Пристрій, види та принцип роботи кермової рейки

Зміст

Від весла до рейки – еволюція кермового механізму
Загальна компоновка
Де знаходиться
Висновок

Рульова рейка – це основа кермового керування транспортного засобу, за допомогою якого водій спрямовує колеса машини у потрібну сторону. Навіть якщо ви не збираєтеся самі лагодити свою машину, то розуміння того, як влаштована рульова рейка і яким чином працює цей механізм, буде корисно, адже знаючи її сильні та слабкі сторони, ви зможете керувати легковиком або джипом більш дбайливо, продовжуючи термін його служби. ремонту.

Двигун є серцем автомобіля, але саме кермова система визначає, куди він поїде. Тому кожен водій повинен хоча б загалом розуміти, як влаштована рульова рейка його машини та яке її призначення.

Від весла до рейки – еволюція кермового механізму

У давнину, коли людина тільки почала освоювати землю і воду, але колесо ще не стало основою його мобільності, основним засобом переміщення вантажів на великі відстані, що перевищують денний перехід, стали плоти і човни. Ці засоби пересування трималися на воді, рухаючись за рахунок різних сил, а для управління ними використовували перше кермо - опущене у воду весло, яке знаходиться в задній частині плота або човна. Ефективність такого механізму була трохи вищою за нульову, а для спрямування плавзасобу в потрібну сторону були потрібні значні фізична сила і витривалість.

У міру зростання розмірів та водотоннажності кораблів робота з кермовим веслом вимагала все більше фізичних сил, тому на зміну йому прийшов штурвал, який повертав перо керма через систему шківів, тобто був першим кермовим механізмом в історії. Винахід і розповсюдження колеса призвело до розвитку сухопутного транспорту, але його основною рушійною силою були тварини (коні або бики), тому замість механізму управління використовували навчання, тобто на якусь дію візника тварини повертали в потрібну сторону.

Винахід парової установки та двигуна внутрішнього згоряння дозволило позбутися тягової худоби і дійсно механізувати сухопутні транспортні засоби, після чого відразу ж довелося винаходити для них рульову систему, яка працює за іншим принципом. Спочатку використовували максимально прості пристрої, через що керування першими авто вимагало величезної фізичної сили, потім поступово перейшли на різні редуктори, які підвищували потужність поворотного зусилля на колесах, але змушували інтенсивніше крутити кермо.

Ще одна проблема кермового механізму, яку довелося долати, пов'язана із необхідністю повороту коліс на різний кут. Траєкторія руху колеса, розташованого з внутрішньої, по відношенню до повороту боку, проходить за меншим радіусом, а значить, повертати його потрібно сильніше, ніж колесо із зовнішнього боку. На перших автомобілях цього не було, через що передні колеса зношувалися набагато швидше за задні. Потім з'явилося розуміння кута сходження, причому його вдалося забезпечити, використовуючи принцип початкового відхилення коліс один від одного. Під час їзди по прямій це майже не впливає на гуму, а на поворотах підвищує стійкість та керованість автомобіля, а також знижує зношування протектора покришок.

Першим повноцінним елементом управління стала рульова колонка (пізніше цей термін стали застосовувати не до редуктора, а механізму, який утримує верхню частину складового рульового валу), проте наявність лише однієї сошки вимагало складної системи передачі поворотного зусилля на обидва колеса. Вершиною еволюції таких механізмів став новий тип агрегату, що одержав назву «рульова рейка», він теж працює за принципом редуктора, тобто підвищує момент, що крутить, але, на відміну від колонки, передає зусилля відразу на обидва передні колеса.

Загальна компоновка

Ось основні деталі, що складають основу схеми пристрою рульової рейки:

провідна шестерня;
рейковий;
упор (притискний механізм);
корпус;
сальники, втулки та пильовики.

Пристрій, види та принцип роботи кермової рейки

Рульова рейка у розрізі

Така схема притаманна рейкам будь-яких автомобілів. Тому відповідь на питання «як влаштована кермова рейка» завжди починається саме з цього списку, адже він показує загальну структуру агрегату. Крім того, в інтернеті викладено безліч фото та відео, що показують як зовнішній вигляд блоку, так і його нутрощі, що увійшли до списку.

