Шариковинтовой гидроусилитель рулевого управления транспортного средства
BALLSCREW HYDRAULIC STEERING BOOSTER OF VEHICLE

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности, к рулевым механизмам со встроенным гидравлическим усилителем.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является рулевой механизм транспортного средства со встроенным усилителем, содержащий корпус, в котором установлены поршень, одна часть которого делит полость корпуса на две рабочие камеры, связанные через распределитель с источником объемной подачи жидкости, и имеет осевое отверстие, а на другой части размещена зубчатая рейка, входящая в зацепление с зубчатым сектором вала сошки, винт, установленный соосно с поршнем и связанный с ним шарикововинтовой передачей.
Особенностью конструкции является то, что оси поршня и винта расположены на одном уровне с начальной плоскостью зубчатой рейки, при этом в зубьях рейки и сектора вала сошки выполнены пазы для размещения винта (см. патент RU №2211777 С2 B62D 5/06 от 10.09.2003 Бюл №25).
Недостатком известного технического решения является совмещение в единой цилиндрической поверхности рейки-поршня с функциями гидравлического уплотнения и направления.
При этом действующая в реечном зацеплении с валом сошки радиальная сила прижимает наружную цилиндрическую поверхность рейки-поршня к сопрягаемой с ней внутренней цилиндрической поверхности корпуса.
Взаимодействие оговоренных поверхностей под действием радиальной силы способствует износу одной из них, а именно более мягкой поверхности корпуса, и как следствие разгерметизации гидроцилиндра, образованного оговоренными поверхностями. Кроме того, невозможно применение антифрикционных материалов для снижения потерь от трения, вследствие их поверхностной не герметичности.
В основу изобретения поставлена задача усовершенствования гидроусилителя, повышение надежности и долговечности работы механизма. Достигаемый технический результат - разгрузка уплотняющей части рейки-поршня от радиальной силы и концентрация радиальной силы исключительно на направляющую часть.
Указанная задача решается шариковинтовым гидроусилителем рулевого управления транспортного средства, содержащим корпус в котором установлена рейка-поршень, с шариковинтовой передачей, размещенной в ее осевом отверстии, взаимодействующая своими зубьями, начальная плоскость которых совмещены с собственной геометрической осью, с зубьями вала сошки, и делящая корпус на две рабочие камеры, сообщающиеся с источником подачи рабочей жидкости через гидравлический распределитель созданный взаимодействием комплекта продольных канавок винта шариковинтовой передачи и ротором расположенным в его осевом отверстии, в котором, согласно предложению наружная цилиндрическая поверхность рейки-поршня (и соответственно отверстие большей длины корпуса, взаимодействующее с рейкой-поршнем, образующие совместно гидроцилиндр) выполнена двухступенчатой, одна из ступеней, большего диаметра, является уплотняющей, а вторая, меньшего диаметра, укомплектованная зубьями рейки, является направляющей, при этом их геометрические оси совмещены.
Геометрическая ось шариковинтовой передачи совмещена с геометрической осью рейки-поршня. При этом шариковинтовая передача, образованная винтом и гайкой, установлена в осевом отверстии уплотняющей ступени рейки-поршня и закреплена механически.
Ротор и винт кинематически связаны зубьями шлицевого соединения и упругой связью проходящим через их осевое отверстие торсионом, шлицевые концы которого сопряжены с ответными шлицевыми отверстиями винта и ротора. Шариковинтовая передача образована резьбовыми частями винта и гайки, комплектами циркулирующих шариков с каналами их возврата, размещенными в теле гайки, и соединяющими концы винтовых поверхностей винта в пределах кратных шагу винтовой линии.
Корпус выполнен в виде двух цилиндрических тел с осевыми отверстиями с перекрещивающимися осями.
При этом отверстие  длины (закрытое дном с отверстием с одной стороны) служит для создания гидравлического цилиндра, при взаимодействии с рейкой-поршнем. В отверстии, выполненном в дне, расположена часть винта, в которой размещен ротор, при этом оговоренная часть винта сопряжена с отверстием корпуса, в котором расположены каналы для подвода и отвода рабочей жидкости, а также полости для монтажа предохранительного и обратного клапанов.
В отверстиях меньшей длины корпуса размещаются обоймы, укомплектованные подшипниками для обеспечения центрирования цапф вала сошки и элементами гидравлических уплотнений для обеспечения внешней герметизации оговоренных цапф.
