Rodzaje, budowa i zasada działania mechanizmu kierowniczego

Zmiana kierunku jazdy samochodu odbywa się poprzez obracanie kierowanych kół za pomocą kierownicy. Jednak między nim a kołami znajduje się urządzenie, które przekształca wysiłek rąk kierowcy i jego kierunek, aby bezpośrednio przyłożyć siłę do wahaczy. Nazywa się to mechanizmem kierowniczym.

Do czego służy przekładnia kierownicza?

W ogólnym schemacie sterowania mechanizm realizuje następujące zadania:

• przekształca obrót wału wejściowego, do którego podłączona jest kolumna kierownicy, na obrót translacyjny drążków trapezowych układu kierowniczego;
• koordynuje siłę, którą kierowca może wytworzyć, z niezbędną siłą na dźwigniach połączonych ze zwrotnicami podwozia, wykorzystując mechaniczną przekładnię dostępną w projekcie z określonym przełożeniem;
• w większości przypadków zapewnia wspólną pracę ze wspomaganiem kierownicy;
• chroni ręce kierowcy przed odrzutami od wybojów drogowych.

Z pewnym stopniem dokładności to urządzenie można uznać za skrzynię biegów, jak to się często nazywa.

Odmiany mechanizmów kierowniczych

Istnieją trzy najpopularniejsze schematy przekładni:

• wałek ślimakowy;
• zębatka i zębnik;
• rodzaj śruby kulowej.

Każdy z nich ma swoje zalety i obszary zastosowania.

Mechanizm rolki ślimakowej

Ten typ był szeroko stosowany w przeszłości we wszystkich samochodach, ale obecnie ma ograniczone zastosowanie ze względu na wiele wad w porównaniu z innymi schematami.

Zasada działania przekładni ślimakowej polega na prowadzeniu rolki o zębach sektorowych ze spiralnym kołem ślimakowym na wale kolumny kierowniczej. Wał wejściowy reduktora wykonany jest jako jednoczęściowy z radełkowaniem ślimakowym o zmiennym promieniu i wyposażony w łącznik szczelinowy lub klinowy do połączenia z wałem kolumny. Zębaty sektor rolki znajduje się na wale wyjściowym dwójnogu, za pomocą którego skrzynia biegów jest połączona z trapezowymi prętami sterującymi.

Całość konstrukcji umieszczona jest w sztywnej obudowie, zwanej też skrzynią korbową ze względu na obecność w niej smaru. Zwykle jest to płynny olej przekładniowy. Wyjścia wału ze skrzyni korbowej są uszczelnione dławikami. Skrzynia korbowa jest przykręcona do ramy lub przegrody silnika nadwozia.

Obrót wału wejściowego w skrzyni biegów jest zamieniany na obrotowo-translacyjną końcówkę kulową dwójnogu. Do niego przymocowane są drążki do kół oraz dodatkowe trapezowe dźwignie.

Mechanizm jest w stanie przenosić znaczne siły i jest dość zwarty przy dużych przełożeniach. Ale jednocześnie trudno jest zorganizować kontrolę przy minimalnym luzie i niskim tarciu. Stąd zakres - ciężarówki i SUV-y, w większości o konserwatywnej konstrukcji.

Przekładnie kierownicze

Najszerzej stosowany mechanizm do samochodów osobowych. Zębatka jest znacznie bardziej precyzyjna, zapewnia dobre sprzężenie zwrotne i dobrze pasuje do samochodu.

Mechanizm zębatki składa się z:

• kadłuby z mocowaniem do grodzi korpusu;
• listwa zębata leżąca na łożyskach poprzecznych;
• koło zębate połączone z wałem wejściowym;
• mechanizm oporowy, zapewniający minimalny prześwit między kołem zębatym a zębatką.

Wyjściowe łączniki mechaniczne zębatki połączone są z przegubami kulowymi drążków kierowniczych, które poprzez końcówki współpracują bezpośrednio z wahaczami. Ta konstrukcja jest lżejsza i bardziej kompaktowa niż drążek kierowniczy z przekładnią ślimakową. Stąd bierze się wysoka dokładność sterowania. Ponadto luz koła napędowego jest znacznie dokładniejszy i stabilniejszy niż w przypadku złożonego kształtu wałka i ślimaka. A zwiększony powrót do kierownicy jest kompensowany przez nowoczesne wzmacniacze i amortyzatory.

Śruba z nakrętką kulową

Taka skrzynia biegów jest podobna do przekładni ślimakowej, ale wprowadza się do niej ważne elementy w postaci segmentu zębatki z sektorem zębatym poruszającym się wzdłuż śruby wału wejściowego przez krążące metalowe kulki. Sektor zębatki jest połączony z zębami na wale dwójnogu.

Dzięki zastosowaniu krótkiej szyny, która w rzeczywistości jest nakrętką z kulkami wzdłuż gwintu, tarcie jest znacznie zmniejszone przy dużych obciążeniach. Mianowicie był to decydujący czynnik przy stosowaniu mechanizmu w ciężkich ciężarówkach i innych podobnych pojazdach. Jednocześnie obserwuje się dokładność i minimalne prześwity, dzięki którym te same skrzynie biegów znalazły zastosowanie w dużych samochodach osobowych premium.

Luzy i tarcie w mechanizmach kierowniczych

Wszystkie skrzynie biegów wymagają okresowych regulacji w różnym stopniu. Z powodu zużycia zmieniają się szczeliny w przegubach, na kierownicy pojawia się luz, w którym samochód jest niekontrolowany.

Przekładnie ślimakowe są sterowane poprzez przesuwanie sektora przekładni w kierunku prostopadłym do wału wejściowego. Zachowanie luzu przy wszystkich kątach skrętu jest trudne do zapewnienia, ponieważ zużycie występuje w różnym tempie w często używanym kierunku jazdy na wprost i rzadziej na zakrętach pod różnymi kątami. Jest to powszechny problem we wszystkich mechanizmach, szyny również zużywają się nierównomiernie. Przy dużym zużyciu części należy wymienić, w przeciwnym razie, gdy kierownica zostanie obrócona, szczelina zamieni się w interferencję ze zwiększonym tarciem, co jest nie mniej niebezpieczne.