Рис. 1

Рулевой механизм червячного типа состоит из:

Рулевого колеса с валом,

Картера червячной пары,

Пары «червяк-ролик»,

Рулевой сошки.

В картере рулевого механизма в постоянном зацеплении находится пара «червяк-ролик». Червяк есть не что иное, как нижний конец рулевого вала, а ролик, в свою очередь, находится на валу рулевой сошки. При вращении рулевого колеса ролик начинает перемещаться по винтовой нарезке червяка, что приводит к повороту вала рулевой сошки. Червячная пара, как и любое другое зубчатое соединение, требует смазки, и поэтому в картер рулевого механизма заливается масло, марка которого указана в инструкции к автомобилю. Результатом взаимодействия пары «червяк-ролик» является преобразование вращения рулевого колеса в поворот рулевой сошки в ту или другую сторону. А далее усилие передается на рулевой привод и от него уже на управляемые (передние) колеса.

Рулевой привод, применяемый с механизмом червячного типа, включает в себя:

Правую и левую боковые тяги,

Среднюю тягу,

Маятниковый рычаг,

Правый и левый поворотные рычаги колес.

Каждая рулевая тяга на своих концах имеет шарниры, для того чтобы подвижные детали рулевого привода могли свободно поворачиваться относительно друг друга и кузова в разных плоскостях.

К достоинствам механизма «червяк-ролик» относятся:

Низкая склонность к передаче ударов от дорожных неровностей

Большие углы поворота колес

Возможность передачи больших усилий

Недостатками являются:

Большое количество тяг и шарнирных сочленений с вечно накапливающимися люфтами

- «тяжелый» и малоинформативный руль

Сложности в технологии изготовления

Рулевой механизм типа “винт-гайка-сектор”

Рис. 2 Рулевой механизм типа "винт -- шариковая гайка -- рейка -- сектор"

1 -- распределитель;

3 -- шарики с трубкой рециркуляции;

4 -- поршень-рейка;

5 -- зубчатый сектор;

6 -- вал сошки;

7 -- ограничительный клапан

Полное название - "винт-шариковая гайка-рейка-сектор". Винт 2, которым оканчивается рулевой вал, через циркулирующие по резьбе шарики 3 толкает вдоль своей оси поршень-рейку 4. А тот в свою очередь поворачивает зубчатый сектор 5 рулевой сошки. Из-за возможности передавать большие моменты, устанавливается на грузовиках, пикапах и больших внедорожниках, работающих в экстремальных условиях.

Преимущества рулевого механизма “винт-шариковая гайка-рейка-сектор”:

Возможность конструкции с высоким передаточным числом

Недостатки рулевого механизма “винт-шариковая гайка-рейка-сектор”:

Нетехнологичен

Дорогой

Большие габариты

Тяжелый

Рулевой механизм реечного типа

В рулевом механизме «шестерня- рейка» усилие к колесам передается с помощью прямозубой или косозубой шестерни, установленной в подшипниках, и зубчатой рейки, перемещающейся в направляющих втулках. Для обеспечения беззазорного зацепления рейка прижимается к шестерне пружинами. Шестерня рулевого механизма соединяется валом с рулевым колесом, а рейка -- с двумя поперечными тягами, которые могут крепиться в середине или по концам рейки. Полный поворот управляемых колес из одного крайнего положения в другое осуществляется за 1,75...2,5 оборота рулевого колеса. Передаточные отношения механизма определяются отношением числа оборотов зубчатого колеса, равное числу оборотов рулевого колеса, к расстоянию перемещения рейки.

Реечный механизм рулевого управления состоит из картера, отлитого из алюминиевого сплава. В полости картера на шариковом и роликовом подшипниках установлено приводное зубчатое колесо. На картере и на пыльнике выполнены метки для правильной сборки механизма рулевого управления. Зубчатое колесо находится в зацеплении с зубчатой рейкой, которая поджимается к зубчатому колесу пружиной через металлокерамический упор. Пружина поджимается гайкой со стопорным кольцом, создавая сопротивление отворачиванию гайки. Подпружиненным упором облегчается беззазорное зацепление зубчатого колеса с зубчатой рейкой по всей величине хода. Рейка одним концом опирается на упор, а другим -- на разрезную пластмассовую втулку. Ход рейки ограничивается в одну сторону кольцом, напрессованным на рейку, а в другую сторону -- втулкой резино-металлического шарнира левой рулевой тяги. Полость картера механизма рулевого управления защищена от загрязнения гофрированным чехлом.

Вал рулевого управления соединяется с приводным зубчатым колесом эластичной муфтой. Верхняя часть вала опирается на шариковый радиальный подшипник, запрессованный в трубу кронштейна. На верхнем конце вала на шлицах через демпфирующий элемент крепится гайкой рулевое колесо.

Рулевой механизм с переменным отношением

Около нулевого положения рулевого колеса, когда едешь по прямой на высокой скорости, излишняя острота рулевого управления нежелательна, заставляет водителя напрягаться. А при парковке или развороте, наоборот, хотелось бы иметь передаточное отношение поменьше -- чтобы поворачивать руль на как можно меньший угол. Для этого существует несколько схем реечных рулевых механизмов.