Провідна шестерня

Ця деталь є валом з нарізаними на ньому косими або прямими зубами, оснащений з обох торців підшипниками. Така конфігурація забезпечує постійне положення щодо корпусу та рейки за будь-якого положення керма. Вал із косими зубцями знаходиться під кутом до рейки, завдяки чому вони чітко входять у зачеплення з прямими зубцями на рейці, вал із прямими зубцями встановлювали на машини 80-х – 90-х років минулого століття, така деталь простіше у виготовленні, але термін її служби помітно менше. Незважаючи на те, що принцип роботи прямозубого і косозубого редукторів однаковий, останній надійніший і не схильний до заклинювання, завдяки чому і став основним у кермових механізмах.

На всіх автомобілях, які випускають з останнього десятиліття минулого століття, встановлюють тільки косозубі вали, це знижує навантаження на дотичні поверхні і продовжує термін служби всього механізму, що особливо актуально для рейок, не оснащених гідравлічним (ГУР) або електричним (ЕУР) підсилювачем. Прямозуба провідна шестерня була популярна в СРСР і РФ, її ставили на перші варіанти кермових механізмів передньопривідних машин, однак, з часом від такого вибору відмовилися на користь косозубої деталі, адже такий редуктор надійніший і вимагає менше зусиль для повороту колеса.

Діаметр валу та кількість зубців підібрано так, щоб для повного повороту коліс з крайнього правого в крайнє ліве положення та навпаки потрібно 2,5–4 обороти рульового колеса. Таке передавальне число забезпечує достатнє зусилля на колесах, а також створює зворотний зв'язок, дозволяючи водієві «відчувати автомобіль», тобто чим складніше умови руху, тим більше зусиль він змушений докладати, щоб повернути колеса на потрібний кут. Власники транспортних засобів з рульовою рейкою і воліють лагодити свою машину самостійно, нерідко викладають звіти про ремонт в інтернеті, забезпечуючи їх докладними фото, у тому числі шестерні.

З кермовою колонкою провідну шестерню з'єднує складовий вал з карданами, що є елементом безпеки, його призначення – захистити водія під час зіткнення від удару кермом у груди. Під час удару такий вал складається і не передає зусилля до салону, що було серйозною проблемою у машинах першої половини минулого століття. Тому на праворуких та ліворуких машинах ця шестерня розташовується по-різному, адже рейка стоїть посередині, а шестерня з боку керма, тобто на краю агрегату.

рейка

Сама рейка – це круглий пруток із загартованої сталі, на одному з кінців якого знаходяться зубці, що відповідають провідній шестірні. У середньому довжина зубчастої частини становить 15 см, чого достатньо для повороту передніх коліс з вкрай правого в ліве положення і навпаки. У торцях або в середині рейки просвердлені отвори з різьбленням для кріплення рульових тяг. Коли водій обертає кермо, ведуча шестерня переміщує рейку у відповідний бік, причому завдяки досить великому передатному числу водій може коригувати напрямок руху транспортного засобу з точністю до часток градуса.

Рульова рейка

Для ефективної роботи такого механізму рейку фіксують втулкою та притискним механізмом, що дозволяє їй переміщатися вліво-вправо, але перешкоджає віддаленню від провідної шестірні.

Притискний механізм

Під час їзди нерівною місцевістю редуктор рульового механізму (пара рейка/шестерня) відчуває навантаження, що прагнуть змінити відстань між обома елементами. Жорстка фіксація рейки може призвести до її підклинювання та неможливості повернути кермо, а значить, виконати маневр. Тому жорстка фіксація допустима тільки з одного боку корпусу агрегату, віддаленої від ведучої шестірні, з другого боку жорсткої фіксації немає і, рейка може трохи «грати», зміщуючись щодо провідної шестірні. Така конструкція забезпечує не тільки невеликий люфт, що перешкоджає підклиненню механізму, але і створює сильніший зворотний зв'язок, дозволяючи рукам водія краще відчувати дорогу.

