O dispositivo, tipos e princípio de operação do rack de direção
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A cremalheira de direção é a base da direção do veículo, com a qual o motorista direciona as rodas do carro na direção desejada. Mesmo que você não vá consertar seu carro sozinho, entender como funciona o rack de direção e como esse mecanismo funciona será útil, porque conhecendo seus pontos fortes e fracos, você poderá dirigir um carro de passeio ou jipe com mais cuidado, estendendo sua vida útil até o reparo.
O motor é o coração do carro, mas é o sistema de direção que determina para onde ele vai. Portanto, todo motorista deve, pelo menos em termos gerais, entender como a cremalheira de direção de seu carro está disposta e qual é sua finalidade.
Do remo ao rack - a evolução da direção
Nos tempos antigos, quando o homem apenas começou a explorar a terra e a água, mas a roda ainda não se tornou a base de sua mobilidade, as jangadas e os barcos tornaram-se os principais meios de transporte de mercadorias por longas distâncias (superiores a um dia de viagem). Esses veículos se mantinham na água, movendo-se devido a várias forças e, para controlá-los, usavam o primeiro dispositivo de direção - um remo abaixado na água, localizado na parte traseira da jangada ou barco. A eficácia de tal mecanismo foi ligeiramente superior a zero, e força física e resistência significativas foram necessárias para direcionar a nave na direção certa.
À medida que o tamanho e o deslocamento dos navios cresciam, trabalhar com um remo de direção exigia cada vez mais força física, por isso foi substituído por um volante que girava a lâmina do leme através de um sistema de polias, ou seja, foi o primeiro mecanismo de direção em história. A invenção e distribuição da roda levaram ao desenvolvimento do transporte terrestre, mas sua principal força motriz eram os animais (cavalos ou touros), então, em vez de um mecanismo de controle, foi usado o treinamento, ou seja, os animais viraram na direção certa por alguns ação do motorista.
A invenção da usina a vapor e do motor de combustão interna tornou possível livrar-se de animais de tração e realmente mecanizar veículos terrestres, após o que eles imediatamente tiveram que inventar um sistema de direção para eles que funcionasse com um princípio diferente. Inicialmente, eles usavam os dispositivos mais simples, e é por isso que o controle dos primeiros carros exigia uma enorme força física, depois mudaram gradualmente para várias caixas de câmbio, que aumentaram o poder da força de giro nas rodas, mas forçaram o volante a girar mais intensivamente.
Outro problema com o mecanismo de direção que teve que ser superado é a necessidade de girar as rodas em diferentes ângulos. A trajetória da roda localizada por dentro, em relação ao giro do lado, passa por um raio menor, o que significa que deve ser girada com mais força do que a roda do lado de fora. Nos primeiros carros, isso não acontecia, razão pela qual as rodas dianteiras se desgastavam muito mais rápido que as traseiras. Em seguida, houve uma compreensão do ângulo do dedo do pé, além disso, foi possível fornecê-lo usando o princípio do desvio inicial das rodas umas das outras. Ao dirigir em linha reta, isso quase não afeta a borracha e, nas curvas, aumenta a estabilidade e a controlabilidade do carro, além de reduzir o desgaste do piso do pneu.
Layout geral
Aqui estão os principais detalhes que formam a base do layout do rack de direção:
- engrenagem de acionamento;
- trilho;
- ênfase (mecanismo de fixação);
- habitação;
- vedações, buchas e anteras.
Cremalheira de direção na seção
Este esquema é inerente aos trilhos de qualquer carro. Portanto, a resposta à pergunta “como funciona a cremalheira” sempre começa com esta lista, pois mostra a estrutura geral da unidade. Além disso, muitas fotos e vídeos foram postados na Internet mostrando tanto a aparência do bloco quanto seu interior, que estão incluídos na lista.
pinhão
Esta parte é um eixo com dentes oblíquos ou retos cortados, equipado com rolamentos em ambas as extremidades. Esta configuração proporciona uma posição constante em relação à carroceria e rack em qualquer posição do volante. O eixo com dentes oblíquos está em ângulo com o trilho, devido ao qual eles se encaixam claramente nos dentes retos do trilho, o eixo com dentes retos foi instalado em máquinas dos anos 80 e 90 do século passado, tal peça é mais fácil de fabricar, mas seus serviços de duração são muito menores. Apesar de o princípio de operação das engrenagens retas e helicoidais ser o mesmo, este último é mais confiável e não propenso a emperramento, razão pela qual se tornou o principal nos mecanismos de direção.
