Основой рулевого управления любого автомобиля является рулевой механизм. Он предназначен для преобразования вращательных движений рулевого колеса в возвратно-поступательные движения рулевого привода. Другими словами, данное устройство превращает повороты руля в нужные перемещения тяг и поворот управляемых колес. Основным параметром механизма является передаточное число. А само устройство, по сути, представляет собой редуктор, т.е. механическую передачу.
Функции механизма
Рулевая рейкаОсновными функциями устройства являются:
- преобразование усилия от руля (рулевого колеса);
- передача полученного усилия на рулевой привод.
Типы рулевых механизмов
Устройство рулевого механизма различается в зависимости от способа преобразования крутящего момента. По этому параметру выделяют червячный и реечный виды механизмов. Существует еще винтовой тип, принцип работы которого схож с червячной передачей, но он имеет больший КПД и реализует большее усилие.
Червячный рулевой механизм: устройство, принцип работы, преимущества и недостатки
Этот рулевой механизм является одним из «устаревших» устройств. Им оснащены практически все модели отечественной «классики». Механизм применяется на автомобилях с повышенной проходимостью с зависимой подвеской управляемых колес, а также в легких грузовых автомобилях и автобусах.
Схема червячного редуктора Конструктивно устройство состоит из следующих элементов:
- рулевой вал;
- передача «червяк-ролик»;
- картер;
- рулевая сошка.
Пара «червяк-ролик» находится в постоянном зацеплении. Глобоидальный червяк представляет собой нижнюю часть рулевого вала, а ролик закреплен на валу сошки. При вращении руля ролик перемещается по зубьям червяка, благодаря чему вал рулевой сошки также поворачивается. Результатом такого взаимодействия является передача поступательных движений на привод и колеса.
Рулевой механизм червячного типа имеет следующие преимущества:
- возможность поворота колес на больший угол;
- гашение ударов от дорожных неровностей;
- передача больших усилий;
- обеспечение лучшей маневренности машины.
Изготовление конструкции достаточно сложное и дорогое – в этом главный ее минус. Рулевое управление с таким механизмом состоит из множества соединений, периодическая регулировка которых просто необходима. В противном случае придется заменять поврежденные элементы.
Реечный рулевой механизм: устройство, принцип работы, преимущества и недостатки
Механизм «шестерня-рейка» Рулевой механизм реечного типа считается более современным и удобным. В отличие от предыдущего узла, это устройство применимо на транспортных средствах с независимой подвеской управляемых колес.
В реечный рулевой механизм входят следующие элементы:
- корпус механизма;
- передача «шестерня-рейка».
Шестерня устанавливается на рулевом валу и находится в постоянном зацеплении с рейкой. В процессе вращения рулевого колеса рейка перемещается в горизонтальной плоскости. В результате соединенные с ней тяги рулевого привода также перемещаются и приводят в движение управляемые колеса.
Механизм «шестерня-рейка» отличается простотой конструкции и высоким КПД. К ее преимуществам также можно отнести:
- меньшее количество шарниров и тяг;
- компактность и невысокая цена;
- надежность и простота конструкции.
С другой стороны, редуктор этого типа чувствителен к ударам от неровностей дороги – любой толчок от колес передастся на руль.
Винтовой редуктор
Устройство винтового редуктора Особенностью этого механизма является соединение с помощью шариков винта и гайки. За счет чего наблюдается меньшее трение и износ элементов. Механизм состоит из следующих элементов:
- вал рулевого колеса с винтом
- гайка, перемещаемая по винту
- зубчатая рейка, нарезанная на гайке
- зубчатый сектор, с которым соединена рейка
- рулевая сошка
Винтовой рулевой механизм применяется в автобусах, тяжелых грузовых автомобилях и в некоторых легковых автомобилях представительского класса.
Регулировка устройства
Регулировка рулевого механизма применяется для компенсации зазоров в механизмах «червяк-ролик» и «шестерня-рейка». В процессе эксплуатации в данных механизмах может появиться люфт, который может привести к быстрому износу элементов. Регулировать рулевой механизм необходимо только в соответствии с рекомендациями производителя и на специализированных СТО. Избыточное «зажатие» механизма может привести к его заклиниванию при повороте руля в крайние положения, что чревато потерей управления автомобилем с соответствующими последствиями.
В состав рулевого механизма входит рулевое колесо, вал, заключенный в рулевую колонку, и рулевой редуктор, связанный с рулевым приводом. Рулевой механизм позволяет уменьшить усилие, прикладываемое водителем к рулевому колесу для преодоления сопротивления, возникающего при повороте управляемых колес машины вследствие трения между шинами и дорогой, а также деформации грунта при движении по грунтовым дорогам.
