Care este cuplul de direcție prin intermediul pinionului și cremalierei?
În sistemul de direcție auto, structura cu pinion și cremalieră este în prezent cel mai comun mecanism mecanic de direcție. Funcția acestui dispozitiv este de a converti forța aplicată de șofer asupra volanului într-o mișcare liniară care acționează roata din față pentru a se devia, completând astfel direcția. În acest proces, cuplul, ca mărime fizică de bază, joacă un rol cheie în conversia puterii, amplificarea cuplului și feedback-ul de control.
Deci, care este cuplul de direcție prinangrenaj cu cremalieră și pinionCum este generat și transmis? Acest articol va analiza în profunzime din mai multe perspective, cum ar fi principiile mecanice, configurația structurală și parametrii de proiectare, pentru a răspunde pe deplin la această întrebare.
Ce este o roată dințată cu cremalieră și pinion?
Angrenajul cu pinion și cremalieră este un dispozitiv mecanic care transformă mișcarea de rotație în mișcare liniară. Este alcătuit din două componente principale: un angrenaj cilindric (numit în mod obișnuit pinion) și un angrenaj liniar. Pinionul este conectat la arborele de direcție, iar cremaliera este conectată la tija de direcție. Când șoferul rotește volanul, forța este transmisă pinionului prin coloana de direcție, iar pinionul acționează cremaliera pentru a se deplasa la stânga și la dreapta, acționând astfel roata pentru a se devia.
Această structură are următoarele caracteristici tipice:
·Răspuns mecanic rapid: Rotația pinionului este convertită imediat în mișcarea cremalierei.
· Structură compactă: Comparativ cu angrenajul melcat tradițional sau cu sistemul cu bile recirculante, sistemul de angrenaje cu cremalieră și pinion este mai ușor și mai mic.
·Feedback natural: Informațiile despre drum pot fi transmise direct către volan prin intermediul structurii pinionului și cremalierei.
În acest proces, generarea și transmiterea cuplului joacă un rol decisiv.
Ce este cuplul de direcție?
În sistemul de angrenaje cu pinion și cremalieră, așa-numitul cuplu de direcție " se referă în general la cuplul motor generat de cuplul aplicat de șofer asupra volanului după ce acesta este transmis cremalierei prin intermediul pinionului. Acest cuplu nu este o valoare fixă, ci un parametru dinamic, care depinde de următorii factori:
1. Raza pinionului (r):în metri. Cu cât pinionul este mai mare, cu atât este mai mare împingerea liniară generată de aceeași forță unghiulară.
2. Forța aplicată de șofer (F):în Newtoni.
3. Cuplu (T) = F × r:adică forța înmulțită cu raza de acțiune a pinionului.
De exemplu, dacă șoferul aplică o forță de 20 de newtoni asupra volanului, iar raza efectivă a pinionului este de 0,02 metri, cuplul generat este:
T = 20 × 0,02 = 0,4 Newtoni metri
Acest cuplu acționează apoi cremaliera să se miște prin rotația pinionului și aplică forță de direcție roții.
Ce factori afectează cuplul de direcție al angrenajului cu pinion și cremalieră?
1. Diametrul pinionului și numărul de dinți
Dimensiunea pinionului determină direct capacitatea sa de conversie a cuplului. Cu cât raza pinionului este mai mare, cu atât deplasarea liniară pe unitatea de unghi este mai mare, dar cu atât cuplul necesar este mai mare; invers, sensibilitatea este mai mare, dar cuplul este mai mic.
În același timp, numărul de dinți de pe pinion afectează și raportul de transmisie. Un raport de transmisie mare înseamnă că volanul trebuie să rotească mai multe cercuri în schimbul unei deplasări mai mari a cremalierei, dar forța motrice necesară este mai mică. Un raport de transmisie mic este sensibil, dar laborios.
2. Încărcarea raftului
În staționare sau la viteză mică, frecarea dintre anvelopă și sol este mare, iar rezistența la direcție este semnificativă. În acest moment, cremaliera suportă o sarcină mai mare și necesită un cuplu mai mare.
La viteze mari, cuplul necesar pentru direcție este redus datorită auto-stabilității sporite a roților. Prin urmare, cerințele de cuplu ale sistemului de angrenaje cu cremalieră variază foarte mult în diferite condiții de lucru.
3. Tip de asistență electrică (hidraulică/electrică/fără asistență electrică)
Mașinile moderne sunt adesea echipate cu sisteme de asistență a servodirecției - servodirecție hidraulică (HPS) sau servodirecție electrică (EPS) - pentru a reduce forța inițială aplicată de șofer, reducând astfel cuplul necesar.
Însă, indiferent de forma de servoasistare utilizată, forța finală de direcție este transmisă prin intermediul pinionului și cremalierei. Prin urmare, pinionul și cremaliera trebuie să poată suporta întreaga sarcină de direcție.
4. Suprafața de contact a dintelui și starea de lubrifiere
În timpul procesului de angrenare a roților dințate, frecarea, precizia angrenării și starea de lubrifiere a suprafeței dintelui vor afecta eficiența reală a transmiterii cuplului. Cu cât frecarea este mai mică, cu atât eficiența este mai mare; invers, este necesar un cuplu de intrare mai mare pentru a depăși rezistența internă.
Care este intervalul de cuplu al pinionului și cremalierei la vehiculele obișnuite?
Datorită structurilor și utilizărilor diferite, diferitele tipuri de vehicule au intervale diferite de cuplu de direcție pe care sistemele lor de angrenaje cu cremalieră și pinion trebuie să le suporte. Următoarea este o descriere generală a clasificării:
| Tipul vehiculului | Cuplu de intrare al pinionului și cremalierei (fără asistență) | Forța de ieșire a pinionului și cremalierei (N) |
| Mașină mică de pasageri | 0,3 – 1,0 Nm | 500 – 1200 N |
| SUV de dimensiuni medii | 0,8 – 2,0 Nm | 1000 – 1800 N |
| Camion/pickup mare | 1,5 – 3,0 Nm | 1500 – 3000 N |
Explicație: Cuplul de intrare din acest tabel se referă la cuplul pinionului aplicat de șofer prin intermediul volanului; forța de ieșire se referă la forța de împingere și tragere aplicată de cremalieră asupra tijei de direcție, rotind astfel roata.
Cum se calculează cuplul real al pinionului și cremalierei?
În inginerie, calculul precis al cuplului de direcție al sistemului de angrenaje cu cremalieră se bazează de obicei pe următorii pași:
Pasul 1: Măsurați raza angrenajului
Presupunând că diametrul pinionului este de 40 mm, raza r = 0,02 m
Pasul 2: Măsurați forța de intrare a volanului
Senzorul de cuplu arată că șoferul aplică o forță tangențială de 20 de newtoni la un moment dat.
Pasul 3: Calculați cuplul pinionului
T = F × r = 20 N × 0,02 m = 0,4 N·m
Pasul 4: Conversia cuplului în împingere liniară
Considerând relația de angrenare circulară dintre pinion și cremalieră, pinionul transformă cuplul într-o forță liniară, forța F = T ÷ r.
Adică, F = 0,4 ÷ 0,02 = 20 Newtoni (reveniți la valoarea inițială și verificați dacă este corectă)
Pasul 5: Luați în considerare eficiența transmisiei (presupunând că este de 85%)
Forța de ieșire reală a cremalierei este: 20 N × 85% ≈ 17 N
Impactul materialelor pinionului și cremalierei asupra capacității portante a cuplului
Durabilitateaangrenaj cu cremalieră și piniondetermină direct dacă sistemul poate rezista la șocuri de cuplu stabil pentru o perioadă lungă de timp. Printre materialele comune se numără:
1. Aliaje de oțel de înaltă rezistență (cum ar fi 40Cr):utilizat pentru pinioane pentru a rezista la șocuri mari de cuplu;
2. Oțel călit și revenit sau oțel forjat:utilizat pentru corpuri de rack pentru a rezista la tensiune și împingere;
3. Tratament de carburare sau nitrurare a suprafeței:crește rezistența la uzură și prelungește durata de viață a angrenajului;
Alegerea materialelor joacă un rol decisiv în limita maximă de cuplu a sistemului. De exemplu, un pinion din oțel carburat de înaltă rezistență are un cuplu maxim de peste 5 Nm, ceea ce poate îndeplini cerințe extreme de funcționare.
Pinion și cremalieră: Ce probleme va cauza cuplul insuficient sau excesiv?
1. Cuplu insuficient
• Direcție lentă și răspuns insensibil;
• Forță insuficientă la viteză mică sau la volanul de parcare;
• Oboseală crescută la volan.
2. Cuplu excesiv
• Sistemul de direcție este prea sensibil și poate provoca ușor pierderea controlului;
•Uzură crescută a angrenajelor și cremalierelor;
• Angrenare neuniformă a sistemului, zgomot anormal sau blocare.
Prin urmare, la proiectarea sistemului de angrenaje cu cremalieră și pinion, intervalul de cuplu trebuie calculat și ajustat cu precizie pentru a se asigura că acesta se află într-un interval rezonabil.
Mecanisme de direcție de înaltă calitate la prețuri en-gros
Căutați servodirecții de înaltă calitate la prețuri en-gros accesibile? Guangdong Diamond Auto Parts Co., Ltd. (DKM) este un producător și furnizor de top cu sediul în China, care oferă sisteme de direcție pentru mărci auto importante precum Toyota, Honda și Mitsubishi. Fabrica noastră din Foshan este dotată cu utilaje de ultimă generație, asigurându-ne că putem livra produse de înaltă calitate la prețuri mici.
