РУЛЕВОЕ УПРАВЛЕНИЕ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Полезная модель относится к транспортному машиностроению, в частности, к рулевому управлению транспортного средства с переменным передаточным отношением.
Известно рулевое управление транспортного средства с переменным передаточным отношением, состоящее из рулевого колеса, редуктора, карданной передачи с возможностью изменения углов между телескопическими карданными валами, мультипликатора, рулевого механизма, привода, при этом корпус телескопического карданного вала связан с неподвижным элементом крепления рулевого колеса посредством зубчатой пластины и зубчатого сектора (Патент РФ №2157326, МПК B62D 3/02, опубл. 10.10.2000).
Недостатком известного рулевого управления является сложность регулирования углов между телескопическими карданными валами для изменения передаточного отношения, большая сложность в изготовлении и эксплуатации.
Наиболее близким техническим решением является рулевой механизм транспортного средства, содержащий зубчатую передачу с ведущей шестерней, находящейся в зацеплении с зубчатой рейкой, которая выполнена в виде двух независимых частей, расположенных параллельно с возможностью перемещения относительно друг друга, а зубья реек выполнены разными по высоте, с возможностью изменения передаточного числа по определенным закономерностям (Патент РФ №2362701, МПК B62D 3/12, опубл. 27.07.2009) Диапазон изменения передаточного отношения реечного дифференциального рулевого механизма с комбинированной шестерней определяется соотношением наибольшего и наименьшего радиусов зацепления, а закономерность изменения передаточного отношения механизма устанавливается расположением зубьев рейки по ширине. Эти параметры подбираются оптимальными по условиям управляемости и устойчивости колесного транспортного средства.
Недостатком известного устройства является изменение передаточного отношения в малых пределах, ограниченных высотой зуба шестерни, и, следовательно, затрудненность обеспечения различных закономерностей изменения передаточного отношения рулевого механизма.
При стандартном передаточном отношении рейки и шестерни от одного крайнего положения (значения) угла поворота управляющих колес до другого требуется два с половиной оборота рулевого колеса, а это означает необходимость перехватывания рук водителя, что в свою очередь является фактором не только неудобства, но и риска в управлении, когда дело касается экстренных условий маневрирования.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение быстродействия и безопасности управления, улучшение управляемости транспортного средства за счет обеспечения оптимальной закономерности изменения передаточного числа зубчатой передачи.
Технический результат достигается тем, что в рулевом управлении транспортного средства, содержащем зубчатую передачу с ведущей шестерней, находящейся в зацеплении с подвижной зубчатой рейкой, согласно полезной модели, подвижная зубчатая рейка имеет параболическую форму с зубцами, входящими в зацепление с ведущей шестерней с эксцентричной осью, а направляющий подшипник имеет седлообразную конфигурацию наружной части наружной обоймы, радиусом сопряженной с радиусом цилиндрической скользящей части зубчатой рейки.
На фиг.1 представлена схема рулевого управления реечного типа, на фиг.2 сечение А-А на фиг.1, на фиг.3 изображены зоны разной скорости углового перемещения управляющих колес или перемещения зубчатой рейки относительно постоянной скорости вращения рулевого колеса или шестерни с эксцентричной осью, а также центральное и крайнее положение шестерни с эксцентричной осью на зубчатой рейке параболической формы.
Рулевое устройство содержит разъемный картер 1 специальной формы с цилиндрическими фиксирующими отверстиями и пазами внутри него, подвижную зубчатую рейку 2 параболической формы, шестерню 3 с эксцентричной осью, подшипники 4 вала шестерни 3, направляющие втулки 5, болты 6 крепления половинок картера 1, направляющий подшипник 7, параболические пружинные элементы 8, направляющие полосы 9 скольжения.
Рулевое устройство работает следующим образом. Водитель колесного транспортного средства, вращая рулевое колесо, поворачивает связанный с последним вал рулевого устройства и установленную на нем шестерню 3 с эксцентричной осью. Вал шестерни 3 зафиксирован в картере 1 с помощью подшипников 4. Подвижная зубчатая рейка 2 параболической формы с зубцами, входящими в зацепление с шестерней 3, перемещается в направлении перпендикулярном плоскости сдвига при вращении шестерни 3. Подвижной направляющей и опорой для зубчатой рейки 2 служит направляющий подшипник 7 зубчатой рейки 2, смонтированный на оси в картере 1 с возможностью перемещения оси в фиксирующих пазах внутри картера 1. Направляющий подшипник 7 имеет седлообразную конфигурацию наружной части наружной обоймы, радиусом сопряженной с радиусом цилиндрической скользящей частью зубчатой рейки 2. Параболические пружинные элементы 8 расположены между картером 1 и осью направляющего подшипника 7 зубчатой рейки 2. Посредством направляющей зубчатой рейки 2 они упруго прижимают зубцы зубчатой рейки 2 к шестерне 3. Направляющие втулки 5 изготовлены с достаточно тугой посадкой для краевых цилиндрических частей подвижной зубчатой рейки 2, чтобы обеспечить свободное скольжение в них зубчатой рейки 2 без люфта. Направляющие полосы 9 скольжения изготовлены также с достаточно тугой посадкой для боковых частей подвижной зубчатой рейки 2 для обеспечения свободного скольжения в них зубчатой рейки 2 без люфта.
