Файл: Бухарин Н.А. Автомобили. Конструкции, нагрузочные режимы, рабочие процессы, прочность агрегатов автомобиля учеб. пособие.pdf

Вал червяка в картере может устанавливаться или на кони­ ческих подшипниках, воспринимающих осевые усилия вала (авто­ мобили КрАЗ и МАЗ без усилителей), или на цилиндрических подшипниках 3 («Урал-375»), допускающих осевой ход червяка. Осевой ход червяка необходим для обеспечения перемещения зо­

лотника распределителя при включении в работу усилителя руля. Ограниче­ ние хода червяка (до 0,95— 1,1 мм на сторону) и восприятие его осевых уси­ лий, возникающих при

кабине водителя.

На рис. XVI.4 приведены необходимые исходные данные для конструктивного анализа и расчета червячно-спироидных передач. Вывод основных зависимостей может быть выполнен также с ис­ пользованием формул, которые были получены ранее для гипоид­ ных передач (см. гл. IX), если в указанных формулах положить

углы б1 = 0 и б 2 = ^ - (рис. XVI.4, а). На рис. XVI.4, б пока­

заны действующие в зацеплении силы, из которого очевидны соот­ ношения (без учета потерь, т. е. при к. п. д. червячно-спироидной

430

лие Q2 иа секторе равны и противоположны по направлению. На­ правление их постоянно и не зависит от того, в какую сторону вращается рулевое колесо. Направление остальных сил изменится, если изменить направление вращения рулевого колеса. Кроме того, таблица показывает, что одноименные силы не равны между собой и определяются из самостоятельных выражений.

На рисунке и в таблице обозначены: Рш, Rm — усилие на руле­ вом колесе и радиус штурвала; Л4Ѳ= Рш$ ш = Мш— момент, подведенный к рулевому колесу; а — угол зацепления, ßb ß2 — углы спиралей нарезки червяка и зубьев сектора, отсчитываемые между окружной и нормальной силами; гх и г2 — радиусы началь­ ной окружности червяка и сектора.

Найдем выражение для углового передаточного числа чер- вячно-спироидного рулевого механизма. Для этого воспользуемся

где Ар „ — силовое передаточное число (подобно коэффициенту трансформации) рулевого механизма; М ѳ (Мш) и MQ — моменты, приложенные к рулевому колесу и валу сошки.

Кроме того (см. рис. XVI.4)

После подстановки в выражение для тір. м значений Мй и Л4Ѳполучим

431

К. п. д. рулевых механизмов с червячно-спнроидным зацепле­ нием определяется по формулам (без учета гидравлических потерь и потерь в подшипниках и сальниках):

прямой

Для червячно-спнроидных рулевых механизмов автомобилей МАЗ-200 и «Урал-375» ßi = 8 ° 52' и ߣ = 40° 27'.

Расчеты показывают, что для рулевых механизмов этого типа Лр.м = 0 ,7 3 -4- 0 ,7 7 , а г|м р= 0,55^-0,60.

При изготовлении рулевых механизмов рассматриваемого типа

ние поверхности сектора в плоскости его вращения относительно оси вала сошки на радиусе 120— 140 мм — не более 0,02 мм.

Рулевые механизмы с глобоидным червяком и роликом. Такие рулевые механизмы устанавливаются на легковых автомобилях (ГАЗ-24 «Волга» и др.) и грузовых автомобилях малой (УАЗ-452) и средней грузоподъемности (ГАЗ-53, ЗИЛ-130). На валу 2 сошки (рис. XVI.5, а) на игольчатых подшипниках установлен ролик 3, имеющий гребни. Эти гребни входят в зацепление с нарезкой глобоидного червяка 4, посаженного на вал 5 рулевого колеса. При вращении рулевого колеса поворачивается червяк, который, увле­ кая ролик, заставляет поворачиваться вал сошки. Описываемый рулевой механизм обладает рядом положительных качеств:

1 ) обеспечение при ограниченных габаритах по длине необ­ ходимой благодаря глобоидальности продолжительности зацепле­ ния и весьма развитого контактирования гребней ролика с на­ резкой червяка (снижение удельного давления и повышение износо­ стойкости);

2 ) рассредоточенным действием нагрузки (повышение проч­ ности) на контактируемые детали в зацеплении (в зависимости от веса машины число гребней изменяется от двух до четырех); 3) малые потери-на трение благодаря замене трения скольже­ ния трением качения (повышение к. п. д. до т]р м = 0,77-4-0,82);

432

4) возможностью многократного выполнения регулировочных работ по устранению зазоров в зацеплении и конических подшип­ никах.

