Tipos de estructuras y características de la cremallera de dirección

1 Caja de dirección mecánica

El caja de dirección mecánica es una estructura puramente mecánica, que es impulsada solo por la fuerza humana durante el proceso de maniobra de dirección, sin fuerza externa. Las más utilizadas son las cajas de dirección de cremallera y piñón, cajas de dirección de tornillo sin fin y tuerca, y cajas de dirección de tornillo sin fin y sector dentado.

1) Caja de dirección de cremallera y piñón

a. ¿Qué es una caja de dirección de cremallera y piñón?

El caja de dirección de cremallera y piñón es la estructura más simple y la más fácil de producir. La caja de dirección de cremallera y piñón consiste principalmente en engranajes, cremallera, tornillo de ajuste, carcasa de dirección y bloque guía de cremallera. Hay un resorte entre el tornillo de ajuste y la cremallera, que se gira para aplicar una fuerza a la cremallera en la dirección del engranaje, haciendo que ambos se unan estrechamente, y la guía de la cremallera está relacionada con el movimiento de la cremallera. El engranaje de dirección se encuentra en el extremo inferior del eje de dirección y engrana con la cremallera de dirección en la carcasa de dirección. Cuando el conductor manipula el volante, el engranaje es girado por el eje de dirección, y el engranaje de la cremallera y el piñón impulsa el movimiento de la cremallera en la caja de dirección en dirección horizontal, mientras que el extremo de la cremallera de la caja de dirección está conectado al extremo de la barra de dirección, transfiriendo así la fuerza al brazo de la mangueta de dirección y provocando la deflexión de la rueda para lograr la dirección.

b. Ventajas y desventajas de las cajas de dirección de cremallera y piñón

• Ventajas: estructura compacta y simple, bajo costo de fabricación, su eficiencia de transmisión puede alcanzar el 90%, y si hay una holgura entre el engranaje y la cremallera debido al desgaste, el tornillo de ajuste y el resorte instalados en la carcasa de dirección, ubicados en la parte posterior de la cremallera para aplicar presión, pueden eliminar la holgura entre los dientes, y debido a que no hay balancín de dirección ni barra de acoplamiento recta, el ángulo de giro del volante puede aumentarse.
• Desventaja: la eficiencia de la holgura es demasiado alta, hasta un 60%-70% cuando la carretera de conducción del coche está irregular, la mayor parte del impacto entre el volante y la carretera puede ser retransmitido al volante, este fenómeno se llama holgura, el fenómeno de holgura hará que al conductor le resulte difícil controlar con precisión la dirección de conducción del coche, y causará lesiones al conductor debido al fenómeno de "mano". Este fenómeno se llama holgura.

En resumen, los coches grandes casi no utilizan una dirección de cremallera y piñón puramente mecánica, sino más bien con el dispositivo de dirección asistida, los coches pequeños utilizan más la dirección de cremallera y piñón, como los coches civiles, los buggies, etc.

2) Caja de dirección de tornillo sin fin y tuerca

a. ¿Qué es una caja de dirección de tornillo sin fin y tuerca?

Los componentes principales de la caja de dirección de tornillo sin fin y tuerca consisten en la tuerca, el tornillo, la carcasa de dirección y muchas pequeñas bolas de acero, la bola recirculante en la dirección de bola recirculante se refiere a estas pequeñas bolas de acero, las pequeñas bolas de acero se colocan en el tubo cerrado entre la tuerca y el tornillo, fijando la columna de dirección y el tornillo juntos, cuando el tornillo gira, el tornillo puede empujar la tuerca para que se mueva hacia arriba y hacia abajo, y luego la tuerca impulsa la caja de dirección empujando el engranaje para lograr el propósito de la dirección. Cuando el tornillo gira, el tornillo puede empujar la tuerca para que se mueva hacia arriba y hacia abajo, y luego la tuerca puede empujar el engranaje para impulsar el movimiento alternativo del brazo del balancín para lograr el propósito de la dirección. A este respecto, la dirección de bola recirculante tiene dos etapas de transmisión, el tornillo de dirección y la tuerca de dirección constituyen la primera etapa de transmisión, y el tornillo de dirección está conectado con el eje de dirección; la cremallera y el sector dentado constituyen la otra etapa de transmisión, y la cremallera está mecanizada en el plano inferior de la tuerca de dirección, y el sector dentado está integrado con el eje del sector dentado. Por lo tanto, la tuerca de dirección no solo es el seguidor de la transmisión de primera etapa, sino también el miembro activo de la transmisión de segunda etapa. Como el tornillo de dirección y la tuerca de dirección se deslizan uno respecto al otro, para reducir la fricción y el desgaste entre ellos, las roscas de los dos se hacen en una pista de rodadura, y el centro de la pista de rodadura está equipado con muchas bolas de acero, transformando así la fricción de deslizamiento en fricción de rodadura. La tuerca de dirección está equipada con dos conductos de bolas de acero llenos de bolas de acero, que están conectados a la pista de rodadura, formando dos canales cerrados independientes para que las bolas de acero circulen y rueden. En este proceso de dirección, las pequeñas bolas de acero ruedan cíclicamente en la tubería cerrada, por lo que este tipo de caja de dirección se llama caja de dirección de bola cíclica.

