Устройство рулевого управления автомобиля газ 3110

Назначение, требования, классификация

Рулевое управление колесных транспортно-технологических машин (ТТМ) предназначено для выполнения двух основных функций. Первая заключается в изменении направления движения в соответствии с управляющим воздействием водителя. Вторая — в поддержании заданного направления движения, при наличии внешних возмущений (поперечный уклон дороги, боковой ветер и др.), стремящихся отклонить ТТМ от заданного водителем направления движения.

Колесные ТТМ и автомобили преимущественно оснащаются рулевым управлением, обеспечивающим заданное управляющими воздействиями водителя направление движения с помощью раздельного и согласованного поворота управляемых колес. Рулевое управление должно обеспечить такие углы поворота каждого из управляемых колес, при которых качение всех колес автомобиля происходит без бокового скольжения или с минимально возможным скольжением.

Требования в отношении управляемости, устойчивости, маневренности и легкости управления могут быть реализованы, если рулевым управлением обеспечивается:

• высокая жесткость деталей и отсутствие зазоров в их соединениях;
• согласованность (пропорциональность) углов поворота рулевого колеса и управляемых колес;
• согласованность кинематики элементов рулевого привода и направляющего устройства подвески;
• легкость управления и маневренность автомобиля (небольшая величина крутящего момента, необходимого для попорота, обеспечение «чувства дороги»).

Маневрирование поворотом управляемых колес — наиболее распространенный способ поворота ТТМ, но изменение направления движения, помимо указанного способа, может производиться:

• поворотом управляемых осей;
• складыванием звеньев транспортного средства; бортовым способом.

Кроме того, конструкция рулевого управления зависит от типа рулевого механизма (червячный, винтовой, реечный) и усилителя (гидравлический, электрический).

Наиболее распространенные проблемы, их причины и способы устранения

Любому агрегату свойственны поломки и рулевой редуктор, конечно же, не исключение. Автолюбителям будет гораздо проще разобраться в причине неполадки и устранить ее в кратчайшие сроки, если они будут знакомы с основными проблемами.

1. Наиболее часто встречаемой поломкой является течь рулевого редуктора. Присутствие такой проблемы можно обнаружить визуально по наличию масла под автомобилем. Причина может быть в течи сальника или в коррозии первичного вала. При этом в первом случае в ходе ремонта необходимо поставить новые сальники, манжеты, прокладки. А во втором случае, следует отшлифовать вал, а затем в обязательном порядке произвести газо-термонапыление до нормальных размеров.
2. Ощущение «тугого» руля. Оно появляется в связи с увеличением усилия для поворота рулевого колеса. При этом для того, чтобы быть уверенным есть ли причины для ремонта рулевого редуктора необходимо специальным динамометрическим ключом измерить уровень усиления поворота рулевого колеса. Затем полученный результат сопоставить с данными, которые предусматриваются заводом-изготовителем автомобиля. Если показатели не соответствуют, установленным нормам, надо произвести диагностику на специализированном стенде. Это поможет узнать давление, расход рабочей жидкости, а также наличие ее перетечек в редукторе. В этом случае не стоит пытаться починить редуктор самостоятельно. Гораздо лучше, проще и надежнее будет просто отдать его в мастерскую. Или же по желанию заменить на новый.
3. Люфт на рулевом колесе. Это может быть часть неисправности крестовины рулевой колонки, а может быть и люфт непосредственно редуктора. При этом требуется не частичная, а полная разборка агрегата, изучение состояния деталей и замена изношенных элементов. После произведенной работы устройство следует правильно отрегулировать на стенде.
4. Стук в редукторе рулевого управления. Этот вид неисправности можно определить по ощутимой «отдаче» в руль. Возникает такая проблема вследствие износа упорных подшипников. Необходимо заменить поврежденные детали и далее отрегулировать агрегат на стенде.

Эти четыре вида поломок самые часто встречаемые, однако иногда бывают и другие неисправности.

