Вы когда-нибудь задумывались, что происходит, когда вы поворачиваете руль автомобиля? Обычно существует множество типов рулевых механизмов, включая рециркуляционно-шариковые и гидроусилители руля. Рейка и шестерня, вероятно, также являются одной из рулевых систем, о которых вы слышали.
Система рулевого управления рейкой и шестерней состоит из шестерни (круглой шестерни) и рейки (прямозубой шестерни). Эта система преобразует вращательное движение в линейное. В отличие от рециркуляционно-шарикового рулевого управления, встречающегося в больших грузовиках, внедорожниках и других тяжелых транспортных средствах, большинство легковых автомобилей, небольших грузовиков и внедорожников оснащены системой рулевого управления рейкой и шестерней.
История рейки и шестерни
Хотя рулевое управление рейкой и шестерней относительно ново в американской автомобильной истории, это не новая концепция. Первая коробка передач рейки и шестерни была разработана BMW в 1930-х годах, но впервые она была продана в США в 1951 году на MG, а впервые использована в производстве американских моделей в 1974 году на Ford Mustang II и Pinto. AMC использовала рейку и шестерню на Pacer с 1975 года, но GM и Chrysler начали использовать её только в начале 1980-х на моделях X-body и K-car.
Американские производители сочли рейку и шестерню рациональной, поскольку она использовалась европейскими и азиатскими автопроизводителями в течение многих лет, и её конструкция была проще, чем у рециркуляционно-шариковой рулевой коробки, что делало производство дешевле. Рулевое управление рейкой и шестерней значительно легче традиционной коробки передач, что означает улучшенную топливную экономичность. В конструкции рейки и шестерни не требуются рычаги, центральная тяга, рулевые тяги или сошка рулевого механизма. В дополнение к этому, есть преимущество в снижении веса. Рейка и шестерня устанавливается близко к поперечной трансмиссии, что облегчает её интеграцию в системы переднего привода. Передаточное отношение коробки передач также можно было настроить для каждой колесной базы и комбинации управляемости и опций. Коробка передач рейки и шестерни также обеспечивает водителю более четкое ощущение руля.
Система рейки и шестерни используется не только для управления автомобилями и небольшими грузовиками, но и для множества других целей. Системы рейки и шестерни используются не только для помощи поездам в подъеме по крутым склонам, но и для улучшения контроля торможения, особенно в условиях снега и льда. Они являются стандартной функцией для большинства лестничных подъемников. Механизм рейки и шестерни часто приводится в действие гидравлической или электрической мощностью.
Артур Эрнест Бишоп изобрел переменную рейку в 1970-х годах. Его переменная рейка использовалась в сочетании со стандартной шестерней для улучшения управляемости транспортного средства.
Передаточное отношение рейки и шестерни
Для перемещения от упора до упора большинству автомобилей требуется от трех до четырех полных оборотов рулевого колеса (от крайнего правого до крайнего левого положения). Передаточное отношение рулевого управления показывает, насколько нужно повернуть руль, чтобы колеса повернулись на определенное расстояние. Высокое отношение означает, что нужно больше поворачивать руль для поворота колес на определенную величину, а низкое отношение означает более быстрый отклик рулевого управления.
В некоторых транспортных средствах используется рулевое управление с переменным передаточным отношением. Центральная часть этой системы рулевого управления рейкой и шестерней имеет разное количество зубьев на сантиметр (шаг зубьев), чем концы. В результате, когда рулевое колесо поворачивается к положению упора, чувствительность выше, чем когда оно близко к центральному положению, что улучшает маневренность автомобиля.
Существует в основном два типа систем рулевого управления рейкой и шестерней:
- С концевой тягой – рулевые тяги крепятся к концам рулевой рейки через внутренние тяги.
- С центральной тягой – рулевые тяги фиксируются болтами к центру рулевой рейки.
Как работает эта система
Рулевое управление рейкой и шестерней работает, преобразуя вращательное движение рулевого колеса в линейное движение, необходимое для поворота колес, через зубчатую систему. Зубчатая передача заключена в металлическую трубку. В трубке есть отверстия на обоих концах, позволяющие прикрепить рейку к рулевым тягам. Шестерня соединена с рулевым валом, поэтому при повороте рулевого колеса шестерня вращается и перемещает рейку. Рулевые тяги соединены с наконечниками рулевых тяг, которые закреплены на поворотных кулаках.
Зубчатый набор рейки и шестерни служит двум целям:
- Преобразование вращательного движения рулевого колеса в линейное движение, необходимое для поворота колес транспортного средства
- Обеспечение редукции, облегчающей поворот колес рулевым колесом
Признаки проблем
Поскольку рейка и шестерня по сути являются зубчатым механизмом, они со временем изнашиваются и выходят из строя. Как и почти любая другая часть вашего автомобиля. Вот признаки, которые, по мнению советов по техническому обслуживанию, следует учитывать:
Чрезмерный люфт или свободный руль
При управлении рулевым колесом оно должно ощущаться «тугим», то есть когда вы поворачиваете руль, вы чувствуете, как поворачиваются передние колеса. Если рейка и шестерня неисправны, вы можете заметить, что руль начинает болтаться или имеет чрезмерный люфт. Часто вы чувствуете, что автомобиль медленно реагирует на повороты руля. Управление автомобилем также может ощущаться более трудным, и он может вилять на высоких скоростях.
