ДЕМПФЕР РУЛЕВОГО МЕХАНИЗМА

Полезная модель относится к демпфирующим устройствам, а именно к средствам гашения вынужденных и свободных колебаний управляемых колес и кинематически связанного с ними механизма управления транспортных средств, например, легковых автомобилей.
Аналогичными являются: демпфер (авторское свидетельство №1030598, МПК F16F 7/10 опубл. 23.07.83, Бюл. №27), имеющий корпус, заполненный рабочей средой, массу (маховик) с двумя полостями, размещенную в корпусе с зазором по наружному диаметру и выполненную из материала, плотность которого меньше, чем плотность рабочей среды, а так же упругие элементы, связывающие массу с корпусом, гидравлический виброгаситель, имеющий поршень, в котором выполнены ряд сквозных аксиальных отверстий, упругие элементы, взаимодействующие с корпусом и поршнем и обеспечивающие заданную частоту настройки гасителя, и рабочую жидкость, полностью заполняющую внутреннюю полость под избыточным давлением.
Недостаток указанных устройств состоит в том, что они не позволяют осуществлять гашение крутильных колебаний в широком диапазоне частот.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является демпфер (патент 2297562, F16F 15/173, опубл. 20.04.2007, Бюл. №11), состоящий из корпуса, закрепленного на валу и вращающегося вместе с ним, и крышки, образующих полость, внутри которой располагается маховик. Полость целиком заполнена вязкой жидкостью. Маховик имеет возможность вращаться относительно корпуса. Момент вязкого трения между маховиком и корпусом определяется поверхностью трения, вязкостью жидкости и амплитудой относительных смещений корпуса и маховика.
Недостатками данного устройства, исключающими возможность его применения для гашения колебаний в рулевом механизме, являются:
1. Наличие радиального зазора между валом и маховиком. При высоких скоростях, на которое и рассчитано устройство, этот зазор под действием гидродинамических сил заполняется рабочей жидкостью и приобретает свойство гидродинамического подшипника. Но при малых угловых скоростях, присущих валу рулевого колеса, такой эффект полностью исключается, и при движении в подобном устройстве неизбежно появление сухого трения, ударов и значительных износов.
2. Демпфирующий эффект в данном и подобных устройствах напрямую связан с массой, точнее, с массовым полярным моментом маховика., а в случае его использование в механизме рулевого управления масса и размер маховика имели бы недопустимо большие значения. Задачей заявляемого изобретения является снижения уровня колебаний в рулевом механизме, повышение долговечности его конструкции и управляемости транспортного средства.
Технический результат заключается в обеспечении эффективного гашения угловых колебаний управляемых колес и кинематически связанного с ними механизма рулевого управления.
Технический результат достигается тем, что демпфер рулевого механизма, включающий в себя внутренний корпус, выполненный с возможностью закрепления демпфера на валу рулевого колеса соосно с ним, наружный корпус, крышку наружного корпуса, причем внутренний корпус, наружный корпус и крышка наружного корпуса образуют замкнутую кольцевую полость, масляные уплотнения между корпусами, наборы стопорных колец и дистанционных втулок, содержит наружный корпус, жестко зафиксированный от осевого перемещения, например, при помощи стопорных колец, кроме того, замкнутая кольцевая полость заполнена вязкой рабочей жидкостью, а также в замкнутой кольцевой полости располагаются соосно с валом рулевого колеса и неподвижных дисков, жестко связанных с наружным корпусом, наборы вращающихся дисков, зафиксированных на внутреннем корпусе, причем подвижные диски чередуются с неподвижными с некоторыми осевыми зазорами, таким образом, чтобы обеспечивать необходимый коэффициент сопротивления.
Конструкция поперечного разреза демпфера показана на чертеже.
Демпфер рулевого механизма устроен следующим образом.
Демпфер закреплен на валу рулевого колеса 1 и включает в себя наружный корпус 2, зафиксированный от поворота относительно кузова автомобиля, например, посредством скользящей шпонки 3, взаимодействующий с радиальным прямоугольным пазом 4, выполненным на торце наружного корпуса, крышку наружного корпуса 5, набор вращающихся дисков 6, жестко закрепленных на внутреннем корпусе 7 соосно с валом 1, набор неподвижных дисков 8, жестко связанных с наружным (неподвижным) корпусом, масляные уплотнения 9, герметизирующие радиальные зазора между корпусами, стопорные кольца 10 и набор дистанционных втулок 11 и 12, обеспечивающее заданное относительное осевое расположение корпусов и подвижных и неподвижных дисков. Внутренняя полость демпфера заполнена вязкой рабочей жидкостью 13, вращающиеся диски чередуются с неподвижными, причем между их торцевыми поверхностями устанавливаются некоторые зазоры Δ.
Демпфер работает следующим образом.
При угловых колебаниях рулевого колеса с валом, каждый элемент подвижного диска площадью dS=r·dr·dφ начинает двигаться с относительной окружной скоростью ν=r·ω, где r - радиус выделенного элемента, ω - круговая частота указанных угловых колебаний, dφ - элемент центрального угла подвижного диска. Так как это движение происходит в вязкой жидкости, то оно приводит к появлению элементарной силы сопротивления, направленной против скорости v и равной , и соответствующему моменту сопротивления, направленному в сторону, противоположную ω:
dM=r·dF
После интегрирования в соответствующих пределах находим коэффициент сопротивления демпфера:
где η - коэффициент динамической вязкости рабочей жидкости, z - число подвижных дисков, D и d - наружные и внутренние диаметры дисков.
Предполагается что конструкция, показанная на рис.1, является неразъемной, выполненной, например, с помощью пайки. Однако, возможны и другие варианты конструкции, работающей по принципу, положенному в основу изобретения.
При практической реализации конструкция оказывается весьма компактной. Например, при числе подвижных дисков z=10, и их толщине 0,5 мм, размер демпфера в осевом направлении не превышает 15…20 мм.
Предлагаемая полезная модель позволяет снизить уровень колебаний в управляемый колесах и кинематически связанного с ним механизма рулевого управления.