Przekładnia kierownicza - zasada działania i konstrukcja

Wśród wszystkich typów przekładni kierowniczych, zębatka zajmuje szczególne miejsce, choćby dlatego, że najczęściej występuje w konstrukcjach samochodów osobowych. Posiadając szereg zalet, szyna, a tak potocznie nazywa się ją potocznie ze względu na zastosowanie części głównej, praktycznie wyparła wszystkie inne schematy.

Funkcje korzystania z szyn

Sama szyna to przesuwny stalowy pręt z ząbkowanym nacięciem. Od strony zębów dociskana jest do niego przekładnia napędowa. Wał kolumny kierownicy jest połączony z wałem zębnika. Zwykle stosuje się przekładnię śrubową, ponieważ jest cicha i może przenosić znaczne obciążenia.

Gdy kierownica jest obracana, kierowca, działając w połączeniu ze wspomaganiem kierownicy, przesuwa zębatkę w pożądanym kierunku. Końce szyny przez przeguby kulowe działają na drążki kierownicze. W sekcji prętów zainstalowane są gwintowane łączniki do regulacji palców i końcówki kul kierowniczych. Ostatecznie siła napędowa jest przekazywana przez ramię obrotowe do zwrotnicy, piasty i koła kierowanego z każdej strony. Konfiguracja jest zaprojektowana w taki sposób, aby guma nie ślizgała się w miejscu styku, a każde koło porusza się po łuku o pożądanym promieniu.

Skład układu kierowniczego z zębatką i zębnikiem

Typowy mechanizm obejmuje:

• obudowa, w której znajdują się wszystkie części, wyposażona w uchwyty do mocowania do osłony silnika lub ramy;
• zębatka;
• łożyska ślizgowe tulejowe, na których opiera się szyna podczas ruchu;
• wał wejściowy, zwykle umieszczony w łożyskach tocznych (igiełkowych);
• urządzenie do regulacji szczeliny w sprzężeniu ze sprężynowym krakersem i nakrętką regulacyjną;
• buty drążkowe.

Czasami mechanizm wyposażony jest w amortyzator zewnętrzny, mający na celu zminimalizowanie jednej z wad mechanizmu zębatkowego - zbyt silnego przenoszenia wstrząsów na kierownicę od kół spadających na nierówne koła. Amortyzator to montowany poziomo teleskopowy amortyzator, podobny do tego, który jest montowany w zawieszeniach. Z jednej strony jest połączony z szyną, a z drugiej z ramą pomocniczą. Wszystkie uderzenia są tłumione przez hydraulikę amortyzatorów.

Najprostsze mechanizmy stosowane w najlżejszych samochodach pozbawione są wspomagania kierownicy. Ale większość szyn ma to w swoim składzie. Hydrauliczny siłownik wspomagający jest zintegrowany z obudową zębatki, wychodzą tylko złączki do podłączenia przewodów hydraulicznych po prawej i lewej stronie tłoka.

Dystrybutor w postaci zaworu suwakowego i odcinka drążka skrętnego jest wbudowany w korpus wału wejściowego mechanizmu zębatkowego. W zależności od wielkości i kierunku siły przyłożonej przez kierowcę, skręcając drążek skrętny, szpula otwiera się w kierunku lewego lub prawego łącznika siłownika hydraulicznego, wytwarzając tam ciśnienie i pomagając kierowcy w przesuwaniu szyny.

Czasami elementy wzmacniacza elektrycznego są również wbudowane w mechanizm zębatkowy, jeśli nie znajduje się on na kolumnie kierownicy. Preferowany jest bezpośredni napęd szynowy. W tym przypadku zębatka ma silnik elektryczny ze skrzynią biegów i drugim kołem napędowym. Pracuje równolegle z głównym wzdłuż osobnego wycięcia przekładni na szynie. Kierunek i wielkość siły są określane przez elektroniczną jednostkę sterującą, która odbiera sygnał z czujnika skrętu wału wejściowego i generuje prąd zasilający silnik elektryczny.

Zalety i wady mechanizmu z szyną

Wśród zalet są:

• wysoka precyzja sterowania;
• łatwość zapewnienia przejrzystości kierownicy, nawet wyposażonej we wzmacniacz;
• kompaktowość montażu i prostota układu projektowego w obszarze osłony silnika;
• niewielka waga i stosunkowo niski koszt;
• dobra kompatybilność zarówno ze starzejącymi się wspomagaczami hydraulicznymi, jak i nowoczesnym EUR;
• zadowalająca łatwość konserwacji, produkowane są zestawy naprawcze;
• niewymagające smarowania i częstej konserwacji.

Są też wady:

• zasadniczo wysoka przezroczystość kierownicy w przypadku użytkowania na wyboistych drogach, w przypadku braku amortyzatorów i szybkich wzmacniaczy, kierowca może doznać obrażeń;
• hałas w postaci uderzeń podczas pracy ze zwiększoną szczeliną, gdy zużycie występuje nierównomiernie, szczeliny nie można regulować.

Połączenie zalet i wad w działaniu mechanizmu zębatkowego determinuje jego zakres – są to samochody, w tym samochody sportowe, jeżdżące głównie po dobrych drogach przy dużych prędkościach. W tym przypadku stojak działa najlepiej i wyprzedza wszystkie inne schematy sterowania pod względem właściwości konsumenckich.

Czasami przeprowadza się konserwację mechanizmu w celu zmniejszenia szczeliny, gdy pojawiają się uderzenia. Niestety z opisanych powyżej przyczyn nierównomiernego zużycia nie zawsze jest to możliwe. W takich przypadkach mechanizm zostanie wymieniony jako zespół, często na odrestaurowany fabrycznie. Zastosowanie zestawów naprawczych eliminuje jedynie uderzenia łożysk i tulei podporowych, ale nie eliminuje zużycia pary kół zębatych. Ale ogólnie żywotność mechanizmu jest dość wysoka, a koszt nowych części jest całkiem do przyjęcia.