Регулировки в червячном рулевом механизме | АВТО-разборка

Что такое “червячная передача”?

Червячная передача – это зубчато-винтовая передача, движение в которой преобразуется по принципу винтовой пары с присущим ей повышенным скольжением.

Червячные передачи применяют для передачи вращательного движения между валами, оси которых перекрещиваются в пространстве. Наиболее часто угол перекрещивания Θ составляет 90°. Ведущим (в большинстве случаев) является червяк, представляющий собой зубчатое колесо с малым числом (z1 = 1…4) зубьев (витков), похожее на винт Архимеда с трапецеидальной или близкой к ней по форме резьбой.

***

Геометрические размеры венца червячного колеса

Зубья на червячном колесе чаще всего нарезают червячной фрезой, которая представляет собой копию червяка, с которым будет зацепляться червячное колесо. Только фреза имеет режущие кромки и несколько больший (на двойной размер радиального зазора в зацеплении) наружный диаметр.

Основные геометрические размеры венца червячного колеса определяют в среднем его сечении.Делительный d2 и совпадающий с ним начальный dwi диаметр колеса при числе z2 зубьев (рис. 4):

d2 = dw2 = m z2,

Межосевое расстояние червячной передачи:

a = 0,5(d1 d2) = 0,5(mq mz2) = 0,5m(q z2).

Червячные передачи со смещением выполняют в целях обеспечения стандартного или заданного значения межосевого расстояния. Осуществляют это, как и в зубчатых передачах, смещением на хm фрезы относительно заготовки при нарезании зубьев колеса (рис. 6):

aw = a x m = 0,5m (q z2 2x).

Для стандартных редукторов aw: …80, 100, 125, 140, 160,….

Для нарезания зубьев колес в передачах со смещением и без смещения используют один и тот же инструмент. Поэтому нарезание со смещением выполняют только у колеса.При заданном межосевом расстоянии коэффициент смещения инструмента.Значения коэффициента х смещения инструмента выбирают по условию неподрезания и незаострения зубьев. Предпочтительны положительные смещения, при которых одновременно повышается прочность зубьев колеса.

Рекомендуют для передач с червяком:– эвольвентным 0 ≤ х ≤ 1(предпочтительно х = 0,5);– образованным тором 1,0 ≤ х ≤ 1,4(предпочтительно x = 1,1–1,2).

Диаметр вершин зубьев(рис. 6):

da2 = d2 2m(1 x),

Диаметр впадин зубьев:

df2 = d2 – 2m(1,2 – x),

Наибольший диаметр червячного колеса:

dam2 ≤ da2 6m(z1 k),

где     k = 2 для передач с эвольвентным червяком; k = 4 для передач, нелинейчатую поверхность которых образуют тором.

Ширина b2 венца червячного колеса зависит от числа витков червяка:

b2 = 0,355awпри z1 = 1 или 2 b2 = 0,315awпри z1 = 4.

Червячное колесо является косозубым с углом yw наклона зуба.Условный угол 2δ обхвата для расчета на прочность находят по точкам пересечения окружности диаметром (da1 – 0,5т) с линиями торцов венца червячного колеса.

***

Силы и напряжения в червячном зацеплении

Геометрия червячной передачи

Геометрические размеры червяка и колеса определяют по формулам, аналогичным формулам для зубчатых колес. В червячной передаче расчетным является осевой модуль червяка m, равный торцовому модулю червячного колеса. Значения осевого модуля червяка (в мм) выбирают из ряда: …4; 5; 6,3; 8….

Основными геометрическими размерами червяка являются (рис. 4):

делительный диаметр, т.е. диаметр такого цилиндра червяка, на котором толщина витка равна ширине впадины:

d1 = m q,

где:     q – число модулей в делительном диаметре червяка или коэффициент диаметра червяка. С целью сокращения номенклатуры зуборезного инструмента значения q стандартизованы: 8; 10; 12,5; 16; 20…

расчетный шаг червяка:

P = π m,

ход витка:

Ph = P z1,

где:     z1 – число витков червяка: 1, 2 или 4 (z1= 3 стандартом не предусмотрено);

угол профиля α: для эвольвентных, архимедовых и конволютных червяков α = 20°; для червяков, образованных тором, α = 22°;

диаметр вершин витков:

dα1 = d1 2m,

диаметр впадин витков:

df1 = d1 – 2,4m,

делительный угол подъема линии витка(см. рис. 5):

tg γ1 = Ph/(π d1) = π m z1/(π m q) = z1/q,

длина нарезанной части: –b1.