Ось 1 ролика по отношению к оси червяка 4 смещена на вели­ чину А = 5н-7 мм. Это позволяет устранять износы зацепления путем эксплуатационных регулировок. За счет вращения винта (пробки) 6 при очередных регулировках ролик 3 вместе с валом 2 сошки перемещаются вправо. Рулевой механизм выбраковывается

после выбора в процессе эксплуатации всей регулировочной зоны А. Возможность выполнения регулировочных работ обеспе­ чивается рациональным изменением осевого зазора AS = 2 AR X X tg б в зацеплении (рис. XVI.5, 6 ) ,’где б — половина угла при вершине гребня ролика; AR — приращение радиуса. Прираще­ ние получено смещением оси вала сошки относительно центра образующей червяка в направлении к оси червяка на величину % = 2,5н-5 мм. В среднем положении AR — 0 и AS = 0, т.- е. в среднем положении обеспечивается плотное беззазорное зацеп­ ление. Для улучшения условий зацепления ось ролика несколько развернута (с целью образования угла в = 5-н7°) и не образует с осью вала сошки прямого угла.

Зазоры в обоймах конических подшипников выбираются путем уменьшения числа регулировочных прокладок П под нижней

433

крышкой картера рулевого механизма. Угол ßx подъема винтовой линии червяка переменный, постепенно уменьшающийся от центра к периферии. В горловом сечении угол ßl = 90°— ßx достигает наибольшего значения

и для выполненных конструкций не превышает 5— 10°. В приве­ денной формуле t — шаг винтовой линии; z x -г- число заходов червяка; d x—начальный диаметр червяка в наиболее узком сечении.

При нейтральном положении рулевого колеса передаточное число рулевого механизма глобоидный червяк — ролик будет

синдексом 1 относятся к ведущему элементу зацепления (червяку),

ас индексом 2 — к ведомому (ролику).

Выражения сил для червяка приведены в табл. XVI.2.

Кривошипно-винтовые рулевые механизмы. Механизмы этого типа (рис. XVI.6 ), широко применявшиеся на автомобилях ранее,

434

не потеряли своего значения и сейчас. За одно целое с валом 2 сошки выполнен кривошип 3, в проушине которого в специальном стакане установлен шип 1. Шип опирается на игольчатые под­ шипники и упорный шариковый подшипник. Шип кривошипа взаимодействует с нарезкой винта 4. Винт зафиксирован в картере рулевого механизма посредством радиально-упорных подшипни­ ков 5. В среднем положении шип возвышается над осью винта на величину а. Такое начальное положение позволяет обеспечить необходимую продолжительность нормального зацепления шипа с нарезкой.

Зазоры в опорных подшипниках винта, образующиеся в экс­ плуатации, выбираются уменьшением прокладок Я, а зазоры в за­ цеплении — при помощи регулировочного винта РВ. Этот же винт воспринимает осевые усилия, возникающие в зацеплении.

Отмечавшаяся для рассматриваемого рулевого механизма низ­ кая износоустойчивость шипа преодолена за счет применения не­ скольких шипов на кривошипе с установкой их на подшипниках качения, а также за счет подбора материалов и оптимального ре­ жима термообработки.

Характер изменения углового передаточного числа гр м для рулевых механизмов кривошипно-винтового типа может быть самым разнообразным и легко поддается регулированию в нужном направлении. Это важное свойство отличает их с положительной стороны от других типов рулевых механизмов. В частности, за счет специальной нарезки винта можно получить оптимальную

Кривошипно-винтовые механизмы рекомендуются прежде всего для автомобилей, которые не оборудуются усилителями. Выбрав соответствующую характеристику углового передаточного числа, можно добиться хорошей маневренности и легкости управления. •

Из схемы сил (рис. XVI.6 , б) с достаточным приближением можно считать, что Р 1 = R 2\ Qx = Р 2 и = Q2Расчетные выражения для определения сил, приложенных к-винту, приве­ дены в табл. XVI.2 (графа для червяка).

Комбинированные рулевые механизмы. Из комбинированных наибольшего внимания заслуживают рулевые механизмы типа винт—гайка—рейка—сектор. Эти механизмы отличаются повы­ шенным ресурсом работы и по этой причине получили широкое распространение, особенно на тяжелых машинах (КрАЗ, МАЗ,

рис. XVI.7 .'Аналогичные конструкции рулевых механизмов при­ менены также на автомобилях КрАЗ-255, КрАЗ-256, БелАЗ-540, БелA3-548 и др.

435