Кормилна уредба със зъбна рейка и пиньон

Кормилната уредба със зъбна рейка и пиньон е механизмът, който превръща въртенето на волана в страничното движение, необходимо за завъртане на предните колела на автомобила. Тя става доминираща кормилна система при леките автомобили от 1970-те години нататък, защото е компактна, лека, механично проста и предлага директност, която по-старите системи трудно постигат. Там, където по-ранните конструкции разчитат на безкраен винт, действащ чрез поредица от рамена, схемата със зъбна рейка и пиньон върши работата с далеч по-малко подвижни части — една от причините тя да измести почти изцяло кормилния механизъм с циркулиращи сачми при повечето автомобили.

Сърцето на системата е кръгло зъбно колело — пиньонът — закрепено в долния край на кормилната колона. Този пиньон се зацепва с дълга, плоска греда, наречена рейка, която носи редица зъби по част от дължината си. Когато водачът завърти волана, пиньонът се завърта и зъбите му „крачат“ по рейката, тласкайки я наляво или надясно в корпуса ѝ. Всеки край на рейката се свързва чрез накрайник на напречна щанга с кормилния лост на главината на колелото, така че страничното преместване на рейката завърта едновременно и двете предни колела. Предавателното отношение, определено от размера на пиньона и стъпката на зъбите, задава колко завъртания на волана са нужни от край до край; много системи използват рейка с променливо отношение, която е по-бърза около центъра и по-бавна към пълно завъртане.

За водача привлекателността е в усещането и реакцията. Тъй като връзката между волана и рейката е къса и до голяма степен без луфт, малките движения на волана водят до незабавна промяна в посоката, а силите, предадени обратно през колоната, дават ясно усещане за сцеплението и пътната настилка. Тази прецизност повишава както увереността, така и безопасността, особено при бързи смени на лентата или избягващи маневри, и до голяма степен е причината системата да подхожда на всичко — от градски хечбек до спортен автомобил.

Почти всички съвременни уредби със зъбна рейка и пиньон са с усилвател, тъй като чистото усилие за завъртане на тежък автомобил при скорост за паркиране би било значително. Ранното подпомагане е хидравлично — бутало в рейката, захранвано от помпа, добавя сила; повечето нови автомобили днес използват електрически сервоусилвател, при който двигател действа на колоната или рейката и подпомагането може да се настройва електронно и да се променя със скоростта. Същата архитектура стои в основата и на управлението на четирите колела, при което втори изпълнителен механизъм завива задната ос в съгласие с предната.

Основните точки на износване са втулките на рейката, лагерът на пиньона и накрайниците и сферичните стави, които с времето могат да развият луфт и да предизвикат тропане или неясно управление. Защитните маншети, които пазят рейката от прах и вода, са честа повреда, която, ако се пренебрегне, води до вътрешна корозия. Въпреки тези съображения за поддръжка, дълготрайността и точността на системата я запазват като подразбиращ се избор в цялата индустрия.