Для червяка в передаче со смещением дополнительно вычисляют:

диаметр начального цилиндра (начальный диаметр):

dw1 = m/(q 2x),

где     х – коэффициент смещения.

угол подъема линии витка на начальном цилиндре:

tg γ1 = z1/(q 2x),

где     х – коэффициент смещения.

***

Достоинства червячных передач

К основным достоинствам червячных передач можно отнести возможность изменять в существенных интервалах величину передаваемого крутящего момента или частоты вращения валов, а также тормозящие свойства этой передачи, позволяющие использовать ее в различных лебедках и грузоподъемных механизмах без специальных тормозных устройств.

В целом можно отметить следующие положительные свойства червячных передач:

***

Классификация червячных передач

В зависимости от формы внешней поверхности червяка передачи бывают с цилиндрическим(Рис. 1,а, б) или с глобоидным(Рис. 1,в) червяком.

Качественные показатели глобоидной передачи выше, поскольку она имеет повышенный КПД и более высокую несущую способность. Однако, червячная передача с глобоидным червяком сложнее в изготовлении, сборке и очень чувствительна к осевому смещению червяка, вызываемому, например, изнашиванием подшипников. На практике чаще всего применяют передачи с цилиндрическими червяками.

В зависимости от характера винтовой поверхности червяка различают линейчатые и нелинейчатые червяки.

Линейчатые винтовые поверхности образуются винтовым движением прямой линии, нелинейчатые – винтовым движением заданной кривой. Линейчатые винтовые поверхности проще в изготовлении, поэтому они распространены более широко.

В зависимости от профиля винтовой поверхности червяка червячные передачи бывают с эвольвентными, архимедовыми, конволютными и нелинейчатыми червяками. Получение того или иного вида винтовой поверхности у витков червяка зависит от способа нарезания.

Нарезание линейчатых винтовых поверхностей осуществляют на универсальных токарно-винторезных станках, когда прямолинейная кромка резца воспроизводит эвольвентную, конволютную или архимедову поверхность.

Эвольвентный червяк получают при установке прямолинейной кромки резца в плоскости, касательной к основному цилиндру с диаметром dh. Левую и правую стороны витка нарезают соответственно резцами.

В торцовом сечении (сечении, перпендикулярном оси червяка) профиль витка червяка очерчен эвольвентой, в осевом сечении – криволинейный (выпуклый). Эвольвентный червяк представляет собой цилиндрическое косозубое колесо эвольвентного профиля с числом зубьев, равным числу витков червяка, и с большим углом наклона зубьев.

С целью получения высокой поверхностной твердости витков и повышения тем самым качественных показателей передачи применяют термическую обработку с последующим шлифованием рабочих поверхностей витков. Эвольвентные червяки могут быть с высокой точностью прошлифованы плоской поверхностью шлифовального круга.Производительные способы нарезания и простота шлифования обусловливают высокую технологичность эвольвентных червяков.

Архимедов червяк получают при расположении режущих кромок резца в плоскости, проходящей через ось червяка. Архимедовы червяки имеют в осевом сечении прямолинейный профиль с углом 2α, равным профильному углу резца.

В торцовом сечении профиль витка очерчен архимедовой спиралью.Боковые поверхности витков архимедовых червяков могут быть прошлифованы только специально профилированным по сложной кривой шлифовальным кругом. Поэтому упрочняющую термообработку и последующее шлифование не выполняют и применяют архимедовы червяки с низкой твердостью в тихоходных передачах с невысокими требованиями к нагрузочной способности и ресурсу.

Конволютный червяк получают при установке режущих кромок резца в плоскости, касательной к цилиндру с диаметром dx (0<dx<db) и нормальной к оси симметрии впадины.

Недостатком передач с конволютными червяками является сложная форма инструмента для шлифования червяков и невозможность получения точных фрез для нарезания зубьев червячных колес. Передачи с конволютными червяками так же, как и с архимедовыми, имеют ограниченное применение, в основном в условиях мелкосерийного производства.

