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»
Картер рулевого механизма. Алюминиевая труба длиной около 720 мм на двух резиновых опорах. Внутри рейка ходит на втулке и на упоре.
Шестерня (вал-шестерня). 7 косых зубьев на радиусе 8,84 мм: один оборот руля сдвигает рейку на 55,5 мм. Вал стоит на шариковом и игольчатом подшипнике.
Рейка. Стальной стержень Ø26 мм с косыми зубьями шагом 7,9 мм. Ход ±75 мм, на концах — внутренние шаровые шарниры тяг.
Упор (сухарь) рейки. Пружина прижимает рейку к шестерне и выбирает зазор в зацеплении. Зазор регулируют пробкой с контргайкой.
Пыльник рейки. Резиновый гофр закрывает рейку и внутренний шарнир от воды и песка. Сжимается и растягивается на ход рейки.
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
Стук в рейке. Признаки: глухой стук передаётся в руль на мелких неровностях, руль можно покачать на 10–15° без поворота колёс. Что проверить: покачать руль на заглушенном двигателе, слушая рейку снизу. Подтянуть пробку упора (если предусмотрено), заменить втулку или упор, иначе ремонт рейки.
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.