точно понимаете, на какой угол повернуты колеса и как быстро происходит их поворот) и возможностью установки управления на автомобили с передней независимой подвеской.

Сборка рейки

Собирайте рейку в последовательности, обратной разборке. Детали смазывайте маслом для ГУР перед установкой, чтобы на втулках не образовалось задиров.

Фторопластовые кольца и втулки вставляйте в корпус рейки осторожно —  материал хрупкий и может лопнуть от ударов или большого усилия. Для аккуратной запрессовки можно использовать торцевую головку и удлинитель подходящего размера из набора ключей

После установки зубчатого штока отцентрируйте его по меткам, сделанным перед разборкой, затем вставляйте и прикручивайте приводной вал.

Вставьте в гнездо прижимную втулку и шайбы, заверните регулировочную гайку на нужное количество оборотов и проверните механизм рукой несколько раз от упора до упора (вращать нужно за приводной вал). Если рейка собрана правильно, зубчатый шток должен ходить легко, без заеданий. Зажмите контргайку регулировочного механизма.

Закрутите рулевые тяги и установите пыльники, обожмите их специальными хомутами.

Важно: не ставьте вместо хомутов  пластиковые стяжки, они не обеспечивают надежный обжим пыльника, внутрь рейки будет попадать влага, шток заржавеет и повредит манжеты. Рейка потечет

Фото ремонта рулевой рейки своими руками

Также рекомендуем просмотреть:

• Замена масла в двигателе своими руками
• Регулятор оборотов своими руками
• Ремонт двигателя своими руками
• Бампер своими руками
• Покраска авто своими руками
• Полировка автомобиля своими руками
• Полировка фар своими руками
• Замена порогов своими руками
• Регулировка карбюратора своими руками
• Как заменить свечи
• Багажник своими руками
• Замена лобового стекла своими руками
• Замена подшипников своими руками
• Химчистка салона своими руками
• Ремонт кузова своими руками
• Камера заднего вида своими руками
• Промывка форсунок своими руками
• Прицеп своими руками
• Замена сцепления своими руками
• Ремонт стартера своими руками
• Ремонт АКПП своими руками
• Регулировка фар своими руками
• Минитрактор своими руками
• Шумоизоляция автомобиля своими руками
• Тюнинг ваза своими руками
• Ремонт генератора своими руками

Типовые неисправности и методы их устранения

Тяжело вращается руль

В нормальном состоянии при запущенном двигателе руль легко вращается одним пальцем. Если же для его вращения приходится прикладывать заметное усилие, значит имеется проблема с гидроусилителем руля или вышел из строя насос ГУР. Возможна утечка рабочей жидкости и попадание в гидравлическую систему воздуха. Нужно также проверить целостность и натяжение приводного ремня насоса.

Кроме того, «тяжелый» руль может быть следствием неправильной работы золотника или кольцевого износа внутри распределителя.

Кольцевая выработка возникает в результате трения тефлоновых колец катушки золотника о внутреннюю стенку корпуса распределителя. При этом на стенке постепенно появляются борозды. Из-за неплотного прилегания колец к стенкам давление масла в системе падает, что приводит к утяжелению руля. Устранить поломку возможно путем растачивания внутренней стенки и запрессовки бронзовой гильзы, подходящей под размеры золотникового механизма.

Предотвратить кольцевой износ невозможно, но если следить за чистотой жидкости, периодически менять ее и промывать гидравлическую систему, то можно значительно продлить срок службы данного узла. Дело в том, что выработке сильно способствует наличие металлической стружки, которая появляется в масле в результате трения взаимодействующих деталей.

Точная диагностика и ремонт гидроусилителя требует разборки рулевой рейки, поэтому если есть подозрения на поломку ГУРа, следует обратиться в автосервис. Причем лучше поискать опытных мастеров.

Стук

Во время движения даже по не сильно разбитой дороге или по некоторым видам дорожного покрытия (щебень, булыжник), а также при переезде через рельсы отчетливо слышен стук в передней части автомобиля слева, справа либо по центру. При этом часто может наблюдаться люфт руля и вибрация на рулевом колесе.

Такой симптом ни в коем случае нельзя оставлять без внимания. И дело вовсе не в дискомфорте. Если стучит, значит, что-то где-то разболталось, износилось. Игнорирование только ухудшит ситуацию и может в конечном итоге привести к полному выходу из строя рулевого управления. Поэтому не следует медлить с выявлением и устранением такой неисправности.

