Какъв е въртящият момент на кормилното управление през зъбната рейка и пиньон?
В автомобилната кормилна система, структурата на зъбното колело с рейка и пиньон е най-разпространеният механичен кормилен механизъм. Функцията на това устройство е да преобразува силата, прилагана от водача върху волана, в линейно движение, което кара предното колело да се отклонява, като по този начин завършва управлението. В този процес въртящият момент, като основна физическа величина, играе ключова роля в преобразуването на мощността, усилването на въртящия момент и обратната връзка за управление.
И така, какъв е въртящият момент на кормилното управление преззъбна рейка и зъбно колелоКак се генерира и предава? Тази статия ще анализира подробно от множество ъгли, като механични принципи, структурна конфигурация и конструктивни параметри, за да отговори напълно на този въпрос.
Какво е зъбна рейка и пиньон?
Рейката и зъбното колело са механично устройство, което преобразува въртеливото движение в линейно движение. Състои се от два основни компонента: цилиндрично зъбно колело (обикновено наричано зъбно колело) и линейно зъбно колело. Зъбното колело е свързано с кормилния вал, а рейката е свързана с кормилната щанга. Когато водачът завърти волана, силата се предава на зъбното колело през кормилната колона, а зъбното колело задвижва рейката да се движи наляво и надясно, като по този начин задвижва волана да се отклонява.
Тази структура има следните типични характеристики:
· Бърза механична реакция: Въртенето на зъбното колело се преобразува незабавно в движение на рейката.
· Компактна структура: В сравнение с традиционната червячна предавка или система с рециркулиращи сачми, системата с рейка и пиньон е по-лека и по-малка.
· Естествена обратна връзка: Информацията за пътя може да се подава директно обратно към волана чрез зъбната рейка.
Именно в този процес генерирането и предаването на въртящ момент играят решаваща роля.
Какво е въртящ момент на кормилното управление?
В системата с рейка и пиньон, така нареченият d"въртящ момент на волана обикновено се отнася до задвижващия въртящ момент, генериран от въртящия момент, приложен от водача върху волана, след като той се предаде на рейката чрез зъбното колело. Този въртящ момент не е фиксирана стойност, а динамичен параметър, който зависи от следните фактори:
1. Радиус на зъбното колело (r):в метри. Колкото по-голямо е зъбното колело, толкова по-голяма е линейната тяга, генерирана от същата ъглова сила.
2. Сила, приложена от водача (F):в Нютони.
3. Въртящ момент (T) = F × r:тоест, сила, умножена по радиуса на действие на зъбното колело.
Например, ако водачът приложи сила от 20 нютона към волана и ефективният радиус на зъбното колело е 0,02 метра, генерираният въртящ момент е:
T = 20 × 0,02 = 0,4 нютон метра
Този въртящ момент след това задвижва рейката да се движи чрез въртенето на зъбното колело и прилага сила на управление към колелото.
Какви фактори влияят на въртящия момент на кормилното управление на зъбната рейка и зъбното колело?
1. Диаметър на зъбното колело и брой зъби
Размерът на зъбното колело директно определя капацитета му за преобразуване на въртящия момент. Колкото по-голям е радиусът на зъбното колело, толкова по-голямо линейно изместване осигурява на единица ъгъл, но толкова по-голям е необходимият въртящ момент; обратно, чувствителността е по-висока, но въртящият момент е по-малък.
В същото време, броят на зъбите на зъбното колело също влияе на предавателното число. Голямото предавателно число означава, че воланът трябва да завърти повече кръгове в замяна на по-голямо изместване на рейката, но необходимата движеща сила е по-малка. Малкото предавателно число е чувствително, но трудоемко.
2. Натоварване на рафта
Когато автомобилът е неподвижен или се движи с ниска скорост, триенето между гумата и земята е голямо, а съпротивлението при завиване е значително. В този момент рейката носи по-голямо натоварване и изисква по-висок въртящ момент.
При високи скорости въртящият момент, необходим за управление, е намален поради повишената самостабилност на колелата. Следователно, изискванията за въртящ момент на зъбната рейка и зъбно колело при различни работни условия варират значително.
3. Тип захранване (хидравлично/електрическо/без захранване)
Съвременните автомобили често са оборудвани със системи за сервоусилване - хидравлично сервоусилване на волана (ХПС) или електрическо сервоусилване на волана (ЕПС) - за да се намали първоначалната сила, прилагана от водача, като по този начин се намали необходимият въртящ момент.
Но без значение каква форма на сервоусилване се използва, крайната сила на волана все пак се предава чрез зъбната рейка. Следователно, зъбната рейка трябва да може да издържи на цялото натоварване на волана.
