Конструкция и типы рулевого управления авто
Рулевое управление автомобиля – совокупность узлов и механизмов,которые позволяют изменять направление движения авто путем принудительного поворота колес передней оси в нужную сторону (кинематический тип управления). Относится эта составляющая к системам управления авто, и от нее напрямую зависит безопасность движения.
На технике помимо кинематического типа рулевого управления (за счет поворот колес управляемой оси) используется силовой тип (за счет притормаживания нужных колес или «перелома» рамы). Второй тип нашел распространение только на спец. технике. На автомобилях же используется исключительно кинематический тип рулевого управления. Хотя в современных автомобилях силовой тип может использоваться как вспомогательный — система курсовой устойчивости «подруливает» авто путем притормаживания колес, обеспечивая более уверенный вход авто в поворот.
Конструкция рулевого управления автомобиля
Рулевое управление автомобиля состоит из трех компонентов:
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:
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:
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:
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.
Принцип работы рулевого управления
Для примера возьмем ситуацию, при которой водителю необходимо повернуть налево.
Вращение руля влево валом колонки передается на шестерню, и она тоже вращается в ту же сторону. За счет зубчатого зацепления шестеренка смещает рейку вправо.
Сдвигаясь, рейка тянет левую рулевую тягу, из-за чего амортизационная стойка или ступица проворачивается вокруг оси влево, обеспечивая поворот левого колеса в нужную сторону.
Одновременно рейка толкает правую рулевую тягу, что приводит к повороту правого колеса влево. В результате колеса управляемой оси поворачиваются синхронно, но угол поворота у них разный, что исключает скольжение колес при маневре.
Разница углов поворота обеспечивается заданием установочных углов (развала и схождения) управляемым колесам.
Усилители
Рулевое управление автомобилей сейчас комплектуется усилителями, обеспечивающими повышение усилия, прикладываемого водителем к рулю.
Наибольшее распространение получили усилители гидравлического и электрического типов.
В первом варианте дополнительное усилие создается за счет давления жидкости, нагнетание которой выполняется специальным насосом. Особенностью конструкции гидроусилителя является использование рулевого механизма в качестве гидравлического силового цилиндра (корпус выполняет роль цилиндра, а рейка – поршня).
В электрическом усилителе дополнительно усилие создается электродвигателем с редуктором. На автомобилях используется два типа электроусилителей – располагаемых на колонке и воздействующих на ее вал, а также входящие в конструкцию механизма (взаимодействует с рейкой).
Износ и неисправности
Система управления автомобилем обладает сравнительно простой конструкцией, что обеспечивает узлу большой ресурс. Но со временем составные компоненты рулевого управления изнашиваются (ломаются они реже), что сильно сказывается на управляемости авто, а соответственно и на безопасности движения.
Износу подвержены компоненты, которые взаимодействуют с иными составляющими или обладают подвижными элементами:
Износы указанных компонентов приводят к появлению люфта в рулевом управлении, из-за которых снижается управляемость машины (уменьшается взаимосвязь между управляемыми колесами и рулем).
Поскольку люфты в компонентах узла появляются сразу и от них не избавиться, установлены граничные нормы износа рулевого управления. Для легковых авто критическим является суммарный люфт, превышающий 10 град., а для грузовых авто – 20 град. Суммарный люфт определяется с помощью специального прибора – люфтомера.
Если люфт превышает граничные нормы, узел требует ремонта. Устранение износа в наконечниках, карданных шарнирах выполняется путем их замены.
Для устранения люфта в паре «шестерня-рейка» в конструкции механизма предусмотрен специальный регулировочный винт, которым «выбирается» зазор, образованный между зубьями. Но при сильном износе зубьев регулировка уже невозможна, и восстановление нормальной работоспособности механизма выполняется путем ремонта с заменой изношенных элементов.
