Призначення і пристрій рульової колонки автомобіля
Зміст
У пристрій будь-якого автомобіля входить рульове управління. Ця система дозволяє задати напрямок рухається транспортному засобу за рахунок повороту передніх коліс. У деяких сучасних моделях легкових автомобілів рульове управління здатне в незначній мірі змінювати положення і задніх коліс. Завдяки цьому радіус повороту значно знижується. Про те, наскільки важливий цей параметр, можна ознайомитися з окремої статті.
Зараз зосередимося на ключовому механізмі, без якого машина не поверне. Це рульова колонка. Розглянемо, які модифікації може мати даний механізм, як він регулюється, а також як його відремонтувати або замінити.
Що таке рульова колонка автомобіля
Рульовий механізм приводиться в рух водієм за допомогою керма, розташованого в салоні авто. Він передає крутний момент на привід поворотних коліс. Справність даного пристрою безпосередньо впливає на безпеку під час руху транспорту. З цієї причини автовиробники приділяють багато уваги якості даного механізму, що мінімізує його різкий вихід з ладу. Незважаючи на її надійність, колонка теж схильна до зносу і поломок, тому водій зобов'язаний контролювати технічний стан цього пристрою.
Крім прямого призначення - передавати крутний момент від рульового колеса на поворотні механізми авто - рульова колонка також служить опорою для різних перемикачів, які завжди повинні бути під рукою. У цей список входить перемикач світла, склоомивача і інших функцій, потрібних під час руху машини. На багатьох моделях тут же розташовується замок запалювання (в деяких авто замість нього використовується кнопка запуску ДВС, і вона може розташовуватися на центральній панелі).
Даний елемент також забезпечує безпечне керування автомобілем, а його пристрій запобігає отриманню травм, коли відбувається лобовий удар. Конструкція сучасної колонки складається з декількох сегментів (мінімум два), завдяки чому фронтальне зіткнення провокує деформацію механізму, і він не пошкоджує грудну клітку водія при серйозному ДТП.
Цей механізм працює разом з механічним редуктором, який перетворює обертальний рух в лінійне. Про різновиди даного вузла ми поговоримо трохи пізніше. У термінології, що стосується рульового управління, зустрічається вираз «передавальне відношення РУ». Це співвідношення кута повороту керма і поворотних коліс. Даний редуктор з'єднується з так званої трапецією. Її функціонал завжди однаковий, незважаючи на різні модифікації конструкції.
Даний елемент управління через систему рульових тяг повертає колеса на різний кут в залежності від оборотів рульового колеса. У деяких автомобілях ця система також забезпечує нахил повертає колеса, завдяки чому поліпшується маневреність транспорту на вузьких ділянках дороги.
У завдання рульового управління входить не тільки можливість забезпечити комфортний поворот передніх коліс. Важливим фактором є здатність повернути їх у вихідне положення. У деяких моделях авто встановлюються системи, які змінюють передавальне число рульової рейки. Серед різновидів - активне рульове управління AFS. Ще в виконавчих механізмах обов'язково присутній невеликий люфт. Про те, навіщо він потрібен, як усунути його надлишок і яке допустиме значення цього параметра, читайте тут.
Пристрій рульової колонки
Спочатку старий автомобіль отримував досить примітивне рульове управління. Кермо установлювався на вал, закріплений на шарнірах. Вся конструкція перебувала в кожусі (зазвичай він теж був металевим). Ось уже близько ста років принцип роботи і функція рульової колонки не змінюється. Єдине - автовиробники постійно вдосконалюють цей механізм, вносячи в його конструкцію деякі зміни, підвищуючи комфорт управління і безпеку під час ДТП.
Сучасна РК складається з:
- Рульового і проміжного вала;
- Монтажної втулки;
- Контактної групи (активує запалювання бортової системи авто, про який докладно розглядається в іншій статті). Хоча вона не є частиною пристрою самої колонки, цей вузол з нею асоціюється;
- Шестерень (ведуча і ведена);
- кожуха;
- Монтажного блоку замку запалювання (якщо не використовується окрема кнопка запуску ДВС);
- Монтажного блоку перемикачів, розташованих під кермом;
- Верхнього корпусу;
- пильовиків;
- Демпфер;
- Блокатор валів;
- Кріплень (болтів, гайок, пружин, кронштейни тощо);
- Карданної передачі (про те, в яких ще вузлах автомобіля використовується даний механічний елемент, читайте в іншому огляді).
