Модернизация: рулевое

Обсудив модернизацию тормозов, теперь плавно переходим к теме рулевого управления. Здесь возможности достаточно богатые — от дополнения штатного рулевого управления гидравлическим усилителем до полной замены всех узлов с установкой рулевой рейки. Следует, однако, выбрать вариант, целесообразный с точки зрения соотношения вложения сил и средств — и конечного результата.

Часть I: Конструктор для взрослых

В этой части мы рассмотрим различные варианты сборки рулевого управления «Волги» ГАЗ-24 из готовых частей, взятых у более поздних моделей этого семейства.

Выглядит оно в штатном виде, напомню, вот таким образом:

24_steering_systemРулевой привод представляет собой разрезную трёхзвенную трапецию, состоящую из центрального звена (65) и крепящихся к нему при помощи шаровых шарниров двух боковых тяг (64), соединённых через рулевые наконечники с рычагами поворотных кулаков (цапф) подвески (60). Длина боковых тяг может регулироваться за счёт перемещения по их резьбе регулировочных трубок, это позволяет выставить на управляемых колёсах необходимое схождение. Рулевой механизм червячного типа установлен снаружи от левого лонжерона рамы, справа симметрично ему установлен маятниковый рычаг. Посаженная на вал рулевого механизма сошка (31) и маятник шарнирно соединены с центральным звеном рулевой трапеции и при повороте руля перемещают его влево-вправо, а перемещение центрального звена трапеции в свою очередь через боковые тяги передаётся поворотным кулакам, связанным непосредственно с колёсами.

Сколь либо радикальных изменений конструкция рулевого управления «Волги» на протяжении сорока лет выпуска автомобиля не претерпела, хотя некоторые отличия в частностях на различных моделях присутствуют.

Всего, насколько мне известно, для «Волги» существовало четыре типа рулевых трапеций (включая сошку на рулевом механизме, маятниковый рычаг, тяги, наконечники и поворотные рычаги кулаков):

  • «обычная» от ГАЗ-24 и 24-10, с прямыми рулевыми наконечниками;
  • от ГАЗ-3102 «раннего образца» (1982 — 1997 годов) — такая же, но с изогнутыми рулевыми наконечниками; она же — ГАЗ-3110 «без ГУР»; она же — для «шаровой» подвески «без ГУР»;
  • от ГАЗ-3110 с ГУР, отличающаяся по геометрии от обычной;
  • «шаровая» с ГУР, которая отличается по геометрии от всех вышеперечисленных.

Также существовала ещё одна одна разновидность рулевой трапеции, с ГУР по типу «Чайки» — в виде отдельного от рулевого механизма силового цилиндра, которая использовалась на «догонялках» с V8 и отдельных экземплярах ГАЗ-31029 (а, вероятно, и 3102, 24-10). Но сегодня это большой раритет и рассчитывать на неё не стоит. Кроме того, у этого ГУР-а имелись определённые проблемы с надёжностью, в основном связанные с обилием и невысокой ходимостью сальников и уплотнений. Ремонтировать его не берутся даже фирмы, специализирующиеся на установке и обслуживании ГУР.

Стоит отметить, что шансы найти шаровую подвеску в варианте «без ГУР» также опасно стремятся к нулю.

Итак, если обходиться только штатными решениями, то наша задача по большому счёту сводится к тому, чтобы целиком и полностью воссоздать на конкретном автомобиле один из этих вариантов рулевого управления, сверившись с номерами деталей в соответствующем каталоге.

Исходя из вышесказанного, делаем выводы:

  1. Главное решение, которое вам предстоит принять — это то, необходим ли вам ГУР; именно от его наличия или отсутствия и нужно «плясать» при построении рулевого управления конкретного автомобиля. При этом стоит иметь в виду, что штатные варианты ГУР-ов имеются только для шкворневой подвески от ГАЗ-3110 и для «шаровой» подвески; для подвесок ГАЗ-24, ГАЗ-2410 / 31029 и ГАЗ-3102 «раннего образца» массовых штатных вариантов с ГУР-ом не существовало. Таким образом, сохранение родных колёс ГАЗ-24 (а точнее — разболтовки 5×139,7 мм) при штатной установке ГУР-а, видимо, невозможно (правда, по этому поводу также см. немного ниже по тексту).
  2. Если выбор пал на установку ГУР-а — то необходимо принять решение о том, какого именно образца подвеска будет устанавливаться на автомобиль, выбирая между шкворневой подвеской от ГАЗ-3110 и «шаровой»; естественно, задняя подвеска должна быть от автомобиля той же модели, как минимум — сам мост;
  3. Третий этап — это поиск и установка рулевой трапеции в сборе соответствующего выбранной подвеске образца — в случае установки усилителя это будет либо трапеция для ГАЗ-3110 с ГУР, либо для «шаровой» подвески с ГУР;
  4. Четвёртый этап — это поиск рулевого механизма с интегральным ГУР соответствующего подвеске и трапеции образца: ШНКФ 453461.100 для ГАЗ-3110 и ШНКФ 453461.103 для ГАЗ-31105 (по официальной информации они взаимозаменяемы, но некоторые участники форумов испытывают с этой взаимозаменяемостью проблемы).

Дополнительные выводы:

  1. Любая подвеска в варианте «без ГУР», включая «шаровую», ставится на ГАЗ-24 с сохранением родной рулевой трапеции (кроме наконечников !);
  2. При установке ГУР-а необходима также установка соответствующей рулевой трапеции и передней подвески особого варианта «под ГУР», причём и подвеска, и трапеция должны быть именно того образца, который стоял на автомобиле-доноре.

