Більшість сучасних легкових автомобілів еволюціонували. Вони використовують систему “шестірня-рейка”. Ви знаєте цей тип. Це просто. Це працює. Це забезпечує швидку реакцію, що очікується від спортивного седана.
Але загляньте під капот великої вантажівки або великого позашляховика. Там може бути встановлена система кермового управління з рециркулюючими кульками. Це стара модель. Вона відчувається інакше. Вона витримує величезні кермові зусилля, які іноді важко подолати за допомогою системи шестерня-рейка.
Зв’язки між компонентами відрізняються. Обертання цих гігантських коліс вимагає спеціальних механічних рішень, що не вимагають надлюдської сили від водія.
Механізм черв’ячної передачі та гайки
Серцем системи є черв’ячна передача. Не лякайтеся назви. Це проста фізика. Уявіть два основних компоненти, що взаємодіють усередині кермового механізму.
Перша частина – це металевий блок. У його середині є різьбовий отвір. Подайте його як гайку. Однак на зовнішньому колі гайки вирізано зуби. Ці зубці зачіплюються із секторною шестернею. Ця секторна шестерня з’єднана з важелем поворотного кулака (пітман-армом). Важель поворотного кулака є критично важливою ланкою, яка передає рух від кермового механізму до решти підвіски і кермових тяг.
Друга частина – це вхідний вал. Це різьбовий стрижень. Він безпосередньо прикріплений до кермової колонки. Поверніть кермо, і стрижень почне обертатися.
Звичайні болти затягуються шляхом закручування в набір гайок. Це відбувається глибше. Це призвело б до заклинювання.
Це не звичайний болт. Різьбовий стрижень зафіксований по осі. Він може рухатися вперед чи назад. Він може лише обертатися.
Перетворення обертання в рух
Отже, коли ви обертаєте стрижень, щось має поступитися. Оскільки стрижень неспроможна рухатися вертикально, металевий блок (гайка) змушений рухатися.
Обертання стрижня штовхає блок вгору і вниз усередині корпусу.
Тут трапляється магія. Блок не просто ковзає. Він містить кулькові підшипники. Кульки обертаються між різьбленням стрижня та різьбленням блоку. Вони циркулюють каналами, знижуючи тертя майже до нуля.
Коли блок рухається прямою, його зовнішні зуби тиснуть на секторну шестерню.
Шестерня вектор повертається.
Це обертання переміщує важіль поворотного кулака.
Важель поворотного кулака тягне або штовхає поперечну кермову тягу.
Поперечна рульова тяга переміщає поздовжні рульові тяги.
Поздовжні рульові тяги змінюють кут повороту коліс.
Навіщо це використовувати?
Чому продовжують підтримувати цю складну та велику систему?
Вона краще справляється з крутним моментом. Системи шестерня-рейка можуть заклинювати під екстремальними навантаженнями. Вони тверді. Вони не вибачають помилок.
Конструкція з рециркулюючими кульками прощаюча. Вона найкраще поглинає дорожні удари. Якщо ви потрапите в яму на шосе на двотонній вантажівці, система, швидше за все, не вирве кермо з ваших рук. Вона плавніша. Вона надійна.
Вона також полегшує інтеграцію із системами гідропідсилювача керма. Лінійне зусилля, необхідне переміщення гайки, невелике. Його можна легко підсилити за допомогою гідравлічного насоса або електричного двигуна.
Компроміси
Це не є ідеальним. У системі набагато більше частин, що рухаються. Більше точок тертя. Більше зносу. Вона вимагає регулярного мастила. Система «шестірня-рейка»
Важливо не те, як болт кріпиться до корпусу, а те, що заповнює зазор. Традиційні різьблення пішли у минуле. Натомість кільця з шарикопідшипниками циркулюють усередині шестерні при її обертанні.
Це не просто ефектне інженерне рішення. Кульки забезпечують підйом важких вантажів рахунок зниження тертя і зносу. Але яке їхнє реальне завдання? Усунути люфт.
Без цього кермо відчувається розмитим. При зміні напряму зуби втрачають контакт. Колеса здаються вільними. Чи не пов’язані. Кульки заповнюють цей зазор. Вони зберігають жорсткість усієї системи. Миттєвий зворотний зв’язок.
Рульове управління з підсилювачем у цій конфігурації аналогічно системі «рейка-шестірня». Подача рідини під високим тиском на інший бік модуля може допомогти. Простий механізм. Ефективний результат.
Але справа не лише у шестірні.
За межами шестерні
Повна система кермового управління з підсилювачем заснована не лише на механізмі з рециркуляцією кульок. Насоси, трубопроводи, резервуари та розподільчі клапани повинні працювати узгоджено. Кожен компонент виконує своє конкретне навантаження.
- Насос: створює тиск, необхідний для легкого повороту коліс.
- Трубопроводи: транспортують рідину під тиском. Якби це були звичайні труби, вони зруйнувалися б, тому вони посилені.
- Резервуар: містить рідину. Вона має бути холодною і без бульбашок повітря.
- Розподільний клапан: керує потоком залежно від вхідного сигналу. Це “мозок” гідравлічного ланцюга.
Нехтування будь-яким із цих компонентів призведе до відмови всієї системи. Найгірше, управління стане непослідовним. Розмите кермо — це не просто роздратування. Це небезпечно. Точність має значення.
Механічний люфт усувається шестернею з рециркуляцією кульок. Решта системи приймає він зусилля. Разом вони дозволяють повертати двотонну машину однією рукою.
Куди далі йде рідина? Різниця тиску штовхає поршень. Тепер розпочинається справжня робота. Решта – просто трубопровід.