В какой-то момент вы также можете почувствовать мертвую зону. Это когда вы поворачиваете руль, но передние колеса не поворачиваются, пока вы не повернете его на определенный угол. Это происходит потому, что рейка и шестерня не полностью зацеплены, что означает, что когда вы поворачиваете руль, рейка фактически не двигается.
Стук при повороте
При повороте руля ваш автомобиль также может издавать щелкающий звук. Изношенные рейка и шестерня могут быть недостаточно смазаны, и они могут сталкиваться друг с другом, вызывая трение и создавая звук.
Обратите внимание, что эти звуки могут исходить от рулевых тяг или других частей подвески. Разница в том, что если звук исходит от неисправной рейки и шестерни, вы будете слышать его почти каждый раз, когда поворачиваете руль. С другой стороны, щелкающий звук от узлов подвески обычно возникает только при преодолении неровностей или резких поворотах.
Утечка жидкости гидроусилителя руля
Если в вашем автомобиле установлен гидроусилитель руля, при неисправности рейки и шестерни может начаться утечка жидкости гидроусилителя. Если под автомобилем вы видите лужу красной жидкости, это может быть утечка жидкости гидроусилителя или трансмиссионной жидкости. Проверьте, откуда происходит утечка, чтобы определить, является ли это жидкостью гидроусилителя или трансмиссионной жидкостью.
Обратите внимание, что утечка жидкости гидроусилителя может быть вызвана неисправным насосом гидроусилителя, поврежденным резервуаром или протекающим шлангом. Ваши рейка и шестерня могут быть не первоначальной причиной. Кроме того, если в вашем автомобиле установлен электроусилитель руля, эта проблема не возникнет, поскольку электроусилитель не требует жидкости для работы.
Стоимость замены
Стоимость замены рейки и шестерни, включая трудозатраты, может составить от 1000 до 1900 долларов в зависимости от марки и модели вашего автомобиля. Сама рейка и шестерня обычно стоит от 700 до 1500 долларов, а трудозатраты могут достигать 400 долларов. Например, рейка и шестерня для Toyota Corolla 2015 года стоит 717 долларов, плюс 400 долларов за труд, что делает счет за ремонт 1117 долларов.
Конечно, это грубые оценки, и мы берем верхний предел спектра. Замена рейки и шестерни в вашем автомобиле может быть дешевле, чем наши оценки. Не говоря уже о том, что роскошные или высокопроизводительные автомобили могут обойтись дороже. Хорошая новость заключается в том, что рейка и шестерня обычно служат довольно долго. Обычно они выдерживают около 100 000 миль и могут легко прослужить дольше. Например, мой Mitsubishi Pajero Sport проехал 120 000 миль, и с рулевым управлением нет проблем.
При такой дорогой замене вы можете задаться вопросом, стоит ли она того. Прежде чем давать механику зеленый свет, разумно проверить стоимость продажи вашего автомобиля на рынке подержанных автомобилей. Если стоимость вашего автомобиля все еще значительно превышает стоимость ремонтных работ, то можно сказать, что затраты того стоят.
Например, если замена рейки и шестерни стоит 1200 долларов, но ваш автомобиль все еще можно продать примерно за 10 000 долларов, то ремонтные работы действительно стоят того. Однако, если стоимость продажи вашего автомобиля составляет всего около 3000 долларов, это не стоит того. Это почти половина стоимости вашего автомобиля! В этом случае вам, вероятно, лучше продать автомобиль как есть.
Другой вариант — сдать ваш автомобиль в утиль. Вы можете отвезти его на свалку или в компанию по утилизации, которая заплатит за металлолом вашего автомобиля. Или вы можете разобрать автомобиль и продать отдельные детали и аксессуары. Последний вариант занимает больше времени, но, вероятно, позволит вам получить больше денег от вашего автомобиля. В конечном счете, если рыночная стоимость вашего автомобиля не сильно отличается от стоимости ремонта, не продолжайте ремонт.
Заключение
Подводя итог, рейка и шестерня являются центральным элементом системы рулевого управления вашего автомобиля. Рейка — это прямозубая шестерня, которая соединяется с рулевыми тягами, которые, в конечном счете, соединяются с передними колесами. С другой стороны, шестерня — это круглая шестерня, которая находится поверх рейки и соединена с рулевым колесом через рулевую колонку.
Рейка и шестерня служат примерно до 100 000 миль. Однако они могут изнашиваться, и когда они начинают выходить из строя, появляются заметные симптомы. Некоторые симптомы включают щелкающий звук при повороте руля, утечку жидкости гидроусилителя руля и свободный руль с большим люфтом. Это явно затрудняет рулевое управление и контроль над автомобилем. Поэтому вам не следует управлять автомобилем с неисправной рейкой и шестерней, так как это может привести к серьезной аварии.