РУЛЕВОЙ МЕХАНИЗМ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Полезная модель относится к транспортному машиностроению, в частности, к рулевым механизмам транспортных средств.
Известны рулевые механизмы рулевого управления транспортных средств с передачей типа «винт - шариковая гайка», которые содержат размещенные в общем корпусе винт рулевого вала, установленный на подшипниках, и шариковую гайку, сопряженную с винтом и связанную со средством поворота вала рулевой сошки (средство поворота вала рулевой сошки может быть выполнено, например, в виде рычага, шарнирно связанного с шариковой гайкой, или в виде зубчатого сектора, выполненного на валу рулевой сошки и находящегося в зацеплении с зубьями, нарезанными на поверхности шариковой гайки (гайки-рейки)). В передаче такого типа шариковая гайка и винт снабжены полукруглыми резьбовыми канавками, которые образуют спиральный канал, заполненный шариками высокой точности. При вращении винта шарики толкают шариковую гайку вдоль своей оси, которая, в свою очередь, перемещаясь, через зубчатый сектор или рычаг обеспечивает поворот вала рулевой сошки. Высокая точность изготовления деталей шарико-винтовой пары и подбор их при сборке обеспечивают плавное и легкое, - с малым трением, вращение винта в шариковой гайке, благодаря чему, вращение винта обеспечивается небольшими управляющими усилиями. Одним из известных аналогов, принятым за ближайший, является устанавливаемый на многих транспортных средствах рулевой механизм, который описан в источнике информации (1). Недостаток ближайшего аналога заключается в том, что он не обеспечивает достаточной безопасности и надежности транспортного средства, в котором он используется. Это связано с тем, что в случае приложения к рулевому валу чрезмерных усилий существует вероятность поломки шарико-винтовой пары с последующим выпадением из канала шариков. В результате поломки шарико-винтовой пары прекращается передача усилия от винта рулевого вала к шариковой гайке, вследствие чего, при вращении рулевого колеса шариковая гайка не перемещается и, следовательно, не поворачивает вал рулевой сошки. Таким образом, поломка шарико-винтовой пары рулевого механизма-аналога приводит к потере управления транспортным средством и, как следствие, к возникновению во время неуправляемого движения транспортного средства опасной для участников движения ситуации. Особенно актуальна такая проблема для рулевых механизмов с электроусилителем, где существует вероятность подачи от электродвигателя на рулевой вал чрезмерного компенсационного усилия, например, в случае неточной работы системы управления электроусилителем и ее элементов (входных датчиков, электронного блока управления, исполнительного устройства).
Задачей предлагаемой полезной модели является повышение безопасности и надежности транспортного средства за счет сохранения его управляемости в случае поломки шарико-винтовой пары рулевого механизма.
Настоящая задача решается тем, что в рулевом механизме транспортного средства, содержащем размещенные в общем корпусе винт, установленный на подшипниках, сопряженную с винтом шариковую гайку, которая связана со средством поворота вала рулевой сошки, при этом шариковая гайка и винт снабжены полукруглыми резьбовыми канавками, образующими спиральный канал, заполненный шариками высокой точности, согласно предлагаемой полезной модели, на винте дополнительно установлена гайка-перехватыватель, неподвижно соединенная с шариковой гайкой, при этом на внутренней цилиндрической поверхности гайки-перехватывателя, сопрягаемой с наружной поверхностью винта, выполнен винтовой выступ, по форме соответствующий резьбовой канавке на поверхности винта, таким образом, что между выступом гайки-перехватывателя и канавкой на поверхности винта по всей длине винтового выступа имеется зазор 0,2÷0,3 мм.
В заявляемом рулевом механизме на винте дополнительно установлена гайка-перехватыватель, неподвижно соединенная с шариковой гайкой, и, при этом на внутренней цилиндрической поверхности гайки-перехватывателя, сопрягаемой с наружной поверхностью винта, выполнен винтовой выступ, по форме соответствующий резьбовой канавке на поверхности винта, таким образом, что между выступом гайки-перехватывателя и канавкой на поверхности винта по всей длине винтового выступа имеется зазор 0,2÷0,3 мм. Благодаря такому выполнению, в случае поломки шарико-винтовой пары, когда при вращении винта шариковая гайка не перемещается и, следовательно, не поворачивает вал рулевой сошки, обеспечивается возможность вынужденного перемещения шариковой гайки вдоль своей оси за счет перемещения неподвижно соединенной с ней гайки-перехватывателя, которое происходит в результате зацепления краев резьбовой канавки на поверхности вращающегося винта с винтовым выступом, выполненным на внутренней цилиндрической поверхности гайки-перехватывателя. Соответствие формы винтового выступа форме резьбовой канавки на поверхности винта обеспечивает достаточно плотное их зацепление. При этом в нормальном режиме работы рулевого механизма, когда вращение винта преобразуется в поступательное движение шариковой гайки и неподвижно соединенной с ней гайки-перехватывателя посредством шарико-винтовой пары, поверхности выступа гайки-перехватывателя и канавки на поверхности винта не соприкасаются друг с другом, поскольку между ними по всей длине винтового выступа имеется зазор 0,2÷0,3 мм, и поэтому не требуется затраты дополнительного управляющего усилия для преодоления трения между поверхностями винта и гайки-перехватывателя.