Велике значення має якість пиляків. Вони запобігають потраплянню сторонніх часток і сміття в механізми, через що сталася б блокування управління. Під час руху транспортного засобу це неминуче призведе до аварії. З цієї причини в планове обслуговування ТЗ повинна входити діагностика стану і цих елементів.
Щоб навантаження від ваги колонки не покладалася на виконавчі елементи, вона кріпиться до передньої панелі за допомогою міцного кронштейна. Ця деталь також повинна бути міцною, так як вона бере на себе не тільки вага конструкції РК, але і запобігає її від переміщення в результаті зусиль з боку водія.
В основі рульової колонки використовується кілька шарнірних з'єднань (виготовляються з високолегованої сталі), які знаходяться в пластикових кожухах. Використання даного матеріалу забезпечує справну роботу механізму і запобігає різкий вихід з ладу. Також в порівнянні з першими розробками сучасні РК виготовляються так, щоб під час фронтального зіткнення вал складався, завдяки чому потужний удар не такий небезпечний.
Ключовими вимогами до рульовій колонці є:
- На ній рульове колесо має міцно фіксуватися;
- При ДТП повинна забезпечувати зниження травматизму водія;
- Здатність полегшити рух автомобіля за рахунок легкого маневрування на звивистих ділянках дороги;
- Точна передача зусиль водія від керма на поворотні колеса.
РК працює в наступній послідовності. Водій повертає рульове колесо. Крутний момент передається на вал і через карданні передачі надходить на провідну шестерню. Ця деталь в сукупності з відомою шестернею визначають кількість поворотів керма для повного переміщення коліс. Щоб водієві легше було повертати великі колеса в важкому автомобілі, ця пара має невеликі розміри, завдяки чому відбувається збільшення зусиль на трапецію. У сучасних автомобілях для цього використовуються різні типи підсилювачів (про це детальніше читайте тут).
У цей момент активується рульова рейка. У подробиці роботи цього вузла виникають не будемо. Детально про пристрій, принцип роботи і різних модифікаціях елемента вже є окрема стаття. Даний механізм переміщує кермові тяги відповідно до напряму, яке визначає сам водій.
Лінійне рух впливає на поворотний кулак кожного колеса, завдяки чому вони повертаються. Додатково про інші функції поворотного кулака розповідається окремо. Так як від рульової колонки залежить безпека руху будь-якого автомобіля, вона спроектована так, щоб поломки в ній відбувалися вкрай рідко.
Значення використання рульового демпфера
Не у всіх моделях рульових колонок використовується демпфер. Це скоріше додаткове обладнання, яке забезпечує більший комфорт при керуванні авто. Використання даного елемента обумовлено неякісним дорожнім покриттям, через якого в рульовому управлінні на великій швидкості утворюється вібрація. Обов'язково цей механізм буде стояти в позашляховиках, але їм також можуть оснащуватися і легкові машини.
Рульовий демпфер гасить вібрації, що утворюються в момент, коли колеса наїжджають на горби або потрапляють в ямки. Путівець частіше відповідає цьому опису. Незважаючи на те, що РК з демпфером буде коштувати дорожче класичної модифікації, в даному випадку мета виправдовує засоби. Причин тому кілька:
- Коли під час їзди в рульове колесо надходять коливання, водій знаходиться в напрузі, і йому доводиться постійно коригувати положення керма, так як створюється відчуття, що машина сходить зі своєї траєкторії.
- Так як ходова частина і рульове управління здатне з часом міняти кути положення деяких елементів, їх періодично потрібно коригувати. Така процедура називається настройка розвал-сходження (про те, як вона проводиться, читайте в іншому огляді). Зазвичай цю процедуру проводять через інтервал, відповідний від 15 до 30 тисяч кілометрів пробігу в залежності від моделі авто. Якщо в рульовому управлінні використовується амортизаційний елемент, таке регулювання можна виконувати набагато пізніше.
