Рулевая рейка

Проверка работоспособности насоса ГУР

Для произведения проверки работы насоса гидроусилителя руля требуется наличие специального манометра и переходных колодок. Последовательность проверки:

• устанавливается переходная колодка с манометром в разрыв гидравлической системы выходного шланга насоса;
• запускается двигатель, пару минут работает на холостых оборотах;
• поворачивается рулевое колесо несколько раз вправо-влево для достижения рабочей температуры жидкости ГУР;
• измеряется давление насоса при открытом запорном клапане, которое должно быть не менее 1500 кПа;
• на непродолжительное время (не более пяти секунд!) закрывается запорный клапан;
• при закрытом запорном клапане давление должно быть не менее 6500 кПа.

Типы и варианты исполнения

В настоящее время существует три разновидности реечных механизмов. Отличие между ними заключается в принципе действия.

Механическая рулевая рейка

Наиболее простой вариант рулевого управления. Поворот колес осуществляется исключительно за счет физической силы водителя. В целях облегчения работы водителя и повышения удобства управления на многих автомобилях применяется рулевая рейка с переменным передаточным числом. Иными словами, шаг зубьев рейки меняется от середины к краям. Такое устройство при небольших углах поворота руля, что характерно для движения на больших скоростях, обеспечивает большое передаточное число, тяжелый и острый руль. Вместе с этим во время маневрирования на парковке, когда рулевое колесо приходится поворачивать «от края до края», делать это легко, благодаря меньшему передаточному числу. Первым отечественным автомобилем, где была применена такая конструкция, стал ВАЗ-2110.

Гидравлическая рулевая рейка

Отличается от механической тем, что механическое воздействие, которое оказывает водитель на руль, усиливается гидроусилителем. Это позволяет обеспечить одновременно остроту и легкость рулевого управления. Такое устройство чаще всего применяется на современных автомобилях. ГУР также способствует повышению безопасности вождения, поскольку неровности дороги передаются на руль не так сильно, и в случае, если машина на высокой скорости попадет передним колесом в яму, удар многократно погасится гидроусилителем, и руль не вырвет из рук, как это произойдет на автомобиле с механической рейкой. Однако существует у этой медали и обратная сторона, ведь ухудшение обратной связи ведет к снижению «чувства автомобиля». Компенсировать этот недостаток автопроизводители стараются за счет изменения конструкции подвески, а также путем применения электромотора для привода ГУР (электро-гидроусилитель).

Электрическая рулевая рейка

По принципу действия аналогична гидравлической, только усиление производится электромотором, который либо встроен в рулевую колонку (самый дешевый и более опасный вариант), либо размещается на рулевом валу, либо интегрирован с рейкой (наиболее безопасный вариант, применяется на автомобилях высокого класса). Вариант с размещением электромотора в рулевой колонке опасен тем, что в случае выхода его из строя автомобиль становится практически неуправляемым, поскольку повернуть руль невозможно. К сожалению, этим порой грешили автомобили Лада Приора первых лет выпуска – ЭУРы на них не отличались высокой надежностью.

Такое устройство имеет немало достоинств:

• более высокий КПД по сравнению с гидроусилителем;
• экономичность (электромотор включается только при повороте руля, тогда как масло в ГУР постоянно циркулирует, на что отнимается некоторая часть мощности мотора;
• независимость от температуры окружающей среды;
• отсутствие необходимости регулярно обслуживать устройство, т.к. не требуется менять и доливать рабочую жидкость;
• более высокая надежность в целом, обусловленная отсутствием шлангов, прокладок и сальников, в которых могла бы появиться течь.

Конструкция механической рулевой рейки выглядит следующим образом. Внутри картера, имеющего в разрезе вид полого цилиндра, размещен защитный гофро-чехол. На подшипниках в картере установлено приводное зубчатое колесо, к которому пружиной прижимается рулевая рейка. Пружина требуется для устранения зазора в паре «шестерня-рейка». Ход рейки ограничивается с одной стороны ограничительным кольцом, а с другой – втулкой шарнира рулевой тяги. Данная схема рулевой рейки отличается предельной простотой и надежностью.

Как устроена рулевая рейка?