Сводная таблица для наглядности

Проявление	Неисправность	Метод устранения
Течь	Течь сальника; коррозия вала; отсутствие герметичности в трубках цилиндра, в нагнетательной или отводящей трубке	Полная переборка агрегата, точное определение слабых мест, их устранение
«Тугой руль», плохой его самовозврат, скрип	Погнутый вал или картер; перетянутая регулировка упора сухаря	Замена или же восстановление вала или картера
Стук	Износ шарниров, сухаря, правой втулки вала, сайлент-блоков; свободный ход рулевого вала; кривой вал или картер	Полная переборка, замена изношенных деталей на новые, возможно замена вала
Люфт	Износ картера, шарниров, сайлент-блоков; кривой вал или картер; свободный ход подшипника винта	Переборка редуктора, замена изношенных деталей
Стук и люфт, который ощущается на руле, когда двигатель не заведен	Упор золотника в ограничители,	Данные проявления нельзя назвать реальной поломкой, т.к. диагностика рулевого управления проводиться должна на заведенном двигателе
Утяжеление руля при повторяющихся положениях	Заедание карданчика рулевого вала из-за коррозии	Не относится к серьезным проблемам, чинится путем ремонта карданчика
Закусывание руля в одну или в две стороны	Износ картера; износ цилиндра в среднем положении	Полная переборка редуктора, замена изношенных деталей

Винтовой

Это более сложный в устройстве узел. В его конструкцию входит:

• Винт. Расположен на валу рулевого колеса.
• Гайка. Она перемещается по предыдущему элементу.
• Зубчатая рейка.
• Зубчатый селектор. Он соединен с рейкой.
• Рулевая сошка. Находится на валу селектора.

Ключевая особенность данного механизма заключается в способе соединения гайки и винта. Крепление осуществляется при помощи шариков. Таким образом, достигается меньший износ и трение пары.

Принцип работы винтового элемента схож с червячным. Поворот руля осуществляется посредством вращения винта, что перемещает гайку. Последняя передвигает при помощи рейки зубчатый сектор, а вместе с ней и рулевую сошку.

Где используется винтовой механизм? Зачастую, он применяется на тяжелой коммерческой технике — грузовиках и автобусах. Если говорить о легковых автомобилях, то это лишь модели представительского класса. Механизм более сложный в устройстве и дорогой, поэтому значительно увеличивает стоимость самого автомобиля.

Привод

Привод в конструкции рулевого управления используется для передачи перемещения рейки или сошки на управляемые колеса. Причем в задачу этой составляющей входит изменение положения колес на разные углы. Обусловлено это тем, что колеса при повороте движутся по разным радиусам. Поэтому колесо с внутренней стороны при изменении траектории движения должно поворачиваться на больший угол, чем внешнее.

Конструкция привода зависит от используемого механизма. Так, если на авто используется «шестерня-рейка», то привод состоит всего лишь из двух тяг, соединенных с поворотным кулаком (роль которого выполняет амортизационная стойка) посредством шарового наконечника.

К рейке эти тяги могут крепиться двумя способами. Менее распространенным является жесткая фиксация их болтовым соединением (в некоторых случаях соединение осуществляется через сайлент-блок). Для такого соединения в корпусе механизма проделано продольное окно.

Более распространенный метод соединения тяг – жесткое, но подвижное соединение с концами рейки. Для обеспечения такого соединения на конце обеих тяг сделан шариковый наконечник. Посредством гайки этот шар прижимается к рейке. При передвижении последней тяга меняет свое положение, что и обеспечивает имеющееся соединение.

В приводах, где используется механизм «червяк-ролик», конструкция значительно сложнее и представляет собой целую систему рычагов и тяг, получивших называние рулевой трапеции. Так, к примеру, на ВАЗ-2101 привод состоит из двух боковых тяг, одной средней, маятникового рычага и поворотных кулаков с рычагами. При этом для обеспечения возможности изменения угла положения колеса поворотный кулак крепиться к рычагам подвески при помощи двух шаровых опор (верхней и нижней).

Большое количество составных элементов, а также соединений между ними делает такой тип привода более подверженным износу и возникновению люфтов. Этот факт — еще одна причина отказа от червячного механизма в пользу реечного.

Рулевой механизм

Предназначен для преобразования вращения вала рулевой колонки в поступательные движения элементов привода.

