Różne typy konstrukcji i charakterystyki przekładni kierowniczej

1 Mechaniczna przekładnia kierownicza

Elektryczny mechaniczna przekładnia kierownicza to czysto mechaniczna konstrukcja, która jest napędzana wyłącznie siłą ludzką podczas manewrowania kierownicą, bez zewnętrznej siły. Najczęściej stosowane to przekładnia zębatkowa, przekładnia ślimakowa z nakrętką kulkową, oraz przekładnia ślimakowa z palcem korbowym przekładnia kierownicza.

1) Przekładnia zębatkowa

a. Co to jest przekładnia zębatkowa?

Elektryczny zębatkowa układu kierowniczego ma najprostszą konstrukcję i jest najłatwiejsza w produkcji. Przekładnia zębatkowa układu kierowniczego składa się głównie z kół zębatych, listwy zębatej, śruby regulacyjnej, obudowy kierownicy i prowadnicy listwy zębatej. Pomiędzy śrubą regulacyjną a listwą zębatą znajduje się sprężyna, która jest obracana, aby wywierać nacisk na listwę zębatą w kierunku koła zębatego, co powoduje ich ścisłe zazębienie, a prowadnica listwy zębatej jest związana z ruchem listwy zębatej. Przekładnia kierownicza znajduje się na dolnym końcu wału kierowniczego i zazębia się z listwą zębatą w obudowie kierownicy. Gdy kierowca manipuluje kierownicą, koło zębate jest obracane przez wał kierowniczy, a zazębienie listwy zębatej i koła zębatego napędza ruch listwy zębatej w przekładni kierowniczej w kierunku poziomym, podczas gdy koniec listwy zębatej przekładni kierowniczej jest połączony z końcem drążka kierowniczego, przenosząc w ten sposób siłę na ramię zwrotnicy i napędzając odchylenie koła w celu wykonania skrętu.

b. Zalety i wady przekładni zębatych układu kierowniczego

• Zalety: Kompaktowa i prosta konstrukcja, niski koszt produkcji, sprawność przenoszenia może osiągnąć 90%, a jeśli występuje luz między kołem zębatym a listwą zębatą z powodu zużycia, śruba regulacyjna i sprężyna zainstalowane w obudowie kierownicy, znajdujące się z tyłu listwy zębatej, mogą wyeliminować luz między zębami, a ponieważ nie ma kołyski kierownicy ani prostego drążka kierowniczego, kąt obrotu kierownicy może być zwiększony.
• Wady: Sprawność luzu jest zbyt wysoka, do 60%-70% przy nierównym podłożu drogi, większość uderzeń między kierownicą a drogą może zostać przeniesiona z powrotem na kierownicę, zjawisko to nazywa się luzem, zjawisko luzu utrudnia kierowcy dokładne kontrolowanie kierunku jazdy samochodu i może spowodować obrażenia kierowcy z powodu zjawiska "ręki". Zjawisko to nazywa się luzem.

Podsumowując, duże samochody prawie nie używają czysto mechanicznych przekładni zębatych, częściej z urządzeniem wspomagania kierownicy, małe samochody częściej używają przekładni zębatych, takie jak samochody cywilne, buggy itp.

2) Przekładnia ślimakowa z nakrętką kulkową

a. Co to jest przekładnia ślimakowa z nakrętką kulkową?

Główne elementy przekładni ślimakowej z nakrętką kulkową składają się z nakrętki, śruby, obudowy kierownicy i wielu małych kulek stalowych, kulka obiegowa w przekładni ślimakowej z nakrętką kulkową odnosi się do tych małych kulek stalowych, małe kulki stalowe są umieszczone w zamkniętej rurze między nakrętką a śrubą, mocując kolumnę kierownicy i śrubę razem, gdy śruba się obraca, śruba może popychać nakrętkę do ruchu w górę i w dół, a następnie nakrętka napędza przekładnię kierowniczą, popychając koło zębate w celu osiągnięcia celu kierowania. Gdy śruba się obraca, śruba może popychać nakrętkę do ruchu w górę i w dół, a następnie nakrętka może popychać koło zębate, aby napędzać ruch posuwisto-zwrotny ramienia kołyski w celu osiągnięcia celu kierowania. W tym zakresie przekładnia ślimakowa z nakrętką kulkową ma dwa etapy przenoszenia, śruba kierownicy i nakrętka kierownicy stanowią pierwszy etap przenoszenia, a śruba kierownicy jest połączona z wałem kierownicy; listwa zębata i zębatka stanowią inny etap przenoszenia, a listwa zębata jest obrobiona na dolnej płaszczyźnie nakrętki kierownicy, a zębatka jest zintegrowana z wałem zębatki. Dlatego nakrętka kierownicy jest nie tylko elementem śledzącym pierwszego etapu przenoszenia, ale także elementem aktywnym drugiego etapu przenoszenia. Ponieważ śruba kierownicy i nakrętka kierownicy ślizgają się względem siebie, w celu zmniejszenia tarcia i zużycia między nimi, gwinty obu są wykonane w kształcie bieżni, a środek bieżni jest wyposażony w wiele kulek stalowych, przekształcając w ten sposób tarcie ślizgowe w tarcie toczne. Nakrętka kierownicy jest wyposażona w dwa kanały kulkowe wypełnione kulkami stalowymi, które są połączone z bieżnią, tworząc dwa niezależne zamknięte kanały dla kulek stalowych do cyrkulacji i toczenia. W tym procesie kierowania małe kulki stalowe stale toczą się cyklicznie w zamkniętym rurociągu, dlatego ten typ przekładni kierowniczej nazywany jest przekładnią kierowniczą z kulkami cyklicznymi.