Нелинейчатые червяки нарезают дисковыми фрезами конусной или тороидальной формы. Витки таких червяков во всех сечениях имеют криволинейный профиль: в сечении, нормальном к оси симметрии впадины, выпуклый, в осевом сечении – вогнутый (рис. 3).

Рабочие поверхности витков нелинейчатых червяков с высокой точностью шлифуют конусным или тороидным кругом. Передачи с нелинейчатыми червяками характеризует повышенная нагрузочная способность, их считают перспективными.

Для силовых передач следует применять эвольвентные и нелинейчатые червяки.

В зависимости от направления линии витка червяка червячные передачи бывают с правым (предпочтительнее для применения) и левым направлением линии витка.

Червячные передачи различаются, также, по расположению червяка относительно колеса – с нижним, верхним и боковым расположением. Наиболее распространены передачи с нижним или верхним расположением червяка, при этом верхнее расположение червяка предпочтительнее в скоростных передачах, поскольку при такой конструкции меньше разбрызгивается смазка.

Червячные передачи с нижним расположением червяка обычно применяют при картерном способе смазывания и при окружной скорости червяка v1 ≤ 5 м/сек. Боковое расположение червяка относительно колеса чаще всего диктуется рациональностью компоновки передачи.

Червячные передачи могут быть выполнены в закрытом и открытом исполнении. Открытые червячные передачи применяются в малоответственных узлах, ручных приводах, при невысоких скоростях и передаваемых нагрузках.

***

Конструкция рулевой колонки

Рулевая колонка в сбореУстройство рулевой колонки представляет собой вал с шарнирами, находящийся в кожухе. Остальные элементы являются вспомогательными и обеспечивают дополнительный функционал:

• корпусы крепления переключателей и замка зажигания;
• крестовина, соединяющая руль с колонкой;
• монтажная втулка;
• контактная группа;
• крепежные элементы;
• демпфер рулевой;
• механизмы блокировки, регулировки и проч.

В устройстве рулевой колонки применяются энергопоглощающие материалы. За счет чего вся конструкция может складываться при сильном фронтальном ударе. Это способствует снижению риска травмирования водителя, а также создает дополнительную безопасность при лобовом столкновении.

Блокиратор рулевой колонки

Комфортная и безопасная рулевая колонка может включать в себя такие элементы, как:

• Промежуточный вал рулевой колонки с демпфером — смягчает удары, воспринимаемые рулевым колесом от управляемых колес при попадании автомобиля в ямы и ухабы на дороге. По сути, рулевой демпфер – это амортизатор, отвечающий за комфортное управление.
• Блокиратор рулевого вала. Это внешнее устройство, устанавливаемое на рулевую колонку, полностью исключающее возможность управления автомобилем. Блокировка используется в качестве противоугонной системы и состоит из стопора, фиксирующегося дисковым замком, не поддающимся демонтажу. Машину с заблокированным рулем можно транспортировать только с помощью эвакуатора.
• Кардан рулевой колонки относится к элементам, позволяющим не только передавать вращательное движение, но и обеспечивающим безопасность: способность карданчика сложить нижний вал с верхним уменьшает степень повреждений водителя при лобовом столкновении. Безопасная рулевая колонка может быть также оснащена вставками, легко поддающимися деформации или работающими на срез.
• Механизмы регулировки длины и наклона рулевой колонки. Они могут быть механическими и электрическими. Последние оснащают функцией памяти, что делает эксплуатацию автомобиля еще более комфортной: при выключении зажигания руль уходит в базовое положение, не мешая свободно выйти из машины, а перед началом движения возвращается в исходную точку с сохранением всех настроек. При этом функция памяти связана с настройками регулировки зеркал заднего вида и водительского сидения.

Недостатки червячных передач

Наиболее существенный недостаток червячных передач – значительные потери передаваемой мощности на трение и, соответственно, невысокий КПД и повышенный износ деталей.

К отрицательным свойствам червячных передач можно отнести следующее:

Качество и работоспособность червячной передачи во многом зависят от формы, твердости, шероховатости и точности изготовления винтовой поверхности витка червяка.

