Устройство и принцип работы рулевой рейки с гидроусилителем

Гидроусилитель руля (далее ГУР) в автомобиле – система, предназначенная для уменьшения усилий, прикладываемых к рулевому управлению во время маневра. Первоначально такими системами оснащались сельскохозяйственные и грузовые транспортные средства.

С начала 70-х ГУР начали устанавливать на легковые автомобили. Не последнюю роль в этом сыграл факт, что в качестве водителей все чаще выступали женщины.

Помимо обеспечения комфорта при управлении автомобилем, ГУР позволяет:

• уменьшить диаметр (размеры) рулевого колеса;
• изменить передаточное число системы рулевой вал-рейка, обеспечив большую маневренность во время разворота;
• автоматизировать систему управляемости автомобиля.

Учитывая, что рулевое управление является вторым фактором безопасности движения после тормозной системы, к надежности, информативности, другим параметрам ГУР предъявляются высокие требования. Эксплуатации и обслуживанию этой системы следует уделять особое внимание.

Как работает рулевая рейка с ГУР

Усилитель руля соединен с картером рулевой рейки, поэтому в работу он включается лишь тогда, когда мотор работает и происходит нагнетание жидкости ГУР. В движение шкив гидроусилителя приводит ременная передача, в свою очередь гидравлический насос внутри рейки создает давление и воздействует на колесные тяги по требованию водителя. Важную роль в работе ГУР играет встроенный компьютер, который производит расчет усилий и давления.

• Торсион в связке с электросистемами распределяет давление в зависимости от поворота руля;
• Золотниковый распределитель является источником нагнетания давления, способный повышать давление в рейке в зависимости от необходимости;
• Специальная емкость служит для сбора масла когда мотор заглушен. Как только руль начинает вращение, происходит впрыск масла через золотниковый распределитель, именно туда где необходимо создать давление. После того как руль прекращает вращаться, насос ГУР перестает нагнетать масло, в результате оно возвращается в емкость.

Гидроусилитель руля необходимо постоянно обслуживать, следить за его состоянием, вовремя устранять неисправности и менять жидкость ГУР согласно требованиям автопроизводителя. Качество и своевременность обслуживания системы можно считать основополагающим фактором в вопросе длительной и беспроблемной эксплуатации

Следует обращать внимание на вязкость масла, оно не должно быть слишком вязким, поскольку это может вызвать чрезмерное давление в рейке и привести к неприятным последствиям

Типы рулевых реек

• Обычная, без усилителей. Применялась еще в 70 – 80 года прошлого века на 90% автомобилей. Здесь все усилие поворота руля лежит на водителе, нет никаких усилителей, а поэтому руль провернуть не всегда легко.
• Рулевая рейка с ГУРОМ или гидроусилитель руля. По сути это такая же обычная рейка только к ней прибавляется специальный насос и замкнутый контур с сальниками (где качается специальная жидкость), который помогает поворачивать руль. То есть водителю не нужно прикладывать много усилий для поворота рулевого колеса. Особенно ценно это на тяжелых машинах (грузовиках, автобусах и внедорожниках).
• Рулевая рейка с ЭУРОМ или электроусилитель руля. Это сухой тип усилителя, здесь не применяется масло, а принцип работы совершенно другой. Рядом с валом находится электрический двигатель с шестерней (питание происходит от бортовой сети), который помогает поворачивать руль. Ему отдает приказание ЭБУ, он видит, куда отклоняются колеса и приказывает электродвигателю помочь в повороте.

Устройство рулевой рейки и 6 признаков неисправностей
Если утрировать, то виды делятся так: — обычная механика со 100% применением мускульной силы, рейка с гидроусилителем и электроусилителем.

Виды и принцип работы рулевых реек

1. Механические рулевые рейки

Перемещение механизма механических рулевых реек осуществляется благодаря усилию, с которым человек поворачивает рулевое колесо. А это делает машину менее маневренной. Более того, во время езды происходит передача ударов от подвески на руль. Поэтому, чтобы управлять авто с механической рулевой рейкой, водитель прикладывает значительные усилия.

2. Рулевые рейки с ГУР

Гидравлический усилитель руля включает в себя насос, распределитель, рабочий цилиндр, масляный бак, а также соединительные шланги.

Когда мотор запущен, насос всасывает смазку из бака, нагнетает ее в золотниковый распределитель. Этот механизм позволяет дозированно подавать масло в рабочий цилиндр слева либо справа от поршня (зависит от того, куда крутится рулевое колесо). Благодаря масляному давлению поршень и рейка перемещаются, в результате колеса поворачиваются. Человеку, управляющему автомобилем, нужно приложить небольшие усилия, чтобы повернуть руль, даже когда машина не двигается.

Управляет распределителем торсион, это пружинистый железный стержень, установленный на рулевой вал и соединенный с золотниковым клапаном. Если рулевое колесо в нейтральном положении, золотник распределителя перекрывает подающие каналы, поэтому смазка утекает снова в бак. Если же руль вращается, происходит скручивание торсиона, он поворачивает внутреннюю часть золотникового клапана. Это приводит к открытию дозирующих каналов распределителя, и смазка попадает в рабочий цилиндр.

С увеличением угла поворота рулевого колеса происходит более сильное закручивание торсиона. В результате пропускная способность каналов распределителя увеличивается, так же как и усилие, прикладываемое к рулевой рейке.

Если руль повернут в крайнее левое или правое положение, происходит срабатывание предохранительных клапанов. С их помощью сбрасывается масляное давление, чтобы не допустить выхода из строя ГУР.