b. Ventajas y desventajas de las cajas de dirección de bola recirculante

• Ventajas: En comparación con la dirección de cremallera y piñón, la dirección de bola recirculante depende más de la fricción de rodadura, por lo que la eficiencia de transmisión es mayor, el efecto de auto-retorno es mejor, la operación es más ligera y cómoda, y el desgaste de todas las piezas mecánicas es menor, por lo que la vida útil es relativamente larga.
• Desventajas: Debido a la estructura relativamente compleja, no es fácil instalar el dispositivo de dirección asistida, y debido a la transmisión de dos etapas, no es fuerte cuando se utiliza la dirección de bola recirculante. El proceso de fabricación es relativamente complicado. La eficiencia de transmisión inversa es alta, y el impacto de la carretera se retroalimenta fácilmente al volante, lo que resulta en una situación de "golpe", y el fenómeno de vibración y oscilación del volante es fácil de ocurrir.

Como se mencionó anteriormente, la caja de dirección de bola recirculante se utiliza principalmente en vehículos comerciales medianos y grandes, y con la actualización y mejora gradual del sistema de dirección asistida, su uso en coches pequeños está disminuyendo gradualmente.

3) Caja de dirección de tornillo sin fin y sector dentado

a. ¿Qué es una caja de dirección de tornillo sin fin y sector dentado?

La caja de dirección de tornillo sin fin y sector dentado consta principalmente de un tornillo sin fin de dirección, un sector dentado de dirección, un pasador de dedo, una tapa lateral y una carcasa de caja de dirección, etc. La carcasa de la caja de dirección está fijada en el soporte de la caja de dirección del chasis del coche, y el subconjunto de transmisión está instalado en la carcasa, en la que el tornillo sin fin de dirección es la parte activa y tiene roscas de sección trapezoidal, que se apoyan en los dos rodamientos de bolas en ambos extremos de la carcasa de la caja de dirección, y el pasador de dedo instalado en el extremo del sector dentado es el seguidor. Cuando el coche se dirige, el conductor acciona el tornillo sin fin de dirección a través del volante, lo que hace que el pasador de dedo se engrane con él para girar y realizar un movimiento circular alrededor del eje del sector dentado en la ranura de la rosca del tornillo sin fin con el sector dentado como radio, para impulsar el sector dentado y luego impulsar el balanceo del brazo del sector dentado para lograr el propósito de dirigir el coche.

b.  Ventajas y desventajas de la dirección de tornillo sin fin y sector dentado

• Ventajas: La dirección de pasador de dedo funciona en condiciones de fricción de rodadura completa, por lo que tiene alta eficiencia de transmisión y manejo ligero, y es fácil de organizar y mantener todo el coche y mejorar la seguridad de conducción debido al eje de dirección segmentado. La eficiencia de transmisión inversa es baja, la fuerza de impacto de la carretera en el volante es pequeña, buena estabilidad, fabricación simple, fácil mantenimiento
• Desventajas: el volumen ocupa un gran espacio, diseño inconveniente.

En resumen, la caja de dirección de tornillo sin fin y sector dentado se utiliza principalmente para vehículos grandes que requieren una gran fuerza de dirección.

2 Caja de dirección asistida (sistema de dirección asistida)

Una caja de dirección asistida es en realidad una combinación de caja de dirección mecánica y unidad de dirección asistida para formar. En la actualidad, las más utilizadas son los sistemas de dirección asistida hidráulica (caja de dirección hidráulica mecánica y caja de dirección hidráulica eléctrica) y los sistemas de dirección asistida eléctrica.

