Sterzo a cremagliera (rack-and-pinion)

Lo sterzo a cremagliera è il meccanismo che traduce la rotazione del volante nel movimento laterale necessario a far girare le ruote anteriori di un'automobile. È diventato il sistema di sterzo predominante sulle vetture a partire dagli anni Settanta perché è compatto, leggero, meccanicamente semplice e offre una prontezza che i sistemi precedenti faticavano a eguagliare. Laddove i progetti più datati si affidavano a una vite senza fine che agiva attraverso una serie di leveraggi, lo schema a cremagliera svolge lo stesso compito con un numero molto inferiore di parti in movimento, una delle ragioni per cui ha soppiantato in modo netto la scatola guida a circolazione di sfere sulla maggior parte delle vetture.

Il cuore del sistema è un ingranaggio circolare, il pignone, fissato all'estremità inferiore del piantone dello sterzo. Questo pignone ingrana con una lunga barra piatta detta cremagliera, che reca una dentatura lungo una parte della sua lunghezza. Quando il conducente gira il volante, il pignone ruota e i suoi denti scorrono lungo la cremagliera, spingendola a sinistra o a destra all'interno del proprio alloggiamento. Ciascuna estremità della cremagliera è collegata tramite un tirante alla leva dello sterzo sul mozzo, così che lo scorrimento laterale della cremagliera ruoti entrambe le ruote anteriori all'unisono. Il rapporto di demoltiplicazione, determinato dalle dimensioni del pignone e dal passo della dentatura, stabilisce quanti giri di volante servono da fine corsa a fine corsa; molti sistemi adottano una cremagliera a rapporto variabile, più rapida in prossimità del centro e più dolce verso il fondo corsa.

Per il conducente, il fascino sta nel feeling e nella prontezza. Poiché il collegamento tra volante e cremagliera è breve e in larga misura privo di giochi, piccole azioni allo sterzo producono variazioni immediate di direzione, e le forze restituite attraverso il piantone trasmettono una chiara percezione dell'aderenza e del fondo stradale. Questa precisione migliora sia la fiducia sia la sicurezza, in particolare durante rapidi cambi di corsia o manovre di emergenza, ed è in gran parte il motivo per cui il sistema si addice tanto a una citycar quanto a una sportiva.

Quasi tutti i moderni sistemi a cremagliera sono servoassistiti, poiché lo sforzo grezzo per sterzare una vettura pesante alle velocità di parcheggio sarebbe altrimenti notevole. La prima assistenza era idraulica, con un pistone alimentato da una pompa integrato nella cremagliera ad aggiungere forza; la maggior parte delle vetture nuove adotta oggi il servosterzo elettrico, in cui un motore agisce sul piantone o sulla cremagliera e l'assistenza può essere tarata elettronicamente e variata con la velocità. La stessa architettura è alla base anche delle quattro ruote sterzanti, dove un secondo attuatore sterza l'assale posteriore in accordo con quello anteriore.

I principali punti di usura sono le boccole della cremagliera, il cuscinetto del pignone e i tiranti con le testine sferiche, che con il tempo possono sviluppare gioco e produrre rumori metallici o uno sterzo vago. Le cuffie di protezione che tengono lontani polvere e acqua dalle estremità della cremagliera sono un guasto frequente che, se trascurato, porta alla corrosione interna. Nonostante queste considerazioni manutentive, la durata e la precisione del sistema lo mantengono la scelta standard in tutto il settore.