Помните о том, что, если у вас машина таким механизмом, чтобы не допустить поломку, не оставляйте вывернутыми колеса, регулярно проверяйте уровень масла в баке, при необходимости меняйте его.

3. Рулевые рейки с ЭУР

Если на вашем авто установлен электроусилитель руля, управлять машиной будет легко. Этот механизм компактный, поэтому потребление горючего уменьшится, особенно если сравнивать с гидроусилителем. В последнем случае насос непрерывно функционирует, если мотор запущен, электропривод включается, лишь когда водитель поворачивает.

Как функционирует рулевое управление с электроусилителем: во время совершения маневра торсион передает усилие от руля на рулевой механизм. Датчик крутящего момента сигнализирует о величине усилия в ЭБУ (электронный блок управления), сюда же поступают данные от датчиков коленвала, угла поворота руля и скорости (ABS). Как только информация будет обработана, создается управляющий сигнал, запускающий электродвигатель, расположенный на рулевой рейке.

Управление автомобилем с электроусилителем руля имеет свои особенности:

• когда маневр совершается на небольшой скорости, электродвигатель получает сигнал на создание наибольшего крутящего момента, поэтому водителю комфортно управлять машиной;
• если же авто поворачивает на большой скорости, электродвигатель выдает небольшой крутящий момент, поэтому руль «наливается»;
• как только авто перестроится, электронный блок управления подает команду, чтобы колеса вернулись в среднее положение;
• при езде ЭБУ отслеживает, насколько колеса отклоняются от среднего положения из-за отличия давления в покрышках либо их неравномерного износа, бокового ветра и прочих факторов, а затем сигнализирует электродвигателю о том, какая траектория движения авто будет правильной;
• так как одна шестерня вращается при поворотах рулевого колеса, даже если электропривод сломается, вы сможете ехать на машине.

Рекомендуем

«Сломалась рулевая рейка: причины и дальнейшие действия» Подробнее
На современных авто все чаще устанавливают электроусилитель руля, который по своим характеристикам намного превосходит ГУР.

История создания рулевого усилителя

Ремонт рулевой рейки ваз 2110

Первые представители четырехколесного транспорта имели примитивное рулевое управление. Поворотные колеса были закреплены на одной балке, которая крепилась к кузову только в центральной части на шарнире – по принципу гужевого транспорта.

Такой механизм не давал возможности самоходным телегам быть маневренными, а радиус разворота был настолько огромным, что полностью развернуться автомобиль мог где-то на площади. Кроме того, для выполнения поворота не требовались усилители рулевого механизма.

Со временем в систему рулевого механизма вносились коррективы, чтобы максимально уменьшить угол разворота авто. Чтобы облегчить задачу для водителя (с каждым разом изобретение делало поворот руля более тугим) разрабатывались всевозможные варианты, начиная от увеличения диаметра самого руля до внедрения в систему разных типов зубчатых передач.

В результате многолетних проб и ошибок инженерами был сделан вывод, что схема рулевой рейки – золотая середина между простотой, доступностью и усилением крутящего момента, поступающего от руля. К тому же такое устройство совместимо с усилителями рулевого управления.

Привод

Привод в конструкции рулевого управления используется для передачи перемещения рейки или сошки на управляемые колеса. Причем в задачу этой составляющей входит изменение положения колес на разные углы. Обусловлено это тем, что колеса при повороте движутся по разным радиусам. Поэтому колесо с внутренней стороны при изменении траектории движения должно поворачиваться на больший угол, чем внешнее.

Конструкция привода зависит от используемого механизма. Так, если на авто используется «шестерня-рейка», то привод состоит всего лишь из двух тяг, соединенных с поворотным кулаком (роль которого выполняет амортизационная стойка) посредством шарового наконечника.

К рейке эти тяги могут крепиться двумя способами. Менее распространенным является жесткая фиксация их болтовым соединением (в некоторых случаях соединение осуществляется через сайлент-блок). Для такого соединения в корпусе механизма проделано продольное окно.

Более распространенный метод соединения тяг – жесткое, но подвижное соединение с концами рейки. Для обеспечения такого соединения на конце обеих тяг сделан шариковый наконечник. Посредством гайки этот шар прижимается к рейке. При передвижении последней тяга меняет свое положение, что и обеспечивает имеющееся соединение.

В приводах, где используется механизм «червяк-ролик», конструкция значительно сложнее и представляет собой целую систему рычагов и тяг, получивших называние рулевой трапеции. Так, к примеру, на ВАЗ-2101 привод состоит из двух боковых тяг, одной средней, маятникового рычага и поворотных кулаков с рычагами. При этом для обеспечения возможности изменения угла положения колеса поворотный кулак крепиться к рычагам подвески при помощи двух шаровых опор (верхней и нижней).

Большое количество составных элементов, а также соединений между ними делает такой тип привода более подверженным износу и возникновению люфтов. Этот факт — еще одна причина отказа от червячного механизма в пользу реечного.

Ремонт рулевой рейки своими руками

Лада гранта ремонт рулевой рейки

Реставрировать рулевую рейку нужно своевременно, иначе придется полностью менять весь узел. В ходе ремонта мы очистим детали от грязи, заменим изношенные запчасти на новые или восстановленные, проверим работоспособность узла.

Итак, мы сопоставили свои возможности с силами и предстоящими трудозатратами и пришли к выводу, что будем ремонтировать рулевой редуктор сами. Нам понадобятся следующие запчасти и инструменты:

• ремонтный набор для редуктора (стоит порядка 2100-2800 рублей, содержит резиновые уплотнители и втулки из фторопласта с кольцами);
• пыльники с хомутами (цена около 630 рублей);
• набор гаечных ключей;
• специальные приспособления для разборки и сборки узла.

