Il principio di funzionamento della cremagliera del servosterzo
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Il principio di funzionamento della cremagliera del servosterzo si basa sull'effetto a breve termine della pressione generata dalla pompa sul cilindro, che sposta la cremagliera nella giusta direzione, aiutando il guidatore a sterzare l'auto. Pertanto, le auto con servosterzo sono molto più comode, soprattutto durante le manovre a bassa velocità o la guida in condizioni difficili, perché un tale binario assume la maggior parte del carico necessario per girare la ruota e il conducente gli dà solo comandi, senza perdere il feedback dalla strada. .
La cremagliera dello sterzo nel settore del trasporto passeggeri ha da tempo soppiantato altri tipi di dispositivi simili per le sue caratteristiche tecniche, di cui abbiamo parlato qui (Come funziona la cremagliera dello sterzo). Ma, nonostante la semplicità del design, il principio di funzionamento della cremagliera dello sterzo con un booster idraulico, cioè un booster idraulico, è ancora incomprensibile per la maggior parte dei proprietari di auto.
Evoluzione dello sterzo: una breve panoramica
Dall'avvento delle prime auto, la base dello sterzo è diventata un riduttore con un ampio rapporto di trasmissione, che fa girare le ruote anteriori del veicolo in vari modi. Inizialmente si trattava di una colonna con un bipiede attaccato alla parte inferiore, quindi è stato necessario utilizzare una struttura complessa (trapezio) per trasferire la forza di spinta alle articolazioni dello sterzo a cui erano imbullonate le ruote anteriori. Quindi inventarono una cremagliera, anche un cambio, che trasmetteva la forza di svolta alla sospensione anteriore senza strutture aggiuntive, e presto questo tipo di meccanismo di sterzo sostituì ovunque il piantone.
Ma il principale svantaggio derivante dal principio di funzionamento di questo dispositivo non poteva essere superato. L'aumento del rapporto di trasmissione ha consentito al volante, chiamato anche volante o volante, di essere girato senza sforzo, ma ha costretto più giri per spostare il fuso a snodo dall'estrema destra all'estrema sinistra o viceversa. La riduzione del rapporto di trasmissione ha reso lo sterzo più nitido, perché l'auto ha reagito più fortemente anche a un leggero spostamento del volante, ma guidare un'auto del genere richiedeva grande forza fisica e resistenza.
Tentativi per risolvere questo problema sono stati fatti dall'inizio del XX secolo e alcuni di essi erano legati all'idraulica. Il termine stesso "idraulica" derivava dal vocabolo latino hydro (idro), che significava acqua o una sostanza liquida paragonabile nella sua fluidità all'acqua. Tuttavia, fino all'inizio degli anni '50 del secolo scorso, tutto era limitato a campioni sperimentali che non potevano essere messi in produzione in serie. La svolta arrivò nel 1951 quando Chrysler introdusse il primo servosterzo prodotto in serie (GUR) che funzionava insieme al piantone dello sterzo. Da allora, il principio generale di funzionamento di una cremagliera o piantone dello sterzo idraulico è rimasto invariato.
Il primo servosterzo presentava gravi carenze, esso:
- pesantemente caricato il motore;
- rinforzato il volante solo a velocità medie o alte;
- a regimi elevati creava una sovrappressione (pressione) e il guidatore perdeva il contatto con la strada.
Pertanto, un booster idraulico normalmente funzionante è apparso solo a cavallo del XXI, quando il rastrello era già diventato il meccanismo di sterzo principale.
Come funziona un booster idraulico
Per comprendere il principio di funzionamento della cremagliera dello sterzo idraulico, è necessario considerare gli elementi in essa inclusi e le funzioni che svolgono:
- pompa;
- valvola di riduzione della pressione;
- vaso di espansione e filtro;
- cilindro (cilindro idraulico);
- distributore.
Ogni elemento fa parte del booster idraulico, quindi il corretto funzionamento del servosterzo è possibile solo quando tutti i componenti svolgono chiaramente il loro compito. Questo video mostra il principio generale di funzionamento di un tale sistema.
Насос
Il compito di questo meccanismo è la circolazione costante del fluido (olio idraulico, ATP o ATF) attraverso il sistema di servosterzo con la creazione di una certa pressione sufficiente a far girare le ruote. La pompa del servosterzo è collegata da una cinghia alla puleggia dell'albero motore, ma se l'auto è dotata di un servosterzo elettrico, il suo funzionamento è fornito da un motore elettrico separato. Le prestazioni della pompa sono scelte in modo tale che anche al minimo garantisca la rotazione della macchina, e l'eccesso di pressione che si verifica all'aumentare della velocità è compensato dal riduttore di pressione.