Так работает реечный рулевой механизм ZF с переменным передаточным отношением. Здесь изменяются профиль зубьев рейки и плечо зацепления

Реечный рулевой механизм Honda VGR (Variable Gear Ratio -- переменное передаточное отношение) использовался на автомобилях Honda NSX

Фирма ZF использует зубья рейки с переменным профилем: в околонулевой зоне зубья треугольные, а ближе к краям -- трапецеидальной формы. Шестерня входит с ними в зацепление с разным плечом, что и помогает немного изменить передаточное отношение. А другой, более сложный, вариант использовала Honda на своем суперкаре NSX. Здесь зубья рейки и шестерни сделаны с переменными шагом, профилем и кривизной. Правда, шестерню приходится двигать вверх-вниз, но зато варьировать передаточное отношение можно в гораздо более широких пределах.

Рулевой привод состоит из двух горизонтальных тяг и поворотных рычагов телескопических стоек передней подвески. Тяги соединяются с поворотными рычагами при помощи шаровых шарниров. Поворотные рычаги приварены к стойкам передней подвески. Тяги передают усилие на поворотные рычаги телескопических стоек подвески колес и соответственно поворачивают их вправо или влево.

К преимуществам реечного рулевого механизма относится:

Малая масса

Компактность

Невысокая цена

Минимальное количество тяг и шарниров

Простота соединения рулевого механизма с управляемыми колесами

Прямая передача усилия

Высокая жесткость и КПД

Легкость в оснащении гидроусилителем

Недостатки:

Из-за простоты конструкции любой толчок от колес передается на руль

Трудности в изготовлении механизма с высоким передаточным числом, поэтому для тяжелых машин такой механизм не подходит.

Выбор и обоснование выбранной конструкции

По своим технологическим, ценовым, конструктивным качествам рулевой механизм «шестерня-рейка» наиболее подходит для переднеприводной компоновки и подвески McPherson, обеспечивая большую легкость и точность рулевого управления.

При проектировании автомобиля ВАЗ-2123, старались взять как можно больше узлов из модели ВАЗ-2121, поэтому на автомобиле ставили механизм типа “червяк-ролик”. Однако Chevrolet Niva не является мощным внедорожником, что бы на него целесообразно было ставить этот механизм. Он дороже, технологически сложен, тяжелее. Возможности, которые дает автомобилю червячный механизм, не используются в полной мере. При использовании рейкм, исключается концентрация напряжения от рулевого механизма на лонжероне, нет необходимости усиливать его в месте крепления механизма.

По всем этим причинам я считаю необходимым заменить механизм типа “червяк-ролик” на более дешевый, легкий, технологичный реечный механизм, который в необходимой мере обеспечивает легкость и точность рулевого управления.

В связи с тем, что будет заменен тип механизма, необходимо внести ряд изменений в конструкцию других узлов и агрегатов:

Так как за осью передних колес расположить реечный механизм не представляется возможным, то ставим его перед осью;

Для того чтобы освободить место между поддоном двигателя и дифференциалом для рейки, смещаем межколесный дифференциал на то же расстояние (20,5мм) назад, что не изменяет сбалансированность всего узла;

Так как рейка располагается перед осью, то тормозной суппорт колеса необходимо расположить сзади.



Назначение и типы рулевых механизмов

Рулевой механизм – часть рулевого управления, облегчающая управление автомобилем, благодаря применению редуктора с высоким передаточным числом. Редуктор позволяет значительно уменьшить усилие, необходимое для вращения рулевого колеса, что особенно актуально при управлении автомобилями, имеющими значительную массу и диаметр управляемых колес.
Однако, в соответствии с Золотым правилом механики, при этом выигрыш в силе оборачивается проигрышем в расстоянии, и чтобы повернуть управляемые колеса автомобиля на некоторый угол, необходимо повернуть рулевое колесо на угол, равный произведению угла поворота колес на передаточное число редуктора.

Если учесть, что передаточное число редукторов рулевого механизма современных автомобилей может достигать значения u = 20 и даже более, то, например, чтобы повернуть управляемые колеса на угол 20˚, рулевое колесо должно совершить полный оборот. По этой причине повышение передаточного числа редуктора рулевого механизма для снижения усилия на рулевом колесе нельзя увеличивать без предела – увеличивается время выполнения маневра или поворота.

Передаточные числа рулевых механизмов современных легковых автомобилей обычно находятся в пределах 16…20 , грузовых автомобилей – 20…25 . Так, например, у рулевого механизма автомобиля ВАЗ-2105 передаточное число u = 16,4 , у автомобиля ГАЗ-66-11 – 21,3 , у автомобиля КамАЗ-5320 – 20 , у автобуса ЛиАЗ-5256 – 23,6 .

При управлении автомобилем выгоднее использовать рулевой механизм с изменяемым передаточным числом, поскольку максимальное усилие на рулевом колесе требуется при маневрировании на малых скоростях движения и особенно – при повороте колес неподвижного автомобиля. При высокой скорости движения для поворотов требуется значительно меньшее усилие.

При работе рулевого управления детали, составляющие рулевой механизм подвергаются износу, что приводит к появлению зазоров, негативно сказывающихся управляемости автомобиля и на безопасности движения. По этой причине необходимо использовать для изготовления ответственных деталей механизма износостойкие материалы, а также предусматривать возможность проведения регулировок зазоров либо их устранение в автоматическом следящем режиме с помощью различных устройств и трансформируемых элементов конструкции.

Еще одно условие, которое необходимо учитывать в конструкции рулевого управления – обратная связь между управляемыми колесами и рулевым колесом. Удары и толчки со стороны дороги (особенно боковые) не должны ощутимо передаваться рулевому колесу, и уж тем более – не изменять его положение, поскольку это может вызвать непроизвольное изменение направления движения автомобиля.



Требования к рулевым механизмам автомобиля

Исходя из всего, перечисленного выше, к конструкциям рулевых механизмов предъявляются следующие основные требования:

• высокое передаточное число и обеспечение заданного характера изменения передаточного числа рулевого механизма;
• высокий КПД при передаче усилия от рулевого колеса сошке;
• способность рулевого механизма воспринимать усилия от управляемых колес к рулевому колесу, что необходимо для стабилизации управляемых колес;
• высокая надежность механизма и износостойкость его деталей;
• минимальное число необходимых в процессе эксплуатации регулировок и простота технического обслуживания.

Рулевые механизмы современных автомобилей разделяют на червячные, винтовые, шестерные (в т. ч. - реечные) и комбинированные .
Червячные рулевые механизмы бывают с передачей червяк-ролик, червяк-сектор и червяк-кривошип. Ролик может быть двух- или трехгребневый, сектор - двух- или многозубый, кривошип с одним или двумя шипами.
К отдельной категории можно отнести гидростатические рулевые механизмы , использующие для своей работы давление масла из подведенной напорной магистрали. Такие рулевые механизмы могут оборудоваться гидравлическим усилителем, но могут работать и без него. Гидростатические усилители рулевого управления практически не применяются в конструкциях автомобилей, их чаще используют для управления колесными тракторами и другими самоходными машинами.

Наибольшее распространение получили червячно-роликовые рулевые механизмы, в которых рулевая пара состоит из глобоидного червяка (образующая такого червяка - дуга окружности) и двух- или трехгребневого ролика. Такая передача имеет высокую нагрузочную способность из-за одновременного зацепления большого числа зубьев и малые потери на трение, так как трение скольжения зубчатого колеса (сектора) в этой передаче заменено трением качения ролика, размещенного на подшипнике. В рулевом механизме такой конструкции сохраняется зацепление на большом угле поворота червяка, снижен износ деталей из-за уменьшения потерь на трение.

В комбинированном рулевом механизме передача осуществляется обычно через две передающие пары: винт, гайка-рейка и сектор; винт, гайка и кривошип; винт, гайка и рычаг. На некоторых моделях автомобилей применяются рулевой механизм с комбинированной винтовой передачей, в которую для уменьшения сил трения вводят непрерывную цепь циркулирующих стальных шариков.

В винтовом рулевом механизме «винт-гайка-рейка-сектор» вращение винта преобразуется в прямолинейное движение гайки, на которой нарезана рейка, находящаяся в зацеплении с зубчатым сектором. Сектор установлен на общем валу с сошкой. Для уменьшения трения в рулевом механизме и повышения износостойкости соединение винта и гайки часто осуществляют через шарики. Передаточное число рулевого механизма обычно определяется из соотношения углов поворота рулевого колеса и вала сошки.

К шестеренным рулевым механизмам относятся механизмы с цилиндрическими или коническими шестернями, а также реечные рулевые механизмы. В реечных рулевых механизмах передаточная пара выполнена в виде ведущей шестерни и зубчатой рейки, при этом зубчатую рейку можно считать зубчатым колесом с бесконечно большим радиусом. Вращение шестерни, закрепленной на рулевом валу, вызывает линейное перемещение рейки, которая является частью составной поперечной тяги рулевого управления.

Реечные рулевые механизмы в настоящее время получили широкое применение на легковых автомобилях, особенно - переднеприводных. Такой механизм отличается простотой конструкции и высокой точностью работы, имеет малые габариты и прост в обслуживании. Однако реечный рулевой механизм не лишен и некоторых недостатков, в первую очередь – высокой чувствительностью к толчкам и ударам со стороны дороги (обратная связь с рулевым колесом), а также неудобством защиты деталей от попадания грязи.

Конструктивные особенности рулевых механизмов, применяемых на автомобилях разных марок можно ознакомиться на отдельных страницах сайта.



Важнейшей частью рулевого управления любого автомобиля является рулевой механизм, который мы сокращённо будем называть РМ. В качестве его главной функции выступает увеличение прикладываемого к автомобильному рулю усилия, а также его передача к рулевому приводу. С точки зрения механики этот процесс выглядит как преобразование вращательных движений руля в поступательные движения рулевых тяг.

Для обеспечения бесперебойности и точности протекания данного процесса, современный РМ должен отвечать следующим требованиям:

• обладать высокой степенью надежности;
• иметь незначительные по размерам технологические зазоры для обеспечения свободного вращения рулевого колеса;
• обладать возможностью произвольного возврата руля в нейтральное положение после прекращения действия на него мускульного усилия рук водителя;
• иметь оптимальное передаточное число, которое определяет отношение между углом поворота руля и усилия, прикладываемого к нему.

Устройство рулевого механизма

Рулевой механизм (РМ) имеет довольно сложное устройство, а самой главной его частью является редуктор, состоящий из зубчатых колес. В зависимости от марки и модели автомобиля редуктор может быть заключен в корпус из сварной высокопрочной стали или литого чугуна. Помимо зубчатых колес в нем размещаются и другие элементы: подшипники, валы. В некоторых разновидностях редукторов внутри корпуса могут быть размещены и устройства для автономной смазки зацеплений и подшипников.