Естественно, при установке трапеций «под ГУР» необходима установка и самого ГУР’а, включая рулевой механизм, насос со шкивом, специальный трёхручьевой шкив привода навесных агрегатов и трубопроводы:

volga-gaz-31105-859Произвольно мешать компоненты от разных трапеций не следует. Достаточно очевидно, что, к примеру, длина и форма сошки на валу рулевого редуктора и маятникового рычага должны быть точно согласованы.

К сказанному можно добавить также то, что для установки рулевой трапеции «с ГУР» нужен ещё и специальный картер двигателя с выборкой для её прохода, либо аналогичную выборку можно выполнить по образцу на родном картере при помощи кувалды.

Кроме того, установка собственно рулевого механизма с ГУР потребует полной замены рулевой колонки, включая её кожух и рулевое колесо, потому что родную рулевую колонку ГАЗ-24 невозможно без переделок пристыковать к рулевому механизму с ГУР — не совпадают крепления (под резиновую эластичную муфту у ГАЗ-24, под рулевой «карданчик» у поздних машин с ГУР).

Существует, правда, «кастомное» решение, найденное одним из пользователей DRIVE2 — родная колонка от ГАЗ-24 укорачивается и на рулевой вал крепится карданный шарнир от рулевого управления «с ГУР», присоединяемый к соответствующему рулевому механизму. Однако, у этого варианта есть как минимум один минус — вопросы, возникающие относительно «честного» прохождения техосмотра, актуальность которого каждый должен взвесить для себя сам.

По поводу той оговорки, которую я сделал выше относительно возможности сохранения при установке ГУР-а родной разболтовки ГАЗ-24. Существует одно не вполне штатное — и именно поэтому я не берусь рекомендовать его — решение, найденное одним из посетителей форумов по ГАЗ-24. Это установка на ГАЗ-24 с родной рулевой трапецией только самого рулевого механизма с ГУР от ГАЗ-3110, с сохранением родной «24-той» сошки, которая напрессовывается на вал рулевого механизма вместо штатной. Но, повторюсь, данное решение не является штатным, и абсолютную работоспособность его я гарантировать не могу.

Например, при его реализации могут возникнуть проблемы с несовпадением рабочих ходов сошки и редуктора. Дело в том, что у «Волги» перемещение рулевой трапеции конструктивно ограничивается именно упором в лонжерон специальных контактных площадок на рулевой сошке. И у машин с ГУРом сошка имеет специальную форму, согласованную с максимальными углами поворота рулевого механизма с ГУРом (а они меньше, чем у обычного). В случае установки другой сошки может возникнуть ситуация, при которой сошка при крайнем угле поворота редуктора не будет упираться в лонжерон. При этом поршень рулевого механизма, на который воздействует давление гидравлической жидкости величиной около 90 атм, будет упираться в крышку рулевого механизма, и, естественно, равно или поздно вырвет её ко всем чертям (по мотивам ответа сотрудника фирмы «Гидролаб», занимающейся установкой ГУРов на «Волгу»).

Часть II: Альтернатива есть

К сожалению, рулевое управление «Волги» нередко становится источником большой головной боли для её владельца. И дело здесь не в конструктивном несовершенстве данного узла, а в крайне поганом качестве современных запчастей; для примера, у некоторых новодельных оригинальных газовских (!!!) рулевых наконечников резьба просто срывается при затягивании, чистота обработки рабочих поверхностей на самом низком уровне, да и сама сталь мягкая, чуть ли не как пластилин. О ходимости таких запчастей говорить не приходится и вовсе, при регулярной эксплуатации чтобы поддерживать рулевое управление в исправности перебирать трапецию приходится чуть ли не раз в год ! Для сравнения, родные шарниры ходили по 100 и более тысяч километров без нареканий. Но тут уж никаких старых запасов запчастей не напасёшься.

В силу вышеописанной ситуации головы многих владельцев «Волги» посещают мысли о том, чтобы вместо всего этого шарнирного хозяйства установить реечный рулевой механизм, не то чтобы более совершенный, но во всяком случае конструктивно более простой и в силу этого более надёжный.

Однако такое вмешательство в конструкцию автомобиля является достаточно серьёзным, поэтому перед тем, как за него браться, необходимо получить хотя бы базовое представление о принципах работы и основах проектирования рулевого управления.

Совсем голая теория

Настоятельно рекомендую также ознакомиться с литературой по теме: Й. Раймпель, «Шасси автомобиля. Рулевое управление»; Д. Хэммил «Подвеска и тормоза», где всё изложено намного более подробно.

Одно из основных требований к рулевому управлению автомобиля — обеспечение точной геометрии рулевого привода. Дело в том, что в повороте внутренние и наружные колёса автомобиля движутся по окружностям различного радиуса, соответствующего различному их удалению от общего центра поворота — внутреннее колесо движется по окружности меньшего радиуса, чем внешнее:

steering_schematics2Соответственно, и угол поворота внутреннего колеса должен быть большим, чем у внешнего — иначе одно из них будет проскальзывать. Именно поэтому в рулевом приводе и используется рулевая трапеция, а не, скажем, рулевой прямоугольник с параллельными друг другу поворотными рычагами. Угол, под которым ловоротные рычаги установлены относительно продольной оси, складывается с углом поворота внутреннего колеса и вычитается из угла поворота внешнего, обеспечивая необходимое соотношение.

