Виды, устройство и принцип работы рулевых реек на автомобилях

Ни одна современная легковая машина не обходится без системы управления. Причём в большинстве случаев речь идёт именно о рулевых рейках, которые играют ключевую роль в этом вопросе. Рулевая рейка (РР) представляет собой узел, который позволяет преобразовывать движение руля в отклонение по горизонтальной плоскости передних колёс автотранспортного средства. Фактически за счёт этого устройства мы получаем возможность с помощью небольшого рулевого колеса управлять внушительным авто.

Первые образцы рулевых реек имели предельно простую конструкцию. В её состав входила шестерня, которая устанавливалась на рулевой вал, а также рейки и рулевые тяги, сопряжённые с шестернёй. Но постепенно конструкция улучшалась, совершенствовалась и модернизировалась. Потому в настоящий момент машины могут оснащаться несколькими видами РР.

Разновидности

В общей сложности выделяют 4 разновидности устройств, которые несколько отличаются между собой принципом работы рулевой рейки. Каждый механизм применяется на множестве автомобилей, что позволяет говорить о хорошем уровне каждого из представленных вариантов.

Многие автолюбители уже прекрасно знают, что такое рулевая рейка и зачем она нужна в машине. В автомобилях это своего рода связующее звено, созданное для связи водителя с колёсами его транспортного средства. При повороте руля именно РР позволяет колёсам повернуться с таким углом и скоростью, как это необходимо водителю, чтобы развернуться или совершить какой-нибудь иной манёвр.

Что касается того, где же находится автомобильная рулевая рейка, то тут можно ответить довольно просто. Находящийся между рулевым колесом и колёсами механизм выступает в качестве преобразователя вращения вала руля в горизонтальное смещение тяг.

Интересно и то, что раньше на автомобили устанавливались исключительно червячные механизмы, на смену которым пришли рулевые рейки. Но не стоит воспринимать РР как продолжение и развитие червячных устройств. Это совершенно иное направление в разработке рулевого управления.

Впервые РР появились на автомобилях, которые выпускались ещё в 19 веке. Тогда конструкция была максимально примитивной, состоя из шестерни, размещённой на рулевом валу, а также соединённой рейкой.

Но на тот момент рейка не завоевала большой популярности. Машины начали оснащать более сложными механизмами, в числе которых был и некогда самый востребованный червячный вариант. Лишь в конце прошлого века инженеры снова обратили внимание на уже достаточно забытый реечный рулевой механизм, и снова начали использовать его в конструкциях автотранспортных средств. Вторая попытка оказалась невероятно удачной. В результате РР активно используются до сих пор, и их конструкцию продолжают развивать и совершенствовать.

Стараниями инженеров и конструкторов мы получили 4 разновидности рулевых реечных механизмов. А именно:

• механические;
• электрические;
• гидравлические;
• электрогидравлические.

Каждый из вариантов исполнения устройства заслуживает отдельного внимания и более детального рассмотрения.

Механические

Если говорить о схемах рулевых реек, то именно у механических устройств она самая простая. Но при этом механические РР наиболее универсальные, что позволяет устанавливать их на автотранспортные средства с передним и задним типом привода.

Повороты колёс, связанных с системой рулевого управления, осуществляются за счёт прикладываемой водителем физической силы. Одной из особенностей системы механического типа является то, что здесь используется переменное передаточное число. Это означает, что шаг зубцов меняется в направлении от середины к краям.

На практике это выглядит следующим образом. Когда машина движется на высокой скорости, углы поворота становятся минимальными. От этого создаётся эффект тяжёлого рулевого колеса, что обусловлено именно большим передаточным числом. Когда же автотранспортное средство паркуется, то есть скорость минимальная, а руль приходится выворачивать до крайнего положения, передаточное число уменьшается, и от этого руль удаётся с относительной лёгкостью повернуть, не прикладывая большие физические усилия. Эта особенность позволяет компенсировать недостаток в виде отсутствия усилителя.

Схема механической системы рулевой рейки включает в себя несколько основных компонентов. Среди них следует выделить такие:

• картер, изготовленный из алюминия. В нём предусмотрена специальная полость, где располагается гофрированная защита, которая предотвращает механизм от повреждения и преждевременного износа;
• шестерня или зубчатое колесо привода. Она располагается внутри корпуса рулевого механизма, и удерживается там с помощью специального надёжного подшипника. Он всё равно может выходить из строя и требовать замены, но на практике подшипник служит достаточно долго и эффективно;
• пружина. Её задача заключается в том, чтобы плотно прижать рулевую рейку по отношению к шестерне. Это позволяет создавать максимально плотное сцепление зубьев;
• втулка, предусмотренная для шарнира тяги. Она осуществляет свою работу в определённом заданном инженерами интервале, а также обеспечивает нужный ход для механической рулевой рейки автомобиля.

Несмотря на свою простоту и надёжность, механические узлы постепенно уходят в прошлое.

Электрические

Теперь следует рассмотреть, как работают рулевые рейки уже электрического типа. Тут речь идёт про устройство рулевой рейки, оснащённой специальным рулевым электроусилителем или просто ЭУР.

У ЭУРа есть свои особенности конструкции и работы. Основной принцип функционирования устройства заключается в наличии электрического двигателя. Этот электромотор позволяет с максимальной точностью передавать усилие, с которым водитель воздействует на рулевое колесо.

В зависимости от конструктивных особенностей и исполнения устройства, электроусилители устанавливают в автомобилях на рулевой вал, либо же интегрируют в рейку. Есть также возможность встроить электродвигатель в рулевую колонку, но этот вариант считается самым опасным, несмотря на наименьшую стоимость реализации конструкции. Если электромотор разместить внутри рулевой колонки автомобиля, при его поломке машина фактически станет неуправляемой. Последствия подобной неисправности, которая может произойти прямо во время движения авто, представить не сложно. Водитель потеряет управление, не сможет подавать команды передним колёсам. Подобная неисправность встречалась на ЭУР, которые устанавливались на первое поколение автомобиля Lada Priora. Машины первых лет выпуска славились низким уровнем надёжности электроусилителей рулевого управления.

А вот схема интегрирования с рейкой позиционируется как самая безопасная. Её применяют на автотранспортных средствах высокого класса. Во многом это обусловлено стоимостью реализации схемы.

Несмотря на определённые недостатки электроусилителей, которые характерны в большей степени только при одном варианте их размещения, электрические РР обладают широким перечнем преимуществ:

• ЭУР позволил добиться отличных показателей коэффициента полезного действия;
• хотя в конструкции используется электродвигатель, система всё равно получилась более чем простой;
• весь узел не занимает много места, что позволяет говорить о компактности решения и выделять это качество как одно из преимуществ;
• электрические рейки не боятся изменений погодных условий. Потому они одинаково эффективно работает при сильной жаре и при заморозках;
• важной особенностью и преимуществом можно назвать факт отсутствия в узле каких-либо рабочих жидкостей. Это позволяет исключать проведение разных работ по их замене, не нужно контролировать утечки и пр.;
• конструкция не предусматривает использования трубок, прокладок, сальников и прочих элементов, которые можно считать слабым или уязвимым местом системы. Такая особенность выделяет ещё один важный плюс в виде высокого уровня надёжности;
• рулевая рейка электрического типа, оснащённая электромотором в качестве усилителя, расходует минимум энергии. Это обусловлено тем, что электромотор включается в работу лишь тогда, когда водитель поворачивает руль. При передвижении на высокой скорости электродвигатель также отключается;
• некоторые воспринимают ЭУР как что-то дорогое и сложное. Но практика говорит об обратном. Устройство получилось надёжным и доступным по цене. При необходимости, если двигатель всё же выйдет из строя, на покупку нового электромотора тратить большие деньги не придётся. ЭУР относится к относительно недорогим устройствам;
• приятным бонусом ко всем перечисленным ранее преимуществам станет факт быстрого возврата рулевого колеса в его нейтральное положение.

Объективно электрические рулевые рейки обладают солидным перечнем преимуществ. При этом выделить какие-то явные недостатки, если не говорить об электромоторах, интегрированных в рулевую колонку, сложно.

Гидравлические

Эти рулевые рейки считаются главными конкурентами электрических систем. Но если посмотреть, как устроены рулевые рейки гидравлического типа, ничего общего с конкурентами вы не увидите.

Принцип работы гидроусилителя или ГУР основывается именно на использовании гидравлической жидкости. С её помощью передаётся усилие, прикладываемое водителю к рулевому колесу. Это позволяет создать достаточно лёгкое и точное управление транспортным средством.

За счёт использования гидравлической системы, неровности на дорогах и проезды по ямах на так сильно ощущаются и передаются на рулевое колесо. То есть водитель меньше ощущает все прелести отечественных автодорог. Это объясняется особенностью конструкции гидравлической рулевой рейки, где все удары гасятся за счёт работы гидроусилителя.

