РУЛЕВОЙ МЕХАНИЗМ С ШАРИКОВОЙ ГАЙКОЙ ДЛЯ АВТОМОБИЛЯ И РУЛЕВОЕ УПРАВЛЕНИЕ ДЛЯ АВТОМОБИЛЯ
STEERING MECHANISM WITH BALL NUT FOR VEHICLE AND STEERING CONTROL FOR VEHICLE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к рулевому механизму с шариковой гайкой для управления автомобилем и к рулевому управлению для автомобиля.
Уровень техники
Из уровня техники известны рулевые механизмы с шариковой гайкой. Такие рулевые механизмы всегда имеют цилиндр с двумя камерами разных объемов для рабочей среды. Цилиндр обычно имеет камеру малого объема и камеру большого объема для рабочей среды. В эти камеры рабочая среда нагнетается насосом, например объемным насосом.
Краткое изложение сущности изобретения
Работа насоса всегда сопровождается пульсацией нагнетаемой им рабочей среды. Большая камера цилиндра при этом обладает большим гасящим пульсации действием, чем малая камера цилиндра. Большой массой рабочей среды в большой камере цилиндра обусловлена большая инерционность, следствием которой являются лучшие свойства по гашению пульсаций. Помимо этого рабочая среда, например, когда она представляет собой гидравлическую жидкость, содержит в определенном количестве воздух. Воздух характеризуется высокой упругостью и сжимаемостью и благодаря этому улучшает свойства рабочей среды по гашению пульсаций. В большой камере цилиндра воздух присутствует в большем количестве, чем в меньшей камере цилиндра. И по этой причине для меньшей камеры характерна выраженная сравнительно явно пульсация рабочей среды в ней. Такая пульсация рабочей среды может через механические связи передаваться далее вплоть до рулевого колеса и ощущаться на нем в виде его колебания, соответственно вибрации.
Исходя из вышеизложенного, в основу настоящего изобретения была положена задача обеспечить в максимально возможной степени гашение или подавление пульсации рабочей среды в рулевом механизме с шариковой гайкой, прежде всего пульсации рабочей среды в меньшей из обеих камер цилиндра.
В качестве первого объекта изобретения в нем предлагается рулевой механизм с шариковой гайкой для автомобиля, имеющий первую и вторую камеры цилиндра для рабочей среды, первую подводящую линию для подачи рабочей среды насосом в первую камеру цилиндра и вторую подводящую линию для подачи рабочей среды насосом во вторую камеру цилиндра, при этом такой рулевой механизм имеет устройство для гашения и/или успокоения пульсаций рабочей среды, которое расположено в первой камере и/или второй камере цилиндра и/или в первой подводящей линии и/или второй подводящей линии.
Благодаря размещению гасящего элемента, например устройства, которое направляет рабочую среду по удлиненной канавке, удается уменьшить пульсации рабочей среды, источником которых является, например, объемный насос для снабжения рулевого механизма с шаровой гайкой рабочей средой. Таким путем удается предотвратить колебания и/или вибрации рулевого колеса, вызванные пульсациями рабочей среды. Предлагаемое в изобретении устройство по выбору может быть выполнено за одно целое с рулевым механизмом в виде интегрированного в него компонента без материального разграничения с ним либо в виде вставки для дооснащения рулевого механизма.
В качестве второго объекта изобретения в нем предлагается рулевое управление для автомобиля, содержащее предлагаемый в изобретении рулевой механизм с шариковой гайкой.
Возможные варианты осуществления изобретения представлены в зависимых пунктах формулы изобретения.
В одном из таких возможных вариантов осуществления изобретения в нем предлагается рулевой механизм с шариковой гайкой, у которого первая камера цилиндра имеет меньший объем для рабочей среды по сравнению со второй камерой цилиндра, при этом устройство для гашения пульсаций рабочей среды расположено в первой камере цилиндра и/или в первой подводящей линии.
Такое устройство в предпочтительном варианте располагают в меньшей камере цилиндра и/или на или в ведущей в нее подводящей линии, поскольку явные пульсации соответствующей рабочей среды обнаруживаются прежде всего в этих местах.
В еще одном возможном варианте осуществления изобретения в нем предлагается рулевой механизм с шариковой гайкой, у которого устройство для гашения пульсаций рабочей среды выполнено в виде удлиненной резьбообразной (или винтовой) канавки для направления рабочей среды.
2
В еще одном варианте осуществления изобретения в нем предлагается рулевой механизм с шариковой гайкой, у которого устройство для гашения пульсаций рабочей среды имеет протяженность вдоль своей продольной оси от 15 до 20 мм и образует путь движения рабочей среды длиной от 150 до 350 мм, соответственно имеет протяженность вдоль своей продольной оси от 30 до 40 мм и образует путь движения рабочей среды длиной от 350 до 700 мм и/или имеет площадь поперечного сечения канавки от 16 до 38 мм.