Разновидностей редукторов в наши дни довольно много. Следует привести некоторые из них с учетом критерия классификации:

• тип передачи – «червячные» и зубчатые
• форма зубчатых колес – конические, цилиндрические и коническо-цилиндрические;
• расположение валов – горизонтальные и вертикальные;
• особенность кинематической схемы – раздвоенная ступень и развернутая соосная схема;
• число ступеней – одно- и двухступенчатые.

Типы рулевых механизмов:

1. Реечный РМ

Наиболее распространенным в наше время типом РМ является реечный. Причина такой популярности кроется в относительной простоте конструкции, его небольшой массе, низкой себестоимости производства, высоком КПД и небольшом числе шарниров и тяг, что значительно уменьшает частоту поломок. Кроме этого, расположение этого типа рулевого механизма поперек корпуса авто освобождает место в подкапотном пространстве для размещения в нем других механизмов и узлов, например, трансмиссии, двигателя и т.д. Реечное управление является довольно жестким, поэтому обеспечивает довольно высокую маневренность автомобиля.

Обладает реечный механизм и рядом недостатков. Среди них наиболее серьезными являются:

• сложность технологии установки на авто, имеющих зависимую подвеску управляемых колес;
• высокая виброактивность рулевого управления;
• повышенная восприимчивость к ударам подвески.

Состоит реечный рулевой механизм из вкладыша, чехла, пружин, шарового пальца, шарового шарнира, упоров, шестерен и непосредственно самой рулевой рейки. Реечные шестерни располагаются в трубке из металла, с каждой стороны которой выступает сама рейка. Рулевой наконечник соединен с каждой из ее сторон. Ведущая же шестерня рулевого механизма сопряжена с валом рулевой колонки, который при вращении руля также начинает поворачиваться, и приводит тем самым в движение рейку.

Червячный РМ

На легковые автомашины, имеющие зависимую подвеску управляемых колес, а также малотоннажные грузовики и автобусы, автомобили с повышенной проходимостью устанавливают другой тип рулевого механизма – «червячный». Современный его вариант состоит из ролика, «червяка», который имеет переменный диаметр (его еще называют глобоидным «червяком») и соединенный с рулевым валом. Вне корпуса механизма находится рычаг (сошка), который соединен с тягами рулевого привода. Во время вращения руля происходит катание ролика по «червяку» и качание рычага (сошки), что приводит в движение управляемые колеса.

Главными отличиями «червячного» механизма от реечного выступают его меньшая чувствительность к ударам подвески и большие максимальные углы поворота колес. Недостатками же такого механизма являются его дороговизна изготовления и необходимость в постоянной регулировке.

Винтовой РМ

На многотоннажных грузовых автомобилях, больших автобусах и некоторых легковых автомашинах представительского класса используется винтовой рулевой механизм. Он состоит из таких конструктивных элементов:

• винта, который располагается на рулевом валу;
• гайки, перемещающейся по валу;
• зубчатой рейки, которая нарезана на гайке;
• зубчатого сектора, соединенного с рейкой;
• рулевой сошки, которая располагается на валу сектора.

Главной же особенностью механизма является соединение винта и гайки при помощи шариков, что ведет к серьезному уменьшению трения и износа. Сам принцип работы во многом похож на принцип работы «червячного» рулевого механизма. Во время вращения руля происходит поворот рулевого вала и винта, расположенного на нем, который приводит в движение гайку, все это сопровождается циркуляцией шариков. Гайка же через зубчатую рейку сдвигает зубчатый сектор, а с ним и рулевую сошку.

Винтовой рулевой механизм обладает высоким КПД и может передавать большие усилия.

Как проверить работоспособность РМ?

Как и в случае с другими элементами рулевого управления регулярная проверка работоспособности рулевого механизма является важнейшей задачей каждого автовладельца, ведь от этого самым непосредственным образом будет зависеть безопасность передвижения на автомобиле.

В первую очередь, следует проверять люфт рулевого колеса. Проверка производится как вручную, так и с применением специального прибора – динамометра-люфтометра. Его нужно закрепить на ободе колеса и приложить силу, равную 10 Н. Надо произвести замеры зазоров в шарнирах рулевых тяг и «червячных» подшипниках. В том случае, если автомобиль оборудован усилителем руля (так называемом ГУР), то такая проверка должна производиться при работающем моторе.

Визуальный осмотр также является важной составляющей диагностики работоспособности РМ. В его ходе нужно особое внимание уделить состоянию защитных чехлов шаровых шарниров, так как через трещины в них в рулевой механизм проникает грязь, что может привести к его некорректной работе, поломке и даже разрушению. При малейших сомнениях в надлежащей работе РМ необходимо обратиться в специализированный автосервис.

Как снять рулевой механизм и как его установить?

Процесс снятия и установки рулевого механизма рассмотрим на примере ВАЗ 2106, на котором применяется «червячный» тип. Для этого понадобится следующий инструмент:

• 2 ключа «на 13»;
• ключ «на 22»;
• плоскогубцы;
• съемник пальцев шаровых.

Сам процесс снятия механизма будет следующим:

1. Первым шагом требуется снять рулевой вал.
2. После этого отсоединить левую боковую и среднюю рулевые тяги и отвести их по сторонам.
3. Далее, одним ключом «на 13» придерживая болты крепления рулевого механизма от проворачивания, вторым отвернуть гайки и снять их вместе с шайбами.
4. После чего, придерживая механизм рукой, надо вынуть болты крепления, оставив при этом рулевой механизм лежать на лонжероне.
5. Вытащить его через подкапотное пространство.

Новый РМ устанавливается в обратном порядке, но с учетом некоторых нюансов: не следует плотно затягивать болты крепления кронштейна рулевого вала и гайки на компенсаторе, а также болты крепления картера рулевого механизма к лонжеронам. Это делается с той целью, чтобы установить новый механизм в правильное положение.

Производится это с помощью двух- или трехкратного вращения рулевого колеса в разные стороны, при этом произойдет самоустановка механизма и рулевого вала.

После этого можно приступать к контрольному затягиванию всех элементов крепления. Финишным же этапом будет проверка наличия масла в рулевом механизме автомобиля.

После этого необходимо произвести регулировку механизма.

Регулировка рулевого механизма

Самый популярный тип рулевого механизма (реечный) время от времени нуждается в регулировке. Причиной этого, как уже упоминалось выше, является высокая восприимчивость механизма к кочкам, ямам и ухабам, которых на наших дорогах довольно много. На большинстве моделей современных автомобилей регулировку рейки можно сделать своими силами.

Процесс регулировки осуществляется с помощью регулировочного винта, который, чаще всего, располагается на торцевой крышке РМ. Для облегчения доступа к нему лучше воспользоваться смотровой ямой, эстакадой или подъемником, в противном же случае придется немного полежать на земле. Если регулировка производится на домкратах, то перед подъемом следует выставить передние колеса в ровном положении.

После проведения подготовительных мероприятий надо замерить люфт, максимальный показатель которого не должен превышать 10 градусов. Далее требуется произвести подтяжку регулировочного винта, причем делать это необходимо плавно и медленно, все время контролируя люфт с помощью динамометра-люфтометра. После завершения регулировки следует проверить ход рулевого колеса в движении, и если он слишком тугой, то необходимо немного ослабить регулировочный винт.

Как самостоятельно починить рулевой механизм?

Некоторые неисправности в РМ можно устранить, не прибегая к его замене. О некоторых способах пойдет речь далее. Если наблюдается течь, то это может свидетельствовать об отсутствии герметичности в соединениях трубок цилиндра или неисправности сальника, а также коррозии вала редуктора. Для устранения данной неисправности необходимо произвести полную переборку агрегата. Если причина в сальниках и прокладках, то необходимо их заменить на новые, а если дело заключается в серьезной коррозии вала, то его следует отшлифовать и при помощи газотермонапыления восстановить до исходных размеров.

Сильный люфт может указывать на выход из строя и износ таких деталей РМ как, например, картер, шарниры или подшипник винта. Причиной люфта может быть и кривой картер или вал. Чтобы устранить эту неисправность, нужна, опять-таки, полная переборка узла, в ходе которой потребуется замена изношенных деталей.

Сильный стук в редукторе РМ говорит обычно об износе ударных подшипников. То есть потребуется их замена на новые. Но это может быть свидетельством и такой неисправности как искривление вала или серьезный износ шарниров. Для более точной диагностики может вновь потребоваться полная переборка узла.

Средние цены на ремонт РМ в России и СНГ

Однако на устранение неполадок в рулевом механизме не всегда есть свободное время, да и многие из ремонтных операций требуют наличия довольно серьезных навыков в автослесарном деле, поэтому обращение к услугам специалистов в автосервисы видится правильным выбором.

Конечная стоимость сервисных работ будет зависеть не только от серьезности поломки, но также и марки/модели автомобиля, срочности и некоторых других факторов. В среднем же, стоимость (без учета стоимости заменяемых элементов) некоторых работ, связанных с обслуживанием рулевых механизмов, в автомастерских России и стран ближнего зарубежья в перерасчете на рубли такова:

• замена рулевого механизма, имеющего усилитель руля – от 700 рублей;
• замена силового цилиндра – от 500 рублей;
• ремонт силового цилиндра – от 300 рублей;
• замена рулевых наконечников – от 400 рублей;
• замена пальцев вкладыша – от 100 рублей;
• замена рулевой рейки – от 2 000 рублей;
• регулировка рулевой рейки – от 200 рублей;
• ремонт рулевой рейки без снятия механизма с авто – от 1000 рублей;
• замена рулевой трапеции – от 1 000 рублей;
• замена пыльников рулевого механизма – от 1 800 рублей.

Средние цены на новые РМ в России и странах СНГ

Иногда производить ремонт рулевого механизма нецелесообразно, а иногда и просто невозможно, например, после серьезного ДТП, поэтому может потребоваться приобретение нового узла на замену старому. Естественно, что стоимость нового рулевого механизма зависит не только от его типа, но и марки и модели автомобиля, оригинальности самого механизма, ведь на многие популярные модели авто крупными (и не очень) производителями запчастей выпускаются неоригинальные рулевые механизмы.

Средняя же стоимость на новые рулевые механизмы по России и странам ближнего зарубежья в перерасчете на отечественную валюту такова:

• на заднеприводные автомобили отечественного производства (ВАЗ 2105, 2107, 2106, ИЖ Ода) – от 2 000 рублей;
• на переднеприводные автомобили отечественного производства (ВАЗ 2109, 2114, Приора, Гранта, Калина, Largus) – от 2 500 рублей;
• на бюджетные автомобили иностранного производства (KIA Ria, Renault Logan, Toyota Corolla, Hyundai Accent (Solaris), Ford Fiesta,) – от 7 000 рублей;
• на автомобили иностранного производства бизнес-класса (Ford Mondeo, Toyota Camry, Volvo S40) – от 12 000 рублей;
• на автомобили иностранного производства премиум-класса (Mercedes S-classe, BMW 7, Audi A8) – от 22 000 рублей;
• на грузовые автомобили отечественного производства (КамАЗ, ГАЗ) – от 25 000 рублей.

Стоит добавить, что в связи с изменениями курсов основных иностранных валют, стоимость рулевых механизмов на автомобили иностранного производства может изменяться в большую или, как это ни странно, в меньшую сторону.

Существует несколько типов рулевого механизма Вам известно, что при повороте руля поворачиваются колеса автомобиля. Но между поворотом руля и поворотом колес происходят определенные действия.

В этой статье мы рассмотрим особенности двух наиболее распространенных типов рулевого механизма: реечный рулевой механизм и рулевой механизм с шариковой гайкой. Также мы расскажем о рулевом управлении с гидроусилителем и узнаем об интересных технологиях развития систем рулевого управления, позволяющих сократить расход топлива. Но, прежде всего, мы рассмотрим, как происходит поворот. Не все так просто, как может показаться.

Поворот автомобиля

Возможно, Вы удивитесь, узнав, что при повороте колеса на передней оси проходят по различной траектории.

Для обеспечения плавного поворота, каждое колесо должно описать разную окружность. В связи с тем, что внутреннее колесо описывает колесо меньшего радиуса, оно совершает более крутой поворот, чем внешнее. Если провести перпендикуляр к каждому колесу, линии будут пересекаться в центральной точке поворота. Геометрия поворота заставляет внутреннее колесо поворачиваться сильнее, чем внешнее.

Существует несколько типов рулевого механизма. Наиболее распространенными являются реечный рулевой механизм и рулевой механизм с шариковой гайкой.

Реечный рулевой механизм

Реечный рулевой механизм широко используется в легковых автомобилях, грузовиках малой грузоподъемности и внедорожниках. Фактически, этот механизм довольно прост. Реечные шестерни расположены в металлической трубке, с каждой стороны которой выступает рейка. Рулевой наконечник соединяется с каждой стороной рейки.

Ведущая шестерня сопряжена с валом рулевого механизма. Когда Вы поворачиваете руль, шестерня начинает вращаться и приводит рейку в движение. Рулевой наконечник на конце рейки соединяется с рулевой сошкой на шпинделе (см. рисунок).

Функции зубчатой рейки с шестерней заключаются в следующем:

• Она преобразует вращательное движение рулевого колеса в прямолинейное движение, необходимое для поворота колес.
• Она обеспечивает передаточное отношение для облегчения поворота колес.

Большинство автомобилей устроены так, что потребуется от трех до четырех полных оборотов руля, чтобы развернуть колеса от упора до упора.

Передаточное отношение рулевого механизма - это отношение градуса поворота руля к градусу поворота колес. Например, если один полный оборот руля (360 градусов) поворачивает колесо на 20 градусов, тогда передаточное отношение рулевого механизма составляет 18:1 (360 разделить на 20). Чем выше отношение, тем больше градус поворота руля. При этом, чем выше отношение, тем меньше усилий требуется приложить.

Как правило, у легких спортивных автомобилей передаточное отношение рулевого механизма ниже, чем у крупных автомобилей и грузовиков. При низком передаточном отношении у рулевого механизма более быстрый отклик, поэтому Вам не нужно с усилием крутить руль чтобы выполнить поворот. Чем меньше автомобиль, тем меньше его масса, и, даже при низком передаточном отношении, не требует прилагать дополнительное усилие для поворота.

Также существуют автомобили с переменным передаточным отношением рулевого механизма. В этом случае у зубчатой рейки с шестерней разный шаг зубьев (число зубьев на дюйм) в центре и по бокам. В результате, автомобиль реагирует на поворот руля быстрее (рейка расположена ближе к центру), а также снижается усилие при повороте руля до упора.

Реечный рулевой механизм с усилителем

При наличии реечного рулевого механизма с усилителем, рейка имеет немного другую конструкцию.
Часть рейки включает цилиндр с поршнем посередине. Поршень соединен с рейкой. С обеих сторон поршня имеются два отверстия. Подача жидкости под высоким давлением на одну из сторон поршня приводит поршень в движение, он поворачивает рейку, обеспечивая усиление рулевого механизма.

Рулевой механизм с шариковой гайкой

Рулевой механизм с шариковой гайкой можно встретить на многих грузовиках и внедорожниках. Данная система немного отличается от реечного механизма.

Рулевой механизм с шариковой гайкой включает червячную передачу. Условно червячную передачу можно разделить на две части. Первая часть представляет собой металлически блок с резьбовым отверстием. Данный блок имеет зубья с наружной стороны, которые сопрягаются с шестерней, которая приводит в движение рулевую сошку (см. рисунок). Рулевое колесо соединено с резьбовым стержнем, похожим на болт, установленным в резьбовое отверстие блока. Когда рулевое колесо вращается, болт поворачивается вместе с ним. Вместо того, чтобы вкручиваться в блок, как обычные болты, этот болт закреплен так, что, когда он вращается, он приводит в движение блок, который, в свою очередь, приводит в движение червячную передачу.


Болт не соприкасается резьбой с блоком, поскольку она заполнена шарикоподшипниками, циркулирующими по механизму. Шариковые подшипники используются для двух целей: Они снижают трение и износ передачи, а также снижают загрязнение механизма. Если в рулевом механизме не будет шариков, на какое-то время зубья не будут соприкасаться друг с другом и Вы почувствуете что руль потерял жесткость.

Гидроусилитель в рулевом механизме с шариковой гайкой функционирует точно так же, как и в реечном рулевом механизме. Усиление обеспечивается подачей жидкости под высоким давлением на одну из сторон блока.

Гидроусилитель руля

Помимо самого рулевого механизма, гидроусилитель включает несколько основных компонентов.

Насос

Пластинчатый насос снабжает рулевой механизм гидравлической энергией (см. рисунок). Двигатель приводит насос в действие при помощи ремня и шкива. Насос включает утапливаемые лопатки, вращающиеся в камере овальной формы.

При вращении лопатки выталкивают гидравлическую жидкость низкого давления из обратной магистрали в выпускное отверстие под высоким давлением. Сила потока зависит от количества оборотов двигателя автомобиля. Конструкция насоса обеспечивает необходимый напор даже на холостых оборотах. В результате, насос перемещает большее количество жидкости при работе двигателя на более высоких оборотах.

Насос имеет предохранительный клапан, обеспечивающий надлежащее давление, что особенно важно при высоких оборотах двигателя, когда подается большой объем жидкости.

Поворотный клапан

Гидроусилитель должен помогать водителю только при приложении силы к рулевому колесу (при повороте). При отсутствии усилия (например, при движении по прямой), система не должна обеспечивать помощь. Устройство, определяющее приложение силы к рулевому колесу, называется поворотный клапан.

Основным компонентом поворотного клапана является торсион. Торсион представляет собой тонкий металлический стержень, который поворачивается под действием крутящего момента. Верхний конец торсиона соединен с рулевым колесом, а нижний с шестерней или червячной передачей (которая поворачивает колеса), при этом крутящий момент торсиона равен крутящему моменту, прилагаемого водителем для поворота колес. Чем выше прилагаемый крутящий момент, тем больше поворот торсиона. Входная часть вала рулевого механизма формирует внутреннюю часть поворотного клапана. Также он соединен с верхней частью торсиона. Нижняя часть торсиона соединена с внешней частью поворотного клапана. Торсион также вращает шестерню рулевого механизма, соединяясь с ведущей шестерней или червячной передачей, в зависимости от типа рулевого механизма.

При повороте торсион вращает внутреннюю часть поворотного клапана, внешняя часть при этом остается неподвижной. В связи с тем, что внутренняя часть клапана также соединена с рулевым валом (и, следовательно, с рулевым колесом), количество оборотов внутренней части клапана зависит от крутящего момента, прилагаемого водителем.

Когда руль неподвижен, обе гидравлические трубки обеспечивают равное значение давления на шестерню. Но при повороте клапана каналы открываются для подачи жидкости под высоким давлением к соответствующей трубке.

Практика показала не самую высокую эффективность такого типа усилителя рулевого управления.

Инновационные усилители руля

В связи с тем, что насос рулевого механизма с гидроусилителем на большинстве автомобилей непрерывно перекачивает жидкость, он расходует мощность и топливо. Логично рассчитывать на ряд нововведений, которые позволят повысить экономию топлива. Одной из самых удачных идей является система с компьютерным управлением. Эта система полностью исключает механическую связь между рулевым колесом и рулевым механизмом, заменяя ее электронной системой управления.

Фактически руль работает так же, как руль для компьютерных игр. Руль будет оснащен датчиками для подачи автомобилю сигналов о направлении движения колес и моторами, обеспечивающими отклик на действия автомобиля. Выходные данные таких датчиков будут использоваться для управления рулевым механизмом с электроприводом. В этом случае устраняется необходимость наличия рулевого вала, что увеличивает свободное пространство в моторном отсеке.

General Motors представила концепт-кар Hy-wire, на котором уже установлена такая система. Отличительной особенностью такой системы с электронным управлением от GM является то, что Вы можете сами настроить управляемость автомобиля с помощью нового компьютерного программного обеспечения без замены механических компонентов. В автомобилях с электронным управлением будущего Вы сможете подстроить систему контроля под себя нажатием лишь нескольких кнопок. Все очень просто! За последние пятьдесят лет система рулевого управления не сильно изменились. Но в следующем десятилетии наступит эпоха более экономичных автомобилей

К рулевому механизму предъявляются следующие требования :
- оптимальное передаточное число, определяющее соотношение между необходимым углом поворота рулевого колеса и усилием на нем; - незначительные потери энергии при работе (высокий КПД);
- возможность самопроизвольного возврата рулевого колеса в нейтральное положение, после того как водитель перестал удерживать рулевое колесо в повернутом положении;
- незначительные зазоры в подвижных соединениях для обеспечения малого люфта или свободного хода рулевого колеса;
- высокая надежность.

Наибольшее распространение на легковых автомобилях сегодня получили реечные рулевые механизмы.

Реечный рулевой механизм без гидроусилителя :
1 - чехол;
2 - вкладыш;
3 - пружина;
4 - шаровой палец;
5 - шаровой шарнир;
6 - упор;
7 - рулевая рейка;
8 - шестерня

Конструкция такого механизма включает в себя шестерню, установленную на валу рулевого колеса, и связанную с ней зубчатую рейку. При вращении рулевого колеса рейка перемещается вправо или влево и через присоединенные к ней тяги рулевого привода поворачивает управляемые колеса.
Причинами широкого применения на легковых автомобилях именно такого механизма являются: простота конструкции, малые масса и стоимость изготовления, высокий КПД, небольшое число тяг и шарниров. Кроме того, расположенный поперек автомобиля корпус реечного рулевого механизма оставляет достаточно места в моторном отсеке для размещения двигателя, трансмиссии и других агрегатов автомобиля. Реечное рулевое управление обладает высокой жесткостью, что обеспечивает более точное управление автомобилем при резких маневрах.
Вместе с тем реечный рулевой механизм обладает и рядом недостатков: повышенная чувствительность к ударам от дорожных неровностей и передача этих ударов на рулевое колесо; склонность к виброактивности рулевого управления, повышенная нагруженность деталей, сложность установки такого рулевого механизма на автомобили с зависимой подвеской управляемых колес. Это ограничило сферу применения такого типа рулевых механизмов только легковыми (с вертикальной нагрузкой на управляемую ось до 24 кН) автомобилями с независимой подвеской управляемых колес.

Реечный рулевой механизм с гидроусилителем :
1 - жидкость под высоким давлением;
2 - поршень;
3 - жидкость под низким давлением;
4 - шестерня;
5 - рулевая рейка;
6 - распределитель гидроусилителя;
7 - рулевая колонка;
8 - насос гидроусилителя;
9 - резервуар для жидкости;
10 - элемент подвески

Рулевой механизм типа «глобоидальный червяк-ролик» без гидроусилителя :
1 - ролик;
2 - червяк

Легковые автомобили с зависимой подвеской управляемых колес, малотоннажные грузовые автомобили и автобусы, легковые автомобили высокой проходимости оснащаются, как правило, рулевыми механизмами типа «глобоидальный червяк-ролик». Ранее такие механизмы применялись и на легковых автомобилях с независимой подвеской (например, семейство ВАЗ-2105, -2107), но в настоящее время их практически вытеснили реечные рулевые механизмы.
Механизм типа «глобоидальный червяк–ролик» представляет собой разновидность червячной передачи и состоит из соединенного с рулевым валом глобоидального червяка (червяка с переменным диаметром) и ролика, установленного на вале. На этом же вале вне корпуса рулевого механизма установлен рычаг (сошка), с которым связаны тяги рулевого привода. Вращение рулевого колеса обеспечивает обкатывание ролика по червяку, качание сошки и поворот управляемых колес.
В сравнении с реечными рулевыми механизмами червячные механизмы имеют меньшую чувствительность к передаче ударов от дорожных неровностей, обеспечивают большие максимальные углы поворота управляемых колес (лучшая маневренность автомобиля), хорошо компонуются с зависимой подвеской, допускают передачу больших усилий. Иногда червячные механизмы применяют на легковых автомобилях высокого класса и большой собственной массы с независимой подвеской управляемых колес, но в этом случае усложняется конструкция рулевого привода - добавляется дополнительная рулевая тяга и маятниковый рычаг. Кроме того, червячный механизм требует регулировки и дорог в изготовлении.

Рулевой механизм типа «винт-шариковая гайка–рейка–зубчатый сектор» без гидроусилителя (а) :
1 - картер;
2 - винт с шариковой гайкой;
3 - вал-сектор;
4 - пробка заливного отверстия;
5 - регулировочные прокладки;
6 - вал;
7 - уплотнитель рулевого вала;
8 - сошка;
9 - крышка;
10 - уплотнитель вала-сектора;
11 - наружное кольцо подшипника вала-сектора;
12 - стопорное кольцо;
13 - уплотнительное кольцо;
14 - боковая крышка;
15 - пробка;
со встроенным гидроусилителем (б) :
1 - регулировочная гайка;
2 - подшипник;
3 - уплотнительное кольцо;
4 - винт;
5 - картер;
6 - поршень-рейка;
7 - гидравлический распределитель;
8 - манжета;
9 - уплотнитель;
10 - входной вал;
11 - вал-сектор;
12 - защитная крышка;
13 - стопорное кольцо;
14 - уплотнительное кольцо;
15 - наружное кольцо подшипника вала-сектора;
16 - боковая крышка;
17 - гайка;
18 - болт

Наиболее распространенным рулевым механизмом для тяжелых грузовых автомобилей и автобусов является механизм типа «винт–шариковая гайка–рейка–зубчатый сектор». Иногда рулевые механизмы такого типа можно встретить на больших и дорогих легковых автомобилях (Mercedes, Range Rover и др.).
При повороте рулевого колеса вращается вал механизма с винтовой канавкой и перемещается надетая на него гайка. При этом гайка, имеющая на внешней стороне зубчатую рейку, поворачивает зубчатый сектор вала сошки. Для уменьшения трения в паре винт–гайка передача усилий в ней происходит посредством шариков, циркулирующих в винтовой канавке. Данный рулевой механизм имеет те же преимущества, что и рассмотренный выше червячный, но имеет большой КПД, позволяет эффективно передавать большие усилия и хорошо компонуется с гидравлическим усилителем рулевого управления.
Ранее на грузовых автомобилях можно было встретить и другие типы рулевых механизмов, например «червяк–боковой сектор», «винт–кривошип», «винт–гайка–шатун–рычаг». На современных автомобилях такие механизмы из-за их сложности, необходимости регулировки и низкого КПД практически не применяются.