ШКВОРНЕВАЯ РУЛЕВАЯ КОНСТРУКЦИЯ
PIVOTED STEERING CONSTRUCTION

Предпосылки к созданию изобретения и предшествующий уровень техники
Изобретение относится к шкворневой рулевой конструкции согласно ограничительной части п. 1 формулы изобретения.
Как правило, шкворневая рулевая конструкция для управляемого колеса автомобиля содержит шкворень поворотного кулака с конической частью для крепления к балке моста, поворотный кулак, который поддерживает колесо, шарнирно установленный на шкворне поворотного кулака через верхний подшипник, который может быть коническим роликовым подшипником, и нижний подшипник, который может быть подшипником скольжения. В этом случае верхний подшипник поглощает и осевые, и радиальные силы, а нижний подшипник поглощает радиальные силы. Однако большинство роликовых подшипников требуют преднатяжения для устранения люфта роликового подшипника. Одним известным способом преднатяжения подшипников является применение тонких металлических прокладок. Внутреннее кольцо и внешнее кольцо роликового подшипника можно нагрузить с помощью правильно расположенных прокладок с такой силой, чтобы устранить люфт подшипника. Однако установка прокладок трудна и не всегда дает желаемый эффект.
В WO 97/13674 описан шкворень поворотного кулака, который имеет резьбу и на верхнем, и на нижнем концах. На верхней резьбе крепится верхняя гайка, а на нижней резьбе крепится нижняя гайка. Внутреннее кольцо верхнего конического роликового подшипника можно запереть на поверхности балки моста верхней гайкой. Верхний конический роликовый подшипник и нижний конический роликовый подшипник могут быть предварительно натянуты с помощью нижней гайки. В этом случае для предварительного натяжения роликовых подшипников прокладки не применяются. Благодаря тому что для предварительного натяжения и нижнего, и верхнего роликовых подшипников применяется нижняя гайка, силы от гайки на нижний рычаг и на верхний рычаг передаются через шейку подшипника. Это принудительное нагружение рычагов поворотного кулака приводит к упругой деформации шейки подшипника. Предварительное натяжение роликового подшипника за счет упругодеформированного компонента является нежелательным. Роликовые подшипники должны быть закреплены и предварительно нагружены между двумя по существу жесткими поверхностями.
Колесо автомобиля, установленное на поворотной цапфе, должно поворачиваться вокруг шкворня поворотного кулака с соответствующим сопротивлением повороту. Если сопротивление повороту слишком мало, возникает риск появления вибраций в трансмиссии, передающей движение, которая передает управляющие движения от руля автомобиля к управляемым колесам. Если сопротивление повороту слишком велико, для поворота колес приходится прилагать излишне большое усилие.
Сущность изобретения
Целью настоящего изобретения является создание конструкции оси поворотного кулака, в которой имеется возможность регулировать сопротивление повороту поворотного кулака, который вращается вокруг шкворня поворотного кулака.
Эта цель достигается с помощью конструкции шкворня поворотного кулака описанного выше типа, которая характеризуется признаками, перечисленными в отличительной части п. 1 формулы. В этом случае применяется регулировочный механизм, который позволяет задать требуемое сопротивление повороту для поворотного кулака, когда он поворачивается вокруг шкворня поворотного кулака. Таким образом, управляемое колесо автомобиля, установленное на цапфе поворотного кулака, может поворачиваться вокруг шкворня поворотного кулака с требуемым сопротивлением повороту. В результате можно устранить вибрации на руле автомобиля, и в то же время не требуются излишне большие усилия для поворота колеса и управления автомобилем.
Согласно одному варианту настоящего изобретения регулировочный механизм содержит подшипник скольжения, расположенный между поворотным кулаком и балкой моста, и натяжитель, с помощью которого можно создавать переменную силу, которая прижимает поворотный кулак и балку моста к подшипнику скольжения так, чтобы поворотный кулак создавал требуемое сопротивление при повороте вокруг шкворня. Сопротивление повороту здесь связано с сжимающей силой, с которой поворотный кулак и балка моста прижаты к подшипнику скольжения. Даже если поворотная цапфа и балка моста прижаты к подшипнику скольжения с относительно высокой сжимающей силой, подшипник скольжения по существу всегда обеспечивает возможность поворота поворотного кулака относительно шкворня.
Согласно одному варианту настоящего изобретения подшипник скольжения является кольцевым и расположен вокруг шкворня в области между первой частью шкворня и промежуточной частью шкворня. Внутри этой области подшипник скольжения может контактировать и с поворотной цапфой, и с балкой моста. Подшипник скольжения преимущественно имеет первую поверхность скольжения на первой стороне, контактирующей с контактной поверхностью первого рычага поворотного кулака, и вторую поверхность скольжения на второй стороне, контактирующую с контактной поверхностью балки моста. Подшипник скольжения преимущественно имеет первую плоскую поверхность скольжения, контактирующую с плоской контактной поверхностью поворотного кулака, и плоскую вторую контактную поверхность, контактирующую с плоской контактной поверхностью балки моста. Эти плоские контактные поверхности предпочтительно проходят в перпендикулярной плоскости относительно продольной оси шкворня.
