Tipos, design e princípio de operação do mecanismo de direção

Mudar a direção do carro é feito girando as rodas direcionais usando o volante. No entanto, entre ele e as rodas existe um dispositivo que converte o esforço das mãos do motorista e sua direção para aplicar força diretamente nos braços oscilantes. É chamado de mecanismo de direção.

Para que serve o volante?

No esquema geral de direção, o mecanismo executa as seguintes tarefas:

• converte a rotação do eixo de entrada, ao qual a coluna de direção está conectada, em rotação de translação para as hastes do trapézio de direção;
• coordena a força que o motorista pode criar com a força necessária nas alavancas conectadas às mangas de eixo do trem de pouso, usando a transmissão mecânica disponível no projeto com uma determinada relação de transmissão;
• na maioria dos casos, proporciona trabalho conjunto com direção hidráulica;
• protege as mãos do motorista contra ressaltos de solavancos da estrada.

Com um certo grau de precisão, esse dispositivo pode ser considerado uma caixa de engrenagens, como é frequentemente chamado.

Variedades de mecanismos de direção

Existem três esquemas de engrenagem mais populares:

• rolo de sem-fim;
• ripa;
• tipo de fuso de esferas.

Cada um deles tem suas próprias vantagens e áreas de uso.

Mecanismo de rolo de sem-fim

Este tipo foi amplamente utilizado no passado em todos os carros, mas agora tem uso limitado devido a muitas desvantagens em comparação com outros esquemas.

O princípio de funcionamento da engrenagem helicoidal é acionar um rolo dentado setorial com uma roda helicoidal no eixo da coluna de direção. O eixo de entrada do redutor é feito em peça única com recartilhamento sem-fim de raio variável, e é equipado com um conector ranhurado ou cunha para conexão com o eixo da coluna. O setor dentado do rolo está localizado no eixo de saída do bipé, com a ajuda do qual a caixa de engrenagens é conectada às hastes de ligação da direção.

Toda a estrutura é colocada em uma carcaça rígida, também chamada de cárter devido à presença de lubrificação na mesma. Este é geralmente um óleo líquido do tipo de transmissão. As saídas do eixo do cárter são vedadas com bucins. O cárter é aparafusado à estrutura ou antepara do motor do corpo.

A rotação do eixo de entrada na caixa de engrenagens é convertida em uma ponta esférica bipé rotacional-translacional. As hastes são presas às rodas e alavancas trapezoidais adicionais.

O mecanismo é capaz de transmitir forças significativas e é bastante compacto com grandes relações de transmissão. Mas, ao mesmo tempo, é difícil organizar o controle com folga mínima e baixo atrito. Daí o escopo - caminhões e SUVs, principalmente de design conservador.

Racks de direção

O mecanismo mais utilizado para automóveis de passageiros. A cremalheira e o pinhão são muito mais precisos, fornecem um bom feedback e se encaixam bem no carro.

O mecanismo de rack consiste em:

• cascos com fixação na antepara do corpo;
• cremalheira dentada sobre os mancais;
• engrenagem de acionamento conectada ao eixo de entrada;
• mecanismo de empuxo, proporcionando uma folga mínima entre a engrenagem e a cremalheira.

Os conectores mecânicos de saída da cremalheira são ligados às rótulas das hastes de direção, que funcionam através das pontas diretamente com os braços oscilantes. Este design é mais leve e compacto do que uma articulação de direção de engrenagem helicoidal. É daí que vem a alta precisão de controle. Além disso, a folga da engrenagem de acionamento é muito mais precisa e estável do que a forma complexa do rolo e do sem-fim. E o aumento do retorno ao volante é compensado por amplificadores e amortecedores modernos.

Parafuso com porca esférica

Essa caixa de engrenagens é semelhante a uma caixa de engrenagens sem-fim, mas elementos importantes são introduzidos na forma de um segmento de uma cremalheira com um setor de engrenagem movendo-se ao longo do parafuso do eixo de entrada através de esferas de metal circulantes. O setor de cremalheira está conectado aos dentes no eixo do bipé.

Devido ao uso de um trilho curto, que na verdade é uma porca com esferas ao longo da rosca, o atrito é significativamente reduzido sob altas cargas. Ou seja, este foi o fator determinante na utilização do mecanismo em caminhões pesados ​​e outros veículos similares. Ao mesmo tempo, são observadas precisão e folgas mínimas, devido às quais essas mesmas caixas de câmbio encontraram aplicação em grandes carros de passeio premium.

Folgas e fricção nos mecanismos de direção

Todas as caixas de engrenagens requerem ajustes periódicos em graus variados. Devido ao desgaste, as folgas nas juntas das engrenagens mudam, aparece uma folga no volante, dentro da qual o carro fica incontrolável.

As engrenagens sem-fim são controladas movendo o setor de engrenagens em uma direção perpendicular ao eixo de entrada. A manutenção da folga em todos os ângulos de direção é difícil de garantir, uma vez que o desgaste ocorre em taxas diferentes na direção de deslocamento reta e mais raramente nas curvas em vários ângulos. Este é um problema comum em todos os mecanismos, os trilhos também se desgastam de forma desigual. Com desgaste severo, as peças precisam ser substituídas, caso contrário, ao girar o volante, a folga se transformará em uma interferência com o aumento do atrito, o que não é menos perigoso.