Принцип роботи притискного механізму полягає в наступному – пружина з певним зусиллям притискає рейку до шестірні, забезпечуючи щільне зачеплення зубців. Зусилля, що передається від коліс, придушує рейку до шестерні, обидві деталі переносять легко, адже виготовлені із загартованої сталі. А ось зусилля, спрямоване в інший бік, тобто віддаляє обидва елементи один від одного, компенсується жорсткістю пружини, тому рейка трохи відсувається від шестерні, але це не впливає на зачеплення обох деталей.

Згодом пружина цього механізму втрачає жорсткість, а вставка з м'якого металу або міцної пластмаси сточується про рейку, що призводить до зниження ефективності притиску пари рейка-шестерня. Якщо деталі знаходяться в нормальному стані, ситуацію виправляють підтяжкою, притискаючи гайкою пружину до рухомого прутка і відновлюючи правильне притискне зусилля. Фахівці з ремонту автомобілів нерідко виставляють фото як пошкоджених деталей цього механізму, так і підтяжки у звітах, які потім викладають на різних автомобільних порталах. Якщо ж знос деталей досяг небезпечного значення, їх замінюють новими, відновлюючи нормальну роботу всього механізму.

Корпус

Корпус агрегату виготовлений з алюмінієвого сплаву, а також оснащений ребрами жорсткості, завдяки чому вдалося максимально знизити масу без втрати міцності та жорсткості. Міцності корпусу вистачає для того, щоб навантаження, що виникають під час їзди навіть нерівною місцевістю, не пошкоджували його. При цьому схема внутрішнього простору корпусу забезпечує ефективну роботу всього кермового механізму. Також, у корпусі передбачені отвори для фіксації до кузова автомобіля, завдяки чому він воєдино збирає всі елементи кермового керування, забезпечуючи їхню погоджену роботу.

Сальники, втулки та пильовики

Втулки, встановлені між корпусом і рейкою, мають високу зносостійкість, а також забезпечують легкий рух прутка всередині корпусу. Сальники захищають змащену ділянку механізму, тобто простір навколо ведучої шестерні, перешкоджаючи втраті мастила, а також ізолюють його від попадання пилу та бруду. Пильовики захищають відкриті ділянки корпусу, через які проходять кермові тяги. Залежно від моделі машини вони приєднані до торців або середини рейки, у будь-якому разі, саме пильовики захищають відкриті ділянки корпусу від проникнення пилу та бруду.

Модифікації та види

Незважаючи на те, що на зорі своєї появи рейка була найкращим різновидом кермового механізму, розвиток техніки підштовхнуло виробників до подальшої модифікації цього пристрою. Оскільки основні механізми з моменту появи агрегату, а також конструкція та схема його роботи не змінилися, виробники направили свої зусилля на підвищення ефективності шляхом встановлення різних пристроїв, що підсилюють.

Першим був гідропідсилювач, головною перевагою якого була простота конструкції за крайньої вимогливості до правильної експлуатації, адже рульові рейки з ГУР погано переносили поворот на максимальний кут при високих оборотах двигуна. Головним недоліком ГУР була залежність від мотора, адже саме до нього підключений насос. Принцип роботи цього пристрою полягає в тому, що при повороті керма гідророзподільник подає рідину в одну з двох камер, коли колеса досягнуть відповідного повороту, подача рідини припиняється. Завдяки такій схемі необхідне для повороту коліс зусилля знижується без втрати зворотного зв'язку, тобто водій ефективно кермує та відчуває дорогу.

Наступним кроком стала розробка електричної рульової рейки (ЕУР), однак перші моделі цих пристроїв викликали масу нарікань, адже нерідко відбувалися помилкові спрацьовування, через що машина мимовільно повертала під час руху. Адже роль розподільника грав потенціометр, який з різних причин видавав не завжди правильну інформацію. Згодом цей дефект вдалося майже повністю усунути, завдяки чому за надійністю управління ЕУР нічим не поступається ГУР. Деякі автовиробники вже використовують електрогідропідсилювач, що поєднує в собі переваги електричного та гідравлічного пристроїв, а також позбавлений їх недоліків.

