Назначение и устройство рулевой колонки автомобиля
Содержание
В устройство любого автомобиля входит рулевое управление. Эта система позволяет задать направление движущемуся транспортному средству за счет поворота передних колес. В некоторых современных моделях легковых автомобилей рулевое управление способно в незначительной степени изменять положение и задних колес. Благодаря этому радиус поворота значительно снижается. О том, насколько важен этот параметр, можно ознакомиться из отдельной статьи.
Сейчас сосредоточимся на ключевом механизме, без которого машина не повернет. Это рулевая колонка. Рассмотрим, какие модификации может иметь данный механизм, как он регулируется, а также как его отремонтировать или заменить.
Что такое рулевая колонка автомобиля
Рулевой механизм приводится в движение водителем при помощи руля, расположенного в салоне авто. Он передает крутящий момент на привод поворотных колес. Исправность данного устройства непосредственно влияет на безопасность во время движения транспорта. По этой причине автопроизводители уделяют много внимания качеству данного механизма, что минимизирует его резкий выход из строя. Несмотря на ее надежность, колонка тоже подвержена износу и поломкам, поэтому водитель обязан контролировать техническое состояние этого устройства.
Помимо прямого назначения – передавать крутящий момент от рулевого колеса на поворотные механизмы авто – рулевая колонка также служит опорой для разных переключателей, которые всегда должны быть под рукой. В этот список входит переключатель света, стеклоомывателя и других функций, нужных во время движения машины. На многих моделях здесь же располагается замок зажигания (в некоторых авто вместо него используется кнопка запуска ДВС, и она может располагаться на центральной панели).
Данный элемент также обеспечивает безопасное управление автомобилем, а его устройство предотвращает получение травм, когда происходит лобовой удар. Конструкция современной колонки состоит из нескольких сегментов (минимум два), благодаря чему фронтальное столкновение провоцирует деформацию механизма, и он не повреждает грудную клетку водителя при серьезном ДТП.
Этот механизм работает вместе с механическим редуктором, который преобразует вращательное движение в линейное. О разновидностях данного узла мы поговорим немного позже. В терминологии, касающейся рулевого управления, встречается выражение «передаточное отношение РУ». Это соотношение угла поворота руля и поворотных колес. Данный редуктор соединяется с так называемой трапецией. Ее функционал всегда одинаков, несмотря на разные модификации конструкции.
Данный элемент управления через систему рулевых тяг поворачивает колеса на разный угол в зависимости от оборотов рулевого колеса. В некоторых автомобилях эта система также обеспечивает наклон поворачиваемых колес, благодаря чему улучшается маневренность транспорта на нешироких участках дороги.
В задачу рулевого управления входит не только возможность обеспечить комфортный поворот передних колес. Немаловажным фактором является способность вернуть их в исходное положение. В некоторых моделях авто устанавливаются системы, которые меняют передаточное число рулевой рейки. Среди разновидностей – активное рулевое управление AFS. Еще в исполнительных механизмах обязательно присутствует небольшой люфт. О том, зачем он нужен, как устранить его избыток и какое допустимое значение этого параметра, читайте здесь.
Устройство рулевой колонки
Изначально старый автомобиль получал достаточно примитивное рулевое управление. Руль устанавливался на вал, закрепленный на шарнирах. Вся конструкция находилась в кожухе (обычно он тоже был металлическим). Вот уже около ста лет принцип работы и функция рулевой колонки не меняется. Единственное – автопроизводители постоянно совершенствуют данный механизм, внося в его конструкцию некоторые изменения, повышая комфорт управления и безопасность во время ДТП.
Современная РК состоит из:
- Рулевого и промежуточного вала;
- Монтажной втулки;
- Контактной группы (активирует зажигание бортовой системы авто, о котором подробно рассматривается в другой статье). Хотя она не является частью устройства самой колонки, этот узел с ней ассоциируется;
- Шестерен (ведущая и ведомая);
- Кожуха;
- Монтажного блока замка зажигания (если не используется отдельная кнопка запуска ДВС);
- Монтажного блока переключателей, расположенных под рулем;
- Верхнего корпуса;
- Пыльников;
- Демпфера;
- Блокиратора вала;
- Крепежей (болтов, гаек, пружин, кронштейна и т.д.);
- Карданной передачи (о том, в каких еще узлах автомобиля используется данный механический элемент, читайте в другом обзоре).
