Il dispositivo, i tipi e il principio di funzionamento della cremagliera dello sterzo
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La cremagliera dello sterzo è la base dello sterzo del veicolo, con la quale il conducente dirige le ruote dell'auto nella direzione desiderata. Anche se non hai intenzione di riparare la tua auto da solo, allora capire come funziona la cremagliera dello sterzo e come funziona questo meccanismo ti sarà utile, perché conoscendone i punti di forza e di debolezza, sarai in grado di guidare un'autovettura o una jeep con più attenzione, estendendo la sua vita di servizio fino alla riparazione.
Il motore è il cuore dell'auto, ma è il sistema di sterzo che determina dove va. Pertanto, ogni guidatore dovrebbe almeno in termini generali capire come è organizzata la cremagliera dello sterzo della sua auto e qual è il suo scopo.
Dalla paletta alla cremagliera: l'evoluzione dello sterzo
Nell'antichità, quando l'uomo aveva appena iniziato ad esplorare la terra e l'acqua, ma la ruota non era ancora diventata la base della sua mobilità, zattere e barche divennero il mezzo principale per spostare le merci su lunghe distanze (superando una giornata di viaggio). Questi veicoli si mantenevano in acqua, in movimento a causa di varie forze, e per controllarli utilizzavano il primo dispositivo di guida: un remo calato nell'acqua, che si trova sul retro della zattera o della barca. L'efficacia di un tale meccanismo era leggermente superiore a zero e per dirigere l'imbarcazione nella giusta direzione erano necessarie una notevole forza fisica e resistenza.
Man mano che le dimensioni e il dislocamento delle navi crescevano, lavorare con un remo timone richiedeva sempre più forza fisica, quindi fu sostituito da un volante che faceva girare la pala del timone attraverso un sistema di pulegge, cioè fu il primo meccanismo di governo in storia. L'invenzione e la diffusione della ruota ha portato allo sviluppo del trasporto terrestre, ma la sua principale forza trainante erano gli animali (cavalli o tori), quindi invece di un meccanismo di controllo è stato utilizzato l'addestramento, ovvero gli animali giravano nella giusta direzione per alcuni azione del conducente.
L'invenzione dell'impianto a vapore e del motore a combustione interna ha permesso di sbarazzarsi degli animali da tiro e di meccanizzare davvero i veicoli terrestri, dopodiché hanno dovuto inventare per loro un sistema di sterzo che funzionasse secondo un principio diverso. Inizialmente utilizzavano i dispositivi più semplici, motivo per cui il controllo delle prime vetture richiedeva un'enorme forza fisica, poi gradualmente si passava a vari cambi, che aumentavano la potenza della forza di svolta sulle ruote, ma costringevano il volante a sterzare di più intensamente.
Un altro problema da superare con il meccanismo di sterzo è la necessità di girare le ruote con diverse angolazioni. La traiettoria della ruota posta all'interno, in relazione alla sterzata della fiancata, passa lungo un raggio più piccolo, il che significa che deve essere girata più forte della ruota esterna. Sulle prime vetture non era così, motivo per cui le ruote anteriori si consumavano molto più velocemente di quelle posteriori. Poi c'è stata una comprensione dell'angolo di convergenza, inoltre, è stato possibile fornirlo utilizzando il principio della deviazione iniziale delle ruote l'una dall'altra. Durante la guida in linea retta, questo non ha quasi alcun effetto sulla gomma e, in curva, aumenta la stabilità e la controllabilità dell'auto e riduce anche l'usura del battistrada degli pneumatici.
Layout generale
Ecco i dettagli principali che stanno alla base della disposizione della cremagliera dello sterzo:
- ingranaggio conduttore;
- recintare;
- enfasi (meccanismo di bloccaggio);
- alloggio;
- guarnizioni, boccole e antere.