Картер 1 рулевого устройства реечного типа изготавливают из сплава алюминия или спеченного сплава на основе железа с учетом его малого веса и простоты изготовления. Картер 1 для возможности сборки необходимо делать разъемным. Кроме того, в картере 1 с обеих внутренних сторон его половинок вставляются направляющие антифрикционные полосы 9, удерживающие зубчатую рейку 2 от биения вокруг ее оси из-за действующей через колеса силы реакции дорожного покрытия. Снизу в картере 1 устанавливается направляющий подшипник 7 с наружной обоймой седлообразной конфигурацией и эксцентричной посадкой внутренней обоймы для возможности регулировки прижимного усилия с целью удерживания зубчатой рейки 2 от соударений с шестерней 3, вследствие так же передающихся через колеса сил реакции дорожного покрытия.
Зубчатая рейка 2 может изготавливаться из стали марки 20-30 с последующей глубокой нитроцементацией 0,5-0,8 мм, а шестерню 3 можно изготавливать из легированной стали 30Х-40Х с последующей обработкой зубьев током высокой частоты. Таким образом, в отношении выработки зубчатая рейка 2 будет более износостойкой. Замена шестерни 3 при выработке является более удобной и практичной.
Направляющие полосы 9 скольжения и направляющие втулки 5 могут быть изготовлены из самосмазывающегося антифрикционного материала, например термопластичной синтетической смолы. В такую синтетическую смолу может быть включено смазочное вещество, такое как смазочное масло, графит, дисульфид молибдена, тетрафторэтиленовая смола и или подобное вещество.
Кроме того, в качестве направляющей втулки можно использовать криволинейную втулку, имеющей пластинчатый корпус, который состоит из стальной опорной пластины, включающей пористый слой спеченного сплава, образующий единое целое с поверхностью металлической основы, и слой синтетической смолы, заполняющий поры и покрывающий поверхность слоя спеченного сплава, и образует цилиндр, у которого слой синтетической смолы обращен наружу.
Направляющий подшипник 7 шариковый, стандартного изготовления, закрытого типа с седлообразной конфигурацией наружной части наружной обоймы, радиусом сопряженной с радиусом цилиндрической скользящей части зубчатой рейки 2 делает перемещение рейки внутри картера легким при значительном прижимном усилии зубчатой рейки 2 к шестерне 3. Это в свою очередь позволяет исключить соударения зубчатой рейки 2 и шестерни 3 и избежать ненужной вибрации на рулевом колесе и постороннего шума при управлении.
Управление транспортным средством с помощью рулевого управления с изменяемым коэффициентом передаточного отношения рулевого колеса (шестерня 3 с эксцентричной осью) относительно управляющих колес (зубчатой рейки 2) осуществляется в условиях низкой скорости перемещения зубчатой рейки 2 (углового перемещения управляющих колес) в центральной части угла вращения рулевого колеса (шестерни 3 с эксцентричной осью) и с увеличенной скоростью перемещения зубчатой рейки 2 (углового перемещения управляющих колес) до крайнего положения, в амплитуде равной приблизительно углу действия устройства в центральной части при постоянной скорости углового перемещения шестерни 3 с эксцентричной осью (рулевого колеса).
Низкая чувствительность (небольшой диаметр шестерни 3) позволяет эффективно управлять автомобилем в условиях скоростного движения, когда требуется наиболее плавная реакция управляющих колес (перемещение зубчатой рейки 2) транспортного средства на вращения рулевого колеса.
Высокая чувствительность (большой диаметр шестерни 3) позволяет резко и эффективно управлять автомобилем при необходимости интенсивного маневрирования. Автомобилем, оснащенным рулевым устройством с высокой чувствительностью, сложно управлять на большой скорости. Требуются профессиональные навыки водителя, чтобы справиться с постоянной острой реакцией автомобиля на повороты рулевого колеса повседневной спокойной езды.
Предложенное рулевое устройство реечного типа характеризуется тем, что передаточное отношение поворота управляющих колес автомобиля относительно поворота его рулевого колеса увеличивается и уменьшается в соответствие с увеличением, либо уменьшением угла поворота управляющих колес автомобиля. Автомобиль, оснащенный такой зубчатой рейкой, становится более управляемый, более эффективно реагирующий на команды водителя без требований специальной профессиональной подготовки. Принцип действия управления механический, что обуславливает собой большую надежность и относительную простоту изготовления. Наличие гидроусилителей практически во всех видах рулевого управления в автотранспорте делает незаметным изменение усилия на рулевом колесе. Управление будет более простым, эффективным и безопасным.