В следующем возможном варианте осуществления изобретения в нем предлагается рулевой механизм с шариковой гайкой, у которого устройство для гашения пульсаций рабочей среды образует змеевидный и/или меандрообразный путь ее движения.
В еще одном варианте осуществления изобретения в нем предлагается рулевой механизм с шариковой гайкой, у которого внутри устройства для гашения пульсаций рабочей среды выполнено одно или несколько препятствий для образования змеевидного или меандрообразного пути движения ее потока.
Благодаря удлиненному выполнению устройства для гашения пульсаций рабочей среды, соответственно благодаря размещению препятствий рабочая среда принудительно движется по длинному пути, что позволяет добиться ее успокоения.
В еще одном возможном варианте осуществления изобретения в нем предлагается рулевой механизм с шариковой гайкой, у которого устройство для гашения пульсаций рабочей среды выполнено в виде предкамеры.
Образование резервуара для рабочей среды в предкамере позволяет гасить пульсации рабочей среды благодаря ее большой массе в такой предкамере. Помимо этого благодаря упругости и/или сжимаемости воздуха, содержащегося в рабочей среде, если она представляет собой воздух, соответственно в предпочтительном варианте представляет собой гидравлическую жидкость на масляной основе с небольшим содержанием воздуха в ней, создается эффект гашения пульсаций рабочей среды.
В еще одном возможном варианте осуществления изобретения в нем предлагается рулевой механизм с шариковой гайкой, у которого устройство для гашения пульсаций рабочей среды выполнено изменяющим направление потока рабочей среды, прежде всего поворачивающим его на 180°.
Путем изменения направления потока рабочей среды на обратное удается добиться высокоэффективного ее успокоения.
В еще одном возможном варианте осуществления изобретения в нем предлагается рулевой механизм с шариковой гайкой, у которого устройство для гашения пульсаций рабочей среды выполнено в виде вставки и/или имеет уплотнение и/или ребра со свободным пространством между ними для размещения в нем уплотнения.
Выполнение устройства для гашения пульсаций рабочей среды в виде вставки позволяет дооснащать им рулевой механизм с шариковой гайкой. Благодаря же применению уплотнения и/или предусмотренной возможности его установки путем образования полости для его размещения и выполнения ребер для его фиксации обеспечивается исправная работа вставки.
В качестве лежащей в основе изобретения идеи можно рассматривать достижение эффекта гашения пульсаций рабочей среды, соответственно ее успокоения в камерах цилиндра рулевого механизма с шариковой гайкой. При этом предлагаемое в изобретении устройство должно обеспечивать прежде всего успокоение рабочей среды в меньшей из обеих камер цилиндра, поскольку рабочая среда из-за своего меньшего объема в этой камере более склонна к пульсациям в ней. Согласно изобретению устройство для гашения пульсаций рабочей среды имеет, например, препятствия или направляет рабочую среду по удлиненному пути, образованному, например, удлиненной резьбообразной канавкой, благодаря чему рабочей среде предоставляется "дополнительное время для успокоения". В одном из альтернативных вариантов возможно размещение предкамер. Препятствия, соответственно рабочая среда в предкамерах поглощают вследствие трения кинетическую энергию протекающей рабочей среды, в результате чего происходит гашение ее пульсаций. В еще одном альтернативном варианте гашение пульсаций рабочей среды может обеспечиваться путем изменения направления ее потока на обратное (поворот направления потока рабочей среды на 180°). Устройство для гашения пульсаций рабочей среды всегда расположено в рулевом механизме с шариковой гайкой для возможности обеспечить компактность конструкции.
Очевидно, что отдельные отличительные особенности изобретения можно также использовать в различных сочетаниях между собой, благодаря чему отчасти возможно достижение предпочтительных эффектов, которые превосходят результат от суммарного проявления отдельных эффектов.