Cremagliera dello sterzo in sezione
Questo schema è inerente ai binari di qualsiasi auto. Pertanto, la risposta alla domanda "come funziona la cremagliera dello sterzo" inizia sempre con questo elenco, perché mostra la struttura generale dell'unità. Inoltre, molte foto e video sono stati pubblicati su Internet che mostrano sia l'aspetto del blocco che i suoi interni, che sono inclusi nell'elenco.
pignone
Questa parte è un albero con denti obliqui o dritti tagliati su di esso, dotato di cuscinetti su entrambe le estremità. Questa configurazione fornisce una posizione costante rispetto al corpo e alla cremagliera in qualsiasi posizione del volante. L'albero con denti obliqui è ad angolo rispetto alla rotaia, grazie al quale si innestano chiaramente con i denti dritti sulla rotaia, l'albero con denti dritti è stato installato su macchine degli anni '80 e '90 del secolo scorso, tale parte è più facile da produrre, ma i suoi servizi di durata sono molto inferiori. Nonostante il principio di funzionamento degli ingranaggi cilindrici ed elicoidali sia lo stesso, quest'ultimo è più affidabile e non soggetto a inceppamenti, motivo per cui è diventato il principale nei meccanismi di sterzo.
Su tutte le vetture prodotte dall'ultimo decennio del secolo scorso sono installati solo alberi elicoidali, questo riduce il carico sulle superfici di contatto e allunga la vita dell'intero meccanismo, cosa particolarmente importante per le cremagliere che non sono dotate di un booster idraulico (servosterzo) o elettrico (EUR). L'ingranaggio con trasmissione a sperone era popolare in URSS e nella Federazione Russa, era montato sulle prime versioni degli ingranaggi di sterzo dei veicoli a trazione anteriore, tuttavia, nel tempo, questa scelta è stata abbandonata a favore di un ingranaggio elicoidale, perché tale un cambio è più affidabile e richiede meno sforzo per girare la ruota.
L'ingranaggio conduttore è collegato al piantone dello sterzo da un albero composto con cardani, che è un elemento di sicurezza, il suo scopo è proteggere il guidatore durante una collisione dall'urtare il volante al petto. Durante un impatto, un tale albero si piega e non trasmette forza all'abitacolo, che era un serio problema nelle auto nella prima metà del secolo scorso. Pertanto, sulle macchine destre e mancine, questo ingranaggio si trova in modo diverso, perché la cremagliera si trova nel mezzo e l'ingranaggio si trova sul lato del volante, cioè sul bordo estremo dell'unità.
assicella
La cremagliera stessa è una barra tonda di acciaio temprato, a un'estremità della quale sono presenti denti corrispondenti all'ingranaggio conduttore. In media, la lunghezza della parte dell'ingranaggio è di 15 cm, sufficienti per far girare le ruote anteriori dalla posizione estrema destra alla posizione estrema sinistra e viceversa. Alle estremità o al centro del binario sono praticati fori filettati per il fissaggio delle aste dello sterzo. Quando il conducente gira il volante, l'ingranaggio conduttore sposta la cremagliera nella direzione appropriata e, grazie a un rapporto di trasmissione abbastanza ampio, il conducente può correggere la direzione del veicolo entro frazioni di grado.
Scatola guida
Per il funzionamento efficace di un tale meccanismo, la guida è fissata con un manicotto e un meccanismo di bloccaggio, che gli consente di spostarsi a sinistra ea destra, ma impedisce che si allontani dall'ingranaggio conduttore.
Meccanismo di bloccaggio
Durante la guida su terreni irregolari, il cambio sterzante (coppia pignone/cremagliera) subisce carichi che tendono a modificare la distanza tra i due elementi. Il fissaggio rigido del rack può portare al suo incuneamento e all'impossibilità di girare il volante e, quindi, di eseguire una manovra. Pertanto, la fissazione rigida è consentita solo su un lato del corpo dell'unità, lontano dall'ingranaggio conduttore, ma non vi è alcuna fissazione rigida sull'altro lato e il rack può "giocare" leggermente, spostandosi rispetto all'ingranaggio conduttore. Questo design fornisce non solo un piccolo gioco che impedisce al meccanismo di incunearsi, ma crea anche un feedback più forte, consentendo alle mani del guidatore di sentire meglio la strada.
Il principio di funzionamento del meccanismo di bloccaggio è il seguente: una molla con una certa forza preme la cremagliera contro l'ingranaggio, garantendo un ingranamento stretto dei denti. La forza trasmessa dalle ruote, che preme la cremagliera sull'ingranaggio, viene facilmente trasferita da entrambe le parti, perché realizzate in acciaio temprato. Ma la forza diretta nell'altra direzione, cioè allontanando entrambi gli elementi l'uno dall'altro, è compensata dalla rigidità della molla, quindi la cremagliera si allontana leggermente dall'ingranaggio, ma ciò non pregiudica l'impegno di entrambe le parti.
alloggiamento
Il corpo dell'unità è realizzato in lega di alluminio, ed è inoltre dotato di irrigidimenti, grazie ai quali è stato possibile ridurre il più possibile il peso senza perdere forza e rigidità. La forza del corpo è sufficiente per garantire che i carichi che si verificano durante la guida, anche su terreni irregolari, non lo danneggino. Allo stesso tempo, lo schema dello spazio interno del corpo garantisce il funzionamento efficiente dell'intero meccanismo di sterzo. Inoltre, la carrozzeria è dotata di fori per il fissaggio alla carrozzeria dell'auto, grazie ai quali raccoglie tutti gli elementi dello sterzo insieme, garantendone il lavoro coordinato.