Помимо износа в узле возможно и появление неисправностей, которые проявляются в виде повышения усилия при повороте в сторону, подклиниваний, хрустов. Такие симптомы указывают на поломки в механизме – выкрашивание зубьев шестерни и сектора рейки, их граничный износ.
ТО и ремонт
Обслуживание системы управления автомобиля включает в себя ряд операция:
Рулевое управление хорошо поддается ремонту. Замена составляющих системы требуется редко, зачастую удается восстановить работоспособность управления путем ремонта с использованием ремкомплектов и запчастей.
Механизм рулевого управления автомобиля: типы и устройство
Рассмотрим устройство рулевого управления, принцип работы, разновидность элементов. Наведены цены ремонта и деталей, а так же основные поломки деталей. В конце статьи видео-обзор механизма рулевого управления. Рассмотрим устройство рулевого управления, принцип работы, разновидность элементов. Наведены цены ремонта и деталей, а так же основные поломки деталей. В конце статьи видео-обзор механизма рулевого управления.
Рулевое управление автомобиля можно считать основным механизмов всей конструкции, по сути, без него нельзя управлять машиной. Учитывая прогресс технологий и автомобильной промышленности, на сегодня выделяют несколько вариантов устройства, а так же разное расположение в салоне автомобиля (слева или справа).
Если объяснить в нескольких словах, то это передаточных механизм, от рулевого колеса и на колеса автомобиля. Чтоб понять, как устроено управление автомобиля, рассмотрим принцип работы, устройство и основные нюансы, которые чаще всего встречаются.
Что такое механизм рулевого управления авто
Сам рулевой механизм считается основой для управления автомобилем. Это не отдельный элемент, а совокупность деталей, механизмов и узлов, которые передают положение руля на угол поворота передних колес автомобиля. Независимо от транспортного средства, основной задачей такого набора считается обеспечение поворота, а так же поддержание заданного водителем направления движения транспорта.
В момент поворота руля, угол наклона передается с помощью механизмов на рейку, после чего колеса меняют положение, соответственно и направление движения автомобиля меняется. По строению специалисты выделяют несколько видов поворотного механизма колес автомобиля, при этом результат работы будет одинаковым.
Устройство механизма рулевого управления авто
В зависимости от способа преобразования крутящего момента и поворота руля, различают несколько вариантов механизма. Соответственно и строения будет отличаться. Среди основных видов выделяют реечный и червячный механизм, так же есть еще винтовой механизм, но по строению он многих напоминает червячную передачу. С другой же стороны винтовой тип рулевого управления показывает больший КПД, а значит и усилие больше.
Независимо от механизма управления автомобиля, большая часть деталей одинаковая. В перечне числится:
Чтоб понять, за что отвечает каждая из наведенных деталей, рассмотрим их более подробно. Руль неизменная деталь, без которой не может обойтись любое транспортное средство, в автомобилях оно чаще всего круглой формы. В зависимости от страны, где в дальнейшем будет эксплуатироваться автомобиль, руль могут расположить слева или справа. Основное назначение руля – указание направления автомобиля, за счет поворота в одну или другую сторону. Для комфорта и безопасности руль может быть с подогревом, возможностью регулировки по вертикали и глубине и с функциональными кнопками. Как дополнение за рулем могут добавить подруливые лепестки для переключения передач (только автоматические трансмиссии).
Рулевая колонка играет не менее важную роль, основная задача – передать угол наклона руля на механизм поворота колес. Как правило, это вал с шарнирными соединениями, но учитывая прогресс, передачу управления может производить электродвигатель, за счет электроники. Для обеспечения дополнительной защиты автомобиля от угона и дополнительной безопасности, в состав рулевой колонки может входить механическая или электронная система блокировки. Так же на колонку многие производители устанавливают замок зажигания, рычаги управления поворотами, стеклоочистителями и другими необходимыми функциями.
За поворот колес и дальнейшую обработку крутящего момента от колонки отвечает рулевой механизм. Именно эта часть в зависимости от производителя может иметь разную внутреннюю конструкцию. Если брать поверхностный осмотр, то конструкция состоит из редуктора и передаточного механизма, который соединяет рулевую рейку и колонку.
