Червячные рулевые механизмы.

Такие механизмы применяют как на легковых, так и на грузовых автомобилях и автобусах. Наибольшее распространение получили червячно-роликовые рулевые механизмы (ВАЗ-2101-07, «Москвич-2140», ГАЗ-3102, ГАЗ-53А, УАЗ и др.). Рулевые пары состоят из глобоидного червяка и двух- или трехгребневого ролика. В редких случаях для автомобилей особо малого класса применяют одногребневой ролик. Упрощенная схема червячно-роликовой рулевой пары показана на рис.4. а.

Глобоидный червяк предназначен для увеличения рабочего угла (угла, определяемого зацеплением рулевой пары) поворота вала сошки. Червяк устанавливают на радиально-упорных шариковых или конических роликовых подшипниках, а ролик на шариковых или игольчатых подшипниках в пазу вала сошки. Иногда и в опорах вала сошки используют подшипники качения. Все это обеспечивает таким механизмам сравнительно высокий КПД:

0,85, 0,70.

Передаточное число рулевых механизмов с двух- и трехгребневым роликом, определяемое отношением числа зубьев червячного колеса (ролик рассматривается как сектор червячного колеса) к числу заходов червяка, практически постоянное.

Рис.4. Червячно-роликовый рулевой механизм

Червяк, как правило, однозаходный. Зазор в зацеплении ролика с червяком переменный, что может быть обеспечено при разных значениях радиусов r₂ дуги образующей червяка и r₁ траектории ролика. Разница этих радиусов позволяет регулировать зазор в зацеплении, т.е. сближать элементы пары, не опасаясь их заклинивания в крайних положениях. Для расширения зоны беззазорного зацепления в ряде конструкций червячно-роликовых пар червяк посажен эксцентрично относительно оси рулевого вала.

Пример конструкции рулевого механизма с червячно-роликовой парой показан на рис.4.б. Этот механизм, устанавливаемый на автомобиле ГАЗ-3102 имеет, как все механизмы такого типа, регулировки: осевого зазора при помощи прокладок под передней крышкой и зацепления при помощи регулировочного винта, перемещающего вал сошки вместе с роликом, начальное смещение оси которого относительно оси червяка составляет 6...6,5 мм. Для обеспечения хорошего контакта ролика с червяком ось ролика расположена не перпендикулярно оси вала сошки, а имеет наклон, угол которого близок среднему углу наклона витков червяка.

На некоторых грузовых автомобилях «Урал-4320» (рис.5.) устанавливают червячно-спироидные рулевые механизмы с боковым сектором.

Рис.5. Червячно-секторный рулевой механизм

 

В рулевой паре этого типа обеспечивается достаточно малое давление на зубья при передаче больших усилий. Передаточное число механизма практически постоянное:

где , - радиусы начальных окружностей соответственно червяка и сектора;

β₁, β₂ - углы соответственно подъема винтовой линии червяка и наклона зубьев сектора;

Z₁, Z₂ - число заходов червяка и число зубьев зубчатого колеса, из которого выделен сектор.

 

Наличие трения скольжения в паре обусловливает сравнительно низкий КПД этого рулевого механизма ( 0,65...0,75, 0,55...0,60).

Здесь рулевой вал с червяком установлен на цилиндрических роликовых подшипниках, допускающих некоторое осевое перемещение в пределах перемещения закрепленного на нем золотника гидроусилителя. Вал сошки, выполненный как одно целое с боковым сектором, установлен на игольчатых подшипниках. Зазор в зацеплении червяка с зубчатым сектором переменный, наименьший в среднем положении сектора, что достигается нарезкой зубьев сектора специальной формы.

Зацепление регулируют, изменяя толщину прокладок под крышкой, имеющей выступ, упирающийся в торец сектора.

 

Винтовые рулевые механизмы.

Эти механизмы могут иметь различное конструктивное исполнение: винторычажные («винт – гайка - рычаг», «качающийся винт и гайка», «винт и качающаяся гайка») и винто-реечные.

Винторычажные рулевые механизмы в настоящее время применяются редко, так как имеют низкий КПД и компенсировать износ регулировкой невозможно.

Винтореечные рулевые механизмы широко применяются на автомобилях всех типов (ЗИЛ, КамАЗ, МАЗ, БелАЗ, КАЗ, «Магирус» и др.). Винтореечный рулевой механизмвключает в себя винт 1, шариковую гайку-рейку 2 и сектор 3, выполненный за одно целое с валом сошки (рис.6. а).

 

Рис.6. Винтореечный рулевой механизм

 

Найдем передаточное число этого механизма (рис.6.б.).

При повороте рулевого колеса на элементарный угол dα гайка переместится на величину:

где h_B - шаг винта).

Соответствующий этому перемещению элементарный угол поворота вала рулевой сошки:

Отсюда следует, что постоянно.

КПД винтореечного механизма высокий в обоих направлениях ( 0,8...0,85), поэтому без усилителя, воспринимающего толчки со стороны дороги, его целесообразно устанавливать только на легковые автомобили малого класса.

Беззазорное зацепление в среднем положении этого механизма осуществляется при помощи следующих мероприятий:

- профиль канавок винта и гайки эллиптический, образованный двумя дугами несколько большего радиуса, чем радиус шарика, что дает возможность шарику соприкасаться с профилем канавки в двух точках канавки винта и в двух точках канавки гайки. Винты, гайки и шарики рассортировывают на несколько групп с последующей селективной сборкой;

- зубья сектора (рис.6,б ) нарезают из центра смещенного относительно оси вала сошки (Δr ~0,5 мм), это позволяет устранять зазор после износа, не опасаясь заклинивания в крайних положениях, где зуб сектора имеет меньшую толщину, чем в середине сектора.

 

Зазор в зацеплении сектора и переменный. Регулируют зацепление винтом, перемещающим вал сошки вместе с сектором, зубья которого нарезаны углом к валу сошки.

На ряде автомобилей (КАЗ, МАЗ, КрАЗ) в настоящее время применяют винтореечные рулевые механизмы, в которых зубья нарезаны параллельно оси вала сошки, т. е. не имеют клиновидной формы (рис.7.).

 

Рис.7. Винтореечный рулевой механизм автомобиля КАЗ - 4540

 

Зацепление в механизмах регулируют поворотом вкладышей 1 и 2, в которые запрессованы подшипники скольжения, внутренняя поверхность которых эксцентрична.