Większość nowoczesnych samochodów osobowych ewoluowała. Używają systemu zębatkowego. Znasz tego gościa. To proste. To działa. Zapewnia to szybką reakcję, jakiej oczekuje się od sportowej limuzyny.
Ale zajrzyj pod maskę dużej ciężarówki lub dużego SUV-a. Można tam zamontować układ kierowniczy z kulkami obiegowymi. To jest stary model. Czuję się inaczej. Wytrzymuje ogromne siły sterujące, które czasami trudno pokonać w przypadku układu zębatkowego.
Połączenia pomiędzy komponentami są różne. Obracanie tych gigantycznych kół wymaga specjalnych rozwiązań mechanicznych, które nie wymagają od kierowcy nadludzkiej siły.
Mechanizm przekładni ślimakowej i nakrętki
Sercem systemu jest przekładnia ślimakowa. Nie zniechęcaj się nazwą. To prosta fizyka. Wyobraź sobie dwa główne elementy współdziałające wewnątrz przekładni kierowniczej.
Pierwsza część to metalowy blok. Pośrodku znajduje się gwintowany otwór. Pomyśl o tym jak o orzechu. Jednakże zęby są wycinane na zewnętrznym obwodzie nakrętki. Te zęby zazębiają się z kołem sektorowym. To koło zębate sektorowe jest podłączone do ramienia sterującego (ramienia pitmana). Wahacz kierowniczy to krytyczne ogniwo przenoszące ruch ze skrzyni kierowniczej na resztę zawieszenia i drążki kierownicze.
Druga część to wał wejściowy. To jest pręt gwintowany. Jest on przymocowany bezpośrednio do kolumny kierownicy. Obróć kierownicę, a drążek zacznie się obracać.
Zwykłe śruby dokręca się poprzez wkręcenie ich w zestaw nakrętek. To idzie głębiej. Prowadziłoby to do zakleszczenia.
To nie jest zwykła śruba. Pręt gwintowany jest zamocowany wzdłuż osi. Nie może poruszać się do przodu ani do tyłu. Może się tylko obracać.
Przekształcanie obrotu w ruch
Więc kiedy obracasz pręt, coś musi ustąpić. Ponieważ pręt nie może poruszać się w pionie, metalowy blok (nakrętka) jest zmuszony do ruchu.
Obrót pręta popycha blok w górę i w dół wewnątrz obudowy.
To tutaj dzieje się magia. Blok nie tylko się ślizga. Zawiera łożyska kulkowe. Kulki obracają się pomiędzy gwintami pręta i gwintami bloku. Krążą w kanałach, redukując tarcie niemal do zera.
Kiedy blok porusza się po linii prostej, jego zewnętrzne zęby naciskają na koło zębate sektorowe.
Przekładnia sektorowa obraca się.
Ten obrót porusza ramię zwrotnicy.
Dźwignia zwrotnicy ciągnie lub popycha drążek kierowniczy.
Poprzeczny drążek kierowniczy przesuwa drążki wzdłużne.
Podłużne drążki kierownicze zmieniają kąt obrotu kół.
Po co tego używać?
Dlaczego nadal wspierają ten złożony i duży system?
Lepiej radzi sobie z momentem obrotowym. Systemy zębatek i zębników mogą ulegać zatarciom pod ekstremalnymi obciążeniami. Są twarde. Nie wybaczają błędów.
Konstrukcja z kulką z recyrkulacją jest bardziej wyrozumiała. Lepiej absorbuje uderzenia drogowe. Jeśli dwutonowa ciężarówka wjedzie w dziurę na autostradzie, system prawdopodobnie nie wyrwie Ci kierownicy z rąk. Jest gładszy. Jest niezawodna.
Ułatwia także integrację z układami wspomagania kierownicy. Siła liniowa wymagana do przesunięcia nakrętki jest niewielka. Można go łatwo zwiększyć za pomocą pompy hydraulicznej lub silnika elektrycznego.
Kompromisy
To nie jest idealne. W systemie jest znacznie więcej ruchomych części. Więcej punktów tarcia. Więcej zużycia. Wymaga regularnego smarowania. System zębatkowy
Nie liczy się sposób mocowania śruby do korpusu, ale to, co wypełnia lukę. Tradycyjne rzeźby należą już do przeszłości. Zamiast tego pierścienie z łożyskami kulkowymi krążą wewnątrz przekładni podczas jej obrotu.
To nie tylko spektakularne rozwiązanie inżynieryjne. Kulki zapewniają podnoszenie ciężkich ładunków poprzez zmniejszenie tarcia i zużycia. Ale jakie jest ich prawdziwe zadanie? Wyeliminuj graj.
Bez tego sterowanie wydaje się niejasne. Przy zmianie kierunku zęby tracą kontakt. Koła wydają się wolne. Nie powiązane. Piłki wypełniają tę lukę. Utrzymują sztywność całego układu. Natychmiastowa informacja zwrotna.
Wspomaganie kierownicy w tej konfiguracji jest podobne do układu zębatkowego. Pomocne może być nałożenie płynu pod wysokim ciśnieniem na drugą stronę modułu. Prosty mechanizm. Efektywny wynik.
Ale nie chodzi tylko o sprzęt.
Poza sprzętem
Kompletny układ wspomagania kierownicy opiera się na czymś więcej niż tylko mechanizmie kulowym z recyrkulacją. Pompy, rurociągi, zbiorniki i zawory rozdzielcze muszą działać w harmonii. Każdy komponent wykonuje własne, specyficzne obciążenie.
- Pompa: wytwarza ciśnienie niezbędne do łatwego obracania kół.
- Rurociągi: transportują ciecz pod ciśnieniem. Gdyby to były zwykłe rury, zawaliłyby się, więc są wzmocnione.
- Zbiornik: zawiera ciecz. Powinno być zimne i pozbawione pęcherzyków powietrza.
- Zawór rozdzielczy: steruje przepływem w zależności od sygnału wejściowego. To jest „mózg” obwodu hydraulicznego.
Zaniedbanie któregokolwiek z tych elementów spowoduje awarię całego systemu. Co gorsza, zarządzanie stanie się niespójne. Niestabilne sterowanie to nie tylko irytacja. To niebezpieczne. Precyzja ma znaczenie.
Luzy mechaniczne eliminowane są poprzez przekładnię z recyrkulacją kulek. Pozostała część systemu pochłania siłę. Razem umożliwiają obracanie dwutonowej maszyny jedną ręką.
Gdzie następnie trafia ciecz? Różnica ciśnień popycha tłok. Teraz zaczyna się prawdziwa praca. Reszta to tylko rurociąg.
