Sterzo a cremagliera e pignone: tutto quello che devi sapere
Sterzo a cremagliera e pignoneè un metodo di sterzata ampiamente utilizzato nella moderna tecnologia automobilistica. È semplice, compatto e reattivo, e offre ai conducenti un'esperienza di controllo affidabile. Sebbene questo sistema sia diventato un'attrezzatura standard in molti veicoli, potrebbe non essere del tutto chiaro al conducente medio come funziona e cosa fa.
In questo articolo analizzeremo più da vicino gli elementi fondamentali dello sterzo a cremagliera, come funziona e perché è un metodo di sterzatura così importante.
Cos'è lo sterzo a cremagliera?
Un sistema di sterzo a cremagliera e pignone è un sistema di sterzo meccanico che utilizza l'interazione di una cremagliera e di un pignone per convertire il movimento rotatorio del volante in movimento laterale delle ruote. Questo design relativamente semplice è molto efficiente ed è stato ampiamente utilizzato in molti veicoli, tra cui auto, SUV e camion leggeri.
Il sistema è costituito da diversi componenti chiave: volante, ingranaggi, cremagliera, bielle e ruote. Quando il conducente gira il volante, l'ingranaggio (chiamato anche pignone) sull'albero del volante ruota e si innesta nella cremagliera. La cremagliera è una lunga barra metallica dentata che si muove lateralmente mentre gli ingranaggi ruotano. Questo movimento viene trasmesso alle ruote tramite una biella, che alla fine fa girare le ruote.
Sebbene lo sterzo a cremagliera sia utilizzato dalle case automobilistiche americane da meno di 50 anni, il concetto è in circolazione in altri paesi da quasi un secolo. Negli anni '30, la BMW ha prodotto la prima trasmissione a cremagliera, secondo Hemmings Motor News. La prima casa automobilistica americana a utilizzare lo sterzo a cremagliera in produzione è stata la Ford, che lo ha utilizzato nella Mustang II del 1974 e nella Pinto del 1974. Mentre la AMC ha adottato il sistema subito dopo nella Pacer del 1975, la GM e la Chrysler non hanno prodotto auto con sterzo a cremagliera fino agli anni '80.
Come funziona lo sterzo a cremagliera?
Secondo un articolo di Moog Parts, lo sterzo a cremagliera funziona utilizzando un sistema di ingranaggi per convertire il movimento circolare del volante nel movimento lineare necessario per girare le ruote. Gli ingranaggi sono assemblati all'interno di un tubo di metallo. Il tubo ha aperture su entrambe le estremità in modo che la cremagliera possa essere fissata a un albero. Il pignone è collegato all'albero dello sterzo in modo che quando si gira il volante, il pignone ruoti e muova la cremagliera.
Nello specifico, quando il conducente gira il volante, il moto rotatorio viene trasmesso al pignone attraverso l'albero del volante. Questo pignone si innesta nella cremagliera, convertendo il moto rotatorio in moto lineare. Quando il pignone ruota, la cremagliera viene spinta a muoversi sul suo binario. La distanza e la direzione di questo movimento laterale sono direttamente correlate alla quantità e alla direzione della rotazione del volante. Un angolo di sterzata maggiore fa sì che la cremagliera si muova per una distanza maggiore, ottenendo così un angolo di sterzata della ruota maggiore.
Il movimento della cremagliera viene trasmesso al fuso a snodo della ruota tramite una biella. La funzione della biella è quella di convertire il movimento laterale della cremagliera in rotazione della ruota, controllando così lo sterzo del veicolo. In definitiva, il movimento laterale della cremagliera viene convertito in sterzo della ruota. La direzione e l'angolo di sterzo della ruota sono completamente determinati dall'interazione tra pignone e cremagliera, consentendo un controllo preciso del veicolo.
Quali sono i vantaggi di un sistema sterzante a cremagliera?
Il design di un sistema di sterzo a cremagliera e pignone è molto semplice e consiste in un piccolo numero di componenti chiave. Questo design semplificato non solo riduce i costi di produzione e manutenzione, ma riduce anche la possibilità di guasti. I sistemi di sterzo a cremagliera e pignone forniscono una risposta di sterzata estremamente sensibile grazie all'azione diretta dell'ingranaggio e della cremagliera. Ciò consente al veicolo di reagire rapidamente durante la guida, in particolare per mantenere una buona stabilità ad alte velocità.