Краткое описание чертежей
Другие частные аспекты и преимущества изобретения более подробно рассмотрены ниже на примере некоторых вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи, на которых показано:
на фиг. 1 - рулевой механизм с шариковой гайкой, камерой 1 цилиндра и участком 9 подводящей линии 20, ведущей в эту камеру 1,
на фиг. 2 - схема объемного насоса 12 с клапаном 11 рулевого управления и дросселем 15,
на фиг. 3 - часть рулевого механизма с шаровой гайкой и с подводящей линией 20, в которой расположено устройство 4 с резьбообразной канавкой,
на фиг. 4 - часть рулевого механизма с шаровой гайкой и с подводящей линией 20, в которой расположено устройство 4 с резьбообразной канавкой, выполненное в виде вставки с уплотнениями 10,
на фиг. 5 - устройство 4 с резьбообразной канавкой для направления рабочей среды,
на фиг. 6 - устройство змеевидной, соответственно меандрообразной формы,
на фиг. 7 - подводящая линия 20 с препятствиями 17,
на фиг. 8 - подводящая линия 20 с предкамерой 19,
на фиг. 9 - устройство 4, выполненное в виде вставки,
на фиг. 10 - устройство с отверстиями для прохода рабочей среды,
на фиг. 11 - схематичный гидродинамический вид устройства с отверстиями,
на фиг. 12 - устройство с канавками треугольного или прямоугольного поперечного сечения и
на фиг. 13 - часть рулевого механизма с шаровой гайкой и с подводящей линией 20, в которой расположено устройство 4 с резьбообразной канавкой.
Подробное описание вариантов осуществления изобретения
На фиг. 1 показан рулевой механизм с шариковой гайкой и с цилиндром, имеющим первую полость/камеру 1, рабочая среда в которую подается по подводящей линии 20 и подводящей линии 3. В подводящей линии 3 расположен насос (не показан), который нагнетает рабочую среду под требуемым давлением. Работой насоса обычно обусловлено возникновение пульсаций рабочей среды, которые в конечном итоге могут также приводить к появлению вибраций/колебаний рулевого колеса. Подобные пульсации необходимо уменьшать, соответственно необходимо избегать появления подобных пульсаций. Для этого согласно изобретению на пути рабочей среды можно расположить препятствия, которые обеспечивают успокоение рабочей среды, соответственно гашение ее пульсаций. Подобные устройства для успокоения рабочей среды в предпочтительном варианте располагают на участке 9 подводящей линии 20, ведущей в меньшую камеру 1 цилиндра. Преимущественно именно эту камеру 1 цилиндра можно рассматривать как место, из которого исходят пульсации рабочей среды, которые могут приводить к появлению вибраций/колебаний рулевого колеса. Вследствие меньшей массы рабочей среды в камере 1 цилиндра, чем в его камере 8, именно эта масса рабочей среды в камере 1 цилиндра более склонна к пульсациям. Рабочая среда может представлять собой воздух или может, например, представлять собой гидравлическую жидкость на масляной основе с небольшим содержанием воздуха в ней. Воздух обладает высокой сжимаемостью и упругостью и поэтому обладает хорошими свойствами по гашению пульсаций. Ввиду меньшего количества воздуха в камере 1 по сравнению с его количеством в камере 8 камера 1 и по этой причине скорее является источником пульсаций, которые могут приводить к появлению колебаний рулевого колеса.
На фиг. 2 схематично показан объемный насос 12, который снабжает рулевой механизм с шариковой гайкой рабочей средой. На данном чертеже показаны, кроме того, клапан 11 рулевого управления и дроссель 15. Дросселирование рабочей среды в подводящей линии 3 позволяет уменьшать ее пульсации, создаваемые объемным насосом 12. Однако из-за дросселирования происходит постоянное повышение давления рабочей среды в объемном насосе, а рабочая среда, например гидравлическая жидкость, может из-за дросселирования нагреваться настолько, что возникает необходимость ее охлаждения. Поэтому согласно изобретению уменьшать пульсации рабочей среды следует лишь в тех местах, где это наиболее эффективно и практически или вовсе не сопряжено с какими-либо отрицательными последствиями. Таким местом является прежде всего участок 9 подводящей линии 20, ведущей к камере 1 цилиндра (см. фиг. 1). Гашение пульсаций рабочей среды только на участке 9 предпочтительно также постольку, поскольку лишь при повороте рулевого колеса возникает поток рабочей среды на участке 9 в камеру 1 цилиндра и поэтому лишь в этом случае необходимо гашение пульсаций рабочей среды. Поскольку легковой или грузовой автомобиль движется преимущественно прямо, и по этой причине при гашении прежде всего пульсаций рабочей среды, поступающей в камеру 1 цилиндра, возможно эффективное и сопряженное лишь с небольшими отрицательными последствиями гашение пульсаций рабочей среды.
На фиг. 3 показана часть рулевого механизма с шариковой гайкой и с подводящей линией 20. В подводящей линии 20 могут располагаться препятствия/дефлекторы, которые обеспечивают успокоение рабочей среды, поступающей от насоса, соответственно гашение ее пульсаций. Так, например, рабочую среду можно направлять по пути с препятствиями, который выполнен в виде продолговатой резьбообразной, т.е. винтовой, канавки. Помимо этого можно предусматривать предкамеры 2, которые обеспечивают гашение пульсаций рабочей среды в подводящей линии 20.