— Рулевая рейка автомобиля представляет собой устройство, цель использования которого заключается в том, чтобы преобразовать водительское усилие во время воздействия на рулевое колесо в салоне авто, что необходимо для обеспечения поворота колес машины.

— Сегодня существуют три вида рулевых реек, принцип действия которых различается.
Гидравлическая рулевая рейка. Она используется почти во всех легковушках, которые выпускают сегодня. Обеспечивает достаточно комфортное управление автомобилем, поскольку используется гидравлический усилитель руля, благодаря чему водителю нужно прилагать минимум усилий. Механическая рулевая рейка. Устройство данного элемента очень простое. На одном из концов рейки находится зубчатый механизм, который контактирует с зубчатой рейкой. Последняя взаимодействует с приводом руля.

Электрическая рулевая рейка. Её отличие от гидравлического аналога состоит в том, что гидравлика не применяется. Для увеличения усилий водителя автомобиль оснащается отдельным электрическим двигателем. Устройство рулевой рейки, а также принцип её работы зависят от характерных особенностей каждого автомобиля. Рулевая рейка может иметь верхнее либо нижнее расположение, что также зависит от модели транспортного средства. Рулевые рейки с верхним расположением устанавливаются сзади мотора, они крепятся к автомобильному кузову. Рулевые рейки с нижним расположением крепятся снизу, их соединяют с кузовом, подрамником либо балкой.

Чего боится рулевая рейка

Коррозия (или, проще говоря, ржавчина) – один из главных врагов рейки и это очень важный момент. Эксперты отмечают, что в ряде случаев ее провоцируют сервисмены, которые при замене рулевых тяг затягивают их пыльники пластиковыми хомутами, а на штатными металлическими элементами. Разумеется, при таком подходе возни меньше, но пластиковые фиксаторы не обеспечивают стопроцентную герметичность пыльников. Получается следующая картина: один пыльник втягивает в себя теплый воздух из моторного отсека, а другой выдавливает его обратно. Казалось бы, что тут особенного? Но не стоит забывать про конденсат, который образуется в процессе остывания воздуха. Вот так рейки и ржавеют.

Конструктивные особенности мотора

Как уже было отмечено выше, выполнить капитальный ремонт этого силового агрегата не представляется возможным. Все из-за того, что тонкостенные гильзы из высокопрочного чугуна вплавлены в блок. Рубашка охлаждения – открытого типа. Конструкторы озадачились вопросом снижения степени износа цилиндров. Для этого коленчатый вал установили со смещением относительно линии осей цилиндров. Такое решение позволило несколько увеличить ресурс мотора. Наряду с этим была использована технология LFA. Это специальное напыление на поршни, которое несколько снижало степень трения.

В конструкции мотора отсутствуют гидравлические компенсаторы. Поэтому завод изготовитель рекомендует через каждые 20 000 километров пробега выполнять регулировку клапанов с помощью специальных толкателей. Двигатель 1NZ-FE, характеристики которого мы рассмотрели, имел довольно популярную систему подачи топлива. Так называемый последовательный впрыск хорош тем, что каждая форсунка управляется электронным блоком отдельно.

Виды рулевых реек

Работа простейшей червячно-реечной пары может быть реализована без привлечения дополнительных устройств, помогающих вращать рулевое колесо. Стремление облегчить усилия водителя привело к оснащению механизма специальными блоками, освобождающими от необходимости напрягаться для осуществления манёвра. По мере своего развития схема последовательно совершенствовалась, пройдя три ступени улучшений, и реализуется в следующих типах:

1. Механическая (ручной).
2. С гидроусилителем руля (ГУР).
3. С электрическим усилителем руля (ЭУР).

Поскольку на автомобильном рынке имеются машины, использующие все указанные варианты реечного управления, следует рассмотреть их подробнее.

Механическая рулевая рейка

Это самый простой вид конструкции, представляющий собой прямой привод крутящего момента от руля через согласующий карданный вал и зубчатый валик. Схематически механическая рулевая рейка представлена на рисунке.

Очевидными недостатками такого решения будут необходимость приложения значительного усилия к рулю (что может ограничивать круг лиц, способных управлять такой машиной) и передача неровностей дороги, ухабов, толчков и ударов на руки шофера, передаваемые на кузов авто вибрации.

