Рулевой механизм автомобиля

Правильная диагностика — это важно

Качество ремонта рулевого управления очень сильно зависит от проведенной правильно диагностике, в ходе которой окончательно выясняется какая деталь в действительности вышла из строя. Это как лечение больного, главное правильно поставить диагноз.

Основными деталями, которые обычно выходят из строя в рулевом управлении это рулевые тяги, рулевые рейки, рулевые наконечники и колонки, реже гидроусилители или усилители руля с электроприводом, но обычно они просто заменяются.

К признакам выхода из строя рулевых тег можно отнести:

Постоянное виляние из стороны в сторону передних колес автомобиля во время движения (признак износа шарниров в рулевой тяге).

Быстрый, буквально на глазах, износ протектора шин передних колес (признак повреждения рулевых тяг).

Слышен стук во время движения автомобиля. Данный стук говорит о том, что в соединениях рулевых тяг появились зазоры, в данной ситуации достаточно сильнее затянуть гайки. Однако может даже придется провести замену наконечника рулевой тяги вследствие его полного износа.

Но если наконечник рулевой тяги имеет сильные повреждения, то в некоторых случаях приходиться провести замену самой рулевой тяги.

В принципе ремонт рулевых тяг можно провести и самостоятельно в гаражных условиях, так как мы видим, что он предполагает замену втулок, шарниров и шкворней.

Здесь в основном присутствует механическая работа, при которой нет необходимости в большом количестве специализированного дорогостоящего оборудования, поэтому ремонт рулевого управления в данной ситуации подвластен любому опытному водителю.

Рулевой механизм червячного типа

Червячный тип рулевого управления

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 ни 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. В современных автомобилях применяется безопасный рулевой вал, который может складываться или ломаться при ударе водителя о рулевое колесо во время аварии во избежание серьезного повреждения грудной клетки.

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.

Требования к рулевому управлению автомобиля

Согласно стандарту, к рулевому управлению применяются следующие основные требования:

Обеспечение заданной траектории движения с необходимыми параметрами поворотливости, поворачиваемости и устойчивости.
Усилие на рулевом колесе для осуществления маневра не должно превышать нормированного значения.
Суммарное число оборотов руля от среднего положения до каждого из крайних не должно превышать установленного значения.
При выходе из строя усилителя должна сохраняться возможность управления автомобилем.

Существует еще один стандартный параметр, определяющий нормальное функционирование рулевого управления — это суммарный люфт. Данный параметр представляет собой величину угла поворота руля до начала поворота управляемых колес.

Значение допустимого суммарного люфта в рулевом управлении должно быть в пределах:

10° для легковых автомобилей и микроавтобусов;
20° для автобусов и подобных транспортных средств;
25° для грузовых автомобилей.

Рулевой механизм

Рулевой механизм представляет из себя различные виды специальных редукторов, основная задача которых лежит в увеличении усилия, которое приложил водитель на рулевое колесо и передачи данного усиления основном рулевому приводу.

Самыми распространенными являются реечные рулевые механизмы, которые нашли свое применение в рулевом управлении легковых автомобилях.

Принцип работы реечного механизма заключается в передачи крутящего момента через шестерню, которая установленная на валу рулевого колеса, на зубчатую рейку. В результате этого рейка двигается в разные стороны и в зависимости от стороны вращения рулевого колеса, через установленные рулевые тяги поворачивает автомобиль в нужную сторону.

Конструкция рулевой колонки

Рулевая колонка в сборе Устройство рулевой колонки представляет собой вал с шарнирами, находящийся в кожухе. Остальные элементы являются вспомогательными и обеспечивают дополнительный функционал:

корпусы крепления переключателей и замка зажигания;
крестовина, соединяющая руль с колонкой;
монтажная втулка;
контактная группа;
крепежные элементы;
демпфер рулевой;
механизмы блокировки, регулировки и проч.

В устройстве рулевой колонки применяются энергопоглощающие материалы. За счет чего вся конструкция может складываться при сильном фронтальном ударе. Это способствует снижению риска травмирования водителя, а также создает дополнительную безопасность при лобовом столкновении.

Блокиратор рулевой колонки

Комфортная и безопасная рулевая колонка может включать в себя такие элементы, как:

Промежуточный вал рулевой колонки с демпфером – смягчает удары, воспринимаемые рулевым колесом от управляемых колес при попадании автомобиля в ямы и ухабы на дороге. По сути, рулевой демпфер – это амортизатор, отвечающий за комфортное управление.
Блокиратор рулевого вала. Это внешнее устройство, устанавливаемое на рулевую колонку, полностью исключающее возможность управления автомобилем. Блокировка используется в качестве противоугонной системы и состоит из стопора, фиксирующегося дисковым замком, не поддающимся демонтажу. Машину с заблокированным рулем можно транспортировать только с помощью эвакуатора.
Кардан рулевой колонки относится к элементам, позволяющим не только передавать вращательное движение, но и обеспечивающим безопасность: способность карданчика сложить нижний вал с верхним уменьшает степень повреждений водителя при лобовом столкновении. Безопасная рулевая колонка может быть также оснащена вставками, легко поддающимися деформации или работающими на срез.
Механизмы регулировки длины и наклона рулевой колонки. Они могут быть механическими и электрическими. Последние оснащают функцией памяти, что делает эксплуатацию автомобиля еще более комфортной: при выключении зажигания руль уходит в базовое положение, не мешая свободно выйти из машины, а перед началом движения возвращается в исходную точку с сохранением всех настроек. При этом функция памяти связана с настройками регулировки зеркал заднего вида и водительского сидения.

Виды рулевого управления

Все системы рулевого управления делятся на три вида:

Реечный механизм. Чаще всего используется в бюджетных автомобилях. Конструкция такого управления самая простая. В нем имеется рейка с зубцами. Она приводится в движение благодаря шестерне рулевой колонки. Такая схема обладает высокой эффективностью. Единственным недостатком такого механизма является чувствительность к ударам от некачественного дорожного покрытия.
Червячный механизм. Такая модификация обеспечивает больший угол поворота колеса. Она менее чувствительна к ударным нагрузкам, однако стоит дороже, чем предыдущая, так как более сложна в изготовлении.
Винтовой механизм. Является модификацией червячного аналога, только имеет повышенный КПД и увеличивает усилия, необходимые для маневра автомобиля.

Независимо от типа привода, работа данных механизмов может быть усилена такими устройствами:

Гидроусилитель. Имеет самую простую конструкцию в данном перечне. Система компактная и дешевая в обслуживании. Такой модификацией оснащаются даже некоторые бюджетные модели авто последних поколений. Чтобы система исправно работала, необходимо постоянно контролировать уровень рабочей жидкости. Насос усилителя приводится в движение рабочим ДВС.
Электроусилитель. Это одна из самых последних модификаций. Она не нуждается в сложном обслуживании, а также тонкой настройки. Обеспечивает максимальную отзывчивость рулевого управления. Как следует из названия, механизм усиливается работой электрического мотора.
Электрогидравлический усилитель. Такая модификация работает по принципу ГУР. Единственное отличие заключается в том, что гидронасос работает от электричества, а не подсоединяется к приводу мотора, как в первом случае. Последние две разработки позволяют использовать меньше топлива по сравнению с первым типом, так как работа системы не связана с приводом двигателя.

В дополнение к разным усилителям автомобиль может быть оснащен системой активного динамического или адаптивного управления. Их отличия в следующем:

Регулирует передаточное число в зависимости от частоты вращения колес. Благодаря этому обеспечивается максимальная устойчивость автомобиля на скользкой дороге. Система не позволяет резко вывернуть руль, предотвращая от чрезмерной или недостаточной поворачиваемости.
Динамическая система работает по аналогичному принципу, только вместо планетарного привода используется электромотор.
Считается инновационной технологией, так как в таких рулевых механизмах нет физической связи между рулем и рулевым механизмом. Система управляется электронным блоком управления, который анализирует множество данных: от датчиков скорости вращения колес, силы поворота рулевого колеса и т.д.

В последнее время на некоторых моделях авто премиум-класса и спорткарах устанавливается особенная технология с поворотом не только передних, но и задних колес. Это увеличивает стабильность автомобиля при прохождении поворота на высокой скорости. Задние колеса поворачиваются в зависимости от скорости ТС.

Если машина едет максимум 40км/ч, то задняя ось поворачивается в противоположном направлении от передних колес (если спереди они смотрят вправо, то задние будут смотреть влево).

Когда скорость авто становится выше 40 км/ч, то при входе в поворот задние колеса будут поворачиваться в ту же сторону, что и передние. Это снижает риск образования заноса.

