Tipi, design e principio di funzionamento del meccanismo di sterzo
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Il cambio di direzione dell'auto si effettua girando le ruote sterzanti usando il volante. Tuttavia, tra lui e le ruote c'è un dispositivo che converte lo sforzo delle mani del guidatore e la sua direzione per applicare direttamente la forza ai bracci oscillanti. Si chiama meccanismo di sterzo.
A cosa serve lo sterzo?
Nello schema generale di guida, il meccanismo svolge i seguenti compiti:
- converte la rotazione dell'albero di entrata, a cui è collegato il piantone dello sterzo, in rotazione traslatoria per le aste trapezoidali dello sterzo;
- coordina la forza che il guidatore può creare con la forza necessaria sulle leve collegate alle articolazioni dello sterzo del sottocarro, utilizzando la trasmissione meccanica disponibile nel progetto con un determinato rapporto di trasmissione;
- nella maggior parte dei casi, fornisce un lavoro congiunto con il servosterzo;
- protegge le mani del conducente dal contraccolpo causato dai dossi stradali.
Con un certo grado di precisione, questo dispositivo può essere considerato un cambio, come viene spesso chiamato.
Varietà di meccanismi di guida
Ci sono tre schemi di ingranaggi più popolari:
- rullo a vite senza fine;
- cremagliera e pignone;
- tipo vite a ricircolo di sfere.
Ognuno di loro ha i suoi vantaggi e aree di utilizzo.
Meccanismo a rullo a vite senza fine
Questo tipo era ampiamente utilizzato in passato su tutte le auto, ma ora ha un uso limitato a causa di molti svantaggi rispetto ad altri schemi.
Il principio di funzionamento dell'ingranaggio a vite senza fine è quello di far funzionare un rullo dentato a settore con una ruota elicoidale a spirale sull'albero del piantone dello sterzo. L'albero di entrata del riduttore è realizzato in un unico pezzo con una zigrinatura a vite senza fine a raggio variabile, ed è dotato di connettore asolato oa cuneo per il collegamento con l'albero della colonna. Il settore dentato del rullo si trova sull'albero di uscita del bipiede, con l'aiuto del quale il cambio è collegato alle biellette dello sterzo.
L'intera struttura è racchiusa in un alloggiamento rigido, detto anche carter per la presenza di lubrificazione al suo interno. Questo è solitamente un olio liquido del tipo di trasmissione. Le uscite dell'albero dal basamento sono sigillate con pressacavi. Il basamento è imbullonato al telaio o alla paratia del motore del corpo.
La rotazione dell'albero di ingresso nel cambio viene convertita in una punta a sfera bipiede rotazionale-traslazionale. Le aste sono attaccate alle ruote e alle leve trapezoidali aggiuntive.
Il meccanismo è in grado di trasmettere forze significative ed è abbastanza compatto con ampi rapporti di trasmissione. Ma allo stesso tempo, è difficile organizzare il controllo con un gioco minimo e un basso attrito. Da qui la portata: camion e SUV, per lo più di un design conservativo.
Cremagliere dello sterzo
Il meccanismo più utilizzato per le autovetture. La cremagliera e il pignone sono molto più precisi, forniscono un buon feedback e si adattano bene all'auto.
Il meccanismo a cremagliera è composto da:
- scafi con fissaggio alla paratia del cassone;
- cremagliera dentata appoggiata sui cuscinetti di banco;
- ingranaggio conduttore collegato all'albero di ingresso;
- meccanismo di spinta, fornendo uno spazio minimo tra l'ingranaggio e la cremagliera.
I connettori meccanici di uscita della cremagliera sono collegati agli snodi sferici delle aste di sterzo, che lavorano attraverso le punte direttamente con i bracci oscillanti. Questo design è più leggero e compatto del leveraggio dello sterzo a vite senza fine. Da qui deriva l'elevata precisione di controllo. Inoltre, il gioco dell'ingranaggio conduttore è molto più preciso e stabile di quello della forma complessa del rullo e della vite senza fine. E il maggiore ritorno al volante è compensato da amplificatori e ammortizzatori moderni.
Vite con dado a ricircolo di sfere
Tale riduttore è simile a un riduttore a vite senza fine, ma in esso vengono introdotti elementi importanti sotto forma di un segmento di una cremagliera con un settore degli ingranaggi che si muove lungo la vite dell'albero di ingresso attraverso sfere metalliche circolanti. Il settore della cremagliera è collegato ai denti sull'albero del bipiede.
Grazie all'uso di una guida corta, che in realtà è un dado con sfere lungo la filettatura, l'attrito è notevolmente ridotto sotto carichi elevati. Vale a dire, questo è stato il fattore determinante quando si utilizza il meccanismo su autocarri pesanti e altri veicoli simili. Allo stesso tempo, si osservano precisione e giochi minimi, grazie ai quali questi stessi cambi hanno trovato applicazione nelle grandi autovetture premium.
Giochi e attriti nei meccanismi di sterzo
Tutti i cambi necessitano di regolazioni periodiche a vari livelli. A causa dell'usura, le lacune nelle articolazioni degli ingranaggi cambiano, appare un gioco al volante, all'interno del quale l'auto è incontrollabile.
Gli ingranaggi a vite senza fine sono controllati spostando il settore degli ingranaggi in una direzione perpendicolare all'albero di ingresso. È difficile garantire il mantenimento del gioco a tutti gli angoli di sterzata, poiché l'usura si verifica a velocità diverse nella direzione di marcia diritta usata frequentemente e più raramente in curve a vari angoli. Questo è un problema comune a tutti i meccanismi, anche i binari si consumano in modo non uniforme. Con una forte usura, le parti devono essere sostituite, altrimenti, quando si ruota il volante, lo spazio si trasformerà in un'interferenza con un maggiore attrito, il che non è meno pericoloso.
