ОПОРА ЗУБЧАТОЙ РЕЙКИ РУЛЕВОГО МЕХАНИЗМА

Полезная модель относится к области транспортного машиностроения, а именно к опоре скольжения зубчатой рейки реечной передачи механизма рулевого управления автомобиля.
Известен аналог – направляющая опора зубчатой рейки, RU2427493, 20.04.2007, выполненная в виде цилиндра, на одном торце которого имеется вогнутая цилиндрическая поверхность, выполненная с возможностью сопряжения с зубчатой рейкой, на цилиндрической поверхности имеются кольцевые канавки.
Недостатком аналога является отсутствие функционала компенсации зазоров, возникающих из-за различия формы и размеров деталей, находящихся в сопряжении с опорой: корпуса и зубчатой рейки. Наличие зазоров приводит к люфтам подвижных соединений деталей, которые приводят к ударным нагрузкам, ускоренному износу, шуму при работе узла, низкой точности передачи движения узлом. Различие формы и размеров деталей может быть обусловлено большим допуском при изготовлении, термической деформацией, износом. Отсутствие функционала компенсации зазоров приводит к требованию высокой точности изготовления деталей для обеспечения соединения деталей в узле без зазоров.
Известен аналог – направляющая опора зубчатой рейки, JPH08225083A, 28.10.1994, выполненная в виде цилиндра, на торце которого имеется вогнутая цилиндрическая поверхность, выполненная с возможностью сопряжения с зубчатой рейкой, имеется паз, пересекающий цилиндр опоры насквозь, паз является открытым со стороны торца, имеющего вогнутую поверхность, и расположен вдоль оси вогнутой цилиндрической поверхности.
Недостатком аналога является отсутствие функционала компенсации зазора между опорой и зубчатой рейкой, что обусловлено размерами указанного паза – он относительно короткий для данной длины опоры, при такой длине паза не обеспечивается подпружинивание разделенных пазом частей опоры в соединении с зубчатой рейкой, особенно при изготовлении опоры из металла, как в аналоге. Выполнение опоры из металла также обуславливает низкую технологичность изготовления опоры.
Известен аналог – опора зубчатой рейки рулевого механизма (далее-опора), KR20140014711A, 25.07.2012, принятая в качестве прототипа полезной модели, выполненная в виде цилиндра, на торце которого имеется вогнутая цилиндрическая поверхность, выполненная с возможностью сопряжения с зубчатой рейкой, имеются расположенные параллельно оси опоры пазы, пересекающие цилиндр опоры насквозь, два пересекающихся паза являются открытыми со стороны торца, имеющего вогнутую поверхность, один паз открыт со стороны противоположного торца, пересекающиеся пазы расположены под углом к оси вогнутой цилиндрической поверхности. Прототип обладает функционалом компенсации зазоров, возникающих между опорой и корпусом рулевой рейки.
Недостатком прототипа является отсутствие функционала компенсации зазора между опорой и зубчатой рейкой, а также низкая технологичность изготовления опоры из-за большого количества пазов, расположенных под разными углами.
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в обеспечении компенсации зазоров, возникающих из-за различия формы и размеров деталей, находящихся в сопряжении: опоры с корпусом и опоры с зубчатой рейкой, с обеспечением высокой технологичности изготовления опоры.
Технический результат достигается в опоре зубчатой рейки рулевого механизма, выполненной в виде цилиндра, на торце которого имеется вогнутая цилиндрическая поверхность, выполненная с возможностью сопряжения с зубчатой рейкой, имеется паз, пересекающий цилиндр опоры насквозь, паз является открытым со стороны торца, имеющего вогнутую поверхность, паз расположен вдоль оси вогнутой цилиндрической поверхности, ширина паза составляет от 0,5 до 8 мм, длина паза вдоль цилиндра опоры на 2,5..5 мм короче длины опоры, материалом опоры является полимерный материал с высоким показателем упругости и низким коэффициентом трения.
Материалом опоры может быть полиациталь ПОМ-С.
Материалом опоры может быть полиамид 6.
Материалом опоры может быть текапет.
На фиг.1 изображен общий вид опоры зубчатой рейки рулевого механизма.
Опора зубчатой рейки рулевого механизма выполнена в виде цилиндра 1, как показано на фиг.1, на торце 2 (фиг.1, 2) которого имеется вогнутая цилиндрическая поверхность 3, выполненная с возможностью сопряжения с зубчатой рейкой, имеется паз 4, пересекающий цилиндр 1 опоры насквозь, паз 4 является открытым со стороны торца 2, имеющего вогнутую поверхность 3, паз 4 расположен вдоль оси 5 вогнутой цилиндрической поверхности 3. Ширина h паза 4, как показано на фиг.2, может составлять от 0,5 до 8 мм. Длина l паза вдоль втулки может быть на 3 мм короче длины L втулки.
