Рулевой механизм для транспортного средства

Полезная модель относится к области транспортного машиностроения, в частности к механизмам рулевого управления транспортных средств повышенной проходимости, предназначенных для движения по грунтам с малой несущей способностью и неровностями, которые вызывают значительные хода подвески жестких мостов и управляемых колес. Одной из проблем создания рулевого управления для вездеходов и другой колесной техники повышенной проходимости является несоответствие кинематики подвески и рулевого управления при больших ходах управляемых колес на элементах подвески.
При наезде на ощутимое препятствие хотя бы одним колесом, происходит непроизвольный поворот управляемых колес в сторону препятствия. Это происходит вследствие того, что сошка рулевой колонки, находящаяся на подрессоренной раме ТС, связана с поворотным рычагом, находящимся на поворотном кулаке неподрессоренного моста, посредством рулевой тяги конечной длины. Работа подвески по вертикали воспринимается управляемым колесом как поворот рулевого колеса. Происходит нежелательное самопроизвольное руление транспортного средства при перемещениях переднего моста в момент сжатия и отбоя передней подвески. Данный эффект значительно снижает скорость прохождения неровных участков поверхности, вызывает дискомфорт при управлении и негативно влияет на безопасность и эксплуатационные качества транспортного средства.
Известна конструкция рулевого привода, содержащая в своем составе эластичный элемент в виде пружины определенной жесткости и демпфирующий элемент с определенным коэффициентом демпфирования (см. патент DE 19511273, публ. от 05.10.1995).
Недостатком этого известного технического решения является сложность конструкции и определенные трудности при расчете, подборе и изготовлении пружин определенной жесткости и демпфирующих элементов с определенным коэффициентом демпфирования.
Известно также рулевое управление транспортного средства по патенту РФ №2139200 от 4.12.98 г., состоящее из рулевой колонки, рулевого механизма, сошки, продольной тяги, двуплечего рычага, поперечной тяги, коромысла и поворотного рычага, при этом ось перемещения поперечной тяги совпадает с осью вращения рычага подвески, выполненной полой в месте крепления к борту транспортного средства.
Недостатком этого рулевого механизма является его ограниченная область применения только для транспортных средств типа «амфибия». Для транспортных средств повышенной проходимости с возможностью форсировать вплавь водные преграды при помощи шин сверхнизкого давления данное техническое решение будет излишним и не выполнять описанные преимущества относительно других рулевых механизмов.
Наиболее близким решением к предлагаемой конструкции можно считать рулевой механизм по патенту RU 2692517, приоритет DE от 27.10.2015 г., публ. от 25.06.2019, состоящий из рулевой колонки, рулевого механизма, сошки, продольной тяги и поперечной тяги, при этом продольная тяга является рулевой тягой сошки и совпадает с продольной осью транспортного средства. Эффект «подруливания» управляемых колес этого рулевого механизма уменьшается за счет оптимальной геометрии расположения рулевой тяги и продольной направляющей передней подвески. В этом случае продольная тяга значительной длины располагается продольно вдоль оси транспортного средства и составляет с продольной направляющей передней подвески правильный параллелограмм. Дополнительно продольные перемещения рулевой тяги гасятся промежуточными механизмами (зубчатый редуктор, гидравлический редуктор, коническая зубчатая передача, ременная передача) за счет передаточного числа
Недостатком этого технического решения является сложность конструкции, наличие дополнительных механизмов, большая длина и продольное расположение рулевой тяги. Описанная конструкция не может быть реализована на транспортных средствах, в которых рулевая колонка не имеет механической связи с рулевым механизмом.
Техническим результатом предлагаемого решения является повышение надежности и безопасности рулевого управления для транспортных средств повышенной проходимости.