Правда, у даного механізму є один недолік. Зазвичай при появі віддачі в кермі водій розуміє, що автомобіль виїхав на нестабільну дорогу, і заради безпеки коліс знижує швидкість. Так як демпфер гасить коливання в рульовій тязі, інформативність рульового управління знижується, і водієві доводиться орієнтуватися на інші параметри, які свідчать про виїзд на погане дорожнє полотно. Але до цього швидко звикаєш, а тому цей фактор не є критичним, через якого не було б використовувати подібну модифікацію РК.
Особливості вузла і конструкція
Конструкція сучасної рульової колонки може мати додаткові елементи. До переліку входять:
- Рульовий блокіратор;
- Регулювальні механізми.
На рахунок рульового блокіратора - це зовнішнє пристрій, який дозволяє автовласникові заблокувати вал колонки, щоб ніхто сторонній не зміг викрасти автомобіль. Цей елемент відноситься до охоронної системи авто (детальніше про те, які ще кошти дозволяють захистити машину від угону, читайте тут). У пристрій блокіратора входить стопор з дисковим замком. Блокіратор не знімається, а кріпиться на валу в процесі складання автомобіля на конвеєрі. Розблокування відбувається за допомогою ключа запалювання, вставленого в замок запалювання і невеликими поворотами рульового колеса.
У пристрій сучасних РК також входять механізми, що дозволяють змінити положення колонки. У більшості випадків регулюється нахил конструкції, але в деяких авто також зустрічається регулювання вильоту керма. Бюджетний варіант має механічний принцип дії. Але в більш просунутих моделях цим процесом керує електроніка (це залежить від комплектації автомобіля).
Якщо в бортовій системі автомобіля є пам'ять положення РК, крісел і бічних дзеркал, то при активній системі запалювання водій підлаштовує положення всіх цих елементи під свої параметри. Після того як двигун заглушиться і водій деактивує запалювання, електроприводи всіх цих елементів переводять їх в стандартне положення. Така автоматична настройка дозволяє полегшити посадку / висадку водія. Як тільки буде вставлений ключ і активовано запалювання, електроніка виставить останнє значення.
Як було сказано трохи раніше, передача крутного моменту може здійснюватися кількома методами. Розглянемо три різновиди зв'язки між валом РК і трапецією рульового управління. У кожного типу конструкцій своя величина ККД.
«Шестірня-рейка»
Дана модифікація вважається оптимальною, і її частіше використовують у сучасних автомобілях. Ця конструкція використовується в транспортних засобах з незалежною підвіскою поворотних коліс. У пристрій рейкового рульового механізму входить корпус рульової рейки і механічна передача від шестерні до рейки. Працює система таким чином.
Шестерня закріплена на валу рульової колонки. Вона на постійній основі зачеплена з зубами рейки. Коли водій повертає кермо, разом з валом обертається і шестерня. Зв'язка «шестерня-рейка» забезпечує перетворення обертальних рухів в лінійні. Завдяки цьому рейка переміщається вліво / вправо. До рульовій рейці прикріплені кермові тяги, які за допомогою шарнірів закріплюються на поворотних кулаках коліс.
З плюсів даного механізму можна виділити:
- Високий ККД;
- Простота конструкції;
- Конструкція налічує невелику кількість тяг і шарнірів;
- Компактні розміри;
- Доступна вартість нового механізму;
- Надійність роботи.
До недоліків можна віднести сильну чутливість механізму до особливостей дорожнього покриття. Будь-яка купина або ямка обов'язково передасть вібрацію в кермо.
«Черв'як-ролик»
Така конструкція використовувалася в старих автомобілях. У порівнянні з попередньою модифікацією у даного механізму менший ККД і більш складна конструкція. Її можна зустріти в рульових механізмах вітчизняних моделей авто, легких вантажівках і автобусах. Конструкція такої передачі складається з:
- вала;
- Червячно- роликового передачі;
- картера;
- Рульовий сошки.
