Рульова рейка - принцип роботи та конструкція

Серед усіх типів кермових редукторів рейковий займає особливе місце хоча б тому, що він найпоширеніший у конструкціях легкових автомобілів. Маючи низку переваг, рейка, а саме так його прийнято коротко називати за ознакою застосування основної деталі, практично витіснила всі інші схеми.

Особливості використання рейки

Сама по собі рейка представляє ковзний сталевий стрижень із зубчастою насічкою. З боку зубів до нього притиснута приводна шестерня. Вал рульової колонки має шліцеве з'єднання з валом провідної шестерні. Зазвичай використовується косозубий зачеплення, як безшумне і здатне передавати значні навантаження.

При обертанні керма водій, діючи разом із підсилювачем керма, переміщає рейку у потрібному напрямку. Кінці рейки через кульові з'єднання діють на кермові тяги. У розрізі тяг встановлені різьбові муфти регулювання сходження та кермові кульові наконечники. У кінцевому рахунку переміщувальне зусилля через поворотний важіль передається на кулак, маточину та кероване колесо з кожного боку. Конфігурація розрахована таким чином, щоб гума не прослизала в плямі контакту, а кожне колесо рухалося дугою потрібного радіуса.

Склад рейкового кермового механізму

Типовий механізм включає:

• корпус, де розміщені всі деталі, забезпечений вушками кріплення до моторного щита або рами;
• зубчасту рейку;
• підшипники ковзання типу втулки, на які рейка спирається при переміщеннях;
• вхідний вал, зазвичай розміщений у роликових (гольчастих) підшипниках кочення;
• будову регулювання зазору в зачепленні з підпружиненого сухаря та регулювальної гайки;
• пильовики рульових тяг.

Іноді механізм комплектується зовнішнім демпфером, покликаним мінімізувати один з недоліків рейкового механізму - надмірно сильну передачу на кермо ударів від коліс, що потрапляють на нерівності. Демпфер є горизонтально розташований телескопічний амортизатор, подібний до того, що встановлюється в підвісках. Одним кінцем він з'єднаний із рейкою, а іншим – із підрамником. Усі удари гасяться гідравлікою амортизатора.

Найпростіші механізми, що застосовуються на найлегших автомобілях, позбавлені підсилювача кермового керування. Але більшість рейок мають у своєму складі. Виконавчий механізм гідропідсилювача інтегрується в корпус рейки, назовні виходять лише штуцери підключення гідравлічних магістралей з правої та лівої сторін поршня.

Розподільник у вигляді золотникового клапана та відрізка торсіону вбудовується в корпус вхідного валу рейкового механізму. Залежно від величини та напрямку прикладеного водієм зусилля, що закручує торсіон, золотник відкривається у бік лівого або правого штуцерів гідроциліндра, створюючи там тиск та допомагаючи водієві переміщувати рейку.

Іноді в рейковий механізм вбудовуються елементи електричного підсилювача, якщо він не розташований на рульовій колонці. Прямий привід на рейку кращий. У цьому випадку рейка має електродвигун з редуктором та другою приводною шестернею. Вона працює паралельно з основною по окремій зубчастій насічці на рейці. Напрямок та величина зусилля визначаються електронним блоком управління, що отримує сигнал з датчика закручування торсіону вхідного валу і формує силовий струм на електродвигун.

Переваги та недоліки механізму з рейкою

Серед переваг можна виділити:

• високу точність кермового управління;
• простоту забезпечення прозорості керма, навіть з підсилювачем;
• компактність вузла та простоту конструкторського компонування в районі моторного щита;
• мала вага та відносно низьку вартість;
• хорошу сполучність як із застарілими гідропідсилювачами, так і з сучасними ЕУР;
• задовільну ремонтопридатність, випускаються ремкомплекти;
• невибагливість до мастила та частого обслуговування.

Є й недоліки:

• принципово висока прозорість керма у разі використання на нерівних дорогах, за відсутності демпферів та швидкодіючих підсилювачів водій може отримати травму;
• шумність у вигляді стуків при роботі зі збільшеним зазором, коли зношування відбувається нерівномірно, то зазор не вдається відрегулювати.

Поєднання плюсів і мінусів у роботі рейкового механізму визначає його сферу застосування – це легкові автомобілі, у тому числі й спортивні, що експлуатуються переважно хорошими дорогами на високих швидкостях. У цьому випадку рейка поводиться якнайкраще і випереджає за споживчими якостями всі інші схеми кермового управління.

Обслуговування механізму іноді проводиться з метою зменшити зазор у разі стуків. На жаль, з описаних вище причин нерівномірного зносу це завжди вдається. У таких випадках механізм заміняться у зборі, часто на відновлений у заводських умовах. Застосування ремкомплектів позбавляє лише стукотів у підшипниках і опорних втулках, але не зносу зубчастої пари. Але загалом термін служби механізму досить високий, а вартість нових деталей цілком прийнятна.