Стук может возникать из-за разбитых опорных втулок рейки, втулки рулевой тяги или втулки рулевого вала. Стучать может разболтанный шарнир наконечника или тяги. Также может быть разбит подшипник в нижней части распределителя, на котором вращается рулевой вал. Если снять рейку полностью, то неисправный элемент выявить скорее всего будет не сложно. Изношенные элементы необходимо заменить.

Еще одна возможная причина стука — зазор между червяком и зубчатой рейкой, появившийся в результате износа. Можно попытаться сделать подтяжку, но в случае серьезного износа регулировка не даст нужного результата, и тогда рулевую рейку придется заменить.

Стук и заедание руля возможны также из-за деформации рулевой рейки в результате удара. В этом случае она подлежит замене.

Следует помнить, что похожий стук могут издавать некоторые детали подвески, в частности, амортизационные стойки. Поэтому, если с рулевой системой все в порядке, а стук имеется, проверьте ходовую часть.

Гул и скрежет

Гул возникает из-за насоса ГУР, который находится на последнем издыхании и требует замены. Либо ослабло натяжение ремня привода помпы. Кроме того нужно проверить, нет ли утечки жидкости. Этот симптом часто сопровождается «тяжелым» рулем.

В системе с электрической рулевой рейкой гудеть может изношенный мотор ЭУР.

Если же во время вращения руля вы слышите скрежет, то это признак коррозии рулевого вала или подшипника в распределителе. Подшипник в этом случае необходимо заменить, рулевой вал можно отшлифовать, если ржавчины немного. Если коррозия сильно повредила распределитель, его придется заменить.

Быстро расходуется рабочая жидкость

Если вам постоянно приходится доливать жидкость в бачок гидравлической системы, значит, где-то происходит ее утечка. Нужно проверить целостность шлангов, выявить и заменить изношенные сальники и уплотнения в рейке, насосе и распределителе. Износ сальников и уплотнительных колец происходит естественным образом из-за трения подвижных деталей и воздействия давления и высокой температуры. Процесс их изнашивания заметно ускоряет ржавчина на деталях рейки, которая может появляться в результате попадания влаги через порванный пыльник.

Заедание руля

Такая неисправность может быть вызвана разными причинами. Для ее выявления требуется комплексная дефектовка рулевого управления в автосервисе. Не исключено, что ситуация достигла критического уровня, поэтому ремонт следует произвести как можно скорее.

Устройство, схема и принцип работы рулевой колонки

Назначение рулевой колонки – передавать поворот (крутящий момент) от рулевого колеса на рулевой механизм (рейку и редуктор либо датчик угла поворота). В принципе, изначально это довольно простое устройство, которое со временем усложнилось и получило дополнительные опции.

Функции рулевой колонки в современном автомобиле:

1. Основная – передача угла поворота от руля на рулевую рейку;
2. Демпфирование ударов и вибрации, которые не погасила подвеска;
3. Фиксация дополнительного оборудования – замка зажигания, устройства блокировки и т.д.;
4. Обеспечение безопасности при ДТП – рулевая колонка складывается при фронтальном столкновении, минимизируя возможные травмы водителя;
5. Регулировка положения для дополнительного удобства.

Устройство рулевой колонки

1 – муфта соединения; 2 – нижний крестовидный (карданный) шарнир; 3 – промежуточный вал; 4 – верхний крестовидный (карданный) шарнир; 5 – вал; 6 – передний (нижний) кронштейн крепления колонки; 7 – труба колонки; 8 – задний (верхний) кронштейн крепления колонки; 9 – посадочное гнездо замка зажигания.

Схема устройства рулевой колонки включает в себя несколько элементов:

1. Рулевой вал с карданным шарниром – основной несущий элемент. Благодаря шарниру вал может изменять положение без потери функциональности, он же служит дополнительным элементом безопасности;
2. Рулевой демпфер – небольшой амортизатор, гасящий колебания от дорожных неровностей. Помимо удобства он обеспечивает еще и лучшую управляемость;
3. Кожух – защитный пластиковый чехол, соединяющийся с рулевым валом с помощью подшипника;
4. Дополнительные элементы – замок зажигания, подрулевые переключатели, электрические контакты для них;
5. Противоугонный блокиратор;
6. Устройства регулировки положения;
7. Крепежные элементы.