b. Zalety i wady przekładni ślimakowych z nakrętką kulkową

• Zalety: W porównaniu z przekładnią zębatkową, przekładnia ślimakowa z nakrętką kulkową bardziej polega na tarciu tocznym, dzięki czemu sprawność przenoszenia jest wyższa, efekt samoczynnego powrotu jest lepszy, obsługa jest lżejsza i bardziej komfortowa, a zużycie wszystkich części mechanicznych jest mniejsze, dzięki czemu żywotność jest stosunkowo długa.
• Wady: Ze względu na stosunkowo złożoną konstrukcję, nie jest łatwo zainstalować urządzenie wspomagania kierownicy, a ze względu na dwuetapowe przenoszenie, nie jest mocne przy użyciu przekładni ślimakowej z nakrętką kulkową. Proces produkcji jest stosunkowo skomplikowany. Sprawność przenoszenia wstecznego jest wysoka, a uderzenia drogowe łatwo są przenoszone z powrotem na kierownicę, powodując sytuację "uderzenia", a zjawisko drgania i oscylacji kierownicy jest łatwe do wystąpienia.

Jak wspomniano powyżej, przekładnia ślimakowa z nakrętką kulkową jest najczęściej stosowana w średnich i dużych pojazdach użytkowych, a wraz z stopniową aktualizacją i ulepszaniem systemu wspomagania kierownicy, jej zastosowanie w małych samochodach stopniowo maleje.

3) Przekładnia ślimakowa z palcem korbowym

a. Co to jest przekładnia ślimakowa z palcem korbowym?

Przekładnia ślimakowa z palcem korbowym składa się głównie ze ślimaka kierownicy, korby kołyski kierownicy, palca korbowego, pokrywy bocznej i obudowy przekładni kierowniczej itp. Obudowa przekładni kierowniczej jest zamocowana na wsporniku przekładni kierowniczej ramy samochodu, a podzespół transmisyjny jest zainstalowany w obudowie, w której ślimak kierownicy jest częścią aktywną i ma gwint o przekroju trapezowym, który jest podparty na dwóch łożyskach kulkowych na obu końcach obudowy przekładni kierowniczej, a palec korbowy zainstalowany na końcu korby kołyski jest elementem biernym. Gdy samochód jest kierowany, kierowca napędza ślimak kierownicy za pomocą kierownicy, co powoduje zazębienie palca korbowego z nim, aby się obracał i wykonywał ruch okrężny wokół osi wału korby kołyski w rowku gwintu ślimaka z promieniem korby, napędzając w ten sposób korbę, a następnie napędzając kołysanie się ramienia kołyski kierownicy w celu osiągnięcia celu kierowania samochodem.

b. Zalety i wady przekładni ślimakowych z palcem korbowym

• Zalety: Przekładnia z palcem korbowym działa w warunkach całkowitego tarcia tocznego, dzięki czemu ma wysoką sprawność przenoszenia i lekką obsługę, a łatwość rozmieszczenia i konserwacji całego samochodu oraz poprawa bezpieczeństwa jazdy dzięki segmentowanemu wałowi kierownicy. Sprawność przenoszenia wstecznego jest niska, siła uderzenia drogi na kierownicę jest mała, dobra stabilność, prosta produkcja, łatwa konserwacja
• Wady: Objętość zajmuje dużo miejsca, niewygodne rozmieszczenie.

Podsumowując, przekładnia ślimakowa z palcem korbowym jest najczęściej stosowana w dużych pojazdach wymagających dużej siły kierowania.

2 Mechanizm wspomagania kierownicy (system wspomagania kierownicy)

Urządzenie wspomagania kierownicy jest w rzeczywistości połączeniem mechanicznej przekładni kierowniczej i jednostki wspomagania kierownicy. Obecnie najczęściej stosowane są hydrauliczne układy wspomagania kierownicy (mechaniczna hydrauliczna przekładnia kierownicza i elektrohydrauliczna przekładnia kierownicza) oraz elektryczne układy wspomagania kierownicy.

1) Hydrauliczny układ wspomagania kierownicy

a. Co to jest hydrauliczny układ wspomagania kierownicy?

Główne elementy mechanicznego hydraulicznego układu wspomagania kierownicy to pompa hydrauliczna, przewód olejowy, pasek napędowy V, zawór sterujący płynem ciśnieniowym i zbiornik oleju. Silnik jest źródłem zasilania hydraulicznego układu wspomagania kierownicy, a pompa oleju kierownicy jest napędzana przez silnik. Zawór sterujący kierownicą zapewnia moc kierowania, kontrolując kierunek przepływu oleju i wielkość ciśnienia oleju, zmniejszając w ten sposób siłę kierowcy na kierownicy i osiągając efekt wspomagania. Na szczycie mechanicznego hydraulicznego układu wspomagania kierownicy znajduje się również elektrohydrauliczny układ wspomagania kierownicy, którego konstrukcja zwiększa urządzenie reakcji hydraulicznej i zawór dystrybucji przepływu płynu, oraz dodatkowy elektroniczny system sterowania, który obejmuje czujnik prędkości, ECU wspomagania kierownicy, zawór elektromagnetyczny itp. Elektronicznie sterowany hydrauliczny układ wspomagania kierownicy wykorzystuje elektroniczną jednostkę sterującą do regulacji roli i dostosowania mocy na kierownicy w zależności od prędkości pojazdu, zmieniając wielkość siły pomocniczej układu hydraulicznego poprzez kontrolowanie stopnia otwarcia zaworu sterującego kierownicą, w celu osiągnięcia różnych prędkości w celu dostosowania charakterystyki mocy różnych sił wspomagania kierownicy.

b. Zalety i wady hydraulicznego układu wspomagania kierownicy

W przypadku mechanicznego hydraulicznego układu wspomagania kierownicy, chociaż ma dobre osiągi mocy i stabilność prowadzenia przy niskich i średnich prędkościach, stały efekt mocy sprawi, że kierownica będzie zbyt czuła i pogorszy wyczucie drogi przez kierowcę podczas jazdy z dużą prędkością, a ponieważ silnik będzie zawsze napędzał pompę oleju podczas jazdy pojazdu, powodując marnowanie energii silnika. W przypadku elektrohydraulicznego układu wspomagania kierownicy, wielkość mocy będzie różna podczas jazdy z dużą i niską prędkością, a przy niskich prędkościach moc systemu jest duża, a kierowca będzie bardziej lekki i elastyczny; przy wysokich prędkościach moc jest osłabiona, dzięki czemu siła manewrowania kierowcy wzrasta, w porównaniu z hydraulicznym układem wspomagania kierownicy będzie wyraźne wyczucie drogi, nie tylko zapewniając elastyczność manewrowania kierownicą, ale także poprawiając stabilność kierowania przy wysokich prędkościach i poczucie bezpieczeństwa. Jednakże, elektrohydrauliczny system jest skomplikowany i drogi, a wady hydraulicznego układu wspomagania kierownicy, takie jak niska sprawność i wysokie zużycie energii, nie zostały jeszcze przezwyciężone.

2) Co to jest elektryczny układ wspomagania kierownicy?

Elektryczny układ wspomagania kierownicy składa się głównie z elektronicznej jednostki sterującej (ECU), momentu obrotowego i tego samego. Oczekiwane dane dotyczące wskaźnika awaryjności elementów elektronicznych, takich jak półprzewodnikowe urządzenia dyskretne, optokopler, elementy mikroelektroniczne, przekaźniki, złącza elektryczne, filtry zasilania, kryształy, przetwornice mocy, płytki drukowane i punkty lutownicze w sterowniku hydraulicznym manipulatora podwodnego, można uzyskać z odpowiednich danych GJB299C, a szczegółowe oczekiwane dane pokazano w Tabeli 1. Tabela 1 pokazuje oczekiwane dane

Ponieważ czas życia produktów elektronicznych podlega rozkładowi wykładniczemu, R(t) = e-λt , możliwe jest obliczenie niezawodności zadania profilu zadania manipulatora podwodnego w ciągu 15 minut jako

4 Wnioski

Niniejszy artykuł ilustruje zastosowanie metody przewidywania niezawodności sterownika manipulatora podwodnego poprzez zastosowanie metody analizy naprężeń niezawodności do pewnego typu sterownika manipulatora podwodnego jako przykładu. Po kilku testach tego typu pojazdu podwodnego, jego sterownik manipulatora podwodnego nie uległ awarii ani razu, co dowodzi, że wprowadzona metoda przewidywania niezawodności jest skuteczna i silnie gwarantuje niezawodność i bezpieczeństwo operacji podwodnych.