Для снятия редуктора делаем следующие шаги:

• подкладываем под переднюю часть автомашины подставки, демонтируем колеса;
• специальным съемником выпрессовываем рулевые наконечники из цапф поворотного кулака;
• демонтируем теплозащитный экран рулевого редуктора;
• если авто с гидроусилителем, то отворачиваем шланги подачи и обратной подачи масла, подставляем под них посуду для сливания жидкости;
• если авто с электроусилителем, то снимаем индикатор положения рулевого вала или отключаем разъем;
• отворачиваем болты, которые прикрепляют рулевой редуктор к моторному щиту или подрамнику;
• ослабляем стяжной болт карданного соединения ремонтируемого узла с рулевым валом;
• высвобождаем шлицевое соединение, подтягивая редуктор по направлению рулевого вала;
• вынимаем редуктор через колесную арку.

Если препятствует подрамник, то отворачиваем лишь задние болты и опору мотора, затем отводим подрамник вниз. После высвобождаем рулевой редуктор. То есть, в определенных машинах полное снятие подрамника не требуется.

Для разбора и сбора рулевого редуктора необходимо обеспечить чистоту в помещении. Иначе внутрь проникнут частицы песка или пыли, что вызовет скорый износ поверхностей и сальников:

1. Отмечаем положение зубчатого штока или замеряем его выступ из корпуса с обеих сторон. Это поможет на определенном этапе корректно собрать узел.
2. Также обозначаем положение регулировочной гайки.
3. Фиксируем механизм в слесарные тиски, не зажимая чересчур сильно, так как корпус из хрупкого алюминиевого сплава может погнуться или разрушиться. Если тисков нет, то будем разбирать рейку на чистом листе плотного материала.
4. Снимаем хомуты и стягиваем пыльники рулевых тяг.
5. Крепко фиксируем корпус редуктора и рожковым ключом откручиваем рулевые тяги.
6. Отворачиваем контргайку и гайку регулировочного устройства, при этом отмечая количество витков. Это необходимо, чтобы в процессе сборки вернуть прижимную втулку в естественное положение.
7. Достаем из посадочного гнезда прижимную втулку и шайбы.
8. Специальным ключом отворачиваем корпус или гайку вала привода, вынимаем вал из корпуса.
9. Вытаскиваем зубчатый шток редуктора.
10. Извлекаем из корпуса рулевого редуктора уплотнительные манжеты, втулки и кольца из фторопласта.

Смотрим, в каком состоянии корпус, зубчатый вал и прочие запчасти. Поверхность вала не должна иметь дефектов. Любой изъян зубьев и места штока, соприкасающегося с втулками, сальниками и кольцами, в том числе заусенцы, риски и ржавчина, может спровоцировать скорую амортизацию уплотнений и протечку рулевого редуктора.

Косые зубья шестеренки вала привода не должны быть покрыты трещинами, заусенцами, сколами и следами глубокого износа. Если поставить вал с подобными дефектами, то при движении он заклинит рулевую рейку.

Исследуем прижимную втулку на предмет гладкости, отсутствия задиров и продавливаний. Если деталь повреждена, то ее придется докупать, если в ремкомплекте она отсутствует.

После дефектовки деталей приступаем к ремонту:

Рулевые рейки: особенности конструкций, причины поломок и нюансы ремонта

Рулевая рейка — один из самых старых и распространенных рулевых механизмов. Залог успеха — в простоте и надежности системы. И тем не менее поломки реек совсем не редкость, так как все узлы подвержены старению и износу. Насколько быстро они наступают, что может сломаться, так ли сложно чиниться? Попробуем разобраться во всех вопросах.

Конструкция реечного рулевого механизма, наверное, одна из самых простых. Что может быть проще обычной пары «червяк — зубчатая рейка» в рулевой трапеции? Тем более с распространением независимых подвесок передних колес такая схема быстро проложила себе дорогу к популярности.

Помимо простоты механизма найдется еще немало причин успеха. Например, очень низкое трение в конструкции, делающее управление без усилителя легче, а с усилителем — точнее. Удалось реализовать систему изменяемого передаточного отношения, что улучшило управляемость. Да и усилитель встраивается в эту конструкцию просто и логично, одновременно работая демпфером рулевого управления.

Этого мало? Плюсов может быть еще больше. В рейке нет никаких высокоточных элементов, практически отсутствует необходимость в смазке при удачном выборе рабочих пар. Добавим к этому небольшие размеры и удобство компоновки рулевого управления с рейкой, богатые возможности по созданию травмобезопасных элементов рулевой колонки и, наконец, дешевизну конструкции и минимальные риски «прикусываний» по вине механики. В общем, светлое будущее этой конструкции было предопределено.

Компоненты / Статьи

На полвека опередив Infiniti: французская система рулевого управления DIRAVI

Но, несмотря на простоту конструкции, количество возможных поломок оказалось достаточно велико. Основная масса проблем связана с появлением зазоров в механизме, а значит, стуков, люфтов и ударов в рулевом управлении. Реже возникают «прикусывания» из-за разрушения зубчатых пар или повреждений сальников и втулок. У реек с гидроусилителем характерной проблемой являются утечки рабочей жидкости. Реже встречаются неисправности золотникового распределительного механизма. И многие неисправности реек связаны с попаданием внутрь грязи — через поврежденные пыльники или гидравлическую линию.

Почти все поломки чинятся. Однако есть и те, что не позволяют полностью избавиться от проблем в эксплуатации, особенно в случае реек со встроенным электроусилителем.

Самая распространенная проблема связана со стуком рейки. Обычно это говорит о том, что зазор в соединении червячной пары увеличился или же вышли из строя боковые втулки штока рейки. Иногда причиной является нарушение креплений самой рейки. К тому же биение часто служит причиной протечек сальников штока при наличии ГУР.

Проверка причины достаточно проста: если крепление рейки в порядке, то можно замерить биение рейки во втулках при приложении усилия – достаточно снять пыльник рейки (в большинстве случаев проблема наблюдается визуально). Если же биение неощутимо, нужно проверять зазор рабочей пары. Эту операцию тоже можно проделать, не разбирая механизм. Нужно лишь попробовать повернуть вал рейки вокруг оси (в случае если он круглый, треугольные валы так проверить невозможно). Если вал немного поворачивается, значит, изменен зазор в рабочей паре из-за нарушения геометрии поверхностей или работы механизма прижима. У большинства конструкций есть сухарь, регулирующий усилие прижатия или зазор в червячной паре за счет натяжения пружины.

Причины изменения зазоров в механике могут быть различными. Во-первых, это естественный износ втулок, рабочей пары, упора и картера. Механизмы достаточно прочные, но несколько сотен тысяч километров и повышенные нагрузки могут повредить все. Ударные нагрузки тоже часто служат причиной появления проблем. Например, при попадании в ямы или при ДТП. И также очень распространенной причиной является банальная коррозия из-за попадания влаги в рулевую рейку.

Боковые втулки при появлении биения просто меняют. Если нет видимых следов износа на штоке рейки, то это очень эффективная мера. Зачастую такой ремонт даже не требует снятия рейки с автомобиля, достаточно лишь выкрутить рулевую тягу и снять пыльник. Если есть видимые царапины или коррозия, шток ремонтируется с перешлифовкой в ремонтный размер. Одновременно меняются на ремонтные втулки и сальники. Сами втулки не обязательно являются жесткими. Зачастую втулка — это упругая конструкция, в которой нет зазора, но она позволяет немного менять высоту для нормальной работы червячной пары.

Конструкции с жесткой алюминиевой или латунной втулкой, характерные для японских и корейских машин, именно из-за материала изготовления имеют более высокую вероятность появления стуков в рулевом управлении

Если после замены втулок штока сохраняется люфт и зазор в рабочей паре, стоит проверить износ прижимного сухаря и его шахты в картере рейки. Подтягивание рейки возможно в небольших пределах, но при большом износе рабочей пары это уже не поможет, а рейка станет туго ходить во втулках.

При износе самого сухаря и его шахты он меняется на ремонтный, а шахта шлифуется. В любом случае, если подтяжка не помогла, рейку необходимо проверить на предмет износа рабочей пары. Иногда зубцы в центральной части штока слишком изношены и он требует замены. В противном случае достаточно поменять вал рейки на ремонтный, перешлифовать шток рейки или использовать ремонтные втулки вала. Но подобные работы достаточно дороги, и в этом случае чаще всего рекомендуют заменить рейку на новую или восстановленную в заводских условиях.

Компоненты / Статьи

Системы полного привода: какие бывают и каких проблем ждать от каждой из них

У реек со встроенным ГУРом есть еще целый класс неисправностей, связанных с течами сальников и утечками в гидравлике. Утечки через сальники штока рейки возникают при износе самих сальников и штока. Причины обычно в коррозии штока, загрязнении масла, перегреве жидкости ГУРа, скачках давления сверх номинала и общем старении материала сальников. Любые биения штока ухудшают условия работы сальников и повышают вероятность утечек. Частой причиной являются и коррозийные повреждения поверхности штока.

Ремонт такой же, как при износе втулок штока. Шток шлифуется в ремонтный размер, одновременно меняются втулки и сальники.

Течь сальника вала также встречается очень часто. Он в первую очередь стареет при повышенной температуре жидкости усилителя. Она греется насосом, и в этой зоне худшие условия охлаждения. Иногда встречается и коррозия самого вала. Обычно в результате образуется «медленная» течь, в отличие от «быстрых» течей, характерных для протечек сальников штока.

Неисправности золотникового механизма в большинстве случаев связаны с износом картера тефлоновыми кольцами уплотнений, в результате чего возникает переток рабочей жидкости. Это приводит к нарушениям в работе гидравлики — обычно усилитель перестает работать полностью или частично. Ремонт заключается или в замене картера, или в установке ремонтной гильзы с последующей расточкой.

Редкая неисправность — нарушение жесткости торсионного вала. Со временем он ослабевает, и помощь ГУР становится более навязчивой, ухудшается реактивное действие на руле.

Система Servotronic от ZF отличается еще установкой на золотниковом механизме дополнительного клапана, регулирующего давления на рейке. Подвести может электроника или сам клапан. В остальном ломаться там нечему.

Износ картера рабочего цилиндра рейки в большинстве случаев приводит к ее замене. Дело в том, что разделительный поршень штока рейки в процессе эксплуатации машины изнашивает в основном «околонулевую» зону. Со временем это приводит к образованию «ступеньки» усилия между движением по прямой и усилием в повороте. Помощь ГУР в «нулевом» положении сходит на нет, возникает ощущение «закусывания» при повороте руля. На начальной стадии иногда помогает замена сальника штока, но в большинстве случаев потребуется гильзовка корпуса рейки, что выполняется очень редко. Чаще всего требуется замена корпуса целиком или рейки в сборе.

На фоне остальных конструкций сильно выделяется рейка ZF, применяемая в системе BMW Active Steering. Сама она в этом случае имеет вполне традиционную конструкцию и набор неисправностей. Но рабочий вал рейки устроен сложнее: привод на рейку — дифференциальный. Момент на него передается с рулевого вала и с электромотора привода. По сигналам датчиков мотор «помогает» или «мешает» вращать вал, там самым увеличивая или уменьшая результирующее передаточное отношение рулевого управления.

При неисправности электромотора, чтобы обеспечить работу рулевого управления, его привод полностью блокируется дополнительным аварийным фиксатором. Таким образом обеспечивается безопасность конструкции при электрических проблемах. Помимо введения дополнительных датчиков и электромотора, которые склонны к отказам, в системе интенсивно изнашиваются шестерни цилиндрического дифференциала и червячная передача с электромотора на ее корпус. Со временем люфты в малоразмерной передаче увеличиваются, тем самым ухудшая «чувство руля» у подобного механизма. Блок дифференциала заменяется в сборе при наличии люфтов, а остальные компоненты ремонтируются аналогично классическим конструкциям.

Электроусилители рулевого управления бывают двух видов. Одни располагаются на рулевой колонке и передают усилие непосредственно через рабочую пару рейки. Вторые имеют прямой привод, а на рулевом валу или рейке расположен только торсион и датчики положения руля.

Первый вариант исполнения ЭУР к самим рейкам отношения не имеет, разве что стоит отметить, что нагрузка на рабочую пару рейки в таком механизме очень высокая и ресурс самой рейки заметно сокращается. А вот проблемы ЭУР с непосредственным приводом можно рассмотреть подробнее.

Первое место среди неисправностей держат поломки датчиков момента сопротивления. Например, на очень распространенных конструкциях ЭУР, применяемых VW, причиной поломки является поломка гибкого шлейфа датчика. Ремонт заключается в обрезании поломанной части и припаивании к контактам датчика.

Различные неисправности с мотором, его подшипниками или электропроводкой, а также силовым модулем случаются, но пока очень редки. В основном отмечаются отдельные модели, например EPS у Honda.

Также особенностью конструкций ZF/Bosch/MSG первого–третьего поколений является наличие второй зубчатой передачи в рейке. У электромотора своя зубчатая передача, оптимизированная для передачи большего момента. Таким образом, у рейки есть второй сухарь и вторая червячная пара, что немного осложняет диагностику при появлении люфтов и предъявляет более высокие требования к качеству выполнения работ.

Более новые конструкции оснащаются приводом с винтовой передачей на рециркулирующих шариках, с прямым или ременным приводом от электромотора. Такой механизм менее склонен к накоплению люфтов и появлению стуков, но зато очень чувствителен к загрязнениям и утере смазки штока. Так что за состоянием пыльников нужно следить намного тщательнее. При загрязнении штока, повреждении подшипников передачи механизм начинает подвывать при работе, а в запущенных случаях его может даже заклинить. Ремонт резьбы штока после появления каверн выполняется редко, обычно в этом случае шток подлежит замене.

Жесткий привод на винтовую передачу склонен к появлению стуков, а также отличается высокой нагрузкой на электромотор. Желая несколько смягчить работу узла, на некоторых конструкциях применяют привод эластичным зубчатым ремнем. Он заметно снижает нагрузки на узел, повышая его ресурс. Но, в свою очередь, может потребовать замены уже после 3–5 лет эксплуатации, в зависимости от условий и нагрузки.

Типы и варианты исполнения

Как уже было сказано ранее, ключевые элементы рулевой рейки не меняются на протяжении многих десятилетий. В устройство механизма вносятся лишь незначительные коррективы, но принцип остается одинаковым.

Единственное, что отличает все узлы подобного типа – привод усилителя. Всего различают три модификации. Рассмотрим особенности каждой из них.

Механическая рулевая рейка

Данная модификация является классической. Ею оснащались все автомобили до того момента, как были созданы гидравлические и электрические усилители. Механическая рулевая рейка – самый простой тип устройства. Благодаря маленьким зубцам и большим по сравнению с ними рулевому колесу водителю не приходится прилагать большие усилия для поворота автомобиля.

Существуют рулевые рейки с разным передаточным числом. По центру планки сделана зубчатая передача с меньшей амплитудой, а на концах этот показатель увеличивается. Благодаря этому водителю еще легче поворачивать руль во время начала движения или в поворотах на большой скорости. А на парковках, когда колеса нужно выворачивать до упора, водителю не нужно крутить руль по многу раз.

Устройство

Во всех транспортных средствах есть система управления. Состоит она из массы разных запчастей. Постоянно устройство дорабатывается. Определенные запчасти внедряются, а некоторые и убираются. Чтобы водителю было легче управлять транспортным средством, рулевой механизм оснащается гидроусилителем.

Сам механизм состоит из следующих элементов:

• Тяги, а также наконечники. Они прикреплены к двигающимся механизмам рейки. Отвечают за то, в какую сторону повернутся колеса.
• Планка зубчатого типа и шестеренки. Позволяют передать вращение с руля на тяги.
• Корпус. Делается из алюминия. В нем находятся главные детали самой рейки.
• Пружинная система. Необходимость пружин в том, чтобы помочь шестеренке плотно прилегать к рейке. Когда пружина в исправном состоянии, свободный ход руля минимальный.
• Подшипники. Предназначены для более простого выполнения маневров рейки.
• Ограничивающие элементы. Они определяют максимальный угол поворота руля.