Em todos os carros produzidos desde a última década do século passado, são instalados apenas eixos helicoidais, o que reduz a carga nas superfícies de contato e prolonga a vida útil de todo o mecanismo, o que é especialmente importante para racks que não estão equipados com um impulsionador hidráulico (direcção assistida) ou eléctrico (EUR). A engrenagem de tração reta era popular na URSS e na Federação Russa, foi colocada nas primeiras versões das engrenagens de direção dos veículos de tração dianteira, no entanto, com o tempo, essa escolha foi abandonada em favor de uma engrenagem helicoidal, porque tal uma caixa de câmbio é mais confiável e requer menos esforço para girar a roda.
A engrenagem de acionamento é conectada à coluna de direção por um eixo composto com cardans, que é um elemento de segurança, sua finalidade é proteger o motorista durante uma colisão de bater no volante no peito. Durante um impacto, esse eixo se dobra e não transmite força para o compartimento de passageiros, o que era um problema sério nos carros na primeira metade do século passado. Portanto, em máquinas destras e canhotas, essa engrenagem está localizada de maneira diferente, porque a cremalheira está no meio e a engrenagem está na lateral do volante, ou seja, na borda da unidade.
Ancinho
A cremalheira em si é uma barra redonda de aço temperado, em uma extremidade da qual existem dentes correspondentes à engrenagem de acionamento. Em média, o comprimento da peça de engrenagem é de 15 cm, o que é suficiente para girar as rodas dianteiras da extrema direita para a extrema esquerda e vice-versa. Nas extremidades ou no meio do trilho, são perfurados orifícios rosqueados para fixação das hastes de direção. Quando o motorista gira o volante, a engrenagem motriz move o rack na direção apropriada e, graças a uma relação de transmissão bastante grande, o motorista pode corrigir a direção do veículo em frações de grau.
Cremalheira de direção
Para o funcionamento eficaz de tal mecanismo, o trilho é fixado com uma luva e um mecanismo de fixação, que permite que ele se mova para a esquerda e para a direita, mas impede que ele se afaste da engrenagem de acionamento.
Mecanismo de fixação
Ao dirigir em terrenos irregulares, a caixa de direção (par cremalheira/pinhão) sofre cargas que tendem a alterar a distância entre os dois elementos. A fixação rígida da cremalheira pode levar ao seu encaixe e à incapacidade de girar o volante e, portanto, de realizar uma manobra. Portanto, a fixação rígida é permitida apenas em um lado do corpo da unidade, distante da engrenagem motriz, mas não há fixação rígida no outro lado, e a cremalheira pode “brincar” um pouco, movendo-se em relação à engrenagem motriz. Este design fornece não apenas uma pequena folga que impede o mecanismo de travamento, mas também cria um feedback mais forte, permitindo que as mãos do motorista sintam melhor a estrada.
O princípio de funcionamento do mecanismo de fixação é o seguinte - uma mola com uma certa força pressiona a cremalheira contra a engrenagem, garantindo um encaixe firme dos dentes. A força transmitida pelas rodas, que pressiona a cremalheira na engrenagem, é facilmente transferida por ambas as partes, pois são feitas de aço temperado. Mas a força direcionada na outra direção, ou seja, afastando os dois elementos um do outro, é compensada pela rigidez da mola, de modo que a cremalheira se afasta um pouco da engrenagem, mas isso não afeta o engate de ambas as partes.
habitação
O corpo da unidade é feito de liga de alumínio e também está equipado com reforços, graças aos quais foi possível reduzir o peso o máximo possível sem perder força e rigidez. A resistência da carroceria é suficiente para garantir que as cargas que ocorrem durante a condução, mesmo em terrenos irregulares, não a danifiquem. Ao mesmo tempo, o esquema do espaço interno do corpo garante a operação eficiente de todo o mecanismo de direção. Além disso, a carroceria possui orifícios para fixação na carroceria do carro, graças aos quais reúne todos os elementos de direção, garantindo seu trabalho coordenado.