На фиг. 4 показано устройство 4 в виде вставки. Благодаря этому возможно последующее дооснащение рулевых механизмов с шариковой гайкой устройством 4 для гашения пульсаций. В предпочтительном варианте на устройстве 4 можно располагать уплотнения 10 с целью обеспечить его исправную работу.
На фиг. 5 показан спиралевидный резьбообразный путь, по которому рабочая среда принудительно направляется в камеру 1 цилиндра. Благодаря такому "искусственному" удлинению пути движения потока 5, 6, 7 рабочей среды ей предоставляется "дополнительное время" на прохождение в камеру цилиндра, вследствие чего возможны гашение, а тем самым и уменьшение пульсаций рабочей среды.
На фиг. 6 показано предлагаемое в изобретении устройство в змеевидном или меандрообразном исполнении для образования удлиненного пути движения соответствующей рабочей среды. Благодаря такому удлиненному пути обеспечивается гашение пульсаций рабочей среды.
На фиг. 7 показано расположение препятствий 17, которые приводят к образованию змеевидного пути движения потока 16 рабочей среды и обеспечивают тем самым возможность ее успокоения.
На фиг. 8 показана предкамера 19 в подводящей линии 20, ведущей в камеру 1 цилиндра, благодаря чему возможно гашение пульсаций рабочей среды. Рабочая среда в предкамере 19 имеет большую массу, обладающую соответствующей инерционностью. Кроме того, воздух в рабочей среде, находящейся в предкамере 19, действует как буфер для гашения пульсаций проходящей через нее рабочей среды.
На фиг. 9 показано предлагаемое в изобретении устройство 4 с ребрами 13, которые образуют между собой свободное пространство 14 для возможности размещения в нем уплотнения. Подобное устройство 4 в предпочтительном варианте можно использовать в виде вставки для дооснащения рулевого механизма.
2
На фиг. 10 показано предлагаемое в изобретении устройство с отверстиями 21, через которые может проходить поток рабочей среды. Уменьшение общего живого сечения потока рабочей среды в результате размещения такого устройства с отверстиями позволяет добиться успокоения рабочей среды. Подобное устройство может иметь прежде всего от 8 до 18 распределенных по окружности отверстий, которые могут иметь площадь своего поперечного сечения от 3 до 20 мм.
Из приведенного на фиг. 11 изображения следует, что использование вышеуказанного устройства приводит к тому, что рабочая среда может протекать не через все поперечное сечение, а только через отверстия 21.
На фиг. 12 показано устройство с канавками 22 треугольного сечения, которые чередуются со сплошным материалом 23. В альтернативном варианте участки 23 могут представлять собой проходы для рабочей среды, а участки 22 могут представлять собой сплошной материал. В другом варианте канавки выполнены с прямоугольным сечением. Такое устройство имеет длину от 60 мм до 100 мм и может иметь от 6 до 18 канавок.
На фиг. 13 показана часть рулевого механизма с шариковой гайкой и с подводящей линией 20. В подводящей линии 20 расположено выполненное в виде интегрированного в рулевой механизмом компонента или в виде вставки резьбообразное устройство 4. Благодаря этому происходит гашение пульсаций в потоке 25 рабочей среды. Дополнительное гашение пульсаций рабочей среды в подводящей линии 20 возможно благодаря наличию предкамеры 2. При выполнении устройства в виде вставки могут присутствовать уплотнения 10. При выполнении же устройства 4 в виде интегрированного в рулевой механизмом с шариковой гайкой компонента уплотнения 10 могут отсутствовать.
Необходимо отметить, что слова "имеющий", "содержащий" и аналогичные им не исключают наличия других элементов и стадий, равно как и использование единственного числа не исключает наличия множества соответствующих элементов и стадий.
Используемые ссылочные обозначения служат лишь для наглядного пояснения изобретения и не должны рассматриваться как ограничивающие его объем, который определяется исключительно формулой изобретения.
Перечень ссылочных обозначений
1 меньшая камера цилиндра
2 предкамера
3 подводящая линия
4 устройство для гашения (пульсаций рабочей среды)
5 поток рабочей среды
6 поток рабочей среды
7 поток рабочей среды
8  камера цилиндра
9 участок подводящей линии 20, ведущей в камеру 1 цилиндра
10 уплотнения
11 клапан рулевого управления
12 объемный насос
13 ребро
14 свободное пространство для размещения уплотнения
15 дроссель
16 поток рабочей среды
17 препятствие
18 двигатель для приведения в действие объемного насоса
19 предкамера
20 подводящая линия
21 отверстие для прохода рабочей среды
22 канавка для направления рабочей среды
23 сплошной материал
24 бачок с рабочей средой
25 поток рабочей среды