La pompa del servosterzo è composta da due tipi:
- lamellare;
- Ingranaggio.
Pompa del servosterzo
Sulle autovetture con sospensione idraulica, una pompa garantisce il funzionamento di entrambi i sistemi: servosterzo e sospensione, ma funziona secondo lo stesso principio. Differisce dal solito solo per una maggiore potenza.
Valvola di riduzione della pressione
Questa parte del booster idraulico funziona secondo il principio di una valvola di bypass, costituita da una sfera di bloccaggio e una molla. Durante il funzionamento, la pompa del servosterzo crea una circolazione di fluido con una certa pressione, poiché le sue prestazioni sono superiori alla portata di tubi e altri elementi. All'aumentare del regime del motore, la pressione nel sistema di servosterzo aumenta, agendo attraverso la sfera sulla molla. La rigidità della molla è scelta in modo tale che la valvola si apra a una certa pressione e il diametro dei canali ne limiti la portata, quindi il funzionamento non comporta un forte calo della pressione. Quando la valvola si apre, parte dell'olio bypassa il sistema, che stabilizza la pressione al livello richiesto.
Riduttore di pressione del servosterzo
Nonostante il riduttore di pressione sia installato all'interno della pompa, è un elemento importante del moltiplicatore idraulico, quindi è alla pari con altri meccanismi. Il suo malfunzionamento o il suo funzionamento non corretto compromettono non solo il servosterzo, ma anche la sicurezza del traffico su strada, se la linea di alimentazione scoppia a causa di un'eccessiva pressione idraulica, o compare una perdita, la reazione dell'auto a girare il volante cambierà e un inesperto la persona al volante rischia di non occuparsi della gestione. Pertanto, il dispositivo della cremagliera di sterzo con booster idraulico implica la massima affidabilità sia dell'intera struttura nel suo insieme che di ogni singolo elemento.
Vaso di espansione e filtro
Durante il funzionamento del servosterzo, il fluido idraulico è costretto a circolare attraverso il sistema del servosterzo ed è influenzato dalla pressione creata dalla pompa, che porta al riscaldamento e all'espansione dell'olio. Il vaso di espansione assorbe in eccesso questo materiale, in modo che il suo volume nell'impianto sia sempre lo stesso, eliminando i picchi di pressione causati dalla dilatazione termica. Il riscaldamento dell'ATP e l'usura degli elementi di sfregamento portano alla comparsa di polvere di metallo e altri contaminanti nell'olio. Entrando nella bobina, che è anche un distributore, questi detriti ostruiscono i fori, interrompendo il funzionamento del servosterzo, che influisce negativamente sulla manovrabilità del veicolo. Per evitare un tale sviluppo di eventi, nel servosterzo è integrato un filtro, che rimuove vari detriti dal fluido idraulico in circolazione.
cilindro
Questa parte del booster idraulico è un tubo, all'interno del quale è presente una parte del binario con un pistone idraulico installato su di esso. I paraolio sono installati lungo i bordi del tubo per impedire la fuoriuscita di ATP quando la pressione aumenta. Quando l'olio entra nella parte corrispondente del cilindro attraverso i tubi, il pistone si muove nella direzione opposta, spingendo la cremagliera e, attraverso di essa, agendo sulle bielle e sulle articolazioni dello sterzo.
cilindro del servosterzo
Grazie a questo design del servosterzo, le articolazioni dello sterzo iniziano a muoversi anche prima che l'ingranaggio conduttore muova la cremagliera.
Distributore
Il principio di funzionamento della cremagliera del servosterzo è quello di fornire brevemente fluido idraulico nel momento in cui si gira il volante, per cui la cremagliera inizierà a muoversi anche prima che il conducente compia uno sforzo serio. Tale alimentazione a breve termine, oltre a drenare il fluido in eccesso dal cilindro idraulico, è fornita da un distributore, spesso chiamato bobina.
Per comprendere il principio di funzionamento di questo dispositivo idraulico, è necessario non solo considerarlo in una sezione, ma anche analizzare più a fondo la sua interazione con il resto degli elementi del servosterzo. Finché la posizione del volante e delle articolazioni dello sterzo corrispondono, il distributore, noto anche come bobina, blocca il flusso di fluido nel cilindro da entrambi i lati, quindi la pressione all'interno di entrambe le cavità è la stessa e non pregiudica il senso di rotazione dei cerchi. Quando il conducente gira il volante, il piccolo rapporto del riduttore della cremagliera dello sterzo non gli consente di girare rapidamente le ruote senza applicare uno sforzo significativo.
