Принцип действия рулевого механизма с зубчатой рейкой и гидравлическим усилителем (сверху – поворотный кольцевой клапан в нейтральном положении, снизу – поворотный кольцевой клапан в рабочем положении – руль повернут)
А – зубчатая рейка; В – шестерня рулевого механизма; С – рабочий цилиндр; D – уравнительный резервуар масла; Е – крыльчатый насос; F – возвратный трубопровод; G – клапан с ограничителем потока масла; Н – трубопровод высокого давления; I – внутренняя часть коробки управления; J – вращающийся стержень; К – радиальная канавка I; L – радиальная канавка II; М – вращающаяся втулка; N – направляющая втулка; О – впускная канавка; Р – впускная канавка; 0 – осевая канавка; R – осевая канавка; S – возвратный зазор; Т – возвратная канавка; U – возвратный зазор; V – перегородка; W – управляющий зазор
Принцип работы пластинчатого насоса (масло под давлением для усилителя руля)
Эффект усиления рулевого управления зависит от крутящего момента крутильного элемента на шестерне рулевого управления. Чем больше сила необходимая для разворота руля, тем больше скручивание крутильного элемента, и чем больше данная упругая деформация, тем больше эффект усиления.
Принцип усилителя руля состоит в перепуске специального масла на левую или правую сторону поршня, соединенного с зубчатой рейкой рулевой тяги. Масло помогает двигать поршень, а следовательно и зубчатую рейку, надавливая на соответствующую сторону пропорциональным количеством масла, которое проходит по системе перепускных радиальных и осевых каналов – канавок – отверстия открываются за счет скручивания крутильного элемента рулевого управления.
Распределительное устройство и дозатор масла представляет собой весьма точную систему, находящуюся в коробке управления в области шестерни. Оттуда масло попадает по трубопроводу высокого давления в рабочий цилиндр образованный в полости горизонтальной части рулевого управления. По середине цилиндра проходит шток, переходящий на левой стороне в зубчатую рейку рулевого управления. Посредине штока находится узкий поршень. Он хорошо герметизирован с рабочей поверхностью цилиндра. По бокам шток скользит в подшипниках скольжения, так же хорошо герметизированных. На выступающих концах рейки расположены горизонтальные шаровые шарниры с тягами рулевого управления (см. рис. Принцип действия рулевого механизма с зубчатой рейкой и гидравлическим усилителем).
Кроме самого рулевого управления к системе относится и самостоятельный масляный насос и уравнительный резервуар масла. Соединение между насосом и рулевым управлением осуществляется двумя трубопроводами, являющихся комбинацией стальных трубок и шлангов высокого давления. Трубопроводы не разбираются. Соединение между уравнительным резервуаром и насосом, стало быть всасывающий и возвратный трубопроводы (это значит между резервуаром и рулевым управлением), являются трубопроводами низкого давления.
Масляный насос для усилителя руля так называемый пластинчатый. В принципе – это полость овального сечения, в которой вращается вал с несколькими вложенными аксиально подпружиненными герметизирующими пластинами. При повороте изменяется объем камер, образуемых всегда двумя соседними пластинами и сегментом рабочей поверхности полости. Таким образом, масло при вращении вала на одной стороне засасывается, а на другой стороне выдавливается (см. рис. Принцип работы пластинчатого насоса (масло под давлением для усилителя руля)). Насос выдает в минуту количество масла в диапазоне 0,3–1,7 куб. дм при давлении от 7 до 13 МПа (максимальное давление 20 МПа) согласно оборотам. Насос работает в диапазоне оборотов от 500 до 7000 1/мин. Он приводится в движение многоручьевым ремнем вместе с генератором, а иногда и с компрессором кондиционера, от внешнего шкива коленчатого вала.
Рулевое управление с усилителем действует и тогда, когда масляный насос для рулевого управления не работает, т.е. при выключенном двигателе. Конечно, потом сила, необходимая для поворота руля значительно повышается, т.к. усилитель не работает. Аналогично, как и в тормозной системе с усилителем.