Guarnizioni, boccole e antere
Le boccole installate tra il corpo e il binario hanno un'elevata resistenza all'usura e consentono anche un facile movimento della barra all'interno del corpo. I paraolio proteggono l'area lubrificata del meccanismo, ovvero lo spazio attorno all'ingranaggio conduttore, prevenendo la perdita di lubrificante e isolandolo anche da polvere e sporco. Le antere proteggono le aree esposte del corpo attraverso le quali passano i tiranti. A seconda del modello della macchina, vengono fissate alle estremità o al centro del binario, in ogni caso sono le antere a proteggere le zone aperte del corpo da polvere e sporco.
Modifiche e tipologie
Nonostante il fatto che all'alba della sua apparizione, il rastrello fosse il miglior tipo di meccanismo di sterzo, lo sviluppo della tecnologia ha spinto i produttori a modificare ulteriormente questo dispositivo. Poiché i meccanismi principali dall'aspetto dell'unità, nonché il design e lo schema del suo funzionamento non sono cambiati, i produttori hanno diretto i loro sforzi per aumentare l'efficienza installando vari dispositivi di amplificazione.
Il primo era il servosterzo idraulico, il cui principale vantaggio era la semplicità del design con requisiti estremi per un corretto funzionamento, perché le cremagliere dello sterzo con servosterzo non tolleravano di girare all'angolo massimo ad alti regimi del motore. Lo svantaggio principale del servosterzo era la dipendenza dal motore, perché è ad esso che è collegata la pompa di iniezione. Il principio di funzionamento di questo dispositivo è che quando si gira il volante, il distributore idraulico fornisce fluido ad una delle due camere, quando le ruote raggiungono la svolta corrispondente, l'alimentazione del fluido si interrompe. Grazie a questo schema, la forza necessaria per girare le ruote viene ridotta senza perdita di feedback, ovvero il guidatore sterza efficacemente e sente la strada.
Il passo successivo è stato lo sviluppo di una cremagliera dello sterzo elettrico (EUR), tuttavia i primi modelli di questi dispositivi hanno suscitato molte critiche, perché spesso si verificavano falsi allarmi, a causa dei quali l'auto girava spontaneamente durante la guida. Dopotutto, il ruolo del distributore era svolto da un potenziometro che, per vari motivi, non sempre forniva informazioni corrette. Nel tempo, questo difetto è stato quasi del tutto eliminato, per cui l'affidabilità del controllo dell'EUR non è in alcun modo inferiore al servosterzo. Alcune case automobilistiche stanno già utilizzando il servosterzo elettrico, che combina i vantaggi dei dispositivi elettrici e idraulici, oltre a essere privo dei loro svantaggi.
Pertanto, oggi è stata adottata la seguente suddivisione in tipologie di cremagliere sterzo:
- semplice (meccanico) - quasi mai utilizzato a causa della bassa efficienza e della necessità di esercitare un grande sforzo per girare le ruote in posizione;
- con booster idraulico (idraulico) - sono tra i più apprezzati per il loro design semplice e l'elevata manutenibilità, ma il booster non funziona a motore spento;
- con booster elettrico (elettrico) - sono anche tra i più diffusi, sostituendo gradualmente le unità con il servosterzo, perché funzionano anche a motore spento, anche se il problema del funzionamento aleatorio non è stato ancora del tutto eliminato;
- con un servoamplificatore elettrico idraulico, che combinano i vantaggi di entrambi i tipi precedenti, ovvero funzionano anche a motore spento e non "contentano" il guidatore con viaggi casuali.
cremagliera dello sterzo con EUR
Questo principio di classificazione consente al proprietario o al potenziale acquirente di un'autovettura di valutare immediatamente tutti i vantaggi e gli svantaggi dello sterzo di un determinato modello.