Selos, buchas e anteras
As buchas instaladas entre a carroceria e o trilho possuem alta resistência ao desgaste e também proporcionam fácil movimentação da barra dentro da carroceria. Os retentores de óleo protegem a área lubrificada do mecanismo, ou seja, o espaço ao redor da engrenagem motriz, evitando a perda de lubrificante, além de isola-lo de poeira e sujeira. As anteras protegem as áreas abertas do corpo por onde passam as hastes de direção. Dependendo do modelo da máquina, eles são fixados nas extremidades ou no meio do trilho, em qualquer caso, são as anteras que protegem as áreas abertas do corpo da poeira e da sujeira.
Modificações e tipos
Apesar do fato de que, no início de sua aparição, o ancinho era o melhor tipo de mecanismo de direção, o desenvolvimento da tecnologia levou os fabricantes a modificar ainda mais esse dispositivo. Como os principais mecanismos desde o surgimento da unidade, bem como o design e o esquema de operação, não mudaram, os fabricantes direcionaram seus esforços para aumentar a eficiência instalando vários dispositivos amplificadores.
O primeiro era um booster hidráulico, cuja principal vantagem era a simplicidade de projeto com extrema exatidão para operação adequada, porque as cremalheiras de direção com direção hidráulica não toleravam girar ao ângulo máximo em altas rotações do motor. A principal desvantagem da direção assistida foi a dependência do motor, pois é a ele que a bomba injetora está ligada. O princípio de funcionamento deste dispositivo é que quando o volante é girado, o distribuidor hidráulico fornece fluido para uma das duas câmaras, quando as rodas atingem a curva correspondente, o fornecimento de fluido é interrompido. Graças a esse esquema, a força necessária para girar as rodas é reduzida sem perda de feedback, ou seja, o motorista efetivamente dirige e sente a estrada.
O próximo passo foi o desenvolvimento de uma cremalheira de direção elétrica (EUR), no entanto, os primeiros modelos desses dispositivos causaram muitas críticas, porque frequentemente ocorriam falsos alarmes, devido aos quais o carro girava espontaneamente durante a condução. Afinal, o papel do distribuidor era desempenhado por um potenciômetro, que, por diversos motivos, nem sempre dava informações corretas. Com o tempo, esse defeito foi quase completamente eliminado, devido ao qual a confiabilidade do controle do EUR não é inferior à direção hidráulica. Algumas montadoras já utilizam a direção assistida elétrica, que combina as vantagens dos dispositivos elétricos e hidráulicos, além de desprovidos de suas desvantagens.
Portanto, hoje foi adotada a seguinte divisão em tipos de cremalheiras de direção:
- simples (mecânico) - quase nunca utilizado devido à baixa eficiência e à necessidade de grande esforço para girar as rodas no lugar;
- com booster hidráulico (hidráulico) - são um dos mais populares devido ao seu design simples e alta capacidade de manutenção, mas o booster não funciona quando o motor está desligado;
- com reforço elétrico (elétrico) - eles também são um dos mais populares, substituindo gradualmente as unidades com direção hidráulica, porque funcionam mesmo quando o motor está desligado, embora o problema de operação aleatória ainda não tenha sido completamente eliminado;
- com reforço hidráulico elétrico, que combinam as vantagens dos dois tipos anteriores, ou seja, funcionam mesmo com o motor desligado e não “agradam” o motorista com viagens aleatórias.
cremalheira de direção com EUR
Este princípio de classificação permite ao proprietário ou potencial comprador de um automóvel de passageiros avaliar imediatamente todas as vantagens e desvantagens da direção de um determinado modelo.
