УСИЛИТЕЛЬ РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ПРИВОДОМ
POWER STEERING MECHANISM WITH ELECTRIC DRIVE

Изобретение относится к машиностроению и представляет конструкцию усилителя рулевого управления с электрическим приводом и может применяться в конструкции грузовых транспортных средств и автобусов как с управляемыми осями с независимой подвеской колес, так и на осях с неразрезной балкой.
Известно устройство для активного управления транспортным средством и рулевой механизм c таким устройством, снабженное рулевым управлением с усилителем, содержащее зубчатую передачу дифференциального типа колеса рулевого управления для передачи на выходной вал как отклонения угла поворота колеса рулевого управления с входного вала, так и отклонения угла поворота рулевого управления. Зубчатая  передача колеса рулевого управления содержит двойную планетарную передачу с входным центральным зубчатым колесом, выходным центральным зубчатым колесом и парой планетарных колес в активном зацеплении на общих валах между центральными зубчатыми колесами (патент № WO 2011/084095, МПК B62D 5/30, B62D 3/14, опубл. 14.07.2011).
Известен усилитель рулевого управления для механических транспортных средств, содержащий вал, электрический дисковый роторный двигатель с коаксиально расположенной планетарной передачей соединен с валом для увеличения мощности двигателя (патент №US6440029, МПК B62D5/04, опубл. 08.27.2002 г.).
Известные технические решения не могут применяться как на управляемых осях с независимой подвеской колес, так и на осях с неразрезной балкой.
Технической проблемой является расширение диапазона регулировки передаточных отношений усилителя рулевого механизма, используя при этом различные варианты компоновки в зависимости от требований потребителей.
Технический результатом является использование модульной конструкции усилителя рулевого управления, а также редуктора с двумя планетарными передачами и достигается за счет того, что в усилителе рулевого механизма с электрическим приводом, содержащем планетарный редуктор и электродвигатель с системой управления, планетарный редуктор и электродвигатель с системой управления выполнены в виде блоков, при этом редуктор состоит из двух планетарных передач, в которых ведущие  шестерни (солнечные) выполнены полыми и расположены соосно валу ведущей шестерни рулевого механизма, при этом ведущая шестерня первой планетарной передачи установлена на выходном конце полого вала ротора электродвигателя, а ведущая шестерня второй планетарной передачи установлена на выходном конце водила первой передачи, кроме того выходной конец водила второй планетарной передачи соединен с валом ведущей шестерни рулевого механизма.
Водило  второй планетарной передачи, может быть  соединено с валом ведущей шестерни рулевого механизма посредством управляемой муфты. Вал ведущей шестерни рулевого механизма может быть  расположен к валу сошки под углом 90 градусов или параллельно ему.
Новым, в данном техническом решении, является то, что для получения большого передаточного отношения планетарный редуктор и электродвигатель с системой управления выполнены в виде блоков, редуктор  выполнен с двумя планетарными рядами, в которых ведущие  шестерни (солнечные) выполнены полыми и расположены соосно валу ведущей шестерни рулевого механизма, при этом ведущая шестерня первой планетарной передачи установлена на выходном конце полого вала ротора электродвигателя, а ведущая шестерня второй планетарной передачи установлена на выходном конце водила первой передачи, кроме того выходной конец водила второй планетарной передачи соединен с валом ведущей шестерни рулевого механизма.
Выполнение модульных механической и электрической частей усилителя в виде отдельных взаимосвязанных модулей позволяет получать различные варианты компоновки, для получения большого передаточного отношения редуктора используются два планетарных ряда с полыми ведущими шестернями, а также полый вал ротора. Модульность конструкции позволяет создавать рулевые механизмы с усилителем рулевого управления различной комплектации - как с передачей момента под углом  90 гр. так и параллельными валами. Кроме того возможно отсоединение рулевого механизма от усилителя рулевого управления.
Техническое решение поясняется чертежами:
Фиг.1 - усилитель рулевого механизма с электрическим приводом с параллельными осями;
Фиг.2 - усилитель рулевого механизма с электрическим приводом с
перекрещивающимися осями;
Фиг.3 - усилитель рулевого механизма с электрическим приводом с отключаемым редуктором.
Предлагаемая конструкция усилитель рулевого механизма с электрическим приводом представляет собой устройство, состоящее из трех блоков - рулевого механизма (РМ), планетарного редуктора и электродвигателя с системой управления.