Поиск неисправности рулевой рейки

Неисправности рулевой рейки довольно распространены, поскольку данный узел и вся рулевая система на отечественных дорогах подвергаются повышенным нагрузкам. Поломку рейки можно обнаружить самостоятельно, руководствуясь рядом признаков:

При появлении данных симптомов выхода рейки из строя, рекомендуется не затягивать с демонтажем рулевого редуктора для осмотра и устранение неисправности, дабы минимизировать расходы на ремонт.

1. стало тяжелее вращать руль, или его периодически закусывает (затрудненное вращение наблюдается только периодически в определенных положениях руля);
2. присутствует стук передней подвески, который явственно «отдает на руль»;
3. шумит насос гидроусилителя;
4. люфт поворота рулевого колеса, что означает наличие люфта рейки;
5. протекание масла из рулевой рейки, что часто сопровождается заметным повышением усилия вращения руля и возникающими в процессе данного действия шумами.

Проявление таких признаков свидетельствует о том, что устройство рулевой рейки

где-то нарушено и данному механизму требуется диагностика и дальнейший ремонт.

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.

Основные неисправности рулевых реек с гидроусилетелем, их устранение и ремонт

В процессе эксплуатации система рулевой рейки с гидроусилителем требует постоянного осмотра, обслуживания и ремонта (в случае необходимости). К наиболее распространенным неисправностям системы относятся:

1. Течь

Течь сальников чаще всего вызвана коррозией в случае попадания воды на вал, который по мере появления на нем ржавчины разрушает рабочую поверхность сальника. Такая неисправность возможна при разрушении пыльника, вызванном механическими воздействиями либо естественным износом.

Ремонт заключается в восстановлении целостности вала, удалении следов коррозии (обычно вал шлифуется). После этого устанавливается новый сальник с соответствующими посадочными размерами.

Течь шлангов гидравлики обусловлена высоким давлением в системе (100 атмосфер и более), износом шлангов, особенно в местах соединения резиновых и металлических элементов шлангов высокого давления. Обычно требуется замена шланга, однако есть мастерские, которые производят перепрессовку соединений.

2. Стук

Он может возникнуть по причинам:

• поломки или стирания центрального зуба рейки;
• износа опорной втулки;
• неисправности поджимного сухаря.

Подтяжка рейки в случае износа центрального зуба не дает результата. Люфт, возможно, будет меньше, но так как другие зубья изношены меньше (повышенный износ центрального зуба связан с тем, что руль больше времени находится в среднем положении), руль может не возвращаться из крайних положений из-за зажимания.

Видео — о ресурсе работы рулевой рейки с гидроусилителем:

Опорные втулки усиленно разрушаются при движении на неровном дорожном покрытии. Большинство реечных механизмов иномарок не рассчитаны на российские дороги.

3. Тугой руль

Если руль с усилием крутится только в одну сторону, скорее всего, уплотнительное кольцо в корпусе распределителя пропускает жидкость под давлением. Это может быть результатом попадания грязи или пыли в систему, которая со временем делает проточки. Жидкость не попадает в гидроцилиндр, а уходит напрямую в бачок расширителя. Ремонт можно осуществить путем шлифованием рабочей зоны и замены уплотнительного кольца.

Если руль вращается туго в обе стороны, возможно несколько причин:

• неисправность поршневого тефлонового кольца;
• проточки в двух камерах распределителя;
• изношенная рабочая пара насоса;
• поломка торсиона.

Для диагностики конкретной неисправности требуется разборка механизма и диагностика узлов. В большинстве случаев потребуется помощь специалиста.

Диагностика и ремонт

От исправности устройства зависит комфорт водителя и безопасность на дороге. Простая конструкция рейки с гидроусилителем позволяет выполнить ремонтно-диагностических работы в домашних условиях. Для обнаружения поломок и замены деталей требуется специальное оборудование и приспособления.

Неисправности рулевой рейки с гидроусилителем: симптомы

Чтобы обезопасить себя на дорогах, необходимо регулярно проводить тщательную проверку техсостояния механизма управления. Серьезные поломки проявляют себя явным образом и не требуют специальных приборов для обнаружения. Просто обратите внимание на следующие признаки:

• Затрудненное вращение руля или отсутствие в возврате в центральное положение после поворота. Это случается в результате деформации рейки, картера или вала.
• Стук при езде по неровностям и ямам, снижающийся при установке колес в крайнее положение. Причиной служит износ карданчиков рулевой колонки, шарниров тяг, стирание зубьев центральной шестерни рейки.
• Повышенная чувствительность — несоответствие угла поворота колес и руля либо ситуация, когда при малейшем движении рук автомобиль «бросает по сторонам». Такое случается в результате неисправностей гидравлической системы ГУРа.
• Уменьшение уровне жидкости в бачке, появление подтеков и масляных пятен на пыльниках. Утечка происходит в результате коррозии вала и износа резиновых сальников.

Любое из проявлений поломки требует немедленного вмешательства. Выход из строя рулевого управления — одна из самых опасных проблем, с которой не может сравниться даже отказ тормозной системы. Промедления с ремонтом приводят к усугублению неисправности. Несвоевременное устранение мелких проблем станет причиной финансовых потерь и, в худшем случае, аварии.

Разновидности рулевых реек

На легковых машинах устанавливают механизмы трех типов. Они отличаются наличием или отсутствием вспомогательных устройств, облегчающих управление.