Distributore del servosterzo
Il compito del distributore del servosterzo è fornire ATP al cilindro idraulico solo quando la posizione del volante non corrisponde alla posizione delle ruote, ovvero quando il conducente gira il volante, il distributore prima spara e forza il cilindro per agire sugli snodi di sospensione. Un tale impatto dovrebbe essere a breve termine e dipendere da quanto il conducente ha girato il volante. Cioè, prima il cilindro idraulico deve far girare le ruote, e poi il guidatore, questa sequenza consente di applicare il minimo sforzo per girare, ma allo stesso tempo "sentire la strada".
Come funziona
La necessità di tale operazione di distributore è stato uno dei problemi che ha impedito la produzione in serie di moltiplicatori idraulici, perché di solito in un'auto il volante e lo sterzo sono collegati da un albero rigido, che non solo trasferisce la forza alle articolazioni dello sterzo, ma fornisce anche al pilota dell'auto un feedback dalla strada. Per risolvere il problema ho dovuto cambiare completamente la disposizione dell'albero che collega il volante e la scatola dello sterzo. Tra di loro è stato installato un distributore, la cui base è il principio di torsione, cioè un'asta elastica in grado di attorcigliarsi.
Quando il conducente gira il volante, la barra di torsione inizialmente si piega leggermente, causando una mancata corrispondenza tra la posizione del volante e le ruote anteriori. Al momento di tale disadattamento, la bobina del distributore si apre e l'olio idraulico entra nel cilindro, che sposta la cremagliera dello sterzo nella giusta direzione, eliminando quindi il disadattamento. Tuttavia, la produttività della bobina del distributore è bassa, quindi l'idraulica non sostituisce completamente gli sforzi del conducente, il che significa che più velocemente è necessario girare, più il conducente dovrà girare il volante, il che fornisce feedback e ti permette di sentire l'auto sulla strada
Dispositivo
Per eseguire tale lavoro, ovvero dosare ATP nel cilindro idraulico e interrompere l'alimentazione dopo che il disadattamento è stato eliminato, è stato necessario creare un meccanismo idraulico piuttosto complesso che funziona secondo un nuovo principio e consiste in:
- una barra di torsione collegata all'ingranaggio conduttore, che fornisce una mancata corrispondenza quando si gira il volante;
- l'interno della bobina;
- parte esterna della bobina.
Le parti interna ed esterna della bobina si uniscono così strettamente che non una goccia di liquido filtra tra di loro, inoltre, vengono praticati dei fori per l'alimentazione e il ritorno dell'ATP. Il principio di funzionamento di questo progetto è il dosaggio preciso del fluido idraulico fornito al cilindro. Quando la posizione del timone e della cremagliera è coordinata, le aperture di alimentazione e ritorno vengono spostate l'una rispetto all'altra e il liquido attraverso di esse non entra o defluisce dai cilindri, quindi quest'ultimo viene costantemente riempito e non c'è pericolo di aerazione . Quando il pilota dell'auto gira il volante, la barra di torsione prima ruota, le parti esterna e interna della bobina vengono spostate l'una rispetto all'altra, a causa della quale i fori di alimentazione su un lato e i fori di scarico sull'altro sono combinati .
Entrando nel cilindro idraulico, l'olio preme sul pistone, spostandolo sul bordo, quest'ultimo si sposta sulla rotaia e inizia a muoversi ancor prima che l'ingranaggio conduttore agisca su di esso. Man mano che la cremagliera si sposta, scompare la mancata corrispondenza tra la parte esterna e quella interna della bobina, per cui l'alimentazione dell'olio si interrompe gradualmente e quando la posizione delle ruote raggiunge un equilibrio con la posizione del volante, l'alimentazione e l'uscita di L'ATP è completamente bloccato. In questo stato, il cilindro, le cui parti sono riempite d'olio e formano due sistemi chiusi, svolge un ruolo stabilizzante, quindi, quando si colpisce un urto, un impulso notevolmente più piccolo raggiunge il volante e il volante non si stacca le mani del guidatore.
conclusione
Il principio di funzionamento della cremagliera del servosterzo si basa sull'effetto a breve termine della pressione generata dalla pompa sul cilindro, che sposta la cremagliera nella giusta direzione, aiutando il guidatore a sterzare l'auto. Pertanto, le auto con servosterzo sono molto più comode, soprattutto durante le manovre a bassa velocità o la guida in condizioni difficili, perché un tale binario assume la maggior parte del carico necessario per girare la ruota e il conducente gli dà solo comandi, senza perdere il feedback dalla strada. .