Первым до этого принципа построения рулевого привода додумался ещё в 1817 году каретный мастер Ланкеншпрегер из Мюнхена, однако в истории его изобретение закрепилось под именем Рудольфа Аккермана, бывшего его представителем в Англии и получившего патент от своего имени. Соответственно, угол, под которым установлены поворотные рычаги друг относительно друга, называется углом Аккермана.

Величина угла Аккермана определяется в зависимости от соотношения расстояния между осями поворота колёс (шкворнями) по горизонтали и колёсной базы автомобиля. В идеальном случае линии, продолжающие поворотные рычаги цапф, должны пересекаться строго в середине задней оси автомобиля. Однако не стоит забывать о том, что идеальный случай данного построения сделан для кареты, у которой отсутствуют резиновые шины, а следовательно — и обусловленное ими явление увода шин. На автомобилях же как правило использовался несколько больший по величине угол Аккермана, при котором пересечение этих линий происходит внутри колёсной базы автомобиля, в точке S, расположенной на расстоянии порядка 60…90% длины колёсной базы от передней оси:

3[1] При такой геометрии рулевого привода внутреннее колесо в повороте пытается следовать по окружности меньшего радиуса, чем в идеальном случае, начиная проскальзывать, и колёса приобретают отрицательное схождение — это делает прохождение поворота более безопасным, уменьшая вероятность заноса (недостаточная поворачивоемость). Именно так сделано на «Волге». Для дорожного автомобиля это адекватная настройка, и вмешиваться в неё не следует (спортсмены нередко это делают — гнут и укорачивают рычаги, но у них свои цели и другие требования к надёжности, хватило бы на гонку).

Между тем, одного лишь правильного угла установки поворотных рычагов недостаточно для обеспечения правильной работы рулевого управления. Важную роль играет также геометрия самой рулевой трапеции, в частности — длина рулевых тяг и расположение их шарниров относительно шарниров рычагов подвески. Эти параметры должны быть подобраны таким образом, чтобы при вертикальных ходах подвески схождение управляемых колёс не менялось, или хотя бы его изменение оставалось в пределах допустимого. Если же данное условие не соблюдается — в подвеске будет наблюдаться явление так называемого ударного руления (англ. bump steer) — паразитного, то есть, самопроизвольного «подруливания» управляемых колёс при проезде неровностей дороги.

К сожалению, в последнее время в данной области появилось немало, скажем так, не вполне соответствующей действительности информации. В частности, стоит сразу отметить, что активно гуляющая по Интернету схема построения рулевого механизма из книги Хэммила принципиально НЕВЕРНА ! Или, если говорить более развёрнуто — чрезмерно упрощена и из-за этого непригодна для практического применения.

hammil_steering_linkage

Это неправильная схема ! Не смотрите сюда !..

На самом деле центр наружного шарнира рулевой тяги Y в реальном, работоспособном рулевом управлении ни при каких условиях не может находиться на линии X Z, соединяющей центры шаровых шарниров (оси шкворня), поскольку в этом случае поворотный рычаг пришлось бы разместить параллельно продольной оси автомобиля. А он, как мы помним, должен быть установлен по отношению к ней под определённым углом — тем самым углом Аккермана !..

В реальности центр наружного шарнира рулевой тяги всегда будет смещён относительно оси шкворня: либо наружу — при переднем расположении рулевой трапеции, либо внутрь — при заднем. Соответственно, и внутренний шарнир тяги B также будет смещён относительно оси A — C, соединяющей точки крепления рычагов на шасси.

Более адекватное построение приведено в книге Раймпеля «Шасси автомобиля. Рулевое управление» (доступна в библиотеке этого сайта):

steering_schematics_Reimpell

steering_schematics_Reimpell_bЗдесь продемонстрированы графические способы нахождения положения наружного U и внутреннего T шарниров рулевых тяг, с учётом различных конструктивных исполнений подвески и рулевого привода, а также наличия в рулевом приводе угла Аккермана, для четырёх случаев подвески на двойных поперечных рычагах:

  • С непараллельными рычагами и задней рулевой трапецией;
  • С непараллельными рычагами и передней рулевой трапецией;
  • С непараллельными рычагами, задней рулевой трапецией и рулевой тягой, расположенной над верхним рычагом;
  • С параллельными рычагами и задней рулевой трапецией (вариант, использованный на «Волгах» ГАЗ-24 и далее).

Точки P с индексами 1, 2 и 3 называются полюсами и используются не только при построении рулевого привода, но и при нахождении ряда параметров подвески, например — так называемого центра крена.

Как видно, условием правильности построения рулевого привода является равенство углов α, а в последнем случае — параллельность рулевой тяги и рычагов и равенство указанного на чертеже расстояния между полюсами Pи P3 расстоянию между нижним рычагом и рулевой тягой.

Разумеется, и данное построение является в значительной степени упрощённым — на самом деле согласование ведётся не в двух, а в трёх плоскостях, с учётом продольного и поперечного наклона осей поворота колёс. В подробностях ознакомиться с соответствующими построениями и расчётами можно у того же Раймпеля.

Кроме того, на практике от идеального построения рулевого привода порой отступают. Зачастую достичь идеальной геометрии рулевого привода оказывается просто невозможно по соображениям компоновки, либо конструкторы намеренно отходят от неё для коррекции поведения автомобиля в повороте в нужную сторону (например, небольшая величина bump out — паразитного подруливания в сторону расхождения колёс — при сжатии подвески может улучшить устойчивость автомобиля при прохождении поворота). Например, Раймпель указывает, что на Volkswagen Golf первого поколения кинематика рулевого управления была далека от совершенства — с целью удешевления на нём была применена рулевая рейка с боковым креплением рулевых тяг, длина которых оказалась намного меньше, чем было необходимо, из-за чего при работе подвески ощутимо менялось схождение колёс (исправлено на более поздних моделях Passat и Polo).

