РУЛЕВОЙ МЕХАНИЗМ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА С ПЕРЕМЕННЫМ ПЕРЕДАТОЧНЫМ ЧИСЛОМ
STEERING GEAR OF VEHICLE WITH VARIABLE GEAR RATIO

Изобретение относится к области автомобилестроения, в частности к рулевому управлению.
Для улучшения качества рулевого управления современные системы рулевого управления изготавливаются с переменным передаточным числом. Подобные системы с переменным передаточным числом в большинстве своем реализованы в конструкциях с реечными зубчатыми рулевыми механизмами.
Известный реечный рулевой механизм с переменным передаточным отношением содержит шестерню, зацепляющуюся с зубчатой рейкой, снабженной центральной группой зубьев с различными формой и шагом, соответствующими различным радиусам зацепления шестерни и рейки (патент СССР №502598, 1976 г.). Недостатком известного рулевого механизма является невозможность получения необходимого диапазона изменения передаточных отношений без уменьшения прочности зацепления.
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, 2000 г.). Недостатком известного рулевого управления является сложность регулирования углов между телескопическими карданными валами для изменения передаточного отношения, большая сложность в изготовлении и эксплуатации.
Известно также активное рулевое управление с циклоидальным вариатором (патент РФ №2370398, 2009 г.), где в качестве редуктора, передающего вращение от органа управления к колесам, применен циклоидальный редуктор, промежуточное тело вращения которого установлено на валу управляющего внешнего привода, имеющего возможность вращения и фиксации, а шестерни ступеней, установленные с возможностью свободного вращения на этом валу, связаны с входным и выходным валами рулевого управления, причем управляющий внешний привод вращает вал с переменной частотой по сигналам блока управления в зависимости от скорости автомобиля, угла поворота органа управления и скорости его вращения, при этом происходит изменение передаточного отношения редуктора в широком диапазоне. Недостатком его является сложность технологии изготовления, необходимость наличия электронной системы управления, при неисправности которой теряется возможность изменения передаточного числа рулевого управления.
Задачей изобретения является увеличение возможностей изменения передаточного числа в более широком диапазоне, ресурса рулевого управления и упрощение его конструкции.
Поставленная задача достигается тем, что рулевой механизм транспортного средства с переменным передаточным числом выполнен в виде планетарного вариатора, ведущий вал которого выполнен заодно с водилом, в которое установлены сателлиты, поджатые с одной стороны опорным диском, жестко закрепленным на корпусе, а с другой - поджимным диском с помощью винта, связанного с поджимным диском через пружину и опорный подшипник, при этом рабочая поверхность сателлитов упирается в ведомое кольцо, вставленное в шлицы ведомой короны с возможностью перемещения двумя кривошипно-ползунными механизмами, ползуны которых соединены с ведомым кольцом через подшипник, а шатуны соединены через пары конических и цилиндрических шестерен с ведущим валом, хвостовик которого установлен с возможностью вращения внутри передней части поджимного диска, задняя часть которого установлена с возможностью вращения в ведомой короне, являющейся выходным элементом рулевого механизма.
На фигуре изображен в разрезе рулевой механизм в сборе с валом рулевого управления, где: 1 - винт; 2 - пружина; 3 - ведомая корона; 4 - опорный подшипник; 5 - поджимной диск; 6 - сателлит; 7 - ведомое кольцо; 8 - шатуны; 9 - ползуны; 10 - подшипник; 11 - опорный диск; 12, 13 - цилиндрические шестерни; 14 - ведущий вал с водилом; 15 - корпус; 16, 17 - конические шестерни.
Рулевой механизм транспортного средства с переменным передаточным числом содержит корпус 15, в котором установлены ведущий вал, выполненный заодно с водилом 14, в которое установлены сателлиты 6, поджатые с одной стороны опорным диском 11, жестко закрепленным на корпусе 15, а с другой - поджимным диском 5 с помощью винта 1, связанного с поджимным диском 5 через пружину 2 и опорный подшипник 4, при этом рабочая поверхность сателлитов 6 упирается в ведомое кольцо 7, вставленное в шлицы ведомой короны 3 с возможностью перемещения двумя кривошипно-ползунными механизмами, ползуны 9 которых соединены с ведомым кольцом 7 через подшипник 10, а шатуны 8 соединены через конические 16, 17 и цилиндрические шестерни 12, 13 с ведущим валом 14, хвостовик которого установлен с возможностью вращения внутри передней части поджимного диска 5, задняя часть которого установлена с возможностью вращения в ведомой короне 3, являющейся выходным элементом рулевого механизма.
Рулевой механизм транспортного средства с переменным передаточным числом работает следующим образом. При вращении рулевого колеса ведущий вал, выполненный заодно с водилом 14, поворачивается в соответствующую сторону. Сателлиты 6, установленные в водиле 14 с возможностью вращения поворачиваются, обкатываясь по опорному диску 11, жестко закрепленному на корпусе 15. Посредством фрикционного контакта сателлиты 6 передают вращение на ведомое кольцо 7, которое через шлицевое соединение передает вращение на ведомую корону 3, соединенную с рулевым приводом. Регулирование силы поджатия сателлитов 6 между опорным диском 11, ведомым кольцом 7 и поджимным диском 5 обеспечивается винтом 1, воздействующим на поджимной диск 5 через пружину 2 и опорный подшипник 4. При этом ведущий вал 14 вращает жестко посаженную шестерню 13, которая передает вращение через цилиндрические шестерни 12 и конические шестерни 17 на конические шестерни 16, играющие роль кривошипов. При вращении шестерен 16, как в одну, так и в другую сторону, шатуны 8 перемещают ползуны 9 и через подшипник 10 ведомое кольцо 7 по шлицам ведомой короны 3 из точки А в точку В, что соответствует повороту рулевого колеса из центрального положения влево или вправо до упора. Линия контакта ведомого кольца 7 с рабочей поверхностью сателлитов 6 перемещается из точки А, соответствующей максимальному передаточному числу в точку В с минимальным передаточным числом, аналогично принципу работы вариатора Пирожкова Е.И. Закон изменения передаточного числа рулевого механизма определяется параметрами кривошипно-ползунных механизмов 8, 9, цилиндрических шестерен 12, 13, конических шестерен 16, 17. Передаточное число, при этом, может достигать значительных величин - 1:50 и более.
При необходимости рулевое управление, в состав которого будет входить предлагаемый рулевой механизм с переменным передаточным числом, можно выполнить активным. Шестерня 13 в этом случае должна быть свободного вращения относительно ведущего вала 14, но иметь возможность жесткого соединения с ним с помощью муфты, управляемой автоматически, а шестерни 12 должны вращаться электродвигателем по сигналам блока управления в зависимости от скорости автомобиля, угла поворота органа управления и скорости его вращения, положения электродвигателя, датчиков системы динамической стабилизации. В случае выхода из строя электродвигателя или блока управления устанавливается жесткое соединение шестерни 13 и ведущего вала 14, при этом сохраняется возможность не только управлениия транспортным средством, но и изменения передаточного числа.
Достоинство предлагаемого изобретения заключается в высокой нагрузочной способности планетарной передачи, увеличении ресурса за счет разгружения от нормальных сил подшипников вала рулевого механизма, широком диапазоне передаточных чисел, компактности и простоте конструкции.