Для достижения заявленного технического результата в конструкцию рулевого механизма внесены изменения, а именно карданная передача выполнена с возможностью изменения длины и включает две крестовины, соединенные между собой звеном, а маятниковый рычаг выполнен с возможностью закрепления на балке моста транспортного средства и представляет собой поворотную опору, состоящую из оси маятника и корпусных подшипников.
Кроме того, в предлагаемом рулевом механизме сошка установлена на ось маятникового рычага, а звено, соединяющее две крестовины, выполнено в виде двух щек с гнездами для игольчатых подшипников.
Выполнение карданной передачи переменной длины, связанной с маятниковым рычагом, позволяет компенсировать перемещения рулевой тяги, вызванные вертикальным перемещением управляемых колес при ходах подвески транспортного средства повышенной проходимости. Это обеспечивает надежность и безопасность управления транспортным средством
Предлагаемый рулевой механизм показан на фиг. 1, где обозначены:
1 - рулевая колонка;
2 - карданная передача переменной длины;
3 - маятниковый рычаг;
4 - сошка;
5 - рулевая тяга;
6 - балка моста;
7 - рычаг поворотного кулака;
8 - поперечная тяга;
9 - крестовины;
10 - звено, соединяющее крестовины;
11 - ось маятника;
12 - корпусные подшипники.
Рулевой механизм содержит рулевую колонку 1, карданную передачу 2, которая соединена с маятниковым рычагом 3. На маятниковом рычаге смонтирована сошка 4, которая посредством рулевой тяги 5 соединена с рычагом поворотного кулака 7. Маятниковый рычаг 3 закреплен на балке моста 6. Представленная кинематика рулевого управления достигается применением в рулевом приводе карданной передачи с переменной длиной. Для этого между карданной передачей 2 и маятниковым рычагом 3, включено дополнительное звено, которое и обеспечивают получение заявленного технического результата.
Карданная передача переменной длины 2 показана на фиг. 2 и представляет собой комбинацию двух крестовин 9, соединенных между собой специальным звеном 10 в виде двух щек с гнездами для игольчатых подшипников. Данное звено обеспечивает необходимую подвижность шарнира 2, при этом ограничивает предельные углы для предотвращения переламывания шарнира и переход в нештатный режим работы. Ход шарнира - разница длин от полностью сложенного положения до полностью растянутого составляет 175 мм, что позволяет компенсировать практически полный ход передней подвески.
Маятниковый рычаг 3 показан на фиг. 3 и представляет собой поворотную опору, состоящую из оси маятника 11 и корпусных подшипников 12. Конструктивно сошка 4 может быть установлена как на ось маятника 11, так и на нижний шарнир 9 карданной передачи 2.
Принцип действия предлагаемого рулевого механизма заключается в следующем: вертикальные перемещения балки моста 6 передаются на карданные шарниры 2, которые при складывании или растяжении компенсируют эти перемещения. Сошка 4, находясь на маятниковом рычаге 3 на балке моста 6, перемещается вместе с мостом. Предлагаемая кинематика не передает колебания подвески непосредственно на рулевой вал 1, а гасит эти колебания за счет работы карданных шарниров.
Таким образом, предлагаемый рулевой механизм отличается от известных конструкций того же назначения следующими признаками:
рулевая тяга не связана механической связью с рулевым механизмом, а соединяется с сошкой, расположенной непосредственно на рулевой колонке;
рулевая тяга располагается поперек транспортного средства, имеет небольшие габаритные размеры;
не требует внесения изменений в штатные рулевые приводы, применяемые на транспортных средствах высокой проходимости;
не требует применения промежуточных передаточных механизмов типа конических, зубчатых, гидравлических или ременных передач.
Предлагаемый механизм прост в изготовлении, использует элементы рулевых механизмов, применяемых в автомобилестроении, стандартные узлы и детали, которые можно приобрести в свободной продаже.
Использование предлагаемого изобретения позволит повысить безопасность и эксплуатационную скорость транспортных средств высокой проходимости при движении по участкам пересеченной местности с большими ходами подвески.