何年にもわたって、ステアリングシステムは進化し、最初の車両で得られたものから長い道のりを歩んできました。ほとんどの人は、自分の車が作動するステアリングシステムの種類を知りません。そのため、車両のステアリングシステムに伴うメリットを最適化していないのです。したがって、この記事では、ステアリングシステムの動作をよりよく理解できるように、ステアリングギアボックスとラックアンドピニオンに焦点を当てます。
車両のステアリングシステムの仕組みを理解することが重要なのはなぜですか？シンプル。
車両は、ドライバーがその動きを制御できるようにするステアリングシステムなしでは何もありません。重要なのは、自動車のステアリングシステムの有効性は、主に乗客の安全と運転体験の滑らかさに影響を与えるということです。車のステアリング方法を理解すると、ステアリングシステムを最大限に活用し、最終的にはより良い運転体験を得ることができます。
ステアリングギアボックスは最も古いステアリングシステムの1つであり、大型SUVや大型トラックなどの大型車に今でも見られます。このシステムがどのように機能するかをよりよく理解するには、ステアリングギアとは何かを理解する必要があります。ステアリングギアは、ステアリングホイールの回転を車両のステアリングリンケージの直線運動に変換する機械部品です。
ステアリングギアは多くの場合ボックスに封入されているため、「ステアリングギアボックス」という名前が付けられています。このステアリングギアボックスは、ステアリング入力をリンケージやその他のコンポーネントに伝達して、ホイールを適切に回転および動作させるためのギアを保持します。それは本質的にステアリングの変更を増やし、前輪がステアリングホイールよりも速く動くようにします。ステアリングギアボックスのタイプによっては、これは回転力を乗算し、その力をステアリングリンケージに伝達することによって実現されます。
では、ステアリングギアボックスはどのように機能しますか？ステアリングギアボックスのギアの1つは、ネジ穴のある金属ブロックを備えたウォームギアです。この穴のねじ山には、ギアの遊びを減らしながら摩擦を減らす多くのボールベアリングがあります。ブロックは外側に歯車の歯が付いているように設計されており、ピットマンの腕を前後に動かす歯車と噛み合っています。ねじ穴にはねじ付きロッドがあり、ステアリングホイールに接続されて回転します。このねじ山付きロッドは、ハンドルが動くと回転するように設計されています（固定されています）。これにより、車両の車輪を動かすギアが駆動されます。
ステアリングギアボックスにはさまざまな比率があり、ドライバーがステアリングホイールを回して前輪を回転させる回数を決定します。前輪がロックツーロックする前に、ドライバーがステアリングホイールを4.5回転させる必要があるワイドレシオボックスがあります。一方、クロスレシオステアリングボックスは、ステアリングホイールがロックツーロックするのに3回転しかかかりません。明らかに、ワイドレシオでは、ドライバーはホイールを回転させるためにより多くの作業を行う必要がありますが、クロスレシオオプションを使用すると、車両の操作が簡単になります。
ステアリングギアボックスの抵抗を生成するリングは、適切な整備士がそれを行うと、ニーズに合わせて変更することもできます。相手が正しく調整されていないと、ステアリングから間違ったフィードバックが得られ、運転体験に悪影響が及びます。
では、パワーステアリングギアボックスはどのように機能しますか？このタイプのステアリングギアボックスでは、油圧がステアリングシステムに圧力を加えることでステアリングホイールの動きをサポートします。エンジンに取り付けられた油圧ポンプが流体圧力を生成し、ドライバーがステアリングホイールを回すと解放されるため、ステアリングの労力が軽減されます。
ステアリングギアボックスシステムはかなり古く、すべての古いものと同様に、新しいカウンターパートはそれらを段階的に廃止しました。それらがまだ使用されているという事実は、それらが自動車メーカーに提供するいくつかの利点へのポインターです。反対に、いくつかの欠点がなければ、今ではそれほど人気がありません。
とはいえ、ステアリングギアボックスの長所と短所を見てみましょう。
ピットマンアームの長さを変更することで、ニーズに合わせてステアリングの移動量を簡単に変更できます。ステアリングギアボックスには機械的倍率が大きいため、大型車に最適です。また、頑丈なデザインであるため、比較的安定しており、より頑丈な感じがします。また、バックラッシュをなくすための調整も比較的簡単です。ステアリングギアボックスは、高速道路での運転など、曲がる必要がほとんどない、またはまったくない楽な運転に最適です。損傷しにくい車両の領域に取り付けられています。いくつかのシナリオでは、リンケージが損傷しているにもかかわらず、車両は依然として何らかのステアリング制御を持っています。
ステアリングギアボックスシステムは複数の可動部品で構成されているため、摩耗点が多いために摩擦のリスクが高くなります。この多数のコンポーネントは、ステアリングシステムを比較的重くし、効率を低下させるため、ほとんどのステアリングギアボックスの問題の原因になります。ステアリングレシオが高いため、旋回時のステアリング音からもわかるように、ステアリングギアボックスには多くのステアリング操作が必要です。もう1つの問題は、ステアリングギアボックスの価格が高いことです。