Но при этом высокое давление гидравлической жидкости, которое возникает непосредственно в момент удара, негативно сказывается на состоянии и работоспособности всего рулевого узла.

Если в случае с ЭУР выделяли внушительный список достоинств системы, то здесь в основном акцентируют внимание на имеющихся недостатках. ГУР действительно имеет ряд минусов, среди которых выделяют наиболее значительные.

• уровень информативности руля весьма низкий, если сравнивать с электрическим аналогом рулевой рейки;
• отсутствует качественная и достаточно хорошая обратная связь у руля;
• работа системы основывается на создании высокого давления, из-за чего страдает надёжность гидроусилителя;
• в конструкции с гидроусилителем применяются различные сальники, трубки и уплотнители. Это слабые места гидравлической системы. Здесь довольно часто возникает протечки, которые приходится устранять. Трубки, сальники и прокладки подлежат замене;
• система работает постоянно. Если привести пример электроусилителя, где электромотор включается исключительно по мере необходимости, в случае с гидроусилителем всё иначе. Насос работает постоянно, то есть непрерывно обеспечивает циркуляцию рабочей жидкости по системе. Это происходит даже в ситуациях, когда двигатель запущен, но машина стоит неподвижно. Такая особенность работы негативно сказывается на состоянии. Система быстрее изнашивается и требует ремонта, либо замены;
• гидравлические типы рулевых реек чаще требуют ремонта, нежели электрические. Плюс автовладельцу приходится заниматься такими мероприятиями как замена гидравлической жидкости. Процедура не самая тяжёлая, но всё же накладывает дополнительные обязанности и хлопоты.

Такой обширный перечень недостатков привёл к тому, что на легковых автомобилях ГУР применяется редко. Зато гидроусилители стали наиболее эффективным решением при создании системы управления на грузовиках и большегрузных машинах. Рулевые рейки гидравлического типа, где применяется гидроусилитель, позволяет передавать более высокое усилие. Электродвигатель в этом компоненте справляется с передачей усилия на грузовых авто значительно хуже.

Электрогидравлические

Ознакомившись с устройством рулевых реек с гидроусилителем, а также изучив слабые стороны ГУР и достоинства ЭУР, никого не удивит появление гибридной системы рулевого управления.

Примерно понимая, как устроена рулевая рейка, эксплуатируемая с гидроусилителем и электроусилителем, можно также понять и суть электрогидравлической системы.

Фактически появление электрогидравлической рейки стало логическим продолжением обычной классической гидравлики. Как и в случае с ГУР, основным рабочим компонентом узла остаётся гидравлическая жидкость, перекачивая насосом. Вопрос лишь в том, как именно приводится в движение этот насос.

В обычных гидроусилителях помпа, перекачивающая гидравлическую рабочую жидкость, функционировала от главного двигателя. В этом проявлялась одна из проблем ГУР, которая привела к появлению сразу нескольких объективных недостатков. Потому инженеры решили устранить этот недочёт, установив отдельный электродвигатель для работы насоса. Теперь ДВС из системы исключили.

Такое нововведение позволяет говорить о новом виде рулевой рейки электрогидравлического типа. Внедрение электрического мотора для работы насоса устранило недостатков в виде низкой информативности и отсутствия обратной связи.

На практике работу электрогидравлической рейки можно описать примерно следующим образом. По мере увеличения скорости движения автотранспорта электромотор создаёт меньшее давление. Это позволяет делать рулевое управление достаточно жёстким при высокой скорости, создавая более безопасные условия движения.

Признаки неисправностей

От исправного состояния системы рулевого управления напрямую зависит безопасность движения автомобилиста на своём транспортном средстве. Потому при первых же признаках неисправностей рулевой рейки следует незамедлительно принимать меры по их устранению.

Первым делом автовладельцы должны понимать, как именно определить неисправности рулевых реек. Сделать это не так сложно, если знать про характерные симптомы и признаки приближающейся поломки установленной на автомобиль рулевой рейки.

Да, точно подтвердить или опровергнуть неисправность рулевой рейки можно путём диагностики и проведения демонтажных работ. Но порой даже косвенных признаков достаточно, чтобы подтвердить диагноз.

Для начала запомните, что рулевая рейка не ломается на ровном месте, если речь не идёт о попадании в яму или ДТП. Существуют определённые признаки, указывающие на износ и приближающуюся серьёзную неисправность. Потому перед тем как проверить рулевую рейку, прислушайтесь к поведению своей машины. Она сама подскажет вам, что возникли какие-то неполадки, которые вскоре могут обернуться дорогостоящими и опасными поломками.