Устройство гидроусилителя руля

Основные компоненты гидроусилителя руля

Гидроусилитель руля устанавливается на рулевой механизм любого типа. Для легковых автомобилей наибольшее распространение получил реечный механизм. В этом случае схема ГУР следующая:

бачок для рабочей жидкости;
масляный насос;
золотниковый распределитель;
гидроцилиндр;
соединительные шланги.

Бачок ГУР

Бачок гидроусилителя

В бачке или резервуаре для рабочей жидкости установлен фильтрующий элемент и щуп для контроля за уровнем масла. С помощью масла смазываются трущиеся пары механизмов и передается усилие от насоса к гидроцилиндру. Фильтром от грязи и металлической стружки, возникающей в процессе эксплуатации, в бачке служит сетка.

Уровень жидкости внутри бака можно проверить визуально в случае, когда резервуар сделан из полупрозрачного пластика. Если пластик непрозрачный или используется металлический бачок, уровень жидкости проверяется с помощью щупа.

В некоторых автомобилях уровень жидкости можно проверить только после кратковременной работы двигателя либо при вращении рулевого колеса несколько раз в разные стороны во время работы машины на холостом ходу.

На щупах или резервуарах сделаны специальные насечки, как для «холодного» двигателя, так и для «горячего», уже работающего в течение какого-то времени. Также необходимый уровень жидкости можно определить и с помощью отметок «Max» и «Min».

Насос гидроусилителя

Лопастной насос гидроусилителя

Насос гидроусилителя необходим для того, чтобы в системе поддерживалось нужное давление, а также происходила циркуляция масла. Насос устанавливается на блоке цилиндров двигателя и приводится в действие от шкива коленчатого вала при помощи приводного ремня.

Конструктивно насос может быть разных типов. Наиболее распространенными являются лопастные насосы, которые характеризуются высоким КПД и износоустойчивостью. Устройство выполнено в металлическом корпусе с вращающимся внутри него ротором с лопастями.

В процессе вращения лопасти захватывают рабочую жидкость и под давлением подают ее в распределитель и далее в гидроцилиндр.

Привод насоса осуществляется от шкива коленчатого вала, поэтому его производительность и давление зависят от количества оборотов двигателя. Для поддержания необходимого давления в ГУР используется специальный клапан. Давление, которое создает насос в системе, может достигать до 100-150 бар.

В зависимости от типа управления масляные насосы подразделяются на регулируемые и нерегулируемые:

регулируемые насосы поддерживают постоянное давление за счет изменения производительной части насоса;
постоянное давление в нерегулируемых насосах поддерживает редукционный клапан.

Редукционный клапан представляет собой пневматический или гидравлический дроссель, действующий автоматически и контролирующий уровень давления масла.

Распределитель ГУР

Схематичное устройство распределителя

Распределитель гидроусилителя устанавливается на рулевом валу или на элементах рулевого привода. Его назначение – направление потоков рабочей жидкости в соответствующую полость гидроцилиндра или обратно в бачок.

Главными элементами распределителя являются торсион, поворотный золотник и вал распределителя. Торсион представляет собой тонкий пружинистый металлический стержень, который закручивается под действием крутящего момента. Золотник и вал распределителя представляют собой две цилиндрические детали с каналами для жидкости, вставленные друг в друга. Золотник связан с шестерней рулевого механизма, а вал распределителя с карданным валом рулевой колонки, то есть с рулем. Торсион одним концом закреплен на валу распределителя, другой его конец установлен в поворотный золотник.

Распределитель может быть осевым, при котором золотник перемещается поступательно, и роторным – здесь золотник вращается.

Гидроцилиндр и соединительные шланги

Гидроцилиндр встроен в рейку и состоит из поршня и штока, перемещающего рейку под действием давления жидкости.

Схема циркуляции жидкости в гидроусилителе

Соединительные шланги высокого давления обеспечивают циркуляцию масла между распределителем, гидроцилиндром и насосом. Масло из бачка в насос и из распределителя обратно в бачок поступает по шлангам низкого давления.

Особенности привода

Привод системы управления отвечает за передачу поступательных движений рулевого механизма на управляющие (поворотные) колеса. Существует два основных вида привода. Выбор каждого из них обусловлен тем, какой рулевой механизм применяется на данном автомобиле. Соответственно различают:

привод, который используется вместе с червячным механизмом;
привод, предназначенный для реечного механизма.

