РУЛЕВОЙ МЕХАНИЗМ С ГИДРОУСИЛИТЕЛЕМ ДЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Полезная модель относится к области транспортного машиностроения, в частности к рулевым механизмам с гидроусилителями, предназначенным для автомобилей.
Известен рулевой механизм с гидроусилителем для транспортного средства (DE 1655942, МПК B62D 5/06, пуб. 27.05.71), содержащий картер, выполненный единой цельной деталью и включающий в себя основной и дополнительный цилиндры, продольные оси которых расположены взаимно перпендикулярно и со смещением относительно друг друга; гидрораспределитель; поршень; сошку; вал сошки; регулировочное устройство. Корпус гидрораспределителя закреплен посредством болтов через заднюю крышку основного цилиндра к задней торцевой части последнего. Поршень расположен в основном цилиндре с образованием рабочих камер и имеет кинематическую связь с винтом, связанным, через торсион гидрораспределителя с рулевым валом. Упомянутый поршень также имеет кинематическую связь с расположенным в дополнительном цилиндре валом сошки, на нижнем конце которого закреплена упомянутая сошка. Регулировочное устройство выполнено в передней торцевой стенке основного цилиндра с возможностью взаимодействия с предохранительным клапаном поршня. В боковой стенке гидрораспределителя выполнены два канала, соединенные через каналы в задней крышке с каналами основного цилиндра, расположенными параллельно его продольной оси. Один из упомянутых каналов сообщен с первой рабочей камерой, расположенной между передней торцевой стенкой основного цилиндра и поршнем, а второй канал сообщен со второй рабочей камерой, которая расположена со стороны второго торца поршня.
В известном рулевом механизме в период поворота рулевого колеса в некоторых диапазонах углов поворота может проявляться замедленная реакция механизма на поворот рулевого колеса из-за недостаточно оптимизированных конструктивно взаимосвязанных параметров механизма, таких как, величина расстояния между продольными осями основного и дополнительного цилиндров, величин диаметра поршня и величина полного хода перемещения поршня.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является рулевой механизм с гидроусилителем для транспортного средства, содержащий картер, выполненный в виде единой детали со сформированными внутри основным и дополнительным цилиндрами (RU 141700 U1, публ. 10.05.2014). Продольные оси цилиндров в проекции на плоскость расположены практически взаимно перпендикулярно. Корпус гидроусилителя соединен через заднюю крышку с торцевым участком основного цилиндра. В основном цилиндре установлен с возможностью перемещения поршень, имеющий кинематическую связь с винтом, связанным через торсион гидроусилителя с рулевым валом. Поршень выполнен с четырьмя зубьями, посредством которых он имеет также кинематическую связь с 5-ти зубчатым сектором вала сошки, размещенного в дополнительном цилиндре. При этом поршень выполнен диаметром 58÷62 мм при полном ходе его перемещения от 40 до 44 мм, а продольная ось основного цилиндра и ось вала сошки расположены на расстоянии 53÷55 мм друг от друга.
Известный рулевой механизм сложен конструктивно (наличие задней крышки, большое количество зубьев на цилиндре и сошке), что в свою очередь, усложняет технологический процесс производства и обуславливает высокий общий вес.
Кроме того из-за большего хода поршня, в момент его нахождения в крайнем положении (одном или другом), существует опасность потери контакта в зубчатом зацеплении. Для обеспечения надежной кинематической связи зубчатого сектора с зубьями поршня, в крайнем положении поршня зуб сектора должен иметь контакт с зубьями поршня с двух сторон. Если при ходе поршня 40-44 мм сектор сделать с тремя зубьями, тогда контакт может потеряться, т.е. прервется кинематическая связь. Потеря контакта зуба сектора с одной стороны грозит поворотом сектора на больший угол в сторону, с которой нет ограничения движению (потерян контакт с поршнем). Следствием может явиться поворот на угол более допустимого, а при возвращении обратно не исключается попадание «зуб на зуб», т.е. заклинивание зубчатой передачи.
Наличие задней крышки кроме того требует установки дополнительного уплотнения от утечки масла, что также снижает надежность механизма.
Технический результат, достигаемый заявленной полезной моделью, заключается в устранении указанных недостатков: повышении надежности механизма, упрощении его конструкции, повышении технологичности и снижении общего веса.