最近のほとんどの車両は、ラックアンドピニオンギアシステムを使用しています。ラックアンドピニオンの例には、車、バス、SUV、トラックなどがあります。その名前が示すように、それはピニオンとラックで構成されています。ラックアンドピニオンシステムは、回転運動をまっすぐな直接運動に変換するだけです。これはおそらく、それが長年にわたって自動車業界でますます人気が高まっている理由を説明しています。
このステアリングシステムは、独立したステアリングホイールサスペンションを備えた前輪車両で使用できるという便利さから人気があります。ラックアンドピニオンの設計は、基本的にタイロッドのグループにリンクされたバー（歯付き）に取り付けられたギアであるため、非常にシンプルです。ラックアンドピニオンシステムは、手動または可変アシスト電源システムのいずれかですが、ほとんどは電源アシストです。
手動オプションでは、ステアリングギアシャフトの端にピニオンギアがあり、調整可能なタイロッドによってステアリングアームに取り付けられている長いラックに相互接続されています。
パワーステアリングラックとピニオンオプションを備えた車両は、異なるデザインで提供されます。ここでは、パワーラックの側面に取り付けられた2本の鋼管が、圧力と戻りのラインとして機能しながら、ステアリング機能（左右に曲がる）を実行するように設計されています。
では、ラックアンドピニオンシステムはどのように機能しますか？手動システムでは、ラックの両端がチューブから伸びるように、金属製のチューブに入れられたラックアンドピニオンギアセットがあります。このギアセットは、2つのことを行うように設計されています。ハンドルの回転運動を前輪を回す直接運動に変えるために作られています。また、車輪を回すのに必要な労力を軽減するように設計されています。これは、ギア減速を提供することによって行われます。ピニオンギアはステアリングシャフトに連結されているため、ステアリングホイールを回すとピニオンギアが回転してラックを動かします。次に、この動きがタイロッドに変換され、ステアリングナックルがボールジョイントで回転します。最終的に、車両の車輪は、車両が操縦されている方向に応じて一方の側からもう一方の側に移動します。これは手動オプションです。
パワーアシストステアリングオプションを使用すると、システムには、パワーアシストラックの両側に接続されたピストンを保持するシリンダーも付属しています。この場合、ラックはピストン上の高圧ステアリング液の作用によって動力を供給されます。
オプションに関係なく、ラックアンドピニオンステアリングシステムは非常にシンプルで非常に効率的です。ラックアンドピニオンシステムは主に自動車産業で使用されていますが、他のラックアンドピニオンアプリケーションには、ゲート、鉄道、エレベータが含まれます。
ラックアンドピニオンシステムの長所と短所のいくつかを次に示します
ラックアンドピニオンは、ほとんどの最新の車両に搭載されているため、非常に人気があります。これは主に、ステアリングギアボックスシステムよりも優れているためです。ただし、すべての機械的な装置と同様に、障害がないわけではありません。記事のこのセクションでは、車両にラックアンドピニオンステアリングシステムを使用することの長所と短所に焦点を当てます。
ラックアンドピニオンステアリングシステムは、伝達効率が高いのと同じくらいコンパクトなシンプルなデザインです。部品点数が少ないため、摩耗点が少なく、摩擦のリスクが少なくなります。その意味するところは、ラックアンドピニオンの修理が少なくなり、その間の距離が遠くなるということです。ラックアンドピニオンステアリングシステムは、部品点数が少なく、製造コストが低く、製造が比較的容易なため、価格が低くなっています。ラックアンドピニオンステアリングシステムにより車両が軽量化されているため、燃費が向上します。
ラックアンドピニオンステアリングシステムは、車両の操舵に必要な労力が少ないため、操舵比が低くなり、車両をより細かく制御できます。さらに、内側のタイロッドの直接運動は、ジオメトリにも優れています。
ラックアンドピニオンステアリングシステムの欠点の1つは、ラックに切り込むことができる歯の数が限られているため、利用できる移動量が少ないことです。もう一つのことは、このステアリングシステムを古い車に改造するのは少し難しいかもしれないということです。このタスクが適切に処理されない場合、処理が不十分になるリスクがあります。
1980年代頃、ラックアンドピニオンシステムがショーを盗む前は、ステアリングギアボックスが自動車のステアリングシステムとして選択されていました。まだいくつかのステアリングギアボックスシステムがありますが、最近見られるほとんどすべての車両はラックアンドピニオンシステムを操作しています。そして、これは主に両方のステアリングシステムの違いによるものです。ほとんどの製品と同様に、新しいラックアンドピニオンシステムは、古いステアリングギアボックスを大幅に改善しています。ステアリングギアボックスをラックアンドピニオンと比較することは、再循環ボールシステムが本質的にステアリングギアボックスであるため、ラックアンドピニオンと再循環ボールの比較に似ています。とはいえ、ステアリングギアボックスとラックアンドピニオンシステムの違いを見てみましょう。