Большое значение имеет качество пыльников. Они предотвращают попадание посторонних частиц и мусора в механизмы, из-за чего произошла бы блокировка управления. Во время движения транспортного средства это неизбежно приведет к аварии. По этой причине в плановое обслуживание ТС должна входить диагностика состояния и этих элементов.
Чтобы нагрузка от веса колонки не возлагалась на исполнительные элементы, она крепится к передней панели при помощи прочного кронштейна. Эта деталь также должна быть прочной, так как она берет на себя не только вес конструкции РК, но и предотвращает ее от перемещения в результате усилий со стороны водителя.
В основе рулевой колонки используется несколько шарнирных соединений (изготавливаются из высоколегированной стали), которые находятся в пластиковых кожухах. Использование данного материала обеспечивает исправную работу механизма и предотвращает резкий выход из строя. Также по сравнению с первыми разработками современные РК изготавливаются так, чтобы во время фронтального столкновения вал складывался, благодаря чему мощный удар не такой опасный.
Ключевыми требованиями к рулевой колонке являются:
- На ней рулевое колесо должно крепко фиксироваться;
- При ДТП должна обеспечивать снижение травматизма водителя;
- Способность облегчить движение автомобиля за счет легкого маневрирования на извилистых участках дороги;
- Точная передача усилий водителя от руля на поворотные колеса.
РК работает в следующей последовательности. Водитель поворачивает рулевое колесо. Крутящий момент передается на вал и через карданные передачи поступает на ведущую шестерню. Эта деталь в совокупности с ведомой шестерней определяют количество поворотов руля для полного перемещения колес. Чтобы водителю легче было поворачивать большие колеса в тяжелом автомобиле, эта пара имеет небольшие размеры, благодаря чему происходит увеличение усилий на трапецию. В современных автомобилях для этого используются разные типы усилителей (об этом подробно читайте здесь).
В этот момент активируется рулевая рейка. В подробности работы этого узла вникать не будем. Подробно об устройстве, принципе работы и разных модификациях элемента уже имеется отдельная статья. Данный механизм перемещает рулевые тяги в соответствии с направлением, которое определяет сам водитель.
Линейное движение воздействует на поворотный кулак каждого колеса, благодаря чему они поворачиваются. Дополнительно о других функциях поворотного кулака рассказывается отдельно. Так как от рулевой колонки зависит безопасность движения любого автомобиля, она спроектирована так, чтобы поломки в ней происходили крайне редко.
Значение использования рулевого демпфера
Не во всех моделях рулевых колонок используется демпфер. Это скорее дополнительное оборудование, которое обеспечивает больший комфорт при управлении авто. Использование данного элемента обусловлено некачественным дорожным покрытием, из-за которого в рулевом управлении на большой скорости образуется вибрация. Обязательно этот механизм будет стоять во внедорожниках, но им также могут оснащаться и легковые машины.
Рулевой демпфер гасит вибрации, образующиеся в момент, когда колеса наезжают на бугры или попадают в ямки. Проселочная дорога чаще соответствует этому описанию. Несмотря на то, что РК с демпфером будет стоить дороже классической модификации, в данном случае цель оправдывает средства. Причин тому несколько:
- Когда во время езды в рулевое колесо поступают колебания, водитель находится в напряжении, и ему приходится постоянно корректировать положение руля, так как создается ощущение, что машина сходит со своей траектории.
- Так как ходовая часть и рулевое управление способно со временем менять углы положения некоторых элементов, их периодически нужно корректировать. Такая процедура называется настройка развал-схождения (о том, как она проводится, читайте в другом обзоре). Обычно эту процедуру проводят через интервал, соответствующий от 15 до 30 тысяч километров пробега в зависимости от модели авто. Если в рулевом управлении используется демпферный элемент, такую настройку можно выполнять намного позже.