Минимальное значение величины зазора 0,2 мм обусловлено высокой точностью изготовления и подбора деталей шарико-винтовой пары, а также их возможным износом, и достаточно для того, чтобы исключить возникновение нежелательного трения между сопрягаемыми поверхностями винта и гайки-перехватывателя в нормальном режиме работы рулевого механизма, когда шарико-винтовая пара выполняет свою функцию. При этом, максимальное значение величины зазора 0,3 мм достаточно для того, чтобы, в случае поломки шарико-винтовой пары, минимальным поворотом рулевого колеса обеспечить зацепление краев резьбовой канавки на поверхности вращающегося винта с винтовым выступом, выполненным на внутренней цилиндрической поверхности гайки-перехватывателя, и, тем самым, произвести вынужденное перемещение шариковой гайки и, следовательно, поворот вала рулевой сошки.
Таким образом, заявляемая совокупность существенных признаков рулевого механизма позволяет сохранить управляемость транспортного средства в случае поломки шарико-винтовой пары и, тем самым, повысить безопасность и надежность транспортного средства.
В рулевом механизме транспортного средства предпочтительная ширина гайки-перехватывателя соответствует ширине 2-4 витков винтового выступа. Интервал размеров ширины гайки-перехватывателя обусловлен длиной винтового выступа на внутренней цилиндрической поверхности гайки-перехватывателя, которая необходима и достаточна для передачи усилия рулевого управления, зависящего, в свою очередь, от массы транспортного средства.
В рулевом механизме транспортного средства средство поворота вала рулевой сошки может быть выполнено в виде зубчатого сектора, а шариковая гайка выполнена в виде гайки-рейки.
В рулевом механизме транспортного средства средство поворота вала рулевой сошки может быть выполнено в виде рычага, шарнирно связанного с шариковой гайкой.
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
На фиг.1 изображена конструктивная схема рулевого механизма транспортного средства в варианте выполнения, когда средство поворота вала рулевой сошки выполнено в виде зубчатого сектора, а шариковая гайка выполнена в виде гайки-рейки, и ширина гайки-перехватывателя соответствует ширине 2-4 витков винтового выступа. На фиг.2 изображена конструктивная схема рулевого механизма транспортного средства в варианте выполнения, когда средство поворота вала рулевой сошки выполнено в виде рычага, шарнирно связанного с шариковой гайкой, и ширина гайки-перехватывателя соответствует ширине 2-4 витков винтового выступа. На фиг.3 изображен вид А на фиг.1 и фиг.2.
В обеих возможных вариантах выполнения, изображенных на фиг.1 и фиг.2, рулевой механизм транспортного средства содержит корпус 1, в котором размещены винт 2, установленный на подшипниках 3, и шариковая гайка 4, сопряженная с винтом 2. Шариковая гайка 4 и винт 2 снабжены полукруглыми резьбовыми канавками 5 и 6 соответственно. Канавки 5 и 6 образуют спиральный канал 7, который заполнен шариками 8 высокой точности. На винте 2 установлена гайка-перехватыватель 10, которая неподвижно соединена с шариковой гайкой 4. На внутренней цилиндрической поверхности гайки-перехватывателя 10, сопрягаемой с наружной поверхностью винта 2, выполнен винтовой выступ 11 (фиг.3), форма которого соответствует резьбовой канавке 6 на поверхности винта 2. Между винтовым выступом 11 гайки-перехватывателя 10 и канавкой 6 на поверхности винта 2 по всей длине винтового выступа 11 имеется зазор 12 величиной 0,2÷0,3 мм. Ширина гайки-перехватывателя 10 соответствует ширине 2-х витков винтового выступа 11.