Рулевой редуктор представляет собой механическую передачу (например, зубчатую), установленную в корпусе (картере) и имеющую передаточное число 15 - 30. Рулевой механизм уменьшает усилие, прикладываемое водителем к рулевому колесу, связанному посредством вала с редуктором, во столько раз. Чем больше передаточное отношение рулевого редуктора, тем легче водителю поворачивать управляемые колеса. Однако с увеличением передаточного числа рулевого редуктора для поворота на некоторый угол управляемого колеса, связанного через детали привода с выходным валом редуктора, водителю необходимо повернуть рулевое колесо на больший угол, чем при малом передаточном числе. При движении ТС с высокой скоростью труднее совершать резкий поворот под большим углом, поскольку водитель не успевает поворачивать рулевое колесо.
Передаточное отношение рулевого редуктора:
Up = (ap/ac) = (pc/pp)
где ар и ас - углы поворота соответственно рулевого колеса и выходного вала редуктора; Рр, Рс - усилие, приложенное водителем к рулевому колесу, и усилие на выходном звене рулевого механизма (сошке).
Так, для поворота сошки на 25° при передаточном отношении рулевого редуктора, равном 30, рулевое колесо необходимо повернуть на 750°, а при Up = 15 - на 375°. При усилии на рулевом колесе 200 Н и передаточном отношении Up = 30 водитель на выходном звене редуктора создает усилие 6 кН, а при Up = 15 - в 2 раза меньше. Целесообразно иметь переменное передаточное отношение рулевого механизма.
При малых углах поворота рулевого колеса (не более 120°) предпочтительно большое передаточное отношение, обеспечивающее легкое и точное управление автомобилем при движении с высокой скоростью. При низких скоростях малое передаточное отношение позволяет при небольших углах поворота рулевого колеса получать значительные углы поворота управляемых колес, что обеспечивает высокую маневренность автомобиля.
Выбирая передаточное отношение рулевого механизма, исходят из того, что управляемые колеса должны поворачиваться из нейтрального положения на максимальный угол (35…45°) не более чем за 2,5 оборота рулевого колеса.
Рулевые механизмы могут быть нескольких типов. Наиболее распространенными из них являются «червяк-трехгребневый ролик», «червяк-шестерня» и «винт-шариковая гайка-рейка-шестерня». Шестерня в рулевом механизме выполнена в виде сектора.
Рулевой механизм преобразует вращательное движение рулевого колеса в угловое перемещение рулевой сошки, установленной на выходном валу рулевого редуктора. Рулевой механизм при движении полностью груженого автомобиля, как правило, должен обеспечивать усилие на ободе рулевого колеса не более 150 Н.
Угол свободного поворота рулевого колеса (люфт) для грузовых автомобилей обычно не должен превышать 25° (что соответствует длине душ 120 мм, измеренной по ободу рулевого колеса) при движении грузового автомобиля по прямой. Для автомобилей других типов люфт рулевого колеса иной. Люфт возникает из-за износа в эксплуатации деталей рулевого управления и разрегулировки рулевого механизма и привода. Для уменьшения потерь на трение и защиты деталей рулевого редуктора от коррозии в его картер, укрепленный на раме машины, заливают специальное трансмиссионное масло.
При эксплуатации ТС необходимо регулировать рулевой механизм. Регулировочные устройства рулевых редукторов предназначены для устранения, во-первых, осевого люфта рулевого вала или ведущего элемента редуктора, а во-вторых - люфта между ведущим и ведомым элементами.
Рассмотрим конструкцию рулевого механизма типа «глобоидальный червяк- трехгребневый ролик».
Рис. Рулевой механизм типа «глобоидальный червяк-трехгребневый ролик»:
1 - картер рулевого редуктора; 2 - головка вала рулевой сошки; 3 - трехгребневый ролик; 4 - регулировочные прокладки; 5 - червяк; 6 - рулевой вал; 7 - ось; 8 - подшипник вала сошки; 9 - стопорная шайба; 10 - колпачковая гайка; 11 - регулировочный винт; 12 - вал сошки; 13 - сальник; 14 - рулевая сошка; 15 - гайка; 16 - бронзовая втулка; h - регулируемая глубина зацепления ролика с червяком
Глобоидальный червяк 5 установлен в картере 1 рулевого редуктора на двух конических роликовых подшипниках, хорошо воспринимающих осевые усилия, возникающие при взаимодействии червяка с трехгребневым роликом 3. Червяк, напрессованный на шлицы, имеющиеся на конце рулевого вала 6, обеспечивает при ограниченной длине хорошее зацепление гребней ролика с нарезкой червяка. Благодаря тому что действие нагрузки рассредоточено по нескольким гребням в результате их контакта с червяком, а также замене трения скольжения в зацеплении значительно меньшим трением качения достигается высокая износостойкость механизма и достаточно большой КПД.