На совсем старых автомобилях — довоенных или разработанных до середины 1950-х годов, вроде «Москвича-402» — могла вообще встречаться двухзвенная рулевая трапеция, без центрального звена и с двумя длинными (а иногда ещё и неравной длины !) рулевыми тягами, перемещения которых были совершенно рассогласованы с рычагами подвески. Однако в этом случае проявлялось сильное ударное руление, так что при проезде неровностей на скорости поведение автомобиля становилось непредсказуемым. Поэтому от такой конструкции рулевого привода отказались, несмотря на меньшую себестоимость. Применение двухзвенного рулевого привода допустимо только в подвеске на поперечных рессорах с центральной заделкой (Tatra T87, Mercedes-Benz 170V), продольных рычагах (VW Beetle, «Запорожцы») или типа «Макферсон» при верхнем расположении рулевой рейки (ВАЗ-2108 и т.д.).

Не берусь судить о том, всё ли правильно с построением рулевого управления на ГАЗ-24 — для этого нужен точный чертёж подвески и рулевого управления, доступа к которому у меня нет.

Однако в любом случае отмечу, что окончательная доводка рулевого привода всегда производится путем полигонных испытаний опытных образцов, по результатам которых всегда вносятся определённые изменения. «Волга», как серийный автомобиль, прошла через полный цикл этих испытаний, на практике доказав свою пригодность к нормальной эксплуатации. Поэтому при установке на автомобиль реечного рулевого управления я настоятельно рекомендую просто как можно точнее воспроизвести геометрию штатного рулевого управления соответствующего установленной на автомобиль подвеске типа.

Разумеется, точно воспроизвести кинематику рулевого управления «Волги»  с рейкой не получится — хотя бы потому, что характер перемещения элементов штатного рулевого механизма и рулевого механизма с рейкой принципиально различен. Однако стремиться к этому всё же следует, хотя бы в положении, соответствующем прямолинейному движению.

шаг к практике

Итак, наша задача — внедрение в конструкцию «Волги» реечного рулевого управления. Как мы уже поняли, просто взять и поставить первую попавшуюся рейку нельзя — необходимы тщательный подбор и, весьма вероятно, подгонка агрегата под наши требования.

Как известно, существуют два типа рулевых реек — с центральным креплением рулевых тяг и с боковым. Первый тип использовался в основном на машинах с подвеской «Максферсон» разработки 1970-х — 1980-х годов, включая наши переднеприводные ВАЗ-ы и «Москвичи», а второй — на более свежих, включая «Оку» и ижевскую «Оду», а также большинство современных иномарок.

В принципе, рейки и того, и другого типа пригодны для установки в «Волгу», однако в обоих случаях требуются как существенные переделки самих реек, так и изменения в конструкции автомобиля, что сопряжено со значительным объёмом работ.

Общая идея в обоих случаях одна и та же — штатная рулевая трапеция воссоздаётся с заменой штатного рулевого механизма на реечный, но в первом случае изготавливается новое центральное звено рулевой трапеции, а во втором — в его роли выступит сама рейка.

Установка рулевой рейки с центральным креплением рулевых тяг является, в принципе, более простым вариантом (особенно с точки зрения подбора донорского агрегата — он может быть практически любым, лишь бы от машины сравнимой с «Волгой» массы) и хорошо отработана на ближайших аналогах «Волги» — американских автомобилях близкого времени разработки, например «Мустанге».

Однако, для её реализации потребуется значительный объём станочных работ, поскольку необходимо изготовление с нуля ответственной детали — нового центрального звена рулевой трапеции, рассчитанного на установку на рулевую рейку вместо штатных рулевых тяг. Рулевые тяги в принципе можно использовать штатные, но возможно и использование других, взятых от рейки с боковым расположением рулевых тяг, подогнанных по длине — в этом случае упрощается конструкция центрального звена благодаря более простому креплению к нему внутренних шарниров тяг.

racknpinion_sml (1)

Рейка установлена на лонжероны через кронштейны из листового металла. К ней в штатных точках зацепления рулевых тяг крепится вновь изготовленное центральное звено трапеции, повторяющее штатное по расстоянию между шарнирами, а к нему в свою очередь крепятся штатные рулевые тяги. Центральное звено в данном случае выглядит хлипковато.

steering_rack

Крупный план аналогичной конструкции. Использование для центрального звена листовой стали, пусть и толстой, пусть и марочной, считаю крайне неудачным решением. В конструкции тяги использован шарнир сферический (ШС). В реальной эксплуатации без пыльника он быстро придёт в негодность.

mump_1106_rack_08+rack_pinion_guide+gps.JPG

Примерно то же в снятом с автомобиля состоянии. Штанга крепится к рейке в двух местах — на штатные крепления для тяг через проставку и на специальную направляющую; рулевые тяги также штатные, на фотографии они сведены — в рабочем состоянии они будут смотреть в противоположном направлении. Штанга сделана из стального квадрата (цельной заготовки, не трубы !!!) — вариант не лучший, но работоспособный.

unisteer-manual-rack-and-pinion-conversion-kit-65-66-mustang-800x379

Здесь применены полностью оригинальные рулевые тяги с шарнирами, судя по всему позаимствованными от другой рейки, с боковым креплением рулевых тяг. Видна конструкция кронштейнов, крепящих рейку к лонжеронам (не единственный возможный вариант их формы). На мой взгляд, данная конструкция наиболее совершенна из представленных, и при этом более технологична.

