УСОВЕРШЕНСТВОВАННОЕ ПРЕССОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ КОРПУСА ЗУБЧАТОЙ РЕЙКИ
PERFECTED PRESS-FIT OF RACK BODY

Изобретение относится к устройству из трубчатого корпуса, служащего, например, для приема зубчатой рейки, и, по меньшей мере, из одного удерживающего и/или опорного кольца, которое расположено внутри корпуса и запрессовано в корпус для зубчатой рейки при расширении этого удерживающего и/или опорного кольца, а также к соответствующему способу монтажа. Реечные рулевые механизмы используются в автомобилях для того, чтобы созданное посредством рулевого колеса вращательное движение преобразовать в прямолинейное движение для поворота управляемых колес. Для поддержки усилия рулевого колеса используется сервопривод, который может быть расположен в подходящих местах в пределах силового потока.
В реечном рулевом механизме конец рулевой колонки соединен с шестерней, которая входит в зацепление с зубчатой рейкой и смещает ее вбок при вращении рулевого колеса. К обоим концам зубчатой рейки через шаровой шарнир присоединено по одной поперечной рулевой тяге. Широкому распространению реечного рулевого механизма способствует крайне малый износ. Реечные рулевые механизмы обладают хорошей обратной связью и очень хорошей возвратной способностью.
Обычно корпус зубчатой рейки используется для так называемого поддерживаемого сервоприводом реечного рулевого механизма, причем корпус трубообразно охватывает зубчатую рейку и разделен на гидравлический и механический участки.
Механическим участком является тот участок, на котором движется участок зубчатой рейки, снабженный зубьями и находящийся в зацеплении с вращающейся вместе с управляющим движением рулевого колеса шестерней. Участок зацепления шестерни находится, следовательно, на механическом участке корпуса зубчатой рейки. Гидравлическим участком является тот участок, в который зубчатая рейка также входит, однако обычно не имеет зубьев. В пределах гидравлического участка зубчатая рейка жестко соединена с перемещающимся поршнем, причем поршень образует камеры цилиндра на гидравлическом участке корпуса зубчатой рейки. При повороте рулевого колеса срабатывает управляющий клапан, так что гидравлическая жидкость затекает в одну из камер цилиндра, в результате чего перемещаются поршень и, тем самым, зубчатая рейка. Перемещение поршня за счет гидравлической жидкости служит в качестве усиления движения зубчатой рейки и, тем самым, рулевого колеса. Для этой цели управляющий клапан и корпус зубчатой рейки связаны между собой гидропроводами, так что в зависимости от направления вращения рулевого колеса в ту или другую камеру цилиндра посредством гидравлической жидкости может подаваться давление или оно может стравливаться.
Между механическим и гидравлическим участками обычно расположено опорное кольцо, которое отводит гидравлические внутренние силы в корпус зубчатой рейки и, как правило, удерживает также уплотнительный элемент, например кольцо круглого сечения. На каждом конце корпуса зубчатой рейки расположено далее ограничивающее гидравлический или механический участок опорное кольцо, которое служит, например, также упором для продольного перемещения зубчатой рейки за счет того, что установленный на ее соответствующем конце шаровой шарнир упирается в это опорное кольцо.
Из DE 10033305 С2 известно расширяющее корпус зубчатой рейки одновременное запрессовывание ее направляющих элементов в оба конца ее корпуса, причем при расширении корпуса зубчатой рейки образуется место для посадки сильфонов.
Задачей изобретения являются сокращение производственных затрат и расходов на закрепление опорных и/или удерживающих колец на корпусе, в частности корпусе зубчатой рейки, и, тем не менее, соблюдение высоких требований к прочности и качеству. Эта задача решается посредством устройства по п.1 и способа по п.12 формулы. Предпочтительные варианты являются объектом соответствующих зависимых пунктов. Следует указать на то, что приведенные в формуле изобретения по отдельности признаки могут быть комбинированы между собой любым технологически целесообразным образом и раскрывают другие варианты осуществления изобретения. Описание, в частности в связи с чертежами, дополнительно характеризует и специфицирует изобретение.
Согласно изобретению устройство включает в себя, по меньшей мере, один трубчатый корпус, предпочтительно корпус зубчатой рейки, служащий для ее приема, и, по меньшей мере, одно удерживающее и/или опорное кольцо, расположенное, по меньшей мере, частично внутри корпуса зубчатой рейки. Удерживающее и/или опорное кольцо, называемое далее также просто кольцом, за счет своего расширения (т.е. своей раздач) запрессовано в корпус. Расширение удерживающего и/или опорного кольца происходит, например, по существу, в его радиальном направлении. Предложенное устройство отличается тем, что на примыкающей к корпусу окружной периферийной поверхности удерживающего и/или опорного кольца выполнен зубчатый участок. За счет спрессовывания зубья удерживающего и/или опорного кольца вдавливаются в корпус, точнее, в его внутреннюю стенку и создают особенно надежное соединение, прочность которого, в частности при нагружении в осевом направлении корпуса, выше простого спрессовывания плоских контактных поверхностей, и без необходимости использования дорогой сварки деталей. К тому же отпадают возникающие при сварке проблемы, а именно то, что опорное и/или удерживающее кольцо труднодоступно внутри корпуса зубчатой рейки, а возникающая при этом термическая нагрузка негативно сказывается на стабильности деталей. Удерживающее и/или опорное кольцо расположено в корпусе предпочтительно так, что их радиальные и осевые направления параллельны.
Термин «опорное и/или удерживающее кольцо» в смысле изобретения интерпретируется широко. Согласно изобретению речь может идти о любом, по существу, кольцеобразном элементе с удерживающей и/или опорной функцией. Например, он служит для направления и поддержания зубчатой рейки в корпусе. Он может далее служить для удержания и/или поддержания уплотнительного элемента или отдельного направляющего элемента зубчатой рейки или для соединения двух трубчатых частей корпуса, если корпус выполнен составным.
Термин «зубья» в смысле изобретения также интерпретируется широко. «Зубья» представляют собой, согласно изобретению, одно или нескольких возвышений на примыкающей к корпусу поверхности, в частности внешней окружной поверхности, удерживающего и/или опорного кольца. Например, речь идет об одном возвышении в форме зуба на внешней окружной поверхности удерживающего и/или опорного кольца или о нескольких возвышениях, распределенных по примыкающей к корпусу поверхности. В другом варианте речь идет также об одном или нескольких равномерно отстоящих друг от друга кольцеобразных возвышениях на внешней окружной поверхности.
2
Изобретение не ограничено также в отношении выполнения корпуса. Предпочтительно речь идет о корпусе зубчатой рейки. Например, корпуса зубчатых реек изготавливаются из алюминия литьем под давлением. После литья требуется обработка резанием, чтобы можно было установить на корпусе зубчатой рейки, например, шестерню, а также фрезеруются поверхности прилегания для устанавливаемых деталей. Кроме того, выполняются глухие и сквозные отверстия для закрепления. Предпочтительно корпус зубчатой рейки изготовлен из стали. По сравнению с обычными алюминиевыми корпусами стальные корпуса имеют ряд преимуществ, среди них более высокие жесткость и вязкость материала. Ощущаемая точность рулевого управления заметно повышается за счет более жесткого стального корпуса. Точно так же преимуществом является компактная и недорогая гидравлическая проводка в стальном корпусе, при которой отпадают стыки резьбовых соединений. Корпус, гибко приспосабливаемый к различным типам автомобилей, изготавливается в виде сварной конструкции из деформированных, предварительно изготовленных прецизионных стальных труб с прочностью в зависимости от степени деформации 450-650 Н/мм. Коррозионная защита обеспечивается, например, специальным гальваническим покрытием. Приваренные гидравлические питающие линии обеспечивают оптимальное согласование конструктивного пространства в автомобиле.
Предпочтительно зубчатый участок выполнен в виде резьбы, проходящей в осевом направлении удерживающего и/или опорного кольца. Резьба может облегчить демонтаж кольца за счет того, что оно своей резьбой вращается относительно внутренней резьбы, выдавленной во внутренней стенке в результате запрессовывания, что облегчает демонтаж. Благодаря возможности демонтажа и его облегчения предложенное устройство подходит особенно предпочтительным образом не только для применения при восстановлении, но и может быть также особенно просто и недорого утилизировано. Предпочтительно предусмотрены также средства для приложения инструмента для демонтажа.
Предпочтительно запрессованный в корпус зубчатый участок расположен на расстоянии от, по меньшей мере, одного отверстия корпуса. За счет этого достигается защита от выпадания, поскольку для удаления кольца с зубьев необходимо преодолеть этот участок. В случае резьбы это означает, что при выкручивании кольца этот участок должен быть отделен резанием от резьбы, что требует повышенных затрат усилия и, тем самым, создает также защиту от выпадания.
Предпочтительно удерживающее и/или опорное кольцо, по меньшей мере, в зоне зубчатого участка содержит более твердый материал, чем материал примыкающего к нему участка корпуса, с тем чтобы со стороны корпуса достичь пластической деформации материала в зоне зубчатого участка и, тем самым, особенно прочного и нагружаемого соединения. Например, кольцо изготовлено из более твердого материала, чем корпус.
Предпочтительно удерживающее и/или опорное кольцо, по меньшей мере, в зоне зубчатого участка закалено. Согласно другому предпочтительному варианту, удерживающее и/или опорное кольцо изготовлено из инструментальной стали, например легированной или нелегированной инструментальной стали.
Согласно другому предпочтительному варианту удерживающее и/или опорное кольцо снабжено конической внутренней окружной поверхностью для расширяющего спрессовывания с корпусом. Посредством конической внутренней окружной поверхности особенно просто достигается радиальное расширение (раздача) кольца под действием усилия в осевом направлении.
Согласно другому варианту устройство включает в себя, по меньшей мере, частично расположенную в корпусе зубчатую рейку.
Предпочтительно удерживающее и/или опорное кольцо снабжено опирающейся на край отверстия корпуса отбортовкой, чтобы, например, фиксировать кольцо при расширении (раздаче) в осевом направлении. Отбортовка служит также для опирания, если при повороте рулевого колеса зубчатая рейка движется к удерживающему и/или опорному кольцу в виде упора.
Изобретение касается далее способа монтажа, по меньшей мере, одного удерживающего и/или опорного кольца, по меньшей мере, частично внутри трубчатого корпуса, служащего предпочтительно для приема зубчатой рейки. Способ включает в себя этап расположения, на котором, по меньшей мере, одно удерживающее и/или опорное кольцо, по меньшей мере, частично располагается внутри корпуса. Способ включает в себя также этап расширения (раздачи), на котором удерживающее и/или опорное кольцо расширяется, предпочтительно в своем радиальном направлении. Предложенный способ отличается тем, что на этапе расширения в корпус запрессовывается зубчатый участок, расположенный на примыкающей к корпусу внешней окружной поверхности удерживающего и/или опорного кольца. За счет запрессовывания зубья удерживающего и/или опорного кольца вдавливаются в корпус, точнее, в его внутреннюю стенку и создают особенно надежное соединение, прочность которого, в частности при осевом нагружении, выше простого спрессовывания плоских поверхностей соприкосновения, и без необходимости использования дорогой сварки деталей. К тому же отпадают возникающие при сварке проблемы, а именно то, что опорное и/или удерживающее кольцо труднодоступно внутри корпуса, а возникающая при этом термическая нагрузка негативно сказывается на стабильности деталей.
Предпочтительно способ включает в себя предшествующий этапу расположения этап закалки, на котором удерживающее и/или опорное кольцо закаляется, по меньшей мере, в зоне зубчатого участка.
Согласно другому предпочтительному варианту этап расширения осуществляется за счет того, что конический прессовой инструмент воздействует на коническую внутреннюю окружную поверхность опорного и/или удерживающего кольца.
По названным выше причинам зубчатый участок выполнен предпочтительно в виде резьбы, проходящей в осевом направлении удерживающего и/или опорного кольца.
Предпочтительно в предложенном способе на этапе расширения расширение корпуса предотвращено за счет того, что он, например, в зоне кольца при расширении принимается с геометрическим замыканием в приемном элементе неподвижного упора.
Изобретение более подробно поясняется ниже с помощью чертежей. Следует указать на то, что чертежи изображают особенно предпочтительные варианты осуществления изобретения, однако не ограничивают его ими. На чертежах схематично представляют:
- фиг.1: разрез сегмента корпуса зубчатой рейки с опорным кольцом и расположенной в сегменте корпуса зубчатой рейкой;
- фиг.2: разрез другого сегмента корпуса зубчатой рейки с удерживающим кольцом.
Изготовленный из стали корпус 1 зубчатой рейки на фиг.1 изображен лишь в виде фрагмента. На фиг.1 показан один из концевых участков корпуса 1. Соответствующее отверстие закрыто опорным кольцом 2. Опорное кольцо 2 из стали опирается своей отбортовкой 7 на край отверстия корпуса 1 зубчатой рейки. С одной стороны, опорное кольцо 2 служит упором для карданного шарнира (не показан), закрепленного на конце расположенной в корпусе 1 зубчатой рейки 10. С другой стороны, опорное кольцо 2 служит для опирания опорного подшипника 8 зубчатой рейки 10 с кольцом скольжения 11, которые служат для ее направления. В качестве опции опорный подшипник 8 опирается дополнительно на стопорное кольцо 9, помещенное в окружной паз внутренней стенки корпуса 1. Далее предусмотрено кольцеобразное уплотнение 3, опирающееся, в свою очередь, на опорный подшипник 8. Для закрепления опорного кольца 2 на корпусе 1 оно было подвергнуто расширению в его радиальном направлении за счет того, что прессовой инструмент конической рабочей поверхностью входит в коническую внутреннюю стенку 5 опорного кольца 2 в осевом направлении, а оказываемое прессовым инструментом на опорное кольцо 2 усилие вызывает его расширение в радиальном направлении. Опорное кольцо 2 имеет резьбовой участок 4, который за счет обработки закалкой имеет более высокую твердость, чем сталь корпуса 1, так что резьбовой участок 4 при пластической деформации корпуса 1 вдавливается в него, обеспечивая, таким образом, особенно прочное соединение опорного кольца 2 с корпусом 1. Посредством резьбового участка 4 опорное кольцо 2 может быть демонтировано из корпуса 1 за счет его вращения в соответствующем направлении относительно корпуса 1. Дистальный участок 6 между отверстием корпуса 1 и резьбовым участком 4, оставленный при запрессовывании без резьбы со стороны корпуса 1, должен быть при выкручивании преодолен, т.е. срезан. Это требует повышенных затрат усилия, и дистанцирующий участок 6 служит, тем самым, в качестве защиты от выпадания.
На фиг.2 изображен другой сегмент корпуса 1 с расположенным в нем удерживающим кольцом 2'. Оно служит для удержания уплотнительного кольца 3 внутри, т.е. в гидравлическом участке, корпуса 1. Для закрепления удерживающего кольца 2' на корпусе 1 оно было подвергнуто расширению в его радиальном направлении за счет того, что прессовой инструмент конической рабочей поверхностью входит в коническую внутреннюю стенку 5' удерживающего кольца 2' в осевом направлении, а оказываемое прессовым инструментом на удерживающее кольцо 2' усилие вызывает его расширение в радиальном направлении. Удерживающее кольцо 2' имеет резьбовой участок 4', который за счет обработки закалкой имеет более высокую твердость, чем сталь корпуса 1, так что резьбовой участок 4' при пластической деформации корпуса 1 вдавливается в него, обеспечивая, таким образом, особенно прочное соединение удерживающего кольца 2' с корпусом 1. Существенно трубчато выполнен.