Схема действия обоих видов привода сходны между собой, чего нельзя сказать об их общем устройстве, основных деталях и комплектации.

«Червячный» привод состоит из:

двух (правой и левой) боковых и одной средней тяг;
маятникового рычага;
двух (правого и левого) поворотных рычагов колес.

Каждая тяга имеет шарниры («шаровые») для обеспечения подвижности деталей привода и их свободного вращения в различных плоскостях.
«Реечный» привод включает в себя только две (правую и левую) тяги, которые так же заканчиваются наконечниками с шарнирными конструкциями («шаровыми»), которые обеспечивают свободное перемещение деталей привода и подвески автомобиля.

Диагностика и техническое обслуживание

Проверка люфта должна проводиться регулярно. При этом водитель может довериться своим ощущениям или воспользоваться возможностями люфтометра. Рекомендуется проверять систему на предмет отсутствия заеданий.

Фейсбук
Гугл+
ЖЖ
Blogger

В процессе технического осмотра, проводимого на транспортном средстве впервые, необходимо оценить состояние гидроусилителя. Если масло в системе не достигает регламентируемого уровня, то его необходимо до него долить до него. Подлежит проверке картер рулевого управления. Проводиться диагностика затяжки клиньев. Чтобы проверить шплинтовку и цапф, следует смазать рулевые тяги.

Второй и последующий технический осмотр включает в себя сложный диагностический комплекс, который сложно реализовать без специализированного оборудования, а также профессиональных навыков. Поэтому, объективным решением будет для этих целей обратиться за помощью в сервисный центр.

Проверка допустимого суммарного люфта

Фейсбук
Гугл+
ЖЖ
Blogger

Суммарным люфтом автомобиля называется угол рулевого управления, на которое оно отклоняется при повороте руля до момента поворота колёс.

Параметр проверяется люфтометром. Для легковых авто он соответствует 10 градусам, тогда как для грузовиков, его нормативное значение должно быть равным 25 градусам.

ПОСМОТРЕТЬ ВИДЕО

Некоторые особенности работы рулевого управления автомобиля

Большинство современных моделей автомобильного транспорта имеют инновационную систему управления всеми четырьмя колесами. Благодаря этому значительно улучшается динамика движения транспортного средства на местности со сложным рельефом. Помимо этого, рулевое управление автомобиля адаптированное на все колеса позволяет добиться большей маневренности при скоростной езде. Это возможно благодаря повороту каждого из колес.

Примечательно, что в рулевом управлении подруливание колес может осуществляться системой в пассивном режиме. Это возможно благодаря наличию в конструкции задней части подвески специальных упругих резинометаллических деталей. При возникновении крена кузова за счет изменения величины и направления нагрузки осуществляется изменение направления движения. Рулевое управление с функцией подруливания задних колес позволяет эффективно распределить усилие для поворота всех колес. Помимо этого, такая система не позволяет осуществить поворот колес при активном состоянии подвески.

В конструкцию адаптивной системы подруливания входят шарниры и тяги. Шарнир имеет несколько элементов в своем составе, для удобства использования его конструкция представлена в виде снимающегося наконечника. Кинематическую схему рулевого управления автомобиля удобнее всего представить в идее прямоугольника, на каждой из сторон которого находятся:

плечи;
угол схождения;
развал;
продольный и поперечный наклон.

Плечи, продольный и поперечный наклон обеспечивают стабилизацию движения, в то время как остальные параметры находятся в постоянном противодействии. Поэтому еще одной задачей рулевого управления является стабилизация всех возникающих в процессе движения сил.

Особенности правостороннего и левостороннего управления

В зависимости от законодательства конкретных стран и вида транспортного средства современные автомобили подразделяются на праворульные и леворульные. Соответственно, рулевое колесо может располагаться как справа, так и слева. К примеру, рулевые системы ВАЗ являются леворульными.

Механизмы отличаются не только позицией руля, но и редуктором, который адаптирован под конкретную сторону подключения. Несмотря на это, правостороннее управление на левостороннее переделать возможно.

Некоторые виды спецтехники оборудованы гидрообъемным рулевым управлением, которое обеспечивает независимость размещения рулевого колеса от других элементов. Такая рулевая система не обладает механической связью между рулем и приводом, а колеса поворачиваются при помощи силового цилиндра, регулируемого насосом-дозатором.