Правда, у данного механизма есть один недостаток. Обычно при появлении отдачи в руле водитель понимает, что автомобиль выехал на нестабильную дорогу, и ради безопасности колес снижает скорость. Так как демпфер гасит колебания в рулевых тягах, информативность рулевого управления снижается, и водителю приходится ориентироваться на другие параметры, свидетельствующие о выезде на плохое дорожное полотно. Но к этому быстро привыкаешь, поэтому данный фактор не является критичным, из-за которого не следовало бы использовать подобную модификацию РК.
Особенности узла и конструкция
Конструкция современной рулевой колонки может иметь дополнительные элементы. В перечень входят:
- Рулевой блокиратор;
- Регулировочные механизмы.
На счёт рулевого блокиратора – это внешнее устройство, которое позволяет автовладельцу заблокировать вал колонки, чтобы никто посторонний не смог угнать автомобиль. Этот элемент относится к охранной системе авто (подробней о том, какие еще средства позволяют защитить машину от угона, читайте здесь). В устройство блокиратора входит стопор с дисковым замком. Блокиратор не снимается, а крепится на валу в процессе сборки автомобиля на конвейере. Разблокировка происходит при помощи ключа зажигания, вставленного в замок зажигания и небольшими поворотами рулевого колеса.
В устройство современных РК также входят механизмы, позволяющие изменить положение колонки. В большинстве случаев регулируется наклон конструкции, но в некоторых авто также встречается регулировка вылета руля. Бюджетный вариант имеет механический принцип действия. Но в более продвинутых моделях этим процессом управляет электроника (это зависит от комплектации автомобиля).
Если в бортовой системе автомобиля имеется память положения РК, кресел и боковых зеркал, то при активной системе зажигания водитель подстраивает положение всех этих элементы под свои параметры. После того как двигатель заглушится и водитель деактивирует зажигание, электроприводы всех этих элементов переводят их в стандартное положение. Такая автоматическая настройка позволяет облегчить посадку/высадку водителя. Как только будет вставлен ключ и активировано зажигание, электроника выставит последнее значение.
Как было сказано немного раньше, передача крутящего момента может осуществляться несколькими методами. Рассмотрим три разновидности связки между валом РК и трапецией рулевого управления. У каждого типа конструкций своя величина КПД.
«Шестерня-рейка»
Данная модификация считается оптимальной, и ее чаще используют в современных автомобилях. Эта конструкция используется в транспортных средствах с независимой подвеской поворотных колес. В устройство реечного рулевого механизма входит корпус рулевой рейки и механическая передача от шестерни к рейке. Работает система следующим образом.
Шестерня закреплена на валу рулевой колонки. Она на постоянной основе зацеплена с зубьями рейки. Когда водитель поворачивает руль, вместе с валом вращается и шестерня. Связка «шестерня-рейка» обеспечивает преобразование вращательных движений в линейные. Благодаря этому рейка перемещается влево/вправо. К рулевой рейке прикреплены рулевые тяги, которые с помощью шарниров закрепляются на поворотных кулаках колес.
Из плюсов данного механизма можно выделить:
- Высокий КПД;
- Простота конструкции;
- Конструкция насчитывает небольшое количество тяг и шарниров;
- Компактные размеры;
- Доступная стоимость нового механизма;
- Надежность работы.
К недостаткам можно отнести сильную чувствительность механизма к особенностям дорожного покрытия. Любая кочка или ямка обязательно передаст вибрацию в руль.
«Червяк-ролик»
Такая конструкция использовалась в старых автомобилях. По сравнению с предыдущей модификацией у данного механизма меньший КПД и более сложная конструкция. Ее можно встретить в рулевых механизмах отечественных моделей авто, легких грузовиках и автобусах. Конструкция такой передачи состоит из:
- Вала;
- Червячно-роликовой передачи;
- Картера;
- Рулевой сошки.
