ヘビーデューティ補助ステアリング用スイングシリンダー

大型車両には制御されたステアリングが必要です。特に複数の車軸が連携して動作する場合にはなおさらです。しかし、車軸周辺のスペースは限られていることが多く、操舵荷重は高くなりがちです。ラックピニオン式のスイングシリンダは、油圧の力をコンパクトに操舵トルクへ変換する手段を提供します。

車両メーカーや車軸システムのサプライヤーにとって、このアクチュエータの選定は単に寸法を確認するだけの作業ではありません。出力トルク、首振り角度、取付強度、制御設計のすべてが車両に適合している必要があります。

本稿では、その機構の動作原理と、B2Bバイヤーが特注の油圧シリンダを注文する前に確認すべき事項について解説します。

ラックピニオン式スイングシリンダの仕組み

ラックピニオン式スイングシリンダは、ピストンの直線運動を限られた範囲の回転運動に変換します。圧油が一方の作動室に流入すると、反対側の室から油が流出します。これによりピストンとラックが移動し、噛み合うピニオンと出力軸が回転します。油の流れを逆にすると回転方向も逆になります。

補助ステアリングシステムにおいて、出力軸はステアリングアームまたはリンケージに接続されます。リンケージは次にステアリングナックルをキングピン回りに回転させ、車輪の方向を変更します。

動作は単純な順序で進行します:

油の流れが方向を変える → ラックが移動する → ピニオンが回転する → ステアリングリンケージが動く → 車輪が向きを変える。

連続回転用に設計された油圧モーターとは異なり、スイングシリンダは定められた角度範囲内で動作します。そのため、そのストロークはステアリングジオメトリと一致している必要があります。

補助ステアリングにスイングシリンダを使用する理由

水平型のラックピニオン構成は、大型車軸付近の限られたスペースに適します。車両の設計によっては、多軸トレーラー、特殊作業車、クレーン搭載トラックのシャシーにおける補助操舵軸などに採用されることがあります。

主な利点は以下の通りです:

• コンパクトな取付: ボディと出力接続部を、利用可能な車軸スペースに合わせて設計できます。
• 高トルク出力: 油圧とラックピニオンの構成により、用途に必要な回転力を提供します。
• 剛性の高い伝達: 設計された歯車駆動は、弾性変形を抑えて操舵指令を伝達するのに役立ちます。
• 制御されたストローク: 定められた首振り範囲は、明確な操舵限界をサポートします。
• カスタマイズ可能なインターフェース: マウント、シャフト、ポートを車両のレイアウトに合わせて調整できます。

ただし、正確な操舵はシステム全体に依存します。歯車のバックラッシ、リンケージの隙間、油の状態、制御応答性はすべて車輪の位置決めに影響します。低バックラッシュは設計目標であり、ゼロバックラッシュを前提とすべきではありません。

補助ステアリングとクレーンの旋回では荷重が異なります

スイングシリンダーは異なる機構を駆動させる可能性がありますが、それらの負荷経路は同一ではありません。

クレーンの旋回装置では、アクチュエータが上部旋回体を回転させます。旋回ベアリングと支持構造体が、それに伴う軸方向、ラジアル方向、転倒モーメントを負担します。

補助ステアリングでは、アクチュエータは車輪の向きを変えるためのトルクを供給します。車両重量と路面からの力は、主にタイヤ、ホイールベアリング、ステアリングナックル、キングピン、車軸構造を通じて伝わります。

それでもなお、路面からの衝撃や操舵抵抗はリンケージを通じてフィードバックされることがあります。したがって、シリンダ、シャフト、マウント、油圧回路は、想定される負荷に耐えるよう設計されなければなりません。アクチュエータを路面からの衝撃から切り離して扱うべきではありません。

スイングシリンダ操舵システムの主要部品

シリンダーは、完全なステアリングシステムの一部です。その性能は、以下の部品がどのように協調動作するかによって決まります。

油圧バルブ

方向制御弁と流量制御弁が動作を管理します。必要に応じて、パイロットチェックバルブ（落下防止弁）が意図しない動作を抑えます。バルブの選定にあたっては、制御された解放、圧力ピーク、車両の想定される動作モードを考慮しなければなりません。

油圧ロックだけでは、車輪が完全に固定されたままであることを保証するものではありません。内部漏れ、油の圧縮性、機械的隙間は依然として位置に影響を与える可能性があります。

角度センサー

オプションの角度センサーは、車両コントローラーにフィードバックを提供します。協調多軸ステアリングにおいて、制御システムはこのフィードバックを必要な操舵指令とともに使用します。

車軸の挙動を一致させることは、常に同一の角度を使用することを意味するわけではありません。各車軸は、その位置と車両のジオメトリに基づいて、異なる目標角度を必要とする場合があります。

ステアリングアームおよびタイロッド

これらの部品は、トルクをステアリングナックルに伝達します。それらの寸法は、アクチュエータの回転と車輪角度の関係を決定します。

内輪と外輪は、一般的に旋回時に異なる角度を必要とします。そのため、リンケージは意図されたステアリングジオメトリに従わなければなりません。

ストロークリミット

機械式ストッパーと制御上の制限は、過剰な動作を防ぐのに役立ちます。これらはタイヤのクリアランス、ホースの取り回し、車軸の可動域と協調させる必要があります。すべてのスイングシリンダに、最大操舵荷重を吸収するのに適した内蔵ストッパーが備わっていると想定しないでください。

OEM用油圧シリンダに仕様指定すべき項目

明確な技術仕様書は、OEM用油圧シリンダ のプロジェクトが概念から実現可能な設計へと進むのを助けます。

見積もりを依頼する前に、以下の情報を準備してください: