книги из ГПНТБ / Бухарин Н.А. Автомобили. Конструкции, нагрузочные режимы, рабочие процессы, прочность агрегатов автомобиля учеб. пособие

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

На автомобилях ЗИЛ (ЗИЛ-130, ЗИЛ-131 и др.) устанавли­ ваются рулевые механизмы такого же типа, но отличаются от последних совместной компоновкой с усилителем («гидроруль»). В зависимости от осббенностей компоновки и назначе­ ния автомобилей (многоос­ ные машины) рассматривае­ мый рулевой механизм может включать , дополнительный

P r f - f i i

Рис. X V I.7. Рулевой механизм типа винт— гайка— рейка— сектор

конический редуктор с шестернями 2 и 3. Регулировка конических

П 2. На машинах народнохозяйственного назначения конический редуктор не устанавливается.

436

Винт 4 в картере устанавливается на двух конических под­ шипниках, регулируемых с натягом прокладками П3. Гайка 6 в нарезке винта посажена на циркулирующие шарики, позволяю­ щие заменить трение скольжения трением качения. На нижней части гайки нарезаны зубья, образующие рейку. Сектор 5 рейки выполнен за одно целое с валом 7 сошки. Вал сошки смонтирован на удлиненных игольчатых подшипниках.

Регулировка зацепления осуществляется винтом 8. Регулиро­ вочная зона обеспечена конической формой и переменной толщиной зубьев рейки и сектора (угол конуса 6 = 7н-9°). Винты изготав­ ливаются однозаходными с постоянным шагом t — 12-т-18. Угол подъема ßl нарезки винта обычно берется 10— 15°. Количество шариков для одного рулевого механизма изменяется от 90 до 120, диаметр шариков 7—9 мм.

Высокая надежность и большой срок службы рулевых меха­ низмов обеспечиваются максимальным снижением трения (во всех звеньях — пары качения) и высоким к. п. д. (т)р м = 0,70^-0,90), точным изготовлением профиля беговых канавок с чистотой не менееѴЭ, применением шариков 2 и 3-го классов точности и селек­ тивной сборкой деталей. Для получения беззазорного соединения винта с гайкой допускается сборка деталей только одной группы. Размеры шариков, поступающих на сборку, не должны разли­ чаться более чем на 2 мкм. Зазор в винте не превышает 0 ;0 2 —• 0,03 мм.

Угловое передаточное число рулевых механизмов типа винт— гайка—рейка—сектор постоянно и равно (см. рис. XVI.7)

_ 2 яг2

Иногда на тяжелых машинах применяются рулевые механизмы типа винт—гайка—кривошип (рис. XVI.8 ). При вращении руле­ вого вала 1 гайка 2 передвигается по нарезке А винта и ведет кри­ вошип 3. Последний имеет, вильчатую форму. Гайка установлена в проушинах кривошипа на подшипниках скольжения. Поскольку кривошип при вращении рулевого колеса описывает дугу, то ниж­ ний конец вала делается безопорным (свободным): вал консольно изгибается.

Усилия, передаваемые на рулевой вал от гайки (прежде всего осевые), воспринимаются верхней опорой вала (на рисунке не показана).

Механизм не имеет регулировочных узлов. Подбором материа­ лов, снижением удельного давления в нарезке и надлежащей смазкой можно достичь желаемого срока службы такого рулевого механизма. Недостатки механизма: низкий к. п. д. и более напря­ женные условия работы рулевого вала.

437

Материалы, применяемые при изготовлении деталей рулевого механизма. Рулевые валы изготавливаются из среднеуглеродистых сталей 20, 35 и 45. Полуфабрикатом для рулевых валов служат бесшовные трубы. Глобоидные и цилиндрические червяки отко­ вываются из сталей 35Х, ЗОХНЗА; после механической обработки поверхность червяков цпаннруется на глубину 0,25—0,50 мм и за­ каливается. Твердость поверхности HRC 45—52. Для роликов применяются стадіи 12ХНЗА, 20Х, 18ХГТ. Поверхность роликов цементируется на глубину 1,2— 1,5 мм и закаливается; твердость HRC 52—56.