В сравнении со стандартными механизмами гидрообъемное рулевое управление не требует приложения больших усилий для выполнения поворота, не обладает люфтом, и его компоновка подразумевает произвольное расположение конструктивных элементов.

Соответственно, гидрообъемное управление обеспечивает как левостороннее, так и правостороннее управление. Благодаря этому система может устанавливаться на специальные транспортные средства.

Устройство и основные составляющие

Схема AFS: 1 – насос гидроусилителя руля, 2 – шланги, 3 – бачок для рабочей жидкости, 4 – электронный блок управления, 5 – шина обмена данными, 6 – электродвигатель , 7 – датчик угла поворота электродвигателя , 8 – клапан системы Servotronic, 9 – планетарный редуктор , 10 – аварийный фиксатор , 11 – датчик суммарного угла поворота, 12 – рулевой механизм

Основные составляющие AFS:

Рулевая рейка с планетарным редуктором и электромотором. Планетарный механизм изменяет скорость вращения рулевого вала. Данный механизм состоит из коронной (эпициклической) и солнечной шестерен, а также блока сателлитов и водила. Планетарный редуктор размещается на рулевом валу. Электродвигатель вращает коронную шестерню через червячную передачу. При вращении этого зубчатого колеса меняется передаточное отношение механизма.
Входные датчики. Необходимы для измерения различных параметров. При работе AFS используются: датчик угла поворота рулевого колеса, датчики положения электродвигателя, датчики системы динамической стабилизации, датчики суммарного угла поворота. Последний датчик может отсутствовать, а угол рассчитывается на основании сигналов с остальных датчиков.
Электронный блок управления (ЭБУ). В него приходят сигналы со всех сенсоров. Блок обрабатывает сигнал, а после отправляет команды на исполнительные устройства. ЭБУ также активно взаимодействует со следующими системами: Servotronic, система управления двигателем, DSC, система доступа в автомобиль.
Рулевые тяги и наконечники.
Рулевое колесо.

Некоторые особенности работы рулевого управления автомобиля

плечи;
угол схождения;
развал;
продольный и поперечный наклон.

Что подразумевается под суммарным люфтом рулевого колеса?

Еще один термин, требующий рассмотрения — «суммарный люфт». Под ним подразумевается общий угол, отсчет которого начинается при крайнем положении рулевого колеса с одной стороны, когда начинается поворот, до противоположного положения, когда машина начинает движение в другом направлении.

Чтобы разобраться в принципах работы суммарного люфта, важно понимать конструкцию и особенности работы системы управления. Если исходить из технической составляющей, принцип действия люфта имеет следующий вид

В передаче рулевых тяг присутствует шток, который фиксируется с небольшим зазором в один-два миллиметра.

Это расстояние необходимо для защиты узлов зацепления рулевой системы от износа по причине чрезмерного трения.

Наличие зазора — технологическое решение, позволяющее держать зацеп в необходимом положении и не касаться к поверхности зубцов.

Для водителя этот параметр представляет собой свободный ход рулевого колеса, позволяющий получить более точное управление автомобилем и чувствовать, в какой момент изменяется направление движения транспортного средства.

По сути, это полное расстояние, которое проходит руль, прежде чем машина поедет в левую или правую сторону.

Многие ошибочно считают это явление негативным и пытаются от него избавиться. Не стоит этого делать, ведь люфт в рулевом управлении — норма для каждого автомобиля. Другое дело, что он должен иметь строго определенную величину.

Здесь прослеживается интересная закономерность — чем большие габариты имеет авто, тем более высоким является показатель люфта.

В процессе измерения суммарного люфта обязательно соблюдение ряда условий:

Передние колеса располагаются в нейтральной позиции и стоят на твердой (асфальтной или бетонной) поверхности.
Покрышки управляемых колес сухие и чистые.
Двигатель автомобиля заведен. Это актуально, если тестируется работа усилителя рулевого привода.
Натяжение приводного ремня насоса усилителя руля, а также уровень рабочей жидкости должны соответствовать требованиям, которые утверждены заводом-изготовителем.

Проверка суммарного люфта производится посредством измерения угла поворота управляющего колеса между фиксированными позициями изменения движения в левую и правую сторону.

Для получения точных параметров измерение производится от двух и более раз.