На этих фотографиях показаны различные варианты реечного рулевого управления, изготавливаемого американскими фирмами для установки на «Форд-Мустанг» классических моделей вместо штатного.За основу взята рейка с ГУР от серийного автомобиля с центральным зацепом рулевых тяг, в целом аналогичная используемой, к примеру, на переднеприводных моделях ВАЗ.

Однако, штатные рулевые тяги удалены, а вместо них установлена массивная штанга, которая по размеру и расположению после установки агрегата на автомобиль полностью повторяет штатное центральное звено рулевой трапеции. А по краям к ней крепятся уже штатные (или же аналогичные им по длине) рулевые тяги со штатными рулевыми наконечниками, которые соединяются со штатными поворотными рычагами на поворотных кулаках.

Крепится всё это хозяйство к лонжеронам при помощи гнутых из листового металла креплений и болтов, часто — на штатные крепления для рулевого механизма и маятникового рычага.

Volga_steering_rake-n-pinion

Аналогичное рулевое под трапецию «Волги». Внимание: воспринимайте этот эскиз сугубо как схематическую иллюстрацию СУТИ © ® идеи, а не непосредственное руководство к действию !..

Таким образом (см. рисунок выше), конструкторы данных рулевых механизмов по сути воспроизвели штатную рулевую трапецию автомобиля с точки зрения геометрии, а лишь затем — присоединили к ней саму рейку, которая тянет за её центральное звено. Наиболее сложная задача здесь — разместить рейку, так как этому активно мешают картер двигателя и колокол сцепления. Вероятно, потребуется не только примерка по месту, но и кое-какая чертёжная работа.

Кроме того, в случае подвески «Волги» рулевые тяги на виде сзади должны быть параллельны нижнему рычагу (а в общем случае их расположение должно соответствовать приведённому выше построению через полюса).

Стоит отметить, что на виде сверху рулевые тяги могут располагаться практически как угодно, как того требует компоновка — на работу рулевого управления это влияния не оказывает; например, у переднеприводного «Москвича-2141» рейка по компоновочным соображениям сильно вынесена назад, и рулевые тяги расположены под большим углом к продольной оси, это вполне допустимо:

moskvich_2141_8У ГАЗ-21 рулевые тяги также расположены под довольно большим углом к продольной оси. Единственное ограничение — максимальный угол между поворотным рычагом и рулевой тягой при работе рулевого управления не должен превышать 165° (показано на одной из первых картинок в этом разделе) — при большем угле рулевой привод может заклинить в «мёртвой точке», вывести её из которой не удастся никакими усилиями на рулевом колесе.

Кстати, именно поэтому не имеет никакого особого значения то, что при переходе на рейку изменяется траектория движения внутренних шарниров рулевых тяг: в штатном варианте они описывают окружность с центром на осях рулевой сошки и маятникового рычага, а с рейкой будут просто перемещаться по прямой вбок. Некоторое их смещение в продольном направлении на работу рулевого привода существенного влияния не оказывает, геометрия рулевого привода от этого не меняется.

И изгибать в горизонтальной плоскости тяги — тоже можно, если начинают за что-то цеплять или их шарниры работают под слишком большими углами. Важно только положение шарниров, а сами тяги могут быть хоть в виде буквы «зю»…

Разумеется, рейка должна иметь правильную «ориентацию» (задаваемую расположением шестерни над или под рейкой; для «Волги» она должна быть над рейкой) — то есть, при повороте руля по часовой стрелке центральное звено должно смещаться налево, против часовой стрелки — направо. Иначе управление машиной станет довольно затруднительным. Иными словами — рейка должна быть от машины, у которой поворотные рычаги смотрят, как у ГАЗ-24, назад.

Думаю, не надо даже упоминать о том, что само новое центральное звено и детали для его закрепления на рейке должны быть изготовлены из материала, по своим механическим свойствам как минимум не уступающего штатному центральному звену рулевой трапеции (детали подвески ГАЗ-24 почти все сделаны из стали 30Х, возможна замена на инструментальные 40Х или 45).

Также обратите внимание на то, что, помимо крепления штанги в местах присоединения к рейке штатных рулевых тяг, во многих вариантах присутствует также второе крепление — на специальную трубчатую направляющую, притянутую хомутами к корпусу рейки, что предотвращает продольный люфт самой штанги; это удачное конструктивное решение (на эскизе оно не показано).

В случае установки рейки с боковым креплением рулевых тяг вся задача по сути сводится к подбору рейки с подходящей длиной — расстояние между внутренними шарнирами тяг должно соответствовать штатной рулевой трапеции — и решению задачи надёжного закрепления её на автомобиле в таком положении, чтобы её расположению не мешал двигатель. Также понадобятся переходники с резьбы на рулевых тягах рейки на резьбу штатных рулевых наконечников — они же будут использоваться для регулировки схождения на колёсах.