В варианте выполнения рулевого механизма транспортного средства, когда средство поворота вала рулевой сошки выполнено в виде зубчатого сектора, а шариковая гайка выполнена в виде гайки-рейки (фиг.1), наружная поверхность шариковой гайки 4 снабжена зубьями 13, которые находятся в зацеплении с зубчатым сектором 9, выполненным на валу рулевой сошки (на фиг. не показано).
В варианте выполнения рулевого механизма транспортного средства, когда средство поворота вала рулевой сошки выполнено в виде рычага, шарнирно связанного с шариковой гайкой (фиг.2), шариковая гайка 4 шарнирно соединена с рычагом 14.
Гайка-перехватыватель 10 может быть изготовлена из конструкционной стали путем механической (токарной) обработки.
Длина винта 2 выбирается в зависимости от совокупной ширины шариковой гайки 4 и гайки-перехватывателя 10, с учетом максимальной амплитуды их перемещения вдоль своей оси.
Неподвижное соединение гайки-перехватывателя 10 с шариковой гайкой 4 может быть выполнено неразъемным, например, сваркой, или разъемным, например, болтовым.
Рулевой механизм транспортного средства работает следующим образом.
При повороте рулевого колеса (на фиг. не показано) усилие передается на рулевой вал (на фиг.1, 2 не показано), который заканчивается винтом 2. Винт 2 вращается и, в случае исправности шарико-винтовой пары, через циркулирующие в спиральном канале 7 шарики 8 высокой точности толкает вдоль своей оси шариковую гайку 4, которая, в свою очередь, перемещаясь, передает усилие средству поворота вала рулевой сошки, обеспечивая, таким образом поворот вала рулевой сошки (на фиг. не показано). При этом поверхности выступа 11 гайки-перехватывателя 10 и канавки 6 на поверхности винта 2 не соприкасаются друг с другом, поскольку между ними по всей длине винтового выступа имеется зазор 0,2÷0,3 мм, величина которого сохраняется практически постоянной благодаря высокой точности изготовления и подбора, а также износостойкости деталей шарико-винтовой пары. Это исключает трение между поверхностями винта 2 и гайки-перехватывателя 10 - гайка-перехватыватель 10 свободно, без усилия, перемещается вдоль оси винта 2 вместе с шариковой гайкой 4. В случае поломки шарико-винтовой пары прекращается передача усилия от винта 2 непосредственно к шариковой гайке 4. Шариковая гайка 4 и неподвижно соединенная с ней гайка-перехватыватель 10 не перемещаются вдоль своей оси до тех пор, пока профиль резьбовых канавок 6 винта 2 не переместится на расстояние 0,2-0,3 мм вдоль оси винта 2 и края резьбовых канавок 6 вращающегося винта 2 не войдут в зацепление с винтовым выступом 11, выполненным на внутренней цилиндрической поверхности гайки-перехватывателя 10. В результате такого зацепления возникает осевое усилие, которое вызывает продольное перемещение гайки-перехватывателя 10 и, следовательно, перемещение соединенной с нею шариковой гайки 4. При перемещении шариковой гайки 4 усилие передается средству поворота вала рулевой сошки, а от него - на вал рулевой сошки (на фиг. не показано), обеспечивая, таким образом его поворот. В случае, когда в рулевом механизме транспортного средства средство поворота вала рулевой сошки выполнено в виде зубчатого сектора и шариковая гайка выполнена в виде гайки-рейки (фиг.1), то шариковая гайка 4 перемещается и зубьями 13, которыми снабжена ее поверхность, зацепляется с зубьями зубчатого сектора 9 и увлекает их, поворачивая, таким образом, вал рулевой сошки. В случае, когда в рулевом механизме транспортного средства средство поворота вала рулевой сошки выполнено в виде рычага, шарнирно связанного с шариковой гайкой (фиг.2), то шариковая гайка 4, перемещаясь, поворачивает рычаг 14, который, соответственно, поворачивает вал рулевой сошки (на фиг. не показано).
Таким образом, сохраняется функционирование рулевого механизма, что дает возможность изменения направления движения транспортного средства в случае поломки шарико-винтовой пары, и позволяет предотвратить опасные для участников движения ситуации на дороге, а также позволяет безопасно передвигаться транспортному средству до места стоянки и проведения ремонта.
Источники информации:
1. Чайковский И.П., Саломатин П.А. Рулевые управления автомобилей. - М, Машиностроение» 1987. с.62.