Блок рулевого механизма расположен в корпусе 1 с  проставками 2 и состоит из сошки 3, соединенной с валом 4 и конической передачи малой «конусности», состоящей из вала 5 ведущей шестерни и ведущей шестерни 6, выполненных заодно, и зубчатого сектора 7, установленного на валу 4 сошки. Вал 5 ведущей солнечной шестерни 6 может быть расположен под углом 90 градусов к валу 4 сошки или параллельно ему. Зубчатый сектор 7 может иметь как внешнее - передача усилия под углом 90 гр., так и внутреннее зацепление - передача усилия параллельными осями.  Вал 4 сошки установлен на  подшипники 8, расположенные в корпусе 1, а вал 5 ведущей шестерни 6 установлен на  подшипники 9 расположенные в стакане 10, закрепленном на проставках 2. Корпус 1 закрыт крышкой. Стакан 10 и крышка закреплены при помощи деталей крепления.
Блок электродвигателя представляет собой электродвигатель 11 с корпусом 12 со статором 13 и ротором 14 с полым валом 15 для прохода вала 5 ведущей шестерни 6. Вал 15 установлен на подшипниках 16 на вал 5 ведущей шестерни 6 РМ. Другой опорой вала 15  является подшипник 17, установленный в крышку 18 корпуса 12 электродвигателя. Система управления электродвигателем 11 состоит из датчиков, преобразователя сигналов и электронного блока  управления электродвигателем 19 в соответствии с действиями водителя.
Блок двухступенчатого редуктора состоит из двух соосных планетарных передач (рядов), которые могут быть как одинаковыми - унифицированными, так и отличаться, в зависимости от требований ТУ заказчика. Ведущие солнечные шестерни 20 и 21 планетарных передач выполнены полыми, для обеспечения прохода вала 5 ведущей шестерни 6 РМ. Ведущая солнечная шестерня 20 первой планетарной передачи установлена, или нарезана прямо на валу 15, на выходном конце полого вала 15 ротора 14. Солнечная шестерня 20 является ведущим звеном первой планетарной передачи.
Коронная шестерня 22 может быть как общей для обоих планетарных передач (рядов), так и раздельной и крепиться к корпусу 23 редуктора. В приведенной заявке конструкции редуктора коронная шестерня 22 выполняет роль корпуса 23, что упрощает и удешевляет конструкцию ЭРУ.
На водило 24 первой планетарной передачи установлена или выполнена заодно с водилом 24 ведущая солнечная шестерня 21 второй планетарной передачи. Выходное звено - водило 25 второй планетарной передачи соединено с ведущим валом 5 ведущей шестерни 6 шлицевым или иным соединением и  является ведущим для вала 5.
Таким образом, выходное звено, водило 24, одной планетарной передачи является входным, ведущим, для второй планетарной передачи, а выходное звено, водило 25, второй планетарной передачи соединено с валом 5 ведущей шестерни  6.
В некоторых случаях, например, при буксировке транспортного средства, происходит передача крутящего момента от колес к рулевому механизму и редуктору усилителя рулевого правления. В этом случае редуктор будет работать как мультипликатор, повышать обороты вала 5 ведущей шестерни РМ и, следовательно, обороты шестерен планетарных передач и ротора электродвигателя. Для избегания этого явления необходимо отсоединять вал 5 ведущей шестерни от редуктора. В этом случае планетарный редуктор и электродвигатель меняются местами. Такое решение позволяет установить на вал 5, ведущей шестерни 6, муфту 26, посредством которой вал 5 соединяется с выходным концом водила 25 второй планетарной передачи. При необходимости, например при буксировке, муфта 26 переводится в положение  «выключено» и разъединяет усилитель с рулевым механизмом.
Работает усилитель рулевого управления следующим образом: при повороте рулевого колеса, от датчиков, установленных на валу 5 рулевого механизма поступает сигнал на блок электронного управления 19, который включает электродвигатель  усилителя рулевого управления. Крутящий момент от электродвигателя 11 через солнечную шестерню 20, передается на сателлиты  и водило 24 первой планетарной передачи.  Далее крутящий момент передается на сателлиты  и водило 25 второй планетарной передачи. Вращение шестерни 6 вала 5  вправо или влево, перемещает сектор 7, жестко соединенным с валом сошки 4 в ту или другую сторону, что, в свою очередь перемещает свободный конец сошки 3 вперед-назад.
Предлагаемая конструкция усилителя рулевого механизма с электрическим приводом позволяет регулировать передаточное отношение в широком диапазоне, создавать узлы для широкого ряда нагрузок на управляемые оси транспортных средств, может применяться как на управляемых осях с независимой подвеской колес, так и на осях с неразрезной балкой.
Усилитель рулевого механизма с электрическим приводом промышленно применим, и может быть изготовлен на стандартном оборудовании с использованием современных  материалов и технологий.