Для комфорта водителя и сохранения рулевого механизма, инженеры добавили усилитель руля. Именно он позволяет не только повысить КПД передачи усилия поворота от руля к приводу, но и смягчить этот процесс, убирая рывки и нагрузку на детали всего механизма поворота колес. Еще одним важным элементом всего механизма можно считать рулевой привод. По устройству это не одна деталь, а совокупность нескольких элементов, как правило, в него входят рулевые тяги, наконечники и рычаги. Что касается дополнительных элементов, то здесь все зависит от самого производителя и устройства подвески.
Схема механизма рулевого управления авто
Принцип работы и виды механизмов рулевого управления
Как уже говорили, выделяют три основные виды механизма рулевого управления: реечный, червячный и винтовой. Самым распространенным видом на легковых автомобилях считается реечный. Конструкция достаточно простая и отличается неплохим КПД передачи крутящего момента руля (устанавливают на авто с независимой подвеской). Основой служит рулевая рейки с шестерней, сама же шестерня устанавливается на вал и постоянно находится в сцеплении с рейкой.
Второй вид механизма – червячный. Считается самым старым видом среди существующих вариантов. Чаще всего встречается на классических, отечественных автомобилях, а так же на машинах с повышенной проходимостью. Как правило, подвеска таких автомобилей зависимая. От предыдущего вида червячный механизм отличается наличием червячного ролика, вместо шестерни, картера, а так же рулевой сошки.В таком механизме управления «червяк» располагается на нижней части рулевого вала и находится в постоянном сцеплении с роликом. За счет такой конструкции вал проворачивается, передавая усилие на колеса автомобиля. С основным преимуществ можно отметить передачу большого усилия, лучшая маневренность машины, минимальная передача удара колес на руль, а так же поворот колес на большой угол, чего не могут другие механизмы. Все же есть и минусы, конструкция весьма сложная, а обслуживание стоит денег. К тому же в состав входить множество соединений, которые со временем приходят в негодность и требуют периодической регулировки.
Последний из видов рулевого управления – винтовой. В отличие от двух предыдущих видов, механизм соединяется с помощью гайки и шариков специального винта. Как показывает практика, износ такого механизма минимальный, а детали ломаются очень редко.
Видео-обзор разновидности деталей рулевого управления
Чаще всего винтовой механизм применяют на грузовых автомобилях, автобусах и легковых автомобилях представительского класса с повышенным комфортом и безопасностью. По принципу работы винтовой подвид работает так же, как и червячный, передавая момент прокручивания руля через червячную передачу.
Виды усилителей механизма рулевого управления
Чтоб облегчить управление автомобилем и улучшить комфорт, в пару к механизму рулевого управления машиной инженеры добавили усилитель руля. Выделяют три основных вида усилителей руля: гидравлический усилитель, с электрическим усилителем и с электрогидравлическим.
Гидравлический усилитель руля (так же известен как ГУР) считается самым распространенным, среди всех существующих. Главным преимуществом считается компактность, ремонтопригодность и простота конструкции. Есть и минус, постоянно необходимо контролировать уровень рабочей жидкости.
Второй вариант усилителя руля – электрический (ЭУР). На сегодня это самый прогрессивный механизм, за счет своего устройства обеспечивает простую настройку, надежность в работе и экономный по расходу топлива (нагрузки на двигатель). Основной и огромный плюс – возможность управления автомобилем без участия водителя.
Последний, третий вариант усилителя руля – электрогидравлический (ЭГУР). В основе лежит принцип работы обычного гидравлического усилителя, но в данном варианте насос в действие привод электродвигатель, а не двигатель внутреннего сгорания, как в первом варианте усилителя.
За счет строения и разнообразных возможностей, механизм управления производитель может доукомплектовать системой активного рулевого управления (AFS), динамического или же адаптивного управления.
Особенности левого и правого руля
Ни для кого не будет удивлением, что руль в автомобиле может находиться справа или слева. На данный фактор влияет страна производства автомобилей и место его эксплуатации. Как показывает статистика, в большей части стран мира движение правостороннее, соответственно руль располагается в автомобиле слева.
Помимо внешнего расположения руля, под него адаптируют редуктор руля. С другой же стороны, практика показывает, что переоборудовать руль с одной стороны на другую абсолютно можно. Особенно это удобно на транспортных средствах, где есть так званая система гидрообъемного механизма управления. Тогда попросту необходимо переставить сам руль, рулевой кардан и заменить переднюю панель, поворотный набор под капотом не требует доработок или изменений.
Нужно ли регулировать механизм рулевого управления
Начинающий автолюбитель может спросить, нужно ли регулировать элементы рулевого управления, ответ однозначный – да. Зачастую в регулировке нуждается шестерня-рейка и червячный элемент. Именно в этих деталях в момент эксплуатации может появиться люфт, что повлечет за собой быстрый износ других элементов, чаще всего поломку рейки или ближайших механизмов.
Как правило, регулировку рулевого механизма необходимо проводить только на специализированных СТО и точно по регламенту производителя. Если больше чем нужно поджать детали механизма, это может привести к частичному или полному заклиниванию, в момент поворота руля, в одно из крайних положений. Такой «ремонт» может привести к потере управляемости и непредсказуемым последствиям.
Стоимость ремонта и деталей механизма
Так как основа рулевого управления автомобиля имеет подвижные элементы, соответственно со временем они выходят из строя, несмотря на качество и изначальную стоимость элементов. Прежде чем приступить к ремонту, необходимо пройти диагностику и чем сложней конструкция автомобиля, тем дороже обойдутся необходимые процедуры. В среднем диагностика элементов механизма обойдется от 400-700 рублей.
| Средняя стоимость ремонта элементов рулевого управления | ||
| Наименование | Цена от, руб. | Цена от, грн. |
| Ремонт рулевой рейки с ЭУР | 5000 | 2000 |
| Ремонт рейки с ГУР | 6250 | 2500 |
| Ремонт рейки без ГУР | 4500 | 1800 |
| Ремонт распределителя рейки | 3000 | 1200 |
| Гильзовка корпуса рейки | 2500 | 1000 |
| Замена крестовины | 2250 | 900 |
| Ремонт редуктора (грузового авто) | 13750 | 5500 |
| Замена редуктора | 8750 | 3500 |
| Замена насоса гидроусилителя | 1750 | 700 |
Что касается стоимости деталей механизма, то многое зависит от марки, модели автомобиля, устройства элементов и других факторов.
Основные неисправности и причины
Вариантов поломки рулевого управления может быть много, и предсказать каждый практически невозможно. Все же специалисты выделяют основные детали, которые чаще всего выходят из строя:
Причиной поломки или быстрого износа данных деталей чаще всего бывают плохие дороги, несвоевременное обслуживание и ремонт механизма. Намного реже приходит предельный срок эксплуатации деталей. Основными признаками таких неисправностей считают стук в рулевом управлении, биение по рулю, люфт руля, шум в гидроусилителе и подтекание жидкости гидроусилителя. В зависимости от поломки, нужно искать не только неисправную деталь, но и очаг причины поломки. Обычно это одна или серия деталей, которые тянут за собой последующее повреждение новых и замененных деталей.
Как видим, существует множество видов и разное устройство рулевого управления. Но, несмотря на это, оно выполняет одинаковую задачу – выбор направления передвижения транспортного средства. С прогрессом автомобилей, основа управления только усовершенствуется, пример тому электромобили, где все чаще начинают использовать механизм на основе электроники. Это значит перспектива развития за тем видом, где отсутствует или минимизирован набор механических связей и деталей.
Видео-обзор принципа работы рулевого управления:
