Устройство рулевой рейки: как устроено рулевое управление машины

Рулевое управление — система, которая по воле водителя поворачивает передние колёса. Руль сам по себе колёса не двигает: он крутит рулевой вал, а вал — рулевой механизм. На большинстве легковых машин этот механизм — рейка: зубчатая планка, с которой зацеплена маленькая шестерня на конце вала. Крутите руль — шестерня катится по зубьям, и рейка сдвигается влево или вправо. К её концам прикреплены рулевые тяги, они через наконечники толкают поворотные кулаки, и колёса поворачиваются. Чтобы крутить руль было легко даже на стоянке, в систему встроен усилитель — гидравлический или электрический. Ниже — из чего состоит рулевое управление, что происходит при повороте руля, чем отличаются усилители и что в рейке изнашивается.

Из чего состоит рулевое управление

Пройдём от рук водителя к колёсам.

Часть	Что делает
Рулевое колесо	Место для рук; в нём же подушка безопасности и кнопки
Рулевая колонка	Кронштейн с рулевым валом; часто регулируется по высоте и вылету
Рулевой вал с карданами	Передаёт вращение от руля вниз к рейке, огибая детали моторного отсека
Шестерня	Косозубая шестерня на нижнем конце вала, входит в зацепление с рейкой
Рейка	Длинный стальной стержень с зубьями на одном участке; ходит влево-вправо в корпусе
Корпус рейки и втулки	Держат рейку и направляют её движение
Упор рейки	Подпружиненный вкладыш, который прижимает рейку к шестерне и убирает зазор
Рулевые тяги	Стержни, привинченные к концам рейки через шаровые шарниры
Пыльники	Резиновые гофры на концах корпуса; не пускают грязь и воду к рейке и шарнирам
Рулевые наконечники	Шаровые шарниры на внешних концах тяг; соединяют тяги с поворотными кулаками
Поворотные кулаки	Детали подвески, на которых вращаются колёса; поворачиваются вокруг своей оси
Усилитель	Гидравлический или электрический помощник водителю

Шарниры на тягах и наконечниках нужны, потому что колесо не только поворачивается, но и ходит вверх-вниз вместе с подвеской. Жёсткие тяги сломались бы на первой кочке, а шаровые соединения позволяют им двигаться во всех направлениях. Как подвеска держит колёса, рассказано в статье об устройстве подвески.

Что происходит, когда вы поворачиваете руль

1. Водитель поворачивает руль влево.
2. Вал передаёт вращение вниз. Карданные шарниры позволяют валу изгибаться под углами, а в случае аварии колонка складывается, чтобы не травмировать водителя.
3. Шестерня катится по рейке. Зубья шестерни толкают зубья рейки, и рейка сдвигается вбок. Вращение превратилось в прямолинейное движение.
4. Усилитель помогает. Датчик или клапан замечает, что водитель прикладывает усилие, и усилитель дотягивает рейку в ту же сторону.
5. Тяги толкают кулаки. Одна тяга тянет, другая толкает, и оба колеса поворачиваются в одну сторону.
6. Внутреннее колесо поворачивается сильнее. Рычаги кулаков установлены под углом так, что колесо на внутренней стороне поворота отклоняется больше внешнего. Оно идёт по меньшему кругу, и шины не стираются боком.
7. Руль возвращается сам. На выходе из поворота колёса стремятся встать прямо благодаря наклону оси поворота, и руль раскручивается в руках водителя.

Передаточное число подобрано так, что руль делает несколько оборотов от упора до упора, а колёса за это время поворачиваются лишь на несколько десятков градусов. Так водитель может точно вести машину по прямой: маленький поворот руля почти не сдвигает колёса.

Гидроусилитель и электроусилитель

Без усилителя крутить руль тяжёлой машины на стоянке пришлось бы двумя руками и с усилием. Усилители бывают двух основных видов.

Гидроусилитель (ГУР). Насос с приводом ремнём от двигателя постоянно гонит специальную жидкость. На рейке есть поршень в цилиндре. На рулевом валу стоит распределитель — клапан с упругим торсионом. Когда водитель поворачивает руль, торсион чуть закручивается, клапан открывает путь жидкости в одну из полостей цилиндра, и давление толкает поршень вместе с рейкой. Отпустил руль — клапан встал посередине, давление выровнялось.

