ラック＆ピニオンステアリング：知っておくべきことすべて
ラック＆ピニオンステアリングは、現代の自動車技術で広く使用されているステアリング方式です。シンプルでコンパクト、応答性に優れており、ドライバーに信頼性の高い制御体験を提供します。このシステムは多くの車両に標準装備されていますが、平均的なドライバーにとって、それがどのように機能し、何をするのかが完全には理解されていない可能性があります。
この記事では、ラック アンド ピニオン ステアリングの中核となる要素、その仕組み、そしてそれがなぜ重要なステアリング方式であるのかについて詳しく説明します。
ラックアンドピニオンステアリングとは何ですか?
ラック アンド ピニオン ステアリング システムは、ラックとピニオンの相互作用を利用してステアリング ホイールの回転運動を車輪の横方向の動きに変換する機械式ステアリング システムです。この比較的シンプルな設計は非常に効率的で、乗用車、SUV、小型トラックなど、多くの車両に広く使用されています。
このシステムは、ステアリングホイール、ギア、ラック、コネクティングロッド、ホイールなど、いくつかの主要コンポーネントで構成されています。ドライバーがステアリングホイールを回すと、ステアリングホイールシャフトのギア (ピニオンとも呼ばれます) が回転し、ラックと噛み合います。ラックは、ギアの回転に合わせて横方向に移動する、長い歯付き金属ロッドです。この動きはコネクティングロッドを通じてホイールに伝達され、最終的にホイールが回転します。
ラック・アンド・ピニオン・ステアリングは、アメリカの自動車メーカーが採用してからまだ50年も経っていないが、このコンセプトは他の国ではほぼ1世紀前から存在している。ヘミングス・モーター・ニュースによると、1930年代にBMWが最初のラック・アンド・ピニオン・トランスミッションを製造した。ラック・アンド・ピニオン・ステアリングを最初に量産に使用したアメリカの自動車メーカーはフォードで、1974年型マスタングIIと1974年型ピントに採用した。AMCはその後すぐに1975年型ペーサーにこのシステムを採用したが、GMとクライスラーは1980年代までラック・アンド・ピニオン・ステアリングを搭載した車を生産しなかった。
ラックアンドピニオンステアリングはどのように機能しますか?
ムーグ 部品 の記事によると、ラック アンド ピニオン ステアリングは、ギア システムを使用して、ステアリング ホイールの円運動を車輪の回転に必要な直線運動に変換することで機能します。ギアは金属チューブ内に組み入れられています。チューブの両端には開口部があり、ラックをシャフトに取り付けることができます。ピニオンはステアリング シャフトに接続されており、ステアリング ホイールを回すと、ピニオンが回転してラックを動かします。
具体的には、運転者がステアリングホイールを回すと、回転運動がステアリングホイールシャフトを介してピニオンに伝達されます。このピニオンはラックと噛み合い、回転運動を直線運動に変換します。ピニオンが回転すると、ラックがトラック上を移動するように駆動されます。この横方向の移動距離と方向は、ステアリングホイールの回転量と方向に直接関係しています。ステアリング角度が大きいほど、ラックの移動距離が長くなり、ホイールのステアリング角度が大きくなります。
ラックの動きは、コネクティングロッドを介して車輪のステアリングナックルに伝達されます。コネクティングロッドの機能は、ラックの横方向の動きを車輪の回転に変換し、それによって車両のステアリングを制御することです。最終的に、ラックの横方向の動きが車輪のステアリングに変換されます。車輪のステアリングの方向と角度は、ピニオンとラックの相互作用によって完全に決定され、正確な車両制御が可能になります。
ラックアンドピニオンステアリングシステムの利点は何ですか?
ラック アンド ピニオン ステアリング システムの設計は非常にシンプルで、少数の主要コンポーネントで構成されています。この簡素化された設計により、製造コストとメンテナンス コストが削減されるだけでなく、故障の可能性も低減されます。ラック アンド ピニオン ステアリング システムは、ギアとラックの直接的な動作により、非常に敏感なステアリング応答を提供します。これにより、車両は運転中にすばやく反応し、特に高速走行時に優れた安定性を維持できます。
さらに、ラック アンド ピニオン ステアリング システムは、他の複雑なステアリング システムよりも軽量です。この機能により、車両全体の重量が軽減され、燃費が向上し、車両の操縦性が向上します。
ラック＆ピニオンステアリングシステムにはどのような種類がありますか?
ラック アンド ピニオン ステアリング システムの基本原理は同じですが、ラック アンド ピニオン ステアリング システムは、さまざまな車両のニーズと設計目標に応じて次のタイプに分類できます。
手動ラック＆ピニオンステアリングシステム
手動ラックアンドピニオンステアリングシステムは最も基本的なタイプであり、ドライバーの力でステアリングホイールを操作し、車両のステアリングを制御します。このシステムには追加のパワーアシストデバイスがないため、ドライバーは低速走行時にステアリングホイールを回すためにより多くの力を加える必要があります。手動システムは通常、軽量車両または古い車両に使用され、構造が簡単でコストが低いため広く使用されています。
油圧パワーアシストラック＆ピニオンステアリングシステム
の油圧式パワーアシストラック＆ピニオンステアリングシステム手動システムに油圧パワーアシスト装置を追加します。このシステムは、パワーステアリングポンプを介して油圧を供給し、ドライバーがステアリングホイールを操作しやすくなります。このシステムは、ラックアンドピニオンシステムの直接性と感度を維持しながらパワーを提供するため、ほとんどの現代の車両で広く使用されています。
電動パワーラック＆ピニオンステアリングシステム
電動パワーラックアンドピニオンステアリングシステムは、油圧ポンプの代わりに電動モーターを使用して動力を供給します。このシステムは、応答が速く、省エネで環境保護の利点があり、車両の速度に応じて動力を調整して、より適切な運転体験を提供することもできます。電動パワーステアリングシステムは、特に電気自動車やハイブリッド車では、徐々に多くの新しい車両に標準装備されつつあります。
可変比ラック＆ピニオンステアリングシステム
可変比ラックアンドピニオンステアリングシステムは、ラックの設計が異なり、可変ピッチ設計を使用しています。このシステムのピッチは、ラックの端で大きく、中央で小さくなっています。この設計により、車両は低速時に大きなステアリング角度を提供し、高速時に小さなステアリング角度を提供することができ、車両の操縦性と安定性が向上します。
ラック＆ピニオンステアリングシステムの一般的な問題
ラック アンド ピニオン ステアリング システムはほとんどの場合信頼性の高いパフォーマンスを発揮しますが、使用中にいくつかの一般的な問題が発生する場合があります。一般的な問題は次のとおりです。
ラックまたはピニオンの摩耗
長期間使用するとラックとピニオンの表面が摩耗し、ステアリング時に異音や操作ムラが発生することがあります。摩耗がひどい場合はステアリングの精度にも影響し、車両のステアリングが不正確になることもあります。
油圧オイル漏れ
油圧式パワーラックアンドピニオンステアリングシステムでは、油圧オイルの漏れが一般的な問題です。油圧ライン、シール、またはステアリングポンプで漏れが発生する可能性があり、通常はステアリングパワーの低下または完全な故障として現れます。
ステアリング抵抗の増加
ラック＆ピニオンステアリングシステムの内部部品が摩耗したり、潤滑が不十分になったり、油圧システムが故障したりすると、ステアリング抵抗が大幅に増加します。特に低速でステアリングを切るときに、ドライバーはステアリングホイールが重くなったように感じます。