Ось ролика закреплена в головке 2 вала 12 рулевой сошки 14, а сам ролик установлен на игольчатых подшипниках, уменьшающих потери при прокрутке ролика относительно оси 7. Опорами вала рулевой сошки являются, с одной стороны, роликовый подшипник, а с другой - бронзовая втулка 76. Сошка соединена с валом при помощи мелких шлицов и закреплена шайбой и гайкой 15. Для уплотнения вала сошки применяется сальник 13.
Зацепление червяка с гребнями осуществляется таким образом, что при положении, соответствующем прямолинейному движению машины, свободный ход рулевого колеса практически отсутствует, а по мере увеличения угла поворота рулевого колеса он возрастает.
Регулировка затяжки подшипников рулевого вала осуществляется с помощью изменения числа прокладок устанавливаемых под крышку картера, своей плоскостью упирающуюся в торец крайнего конического роликового подшипника. Регулировку зацепления червяка с роликом осуществляют смещением вала рулевой сошки в осевом направлении с помощью регулировочного винта 11. Этот винт установлен в боковой крышке картера, снаружи закрыт колпачковой гайкой 10 и зафиксирован стопорной шайбой 9.
На автомобилях большой грузоподъемности применяются рулевые механизмы типа «червяк-боковой сектор (шестерня)» или «винт-шариковая гайка-рейка-шестерня», имеющие большую площадь контакта элементов и как следствие малые давления между поверхностями рабочих пар редуктора.
Рулевой механизм типа «червяк-боковой сектор», наиболее простой по конструкции, используется на некоторых автомобилях. В зацепление с червяком 2 входит боковой сектор 3 в виде части шестерни со спиральными зубьями. Боковой сектор выполнен как единое целое с валом 1 сошки. Сошка расположена на валу, установленном на игольчатых подшипниках.
Зазор в зацеплении между червяком и сектором непостоянен. Наименьший зазор соответствует среднему положению рулевого колеса. Зазор в зацеплении регулируется изменением толщины шайбы, расположенной между боковой поверхностью сектора и крышкой картера рулевого редуктора.
Конструкция рулевого механизма типа «винт-шариковая гайка-рейка-сектор» показана на рисунке. Вал рулевого колеса посредством карданной передачи соединен с винтом 4, взаимодействующим с шариковой гайкой 5, неподвижно закрепленной стопорным винтом 15 в поршне-рейке 3. Резьба винта и гайки выполнена в виде полукруглых канавок, заполняемых шариками 7, циркулирующими по резьбе при вращении винта. Крайние нитки гайки соединены желобом 6 с наружной трубкой, обеспечивающей циркуляцию шариков. Трение качения этих шариков по резьбе во время вращения винта незначительно, что обусловливает высокий КПД такого механизма.
Рис. Рулевой механизм типа «червяк-боковой сектор»:
1 - вал сошки; 2 - червяк; 3 - боковой сектор
Рис. Рулевой механизм типа «винт-шариковая гайка-рейка-сектор»:
1 - крышка цилиндра; 2 - картер; 3 - поршень-рейка; 4 - винт; 5 - шариковая гайка; 6 - желоб; 7 - шарики; 8 - промежуточная крышка; 9 - золотник; 10 - корпус клапана управления; 11 - гайка; 12 - верхняя крышка; 13 - пружина плунжера; 14 - плунжер; 15 - стопорный винт; 16 - зубчатый сектор (шестерня); 17 - вал; 18- сошка; 19 - боковая крышка; 20 - стопорное кольцо; 21 - регулировочный винт; 22 - шаровой палец
При повороте автомобиля водитель с помощью рулевого колеса и вала вращает винт, относительно оси которого на циркулирующих шариках перемещается шариковая гайка. Вместе с гайкой перемещается и поршень-рейка, поворачивая зубчатый сектор (шестерню) 16, выполненный как единое целое с валом 17. Сошка 18 установлена на валу с помощью шлицов, а сам вал размещен на бронзовых втулках в картере 2 рулевого редуктора.