Рассмотрим пример конкретной реализации опоры зубчатой рейки рулевого механизма. В качестве материала опоры выбран полиациталь ПОМ-С в виде круглого прутка. Опора может быть изготовлена из любого антифрикционного пластика, например, капролона (полиамид 6), текапета и других материалов с аналогичными свойствами. Материал выбран для обеспечения достижения технического результата, так как он имеет высокую упругость, обеспечивающую пружинящие свойства и низкий коэффициент трения, что обеспечивает возможность изготовления детали из одного материала без применения промежуточных прокладок, обладающих антифрикционными свойствами. Опору изготавливают из прутка путем фрезерования вогнутой цилиндрической поверхности 3 и паза 4. Процесс обработки содержит всего две технологические операции, допуск на размеры выбран по 12 квалитету, поэтому изделие характеризуется высокой технологичностью изготовления. Ширина h паза 4 составляет 3 мм. При ширине паза менее 0,5 мм изделие становится менее технологичным, так как такой паз сложнее обработать. При ширине паза более 8 мм значительно снижается площадь вогнутой цилиндрической поверхности 3, которая является поверхностью контакта с зубчатой рейкой. При таком снижении поверхности контакта ухудшаются свойства опоры, не обеспечивается надежное прижатие зубчатой рейки, что в конечном счете мешает достижению технического результата. Диаметр D цилиндра 1, как показано на фиг.2, опоры составляет 30 мм. Этот размер является посадочным при установке в корпус. Опоры для большинства зубчатых реек автомобилей имеют диаметр D близкий к 30 мм. Длина паза 4 вдоль цилиндра 1 опоры на k=3 мм короче длины опоры. Благодаря выбору данного размера обеспечивается подпружинивание разделенных пазом 4 частей опоры в соединении с зубчатой рейкой. При изготовлении опоры с k<2,5 снижается прочность опоры для большинства возможных материалов и происходит её разрушение при нагрузке. При изготовлении опоры с k>5 значительно снижается эффект подпружинивания для большинства возможных материалов, что в конечном счете мешает достижению технического результата.
Рассмотрим пример применения опоры зубчатой рейки рулевого механизма. Опора предназначена для поджатия зубчатой рейки 6, как показано на фиг.3, рулевого механизма, представляющего зубчато-реечную передачу. Опору устанавливают в посадочное отверстие корпуса 7. Затем устанавливают пружину 8 и заглушку 9. В таком положении опора поджимает рейку 6 к зубчатому колесу 10, выполненному совместно с валом рулевого механизма. Благодаря этому исключаются люфты рулевого механизма. Принцип удержания зубчатого колеса 10 с валом основан на возможности заполнения свободного пространства предметом клиновой формы. Паз 4 преобразует цельную опору, например, как в приведённом первом аналоге, в два клиновидных подвижных элемента 11 и 12, соединенных между собой перемычкой 13. Как уже сказано выше, длина перемычки 13 равна 3 мм. За счет подвижности клиновых элементов 11 и 12, обеспечиваемых упругостью выбранного материала, в присутствии постоянной осевой силы поджимной пружины 8, клиновые элементы 11 и 12 заполняют пространство между посадочным местом корпуса 7 рулевой рейки и рейкой 6.  А также клиновые элементы 11, 12 компенсируют зазоры между опорой и корпусом 7. При длине k перемычки 13 более 5 мм упругость подвижных элементов 11 и 12 снижается, что снижает возможности опоры компенсировать зазоры. При длине перемычки 13 менее 2,5 мм возникает опасность нарушения целостности опоры из-за разрушения в области перемычки 13.
В техническом решении достигаются следующие преимущества перед аналогами:
а. Максимально точное позиционирование рейки 6 в вертикальной и горизонтальной плоскостях в корпусе 7 рулевой рейки и минимальные зазоры в цепочке: корпус 7 рулевой рейки - опора – рейка 6.
б. Корректная работа опоры при изменении формы и размеров опоры и рейки 6, обусловленных тепловым расширением деталей. Зазоры компенсируются упругостью материала опоры.
в. Корректная работа опоры при изменении формы и размеров опоры и рейки 6, обусловленных износом деталей. Зазоры компенсируются упругостью материала опоры.
г. Корректная работа опоры с отклонениями от заданных размеров и формы при неточном изготовлении деталей в цепочке корпус 7 рулевой рейки - опора – рулевая рейка 6.