Intercambiabilidade
Os fabricantes de automóveis quase nunca produzem mecanismos de direção de cremalheira e pinhão, a exceção foi a AvtoVAZ, mas mesmo assim esse trabalho foi transferido para parceiros, portanto, em caso de defeitos graves nesta unidade, quando os reparos não são rentáveis, é necessário escolher não apenas o modelo, mas também o fabricante deste mecanismo. Uma das líderes neste mercado é a ZF, especializada na produção de todos os tipos de unidades, desde transmissões automáticas até mecanismos de direção. Em vez do trilho ZF, você pode usar um analógico chinês barato, porque o circuito e as dimensões são os mesmos, mas não durará muito, ao contrário do dispositivo original. Muitas vezes, os carros com idade superior a 10 anos são equipados com trilhos de outros fabricantes, o que é confirmado por fotos de suas marcações postadas na Internet.
Muitas vezes, artesãos de garagem colocam racks de direção de carros estrangeiros, por exemplo, vários modelos da Toyota, em carros domésticos. Tal substituição requer uma alteração parcial da parede traseira do compartimento do motor, mas o carro recebe uma unidade muito mais confiável que supera os produtos AvtoVAZ em todos os aspectos. Se o trilho do mesmo "Toyota" também estiver equipado com um impulsionador elétrico ou hidráulico, mesmo o antigo "Nine" de repente, em termos de conforto, se aproxima bruscamente de carros estrangeiros do mesmo período.
Grandes falhas
O dispositivo da cremalheira de direção é tal que esse mecanismo é um dos mais confiáveis do carro, e a maioria das avarias está associada ao desgaste (danos) dos consumíveis ou a acidentes de trânsito, ou seja, acidentes ou acidentes. Na maioria das vezes, os reparadores precisam trocar anteras e vedações, bem como cremalheiras e engrenagens desgastadas, cuja quilometragem excede centenas de milhares de quilômetros. Você também deve apertar periodicamente o mecanismo de fixação, devido ao esquema do mecanismo de direção, mas essa ação não requer substituição de peças. Muito menos frequentemente, o corpo desta unidade, que quebrou devido a um acidente, requer substituição, caso em que o trilho, a engrenagem e o mecanismo de fixação são transferidos para o corpo doador.
Razões comuns para reparar este nó são:
- jogo de direção;
- bater enquanto dirige ou vira;
- direção excessivamente leve ou apertada.
Estes defeitos estão associados ao desgaste dos principais componentes que compõem a cremalheira, pelo que também podem ser atribuídos a consumíveis.
Onde está a
Para entender onde está localizado o rack de direção e como é, coloque o carro em um elevador ou viaduto, abra o capô e gire as rodas em qualquer direção até que parem. Em seguida, siga para onde levam as hastes de direção, é onde está localizado esse mecanismo, semelhante a um tubo de alumínio com nervuras, no qual se encaixa o eixo cardan do eixo de direção. Se você não tem experiência em reparo de automóveis e não sabe onde esse nó está localizado, veja as fotos e vídeos em que os autores mostram a localização do trilho em seus vagões, bem como as formas mais convenientes de acessá-lo: isso vai te poupar de muitos erros, incluindo o número que leva a lesões.
Independentemente do modelo e ano de fabricação, esse mecanismo está sempre localizado na parede traseira do compartimento do motor, para que possa ser visto pela lateral da roda invertida. Para reparo ou substituição, é mais conveniente acessá-lo por cima, abrindo o capô, ou por baixo, removendo a proteção do motor, e a escolha do ponto de acesso depende do modelo e da configuração do carro.
Conclusão
A cremalheira de direção é a base da direção do veículo, com a qual o motorista direciona as rodas do carro na direção desejada. Mesmo que você não vá consertar seu carro sozinho, entender como funciona o rack de direção e como esse mecanismo funciona será útil, porque conhecendo seus pontos fortes e fracos, você poderá dirigir um carro de passeio ou jipe com mais cuidado, estendendo sua vida útil até o reparo.