Как и в модификации, упомянутой ранее, ролик и червяк вала зацеплены на постоянной основе. Нижняя часть вала выполнена в виде червячного элемента. На его зубьях устанавливается ролик, прикрепленный к валу рулевой сошки. Эти детали помещены в картере механизма. Вращательные движения вала преобразуются в поступательные, благодаря чему детали трапеции изменяют угол поворота колес.
У червячной конструкции следующие положительные моменты:
- Колеса можно поворачивать на больший угол по сравнению с предыдущей передачей;
- При езде по неровной дороге удары гасятся;
- Водитель может приложить большие усилия для поворота колес, и передача не пострадает (особенно важно для грузовиков и другого габаритного транспорта);
- За счет большого угла поворота автомобиль обладает неплохой маневренностью.
Несмотря на эти плюсы, у червячного типа рулевого управления есть несколько существенных минусов. Во-первых, такая конструкция состоит из большего числа деталей, которые нуждаются в регулировке. Во-вторых, из-за сложности устройства эта модификация рулевого управления стоит намного дороже по сравнению с предыдущим аналогом.
Винтовой тип
По принципу действия винтовой механизм схож с червячным вариантом. Конструкция данной модификации состоит из:
- Рулевого вала с резьбой;
- Гайки;
- Зубчатой рейки;
- Рулевой сошки с зубчатым сектором.
В момент поворота рулевого колеса поворачиваются зубья винта. По ним перемещается гайка. Чтобы снизить трение между зубьями этих двух деталей, между ними помещены ролики. Благодаря этому винтовая пара имеет большой рабочий ресурс. Перемещение гайки приводит в движение зубчатый сектор рулевой сошки, который связан с наружными зубцами гайки. Благодаря этому выполняется перемещение рулевых тяг, и колеса поворачивают.
Данная передача обеспечивает самый высокий КПД. Обычно такую передачу можно встретить в рулевом управлении грузовиков, автобусов, а также представительских легковых моделях.
Как и где прикреплена колонка рулевого управления
Как уже было сказано ранее, рулевая колонка не только способна передавать крутящий момент разной величины от руля к поворотным колесам. Она также должна выдерживать значительные механические нагрузки от рук водителя. У каждого автомобилиста своя физическая сила, и автопроизводители выполняют максимально крепкую фиксацию корпуса механизма. Причина тому – привычка многих водителей покидать салон автомобиля, используя руль в качестве подлокотника или ручки, за которую они держатся.
Чтобы конструкция осталась на месте в случае физически сильного владельца авто, она крепится не на торпедо, а на передней панели кузова при помощи мощного кронштейна. Данный узел не нуждается в периодической проверке. Но если водитель заметил люфт самой конструкции (не рулевого колеса), то следует обратить внимание на ее крепление, чтобы в неподходящий момент конструкция не отпала, хотя такое случается крайне редко, и то после невнимательного ремонта.
Регулировка рулевой колонки
Если в автомобиле установлена регулируемая рулевая колонка, с настройкой положения руля сможет справиться даже новичок. Для этого нужно занять удобное положение в водительском кресле, и отрегулировать сначала его (о том, как это сделать правильно, читайте здесь). Затем выжимается регулировочный фиксатор, и колонка перемещается в удобное положение. Ключевой фактор при этом – положение рук.
Если положить обе руки на верхнюю часть рулевого колеса, то в вытянутом состоянии они должны касаться руля не ладонями, а запястным суставом. В этом случае водителю будет комфортно управлять транспортным средством. Подробней о том, как правильно держать руль (это касается новичков), имеется отдельная статья.
Выполняя настройку положения РК, крайне важно, чтобы машина стояла на месте. Ни в коем случае нельзя делать это во время движения авто. После регулировки необходимо убедиться, что конструкция прочно зафиксировалась. Для этого достаточно несильно толкнуть руль и потянуть его на себя. В моделях с электрическим приводом эта процедура выполняется еще проще – путем нажатия соответствующей клавиши.