Этот вариант сложнее ввиду того, что подобрать рейку с подходящими характеристиками сложно: на большинстве современных машин рейка намного длиннее центрального звена рулевой трапеции «Волги». А должна быть такой же или в крайнем случае немного меньше — длину можно добрать за счёт точёной проставки-ввёртыша между самой рейкой и корпусом внутреннего шарнира рулевой тяги (или двух проставок, по одной с каждой стороны, если это необходимо по компоновочным соображениям). Так делают японские дрифтеры для увеличения углов поворота колёс:

im11_2Ну, а нам вполне возможно воспользоваться этим способом для подгонки подобной рейки под рулевую трапецию «Волги» (уже есть достаточно грамотная реализация для «Жигулей»).

А длину рулевых тяг — изменить за счёт вставок в местах крепления наконечников, заодно играющих роль переходников между резьбой штатной тяги и волговского наконечника.

Зависимость здесь та же самая — длина центрального звена рейки должна быть равна длине среднего звена родной трапеции (между центрами шарниров наконечников), а длина рулевых тяг — расстоянию между центрами шарниров наконечников. Кроме того, под статической нагрузкой рулевые тяги должны быть практически горизонтальными (как мы помним, разница между высотой внутреннего и внешнего шарниров не более 1,5 мм по центрам).

Но проблема с компоновкой и креплением рейки остаётся — балка подвески у ГАЗ-24 кованая, к ней особо не прикрепишься, остается лишь крепление за лонжероны, да и места катастрофически мало — мешает мотор. Рейку придётся вписывать в достаточно тесное пространство между картерами двигателя и сцепления, в котором в штатной конструкции размещается центральное звено рулевой трапеции (намного менее толстое, чем рейка):

Volga_steering_gear

Упомянутый выше просвет между картерами двигателя и сцепления — примерно посередине фото, в нём проходит штатное центральное звено рулевой трапеции. Место для рейки есть, хотя и весьма стеснённое. Для её крепления напрашивается П-образный кронштейн, посаженный на штатные отверстия для рулевого механизма и маятникового рычага.

При этом в горизонтальной плоскости рулевые тяги однозначно будут располагаться под значительным углом к продольной оси автомобиля, поскольку промежуток между картерами смещён назад относительно линии, соединяющей центры наружных шарниров рулевых тяг. Углы, под которыми работают внутренние шарниры тяг, могут оказаться чрезмерно велики, что вызовет их быстрый износ — в этом случае сами тяги придется изгибать. Помните и о том, что силовой агрегат имеет мягкую подвеску, и при движении автомобиля, особенно по неровной дороге, довольно ощутимо смещается ! Это необходимо учитывать при размещении рейки, обеспечив соответствующий зазор с картером.

Вот у «Победы» или ГАЗ-21 с этим всё на порядок проще, ибо рулевая трапеция — передняя, места для неё намного больше и рейку можно компоновать более свободно. Правда, там свои проблемы: нужна рейка с «обратной полярностью», рассчитанная на размещение перед осью…

Однако, повторюсь, главная проблема — это именно подбор подходящего агрегата. Длина центрального звена рулевой трапеции у «Волги» довольно мала (по моим приблизительным измерениям — ок. 530 мм), и подобрать рейку с хотя бы грубо похожей длиной среднего звена от машины сравнимой массы вряд ли удастся.

Но, что называется, для информации — знать об этом варианте не помешает.

Возможен и «гибридный» вариант — на рейку с боковыми тягами на штатные крепления устанавливается П-образная штанга, к которой, как в первом случае, устанавливаются штатные рулевые тяги. В этом случае можно обойти ограничение по длине рейки, но узел получается более громоздким в продольном направлении и может не уместиться.

Разумеется, помимо самой установки рейки рано или поздно всплывут и другие проблемы: усилие на руле (может как снизиться, так и увеличиться, в зависимости от передаточного числа рейки), количество оборотов руля между крайними положениями, изменившиеся углы поворота колёс (в большую сторону — начнут задевать в крайних положениях, в меньшую — ухудшиться маневренность на парковке), могут возникнуть проблемы с прокладкой рулевого вала и установкой колонки либо сращиванием со штатной… Возможно, понадобиться некоторая переделка рулевых сошек (укорачивание, изменение угла). Однако всё это уже вторично, а главное — способы решения данных проблем очень сильно зависят от применённого конкретном случае агрегата рейки, так что какие либо общие советы здесь давать крайне непросто. Разве что — перед тем, как начинать заниматься металлом — тщательно проверить всё на бумаге, а желательно — в какой-нибудь САПР, лучше всего трёхмерной.

Минутка арифметики

Давайте попробуем прикинуть характеристики реечного рулевого управления, которое нам предстоит построить.

Число оборотов руля ГАЗ-24 между крайними положениями — 4 ½, передаточное число рулевого механизма — 19,1:1. Таким образом, рулевое колесо между крайними положениями совершает оборот на 1620° (4,5 × 360°), а рулевая сошка, посаженная на выходной вал рулевого механизма, при этом поворачивается на угол, равный (1620° ÷ 19,1) ≈ 85° (немного меньше, но для нашего расчёта это несущественно, округлим в большую сторону). Длина рулевой сошки, измеренная на снятом с машину рулевом механизме, составляет ~150 мм (не точно, измерено обычной линейкой на собранном механизме !).

Простейшее графическое построение позволяет на основе этих данных придти к выводу, что боковое смещение рулевой трапеции между крайними положениями рулевого колеса составляет ~202 мм. Или (округлим в меньшую сторону) приблизительно по 100 мм в каждую сторону от нулевого положения.

Эта величина крайне важна, поскольку большинство реечных рулевых механизмов имеют меньший рабочий ход.