Inoltre, i sistemi di sterzo a cremagliera e pignone sono più leggeri di altri sistemi di sterzo complessi. Questa caratteristica aiuta a ridurre il peso complessivo del veicolo, a migliorare il risparmio di carburante e a migliorare la maneggevolezza del veicolo.
Quali sono i tipi di sistemi sterzanti a cremagliera?
Sebbene il principio di base dei sistemi sterzanti a cremagliera e pignone sia lo stesso, è possibile suddividerli nei seguenti tipi, in base alle diverse esigenze del veicolo e agli obiettivi di progettazione:
Sistema di sterzo manuale a cremagliera e pignone
Il sistema di sterzo a cremagliera e pignone manuale è il tipo più elementare, che si basa sulla potenza del conducente per azionare il volante e controllare lo sterzo del veicolo. Questo sistema non ha un dispositivo di servoassistenza aggiuntivo, quindi il conducente deve applicare più forza per girare il volante quando guida a bassa velocità. I sistemi manuali sono solitamente utilizzati in veicoli più leggeri o più vecchi e sono ampiamente utilizzati per la loro struttura semplice e il basso costo.
Sistema di sterzo a cremagliera e pignone servoassistito idraulicamente
ILsistema di sterzo a cremagliera e pignone servoassistito idraulicamenteaggiunge un dispositivo di servoassistenza idraulico al sistema manuale. Il sistema fornisce pressione idraulica attraverso la pompa del servosterzo, rendendo più facile per il conducente azionare il volante. Questo sistema è stato ampiamente utilizzato nella maggior parte dei veicoli moderni perché fornisce potenza mantenendo la immediatezza e la sensibilità del sistema a cremagliera e pignone.
Sistema di sterzo elettrico a cremagliera e pignone
Il sistema di sterzo elettrico a cremagliera e pignone utilizza un motore elettrico anziché una pompa idraulica per fornire potenza. Questo sistema ha i vantaggi di una risposta rapida, risparmio energetico e protezione ambientale, e può anche regolare la potenza in base alla velocità del veicolo per fornire un'esperienza di guida più adatta. I sistemi di sterzo elettrico stanno gradualmente diventando un'attrezzatura standard in molti nuovi veicoli, specialmente nei veicoli elettrici e ibridi.
Sistema di sterzo a cremagliera e pignone a rapporto variabile
Il sistema di sterzo a cremagliera e pignone a rapporto variabile è diverso nel design della cremagliera, utilizzando un design a passo variabile. Il passo di questo sistema è più grande alle estremità della cremagliera e più piccolo al centro. Questo design consente al veicolo di fornire un angolo di sterzata maggiore a basse velocità e un angolo di sterzata minore ad alte velocità, migliorando così la maneggevolezza e la stabilità del veicolo.
Problemi comuni con i sistemi di sterzo a cremagliera e pignone
Sebbene i sistemi di sterzo a cremagliera e pignone possano fornire prestazioni affidabili nella maggior parte dei casi, durante l'uso possono verificarsi alcuni problemi comuni. Ecco alcuni problemi comuni:
Usura della cremagliera o del pignone
Dopo un uso prolungato, la superficie della cremagliera e del pignone potrebbe usurarsi, causando rumori anomali o un funzionamento irregolare durante la sterzata. Quando l'usura è grave, potrebbe anche influire sulla precisione della sterzata e causare una sterzata imprecisa del veicolo.
Perdita di olio idraulico
Nei sistemi di sterzo a cremagliera e pignone idraulici, la perdita di olio idraulico è un problema comune. La perdita può verificarsi nelle linee idrauliche, nelle guarnizioni o nelle pompe dello sterzo, solitamente manifestandosi come potenza di sterzo ridotta o guasto completo.
Maggiore resistenza allo sterzo
Quando le parti interne del sistema di sterzo a cremagliera e pignone sono usurate, scarsamente lubrificate o il sistema idraulico si guasta, la resistenza dello sterzo aumenta notevolmente. Il conducente avrà la sensazione che il volante sia diventato pesante, soprattutto quando si sterza a bassa velocità.
