Το τιμόνι στο ράφι και το γρανάζι είναι ακριβώς αυτό που ακούγεται – ένα ράφι και ένα πείρο. Το ράφι είναι μια επίπεδη, αυλακωτή ράβδος που εκτείνεται οριζόντια στο κάτω μέρος του χώρου του κινητήρα, συνδέοντας τον αριστερό και τον δεξιό μπροστινό τροχό μεταξύ τους. Το ράφι συνδέεται με τους τροχούς μέσω των εσωτερικών και εξωτερικών άκρων της ράβδου σύνδεσης.
Το πείρο αποτελείται από ένα γρανάζι στο τέλος του άξονα διεύθυνσης, το οποίο συνδέεται με το ράφι μέσω κάθετων αυλακώσεων ή δοντιών στο ράφι. Όταν το πείρο περιστρέφεται, μετακινεί το ράφι από τη μία πλευρά στην άλλη, ελέγχοντας την κατεύθυνση των τροχών. Ουσιαστικά, όταν στρίβετε το τιμόνι προς τα αριστερά, το πείρο στρίβει επίσης προς τα αριστερά, το οποίο με τη σειρά του ωθεί το ράφι προς τα δεξιά. Αυτό ωθεί το πίσω μέρος του δεξιού ελαστικού προς τα έξω και τραβάει το πίσω μέρος του αριστερού ελαστικού προς τα μέσα, έτσι ώστε οι τροχοί να δείχνουν προς τα δεξιά. Το αντίθετο συμβαίνει όταν στρίβετε το τιμόνι προς τα αριστερά.
Το power rack and pinion, που είναι ένας πολύ συνηθισμένος τύπος υδραυλικού τιμονιού που χρησιμοποιείται στα οχήματα σήμερα, λειτουργεί με τον ίδιο τρόπο. Τεχνικά, δεν είναι πλήρως υδραυλικό τιμόνι, αλλά υποβοηθούμενο σύστημα διεύθυνσης, καθώς το ράφι και το γρανάζι βοηθούνται απλά από την αντλία υδραυλικού τιμονιού. Ουσιαστικά, το υδραυλικό υγρό υπό πίεση βοηθά το πείρο να κινεί το ράφι μπρος -πίσω, διευκολύνοντας τον οδηγό να γυρίσει τον τροχό.
Ένας άλλος τύπος υδραυλικού τιμονιού ονομάζεται περιστροφικό τιμόνι. Αυτό είναι ένα πολύ πιο περίπλοκο σύστημα με ένα εργαλείο σκουλήκι αντί για έναν πείρο και ένα βραχίονα pitman και βραχίονα αδράνειας για να κάνει τη δουλειά του ράφι. Ωστόσο, δεδομένου ότι το σύστημα ανακυκλοφορίας σφαιρών έχει περισσότερα μέρη και συνδέσμους, έχει επίσης περισσότερα που μπορεί να πάνε στραβά.
Το τιμόνι με ράφι και γρανάζι είναι το πιο κοινό σύστημα διεύθυνσης που χρησιμοποιείται στα οχήματα σήμερα. Ένα από τα πλεονεκτήματα αυτού του τύπου συστήματος είναι ότι είναι απλό, πράγμα που σημαίνει ότι υπάρχουν λιγότερα μέρη που πρέπει να αποτύχουν ή χρειάζονται επισκευή. Ένα άλλο πλεονέκτημα είναι ότι οι αρχές που χρησιμοποιούνται σε αυτόν τον τύπο συστήματος τροποποιούνται εύκολα για χρήση σε ένα ηλεκτρικό ράφι και σύστημα πινιόν.
Το τιμόνι στο ράφι και το γρανάζι είναι δυνατό είτε είναι υποβοηθούμενο είτε όχι, επειδή επιτρέπει υψηλή αναλογία τιμονιού. Όσο υψηλότερη είναι η αναλογία του τιμονιού, τόσο πιο μακριά πρέπει να στρίψετε το τιμόνι για να περιστρέψετε τους τροχούς. Αυτό μειώνει το μέγεθος της δύναμης που απαιτείται για την περιστροφή των τροχών. Ως αποτέλεσμα, χρησιμοποιώντας υψηλότερη αναλογία τιμονιού, οι κατασκευαστές αυτοκινήτων μπορούν να διευκολύνουν την περιστροφή του τιμονιού, ακόμη και χωρίς υδραυλικό τιμόνι.