Указанный технический результат достигается тем, что в рулевом механизме с гидроусилителем для транспортного средства, содержащем картер, выполненный в виде единой детали с образованием внутри него открытых, по меньшей мере, с одной стороны, основной и дополнительной частично пересекающихся полостей цилиндрической формы, продольные оси которых, в проекции на плоскость, параллельную обеим осям, расположены практически взаимно перпендикулярно, гидрораспределитель с находящимися внутри его корпуса рулевым валом, торсионом и золотником и с выступающим из корпуса винтом, на котором установлен первый толкатель, рулевой вал связан с винтом и золотником через торсион, внутри основной полости картера размещен с возможностью перемещения в ней и разделяющий ее на две рабочие камеры поршень, выполненный полым, корпус гидрораспределителя соединен с картером посредством крепежных элементов таким образом, что винт гидрораспределителя размещается внутри поршня с образованием с ним кинематической связи, в поршне со стороны, противоположной гидрораспределителю, установлено гидравлическое предохранительное устройство, выполненное с возможностью слива рабочей жидкости из соответствующей рабочей камеры основной полости картера при взаимодействии с толкателем, находящимся на конце винта гидрораспределителя, и толкателем, установленным на картере со стороны, противоположной гидрораспределителю, внутри дополнительной полости картера размещен выступающий за ее пределы через отверстие в картере вал сошки с зубчатым сектором, находящимся в зацеплении в пересекающейся части основной и дополнительной полостей картера с зубьями, выполненными на внешней цилиндрической поверхности поршня, при этом дополнительная полость картера со стороны, противоположной отверстию в картере для вала сошки, закрыта крышкой, золотник установлен с возможностью соединения при повороте рулевого вала отверстий золотника с каналами, образованными в гидрораспределителе и обеспечивающими совместно с каналами, образованными в стенках картера, подачу рабочей жидкости в соответствующую рабочую камеру основной полости картера и слив ее из другой рабочей камеры, поршень выполнен диаметром 58÷62 мм при полном ходе его перемещения от 36 до 40 мм, а продольная ось основной полости картера и ось вала сошки расположены на расстоянии 53÷55 мм друг от друга.
При этом поршень выполнен с.чередующимися двумя зубьями и тремя впадинами на внешней цилиндрической поверхности поршня, а зубчатый сектор вала сошки - с тремя зубьями.
Кинематическая связь винта гидрораспределителя с поршнем выполнена в виде шарико-винтовой передачи с шариками диаметром не более 6 мм.
Корпус гидрораспределителя соединен с картером таким образом, что торцевая поверхность корпуса гидрораспределителя примыкает к торцевой поверхности картера в области его основной полости.
На фиг. 1 изображен общий вид предлагаемого рулевого механизма с гидроусилителем (продольный разрез);
На фиг. 2 схематично изображен рулевой механизм с каналами (вид сверху).
На фиг. 3 схематично изображен рулевой механизм с гидроусилителем (вид сбоку).
Рулевой механизм с гидроусилителем для транспортного средства состоит из гидрораспределителя 1 (фиг. 1) и соединенного с ним картера 2, выполненного в виде единой детали с образованием внутри него открытых, по меньшей мере, с одной стороны, основной 3 и дополнительной 4 частично пересекающихся полостей цилиндрической формы. Продольные оси L и N полостей 3 и 4, соответственно, в проекции на плоскость, параллельную этим осям, расположены практически взаимно перпендикулярно и со смещением относительно друг друга, которое составляет 53÷55 мм.
Внутри корпуса 5 гидрораспределителя 1 расположены рулевой вал 6, торсион 7 и золотник 8. Рулевой вал 6 связан с золотником 8 и выступающим из корпуса 5 винтом 9 через торсион 7. На конце винта установлен первый толкатель 10.
Внутри основной полости 3 картера 2 размещен с возможностью перемещения в ней и разделяющий ее на две рабочие камеры 11 и 12 полый поршень 13. Диаметр поршня 13 может быть выполнен в пределах 58÷62 мм при полном ходе его перемещения от 36 до 40 мм.
Корпус 5 гидрораспределителя 1 непосредственно соединен с картером 2 так, что винт 9 размещается внутри поршня 13 с образованием с ним кинематической связи, в частности, шарико-винтовой передачи с шариками диаметром не более 6 мм. Для этого на внутренней цилиндрической поверхности поршня 13 и на наружной цилиндрической поверхности винта 9 нарезаны винтовые канавки 14 для движения шариков, а в канавках размещены шарики 15.
На конце поршня 13, противоположном винту 9, установлено гидравлическое предохранительное устройство 16, содержащее два предохранительных шариковых клапана 17 и 18, расположенных на продольной оси L основной полости 3 картера 2.
На стенке картера 2 со стороны, противоположной гидрораспределителю 1, установлен второй толкатель 19. Оси предохранительных клапанов 17 и 18 и толкателей 10 и 19 расположены на оси L. Толкатель 19 взаимодействует с предохранительным клапаном 18, если поршень 13 смещается в рабочую камеру 12, или с толкателем 10, если поршень 13 смещается в рабочую камеру 11. Рабочие камеры 12 и 11 расположены с противоположных сторон поршня 13. При нейтральном положении рулевого колеса ход перемещения поршня 13 в соответствующей рабочей камере 12 или 11 составляет от 18 до 20 мм. В процессе движения автомобиля в зависимости от поворота вправо или влево рулевого колеса поршень 13 перемещается в одну из рабочих камер 12 или 11. Указанные выше размеры поршня 13 и величина его хода обеспечивают надежность управляемости автомобилем, создавая достаточный компенсирующий момент и обеспечивая водителю комфортные условия управления автомобилем, выраженные в быстром срабатывании поворота колес автомобиля при повороте рулевого колеса при приложении к ободу рулевого колеса момента не более 5 Нм.