Так, рабочий ход рейки Иж-2126 «Ода» (имеющей близкую к нужной нам длину между шарнирами) составляет не более 115 мм в целом, или примерно по 57,5 мм в каждую сторону — примерно в 1,75 раз меньше. Таким образом, с рулевой рейкой от «Оды» и штатными рулевыми рычагами углы поворота колёс «Волги» уменьшатся в 1,75 раз. То есть, если в стоке предельный угол поворота внутреннего колеса составляет 41…43° (а наружного, соответственно — 35…37°), то с рейкой от «Оды» и стоковыми поворотными рычагами он составит в лучшем случае лишь 25°.

Это не то чтобы очень мало (у ГАЗ-21 та же величина составляет 28…32°, у старого УАЗа вообще 27°), но всё же существенно ухудшит маневренность машины на парковке. Для того, чтобы уйти от этого, придётся переделывать штатные рулевые рычаги либо изготавливать новые.

Практика в чистом виде

К сожалению, на данный момент показать в этом разделе мне особо нечего. Однозначно грамотных и удачных вариантов установки рейки именно на «Волгу» я на просторах Интернета ещё не встретил, а собственные разработки вёл в несколько ином направлении (возможно, придёт время поделиться их итогами, однако для стоковой «Волги» они в любом случае напрямую неприменимы).

Правовые вопросы

По вопросам легализации этого и иных изменений в конструкции обращайтесь в любую организацию, занимающуюся технической экспертизой и выдачей сертификатов на внесение изменений в конструкцию ТС.

Дополнение

Но это всё, так сказать, глобальные модификации. А если всё же хочется сохранить родные агрегаты, но чуть повысить их удобство в эксплуатации ? Это тоже можно !

Например, есть у «Волги» не то чтобы очень сложная, но требующая периодического приложения рук операция: каждые 50 тысяч км перебирать маятниковый рычаг, заменяя в нём смазку. Раньше особо ленивые волговоды находили выход — делали в корпусе шарнира отверстие, нарезали резьбу и вворачивали в него пресс-маслёнку, и о словосочетании «маятниковый рычаг» после этого уже практически не вспоминали.

Прошло несколько десятков лет, и ГАЗ таки пошёл на встречу пожеланиям трудящихся, сделав эту маслёнку штатной — появилась она посередине выпуска модели ГАЗ-31105 и по сей день модернизированный узел с ней встречается в магазинах. Поводов немедленно бежать на радостях в гараж откручивать родной маятниковый рычаг, конечно, нет — но если уж его замена и так предстоит в ближайшей перспективе, это очень даже неплохой повод задуматься о приобретении доработанной детали.

Ещё существует тюнинговый маятниковый рычаг на подшипниках. Продавцы обещают существенное увеличение срока службы относительно штатного. Однако отзывы о нём весьма неоднозначные, а цена — намного выше, чем у штатного.

  • http://my.mail.ru/mail/777victor/ Виктор Горбунов

    У меня «ЧАЙКА» ГАЗ-13. Поставил рулевую рейку от мазды MPV — машина стала не управляемой, в чем дело? 777victor@mail.ru

    • http://facebook.com/profile.php?id=100003525168484 Stanislav Alexeyev

      Вероятно, нарушены углы в рулевой трапеции — изучайте соотв. литературу (Раймпель есть в библиотечке). У рейки такой конструкции (с зацеплением тяг за края рейки) расстояние между внутренними шарнирами и их расположение должны быть до миллиметров таким же, как у среднего звена рулевого управления автомобиля, что наверняка не соблюдено. Вообще, подборка готового агрегата здесь — не лучший вариант, лучший — см. выше. Подвеска и рулевой Чайки ГАЗ-13 — по сути увеличенный вариант ГАЗ-24 (представительские модели ГАЗ на поколение обгоняли массовые по технике).

      Увы, без других данных это аборт по телефону. Вам ещё хорошо было бы обратиться к экспертам ПТИА НАМИ фонда (гугль выдаёт ссылку в первых строчках поиска по этим ключевым словам) — они краткие консультации дают бесплатно прямо на форуме, а за небольшую мзду могут и проект полностью разработать, да ещё и помочь узаконить.

      Замечу, что конкретно данный агрегат (от Мазды) вообще является ИМХО неудачным выбором для ГАЗ-13, хотя бы потому, что MPV весит всего около 1600 кг.

  • http://serg1740.ya.ru лазарев сергей

    Возьмем рейку с наконечниками на краях.Нельзя ли соединить резьбовые отверстия под рулевые наконечники П-образной конструкцией,к которой в любом месте можно присоединить рулевые тяги.Как бы превращаем рейку с креплением наконечников по краям в рейку с креплением их по центру.И как в вашем варианте полностью сохраняется геометрия,если средняя часть рулевой трапеции в исходном варианте ходит не только влево-вправо,но и вперед-назад из-за радиусного движения сошки рулевого редуктора,а в геометрии рулевой трапеции по Вашим словам важны даже милиметры?

    • http://facebook.com/profile.php?id=100003525168484 Stanislav Alexeyev

      В принципе — думаю, можно; правда, реализации не видел. По сути это — то же самое, что описано в статье.

      Характер перемещения, действительно, полностью не сохраняется, замечание верное.

      Насколько я понимаю, важнее всего именно длина крайних тяг, чтобы не было bump steering’а при проезде неровностей при ровном руле. Крутые повороты пр почти полностью вывернутых колёсах, где смещение центрального звена начинает сказываться на характере работы рулевого управления, проходятся на невысокой скорости, и там это не настолько важно.

