車が曲がるメカニズム

車がハンドルを切った方向に曲がるメカニズム

 

 

自動車の基本性能である「走る」「曲がる」「止まる」。

 

 

車を運転するときに当たり前に行っている操作なのですが、どんな仕組みでその作用が起きているのか?

 

 

そのメカニズムを理解できている人は少ないはずです。

 

 

そのうちの「走る」については以下のページで解説しました。

 

>>エンジンがかかる仕組みと車が動くメカニズム

 

 

そこで今回は第二弾として、「車がハンドルを切った方向に曲がるメカニズム」について見ていきたいと思います。

 

 

クルマはどんな仕組みで「曲がる」のでしょうか?

 

 

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ギアのかみ合わせでタイヤの方向を変える

 

直進している車は、ハンドル(ステアリングホイール)を切った方向に曲がっていきます。

 

 

ステアリングの先にはシャフトと呼ばれる棒が伸びていて、先端にピニオンギアがついています。

 

 

このギアが前輪のラックギアと噛み合って、タイヤの向きを左右に変える仕組みになっているのです。

 

 

このステアリングシステムのことを「ラック&ピニオン式」と言います。

 

 

 

ハンドル操作を楽にするパワーステアリング

 

ラック&ピニオン式は、車が止まっているときには、タイヤと路面の摩擦が強くステアリングを切るのに大きな力が必要になります。

 

 

そこで、油圧や電動のモーターを利用して、ステアリングを回転させる力をサポートする「パワーステアリング」が開発されました。

 

 

油圧式のパワーステアリングは、エンジンの力を利用して油に圧力をかけます。

 

 

そのため、パワーのない小型車ではパワーロスが大きく、適していないため、最近では電動式のパワステが採用されることが多くなっています。

 

 

パワーステアリングがなかった時代の車は、ハンドルが非常に重かったため、「パワステ」に対して「重ステ」と呼ばれていました。

 

 

 

クルマは摩擦のチカラで進む

 

 

では、タイヤの向きが変わると、自動車はなぜ曲がることができるのでしょう?

 

 

そもそもタイヤは、エンジンが発生させたパワーを路面を伝えるためのものです。

 

 

ですから、摩擦力が起こりやすいアスファルトなどの舗装路であれば、摩擦が働いてスムーズに進みます。

 

 

しかし、氷の上など、摩擦力が働きにくい路面では、スリップしてしまうこともあります。

 

 

 

タイヤと路面の摩擦抵抗で車は曲がる

 

タイヤは丸い形をしているので、路面との摩擦力が働いても、直進するなら転がることでスムーズに前進することができます。

 

 

ですが、これが真横に動かそうとするとタイヤは転がることができないため、消しゴムで文字を消すときのような大きな摩擦力が働くことになります。

 

 

つまり、動いている車のタイヤと路面の間には、常に「前後左右の摩擦」と「横方向の摩擦」が働いているわけです。

 

 

前輪の向きを変えると、直進しようとする力に対して前輪の角度が斜めを向くため、摩擦力が大きくなります。

 

 

そうすると、力の行き場がなくなった前輪は、斜めの方向に転がることで力を逃がそうとするのです。

 

 

「慣性で直進しようとする力」を「タイヤの駆動力」で左右方向に導くことで、実際のタイヤの軌道はカーブを描くことになります。

 

 

このようにして車は曲がることができるのですね。

 

 

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