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. Попытка сделать пару «винт-гайка» регулируемой путем нарезания, как показано на рис. 13.10, на цилиндрическом валу 1 правой и левой винтовой канавок и применения двух отдельных, правой 2 и левой 3 гаек, движущихся при вращении винта в разные стороны, не привела к успеху. Не­смотря на то что осевым перемещением винта вместе с гайками в сторону вала сошки 4, за счет регулировочной гайки 5, в таком механизме можно осуществлять регулировку зазора, в целом ме­ханизм был сложен и громоздок.

В силу указанных причин по мере увеличения требований к качеству рулевого механизма, с одной стороны, и повышению уровня технологии автомобильной промышленности — с другой, имевшее ранее место разнообразие винтовых механизмов стало утрачиваться. 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 /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—

Рис. 13.10. Вариант конструкции винтового рулевого механизма

Рис. 13.11. Рулевой механизм типа «винт — шариковая гайка — рейка — сектор»

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.

Учитывая характерную эпюру износа рулевых пар (рис. 13.9), винт делают слегка бочкообразным (его диаметр в средней части больше, чем по краям), и в начале эксплуатации в среднем поло­жении механизма в паре «винт—гайка» имеется натяг, а по краям небольшой зазор. В конце эксплуатации из-за износов в среднем положении появляется зазор, величина которого и определяет срок службы механизма.

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.

Относительно реже и только на тяжелых автомобилях встреча­ются механизмы, в которых вместо пары «рейка-сектор» приме­няется шатунно-кривошипный механизм. Коэффициент полезного действия таких механизмов ниже, а зазоры в шарнирах не регу­лируются.