Шестерня и рейка. Шестерня радиусом 8,84 мм за оборот сдвигает рейку на 55,5 мм. От упора до упора — 2,7 оборота руля и 150 мм хода рейки.
Вал с карданами. Колонка и шестерня не на одной оси, между ними вал с двумя карданами. При равных углах и вилках в одной плоскости шестерня вращается так же ровно, как руль.
Усилитель. Торсион закручивается на 1–3°, датчик меряет это и мотор или масло добавляют момент. На парковке нужно около 60 Н·м, водитель даёт 5.
Тяги и Аккерман. Тяги толкают рычаги кулаков. Рычаги наклонены внутрь, поэтому внутреннее колесо поворачивается на 37°, наружное на 29°, и машина не скребёт шинами.
Детали в модели «Рулевое управление»
Рулевая тяга. Стальная тяга около 210 мм с шаровым шарниром у рейки. Резьбой с наконечником регулируют схождение.
Рулевой наконечник. Шаровой палец в корпусе с полимерным вкладышем соединяет тягу с поворотным рычагом и позволяет колесу ходить вверх-вниз.
Показ по шагам
Руль прямо. Колёса стоят прямо, рейка в середине хода. Четыре узла: колонка, вал с карданами, механизм и тяги.
Шестерня двигает рейку. Поворот руля вращает шестерню, её зубья толкают рейку. Один оборот руля — 55,5 мм хода рейки.
Два кардана. Вал идёт к шестерне под углом. Два одинаковых шарнира с вилками в одной плоскости гасят неравномерность друг друга.
Электроусилитель. Торсион закручивается под рукой, датчик это видит, мотор через червяк доворачивает вал. На парковке он делает 90% работы.
Принцип Аккермана. Рычаги кулаков наклонены внутрь: внутреннее колесо поворачивается сильнее и оба катятся вокруг одного центра.
Гидроусилитель. Золотник направляет масло под давлением в полость цилиндра, поршень на рейке толкает её в сторону поворота.
Что ломается и как это проявляется
Люфт наконечника. Признаки: стук спереди на мелких неровностях, руль приходится постоянно подруливать, машина рыскает. Плечо шины стирается неравномерно. Что проверить: поддомкратить колесо и качать его руками за 3 и 9 часов, держа руку на наконечнике. Любой ощутимый люфт — замена и регулировка схождения.
Порван пыльник. Признаки: сначала ничего не чувствуется. Через месяцы появляется хруст и стук, внутренний шарнир тяги получает люфт. Что проверить: осматривать пыльники при каждой замене масла: трещины в складках, сорванные хомуты. Менять сразу, пока рейка чистая.
Упрощения модели
Ось шкворня в модели вертикальная, без продольного и поперечного наклона; поэтому руль не возвращается сам, а углы колёс считаются только по геометрии тяг.
Нагрузка на рейку посчитана упрощённо: сопротивление шин на месте плюс стабилизирующий момент от скорости. Реальные числа зависят от массы, шин и развала.
Без усилителя механизмы обычно делают медленнее (3,5–4 оборота), здесь передаточное число то же, поэтому момент получается очень большим.
Закрутка торсиона и смещение меток датчика момента показаны увеличенными, люфты в неисправностях тоже.
Торсион закручивается не больше чем на 5°, дальше момент передаёт упор. Упругость самого упора и вала не учтена.
Связанные узлы и детали
Модель показывает принцип работы. Геометрия и режимы упрощены для обучения.