В зависимости от типа рулевой рейки, могут проявляться те или иные признаки. Рассмотрим основные из них:

• если это рулевая рейка гидравлического типа, тогда неисправность можно определить по постоянному падению уровня жидкости в специальном бачке;
• также в случае с ГУР возможно появление следов от гидравлической жидкости, которые накапливаются в пыльниках тяг;
• управление стало заметно более чувствительным. Даже когда вы осуществляете небольшой поворот рулевого колеса, машину практически бросает из стороны в сторону;
• поворот руля не соответствует углу, на который поворачиваются передние колёса автотранспортного средства;
• ещё руль может не возвращаться в своё исходное центральное или нейтральное положение, либо плохо это делать, когда машина завершает манёвр и возвращается к прямолинейному движению;
• когда рулевое колесо находится в центральном положении, усилие может пропадать. Это указывает на неисправность в системе;
• порой автомобилисты сталкиваются с тем, что руль начинает буквально самопроизвольно вращаться. Плохой признак, указывающий на необходимость срочно заняться ремонтом;
• когда руль вращается, усилия отсутствуют вовсе. Это потенциально указывает на выход из строя гидравлики или электромотора;
• при езде в условиях мелких неровностей создаётся сильный стук и передаётся в руль. Но он может уменьшаться, когда рулевое колесо выворачивается в крайние положения;
• руль полностью заклинивает, его не удаётся повернуть ни в одну из сторон;
• управлять машиной становится практически невозможно, поскольку для любого манёвра требуется прикладывать огромное усилие.

Появление хотя бы одного из перечисленных признаков говорит о том, что с рулевым управлением возникли проблемы. Неисправность может сохраняться в виде едва заметных симптомов длительное время, либо же в один момент привести к серьёзной поломке, которая наиболее опасна именно во время движения машины.

Это говорит о том, что даже слабо проявляемые признаки проблем с рулевой рейкой игнорировать ни в коем случае нельзя. В подобных ситуациях следует обратиться в автосервис, либо же заехать в собственный гараж для самостоятельного решения образовавшейся проблемы. Порой выполнить ремонт можно своими руками. Это не так сложно, если следовать инструкциям, соблюдать рекомендации автопроизводителя, а также не забывать о технике безопасности.

Преимущества и недостатки

Если подводить общий итог по всем разновидностям рулевых реек, можно выделить несколько сильных и слабых сторон подобных систем.

К преимуществам можно отнести следующие моменты:

• конструкции всех типов занимают мало места, они компактные и достаточно простые;
• многие неисправности можно решить своими силами, избегая дополнительных трат на услуги автосервисов;
• рулевые рейки с гидроусилителем, электроусилителем и обычного механического типа обладают небольшим весом;
• при грамотной эксплуатации не требуется постоянный уход и частое обслуживание;
• системы обеспечивают точное управление, поскольку колёса прекрасно слушаются руля;
• стоимость всех видов усилителей небольшая, а потому ремонт рулевых реек обходится сравнительно дёшево.

Но параллельно не стоит упускать тот момент, что неровности дороги могут ощутимо передаваться на руль. А это создаёт определённый дискомфорт для водителя. Также автовладельцу всё же приходится заниматься профилактическим обслуживанием, проверяя уровень жидкости, подтягивая соединения, инспектируя состояние трубок, уплотнителей и пр.

Рулевые рейки относятся к категории достаточно надёжных узлов автотранспортного средства. При этом срок службы или эксплуатационный период зависит от целого ряда фактора. А именно:

• условия эксплуатации;
• стиль вождения;
• условия хранения и содержания машины;
• качество сборки;
• используемые детали;
• качество проведённого ремонта;
• наличие коррозии и ржавчины.

Если постоянно держать автомобиль в условиях повышенной влажности и сырости, свою роль сыграет процесс образования коррозии, которая с лёгкостью сможет разрушить рулевую рейку с течением времени. Также на состояние РР негативно влияет частая езда по кочкам, ямам и всевозможным неровностям. Постепенно они снижают ресурс узла, провоцируют усталость металла и в результате рейку приходится менять или частично ремонтировать.

Применительно к легковым автомобилям, именно реечные рулевые механизмы остаются наиболее востребованными и актуальными. Объясняется это простотой конструкции, малой стоимостью механизмов, а также их небольшими размерами. Пока лучшей альтернативы для категории легковых машин не предусмотрено.