Механическая рулевая рейка

Простейший вариант устройства, в котором управляющие колеса поворачиваются за счет усилий водителя. Чтобы уменьшить нагрузку на руки и одновременно облегчить управление на трассе в машины ставят рейки, у которых переменное число растет с увеличением угла поворота колес. Это облегчает маневры на парковке и обеспечивает «острый руль» на скорости.

Гидравлическая рулевая рейка

Воздействие водителя дополняется гидроусилителем. Это позволяет создать легкое и одновременно «острое» управление.

ГУР смягчает нагрузки, возникающие при движении по неровностям. Единственный недостаток такого устройства — ухудшение «чувствительности». Его компенсируют двумя способами:

• устанавливают электро-гидроусилитель с обратной связью;
• изменяют конструкцию подвески.

Электрическая рулевая рейка

В этих устройствах воздействие водителя на руль усиливается за счет двигателя. Он питается от бортовой электросети. В зависимости от места размещения различают три типа узлов, в которых мотор закреплен на рулевом валу, колонке и в корпусе рейки. Последний вариант наиболее надежен.

Конструкция с электродвигателем на валу опасна тем, что в случае поломки она практически перестает работать.

Сегодня на большинстве серийных автомобилей бюджетного и среднего класса устанавливается рейка рулевая с гидроусилителем.

Виды гидроусилителей рулевого управления

Первоначально на легковые транспортные средства устанавливались ГУР, выполненные по схеме, аналогичной усилителям, устанавливаемым на большегрузные авто. Они имеют существенный недостаток: с увеличением скорости автомобиля для осуществления безопасного маневра требуется меньший угол поворота руля и прикладываемое усилие. На большой скорости существенно уменьшается обратная связь дорога-рулевое управление, водитель прекращает «чувствовать» дорогу. В условиях скользкого покрытия автомобиль может потерять управляемость.

Для устранения этой проблемы была разработана рейка с переменным отношением передачи.

Такая рейка установлена на ВАЗ 2110. Она на небольших углах поворота руля имеет большое передаточное число. Обычно это соответствует большим скоростям и малым углам разворота, где требуется небольшое усилие. Передаточное число уменьшается к «краям», то есть, на больших углах маневрирования, которые возможны при невысокой скорости. Применение такой конструкции не устранило всех проблем управляемости.

Видео — виды рулевых реек, чем отличаются ГУР и ЭУР:

Производители разработали электрогидроусилитель руля

, добавив в стандартную схему электроклапан с электронной системой управления. ЭГУР в максимальной степени сочетает информативность руля и комфортные условия управления.

В некоторых моделях автомобилей насос ГУР вращается приводом электродвигателя. В таких случаях гидроусилитель работает даже при незаведенном двигателе.

В современных автомобилях все чаще устанавливают электроусилители рулевого управления

. Их существенный недостаток – полная зависимость от исправности и надежности электроники. В случае отказа какого-либо из электронных узлов, приводов, даже предохранителя, эффективность электроусилителя руля становится нулевой, управляемость резко ухудшается.

Устройство гидроусилителя руля

Основные компоненты гидроусилителя руля
Гидроусилитель руля устанавливается на 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 о и «Min».

Насос гидроусилителя

Лопастной 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 . 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 , 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.

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.

Принцип действия

На самом деле, принцип работы не такой сложный, как кажется изначально. Для того чтобы повернуть рулевое колесо в сторону, помогает дополнительная сила. Суть в том, что на рулевую колонку ставятся шестеренки, а также специализированные рейки, оборудованные тягами.

Со временем начали использовать гидравлический механизм. По сути, он работает точно так, как и механический. Единственная разница заключается в том, что усилие дополняется с помощью специальной жидкости, имеющей масляную основу. В итоге водитель может просто и легко управлять машиной. Достаточно будет небольшого вращения рулем, чтобы войти в самый крутой поворот.

Гидравлический механизм рулевого управления — достаточно интересен. Чтобы полностью разобраться, что он собой представляет, следует остановиться на нем более подробно.

Гидроусилитель также делает движение более безопасным. Качество асфальта на отечественных дорогах не самое лучшее. Водитель то и дело попадет в разного рода ямы и выбоины. Наличие подобного узла позволяет их не так сильно чувствовать. Да и руль гораздо проще удерживать в момент, когда на него передаются вибрации. Если сравнить с механической рейкой, то здесь все намного хуже. Известны случаи, когда у автомобилиста рулевое колесо вырывалось из рук.

В последнее время, многие критикуют гидравлику. Делают это потому, что руль недостаточно чувствителен по мнению некоторых водителей. Трудно сказать так это или нет, ибо каждый человек по-разному чувствует дорогу и машинку. Как бы там ни было, но когда ГУР имеется в машине, ездить становится намного проще. Просто многие уже забыли, как тяжело было парковаться без него. Порой приходилось так крутить рулевое колесо, что потом не было сил продолжать езду. Особенно актуальной данная проблема была на автомобилях семейства ВАЗ, выпущенных в конце восьмидесятых, начале девяностых годов прошлого столетия.

Гидроусилитель часто сравнивают с электроприводом. Есть ли в этом смысл? Чтобы понять, нужно разобраться с тем, что это такое. Электрический привод может ставиться на колонку еще на заводе, а может монтироваться и в качестве дополнительной опции. Схема его достаточно интересная, а потому многие люди желают, дабы он был установлен в их авто. Надо признать, что механизм хорош, но имеет массу недоработок. Частенько это приводит к дорожно-транспортным происшествиям.

Первые Лады Приоры были оборудованы усилителем руля именно такого типа. В системе часто были сбои и отказы. Как итог, инженеры решили, что правильнее будет поставить гидроусилитель, что полностью себя оправдало. По сей день руль на таких машинах работает за счет того, что ему помогает масляная жидкость, циркулирующая в системе.