Як і в модифікації, згаданої раніше, ролик і черв'як вала зачеплені на постійній основі. Нижня частина вала виконана у вигляді черв'ячного елемента. На його зубах встановлюється ролик, прикріплений до валу рульової сошки. Ці деталі поміщені в картері механізму. Обертальні рухи вала перетворюються в поступальні, завдяки чому деталі трапеції змінюють кут повороту коліс.
У черв'ячної конструкції такі позитивні моменти:
- Колеса можна повертати на більший кут в порівнянні з попередньою передачею;
- При їзді по нерівній дорозі удари гасяться;
- Водій може докласти великих зусиль для повороту коліс, і передача не постраждає (особливо важливо для вантажівок та іншого габаритного транспорту);
- За рахунок великого кута повороту автомобіль має непоганий маневреністю.
Незважаючи на ці плюси, у черв'ячного типу рульового управління є кілька суттєвих мінусів. По-перше, така конструкція складається з більшого числа деталей, які потребують регулювання. По-друге, через складність пристрою ця модифікація рульового управління коштує набагато дорожче в порівнянні з попереднім аналогом.
гвинтовий тип
За принципом дії гвинтовий механізм схожий з черв'ячним варіантом. Конструкція даної модифікації складається з:
- Рульового вала з різьбленням;
- гайки;
- Зубчастої рейки;
- Рульовий сошки з зубчастим сектором.
У момент повороту рульового колеса повертаються зуби гвинта. За ним переміщається гайка. Щоб знизити тертя між зубами цих двох деталей, між ними поміщені ролики. Завдяки цьому гвинтова пара має великий робочий ресурс. Переміщення гайки надає руху зубчастий сектор рульової сошки, який пов'язаний із зовнішніми зубцями гайки. Завдяки цьому виконується переміщення рульових тяг, і колеса повертають.
Дана передача забезпечує найвищий ККД. Зазвичай таку передачу можна зустріти в рульовому управлінні вантажівок, автобусів, а також представницьких легкових моделях.
Як і де прикріплена колонка рульового управління
Як вже було сказано раніше, рульова колонка не тільки здатна передавати крутний момент різної величини від керма до поворотним колесам. Вона також повинна витримувати значні механічні навантаження від рук водія. У кожного автомобіліста своя фізична сила, і автовиробники виконують максимально міцну фіксацію корпусу механізму. Причина тому - звичка багатьох водіїв залишати салон автомобіля, використовуючи кермо в якості підлокітника або ручки, за яку вони тримаються.
Щоб конструкція залишилася на місці в разі фізично сильного власника авто, вона кріпиться не на торпедо, а на передній панелі кузова за допомогою потужного кронштейна. Даний вузол не потребує періодичної перевірки. Але якщо водій помітив люфт самої конструкції (НЕ рульового колеса), то слід звернути увагу на її кріплення, щоб в невідповідний момент конструкція не відпала, хоча таке трапляється вкрай рідко, і то після неуважного ремонту.
Регулювання рульової колонки
Якщо в автомобілі встановлена регульована рульова колонка, з налаштуванням положення керма зможе впоратися навіть новачок. Для цього потрібно зайняти зручне положення в кріслі водія, і відрегулювати спочатку його (про те, як це зробити правильно, читайте тут). Потім вичавлюється регулювальний фіксатор, і колонка переміщається в зручне положення. Ключовий фактор при цьому - положення рук.
Якщо покласти обидві руки на верхню частину рульового колеса, то в витягнутому стані вони повинні стосуватися керма не долонями, а зап'ястним суглобом. В цьому випадку водієві буде комфортно управляти транспортним засобом. Детальніше про те, як правильно тримати кермо (це стосується новачків), є окрема стаття.
Виконуючи налаштування положення РК, вкрай важливо, щоб машина стояла на місці. Ні в якому разі не можна робити це під час руху авто. Після регулювання необхідно переконатися, що конструкція міцно зафіксувалася. Для цього достатньо несильно штовхнути кермо і потягнути його на себе. У моделях з електричним приводом ця процедура виконується ще простіше - шляхом натискання відповідної клавіші.
Як здійснити ремонт рульової колонки?
Незважаючи на те, що РК - надійний механізм, іноді в ньому виникають несправності, які ні в якому разі не можна ігнорувати. Найпершим тривожною ознакою є поява збільшеного осьового люфту або вільного ходу в площині. У першому випадку це ознака несправності шліцьового з'єднання або вироблення шарнірів. У другому - неполадки з кріпленням до кронштейну.
Крім збільшеного люфту до симптомів несправного рульового управління відносяться:
- Важке обертання рульового колеса;
- Скрипи при управлінні машиною;
- Підтікання мастила.
Якщо в процесі їзди кермо туго повертається (коли машина стоїть на місці, в моделях без гідропідсилювача кермо завжди буде крутитися туго), слід шукати причину в:
- Некоректної налаштування розвал-сходження;
- Деформації якоїсь конкретної деталі передавального зусилля механізму (це може бути трапеція, рульова рейка або кардан колонки);
- Установці невідповідних деталей (якщо тугий хід керма став спостерігатися після ремонту рульового управління);
- Сильної затягуванні гайки маятника.
Підтікання мастила часто пов'язано з тим, що сальники виробили свій ресурс. Така ж дефект з'являється недбалому виконанні ремонту (болти картера погано затягнуті) або при зносі ущільнювальної гумки кришки картера.
Поява скрипів може бути обумовлено:
- Збільшеним зазором в маточинних підшипниках;
- Поганим кріпленням пальців тяг рульового керування;
- Збільшеним зазором втулок і маятника;
- Відпрацьованими свій ресурс підшипниками;
- Поганим кріпленням поворотних важелів.
У деяких випадках рульове управління неможливо полагодити без зняття рульової колонки. Розглянемо послідовність виконання даної процедури.
Як зняти колонку
Щоб демонтувати рульову колонку, потрібно:
- Від'єднати клеми акумуляторної батареї (про те, як це правильно і безпечно зробити, дивіться в іншій статті);
- Демонтувати рульове колесо і зняти кожух колонки;
- Відкрутити гайку знизу колонки, яка з'єднує з нею тяги (для цього буде потрібно хороший важіль);
- Відкрутити кріплення конструкції до лонжерону. Для зручності слід відкрутити колесо з боку водія (переднє);
- Демонтувати стягнутий болт на шлицевом з'єднанні;
- Відкрутити ущільнювач вала, а сам вал виймається в салон.
Після того, як колонка успішно демонтована, приступаємо до її ремонту. У деяких випадках деталі можна замінити або доведеться міняти повністю всю конструкцію. В процесі заміни також варто придбати нові ущільнювачі і кріпильні елементи (болти і гайки).
При заміні підшипника необхідно дотримуватися тієї ж схеми демонтажу колонки. Далі вал в зборі з кронштейном затискається в лещатах. Звільнити підшипник можна, вибивши вал з кронштейна. Хоча удари ефективно виконувати молотком, важливо бути акуратним, щоб не розплескати торцеву частину валу. Для цього можна скористатися дерев'яною проставкой, наприклад, товстим дубовим бруском.
Нові підшипники встановлюють вузькою частиною назовні. Далі виконується запрессовка виробів, поки вони не упрутся в обмежувач. Другий підшипник запресовується аналогічно, тільки на цей раз в лещатах фіксується сам вал, а не кронштейн. При поломці хрестовини карданної передачі вся конструкція змінюється повністю.
На завершення огляду пропонуємо невелику відео-інструкцію того, як демонтувати рульову колонку на ВАЗ 2112:
Питання та відповіді:
Де знаходиться кермова колонка? Це частина кермового керування, яка знаходиться між кермовим колесом і рульовою рейкою (розташована в підкапотному просторі та з'єднує поворотні колеса з механізмом за допомогою тяг).
Як влаштована кермова колонка? Вал, на якому закріплено кермо. Корпус, на якому кріпляться підрульові перемикачі та замок запалювання. Карданний вал із хрестовиною. Залежно від модифікації, демпфери, регулювання, блокування.