Наибольшее распространение на легковых автомобилях получили механизмы типа «шестерня-зубчатая рейка». Ранее же использовался еще один вид – «червяк-ролик», который сейчас в основном используется на грузовых авто. Еще один вариант для грузовиков – «винтовой».

«шестерня-рейка»

Распространение тип «шестерня-рейка» получил благодаря сравнительно простому устройству рулевого механизма. Состоит этот конструктивный узел из трех основных элементов – корпус, в котором размещается шестерня и перпендикулярно ей – рейка. Между двумя последними элементами имеется постоянное зубчатое зацепление.

Работает этот вид механизма так: шестерня жестко связана с рулевой колонкой, поэтому она вращается вместе с валом. Из-за зубчатого соединения вращение передается на рейку, которая при таком воздействии смещается внутри корпуса в ту или иную сторону. Если водитель вращает рулевое колесо влево, взаимодействие шестерни с рейкой приводит к тому, что последняя перемещается вправо.

Зачастую на авто применяются механизмы «шестерня-рейка» с фиксированным передаточным числом, то есть диапазон поворота рулевого колеса для изменения угла колес одинаков при всех их положениях. Для примера, предположим, что для поворота колес на угол 15° необходимо сделать 1 полный оборот руля

Так вот, неважно, в каком положении находятся управляемые колеса (крайнее, прямолинейное), для поворота на указанный угол придется сделать 1 оборот

Но некоторые автопроизводители устанавливают на свои авто механизмы с меняющимся передаточным числом. Причем достигается это достаточно просто – изменением угла положения зубьев на рейке в определенных зонах. Эффект от этой доработки механизма такой: если колеса стоят прямо, то для изменения их положения на те же 15° (пример) требуется 1 оборот. Но если они находятся в крайнем положении, то из-за измененного передаточного числа, колеса повернуться на указанный угол уже через пол-оборота. В результате диапазон поворота руля «от края до края» значительно меньше, чем в механизме с фиксированным передаточным числом.

Рейка с переменным передаточным числом

Помимо простоты устройства тип «шестерня-рейка» используется еще потому, что в такой конструкции возможна реализация исполнительных механизмов гидроусилителя (ГУР) и электроусилителя (ЭУР), а также электрогидравлического (ЭГУР).

«червяк-ролик»

Следующий тип – «червяк-ролик», менее распространен и на легковых авто сейчас практически не используется, хотя его можно встретить на автомобилях ВАЗ классического семейства.

В основе этого механизма положена червячная передача. Представляет червяк собой винт с резьбой особого профиля. Этот винт располагается на валу, соединенном с рулевой колонкой.

С резьбой этого червяка контактирует ролик, соединенный с валом, на который посажена сошка – рычаг, взаимодействующий с элементами привода.

Червячный рулевой механизм

Суть работы механизма такова: при вращении вала, винт вращается, что приводит к продольному перемещению ролика по его резьбе. А поскольку ролик установлен на валу, то это смещение сопровождается поворотом последнего вокруг своей оси. Это в свою очередь приводит к полукруговому движению сошки, которая и воздействует на привод.

От механизма типа «червяк-ролик» на легковых авто отказались в пользу «шестерни-рейки» из-за невозможности интегрировать в него гидроусилитель (на грузовых авто он все же имелся, но исполнительный механизм был вынесенным), а также достаточно сложной конструкции привода.

Винтовой тип

Конструкция винтового механизма – еще сложнее. В ней также имеется винт с резьбой, но контактирует он не с роликом, а со специальной гайкой, на внешней стороне которой нанесен зубчатый сектор, взаимодействующий с таким же, но сделанным на валу сошки. Также существуют механизмы с промежуточными роликами между гайкой и зубчатым сектором. Принцип же действия такого механизма практически идентичен червячному – в результате взаимодействия вал проворачивается и тянет сошку, а та в свою очередь – привод.

Винтовой рулевой механизм

На винтовой механизм можно установить гидроусилитель (гайка выполняет роль поршня), но на легковых авто он не применяется из-за массивности конструкции, поэтому и используется он только на грузовиках.