Назначение и типы рулевых механизмов
Рулевой механизм – часть рулевого управления, облегчающая управление автомобилем, благодаря применению редуктора с высоким передаточным числом. Редуктор позволяет значительно уменьшить усилие, необходимое для вращения рулевого колеса, что особенно актуально при управлении автомобилями, имеющими значительную массу и диаметр управляемых колес.
Однако, в соответствии с Золотым правилом механики, при этом выигрыш в силе оборачивается проигрышем в расстоянии, и чтобы повернуть управляемые колеса автомобиля на некоторый угол, необходимо повернуть рулевое колесо на угол, равный произведению угла поворота колес на передаточное число редуктора.
Если учесть, что передаточное число редукторов рулевого механизма современных автомобилей может достигать значения u = 20 и даже более, то, например, чтобы повернуть управляемые колеса на угол 20˚, рулевое колесо должно совершить полный оборот. По этой причине повышение передаточного числа редуктора рулевого механизма для снижения усилия на рулевом колесе нельзя увеличивать без предела – увеличивается время выполнения маневра или поворота.
Передаточные числа рулевых механизмов современных легковых автомобилей обычно находятся в пределах 16…20 , грузовых автомобилей – 20…25 . Так, например, у рулевого механизма автомобиля ВАЗ-2105 передаточное число u = 16,4 , у автомобиля ГАЗ-66-11 – 21,3 , у автомобиля КамАЗ-5320 – 20 , у автобуса ЛиАЗ-5256 – 23,6 .
При управлении автомобилем выгоднее использовать рулевой механизм с изменяемым передаточным числом, поскольку максимальное усилие на рулевом колесе требуется при маневрировании на малых скоростях движения и особенно – при повороте колес неподвижного автомобиля. При высокой скорости движения для поворотов требуется значительно меньшее усилие.
При работе рулевого управления детали, составляющие рулевой механизм подвергаются износу, что приводит к появлению зазоров, негативно сказывающихся управляемости автомобиля и на безопасности движения. По этой причине необходимо использовать для изготовления ответственных деталей механизма износостойкие материалы, а также предусматривать возможность проведения регулировок зазоров либо их устранение в автоматическом следящем режиме с помощью различных устройств и трансформируемых элементов конструкции.
Еще одно условие, которое необходимо учитывать в конструкции рулевого управления – обратная связь между управляемыми колесами и рулевым колесом. Удары и толчки со стороны дороги (особенно боковые) не должны ощутимо передаваться рулевому колесу, и уж тем более – не изменять его положение, поскольку это может вызвать непроизвольное изменение направления движения автомобиля.
Требования к рулевым механизмам автомобиля
Исходя из всего, перечисленного выше, к конструкциям рулевых механизмов предъявляются следующие основные требования:
- высокое передаточное число и обеспечение заданного характера изменения передаточного числа рулевого механизма;
- высокий КПД при передаче усилия от рулевого колеса сошке;
- способность рулевого механизма воспринимать усилия от управляемых колес к рулевому колесу, что необходимо для стабилизации управляемых колес;
- высокая надежность механизма и износостойкость его деталей;
- минимальное число необходимых в процессе эксплуатации регулировок и простота технического обслуживания.
Рулевые механизмы современных автомобилей разделяют на червячные, винтовые, шестерные (в т. ч. - реечные) и комбинированные
.
Червячные рулевые механизмы бывают с передачей червяк-ролик, червяк-сектор и червяк-кривошип. Ролик может быть двух- или трехгребневый, сектор - двух- или многозубый, кривошип с одним или двумя шипами.
К отдельной категории можно отнести гидростатические рулевые механизмы
, использующие для своей работы давление масла из подведенной напорной магистрали. Такие рулевые механизмы могут оборудоваться гидравлическим усилителем, но могут работать и без него. Гидростатические усилители рулевого управления практически не применяются в конструкциях автомобилей, их чаще используют для управления колесными тракторами и другими самоходными машинами.
Наибольшее распространение получили червячно-роликовые рулевые механизмы, в которых рулевая пара состоит из глобоидного червяка (образующая такого червяка - дуга окружности) и двух- или трехгребневого ролика. Такая передача имеет высокую нагрузочную способность из-за одновременного зацепления большого числа зубьев и малые потери на трение, так как трение скольжения зубчатого колеса (сектора) в этой передаче заменено трением качения ролика, размещенного на подшипнике. В рулевом механизме такой конструкции сохраняется зацепление на большом угле поворота червяка, снижен износ деталей из-за уменьшения потерь на трение.
В комбинированном рулевом механизме передача осуществляется обычно через две передающие пары: винт, гайка-рейка и сектор; винт, гайка и кривошип; винт, гайка и рычаг. На некоторых моделях автомобилей применяются рулевой механизм с комбинированной винтовой передачей, в которую для уменьшения сил трения вводят непрерывную цепь циркулирующих стальных шариков.
В винтовом рулевом механизме «винт-гайка-рейка-сектор» вращение винта преобразуется в прямолинейное движение гайки, на которой нарезана рейка, находящаяся в зацеплении с зубчатым сектором. Сектор установлен на общем валу с сошкой. Для уменьшения трения в рулевом механизме и повышения износостойкости соединение винта и гайки часто осуществляют через шарики. Передаточное число рулевого механизма обычно определяется из соотношения углов поворота рулевого колеса и вала сошки.
К шестеренным рулевым механизмам относятся механизмы с цилиндрическими или коническими шестернями, а также реечные рулевые механизмы. В реечных рулевых механизмах передаточная пара выполнена в виде ведущей шестерни и зубчатой рейки, при этом зубчатую рейку можно считать зубчатым колесом с бесконечно большим радиусом. Вращение шестерни, закрепленной на рулевом валу, вызывает линейное перемещение рейки, которая является частью составной поперечной тяги рулевого управления.
Реечные рулевые механизмы в настоящее время получили широкое применение на легковых автомобилях, особенно - переднеприводных. Такой механизм отличается простотой конструкции и высокой точностью работы, имеет малые габариты и прост в обслуживании. Однако реечный рулевой механизм не лишен и некоторых недостатков, в первую очередь – высокой чувствительностью к толчкам и ударам со стороны дороги (обратная связь с рулевым колесом), а также неудобством защиты деталей от попадания грязи.
Конструктивные особенности рулевых механизмов, применяемых на автомобилях разных марок можно ознакомиться на отдельных страницах сайта.
К рулевому механизму предъявляются следующие требования
:
- оптимальное передаточное число, определяющее соотношение между необходимым углом поворота рулевого колеса и усилием на нем;
- незначительные потери энергии при работе (высокий КПД);
- возможность самопроизвольного возврата рулевого колеса в нейтральное положение, после того как водитель перестал удерживать рулевое колесо в повернутом положении;
- незначительные зазоры в подвижных соединениях для обеспечения малого люфта или свободного хода рулевого колеса;
- высокая надежность.
Наибольшее распространение на легковых автомобилях сегодня получили реечные рулевые механизмы.
Реечный рулевой механизм без гидроусилителя
:
1 - чехол;
2 - вкладыш;
3 - пружина;
4 - шаровой палец;
5 - шаровой шарнир;
6 - упор;
7 - рулевая рейка;
8 - шестерня
Конструкция такого механизма включает в себя шестерню, установленную на валу рулевого колеса, и связанную с ней зубчатую рейку. При вращении рулевого колеса рейка перемещается вправо или влево и через присоединенные к ней тяги рулевого привода поворачивает управляемые колеса.
Причинами широкого применения на легковых автомобилях именно такого механизма являются: простота конструкции, малые масса и стоимость изготовления, высокий КПД, небольшое число тяг и шарниров. Кроме того, расположенный поперек автомобиля корпус реечного рулевого механизма оставляет достаточно места в моторном отсеке для размещения двигателя, трансмиссии и других агрегатов автомобиля. Реечное рулевое управление обладает высокой жесткостью, что обеспечивает более точное управление автомобилем при резких маневрах.
Вместе с тем реечный рулевой механизм обладает и рядом недостатков: повышенная чувствительность к ударам от дорожных неровностей и передача этих ударов на рулевое колесо; склонность к виброактивности рулевого управления, повышенная нагруженность деталей, сложность установки такого рулевого механизма на автомобили с зависимой подвеской управляемых колес. Это ограничило сферу применения такого типа рулевых механизмов только легковыми (с вертикальной нагрузкой на управляемую ось до 24 кН) автомобилями с независимой подвеской управляемых колес.
