16.1.46. Рулевые механизмы. Виды. Конструкция.

Рулевые механизмы, являясь, по существу, разновидностью ши­роко распространенных в машиностроении редукторов, вместе с тем заметно отличаются от них. Отличия объясняются особеннос­тями работы рулевых механизмов, а именно:

1. выходное звено рулевого механизма — сошка не вращается, а совершает качание в пределах угла 90—100°;

2. основная работа механизма и основные износы происходят около среднего положения звеньев (положения, соответствующего прямолинейному движению автомобиля);

3. зазор в механизме, оцениваемый по величине свободного вращения (люфта) рулевого колеса, должен быть достаточно мал, по крайней мере, вблизи среднего положения механизма.

Выполнение последнего требования возможно либо за счет вы­сокой точности изготовления и низких износов в эксплуатации, либо за счет применения регулировок. Первый путь увеличивает размеры, массу и стоимость механизмов и поэтому используется редко, второй же является общепринятым. Отмеченные выше требования к рулевому управлению, касаю­щиеся необходимого передаточного числа и различной величины трения при прямой и обратной передаче усилия, реализуются в первую очередь рулевыми механизмами.По конструкции рулевые механизмы делятся на червячные, винтовые и реечные. Червячные механизмы. Червячные пары всегда привлекали внимание конструкторов тем, что позволяли получить большое передаточное число при не­больших размерах механизма. Развитие конструкции шло от рулевого механизма, аналогичного червячному редуктору (рис. 13.6а) Другое направление развития червячных рулевых механизмов заключалось в уменьшении их изнашиваемости и увеличении КПД за счет замены трения скольжения трением качения. Это возможно, если, как показано на рис. 13.7, вместо червячного колеса зацепить червяк с роликом, вращающимся на оси. Для того чтобы ролик 1 сохранил контакт с червяком 2 на большой дуге поворота сошки, червяк приходится делать глобоидальным, то есть нарезанным на внутренней поверхности тора. С этой же целью применяют трех-гребневые ролики, крайние гребни которых могут выходить из за­цепления с червяком при больших углах поворота колес. Прямой коэффициент полезного действия рулевых механизмов «глобоидальный червяк - ролик» довольно высок— до 0,85 при ролике, установленном на шариковых подшипниках, воспринимаю­щих радиальные ц осевые силы {рис. 13.7 а). Если же ролик уста­новлен на игольчатых подшипниках, при которых осевые силы воспринимаются торцевыми парами скольжения (боковыми по­верхностями ролика, как показано на рис. 13.76), то КПД снижается до 0,7. Обратный КПД механизмов с глобоидальным червяком при­мерно равен 0,6. Для обеспечения возможности регулирования зазора в зацеп­лении (рис. 13.7в) ось ролика / вынесена из плоскости, проходящей через ось червяка 2 перпендикулярно оси вала сошки 3, а вал сошки снабжен регулировочным устройством 4 (обычно винтовым), позволяющим передвигать его в осевом направлении. Винтовые механизмы. Пара «винт—гайка» привлекательна для конструкторов рулевых механизмов из-за возможности получения большого передаточного числа и большой прочности, позволяющей создавать малогабаритные механизмы. Применявшиеся в прошлом винтовые механизмы в той или иной степени обладали двумя недостатками — низким КПД вследствие большого трения в паре «винт—гайка» и нерегу­лируемостью зазора в той же паре. Увеличения требований к качеству рулевого механизма, и повышению уровня технологии автомобильной промышленности. В настоящее время меха­низмы такого типа наиболее широко представлены изо­браженным на рис. 13.11 го­раздо более совершенным, хотя и более сложным в про­изводстве винтореечным механизмом типа «винт-шариковая гайка-рейка-сектор». В этом механизме винт 1 и гайка 2 имеют ка­навки специального профи­ля, нарезанные с высокой точностью и имеющие вы­сокую твердость. В канавках находятся шарики 3, и поэтому совокупность дета­лей «винт-шарики-гайка» можно рассматривать как подшипник качения, отли­чительным свойством кото­рого является малое трение, обуславливающее высокий КПД и малые износы. Ма­лые износы позволяют экс­плуатировать пару «винт—гайка» до списания без регулирования в течение достаточно большого срока. В связи с тем что канавка, в отличие от канавки подшипников качения, является спиральной, она по краям для предотвращения выкатывания шариков перекрыта трубчатыми шарикопроводами 4, образующими совместно с канавками замкнутые круги циркуляции шариков. Для превращения поступательного движения гайки во враща­тельное движение сошки по телу гайки нарезана зубчатая рейка, а на валу сошки — зубчатый сектор 5. Пара «рейка—сектор» нуж­дается в регулировке, поэтому зубья нарезаны с некоторым наклоном к оси вала сошки 6 (рис. 13.11), а сам вал при помощи регулиро­вочного винта 7 может перемещаться в осевом направлении. С целью предотвращения заедания изношенного механизма после регулировки зубья сектора делают тем тоньше, чем дальше они рас­полагаются от среднего зуба. Коэффициент полезного действия винтореечных механизмов до­вольно высок: прямой до 0,85—0,9, обратный до 0,8. Реечные механизмы. Основными преимуществами реечных рулевых механизмов яв­ляется весьма высокий КПД и возможность иметь в рулевом приводе меньшее количество шарниров. Недостатки его заключаются в слиш­ком высокой величине обратного КПД и невозможности получения большого передаточного числа. Для уменьшения обратного КПД искусственно увеличивают тре­ние, устанавливая подпружиненные плунжеры, ко­торые заодно являются упругой, выбирающей зазоры опорой рейки. Для изоляции рулевого колеса от очень неприятных для водителя высокочастотных вибраций применяются резиновые детали, встра­иваемые в рулевой привод или рулевой вал. Поскольку модуль зубьев ограничен их изгибной жесткостью, приходится уменьшать число зубьев. При этом приходится применять большие углы наклона зубьев и большое сме­щение инструмента при их нарезании. Применяют шестерни с пятью зубьями, что существенно меньше, чем в силовых, трансмиссионных зубчатых передачах, од­нако этого недостаточно для получения большого передаточного числа. Увеличить передаточное число рулевого управления можно и за счет рулевого привода путем увеличения длины рычагов. Но длинные рычаги менее жестки и занимают зна­чительный конструктивный объем, так как перемещаются в горизонтальной плоскости при повороте колес и в вертикальной плос­кости при работе подвески. Увеличение длины рычагов увеличивает ход рейки, что требует расположения шестерни ближе к продольной оси автомобиля, но такое расположение не всегда возможно по компоновочным соображениям. Поэтому наряду со схемой, пока­занной на рис. 13.13 а, применяют рулевые механизмы со смещенной рейкой, не являющейся частью рулевого привода (рис. 13.136). Выбор варианта конструкции реечного рулевого механизма за­висит также от того, какой длины боковые тяги (За 4 па рис. 13.13 а) требуются по условиям согласования кинематики рулевого привода и направляющего устройства подвески.