4. Контактна площ на зъбната повърхност и състояние на смазване
По време на процеса на зацепване на зъбните колела, триенето, точността на зацепване и състоянието на смазване на зъбната повърхност ще повлияят на действителната ефективност на предаване на въртящия момент. Колкото по-малко е триенето, толкова по-висока е ефективността; и обратно, за преодоляване на вътрешното съпротивление е необходим по-голям входен въртящ момент.
Какъв е диапазонът на въртящия момент на зъбната рейка и зъбното колело в обикновените превозни средства?
Поради различните конструкции и приложения, различните типове превозни средства имат различни диапазони на въртящия момент на кормилното управление, които техните зъбни колела с рейка и пиньон трябва да издържат. Следва общо описание на класификацията:
| Тип превозно средство | Входен въртящ момент на зъбната рейка (без асистенция) | Изходна сила на зъбната рейка и пиньон (N) |
| Малък лек автомобил | 0,3 – 1,0 Нм | 500 – 1200 N |
| Средноразмерен SUV | 0,8 – 2,0 Нм | 1000 – 1800 N |
| Голям камион/пикап | 1,5 – 3,0 Нм | 1500 – 3000 N |
Обяснение: Входният въртящ момент в тази таблица се отнася до въртящия момент на зъбното колело, прилаган от водача през волана; изходната сила се отнася до силата на избутване и дърпане, прилагана от рейката към кормилната щанга, като по този начин се завърта волана.
Как да се изчисли действителният въртящ момент на зъбната рейка и пиньон?
В инженерството, точното изчисляване на въртящия момент на кормилната система на зъбната рейка и пиньон обикновено се основава на следните стъпки:
Стъпка 1: Измерете радиуса на зъбното колело
Ако приемем, че диаметърът на зъбното колело е 40 мм, радиусът r = 0,02 m
Стъпка 2: Измерете силата, приложена към волана
Сензорът за въртящ момент показва, че водачът прилага тангенциална сила от 20 нютона в определен момент.
Стъпка 3: Изчислете въртящия момент на зъбното колело
T = F × r = 20 N × 0,02 m = 0,4 N·m
Стъпка 4: Преобразуване на въртящия момент в линейна тяга
Като се има предвид кръговото зацепване между зъбното колело и рейката, зъбното колело преобразува въртящия момент в линейна сила, сила F = T ÷ r.
Тоест, F = 0,4 ÷ 0,02 = 20 нютона (върнете се към началната стойност и проверете дали е правилна)
Стъпка 5: Помислете за ефективността на предаване (ако приемем, че е 85%)
Действителната изходна сила на рейката е: 20 N × 85% ≈ 17 N
Влияние на материалите на зъбните рейки и пиньоните върху носещата способност на въртящия момент
Издръжливостта назъбна рейка и зъбно колелодиректно определя дали системата може да издържи стабилно на удари от въртящ момент за дълго време. Често срещани материали включват:
1. Високоякостни стоманени сплави (като 40Cr):използва се за зъбни колела, за да издържат на големи удари от въртящ момент;
2. Закалена и темперирана стомана или кована стомана:използва се за тела на стелажи, за да издържат на опън и натиск;
3. Повърхностна обработка чрез цементация или азотиране:повишаване на износоустойчивостта и удължаване на живота на мрежата;
Изборът на материал играе решаваща роля за максималния въртящ момент на лагера на системата. Например, зъбно колело от високоякостна карбуризирана стомана има максимален въртящ момент над 5 Нм, което може да отговори на екстремни експлоатационни изисквания.
Зъбна рейка и зъбно колело: Какви проблеми ще причини недостатъчният или прекомерният въртящ момент?
1. Недостатъчен въртящ момент
•Бавно управление и нечувствителна реакция;
•Недостатъчно усилие при ниска скорост или при паркиране на волана;
•Повишена умора при шофиране.
2. Прекомерен въртящ момент
• Кормилната система е твърде чувствителна и лесно може да доведе до загуба на контрол;
•Повишено износване на зъбни колела и рейки;
• Неплавно задействане на системата, необичаен шум или блокиране.
Следователно, при проектирането на зъбната рейка и зъбно колело, диапазонът на въртящия момент трябва да бъде точно изчислен и регулиран, за да се гарантира, че е в разумен диапазон.
Висококачествени кормилни механизми на едро
Търсите висококачествени сервоусилватели на волана на достъпни цени на едро? Гуандун Диамант Автоматично Части Ко., ООД. (ДКМ) е водещ производител и доставчик, базиран в Китай, предлагащ кормилни системи за големи марки автомобили като Тойота, Хонда и Мицубиши. Нашата фабрика във Фошан е оборудвана с най-съвременни машини, което гарантира, че можем да доставяме висококачествени продукти на ниски цени.