***

Общее устройство и принцип работы

Общее устройство рулевого управления, несмотря на большое количество узлов и агрегатов, представляется достаточно простым и действенным. Логистичность и оптимальность конструкции и функционирования системы доказывается хотя бы тем, что за многолетнюю теорию и практику автомобилестроения рулевое управление не претерпело глобальных сущностных изменений. Изначально оно включает в себя три основные подсистемы:

1. рулевую колонку, предназначенную для передачи вращательного движения руля;
2. рулевой механизм — устройство, преобразующее вращательные движения руля в поступательные перемещения деталей привода;
3. рулевой привод, имеющий целью доведение управляющих функций до поворотных колес.

Помимо основных подсистем, крупнотоннажные грузовики, маршрутные транспортные средства и многие современные легковые автомобили имеют специальное устройство усилителя руля, позволяющее использовать создаваемое силовое воздействие, облегчающее его движение.

Таким образом, схема рулевого управления достаточно проста и функциональна. Рулевое колесо, как первичный узел, хорошо знакомый каждому водителю, под влиянием его мысли и воздействием силы совершает вращательные движения в необходимом направлении.

Эти движения посредством рулевого вала передаются на специальный рулевой механизм, где совершается преобразование крутящего момента в плоскостные перемещения. Последние через привод сообщают нужные углы поворота управляющим колесам. В свою очередь, пневматический, гидравлический, электрический и прочие усилители (при их наличии) облегчают вращение руля, делая процесс управления транспортным средством более комфортным. Это основной принцип, по которому работает рулевое управление автомобиля.

Применение червячных передач

Червячные передачи широко применяют в транспортных и подъемно–транспортных машинах при небольших и средних мощностях (механизм подъема лифта, лебедки, тали, трансмиссии транспортных машин, рулевые механизмы автомобилей и др.), а также с целью получения малых и точных перемещений (делительные устройства станков, регулировочные устройства тормозных механизмов автомобилей, механизмы настройки, регулировки и др.).

Применение червячных передач для передачи мощности более 200 кВт считается неэкономичным из-за сравнительно низкого КПД и необходимости в эффективном охлаждении червячной пары.Вследствие отмеченных недостатков нерационально применять червячные передачи в условиях непрерывного действия при мощностях более 30 кВт. При работе в повторно–кратковременных режимах они могут оказаться эффективными и при больших мощностях.

***

Регулировка рулевого управления

Техническое состояние рулевого управления непосредственно влияет на

безопасность движения, поэтому регулировать его механизмы надо своевременно и особенно тщательно. Приближенно

оценить техническое состояние рулевого управления можно по величине люфта рулевого колеса, т. е. угла, в пределах

которого повертывается рулевое колесо без поворота передних колес автомобиля.

При положении колес автомобиля,

соответствующем движению по прямой, люфт рулевого колеса, измеренный по ободу, не должен превышать 5 — 8.

Регулировки рулевого механизма

Регулировка зазора в подшипниках вала червяка. Чтобы определить, нужна ли эта регулировка, рекомендуется проверить осевое перемещение вала червяка. Для этого следует приложить палец к ступице рулевого колеса и к корпусу переключателя указателей поворота и несколько раз повернуть рулевое колесо на небольшой угол вправо и влево.

При наличии осевого перемещения червяка палец будет ощущать осевое перемещение ступицы рулевого колеса относительно корпуса переключателя. Предварительно надо убедиться, что корпус переключателя указателей поворота закреплен на рулевой колонке надежно и не качается.

Подшипники вала червяка регулируют установкой регулировочных прокладок, расположенных под передней крышкой картера рулевого механизма (у автомобилей «Волга» и «Жигули») или вращением регулировочной гайки, расположенной в передней части картера механизма рулевого управления (у автомобилей «Запорожец» и «Москвич»).

Для устранения осевого перемещения вала червяка рулевое колесо необходимо повернуть в любую сторону на 1 — 1,5 оборота, а потом в обратную сторону до появления свободного хода рулевого колеса. Затем уменьшить толщину пакета регулировочных прокладок 5 (рис.

60, б и г), удаляя их или заменяя более тонким (у автомобилей «Волга и «Жигули»), или отвернуть на 2 — 3 витка стопорную гайку 2 (рис. 60, а и в) рулевого механизма и подтянуть регулировочную гайку 1 так, чтобы червяк легко вращался и не имел осевого перемещения (у автомобилей «Москвич» и «Запорожец»). После этого, придерживая регулировочную гайку ключом от проворачивания, затянуть стопорную гайку.

