Рулевая рейка — принцип работы и конструкция

Среди всех типов рулевых редукторов реечный занимает особое место хотя бы потому, что он наиболее распространён в конструкциях легковых автомобилей. Обладая рядом достоинств, рейка, а именно так его принято кратко называть по признаку применения основной детали, практически вытеснила все прочие схемы.

Особенности использования рейки

Сама по себе рейка представляет скользящий стальной стержень с зубчатой насечкой. Со стороны зубьев к нему прижата приводная шестерня. Вал рулевой колонки имеет шлицевое соединение с валом ведущей шестерни. Обычно используется косозубое зацепление, как бесшумное и способное передавать значительные нагрузки.

При вращении руля водитель, действуя совместно с усилителем руля, перемещает рейку в нужном направлении. Концы рейки через шаровые соединения действуют на рулевые тяги. В разрезе тяг установлены резьбовые муфты регулировки схождения и рулевые шаровые наконечники. В конечном счёте перемещающее усилие через поворотный рычаг передаётся на кулак, ступицу и управляемое колесо с каждой стороны. Конфигурация рассчитана таким образом, чтобы резина не проскальзывала в пятне контакта, а каждое колесо двигалось по дуге нужного радиуса.

Состав реечного рулевого механизма

Типичный механизм включает в себя:

• корпус, где размещены все детали, снабжённый проушинами крепления к моторному щиту или раме;
• зубчатую рейку;
• подшипники скольжения втулочного типа, на которые рейка опирается при перемещениях;
• входной вал, обычно размещённый в роликовых (игольчатых) подшипниках качения;
• устройство регулировки зазора в зацеплении из подпружиненного сухаря и регулировочной гайки;
• пыльники рулевых тяг.

Иногда механизм комплектуется внешним демпфером, призванным минимизировать один из недостатков реечного механизма – излишне сильную передачу на руль ударов от попадающих на неровности колёс. Демпфер представляет собой горизонтально расположенный телескопический амортизатор, подобный тому, что устанавливается в подвесках. Одним концом он соединён с рейкой, а другим – с подрамником. Все удары гасятся гидравликой амортизатора.

Простейшие механизмы, применяемые на самых лёгких автомобилях, лишены усилителя рулевого управления. Но большинство реек располагают им в своём составе. Исполнительный механизм гидроусилителя интегрируется в корпус рейки, наружу выходят лишь штуцеры подключения гидравлических магистралей с правой и левой сторон поршня.

Распределитель в виде золотникового клапана и отрезка торсиона встраивается в корпус входного вала реечного механизма. В зависимости от величины и направления приложенного водителем усилия, закручивающего торсион, золотник открывается в сторону левого или правого штуцеров гидроцилиндра, создавая там давление и помогая водителю перемещать рейку.

Иногда в реечный механизм встраиваются и элементы электрического усилителя, если он не расположен на рулевой колонке. Прямой привод на рейку более предпочтителен. В этом случае рейка имеет электродвигатель с редуктором и второй приводной шестерней. Она работает параллельно с основной по отдельной зубчатой насечке на рейке. Направление и величина усилия определяются электронным блоком управления, получающим сигнал с датчика закручивания торсиона входного вала и формирующим силовой ток на электродвигатель.

Достоинства и недостатки механизма с рейкой

Среди преимуществ можно выделить:

• высокую точность рулевого управления;
• простоту обеспечения прозрачности руля, даже снабжённого усилителем;
• компактность узла и простоту конструкторской компоновки в районе моторного щита;
• малый вес и относительно низкую стоимость;
• хорошую сочетаемость как с устаревающими гидроусилителями, так и с современными ЭУР;
• удовлетворительную ремонтопригодность, выпускаются ремкомплекты;
• нетребовательность к смазке и частому обслуживанию.

Есть и недостатки:

• принципиально высокая прозрачность руля в случае использования на неровных дорогах, при отсутствии демпферов и быстродействующих усилителей водитель может получить травму;
• шумность в виде стуков при работе с увеличенным зазором, когда износ происходит неравномерно, то зазор не удаётся отрегулировать.

Сочетание плюсов и минусов в работе реечного механизма определяет его область применения – это легковые автомобили, в том числе и спортивные, эксплуатируемые преимущественно по хорошим дорогам на высоких скоростях. В этом случае рейка проявляет себя наилучшим образом и опережает по потребительским качествам все прочие схемы рулевого управления.

Обслуживание механизма иногда проводится с целью уменьшить зазор при появлении стуков. К сожалению, по описанным выше причинам неравномерного износа это не всегда удаётся. В таких случаях механизм заменятся в сборе, часто на восстановленный в заводских условиях. Применение ремкомплектов избавляет лишь от стуков в подшипниках и опорных втулках, но не от износа зубчатой пары. Но в целом срок службы механизма достаточно высок, а стоимость новых деталей вполне приемлемая.