Принцип работы очень прост:

1. При повороте руля основной вал рулевой колонки поворачивается на тот же угол;
2. Дополнительный вал, с которым рулевая колонка соединена карданным шарниром, поворачивается вместе с ней;
3. Далее крутящий момент переходит на рулевой механизм (шестерня-рейка) или считывается датчиком угла поворота;
4. Поворот передается на рулевую рейку, дополнительно усиливается ГУР или ЭУР;
5. От рейки через тяги поворачиваются колёса автомобиля.

Дополнительные функции – это, в основном, различные конструкторские решения для безопасности. Рулевая колонка может складываться за счет карданного шарнира, а также благодаря специально спроектированным точкам излома и деформации.

Устройство гидроусилителя руля

Основные компоненты гидроусилителя руля

Гидроусилитель руля устанавливается на рулевой механизм любого типа. Для легковых автомобилей наибольшее распространение получил реечный механизм. В этом случае схема ГУР следующая:

• бачок для рабочей жидкости;
• масляный насос;
• золотниковый распределитель;
• гидроцилиндр;
• соединительные шланги.

Бачок ГУР

Бачок гидроусилителя

В бачке или резервуаре для рабочей жидкости установлен фильтрующий элемент и щуп для контроля за уровнем масла. С помощью масла смазываются трущиеся пары механизмов и передается усилие от насоса к гидроцилиндру. Фильтром от грязи и металлической стружки, возникающей в процессе эксплуатации, в бачке служит сетка.

Уровень жидкости внутри бака можно проверить визуально в случае, когда резервуар сделан из полупрозрачного пластика. Если пластик непрозрачный или используется металлический бачок, уровень жидкости проверяется с помощью щупа.

В некоторых автомобилях уровень жидкости можно проверить только после кратковременной работы двигателя либо при вращении рулевого колеса несколько раз в разные стороны во время работы машины на холостом ходу.

На щупах или резервуарах сделаны специальные насечки, как для «холодного» двигателя, так и для «горячего», уже работающего в течение какого-то времени. Также необходимый уровень жидкости можно определить и с помощью отметок «Max» и «Min».

Насос гидроусилителя

Лопастной насос гидроусилителя

Насос гидроусилителя необходим для того, чтобы в системе поддерживалось нужное давление, а также происходила циркуляция масла. Насос устанавливается на блоке цилиндров двигателя и приводится в действие от шкива коленчатого вала при помощи приводного ремня.

Конструктивно насос может быть разных типов. Наиболее распространенными являются лопастные насосы, которые характеризуются высоким КПД и износоустойчивостью. Устройство выполнено в металлическом корпусе с вращающимся внутри него ротором с лопастями.

В процессе вращения лопасти захватывают рабочую жидкость и под давлением подают ее в распределитель и далее в гидроцилиндр.

Привод насоса осуществляется от шкива коленчатого вала, поэтому его производительность и давление зависят от количества оборотов двигателя. Для поддержания необходимого давления в ГУР используется специальный клапан. Давление, которое создает насос в системе, может достигать до 100-150 бар.

В зависимости от типа управления масляные насосы подразделяются на регулируемые и нерегулируемые:

• регулируемые насосы поддерживают постоянное давление за счет изменения производительной части насоса;
• постоянное давление в нерегулируемых насосах поддерживает редукционный клапан.

Редукционный клапан представляет собой пневматический или гидравлический дроссель, действующий автоматически и контролирующий уровень давления масла.

Распределитель ГУР

Схематичное устройство распределителя

Распределитель гидроусилителя устанавливается на рулевом валу или на элементах рулевого привода. Его назначение – направление потоков рабочей жидкости в соответствующую полость гидроцилиндра или обратно в бачок.

Главными элементами распределителя являются торсион, поворотный золотник и вал распределителя. Торсион представляет собой тонкий пружинистый металлический стержень, который закручивается под действием крутящего момента. Золотник и вал распределителя представляют собой две цилиндрические детали с каналами для жидкости, вставленные друг в друга. Золотник связан с шестерней рулевого механизма, а вал распределителя с карданным валом рулевой колонки, то есть с рулем. Торсион одним концом закреплен на валу распределителя, другой его конец установлен в поворотный золотник.

Распределитель может быть осевым, при котором золотник перемещается поступательно, и роторным – здесь золотник вращается.

Гидроцилиндр и соединительные шланги

Гидроцилиндр встроен в рейку и состоит из поршня и штока, перемещающего рейку под действием давления жидкости.

Схема циркуляции жидкости в гидроусилителе

Соединительные шланги высокого давления обеспечивают циркуляцию масла между распределителем, гидроцилиндром и насосом.  Масло из бачка в насос и из распределителя обратно в бачок поступает по шлангам низкого давления.