Стремление уменьшить затраты сил водителя на управление движением привело к появлению гидравлических и электрических устройств, усиливающих крутящий момент.

Гидравлическая рулевая рейка

Самая распространённая схема с ГУР представлена на рисунке. Гидравлическая рулевая рейка работает по схеме, заключающейся в перемещении синхронно с поворотом руля водителя под воздействием перепада давления в жидкости поршня. Принцип работы рулевой рейки с гидроусилителем изображён на рисунке.

Связь зубчатого валика (pinion) с рейкой (rack) обычная, однако в месте его сопряжения с валом рулевой колонки (steering column), имеются специальные поворотные клапаны (rotary valve), регулирующие направление подачи жидкости (окрашена на схеме в оранжевый цвет) под давлением от насоса (from pump). При повороте, например, руля вправо, давление через клапан передаётся по нижней (по схеме) жидкостной магистрали (fluid line) в часть цилиндра справа от поршня. При этом он (piston), жёстко связанной с рейкой (rack), помогает ей перемещаться влево (по схеме) и выдавливает лишнюю жидкость, которая направляется поворотным клапаном в расширительный бачок (to reservoir). При вращении руля в другую сторону направление циркуляции масла изменяется на противоположное.

Устройство гидравлической рулевой рейки требует дополнительной установки на двигатель насоса ГУР, отбирающего определённую мощность с мотора. Кроме того, устройство рулевой рейки с гидроусилителем подразумевает работу ГУР только при запущенном двигателе, когда достигается номинальное давление гидравлической жидкости в замкнутом контуре.

Электрическая рулевая рейка

Электрическая рулевая рейка — это вариант облегчения прилагаемого водителем к рулю усилия с использованием электромотора, связанного червячным зацеплением с шестернёй, закреплённой на рулевом валу.

Принцип работы электрической рулевой рейки прост: контроллер двигателя синхронизирует направление его вращения с движениями рук шофера. Такое решение делает движение руля лёгким, почти не требующим усилий.

Однако простая червячно-шестерёнчатая пара имеет одну особенность, которая заключается в том, что передача крутящего момента возможна только в одном направлении — от червяка к ведомому ободу шестерни. В обратном порядке механизм блокируется. Поэтому использование простой шестерни не решает проблемы, и приходится усложнять червячную передачу, дополняя её планетарным узлом с тремя сателлитами для связи усилителя крутящего момента с приводом зубчатого вала.

На рисунке выше изображена электрическая рулевая рейка: устройство и принцип работы этого узла. Стрелками показано воздействие дополнительного усилия через червячную передачу и сателлиты на приводной вал перемещения. В случае отказа электромотора такая конструкция обеспечивает возможность ручного управления движением, что иллюстрирует рисунок внизу.

Так, если в червячном зацеплении возникли неполадки и оно блокируется, крутящий момент беспрепятственно передаётся напрямую от рук водителя через реечный механизм поворота к колёсам (показано голубыми стрелками). При этом потребуется лишь приложить больше сил ввиду выхода из строя электрического усилителя руля, однако управляемость автомобиля не пострадает.

См. также

Роль усилителя в системе рулевого управления

Этот элемент помимо того, что позволяет снизить усилие прикладываемое водителем к рулевому колесу, позволяет значительно увеличить точность управления автомобилем. Благодаря наличию усилителя в конструкции рулевого управления появилась возможность использовать в системе элементы, обладающие небольшой величиной придаточного числа. Усилители системы управления делятся на три типа:

1. Электрический.
2. Пневматический.
3. Гидравлический.

Однако большее распространение получил последний тип. Гидравлика отличается надежностью конструкции и плавностью работы, но требует технического обслуживания по замени жидкости. Электроусилитель рулевого управления встречается реже, но все же большинство моделей современной автомобильной техники укомплектовано именно им. Усиление в нем обеспечивает электрический привод. Заметим, что электронное управление отличается наличием расширенного ряда возможностей, но изредка требует проверки и регулировки.

Ремонт рулевой рейки своими руками

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:

Принцип работы гидроусилителя руля

Рассмотрим несколько режимов работы гидроусилителя при повороте колес в любую сторону:

1. Автомобиль стоит неподвижно на месте, колеса установлены прямо. В данный момент гидроусилитель не работает и жидкость просто перекачивается насосом по системе (из бачка в распределитель и обратно).
2. Водитель начинает вращать рулевое колесо. Крутящий момент от рулевого колеса передается на вал распределителя и далее на торсион, который начинает закручиваться. Поворотный золотник в этот момент не вращается, поскольку ему мешает это сделать сила трения, препятствующая повороту колес. Перемещаясь относительно золотника, вал распределителя открывает канал для поступления жидкости в одну из полостей гидроцилиндра (в зависимости от того, куда повернут руль). Таким образом, вся жидкость под давлением направляется в гидроцилиндр. Жидкость из второй полости гидроцилиндра поступает в сливную магистраль и далее в бачок. Жидкость давит на поршень со штоком, за счет чего перемещается и поворачиваются колеса.
3. Водитель прекратил вращение рулевого колеса, но продолжает удерживает его в повернутом положении. Рулевая рейка, перемещаясь, вращает поворотный золотник и выравнивает его относительно вала распределителя. В этот момент распределитель устанавливается в нейтральное положение и жидкость вновь просто циркулирует по системе, не совершая никакой работы, так же как и при прямолинейном положении колес.
4. Водитель “выкрутил” руль в крайнее положение и продолжает его удерживать. Данный режим является наиболее тяжелым для гидроусилителя, поскольку распределитель не может вернуться в нейтральное положение, и вся циркуляции жидкости происходит внутри насоса, что сопровождается повышенным шумом его работы. Но стоит отпустить руль, и система придет в норму.

Схема работы гидроусилителя

ГУР устроен таким образом, что при его отказе рулевое управление будет продолжать работу и возможность управлять автомобилем сохранится.

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 отметок «Max» 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.

Разбираемся с брендами

Как и всегда, мы можем смело порекомендовать OEM-запчасти, то есть оригиналы. Их качество всегда на высоте, ведь оно контролируется не только на заводе-производителе, но и второй раз уже автоконцерном.

Впрочем, близки к оригиналу рейки следующих брендов: Bosch, TRW, Spidan (Германия), General Ricambi (Италия). Многие специалисты советуют устанавливать именно их, если ваша старая рейка поломалась.

Достаточно популярны Profit (Чехия) и крупная компания JP Group (Дания). Номенклатура производимых ими запчастей просто огромна. Конечно, в нее попадают и рейки. Как бюджетное решение они очень хороши – в отличие от заводского «Китая», указываемый производителем ресурс этих реек правдоподобен.

Также нельзя не упомянуть производителей сальников. Лучшие из них производят Spidan, Febi, Lemförder (Германия), Sasic (Франция). Из бюджетных стоит отметить все тот же JP Group (Дания) и Pascal, Maxgear (Польша).

Как слить и долить тормозную жидкость

Устройство и основные составляющие

Схема рулевой рейки Рассмотрим, как устроена рулевая рейка. Описываться будет реечное рулевое управление в целом. Итак, его основные составляющие:

• рулевое колесо (или руль) – устройство для управления движением автомобилем в заданном направлении;
• рулевой вал – металлический стержень, который имеет шлицы (пазы) для закрепления руля с одной стороны, а с другой – шлицы для крепления самого рулевого вала к рулевой колонке;
• рулевая рейка – силовой узел, который состоит из зубчатой рейки и шестерни. Именно она приводит в движение рейку. Данный узел собран в корпус из легкого сплава и закреплен к кузову машины;
• рулевые тяги – металлические стержни. Каждая тяга с одной стороны имеет резьбу, а с противоположной – шарнирное шаровое устройство, на котором также имеется резьба;
• рулевой наконечник – деталь для вкручивания тяги. Имеет шаровый шарнир и внутреннюю резьбу.

Отметим, что иногда рулевой механизм имеет еще один компонент – демпфер рулевой рейки. Этот элемент устанавливается между тягами и корпусом рулевой рейки. Демпфер является амортизатором двустороннего действия. Основная задача демпфера – снизить вибрации на рулевом колесе. Демпфер рулевой рейки часто предустановлен на различных внедорожниках, так как именно этот тип машин чаще всего передвигается по плохим дорогам.