Вал сошки, размещенный в обоймах оговоренными цапфами, выполнен с двумя венцами, каждый из которых укомплектован, например, двумя зубьями.
Зубья выполнены на двух оппозитно расположенных венцах, соединенных С-образным участком, образующим пространство для размещения в нем части шариковинтовой передачи.
Разделение в пространстве уплотняющей и направляющей части дает возможность направляющую часть рейки-поршня разместить в металлофторопластовом подшипнике. Такое решение обеспечивает значительное снижение потерь на трение и повышение механического КПД гидроусилителя, кроме того уплотняющая часть рейки поршня разгружается от радиальных нагрузок, что обеспечит внутреннюю герметичность.
Сущность изобретения поясняется чертежами,
где на Фиг. 1 изображен продольный разрез шариковинтового гидроусилителя.
На Фиг. 2 изображен поперечный разрез по оси вала сошки.
На Фиг. 3 изображена схема взаимодействия рейки-поршня с направляющей частью корпуса.
На Фиг. 4 изображена схема взаимодействия рейки-поршня с уплотняющей частью корпуса.
На Фиг. 5 изображена схема взаимодействия ротора с винтом и торсионом.
На Фиг. 6 изображена схема взаимодействия направляющей части рейки-поршня с металлофторопластовым подшипником.
На Фиг. 7 изображена схема металлофторопластового подшипника.
Шариковинтовой гидроусилитель (фиг. 1) содержит корпус 1, разделенный рейкой-поршнем 2 на две рабочие полости, и герметично закрытый крышкой 3.
В осевом отверстии рейки-поршня 2 установлена шариковинтовая передача, содержащая винт 4 взаимодействующий с гайкой 5 посредством комплекта циркулирующих шариков 6.
В осевом направлении винт 4 базируются в торцевых роликовых подшипниках 7.
Зубья 8 вала сошки 12 входят в зацепление с зубьями 9 рейки-поршня 2, образуя реечную передачу.
Осевое отверстие корпуса 1 выполнено из двух ступеней.
Ступень большего диаметра 10 взаимодействует с уплотняющей частью рейки-поршня 2.
Ступень меньшего диаметра 11 взаимодействует с направляющей частью рейки-поршня 2.
Оговоренные ступени 10 и 11 расположены с совмещением их геометрических осей.
В осевом отверстии винта 4 размещен ротор гидравлического распределителя 14.
На фиг. 2 представлена схема зацепления вала сошки 12, установленного в подшипниковых узлах 15, с рейкой-поршнем 2.
При этом вал сошки образован двумя зубчатыми венцами 16, с зубьями 8, соединенными С-образным участком, охватывающим гайку 5, и взаимодействующими с зубьями 9 рейки-поршня 2.
На фиг. 3 представлена схема взаимодействия направляющей цилиндрической поверхности рейки-поршня 2 с исполнительным диаметром Dн. При этом зазор образованный оговоренными исполнительными диаметрами стремится к минимальному значению.
На фиг. 4 представлена схема взаимодействия уплотняющих цилиндрических поверхностей рейки-поршня 2, с исполнительным размером dy и корпуса 1, с исполнительным размером Dy.
При этом зазор, образованный оговоренными исполнительными диаметрами, стремится к нормативному значению, обеспечивающему необходимую герметичность, но сохраняя при этом отсутствие контакта поверхностей.
На фиг. 5 представлена схема винта 4 в сборе с ротором 14, торсионом 17 и втулкой фиксации торсиона 18.
Ротор 14 взаимодействуя с комплектом оппозитных продольных канавок, в отверстии винта обеспечивает подачу рабочей жидкости в соответствующие полости, образованные в корпусе 1, взаимодействующие с рейкой-поршнем 2.
Передача крутящего момента от ротора 14 на винт 4 осуществляет посредством взаимодействия зубчатой муфты 19, образованной зубьями ротора и винта, разрез В-В.
Торсион 17 осуществляет возврат ротора в нейтральное положение посредством шлицевого сопряжения 20, выполненного на торсионе, втулке 18 и отверстии ротора 14.
На фиг. 6 представлена схема с применением металлофторопластового подшипника 21 в отверстии направляющей части корпуса 1. При этом рейка-поршень 2 взаимодействует с оговоренным подшипником 21 используя эффект снижения коэффициента трения до значения 0,05…0,06 вместо значений 0,1…0,15.
На фиг. 7 представлена схема оговоренного подшипника с нанесенным на его поверхность металлофторопластовым слоем 22.