Với cơ cấu lái và thanh răng, chuyển động quay của bánh răng gây ra chuyển động thẳng của thanh răng, làm quay các bánh xe của xe sang trái hoặc phải.Hệ thống giá đỡ và bánh răng là một thành phần phổ biến trong đường sắt.
Hệ thống lái thanh răng và bánh răng bao gồm một bánh răng (một bánh răng tròn) với một thanh răng (một bánh răng thẳng).Hệ thống hoạt động bằng cách chuyển một chuyển động quay vòng thành chuyển động thẳng.Hầu hết ô tô, xe tải nhỏ và SUV đều được trang bị hệ thống thanh răng và bánh răng, thay vì hệ thống lái bi tuần hoàn được tìm thấy trong các xe tải lớn hơn, SUV lớn hơn và các xe hạng nặng khác.
Rack và Pinion
Với cơ cấu lái và thanh răng, chuyển động quay của bánh răng gây ra chuyển động thẳng của thanh răng, làm quay các bánh xe của xe sang trái hoặc phải.Hệ thống giá đỡ và bánh răng là một thành phần phổ biến trong đường sắt.Ở giữa đường ray tàu hỏa là các giá đỡ tương tác với các bánh răng gắn với đầu máy và toa tàu để hỗ trợ tàu hỏa di chuyển lên dốc.
Mặc dù hệ thống thanh răng và bánh răng có vẻ phức tạp, nhưng theo Advance Autoparts, nó chỉ đơn giản là một bánh răng gắn với một thanh răng.Thanh gắn vào một bộ thanh giằng.Giá đỡ máy phát điện là một đường viền được sử dụng trong thiết kế công cụ tạo điện, chẳng hạn như bếp hoặc máy cắt bánh răng, để chỉ ra các chi tiết và kích thước của răng.Bộ truyền động tuyến tính đơn giản thường bao gồm một số kết hợp của thanh răng và bánh răng.Trục quay của bánh răng được trợ lực bằng tay hoặc bằng động cơ để tạo ra chuyển động thẳng.
Trong khi hệ thống lái thanh răng và bánh răng đã được các nhà sản xuất ô tô Hoa Kỳ sử dụng chưa đầy 50 năm, khái niệm này đã có tuổi đời gần một thế kỷ ở các nước khác.Hemmings Motor News đưa tin rằng vào những năm 1930, BMW đã sản xuất hộp số bánh răng và thanh răng đầu tiên.Nhà sản xuất ô tô đầu tiên của Mỹ sử dụng hệ thống lái thanh răng và bánh răng trong sản xuất là Ford, hãng đã sử dụng nó cho Mustang II 1974 và Pinto 1974.Trong khi AMC áp dụng hệ thống này ngay sau đó cho Pacer 1975, GM và Chrysler sẽ không sản xuất ô tô với hệ thống lái bánh răng và thanh răng cho đến những năm 1980.
Mặc dù phải mất một thời gian để các nhà sản xuất Mỹ bắt đầu sản xuất hệ thống lái thanh răng và thanh răng, nhưng họ đã sớm nhận ra những gì các công ty ô tô châu Âu và châu Á đã biết trong nhiều thập kỷ.Hệ thống lái thanh răng và thanh răng là một thiết kế đơn giản hơn so với hệ thống lái bi tuần hoàn trước đó.Thiết kế đơn giản hơn đó làm cho việc chế tạo hệ thống lái thanh răng và bánh răng tiết kiệm chi phí hơn.
Hemmings cũng lưu ý rằng hệ thống lái thanh răng và bánh răng có trọng lượng nhẹ hơn hộp số bi tuần hoàn, giúp cải thiện khả năng tiết kiệm xăng.Hệ thống giá đỡ và bánh răng nhẹ hơn vì chúng không yêu cầu tay không tải, tay Pitman, liên kết trung tâm và tay áo thanh giằng được tìm thấy trong các hệ thống lái thông thường.Kích thước và trọng lượng của hệ thống thanh răng và bánh răng làm cho nó phù hợp hơn với các ứng dụng dẫn động cầu trước vì các nhà sản xuất có thể lắp đặt nó ngay bên cạnh hệ thống truyền động ngang.Các nhà sản xuất sẽ dễ dàng điều chỉnh các hộp số thanh răng và bánh răng để phù hợp với các loại xe lăn và gói vận chuyển cụ thể.
Rack và Pinion: Ứng dụng
Trong khi hầu hết người tiêu dùng đều quen thuộc với hệ thống thanh răng và thanh răng cho ô tô lái và xe tải nhỏ, kết hợp thanh răng và bánh răng có một số ứng dụng khác.Hệ thống thanh răng và bánh răng không chỉ được sử dụng để giúp tàu hỏa leo dốc mà còn giúp kiểm soát phanh tốt hơn, đặc biệt là trong điều kiện có tuyết và băng giá.Stairlift.com tuyên bố rằng hệ thống giá đỡ và bánh răng là thành phần tiêu chuẩn trong hầu hết các thang máy.Cơ cấu thanh răng và bánh răng thường hoạt động nhờ năng lượng thủy lực hoặc điện.
Vào những năm 1970, Arthur Ernest Bishop đã phát minh ra giá đỡ biến thiên.Kết hợp với một bánh răng tiêu chuẩn, giá đỡ biến đổi của anh ta được sử dụng để cải thiện khả năng xử lý của xe.
Rack và Pinion chỉ đạo hoạt động như thế nào?
Theo một bài báo của Moog Parts, hệ thống lái thanh răng và thanh răng hoạt động bằng cách sử dụng một hệ thống bánh răng để biến chuyển động tròn của vô lăng thành chuyển động thẳng cần thiết để quay các bánh xe.Một ống kim loại chứa bộ bánh răng.Ống có các lỗ hở ở mỗi đầu để giá đỡ gắn vào thanh hướng trục.Bánh răng thanh răng kết nối với trục lái nên bánh răng sẽ quay và chuyển động thanh răng khi vô lăng quay.Các thanh hướng trục kết nối với một đầu thanh giằng, đầu này sẽ gắn vào trục chính.
Thanh răng và bộ bánh răng thanh răng có hai chức năng chính:
- Chuyển đổi chuyển động quay của vô lăng thành chuyển động thẳng cần thiết để bánh xe quay
- Giảm bánh răng, giúp vô lăng quay bánh xe dễ dàng hơn
Rack và Pinion lái tỷ lệ
Moog Parts định nghĩa "tỷ số lái" là tỷ số giữa quãng đường quay của tay lái so với vòng quay của bánh xe.Ví dụ, nếu vô lăng quay 360 độ làm cho bánh xe của ô tô quay 20 độ, thì tỷ số lái của ô tô đó là 18: 1 (360 chia cho 20).Một tỷ số lái cao hơn yêu cầu nhiều vòng quay của vô lăng hơn để quay các bánh xe.Tỷ lệ lái thấp hơn là mong muốn vì nó cho thấy tay lái nhạy hơn.
Những chiếc xe thể thao hạng nhẹ có xu hướng có tỷ số lái thấp hơn khi so sánh với những chiếc xe lớn và xe tải.Nhờ hệ thống lái trợ lực, tất cả các loại xe tiêu dùng đều có tỷ số lái được cải thiện.