Реечный рулевой механизм с гидроусилителем
:
1 - жидкость под высоким давлением;
2 - поршень;
3 - жидкость под низким давлением;
4 - шестерня;
5 - рулевая рейка;
6 - распределитель гидроусилителя;
7 - рулевая колонка;
8 - насос гидроусилителя;
9 - резервуар для жидкости;
10 - элемент подвески
Рулевой механизм типа «глобоидальный червяк-ролик» без гидроусилителя
:
1 - ролик;
2 - червяк
Легковые автомобили с зависимой подвеской управляемых колес, малотоннажные грузовые автомобили и автобусы, легковые автомобили высокой проходимости оснащаются, как правило, рулевыми механизмами типа «глобоидальный червяк-ролик». Ранее такие механизмы применялись и на легковых автомобилях с независимой подвеской (например, семейство ВАЗ-2105, -2107), но в настоящее время их практически вытеснили реечные рулевые механизмы.
Механизм типа «глобоидальный червяк–ролик»
представляет собой разновидность червячной передачи и состоит из соединенного с рулевым валом глобоидального червяка (червяка с переменным диаметром) и ролика, установленного на вале. На этом же вале вне корпуса рулевого механизма установлен рычаг (сошка), с которым связаны тяги рулевого привода. Вращение рулевого колеса обеспечивает обкатывание ролика по червяку, качание сошки и поворот управляемых колес.
В сравнении с реечными рулевыми механизмами червячные механизмы имеют меньшую чувствительность к передаче ударов от дорожных неровностей, обеспечивают большие максимальные углы поворота управляемых колес (лучшая маневренность автомобиля), хорошо компонуются с зависимой подвеской, допускают передачу больших усилий. Иногда червячные механизмы применяют на легковых автомобилях высокого класса и большой собственной массы с независимой подвеской управляемых колес, но в этом случае усложняется конструкция рулевого привода - добавляется дополнительная рулевая тяга и маятниковый рычаг. Кроме того, червячный механизм требует регулировки и дорог в изготовлении.
Рулевой механизм типа «винт-шариковая гайка–рейка–зубчатый сектор» без гидроусилителя (а)
:
1 - картер;
2 - винт с шариковой гайкой;
3 - вал-сектор;
4 - пробка заливного отверстия;
5 - регулировочные прокладки;
6 - вал;
7 - уплотнитель рулевого вала;
8 - сошка;
9 - крышка;
10 - уплотнитель вала-сектора;
11 - наружное кольцо подшипника вала-сектора;
12 - стопорное кольцо;
13 - уплотнительное кольцо;
14 - боковая крышка;
15 - пробка;
со встроенным гидроусилителем (б)
:
1 - регулировочная гайка;
2 - подшипник;
3 - уплотнительное кольцо;
4 - винт;
5 - картер;
6 - поршень-рейка;
7 - гидравлический распределитель;
8 - манжета;
9 - уплотнитель;
10 - входной вал;
11 - вал-сектор;
12 - защитная крышка;
13 - стопорное кольцо;
14 - уплотнительное кольцо;
15 - наружное кольцо подшипника вала-сектора;
16 - боковая крышка;
17 - гайка;
18 - болт
Наиболее распространенным рулевым механизмом для тяжелых грузовых автомобилей и автобусов является механизм типа «винт–шариковая гайка–рейка–зубчатый сектор». Иногда рулевые механизмы такого типа можно встретить на больших и дорогих легковых автомобилях (Mercedes, Range Rover и др.).
При повороте рулевого колеса вращается вал механизма с винтовой канавкой и перемещается надетая на него гайка. При этом гайка, имеющая на внешней стороне зубчатую рейку, поворачивает зубчатый сектор вала сошки. Для уменьшения трения в паре винт–гайка передача усилий в ней происходит посредством шариков, циркулирующих в винтовой канавке. Данный рулевой механизм имеет те же преимущества, что и рассмотренный выше червячный, но имеет большой КПД, позволяет эффективно передавать большие усилия и хорошо компонуется с гидравлическим усилителем рулевого управления.
Ранее на грузовых автомобилях можно было встретить и другие типы рулевых механизмов, например «червяк–боковой сектор», «винт–кривошип», «винт–гайка–шатун–рычаг». На современных автомобилях такие механизмы из-за их сложности, необходимости регулировки и низкого КПД практически не применяются.
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:
- 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.
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.
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:
- Первым шагом требуется снять рулевой вал.
- После этого отсоединить левую боковую и среднюю рулевые тяги и отвести их по сторонам.
- Далее, одним ключом «на 13» придерживая болты крепления рулевого механизма от проворачивания, вторым отвернуть гайки и снять их вместе с шайбами.
- После чего, придерживая механизм рукой, надо вынуть болты крепления, оставив при этом рулевой механизм лежать на лонжероне.
- 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.
