Рулевое управление с шестерней и рейкой незаметно захватило доминирование в автомобильном мире. Сегодня это стандартное оборудование для всех транспортных средств, от компактных городских автомобилей до крупных внедорожников. Эта система элегантна своей простотой. Защитная металлическая трубка содержит ряд шестерен, которые преобразуют движения рук в физические перемещения.
Сердцем системы является шестеренчатая передача рейки и шестерни. Рейка представляет собой удлиненную шестерню, зубья которой имеют одинаковую длину. Она расположена внутри металлической трубки, концы которой выступают наружу. К этим концам прикреплены рулевые тяги. Эти тяги служат связующим звеном между внутренним механизмом и внешним миром.
Действие начинается сверху. Шестерня крепится к рулевой колонке, которая опускается вниз от рулевого колеса. Когда вы поворачиваете колесо, колонка вращает шестерню. Шестерня зацепляется за зубья рейки и перемещает ее из стороны в сторону. Это линейное движение передается через рулевые тяги на рулевые рычаги, которые соединены со ступицей колеса.
Этот механизм одновременно выполняет две важные функции. Во-первых, он преобразует вращательное движение рулевого колеса в линейное движение, необходимое для поворота колес. Во-вторых, он обеспечивает понижающее передаточное число шестерни. Это понижение является ключевым. Оно делает поворот руля гораздо проще, чем прямое соединение колеса с валом.
Большинству современных автомобилей требуется три или четыре оборота рулевого колеса, чтобы перейти от одного упора к другому. Это диапазон от крайнего левого поворота до крайнего правого поворота. Этот диапазон определяется передаточным числом рулевого управления.
Понимание передаточного числа рулевого управления
Передаточное число рулевого управления — это простая математическая зависимость. Она сравнивает поворот рулевого колеса с тем, насколько фактически изменяется направление колес автомобиля. Если один оборот рулевого колеса (360 градусов) заставляет колеса автомобиля повернуться на 20 градусов, то передаточное число составляет 18:1.
Большее число означает, что для достижения заданного угла требуется больше оборотов руля. Но это также означает меньшие физические усилия. Понижающая передача шестерни берет на себя основную работу.
Здесь вступает в игру предпочтения водителя. Более легкие и спортивные автомобили, как правило, имеют меньшее передаточное число рулевого управления. Чем меньше отношение (например, 12:1), тем быстрее реагирует автомобиль. Вы делаете небольшой ввод, и колеса реагируют немедленно. Это необходимо для маневренности спортивных автомобилей. Эти автомобили достаточно легки, чтобы позволить водителям справляться с повышенной нагрузкой, не чувствуя себя так, будто они плавают без усилителя руля.
Более крупные грузовики и семейные седаны часто используют более высокие передаточные числа. Приоритетом здесь является устойчивость и снижение рабочей нагрузки при движении по шоссе. Вам не нужна дерганая реакция; требуется стабильное управление.
Некоторые производители нашли разумный компромисс с помощью рулевого управления с переменным передаточным числом. Эта система модифицирует шестеренчатую передачу рейки и шестерни. Зубья на рейке расположены неравномерно. В середине зазор между зубьями становится более мелким. Это обеспечивает быструю реакцию, необходимую при начале поворота. По мере приближения рулевого колеса к пределу своего вращения шаг шестерни становится более крупным. Это снижает усилие, необходимое для полной установки колес в упор, облегчая парковку и маневрирование в стесненных условиях.
Системы рулевого управления с усилителем рейки
Добавление усилителя руля немного изменяет конструкцию. Большинство водителей полагаются на системы рулевого управления с усилителем рейки. Эти агрегаты интегрируют гидравлическую или электрическую помощь непосредственно в сборку рамы. Основной принцип остается прежним. Шестерня по-прежнему перемещает рейку. Но сегодня гидравлика и электродвигатели обеспечивают необходимую силу.
Эта помощь является переменной. Она изменяется в зависимости от скорости автомобиля. Наибольшая помощь оказывается при движении на низких скоростях, например, при параллельной парковке. Вы можете повернуть тяжелое рулевое колесо одним пальцем. Усилитель руля уменьшается при движении на высоких скоростях. Это предотвращает ощущение нечеткости или излишней чувствительности автомобиля к небольшим вводам руля. Обратная связь становится более тяжелой и влияет на водителя
Вспомогательный механизм
Это не магия. Тяжелую работу выполняет гидравлическая система.
В корпусе рейки находится цилиндр. В центре цилиндра расположен поршень. Поршень жестко связан с самой рейкой. Следовательно, когда поршень перемещается, перемещается и рейка. Точка.
Жидкость поступает через два порта. Один находится слева. Другой — справа.
Вот в чем суть: насос подает жидкость с более высоким давлением на одну из сторон поршня. Разница давлений заставляет поршень скользить. Скольжение поршня толкает рейку. И вдруг рулевое колесо больше не кажется таким тяжелым, как жернов.
Это система, которая помогает создавать гидравлическое давление. Просто скажите им это.
Но как жидкость туда попадает? Как система понимает, в какую сторону вы хотите повернуть, еще до того, как вы значительно повернули руль? Позже мы подробно рассмотрим насос, клапаны и логику потока.
Сначала давайте отойдем от гидравлических «тряпок» и посмотрим на другого значимого участника в мире рулевого управления.