Конструкция и виды рулевого привода

К приводу относятся все элементы, находящиеся между рулевым механизмом и управляемыми колесами. Структура узла зависит от типа используемой подвески и рулевого механизма.

Рулевой привод механизма “шестерня-рейка”

Данный вид привода, входящий в состав рулевой рейки, получил наибольшее распространение. Он состоит из двух горизонтальных тяг, рулевых наконечников и поворотных рычагов стоек передней подвески. Рейка с тягами соединяется при помощи шаровых шарниров, а наконечники фиксируются стяжными болтами либо при помощи резьбового соединения.

Также следует заметить, что с помощью рулевых наконечников регулируется схождение колес передней оси.

Привод с механизмом типа «шестерня – рейка» обеспечивает поворот передних колес автомобиля на разные по величине углы.

Рулевая трапеция

Рулевая трапеция обычно применяется в рулевом управлении с червячным или винтовым механизмом. Она состоит из:

• боковых и средней тяг;
• маятникового рычага;
• правого и левого поворотного рычага колес;
• рулевой сошки;
• шаровых шарниров.

Каждая тяга имеет на своих концах шарниры (опоры), которые обеспечивают свободное вращение подвижных деталей рулевого привода относительно друг друга и кузова автомобиля.

Рулевая трапеция обеспечивает поворот управляемых колес на разные углы. Нужное соотношение углов поворота осуществляется путем подбора угла наклона рычагов относительно продольной оси автомобиля и длины рычагов.

Исходя из конструкции средней тяги трапеция бывает:

• с цельной тягой, которая применяется в зависимой подвеске;
• с разрезной тягой, используемой в независимой подвеске.

Также она может отличаться по типу расположения средней тяги: перед передней осью либо после нее. В большинстве случаев рулевая трапеция применяется на грузовых автомобилях.

Рулевой наконечник с шаровым шарниром

Шаровой шарнир сделан в виде съемного наконечника рулевой тяги, в его состав входят:

• корпус шарнира с заглушкой;
• шаровой палец с резьбой;
• вкладыши, которые обеспечивают вращение шарового пальца и ограничивают его перемещение;
• защитный кожух (“пыльник”) с кольцом для фиксации на пальце;
• пружина.

Шарнир выполняет передачу усилия от рулевого механизма к управляемым колесам и обеспечивает подвижность соединения элементов рулевого привода.

Шаровые опоры воспринимают все удары от неровностей дорожной поверхности и потому подвержены быстрому износу. Признаками износа шаровых опор являются люфт и стук в подвеске при проезде неровностей. В этом случае неисправную деталь рекомендуется заменить на новую.

По способу устранения зазоров шаровые шарниры подразделяются на:

• саморегулируемые – они не требуют регулировок в процессе эксплуатации, а появившийся в результате износа деталей зазор выбирается благодаря поджиманию головки пальца с помощью пружины;
• регулируемые – в них зазоры между деталями устраняет затяжка резьбовой крышки;
• нерегулируемые.

Рулевая колонка

Выполняет передачу вращательного усилия, которое создает водитель для изменения направления. Состоит она из рулевого колеса, располагаемого в салоне (на него и воздействует водитель, вращая его). Оно жестко посажено на вал колонки. В устройстве этой части рулевого управления очень часто используется вал, разделенный на несколько частей, соединенных между собой карданными шарнирами.

Такая конструкция сделана не просто так. Во-первых, это позволяет менять угол положения рулевого колеса относительно механизма, смещать его в определенную сторону, что нередко необходимо при компоновке составных частей авто. В дополнение такая конструкция позволяет повысить комфортабельность салона – водитель может менять положение рулевого колеса по вылету и наклону, обеспечивая максимально удобное его положение.

Во-вторых, составная рулевая колонка имеет свойство «ломаться» в случае ДТП, снижая вероятность травмирования водителя. Суть такова – при фронтальном ударе двигатель может сместиться назад и толкнуть рулевой механизм. Если бы вал колонки был цельным, изменение положения механизма привело бы к выходу вала с рулевым колесом в салон. В случае же со составной колонкой, перемещение механизма будет сопровождаться всего лишь изменением угла одной составляющей вала относительно второй, а сама колонка остается неподвижной.

Регулировка

В отличие от ремонта, регулировка рулевого редуктора может осуществляться собственными силами. Для этого производители предусматривают в конструкции регулировочный винт, обычно защищенный полимерной крышкой, пробкой.

Это интересно: Технические характеристики G4KD 2 л/165 л. с.

Регулировочный винт углового редуктора

Ее вращением увеличивается или уменьшается зазор между деталями передачи (ролик/червяк, сектор/червяк, коническая шестерня/коническая шестерня) в зависимости от конструкции эксплуатируемого редуктора:

1. защитный колпачок снимается, удаляется стопорная шайба после ослабления гайки;
2. руль быстро прокручивается помощником на небольшой угол около 15 градусов вправо/влево;
3. в это же время мастер убирает свободный ход откручиванием или закручиванием винта отверткой;
4. усилие на руле и свободный ход приводятся в оптимальное соотношение указанным способом;
5. при затягивании гайки необходимо придержать шлиц винта в отрегулированном положении отверткой.

Регулировка свободного хода и усилия на руле винтом

Протяжка гайки оси маятникового рычага

По аналогии с этим стук в рулевом редукторе может быть вызван ослаблением крепежа промежуточного вала, гаек поворотных рычагов, кронштейна рычага-маятника, крепежа картера. Похожий эффект вызывает увеличение зазора в червячных подшипниках или в самом зацеплении червяк/ролик.

Для чего предназначен рулевой механизм

В общей схеме рулевого управления механизм выполняет следующие задачи:

• преобразует вращение входного вала, к которому подсоединена рулевая колонка, в поступательное для тяг рулевой трапеции;
• согласовывает силу, которую может создать водитель, с необходимым усилием на рычагах, соединённых с поворотными кулаками ходовой части, при помощи имеющейся в конструкции механической передачи с определённым передаточным числом;
• в большинстве случаев обеспечивает совместную работу с усилителями рулевого управления;
• защищает руки водителя от обратных ударов со стороны дорожных неровностей.

С определённой степенью точности данное устройство можно считать редуктором, как оно часто и называется.

Рулевой вал

Для чего служит червячная передача. Червячный рулевой механизм. Устройство рулевого управления

Схема рулевого управления достаточно проста, несмотря на то, что количество входящих в него составляющих фактически зашкаливает. Все, что нужно знать — абсолютно все шарниры смазываются большим количеством масла. По ходу расходования масла на транспортных средствах необходимо производить пополнение смазки деталей при помощи сподручных инструментов. К числу таких инструментов для транспортных средств можно отнести, к примеру, специальный шприц для масла, который является неотъемлемым атрибутом любого гаража.

Тем не менее система, представляющая собой рулевое управление, совершает работу за счет того, что водитель вращает руль, и лишь потом специальные механизмы и шарниры, наполненные маслом, начинают приходить в движение и вращать колеса в ту или иную сторону.

Разумеется, такое управление транспортными средствами, в которые входит подобный рулевой механизм, производится за счет действия на рулевое колесо. Но как руль соединяется со всеми остальными деталями, составляющими рулевое управление машины? Как происходит манипуляция шарнирами и тягами, которые наполняются маслом?

Одной из деталей, которая на транспортных средствах как раз отвечает за соединение руля с устройствами управления тягой, является рулевая рейка, выполненная из особо прочного и при этом легкого материала. Устройство рулевого управления таково, что расположение рейки предугадать достаточно просто: она простирается от руля и уходит вниз, под приборную доску.

Так, одни блокираторы из усиленного материала, которые включает в себя система рулевого управления, являются штатными и имеют расположение внутри рейки. Для обеспечения должного уровня безопасности блокиратор, выполненный из особо прочного материала, активируется в те моменты, когда ключ вытаскивают из замка зажигания или, допустим, активируют специальные охранные устройства.

Другие инструменты блокираторов для транспортных средств нештатны. Они обеспечивают дополнительную безопасность и могут вручную устанавливаться в паз, который располагается в нижней части конструкции. Назначение таких блокираторов — не позволить злоумышленнику маневрировать автомобилем и, таким образом, далеко на нем уехать.

Еще одно важное понятие – передаточное число рулевого механизма. Это соотношение угла поворота руля и угла поворота колес авто

Проверка механизма

Если водитель заметил какие-то неполадки в рулевом механизме. Это будет видно и слышно. Рулевое колесо может дрожать, отдаваться барабанная дрожь. При повороте руль будет «клинить» или «выбивать».

Чертеж с названиями элементов рулевой колонки газ 3110

Можно самому проверить узел. Для этого надо:

1. Поставить ГАЗ-3110 на ручник.
2. Под задние колеса поставить опоры.
3. Спереди ослабить крепление колеса слева.
4. Спереди автомобиль следует поднять и поставить на опоры.
5. Снять колесо.
6. После этого снять защитный брызговик.
7. В салоне волги 3110 отсоединить полностью вал узла от механизма внизу.
8. Требуется сделать отметки положения вала и сошки управления.
9. Снять сошку с вала.
10. После снятия болтов извлечь механизм.

Классификация рулевых редукторов

Необходимо сказать, что существует большое количество разновидностей редукторов. Поэтому всех их можно объединять в несколько групп, классифицируя по следующим признакам:

1. По типу передач они бывают зубчатые, червячные или же зубчато-червячные.
2. По числу ступеней: одноступенчатые, двухступенчатые и так далее.
3. По типу зубчатых колес: цилиндрический, конические, коническо-цилиндрические.
4. В зависимости от расположения валов в пространстве редукторы делятся на горизонтальные и вертикальные.
5. В зависимости от особенностей кинематической схемы: могут быть с раздвоенной ступенью, а могут быть с развернутой соосной схемой.

Стоит отметить, что столь великое разнообразие редукторов рулевого управления обусловлено тем, что каждый из них имеет разную нагрузочную способность и соответственно совершенно различный коэффициент полезного действия.

Как известно, разные типы автомобилей имеют разный вес. И, чем тежелее машина, тем, в свою очередь, больше будет вес, который опирается на управляющие колеса. А значит и управлять данным авто будет сложнее. Именно поэтому, например, рулевой редуктор уаз будет совсем не таким как рулевой редуктор газели или редуктор рулевого механизма ваз. То есть, чем больше масса машины, тем большим должен быть КПД редуктора рулевого механизма, для обеспечения транспорту нормальной управляемости.

Для более полного и подробного ознакомления с устройством рулевого редуктора можно просмотреть схему его строения.

Итак, это рулевой редуктор ваз 2107. По изображению видно, что в его конструкцию входят следующие детали:

1. Уплотнительный колпачок;
2. Гайка низкая;
3. Шайба стопорная;
4. Пластина регулировочного винта;
5. Винт регулировочный;
6. Вал сошки;
7. Сепаратор с шариками:
8. Кольцо нижнего подшипника червячного вала;
9. Прокладка регулировочная;
10. Крышка картера нижняя;
11. Винт;
12. Сошка;
13. Шайба 20 пружинная;
14. Пробка мк;
15. Крышка картера верхняя;
16. Прокладка верхней крышки;
17. Сальник червяка;
18. Картер рулевого механизма:
19. Втулка вала сошки;
20. Сальник вала сошки;
21. Кольцо верхнего подшипника;
22. Вал червячный:
23. Гайка М20×1.5.

Совершенно понятно, что это лишь один пример схемы. На его основе нельзя делать выводы о том, какой редуктор стоит в автомобиле другой марки, т.к. все они отличаются друг от друга. Хотя есть и аналоги, например – рулевой редуктор 2105. Также похожи по строению рулевой редуктор ваз 2106 и рулевой редуктор 2101. Все эти устройства отличаются друг от друга совсем незначительно. Поэтому могут даже заменяться друг другом. Так, к примеру, если сломался рулевой редуктор нивы, и при этом нет возможности найти новый, можно поставить рулевой редуктор ваз 2105. При этом цена рулевого редуктора ваз будет значительно ниже, а с прежнего редуктора рулевого 2121 придется только взять сошку.