Дабы гидроусилитель работал исправно, за ним нужно правильно следить. Прежде всего, надо регулярно проверять уровень жидкости. Если он не держится и падает, значит нужно проверить сальники. Возможно, течь в них. Если руль повернуть тяжело, нужно выполнять полную диагностику узла.

Конструкция рулевого управления автомобиля

Рулевое управление автомобиля состоит из трех компонентов:

1. Колонки.
2. Механизма.
3. Привода.

За счет взаимодействия этих компонентов между собой осуществляется передача действий водителя на колеса управляемой оси, что и обеспечивает их поворот.

Дополнительно в конструкцию авто входит вспомогательный механизм – усилитель рулевого управления, частично компенсирующий усилие водителя,тем самым упрощая управление машиной.

Колонка

Рулевая колонка представляет собой вал, посредством которого усилие водителя передается на механизм. Один конец этого вала заведен в салон, и на него посажен руль (шлицевым соединением), посредством которого водитель и осуществляет действия для изменения направления движения (вращает его).

В современных авто рулевой вал является составным – состоящим из нескольких частей, соединенных между собой карданными шарнирами. Достоинства этой конструкции:

1. Возможность регулировки. Составное устройство позволяет водителю настроить для себя удобное положение руля (изменить вылет и угол наклона колонки);
2. Повышение безопасности. Составная конструкция является травмобезопасной — за счет карданных шарниров при фронтальном ударе авто о препятствие, колонка «ломается», а не выходит в салон навстречу водителю;

Вал рулевой колонки пустотелый, что позволяет протянуть внутри него проводку для питания элементов – клавиши звукового сигнала, пиропатрона подушки безопасности, системы подогрева рулевого колеса.

На колонку устанавливается ряд органов управления оборудованием авто:

• переключатель поворотников;
• рычаг установки режима работы головного света (ближний, дальний свет);
• переключатель стеклоочистителей и системы омыва лобового и заднего стекла;
• переключатели передач КПП (в авто, оснащенных АКПП, РКПП, вариатором);
• клавиши управления мультимедийной системой, круиз-контролем (непосредственно на руле);
• замок зажигания;

Расположение указанных элементов на рулевой колонке обеспечивает удобный доступ к ним водителю.

Механизм

Рулевой механизм червячного типа

Рулевой механизм ключевой в системе. Этот узел обеспечивает увеличение усилия, приложенного водителем к рулю, и передачу его на привод.

Чаще всего используется рулевой механизм двух видов: червячный и реечный.

В червячном рулевом механизме основными элементами являются червячок и ролик. На легковых авто распространение получил механизм типа «шестерня-рейка». В узле этой конструкции вращательное движение шестерни преобразуется в возвратно-поступательное перемещение рейки с зубчатым сектором. Именно шестерня и рейка — ключевые элементы механизма. Эти составляющие размещаются в корпусе, закрепляемом в подкапотном пространстве на моторном щите или подрамнике.

Косозубая шестерня жестко посажена на второй конец вала рулевой колонки, поэтому воздействие на руль приводит к вращению шестеренки.

Благодаря зубьям шестеренка имеет постоянное зацепление с зубчатым сектором на рейке. Сама рейка представляет собой шток, поэтому вращение шестерни приводит к смещению рейки по продольной оси (к примеру, при вращении руля влево, рейка уходит вправо). Рулевая рейка связана с рулевым приводом, воздействующим на колеса.

За счет такой конструкции механизма и обеспечивается передача усилия (и его увеличение благодаря заданному передаточному соотношению) от руля к приводу.

Статья в тему:

• Гидроусилитель руля: устройство и принцип работы
• Что такое демпфер в автомобиле и для чего он нужен?
• Как отрегулировать развал-схождение своими руками?

Привод

Рулевой привод включает в себя систему тяг, соединяющих рейку с поворотными кулаками колес. К рейке тяги закрепляются жестко, а вот с поворотными кулаками они соединяются через рулевые шаровые наконечники.

В зависимости от конструкции подвески, в роли поворотного кулака может выступать амортизационная стойка (подвеска МакФерсона) или ступица колеса (в рычажных подвесках).

В подвеске МакФерсона возможность вращаться стойке вокруг оси обеспечивается опорным подшипником и шаровой опорой. В рычажных же подвесках вращение ступицы осуществляется за счет использования двух шаровых опор (верхней и нижней). Опоры и опорные подшипники хоть и являются составными элементами подвески, но от них зависит и работа рулевого управления.

Особенности узла и конструкция

На автомобилях используется кинематический способ смены направления движения, подразумевающий, что осуществление поворота происходит за счет смены положения управляемых колес. Обычно управляемой является передняя ось, хотя существуют и авто с так называемой системой подруливания. Особенность работы в таких авто заключается в том, что колеса задней оси тоже поворачиваются при изменении направления, хоть и на меньший угол. Но пока эта система широкого распространения не получила.

Помимо кинематического способа на технике используется еще и силовой. Особенность его заключается в том, что для совершения поворота колеса одной стороны притормаживаются, в то время, как с другой стороны они продолжают двигаться с прежней скоростью. И хоть этот способ изменения направления на легковых авто распространения не получил, на них он все же используется, но в несколько ином качестве – как система курсовой устойчивости.

Этот узел автомобиля состоит из трех основных элементов:

• рулевая колонка;
• рулевой механизм;
• привод (система тяг и рычагов);

Рулевой узел
У каждой составляющей – своя задача.