Виды, конструкция и принцип работы рулевого механизма

Изменение направления движения автомобиля производится поворотом управляемых колёс с помощью рулевого колеса. Однако между ним и колёсами существует устройство, преобразующие усилие рук водителя и его направление для непосредственного приложения силы к поворотным рычагам. Его принято называть рулевым механизмом.

Для чего предназначен рулевой механизм

В общей схеме рулевого управления механизм выполняет следующие задачи:

• преобразует вращение входного вала, к которому подсоединена рулевая колонка, в поступательное для тяг рулевой трапеции;
• согласовывает силу, которую может создать водитель, с необходимым усилием на рычагах, соединённых с поворотными кулаками ходовой части, при помощи имеющейся в конструкции механической передачи с определённым передаточным числом;
• в большинстве случаев обеспечивает совместную работу с усилителями рулевого управления;
• защищает руки водителя от обратных ударов со стороны дорожных неровностей.

С определённой степенью точности данное устройство можно считать редуктором, как оно часто и называется.

Разновидности рулевых механизмов

Можно выделить три наиболее популярные схемы редукторов:

• червячно-роликовый;
• реечный;
• типа «винт-шариковая гайка».

У каждого из них свои преимущества и области использования.

Механизм типа «червяк-ролик»

Данный типа широко применялся в прошлом на всех автомобилях, но сейчас имеет ограниченное использования из-за многих недостатков в сравнении с прочими схемами.

Принцип действия червячного редуктора состоит в обкатывании секторного зубчатого ролика спиральным червячным колесом на валу рулевой колонки. Входной вал редуктора выполнен как одно целое с червячной накаткой переменного радиуса, а для соединения с валом колонки снабжён шлицевым или клиновым разъёмом. Зубчатый сектор ролика находится на валу выхода на сошку, с помощью которой редуктор соединяется с тягами рулевой трапеции.

Вся конструкция помещена в жёсткий корпус, называемый также картером из-за наличия в нём смазки. Обычно это жидкое масло трансмиссионного типа. Выходы валов из картера герметизированы сальниками. Картер крепится болтами к раме или моторной перегородке кузова.

Вращение входного вала в редукторе преображается во вращательно-поступательное шарового наконечника сошки. К ней же крепятся тяги к колёсам и дополнительным рычагам трапеции.

Механизм способен передавать значительные усилия и достаточно компактен при больших передаточных числах. Но при этом в нём сложно организовывать управление с минимальным люфтом и низким трением. Отсюда и область применения – грузовые автомобили и внедорожники, в основном консервативной конструкции.

Рулевые рейки

Наиболее широко распространённый механизм для легковых автомобилей. Реечное управление работает гораздо более точно, обеспечивает хорошую обратную связь и неплохо компонуется в автомобиле.

Реечный механизм состоит из:

• корпуса с креплением к переборке кузова;
• зубчатой рейки, лежащей на опорных подшипниках скольжения;
• приводной шестерни, соединённой с входным валом;
• упорного механизма, обеспечивающего минимальный зазор между шестерней и рейкой.

Выходные механические разъёмы рейки соединены с шаровыми шарнирами рулевых тяг, работающих через наконечники непосредственно с поворотными рычагами. Такая конструкция легче и компактней, чем рулевая трапеция червячного редуктора. Отсюда и происходит высокая точность управления. К тому же зазор ведущей шестерни гораздо точнее и стабильней, чем у сложной формы ролика и червяка. А повышенная отдача на руль компенсируется современными усилителями и демпферами.

Винт с шариковой гайкой

Такой редуктор похож на червячный, но в нём введены важные элементы в виде отрезка рейки с зубчатым сектором, перемещающегося вдоль винта входного вала через циркулирующие металлические шарики. Сектор рейки связан с зубьями на валу сошки.

За счёт использования короткой рейки, фактически являющейся гайкой с шариками вдоль резьбы, значительно снижается трение при высоких нагрузках. А именно это и стало определяющим фактором при использовании механизма на тяжёлых грузовиках и прочих подобных автомобилях. При этом соблюдается точность и минимальные зазоры, за счёт чего эти же редукторы нашли применение в больших легковых автомобилях премиум-класса.

Зазоры и трение в рулевых механизмах

Все редукторы в разной степени нуждаются в периодических регулировках. За счёт износа изменяются зазоры в зубчатых соединениях, у руля появляется люфт, в пределах которого автомобиль неуправляем.

Червячные передачи регулируются перемещением зубчатого сектора в перпендикулярном входному валу направлении. Сохранность зазора при всех углах поворота руля трудно обеспечить, поскольку износ идёт разными темпами в часто используемом направлении движения прямо и более редко – в поворотах на различные углы. Эта общая проблема во всех механизмах, рейки тоже изнашиваются неравномерно. При сильном износе приходится заменять детали, иначе при вращении руля зазор будет переходить в натяг с повышенным трением, что не менее опасно.