Intercambiabilità
Le case automobilistiche non producono quasi mai meccanismi di sterzo a pignone e cremagliera, l'eccezione era AvtoVAZ, ma anche lì questo lavoro è stato trasferito ai partner, quindi, in caso di gravi difetti in questa unità, quando le riparazioni non sono redditizie, è necessario scegliere non solo il modello, ma anche il produttore di questo meccanismo. Uno dei leader in questo mercato è ZF, specializzata nella produzione di tutti i tipi di unità, dalle trasmissioni automatiche ai meccanismi di sterzo. Invece del binario ZF, puoi prendere un analogo cinese economico, perché il loro circuito e le dimensioni sono gli stessi, ma non durerà a lungo, a differenza del dispositivo originale. Spesso, le auto la cui età ha superato i 10 anni sono dotate di un binario di altri produttori, il che è confermato dalle foto dei loro contrassegni pubblicate su Internet.
Spesso, gli artigiani del garage mettono le cremagliere dello sterzo di auto straniere, ad esempio vari modelli Toyota, su auto domestiche. Tale sostituzione richiede un'alterazione parziale della parete posteriore del vano motore, ma l'auto riceve un'unità molto più affidabile che supera i prodotti AvtoVAZ sotto tutti gli aspetti. Se anche il binario della stessa "Toyota" è dotato di un booster elettrico o idraulico, anche il vecchio "Nine" improvvisamente, in termini di comfort, si avvicina bruscamente alle auto straniere dello stesso periodo.
Gravi malfunzionamenti
Il dispositivo della cremagliera dello sterzo è tale che questo meccanismo è uno dei più affidabili dell'auto e la maggior parte dei malfunzionamenti sono associati all'usura (danni) dei materiali di consumo o agli incidenti stradali, ovvero incidenti o incidenti. Molto spesso, i riparatori devono cambiare antere e sigilli, nonché cremagliere usurate e ingranaggi conduttori, il cui chilometraggio supera centinaia di migliaia di chilometri. Devi anche stringere periodicamente il meccanismo di bloccaggio, che è dovuto allo schema del meccanismo di sterzo, ma questa azione non richiede alcuna sostituzione di parti. Molto meno spesso, il corpo di questa unità, che si è incrinato a causa di un incidente, richiede la sostituzione, nel qual caso il binario riparabile, l'ingranaggio e il meccanismo di bloccaggio vengono trasferiti al corpo del donatore.
I motivi comuni per riparare questo nodo sono:
- gioco dello sterzo;
- bussare durante la guida o la svolta;
- sterzo eccessivamente leggero o stretto.
Questi difetti sono associati all'usura dei componenti principali che compongono la cremagliera dello sterzo, quindi possono essere attribuiti anche a materiali di consumo.
Dov'è
Per capire dove si trova la cremagliera dello sterzo e che aspetto ha, metti l'auto su un ascensore o un cavalcavia, quindi apri il cofano e gira le ruote in qualsiasi direzione fino all'arresto. Quindi segui dove portano le aste dello sterzo, qui è dove si trova questo meccanismo, simile a un tubo di alluminio nervato, a cui si adatta l'albero cardanico dell'albero dello sterzo. Se non hai esperienza di riparazione auto e non sai dove si trova questo nodo, guarda le foto e i video in cui gli autori mostrano la posizione del binario nelle loro auto, nonché i modi più convenienti per accedervi: questo ti salverà da molti errori, incluso il numero che porta a lesioni.
Indipendentemente dal modello e dall'anno di fabbricazione, questo meccanismo è sempre posizionato sulla parete posteriore del vano motore, quindi è visibile dal lato della ruota capovolta. Per la riparazione o la sostituzione, è più comodo accedervi dall'alto, aprendo il cofano, o dal basso, rimuovendo la protezione del motore, e la scelta del punto di accesso dipende dal modello e dalla configurazione dell'auto.
conclusione
La cremagliera dello sterzo è la base dello sterzo del veicolo, con la quale il conducente dirige le ruote dell'auto nella direzione desiderata. Anche se non hai intenzione di riparare la tua auto da solo, allora capire come funziona la cremagliera dello sterzo e come funziona questo meccanismo ti sarà utile, perché conoscendone i punti di forza e di debolezza, sarai in grado di guidare un'autovettura o una jeep con più attenzione, estendendo la sua vita di servizio fino alla riparazione.