Электроусилитель (ЭУР). На рулевой колонке или прямо на рейке стоит электромотор. Датчик на валу измеряет, насколько сильно водитель крутит руль, и блок управления даёт мотору нужную силу. На стоянке помогает сильно, на скорости — меньше, чтобы руль был «тяжелее» и машина не рыскала.

	Гидроусилитель	Электроусилитель
Что помогает	Жидкость под давлением	Электромотор
Когда работает	Всегда, пока работает двигатель	Только когда водитель крутит руль
Топливо	Отбирает немного мощности у мотора постоянно	Потребляет энергию только при повороте
Обслуживание	Нужно следить за жидкостью, шлангами, ремнём	Жидкости нет
Ощущение руля	Естественное, «живое»	Зависит от настройки, иногда более искусственное

Бывает и электрогидроусилитель: гидравлика, но насос крутит не ремень, а электромотор.

Чем рейка отличается от других рулевых механизмов

Рейка стоит на большинстве легковых машин: она простая, компактная и точная, а руль в ней хорошо чувствует дорогу.

Червячный механизм ставили на классические «Жигули», «Волги» и многие внедорожники. Вал с червяком поворачивает ролик и сошку, а колёса двигает система рычагов — рулевая трапеция. Такой механизм лучше переносит удары от бездорожья, но менее точен.

Винт — шариковая гайка — на грузовиках и больших внедорожниках. Внутри гайки бегают стальные шарики, и трение очень маленькое.

Подруливающие задние колёса. На части дорогих машин задние колёса тоже поворачиваются на несколько градусов своим электроприводом. На малой скорости — в сторону, противоположную передним, и машина разворачивается на пятачке. На большой — в ту же сторону, и машина плавнее меняет полосу.

Что руль рассказывает водителю

Рулевое управление работает в обе стороны: не только водитель поворачивает колёса, но и колёса передают в руки то, что происходит на дороге. По рулю опытный водитель многое понимает о машине.

• Руль становится лёгким на скорости в дождь. Это опасный признак: шины начинают всплывать на слое воды — аквапланировать. Сцепление с дорогой пропадает, и нужно плавно сбросить газ, не дёргая рулём.
• Руль дрожит на определённой скорости. Чаще всего разбалансированы колёса: на диске отвалился грузик или налип снег. Вибрация идёт по тягам в рейку и в руки.
• Машину тянет в сторону. Причина может быть в разном давлении в шинах, в сбитом схождении или в подклинивающем тормозе. Рулевой механизм тут часто ни при чём, но первым это чувствует именно руль.
• Руль после поворота не возвращается сам. Мешает тугой шарнир, заедание в рейке или неправильные углы установки колёс.

Интересные факты

• Почему у машины на месте руль тяжелее, чем в движении. Когда машина стоит, пятно контакта шины приходится буквально проворачивать по асфальту. В движении колесо катится, и повернуть его гораздо легче.
• Почему нельзя бросать руль при парковке у бордюра. Удар колеса о бордюр идёт через кулак и наконечник прямо в рейку. Именно от таких ударов чаще всего гнутся тяги и появляется стук.

Почему ломается рулевое управление и на что смотреть

• Стук в рейке на неровностях. Износились втулки или упор рейки, появился зазор между рейкой и шестернёй.
• Люфт руля. Руль чуть проворачивается, а колёса стоят на месте. Причины — изношенные наконечники, тяги или рейка.
• Увод машины и неровный износ шин. Сбилось схождение, погнута тяга, изношены шарниры.
• Порванный пыльник. Внутрь попадают вода и песок, рейка ржавеет и изнашивается в разы быстрее. Пыльники стоит осматривать при каждом обслуживании.
• Течь или гул гидроусилителя. Упал уровень жидкости, изношены сальники рейки или насос.

Рулевое управление отвечает за безопасность наравне с тормозами. Замену тяг, наконечников и ремонт рейки делают в сервисе, а после них обязательно выставляют развал-схождение. Стук и люфт в руле — не повод ждать планового ТО: изношенный наконечник может разрушиться на ходу. Место рулевого среди остальных систем машины — в обзоре устройства автомобиля.