      При вывернутых колёсах bump steering есть и у штатной рулевой трапеции, от этого никуда не уйти. Конструкторы просто стараются, чтобы при ходе сжатия подвески колесо поворачивалось передней частью наружу (при повороте — в сторону выхода из поворота), это даёт некоторую недостаточную управляемость и считается безопасной настройкой.

  • http://vk.com/id134407663 Александръ Шалашилинъ

    Трапеций было больше чем четыре. Там комбинация очень простая:
    Наконечники — кастор шкворня. Прямые для барабанных тормозов, кривые для дисковых.
    Поперечные тяги — поддон мотора. Кривая + короткие для 24д, 402, Крайслер. Прямая + длинные для 406, 405.
    Продольные рычаги (сошка, маятник и поворотные) — ГУР! Короткая сошка/короткие маятник + длинные поворотные для обычного руления. Длинная сошка/длинный маятник + короткие поворотные для ГУРа.

    А всего комбинаций было порядочно:
    у 24/24-10/31029 она действительно одинаковая (если не считать различные кулаки 24 и 2410).
    У 3102 стар образца — наконечники кривые и точно такая же трапеция была на 3110 с 402 без ГУРа, и 31105 с Крысой без ГУРа (естественно везде свои поворотные рычаги, при чем у 3102 они выполнены одной деталью с кулаком)
    Далее для 3110 с 402 с ГУР, тоже самое только длинные сошка/маятник и короткие рычаги, и тоже самое для 31105 с Крысой.
    Для 3110 с 406 без ГУРа уже прямые центральные тяги, а далее как и выше, короткий маятник/сошка, длинные рычаги. Тоже самое для 31105 с 406 (и можно добавить в статье, что именно эти шаровые поворотные рычаги для без ГУРа становятся головной болью желающих установки, т.к. их найти — большая удача)
    Для 3110/31105 с 406 с ГУРом — прямые центральные, длинный маятник (собственно на этом этапе ничего общего с исходной трапеции ГАЗ-24 нет).

    Поэтому если не считать поворотные рычаги как составляющая деталь трапеции, а также рулевые сошки (они по форме отличаются на 100 и 103 ГУРе) то получается пять вариантов. Ну и плюс трапеция раздельного ГУРа середины 90х.

  • http://vk.com/id1585331 Тимофей Давыдов

    Перелопатив тонну форумов, литературы и постов все равно непонятно, можно ли установить ГУР на старую подвеску+разболтовку. В тексте этой статьи прямым текстом предлагается ставить рейку, но даже тут в кратком изложении понятно, что это либо нереально технически(учесть все нюансы строительства новой подвески), либо крайне дорого и непонятно где(в автоинститутах? у энтузиастов?) делать.
    Но здесь в статье написано, что в случае, если сохраняется родная сошка, которая напрессовывается на новый рулевой механизм под ГУР, она поворачивается на больший угол, чем это требуется, что приводит к отрыву крышки рулевого механизма.
    Можно ли наварить контактные площадки, которые будут ограничивать повороты сошки? Тогда уменьшится выворот колес? Можно ли будет в таком случае надежно пользоваться ГУРом со старой разболтовкой и старой подвеской?

    • http://vk.com/id214797453 Стас Алексеев

      Где вы видите, что я «прямым текстом предлагаю ставить рейку» ? Я предлагаю всего лишь заинтересованным сторонам задуматься над тем, какой могла бы быть корректная с инженерной точки зрения реализации рейки на «Волгу», и привожу ряд своих соображений на эту тему. Чтобы это не выглядело для людей как — «а чо там, втулю рейку с первой попавшейся иномарки». Готовых («болт-он», «купил — поставил» — при которых не нужно думать-считать-экспериментировать, чисто-слесарные работы) решений установки рейки на «Волгу» нет ! И, увы, учитывая текущую ситуацию — вряд ли в ближ. время предвидится.

      Что касается установки ГУР на старую подвеску, то в статье «прямым текстом» названы все типы подвесок и рулевых трапеций, ставившиеся на «Волги» за все годы выпуска. И из этого списка очень легко сделать вывод (он сделан и в тексте), что чтобы установить ГУР — нужно ставить специальную трапецию в варианте «под ГУР» и соответствующую ей подвеску в варианте «под ГУР» (шкворневую для 3110 или «шаровую»). Под старую подвеску единственный вариант «без творчества» — ГУР от догонялок / малосерийных 31029 с усилителем руля (с отдельным от редуктора силовым цилиндром) !

      Всё, больше никаких вариантов завод не предлагал. Всё остальное — на свой страх и риск (про варианты этого «другого» в статье также сказано, также приведено мнение экспертов по поводу (не)допустимости такого варианта).

      • http://vk.com/id1585331 Тимофей Давыдов

        Хорошо, не вопрос, я не так выразился. У меня вопрос, достаточно ли будет просто наварить на лонжерон ограничители хода сошки, чтобы она поворачивалась на безопасный угол? Или будет недопустимо снижен выворот колес? Если да, то может, есть какое-нибудь решение, как для этого изменить передаточное число рулевого механизма?

        • http://vk.com/id214797453 Стас Алексеев

          Лично моё мнение — да, это может работать. Будет меньше выворот, да. Но это не такая большая проблема в случае «Волги» (у неё очень большие углы поворота). На машинах с ГУРом тоже меньше выворот, с завода.

          ГАЗ-24 — диаметр разворота 9,9 м.
          ГАЗ-3110, 31105 с ГУР — радиус разворота 5,8 м (т.е. диаметр 11,6 м)