Esistono due tipi comuni di ingranaggi:il sistema a cremagliera e pignone e il meccanismo tradizionale.
È essenziale comprendere questi due ingranaggi prima di decidere quale si adatta di più al tuo progetto. Il seguente articolo mette in evidenza i pro ei contro dei sistemi a pignone e cremagliera rispetto ai meccanismi tradizionali.
Il sistema a pignone e cremagliera è un semplice attuatore lineare costituito da un albero cilindrico dotato di denti a un'estremità. È inoltre composto dalla barra a cremagliera, dal disco di trasmissione e dal pignone.
Funziona principalmente con i mattarelli invece di farli scorrere nella maggior parte dei casi. Ciò è dovuto al fatto che i denti sulla barra della cremagliera e il pignone si uniscono per trasferire il movimento rotatorio. I mattarelli sulla barra del rack si muovono all'interno degli slot del disco, che è ciò che alimenta la rotazione su entrambi i lati.
Il primo utilizzo noto del sistema a pignone e cremagliera risale all'antica Cina, dove le ruote idrauliche erano dotate di tali ingranaggi già nel 200 aC.
#1:Lamborghini
Sì! Lamborghini utilizza questo sistema ed è stato utilizzato in tutti i suoi modelli di punta. Inoltre, questo sistema ha fornito un tocco unico a tutte le auto Lamborghini.
#2:Porsche
Porsche è un altro marchio che utilizza un sistema a pignone e cremagliera per il suo meccanismo di sterzo. Il suo sistema è un design a doppio braccio oscillante installato nell'asse anteriore.
#3:Chevrolet Corvette C6
La Corvette C6 utilizza questo sistema anche nello sterzo. A differenza di Lamborghini, però, il sistema a pignone e cremagliera con sterzo a ingranaggi è installato nella parte posteriore della vettura.
#4:Dodge Viper
Il sistema di pignone e cremagliera della Viper è abbastanza simile a quello utilizzato dalla Corvette. Chevrolet e Dodge condividono i loro progetti per questo sistema. È in uso dal 1990 e si è dimostrato efficace anche in condizioni estreme come forti piogge, neve e fango.
#5:Suzuki Hayabusa
la Suzuki Hayabusa utilizza anche il sistema di sterzo a pignone e cremagliera per azionare le ruote anteriori. Il suo design è un aggiornamento rispetto a quello di altre auto che utilizzano questo meccanismo poiché consente solo l'input diretto (cioè il feedback).
#6:GMC Denali HD Truck
GMC Denali HD Truck è un altro marchio di veicoli che utilizza rack e perni per la sua trasmissione. È un camion per impieghi gravosi, perfetto per le industrie che richiedono macchine potenti.
#7:Ford F-150 Raptor
Ford utilizza questo sistema nel suo fuoristrada, il Ford F-150 Raptor. Il sistema che utilizzano ha tre giunti per maglia per fornire una migliore stabilità e lavorabilità su qualsiasi terreno. Con questa funzione, puoi manovrare facilmente anche sui terreni più difficili senza preoccuparti di rimanere bloccato o perso.
#8:SUV Ford Explorer
Ford Explorer è un altro veicolo che utilizza un sistema a pignone e cremagliera. Questo meccanismo rende l'auto più leggera e ne migliora la manovrabilità in curva.
#9:BMW Serie 7
BMW utilizza questo sistema da un po' di tempo ormai, a cominciare dalla serie di auto E32 nel 1989. Sebbene i marchi di lusso lo utilizzino principalmente, anche le auto comuni come la Ford F150 stanno ora iniziando a utilizzare rack e spille.
#10:Audi R8
Audi ha finalmente deciso di utilizzare il sistema di sterzo a pignone e cremagliera invece dello sterzo tradizionale che si trova sulla maggior parte dei veicoli come Toyota o Honda Civic. Inoltre, è dotato di un bloccaggio del differenziale posteriore fisico attivo che si aggiunge alle sue prestazioni complessive.
Fin dall'antichità, il meccanismo tradizionale è stato utilizzato principalmente nei mulini a vento o nei mulini ad acqua. È dotato di due ingranaggi che si ingranano insieme, di cui uno è fissato a un asse rotante e l'altro a un asse fisso.
I denti di ogni ingranaggio sono tagliati nella stessa forma ma differiscono per dimensioni. L'ingranaggio più grande corrisponde al pignone più piccolo, noto come profilo dell'ingranaggio ad evolvente.
#1:Toyota
Toyota utilizza un meccanismo a ingranaggi tradizionale nel suo sistema di sterzo. Questo è il motivo principale per cui la maggior parte delle loro auto ha meno feedback durante la svolta.
#2:Honda Civic
Anche Honda lo fa in questo modo, ma il suo sistema ha subito grandi cambiamenti dagli anni '80 quando era problematico e molto lento nelle regolazioni. Ora funziona bene con auto più veloci come l'Accord grazie alle sue capacità di blocco rapido.
#3:Fiat Topolino/500
Fiat Topolino/500 è un'altra vettura che inizialmente utilizzava un meccanismo di sterzo tradizionale prima di passare a cremagliere e pignoni per prestazioni migliori. È anche noto che hanno iniziato a utilizzare i sistemi di servosterzo, che sono diventati popolari solo decenni dopo in America.
#4:Smart Fortwo Coupé Cabrio
Smart Fortwo Coupé Cabrio è un'altra vettura che utilizza un sistema di sterzo tradizionale. Anche se potrebbe non essere potente come quello di altri marchi, funziona comunque bene con il design leggero dell'auto.
#5:Maggiolino Volkswagen
Questo veicolo di fabbricazione tedesca è azionato da un motore che utilizza un meccanismo a ingranaggi tradizionale. La potenza prodotta da questo motore viene trasmessa alle ruote tramite un cambio manuale, rendendolo in grado di cambiare marcia senza dover utilizzare l'impianto idraulico o l'assistenza elettronica.
#6:Mitsubishi Lancer Evolution IX MR FQ-400
Mitsubishi Lancer Evolution IX MR FQ-400 utilizza anche un tradizionale meccanismo a ingranaggi nel suo sistema di sterzo. Tuttavia, come la maggior parte delle auto che hanno adottato rack e perni, l'azienda ha costruito tre giunti per collegamento per una migliore stabilità e manovrabilità.
#7:Nissan 370Z
Nissan 370Z è un'altra vettura che utilizza un meccanismo di cambio tradizionale nel suo sistema di sterzo. Sebbene sia dotato di una cremagliera in un unico pezzo, questo sistema si è dimostrato affidabile anche contro altre cremagliere e pignoni con un design a due pezzi.
#8:Honda NSX Tipo S Zero
Honda NSX Type S Zero, sebbene abbia la priorità come auto da corsa rispetto alla praticità, utilizza ancora il tradizionale meccanismo del cambio. È reso leggero per prestazioni migliori e una migliore manovrabilità come la maggior parte delle auto dotate di portapacchi e perni. Tuttavia, questo significa anche che nessuno può usarlo; avrai bisogno di competenze specifiche per gestirlo.
#9:Subaru BRZ
Subaru BRZ è un'auto che utilizza un meccanismo di cambio tradizionale nel suo sistema di sterzo. Questo perché è stato realizzato pensando al comfort e alla convenienza, il che significa anche che non puoi aspettarti lo stesso livello di prestazioni dalle auto menzionate sopra.
#10:Audi R8
Audi R8 utilizza anche un meccanismo di sterzo tradizionale. L'azienda lo utilizza dal 1998. Sfortunatamente, all'inizio ci sono state molte lamentele sulla sua affidabilità e preoccupazioni sul fatto che il suo peso fosse distribuito su tre articolazioni. Tuttavia, Audi è riuscita a risolvere questi problemi nei suoi modelli recenti.
Il sistema a pignone e cremagliera presenta alcuni inconvenienti poiché è semplice. Tuttavia, ecco alcuni pro e contro di questo meccanismo:
il primo e più importante vantaggio di questo meccanismo è il controllo preciso che offre. Consente un movimento lineare, rendendolo adatto alla creazione di camme e attuatori.
il sistema a pignone e cremagliera offre anche un elevato vantaggio meccanico poiché può moltiplicare la coppia per creare una forza ancora più elevata. Questo può essere utilizzato in numerosi progetti che richiedono una piccola forza in ingresso ma producono grandi forze in uscita come i sistemi di trazione, l'apertura dei cofani delle automobili o l'azionamento di porte a battente.
questo ingranaggio ha un passo dei denti largo; pertanto, i suoi denti sono abbastanza forti da sopportare carichi pesanti ad alte velocità (fino a 15000 giri/min). La barra rack comprende singoli blocchi che compongono il rack completo. Questi blocchi sono ingranati con i denti del pignone per creare un funzionamento regolare.
la barra del rack tende a consumarsi rapidamente rispetto ad altri sistemi che utilizzano camme o leve. Il movimento improvviso dei mattarelli all'interno delle loro scanalature causerà un attrito eccessivo, motivo per cui i dadi della cremagliera devono essere mantenuti sempre lubrificati.
questo meccanismo non può girare a velocità elevate poiché le sue parti non sono fissate saldamente l'una contro l'altra, a differenza degli ingranaggi nella maggior parte degli altri meccanismi di cambio marcia in cui gli ingranaggi si ingranano insieme senza tolleranze allentate. Se questo tipo di sistema gira troppo velocemente, può fare rumore, produrre calore, danneggiarsi o addirittura rompere parti.
la barra della cremagliera deve essere sempre lubrificata poiché i meccanismi interni sono aperti a polvere, sporco e altri contaminanti che possono usurarne i denti prematuramente. Inoltre, l'intero meccanismo assorbe la contaminazione esterna, il che rende essenziale una corretta manutenzione per una maggiore durata degli ingranaggi.
Il meccanismo tradizionale offre numerosi vantaggi rispetto ad altri tipi di ingranaggi; tuttavia, ha anche alcuni inconvenienti:
questo tipo di sistema è molto affidabile perché non ci sono scivolamenti o scivolamenti coinvolti come con i sistemi che utilizzano camme o leve, quindi non subirai alcuna perdita di coppia in tutto il suo raggio di movimento.
gli ingranaggi in questo meccanismo si ingranano insieme senza alcuna perdita di precisione, quindi i denti ingranano sempre correttamente per un funzionamento regolare. Ciò si traduce in una maggiore efficienza se utilizzato su sistemi con elevati requisiti di velocità e potenza come i sistemi di trazione, l'apertura dei cofani delle automobili o l'azionamento di porte a battente.
questo tipo di ingranaggio può essere utilizzato in qualsiasi applicazione che richieda un semplice movimento rotatorio poiché ha meno componenti rispetto alla maggior parte degli altri meccanismi di cambio marcia dotati di camme e leve. Questo rende anche molto facile la manutenzione e la riparazione se qualcosa va storto:sostituisci le parti usurate o rotte usando dadi, bulloni, rondelle, ecc.
il meccanismo tradizionale non può creare un movimento lineare perché i denti non sono progettati per ingranare tra loro. Ciò lo rende inadatto all'uso con sistemi che richiedono movimenti precisi o camme e attuatori.
questo tipo di ingranaggi subisce una forte usura quando viene utilizzato, soprattutto se non adeguatamente lubrificato (che è altamente raccomandato nei sistemi a pignone e cremagliera). L'attrito tra le sue parti in rete può causare il riscaldamento, rompendo infine le sue parti prematuramente.
sebbene questo tipo di ingranaggi funzioni bene con la maggior parte dei meccanismi di cambio marcia, non funziona altrettanto bene su sistemi che richiedono velocità e precisione elevate, come i sistemi di trazione, l'apertura dei cofani delle automobili o l'azionamento di porte a battente.
questo tipo di ingranaggio può funzionare ad alte velocità poiché camme o leve non lo ostacolano. Questo lo rende adatto per l'uso su sistemi con requisiti di potenza elevati come motori, auto sportive con motori di grandi dimensioni, trattori che trainano rimorchi nei terreni agricoli, ecc.
Tutto dipende da cosa devi fare. Se devi aprire il cofano di un'auto, il meccanismo tradizionale non è la scelta migliore perché non è in grado di muoversi abbastanza velocemente:impiega troppo tempo perché i suoi denti si incastrino e funzionino. Questo tipo di sistema è più adatto per creare movimenti lineari come l'alimentazione di porte a battente e diversi macchinari e sistemi di cambio marcia.
Se stai cercando un'opzione più veloce in grado di aprire rapidamente il cofano dell'auto, scegli il sistema a pignone e cremagliera poiché è orientato alle alte velocità e ai requisiti di potenza. Tuttavia, questo tipo di sistema presenta degli svantaggi; se non lubrificato regolarmente, tende a consumarsi rapidamente nel tempo, quindi ricorda di mantenere i dadi della cremagliera ben oliati e puliti.
Il tradizionale sistema a pignone e cremagliera è più adatto per applicazioni che richiedono alta velocità, precisione e durata, come l'apertura del cofano di un'auto sportiva o il traino di rimorchi in un'azienda agricola utilizzando un trattore. Può essere utilizzato anche nei meccanismi di cambio marcia che richiedono un accurato ingranamento degli ingranaggi. Tuttavia, non dovrebbe mai essere utilizzato se è necessario un movimento lineare preciso perché non può creare tale movimento senza camme o leve al lavoro.
In un'applicazione in cui la precisione è fondamentale, scegli un meccanismo a ingranaggi tradizionale al posto del sistema a pignone e cremagliera poiché è progettato per questo tipo di operazione da zero. Tuttavia, quando hai bisogno di qualcosa che possa funzionare a velocità più elevate con requisiti di potenza elevati, scegli il sistema a pignone e cremagliera perché è orientato a questo tipo di lavoro.
Tuttavia, tieni presente che il sistema a pignone e cremagliera si usura nel tempo, soprattutto se non viene prestato la cura adeguata (ad esempio, lubrificando i suoi dadi):ciò è normale con tutti gli ingranaggi e può ridurne la durata, rendendolo inadatto per le applicazioni come gli sport motoristici se non possono durare le lunghe ore di intenso utilizzo delle corse.