Внутри дополнительной полости 4 картера 2 и соосно с ней установлен с возможностью вращения частично выступающий из нее через отверстие в картере 2 вал 20 сошки с зубчатым сектором 21 (из трех зубьев), находящимся в зацеплении в пересекающейся части основной 3 и дополнительной 4 полостей картера 2 с чередующимися двумя зубьями 22 и тремя впадинами 23, выполненными на внешней цилиндрической поверхности поршня 13. Продольная ось основной полости 3 картера 2 и ось вала сошки расположены на расстоянии 53÷55 мм друг от друга, что позволяет получить передаточное отношение 1:14,5 механизма, являющее оптимальным для получения требуемого усилия на рулевом колесе и обеспечивающее в совокупности с другими его параметрами достаточную быстроту реакции поворота транспортным средством на поворот руля водителем.
Торцевая поверхность 24 корпуса 5 гидрораспределителя 1 примыкает к торцевой поверхности 25 картера 2 в области его основной полости 3. Корпус 5 гидрораспределителя 1 соединен с картером 2 непосредственно посредством крепежных элементов - болтов 26 (фиг. 3).
Дополнительная полость 4 картера 2 со стороны, противоположной отверстию в картере для вала 20 сошки, закрыта крышкой 27 (фиг. 2).
1
1
1
2
2
2
В боковой стенке корпуса 5 гидрораспределителя 1 выполнены три канала «А», «Б», «B», соединенные с соответствующими каналами «А», «Б», «В», выполненными в корпусе картера 2.
2
2
2
Канал «Б» сообщен с первой рабочей камерой 12, а каналы «А», «В» соединены с выпускным 28 и впускным 29 отверстиями, выполненными в боковой стенке картера в области основной полости 3, которые при монтаже рулевого механизма с гидроусилителем на транспортном средстве соединяются с гидробаком и гидронасосом, соответственно. Вторая рабочая камера 11 сообщена с гидрораспределителем 2 непосредственно через зазоры подшипников винта 9.
1
1
1
2
2
2
Золотник 8 установлен с возможностью соединения при повороте рулевого вала 6 отверстий золотника 8 с каналами А, Б, В (фиг. 2), образованными в гидрораспределителе и обеспечивающими совместно с каналами А, Б, В, образованными в стенках картера 2, подачу рабочей жидкости в соответствующую рабочую камеру 11 или 12 основной полости 3 картера 2 и слив ее из другой рабочей камеры 12 или 11, соответственно.
Рулевой механизм с гидроусилителем работает следующим образом.
При повороте рулевого колеса из нейтрального положения вправо или влево, усилие передается на рулевой вал 6 гидрораспределителя 1, далее через торсион 7 на винт 9, с помощью шариков 15 которого осуществляется перемещение поршня 13, передающий усилие через зубья 22 на зубья зубчатого сектора 21 вала 20 сошки 30, которая через рулевые тяги поворачивает управляемые колеса автомобиля. Т.к. колеса автомобиля создают некоторое сопротивление повороту, это сопротивление заставляет торсион 7 закручиваться на некоторый угол. Торсион 7 передает усилие золотнику 8. Золотник 8, смещаясь из центрального положения, одни каналы открывает, другие закрывает. Из одной рабочей камеры (например, 11) жидкость уходит, в другую рабочую камеру 12 подается под давлением, заставляя поршень 13 перемещаться в сторону заданного водителем направления поворота, через свои зубья 22 передавая усилие на зубья зубчатого сектора 21 вала 20 сошки 30 и поворачивая его на необходимый угол. Вал 20 передает усилие на сошку 30, далее через рулевые тяги на колеса. Когда выполнен поворот колес транспортного средства на заданный угол, торсион 7 принимает начальное положение (выпрямляется), давление жидкости в рабочих камерах 11 и 12 выравнивается, поршень 13 прекращает движение и остается в таком положении до поступления новой команды от водителя (поворота рулевого колеса).
Благодаря высокой надежности зацепления зубчатого сектора с зубьями поршня и точной настройке гидрораспределителя обеспечивается требуемый угол поворота сошки в точности соответствующий поступившей команде (углу поворота рулевого колеса).
Непосредственное соединение корпуса гидрораспределителя с картером, уменьшенная по сравнению с прототипом величина полного перемещения поршня от одного крайнего положения до другого, уменьшение количества зубьев на поршне и зубчатом секторе позволяет упростить конструкцию и технологический процесс производства, повысить надежность и снизить общий вес рулевого механизма.