Рис. 60. Регулировка рулевого механизма автомобилей: а — ‘Москвич’; б — ‘Жигули’; в — ‘Зпорожец’; г — ‘Волга’

Правильность регулировки зазора в подшипниках вала червяка проверяют вращением рулевого колеса в обе стороны. Оно должно поворачиваться так же легко, как и до регулировки. Если после устранения осевого перемещения червяка все же сохраняется недопустимый люфт рулевого колеса или рулевое колесо вращается туго, надо отрегулировать зазор в зацеплении ролика с червяком.

Регулировка зазора в зацеплении ролика и червяка. Для выполнения указанной регулировки устанавливают передние колеса автомобиля в положение езды по прямой и отсоединяют рулевую сошку 13 (см. рис. 58) от рулевых тяг 14 и 12.

После этого, сохраняя положение рулевой сошки, соответствующее прямолинейному движению автомобиля, покачиванием ее за головку определяют боковой зазор в зацеплении ролика и червяка. В пределах поворота рулевого колеса на 30° (автомобиль ВАЗ), на 45° (автомобиль ЗАЗ-968 «Запорожец»)

Сборка передач ходовой винт-гайка скольжения и качения

Механизмы преобразования движения служат для превращения одного вида движения в другой, например вращательного в поступательное или наоборот.

Механизмы преобразования движения применяются в винтовых, кривошипно-шатунных, кулисных механизмах, эксцентриках и др. Винтовые механизмы широко распространены в металлорежущих станках и прессах; кривошипно-шатунные – в двигателях внутреннего сгорания и компрессорах; эксцентриковые – в автоматах; кулисные – в станках и системах управления двигателями и др.

К достоинствам винтовых передач относятся возможность получения равномерного поступательного движения с высокой точностью перемещений, большая несущая способность и компактность.

Недостатком является низкий КПД из-за значительных сил трения, возникающих в передаче при работе.

В передачах винт-гайка используют в основном трапецеидальные и прямоугольные резьбы. Грузовые винты имеют упорную резьбу.

Часто применяют передачи винт-гайка, в которых трение скольжения заменено трением качения (рис. 16.1, а). При благоприятных условиях работы КПД шариковых винтовых пар достигает 0,9. Эти передачи также позволяют устранить радиальные и осевые зазоры или значительно их уменьшить, что позволяет повысить точность перемещения исполнительных узлов механизма.

Рис. 16.1. Винтовые передачи:

а – качения: 7 – винт; 2 – гайка; 3 – шарик; 4 – вкладыш; б – гидростатическая: 1 – регуляторы давления; 2 – фильтр; 3 – насос; 4 – сливной клапан

В настоящее время широкое применение находят гидростатические передачи (рис. 16.1, б), обеспечивающие работу винтовой пары практически без трения, что позволяет довести значение КПД передачи до 0,99.

Сборка передачи винт-гайка скольжения. Винтовой механизм обычно состоит из двух главных деталей – винта 1 и гайки 2 (рис. 16.2, а), образующих винтовую пару. Вращая винт 1 в ту или другую стороны, достигают прямолинейно-поступательного перемещения гайки 2 вместе с ползуном 3, установленным на направляющих 4.

Рис. 16.2. Передача ходовой винт-гайка:

а – схема передачи; б – ходовой винт; в – гайка ходового винта; г – схема контроля сборки передачи; 1, 20, 22, 30 – винты; 2 – гайка; 3 – ползун; 4 – направляющая; 5 – подшипник; 6 – хвостовик вала коробки подач; 7– муфта; 8, 10, 11 – штифты; 9 – ходовой винт; 12 – крышка;

13 – регулировочный винт; 14 – контргайка; 15 – опорная пята; 16 – упорная шайба; 17 – сферическое кольцо; 18, 19, 24 – втулки; 21 – ползун; 23 – шпонка; 25 – регулировочная гайка; 26 – корпус гайки ходового винта; 27 – контрольное приспособление; 28 – мостик; 29, 31 – индикаторы; А, Б – опоры

Винтовой механизм обеспечивает равномерность и точность перемещений, а также плавность и бесшумность работы.

Страницы: