ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ УСИЛИТЕЛЬ РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ

Полезная модель относится к автомобилестроению и может быть использована в сервомеханизмах рулевого привода автомобиля.
Известно применение пластмасс для изготовления зубчатых колес, работающих в особых условиях, таких как высококоррозионная среда, отсутствие смазки, например, «Основы конструирования изделий из пластмасс» под ред. Э.Бэра, М. Машиностроение, 1970, стр.74. Пластмассовые колеса хорошо амортизируют удары возникающие при передаче переменных нагрузок, обладающих способностью погашать механические вибрации и тем самым обеспечивать бесшумность работы передач. Полиамидные зубчатые колеса могут работать без смазки, мало истираются, вследствие небольшого модуля упругости такие колеса менее чувствительны к деформациям и неточностям изготовления и монтажа.
Известно, что модуль передачи в этом случае должен быть вдвое большим, см. например М.Э.Народецкая, Б.А.Торбан, А.И.Аркуша «Теоретическая механика и детали машин и приборов» М, Машиностроение 1982, стр.315
Наиболее близким к заявляемому является электрический усилитель рулевого управления по патенту Российской Федерации №2159717, В 62 D 5/04, содержащий корпус, в котором установлены ведущий и ведомый валы, соединенные торсионом, датчик крутящего момента на ведущем валу и червячная передача, состоящая из червячного колеса, установленного концентрично ведомому вал, и червяка, приводимого во вращение связанным с ним электродвигателем, причем ведущий вал установлен на двух подшипниках, один из которых расположен на торсионе, ведомый вал своим выходным концом установлен на подшипнике в первой крышке усилителя, отличающийся тем, что ведомый вал расположен в корпусе усилителя на подшипнике своим внутренним концом, охватывающим внутренний конец ведущего вала, установленного относительно ведомого вала посредством подшипника на торсионе, связывающем внутренний конец ведущего вала с выходным концом ведомого вала, причем усилитель снабжен второй крышкой с подшипником со стороны выходного конца ведущего вала, Указанный ведомый вал установлен в подшипниках, расположенных по разные стороны от червячного колеса, а ведомый вал установлен в подшипнике второй крышки посредством детали датчика
крутящего момента. В качестве подшипников использованы подшипники качения. Червячное колесо жестко связано с ведомым валом, а червяк выполнен многозаходным.
В прототипе червячное колесо выполнено из бронзы и при стандартном расчете червячной передачи модуль зацепления выбран равным 1.5.
К недостаткам прототипа следует отнести высокий уровень шума электромеханического усилителя рулевого управления, создаваемого червячной передачей, значительную трудоемкость изготовления червячной передачи, обусловленную высокими требованиями к точности изготовления, большим объемом фрезерных работ
Задачей, на решение которой направлено создание настоящей полезной модели, является снижения уровня шума электропривода при одновременном снижении трудоемкости его изготовления.
Поставленная задача решается тем, что в электрический усилитель рулевого управления, содержащий корпус, в котором установлены ведущий и ведомый валы, соединенные торсионом, датчик крутящего момента на ведущем валу и многозаходный червяк, связанный с электродвигателем, указанный червяк выполнен двухзаходным из стали, червячное колесо включает стальную ступицу и пластмассовый венец, а параметры червячной передачи определены с учетом того, что модуль зацепления для расчета делительного диаметра выбран равным 2,25, модуль зацепления для расчета высоты зуба выбран равным 1,75, а коэффициент диаметра червяка равен 5.667.
Предусмотрено, что указанный венец червячного колеса выполнен из полиоксиметилена, на стальной ступице под венцом выполнены пазы в виде ласточкиного хвоста, а на выступах ступицы нанесено сетчатое рифление.
Предусмотрено, что указанное червячное колесо напрессовано на вторичный вал, в котором размещено стопорное кольцо, препятствующее осевым перемещениям червячного колеса, при этом чистота обработки отверстия ступицы на класс выше чистоты обработки посадочного места вторичного вала, а якорь электродвигателя и червяк редуктора соединены посредством предохранительной муфты, состоящей из двух полумуфт и тарированного устройства сцепления полумуфт.
Элементы электрического усилителя рулевого управления представлены на чертежах, где на фиг.1 приведена вал-шестерня, на фиг.2 - червячное колесо, на фиг.3 - червяк.
