Tannstangstyring (tannstang og kuggehjul)

Tannstangstyring er mekanismen som omsetter rattets rotasjon til den sideveise bevegelsen som trengs for å dreie bilens forhjul. Den ble det dominerende styresystemet på personbiler fra 1970-tallet og fremover fordi den er kompakt, lett, mekanisk enkel og gir en direkthet som eldre systemer slet med å matche. Der tidligere konstruksjoner var avhengige av et snekkegir som virket gjennom en rekke ledd, gjør tannstangløsningen jobben med langt færre bevegelige deler, noe som er én grunn til at den grundig har fortrengt kulemutterstyringen på de fleste biler.

Hjertet i systemet er et sirkulært tannhjul, kuggehjulet, festet til den nedre enden av rattstammen. Dette kuggehjulet griper inn i en lang, flat stang kalt tannstangen, som har en rekke tenner langs en del av lengden. Når føreren dreier rattet, roterer kuggehjulet og tennene vandrer langs tannstangen og skyver den til venstre eller høyre inne i huset. Hver ende av tannstangen er koblet via en styrestag til styrearmen på en hjulnav, slik at tannstangens sideveis bevegelse svinger begge forhjulene samtidig. Utvekslingsforholdet, bestemt av kuggehjulets størrelse og tannavstand, fastsetter hvor mange rattomdreininger som trengs fra anslag til anslag; mange systemer bruker en variabel tannstang som er raskere nær midten og tregere mot fullt utslag.

For føreren ligger tiltrekningen i følelse og respons. Fordi koblingen mellom ratt og tannstang er kort og stort sett uten slark, gir små styreutslag umiddelbare retningsendringer, og kreftene som mates tilbake gjennom rattstammen gir en klar fornemmelse av veigrep og veibane. Denne presisjonen forbedrer både trygghet og sikkerhet, særlig under raske filskift eller unnamanøvrer, og er en stor del av grunnen til at systemet passer alt fra bykombier til sportsbiler.

Nesten alle moderne tannstangsystemer er servoassisterte, ettersom den rene kraften til å dreie en tung bil i parkeringsfart ellers ville vært betydelig. Tidlig assistanse var hydraulisk, med et pumpematet stempel innebygd i tannstangen for å tilføre kraft; de fleste nye biler bruker nå elektrisk servostyring, der en motor virker på rattstammen eller tannstangen og assistansen kan avstemmes elektronisk og varieres med farten. Den samme arkitekturen ligger også til grunn for firehjulsstyring, der en andre aktuator styrer bakakselen i samspill med fronten.

De viktigste slitepunktene er tannstangbøssingene, kuggehjullageret og styrestagene med kuleledd, som kan utvikle slark og gi bankelyder eller upresis styring over tid. De beskyttende mansjettene som holder grus og vann unna tannstangendene er en vanlig feilkilde som, hvis den ignoreres, fører til indre korrosjon. Til tross for disse vedlikeholdshensynene gjør systemets holdbarhet og nøyaktighet at det forblir standardvalget i hele bransjen.