Как осуществить ремонт рулевой колонки?
Несмотря на то, что РК – надежный механизм, иногда в нем возникают неисправности, которые ни в коем случае нельзя игнорировать. Самым первым тревожным признаком является появление увеличенного осевого люфта или свободного хода в плоскости. В первом случае это признак неисправности шлицевого соединения или выработки шарниров. Во втором – неполадки с креплением к кронштейну.
Помимо увеличенного люфта к симптомам неисправного рулевого управления относятся:
- Тяжелое вращение рулевого колеса;
- Скрипы при управлении машиной;
- Подтекание смазки.
Если в процессе езды руль туго поворачивается (когда машина стоит на месте, в моделях без гидроусилителя руль всегда будет крутиться туго), следует искать причину в:
- Некорректной настройке развал-схождения;
- Деформации какой-то конкретной детали передающего усилия механизма (это может быть трапеция, рулевая рейка или кардан колонки);
- Установке неподходящих деталей (если тугой ход руля стал наблюдаться после ремонта рулевого управления);
- Сильной затяжке гайки маятника.
Подтекание смазки зачастую связано с тем, что сальники выработали свой ресурс. Такая же неисправность наблюдается при халатном выполнении ремонта (болты картера плохо затянуты) или при износе уплотнительной резинки крышки картера.
Появление скрипов может быть обусловлено:
- Увеличенным зазором в ступичных подшипниках;
- Плохим креплением пальцев тяг рулевого управления;
- Увеличенным зазором втулок и маятника;
- Отработавшими свой ресурс подшипниками;
- Плохим креплением поворотных рычагов.
В некоторых случаях рулевое управление невозможно починить без снятия рулевой колонки. Рассмотрим последовательность выполнения данной процедуры.
Как снять колонку
Чтобы демонтировать рулевую колонку, нужно:
- Отсоединить клеммы аккумуляторной батареи (о том, как это правильно и безопасно сделать, смотрите в другой статье);
- Демонтировать рулевое колесо и снять кожух колонки;
- Открутить гайку снизу колонки, соединяющую с ней тяги (для этого потребуется хороший рычаг);
- Открутить крепление конструкции к лонжерону. Для удобства следует открутить колесо с водительской стороны (переднее);
- Демонтировать стяжной болт на шлицевом соединении;
- Открутить уплотнитель вала, а сам вал вынимается в салон.
После того, как колонка успешно демонтирована, приступаем к ее ремонту. В некоторых случаях детали можно заменить или придется менять полностью всю конструкцию. В процессе замены также стоит приобрести новые уплотнители и крепежные элементы (болты и гайки).
При замене подшипника необходимо придерживаться той же схемы демонтажа колонки. Далее вал в сборе с кронштейном зажимается в тисках. Освободить подшипник можно, выбив вал из кронштейна. Хотя удары эффективно выполнять молотком, важно быть аккуратным, чтобы не расплескать торцевую часть вала. Для этого можно воспользоваться деревянной проставкой, например, толстым дубовым бруском.
Новые подшипники устанавливают узкой частью наружу. Далее выполняется запрессовка изделий, пока они не упрутся в ограничитель. Второй подшипник запрессовывается аналогично, только на этот раз в тисках фиксируется сам вал, а не кронштейн. При поломке крестовины карданной передачи вся конструкция меняется полностью.
В завершение обзора предлагаем небольшую видео-инструкцию того, как демонтировать рулевую колонку на ВАЗ 2112:
Вопросы и ответы:
Где находится рулевая колонка? Это часть рулевого управления, которая находится между рулевым колесом и рулевой рейкой (расположена в подкапотном пространстве и соединяет поворотные колеса с механизмом при помощи тяг).
Как устроена рулевая колонка? Вал, на котором закреплено рулевое колесо. Корпус, на котором крепятся подрулевые переключатели и замок зажигания. Карданный вал с крестовиной. В зависимости от модификации, демпферы, регулировки, блокировка.