На чертежах приведены элементы: 1 - вторичный вал, 2 - червячное колесо, 3 - стопорное кольцо, 3 - паз ласточкин хвост на ступице, 5 - сетчатое рифление на выступе ступицы, 6 - ступица, 7 - полиоксиметиленовый венец червячного колеса, 8 - червяк.
Применение в качестве материала для изготовления венца червячного колеса полиоксиметилена обусловлено его физико-химическими свойствами.
Полиосиметилен - конструкционный самосмазывающийся материал, сочетающий высокую жесткость и твердость со стойкостью к ударным
нагрузкам, имеет высокие пружинные свойства и отличается высокой усталостной прочностью при динамических и знакопеременных нагрузках, обладает низким коэффициентом трения, износостоек и химически стоек к автомобильному топливу, маслам. Полиокиметилен позволяет изготавливать детали с высокой стабильностью размеров.
Расчет геометрических параметров червячной передачи производится в соответствии с ГОСТ 19650-97 «Передачи червячные цилиндрические», однако особенности механических свойств пластмасс приводят к тому, что расчет пластмассовых передач зацеплением имеет некоторую специфику, поэтому в процессе расчета конкретной червячной передачи для электромеханического усилителя рулевого управления было выявлено, что оптимальным для определения делительного диаметра червячного колеса является значение модуля зацепления 2,25, а для определения высоты зуба 1,75, при этом коэффициент диаметра червяка равен 5,667. Расчет зацепления производился с учетом того, что в постоянном контакте с червяком находятся два зуба, а сосредоточенная нагрузка приложена на делительном диаметре колеса.
В результате получена равнопрочная зубчатая передача с увеличенной толщиной зуба, коэффициентом высоты зуба равным 1,2, но с сохраненным межосевым расстоянием, а так же передаточным отношением и КПД прямого и обратного хода.
При современном уровне технологии даже достаточно сложные детали, такие как зубчатые колеса, могут отливаться из пластмассы как одна деталь и, как правило, не требуют последующей обработки или требуют самую минимальную обработку на стандартном оборудовании, что значительно снижает их стоимость.
Электромеханический усилитель рулевого управления работает следующим образом. От электродвигателя через предохранительную муфту компенсирующий крутящий момент передается на червячную передачу.
Предохранительная муфта состоит из двух полумуфт с внутренними шлицами, предназначенными для соединения с червяком с одной стороны и валом электродвигателя с другой. Тарированное устройство сцепления полумуфт позволяет обеспечить отключение кинематической связи между червячным редуктором и электродвигателем в случае электрического или механического заклинивания последнего, а также позволяет нивелировать возможные несоосности при соединении червяка и вала электродвигателя в корпусе электромеханического усилителя рулевого управления., вызванные технологическими допусками при изготовлении деталей и сборке электромеханического усилителя.
Комбинированное червячное колесо, ступица 6 которого изготовлена из стали, а венец 7 из полиоксиметилена обладает значительной работоспособностью, поскольку образующееся во время работы электромеханического усилителя рулевого управления тепло интенсивно отводится через металлическую ступицу 6, обеспечивая улучшение условий работы червячной передачи.
Материал венца - полиоксиметилен обеспечивает мягкую передачу крутящего момента, бесшумность работы даже при высоких окружных скоростях, надежную работоспособность, обусловленные высокой демпфирующей способностью, износостойкостью, химической стойкостью.
Для значительного улучшения адгезионных свойств сцепления венца 7 и ступицы 6 на поверхности ступицы, предназначенной для сцепления с венцом, выполнены пазы, в виде ласточкиного хвоста, а на выступы нанесено сетчатое рифление.
Червячное колесо 2 напрессовано на вторичный вал 1, который посредством промежуточного вала соединен с рулевым управлением автомобиля.
При нормальных кинематических условиях максимальная нагрузка на рулевое управление не превышает трехкратного компенсирующего момента.
В случае наезда автомобиля на препятствие, при резких ударах или иных перегрузках на рулевое управление, превышающих в 4-5 раз компенсирующий момент, ступица 6 колеса провернется относительно вторичного вала, это обеспечено тем, что чистота обработки отверстия ступицы 6 на класс выше чистоты обработки посадочного места вторичного вала 1. Стопорное кольцо 3 в этом случае препятствует осевому перемещению ступицы 6 червячного колеса по вторичному валу 1.
Предлагаемое техническое решение реализовано в опытно-промышленных образцах электромеханического усилителя рулевого управления легкового автомобиля. Проведенные испытания показали надежную работоспособность устройства и невысокий уровень шума при его работе.