1) Sistema de dirección asistida hidráulica

a. ¿Qué es el sistema de dirección asistida hidráulica?

Los componentes principales del sistema de dirección asistida hidráulica mecánica son la bomba hidráulica, la tubería de aceite, la correa de transmisión en V, la válvula de control de fluido a presión y el tanque de almacenamiento de aceite. El motor es la fuente de energía del sistema de dirección asistida hidráulica, y la bomba de aceite de dirección es impulsada por el motor. La válvula de control de dirección proporciona potencia de dirección controlando la dirección del flujo de aceite y el tamaño de la presión del aceite, reduciendo así la fuerza del conductor en el volante y logrando el efecto de asistencia de potencia. Sobre el sistema de dirección asistida hidráulica mecánica, también existe un sistema de dirección asistida electrohidráulica, cuya estructura aumenta el dispositivo de reacción hidráulica y la válvula de distribución de flujo, y el sistema de control electrónico adicional, que incluye un sensor de velocidad, una ECU de dirección asistida, una válvula solenoide, etc. Un sistema de dirección asistida hidráulica controlada electrónicamente utiliza una unidad de control electrónico para regular el papel y ajustar la potencia en el volante según la velocidad del vehículo, mientras que el cambio del tamaño de la fuerza auxiliar del sistema hidráulico se realiza controlando el grado de apertura de la válvula de control de dirección, para lograr diferentes velocidades para ajustar las características de potencia de la fuerza de dirección auxiliar diferente.

b. Ventajas y desventajas del sistema de dirección asistida hidráulica

Para el sistema de dirección asistida hidráulica mecánica, aunque tiene un buen rendimiento de potencia y estabilidad de manejo a bajas y medianas velocidades, el efecto de potencia fija hará que el volante sea demasiado sensible y empeore la sensación de la carretera del conductor cuando se conduce a alta velocidad, y debido a que el motor siempre impulsará la bomba de aceite para girar durante el proceso de conducción del vehículo, lo que provocará el desperdicio de energía del motor. Para el sistema de dirección asistida electrohidráulica, el tamaño de la potencia será diferente al conducir a altas y bajas velocidades, y a bajas velocidades, la potencia del sistema es grande, y el conductor será más ligero y flexible; a altas velocidades, la potencia se debilita, de modo que la fuerza de maniobra del conductor aumenta, en comparación con el sistema hidráulico tendrá una clara sensación de la carretera, no solo para garantizar la flexibilidad de la maniobra de dirección, sino también para mejorar la estabilidad de la dirección a altas velocidades y una sensación de seguridad. Sin embargo, el sistema electrohidráulico es complicado y caro, y las desventajas del sistema de dirección asistida hidráulica, como la baja eficiencia y el alto consumo de energía, aún no se han superado.

2) ¿Qué es el sistema de dirección asistida eléctrica?

El sistema de dirección asistida eléctrica se compone principalmente de la unidad de control electrónico (ECU), el par y lo mismo. Los datos esperados sobre la tasa de fallos de componentes electrónicos como dispositivos discretos semiconductores, optoacopladores, componentes microelectrónicos, relés, conectores eléctricos, filtros de potencia, cristales, convertidores de potencia, placas de circuito impreso y juntas de soldadura en el controlador hidráulico manipulador se pueden obtener de los datos relevantes de GJB299C, y los datos esperados específicos se muestran en la Tabla 1. La Tabla 1 muestra los datos esperados

Dado que la vida útil de los productos electrónicos obedece a una distribución exponencial, R(t) = e-λt , es posible calcular la fiabilidad de la tarea del perfil de la tarea del manipulador hidráulico submarino en 15 minutos como

4 Conclusión

Este artículo ilustra la aplicación del método de predicción de fiabilidad del controlador de manipulador hidráulico submarino aplicando el método de análisis de estrés de fiabilidad a un cierto tipo de controlador de manipulador hidráulico submarino como ejemplo. Después de varias pruebas de este tipo de vehículo submarino, su controlador de manipulador hidráulico submarino no ha fallado ni una sola vez, lo que demuestra que el método de predicción de fiabilidad introducido es eficaz y garantiza en gran medida la fiabilidad y seguridad de las operaciones submarinas.