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) общего назначения, содержащего цилиндрический червяк и червячное ко­лесо, к паре «червяк-торцевой сектор» (рис. 13.66) и далее к ме­ханизму, имеющему пару «червяк-боковой сектор» (рис. 13.6в). По­следний механизм имеет большую поверхность контакта зубьев и,

Рис. 13.6. Червячные рулевые механизмы

следовательно, меньшее давление на рабочих поверхностях, а также несколько меньшее скольжение и, следовательно, меньшее трение в контакте. Главным его достоинством является возможность ре­гулирования зазора в зацеплении, что осуществляется путем осевого перемещения сектора (например, за счет изменения толщины набора шайб /, как показано на рис. 13.6в). В силу указанных достоинств механизм «червяк - боковой сектор» долгое время применялся на тяжелых автомобилях, но затем был вытеснен другими механизмами, имеющими более высокий КПД.

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 / 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.

Рис. 13. 7. Рулевой механизм «глобоидальный червяк — ролик»

Прямой коэффициент полезного действия рулевых механизмов «глобоидальный червяк - ролик» довольно высок — до 0,85 при ролике, установленном на шариковых подшипниках, воспринимаю­щих радиальные и осевые силы (рис. 13.7а). 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 7 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.

Помимо описанной регулировки, предусмотрена регулировка под­шипников 5 (рис. 13.7а) червяка, осуществляемая за счет изменения толщины пакета прокладок 6 или резьбового устройства. Однако необходимость в этом возникает весьма редко, и данная регулировка считается сборочной или ремонтной, а не эксплуатационной.

Применение двух- и трехгребневых роликов и высокопроизво­дительного многолезвийного инструмента при изготовлении червяка вынуждает иметь постоянный окружной шаг червяка t (рис. 13.7а), что при переменном радиусе г\ червяка приводит к переменному значению угла подъема витка червяка yi- График изменения угла по мере удаления от наиболее узкого сечения червяка показан на рис. 13.8 а. Для улучшения контакта гребней ролика с канавкой червяка ось ролика не перпендикулярна оси вала сошки, а повернута на угол у2 (рис. 13.86), который совпадает с углом подъема витка червяка yi только в двух точках 1 и 2 (рис. 13.8а). Во всех же остальных положениях механизма гребни ролика катятся в канавке червяка с перекосом.

Рис. 13.8. Изменение угла наклона витка глобоидального червяка по мере удаления от наиболее узкого сечения (а) и угловое смещение осей червяка и ролика (6)

Рис. 13.9. К анализу изменения зазора в контакте глобоидального червяка и ролика

В этих условиях зацепление ро­лика и червяка без зазора воз­можно только при очень сложных и технологически неприемлемых профилях гребней ролика и ка­навки червяка, поэтому зацепле­ние в таких механизмах делается с зазором. Однако, как указыва­лось выше, при среднем положе­нии механизма зазор весьма опа­сен, вследствие чего регулировкой предусмотрено уменьшение его величины вплоть до нуля именно в среднем положении. Для этого радиус кривизны червяка г2 (рис. 13.9) делают больше, чем ра­бочий радиус гт, ролика, что до­стигается смещением оси вала сошки на величину Д относитель­но, центра кривизны червяка. Ве­личина смещения доходит до 2,5—5,0 мм, поэтому зазор в крайних положениях механизма весьма велик, однако опасности не пред­ставляет, так как постоянно выбран под действием сил стабилизации управляемых колес.

Поскольку основной износ наблюдается на поверхностях, рас­положенных около среднего положения рулевых механизмов, со­ответствующего прямолинейному движению автомобиля, то, если бы не было необходимости делать смещение А по кинематическим соображениям, его все равно делали бы по соображениям компен­сации износов. На рис. 13.9 показана примерная эпюра износов 5 червяка. Если бы механизм был изготовлен с одинаковыми зазорами при любых значениях угла ар к, то после регулировки (пунктирная линия) в точках А и Б наблюдалось бы заедание, абсолютно не­допустимое в рулевых механизмах.

Однако нужно иметь в виду, что величина А (а следовательно, и степень возрастания зазора в крайних положениях механизма), необходимая для компенсации износа, во много раз меньше ве­личины, необходимой по кинематическим соображениям. Это под­тверждается тем, что рулевые механизмы других типов имеют такой же характер эпюры износов, но зазоры в крайних положениях у них существенно меньше, чем у механизма типа «глобоидальный червяк — ролик».

Следует иметь в виду, что наличие минимального зазора в среднем положении рулевых механизмов вынуждает проводить их регули­ровку именно в этом положении.