まず、ステアリングギアボックスシステムは、ラックアンドピニオンステアリングシステムよりもはるかに多くのステアリングパーツ（センターリンク、アイドラーアーム、タイロッドスリーブ、ピットマンアームなど）を使用します。これによりステアリングギアボックスは対応するものよりもはるかに強力になりますが、これらの余分な部品によりかなり重くなります。その場合、非常に多くのコンポーネントが互いに接触することによる摩擦のリスクも高まります。
そのうえ？ステアリングギアボックスは、ラックアンドピニオンシステムで機能するものとは異なるリンケージを備えているため、操作が異なります。ステアリングギアボックスでは、ステアリングホイールは、ステアリングホイールが回されると回転するネジ付きボルトにリンクされています。ステアリングホイールを回すとピニオンギアが回転し、ラックが左から右に移動するラックアンドピニオンシステムとは異なります。
それは違いが終わるところではありません。ステアリングギアボックスシステムには比較的多数の可動部品が含まれているため、排気量が多くなり、ステアリング比が高くなります。これは、ラックアンドピニオンシステムには当てはまりません。ラックアンドピニオンシステムは、ステアリング比が向上しているため、ステアリング時の応答性が向上しています。ラックアンドピニオンステアリングシステムは、より単純な設計を誇り、自動車メーカーにとってより費用効果が高くなります（すべてその部品の生産を自動化する機能のおかげです）。コンポーネントの数とラックアンドピニオンシステムのサイズを考慮すると、特に特定の車両のニーズを満たすために構築する方がはるかに簡単な場合に、より多くの自動車メーカーがラックアンドピニオンシステムを選択する理由を簡単に理解できます。
ラックアンドピニオンステアリングシステムは、車両の製造方法を変えたため、ステアリングシステムに革命をもたらしました。自動車メーカーは、より費用対効果が高く、操縦しやすい車を作ることができるようになりました。これは、ステアリングギアボックスのステアリングシステムでは実現できません。
最も一般的なステアリングシステムは、ラックアンドピニオンシステムです。これは、ラックアンドピニオンギアセットが金属管に入れられた単純なシステムです。ラックの両端はチューブから突き出ており、タイロッドに接続されています。ピニオンギアもステアリングシャフトに接続されているので、ハンドルを回すとギアが回転し、ラックが動きます。この動きはタイロッドに変換され、ステアリングナックルがボールジョイントで回転します。したがって、車両の車輪は、車両が操縦されている方向に沿って移動します。ラックアンドピニオンシステムは、車、小型トラック、SUVによく見られます。
いいえ、違います。それらは異なるデザインを持っており、そのように異なる操作をしています。ステアリングギアボックスシステムは、ラックアンドピニオンシステムよりもコンポーネントが多く、重く、一般的に取り扱いが簡単ではありません。ラックアンドピニオンシステムはシンプルなデザインで、よりコンパクトです。
ステアリングボックスの2つの主なタイプは次のとおりです。
ワームとセクター： このステアリングボックスは、ネジ（「ワーム」と呼ばれる）を備えたステアリングホイールシャフトで構成されています。また、ハンドルを回すと上下に動くセクションギアが付属しています。セクションギアが動くと、ホイールを回転させるピットマンアームが作動します。
ワームとローラー：このステアリングボックスを使用すると、 ローラー（セクションギアに代わるもの）がクロスシャフトにリンクされています。そのため、ハンドルが回転すると、ウォームスクリューが回転し、ローラーが回転します。その結果、クロスシャフトがねじれてピットマンアームを動かし、ホイールの方向を強制的に変更します。
ラックアンドピニオンが不良な車両を運転することはお勧めしません。これは、ラックアンドピニオンが不良であると、車両を安全に運転するために必要な適切な量の制御を得ることができないためです。自由な遊びが多すぎるため、車両を直線で操縦することが難しくなり、あなたや他の道路利用者にとって危険になる可能性があります。
ラックアンドピニオンステアリングは、より多くの部品を備えた再循環ボールステアリングシステムよりも簡単です。そのため、ラックアンドピニオンとの摩擦が少なくなり、ステアリングの応答性とコンパクトさが向上し、より良い運転体験が得られます。ラックアンドピニオンシステムも、再循環ボールシステムよりも軽量で効率的です。ラックアンドピニオンシステムは部品の使用量が少なく、比較的軽量であるため、車両への取り付けがはるかに簡単です。
ステアリングギアボックスとラックアンドピニオンのこの公開でこれまで読んだことで、両方のステアリングシステムがどのように機能するかをよりよく理解する必要があります。車を手に入れようとしている多くの人々（現在車を持っている人でさえ）は、トランスミッションの種類、燃費、走行距離、美学などについて心配することがよくあります。ほとんどの人は、車両の安全性と運転体験に対するその重要性を十分に理解していないため、車両のステアリングシステムについてあまり気にしません。
うまくいけば、この記事を読んだ後、情報に基づいた決定を下すことができるでしょう。あなたのステアリングシステムはあなたの車の重要な部分であり、真剣に受け止められるべきです。何が内部にあるのか、そしてそれを最大限に活用する方法を知るために検査を受けてください。