Винты и винтовые гайки для рулевых механизмов изготов­ ляются из сталей 18ХГТ; поверхность цементируется на глубину 1,2— 1,5 мм и закаливается, твердость HRC 58—64. Из стали 18ХГТ отковываются также секторы и валы сошки. Картеры ру­ левых механизмов отливаются из ковкого чугуна КЧ 37—12 или КЧ 35— 10.

§ 78. РУЛЕВЫЕ ПРИВОДЫ

Типовые схемы рулевых приводов и их общая оценка

Под рулевым приводом понимается система тяг и рычагов, осуществляющая передачу необходимых для поворота управляе­ мых колес (осей, тележек) усилий от рулевого механизма и уси­ лителя и обеспечивающая правильную кинематику движения автомобиля на повороте.

Типовые схемы рулевого привода автомобиля с одной парой передних управляемых колес приведены на рис. XVI.9: схема а относится к автомобилям с зависимой подвеской, а схема б — к ав­ томобилям с независимой подвеской.

438

Основными элементами привода являются сошка, продольная тяга, рычаг поворотной цапфы и трапеция, образованная боко­ выми рычагами и поперечной тягой. Длина поперечной тяги может изменяться (имеется резьбовое соединение), что позволяет регу­ лировать схождение колес.

Штриховыми линиями на рис. XVI.9, а показано положение рулевого привода при повороте рулевого колеса налево на угол Ѳ. Сошка при этом повернулась на угол Q, а управляемые колеса по­ вернулись: внутреннее— на угол ß, внешнее— на угол а. От­ резки 0 Х1, 0 г2, О Д 0 34, OJS, Оф представляют плечи сил, дей­ ствующих в приводе, которые относительно центров вращения создают нагружающие моменты. У автомобилей с зависимой под­ веской поперечная тяга выполняется неразрезной. Для легковых

Шарниры 1 и 2 поперечной тяги лежат на продолжениях осей качания колес. Сошка 3 и рычаг 4 определяют правильную ки­ нематику перемещения среднего звена 5 поперечной тяги.

При проектировании рулевого привода обращается внимание па согласование его кинематики с кинематикой подвески. Центры качания продольной тяги (точка 6, рис. XVI.9, а) и рессоры (не­ подвижное относительно рамы ушко рессоры) должны лежать возможно ближе друг к другу. Несоблюдение этого условия при­ ведет к вилянию управляемых колес (особенно при движении по ухабистым дорогам).

Основные элементы рулевого привода автомобиля (транспор­ тера) с управляемой осью (тележкой) показаны на рис. XVI.9, в. Приведенная схема является типовой: в ней показано все суще­ ственно важное, что характерно для этого способа поворота авто­ мобиля (см. рис. XVI. 1 , 6 , / и II). К этой схеме может быть сведен и оппозитный способ поворота, если ш арнир/// (см. рис. XVI. 1, б) совместить с центром ходовой оси поворачивающегося звена.

Продольная тяга стандартного рулевого механизма шарнирно оперта на поворотную ось в точке О. Рулевой механизм в таком рулевом приводе служит только для включения в работу распре­ делителя РУ и осуществления слежения. Поворот же самой оси вокруг шарнира III осуществляется гидравлическими силовыми цилиндрами СЦ, к которым подводится высокое давление от на­ соса Я. Насос питается из бака Б.

Основными оценочными параметрами рулевого привода яв­ ляются угловое передаточное число ір. п, коэффициент полезного действия т)р п и жесткость привода.

Определим г'р п, для чего рассмотрим схему рулевого привода (рис. XVI.9, а). Элементарная работа на сошке равна

d A a — M a d Q . (XVI.9)

439