Тому сьогодні прийнято наступний поділ на види кермових рейок:

прості (механічні) – майже не використовують через низьку ефективність та необхідність прикладати великі зусилля для повороту коліс на місці;
з гідропідсилювачем (гідравлічні) – є одними з найпопулярніших завдяки простій конструкції та високій ремонтопридатності, але підсилювач не працює при вимкненому двигуні;
з електропідсилювачем (електричні) - також є одними з найпопулярніших, поступово витісняючи агрегати з ГУР, адже вони працюють навіть при вимкненому двигуні, хоча досі повністю не усунуто проблему випадкових спрацьовувань;
з електрогідропідсилювачем, які поєднують переваги обох попередніх видів, тобто працюють навіть при вимкненому двигуні та не «радують» водія випадковими спрацьовуваннями.

рульова рейка з ЕУР

Такий принцип класифікації дозволяє власнику або потенційному покупцеві легковика відразу ж оцінити всі переваги та недоліки кермового управління конкретної моделі.

Взаємозамінність

Виробники автомобілів майже ніколи не займаються випуском рейкових кермових механізмів, виняток становив «АвтоВАЗ», але й там цю роботу передали партнерам, тому при сильних дефектах цього вузла, коли ремонт невигідний, необхідно обирати не лише модель, а й виробника цього механізму. Одним із лідерів цього ринку є компанія ZF, що спеціалізується на випуску різноманітних агрегатів, від автоматичних трансмісій, до механізмів кермового управління. Можна замість рейки ZF взяти дешевий китайський аналог, тому що їх схема та розміри однакові, ось тільки прослужить він недовго, на відміну від оригінального пристрою. Нерідко автомобілі, вік яких перевалив за 10 років, оснащують рейкою від інших виробників, що підтверджують фото їх маркування, викладені в інтернеті.

Нерідко гаражні умільці ставлять на вітчизняні легковики рульові рейки від іномарок, наприклад різних моделей «Тойоти». Така заміна вимагає часткової обробки задньої стінки моторного відсіку, зате машина отримує набагато надійніший агрегат, який перевершує продукцію «АвтоВАЗу» за всіма параметрами. Якщо ж рейка від тієї ж "Тойоти" ще й оснащена електро або гідропідсилювачем, то навіть старенька "Дев'ятка" раптом по комфорту різко наближається до іномарок того ж періоду.

Основні несправності

Пристрій кермової рейки такий, що цей механізм є одним із найнадійніших в автомобілі, а більшість несправностей пов'язана або зі зносом (пошкодженням) розхідників, або з дорожньо-транспортними пригодами, тобто ДТП або аваріями. Найчастіше майстрам з ремонту доводиться міняти пильовики та сальники, а також зношені рейки та провідні шестірні, пробіг яких перевищує сотні тисяч км. Також доводиться періодично підтягувати притискний механізм, що обумовлено схемою кермового механізму, але це не вимагає ніякої заміни деталей. Набагато рідше заміни вимагає тріснутий через аварію корпус цього агрегату, в такому разі справні рейку, шестерню і притискний механізм переносять в донорський корпус.

Частими причинами ремонту цього вузла є:

люфт кермового керування;
стукіт під час їзди або поворотів;
надмірно легке або туге кермо.

Ці дефекти пов'язані зі зносом основних компонентів, з яких складається рульова рейка, тому їх також можна віднести до розхідників.

Де знаходиться

Щоб зрозуміти, де знаходиться і як виглядає рульова рейка, поставте машину на витяг або естакаду, потім відкрийте капот і поверніть колеса в будь-який бік до упору. Потім простежте, куди ведуть кермові тяги, саме там і знаходиться цей механізм, схожий на ребристу алюмінієву трубу, до якої підходить карданчик від рульового валу. Якщо у вас немає досвіду авторемонту і ви не знаєте, де знаходиться цей вузол, то перегляньте фото- та відеоматеріали, де автори показують розташування рейки у своїх машинах, а також найбільш зручні способи доступу до неї: це збереже вас від багатьох помилок, у тому числа, що призводять до травм.

Читайте також: Демпфер рульової рейки – призначення та правила встановлення

Незалежно від моделі та року випуску, цей механізм завжди розташований на задній стінці моторного відсіку, тому його можна побачити з боку вивернутого колеса. Для ремонту або заміни до нього зручніше підбиратися зверху, відкривши капот або знизу, знявши захист двигуна, а вибір точки доступу залежить від моделі та комплектації автомобіля.