Согласно одному варианту настоящего изобретения подшипник скольжения изготовлен из жесткого металлического материала. Скользящий элемент, таким образом, по существу не подвергается упругой деформации, когда на него действует сжимающая сила. Скользящий элемент преимущественно изготовлен из материала стали, который прочен и устойчив к коррозии.
Согласно одному варианту настоящего изобретения натяжитель содержит гайку, расположенную с возможностью вращения на резьбовой части первого конца шкворня. Гайка может иметь одну поверхность, находящуюся в прямом или косвенном контакте с одной поверхностью поворотного кулака. Балка моста преимущественно закреплена на конической промежуточной части шкворня. После затягивания гайки, гайка, которая контактирует с поворотным кулаком, и шкворень, который контактирует с балкой моста, смещаются в осевом направлении по направлению друг к другу так, что контактная поверхность поворотного кулака и контактная поверхность балки моста прижимаются к поверхностям скольжения скользящего кольца. Регулируя момент затяжки гайки, контактную поверхность поворотного кулака и контактную поверхность балки моста можно прижимать к противоположным поверхностям скольжения скользящего кольца с переменным давлением, что позволяет создать сопротивление повороту поворотному кулаку, когда он вращается вокруг шкворня, и это сопротивление соответствует моменту затяжки гайки.
Согласно одному варианту настоящего изобретения первый подшипник является роликовым подшипником, и натяжитель расположен так, чтобы создавать сжимающую силу, действующую на подшипник скольжения через роликовый подшипник так, что роликовый подшипник получает преднатяжение одновременно с генерированием натяжителем сжимающей силы, которая действует на подшипник скольжения. Роликовые подшипники и, в частности, конические роликовые подшипники по существу должны быть предварительно натянуты. В этом случае сжимающую силу, которую генерирует натяжитель для создания сопротивления повороту, также можно использовать для предварительного натяжения подшипника. Роликовый подшипник преимущественно является коническим роликовым подшипником, который может поглощать как радиальные, так и осевые силы.
Согласно одному варианту настоящего изобретения роликовый подшипник имеет внутреннее кольцо, расположенное так, чтобы контактировать с гайкой, и внешнее кольцо, расположенное в седле подшипника в рычаге поворотного кулака. В этом случае при затягивании гайки сила передается от гайки через роликовый подшипник на поворотный кулак так, что контактная поверхность поворотного кулака прижимается к первой поверхности скольжения подшипника скольжения. Одновременно с затягиванием гайки промежуточная коническая часть шкворня приходит в движение, которое приводит к тому, что контактная поверхность балки моста прижимается ко второй поверхности скольжения на противоположной стороне подшипника скольжения. В этом случае и гайка, и роликовый подшипник расположены на первой стороне шкворня, а подшипник скольжения расположен в области между первой частью шкворня и центральной частью шкворня. Сила от гайки здесь нагружает только часть первого рычага поворотного кулака. Таким образом, поворотный кулак по существу не подвергается упругой деформации, как если бы нагружались оба рычага поворотного кулака. В этом случае роликовый подшипник подвергается по существу жесткому преднатяжению.
Согласно одному варианту настоящего изобретения шкворневая рулевая конструкция содержит уплотнение, расположенное вокруг шкворня и контактирующее со шкворнем, подшипником скольжения и первым рычагом поворотного кулака. Таким образом, не допускается проникновение грязи в роликовый подшипник через подшипник скольжения.
Согласно одному варианту настоящего изобретения второй подшипник является подшипником скольжения или игольчатым подшипником. Таким образом, вторая часть шкворня может поглощать радиальные силы. Можно применять и другие типы подшипников. Однако подшипники преимущественно защищены от проникновения грязи соответствующими уплотнениями.
Краткое описание чертежей
Далее следует описание предпочтительного варианта изобретения со ссылками на приложенный чертеж, где:
фиг. 1 - шкворневая рулевая конструкция по настоящему изобретению.
Подробное описание предпочтительного варианта изобретения
На фиг. 1 показано сечение одного конца балки 1 моста автомобиля. В балке 1 моста выполнено коническое отверстие 1а для крепления шкворня 2. Шкворень 2 имеет соответствующую коническую центральную часть 2b, вставленную в отверстие 1а, за счет чего шкворень 2 крепится в балке моста. Шкворень 2 имеет верхнюю часть 2а цилиндрической формы, нижнюю часть 2с цилиндрической формы. Верхняя часть 2а имеет диаметр, меньший, чем нижняя часть 2с. Верхняя часть 2а шкворня 2 имеет резьбовой участок 3. На резьбовом участке 3 закреплена корончатая гайка 4. Управляемое и не ведущее колесо автомобиля выполнено с возможностью крепления на поворотном кулаке 5, который установлен с возможностью поворота вокруг шкворня 2. Поворотный кулак 5 имеет верхний рычаг 6 с первым сквозным отверстием 7 для приема верхней части 2а шкворня 2 и нижний рычаг 8 со вторым сквозным отверстием 9 для приема нижней части 2с шкворня 2.
Первое сквозное отверстие 7 верхнего рычага 6 содержит седло 10 для приема конического роликового подшипника 11. Конический роликовый подшипник 11 имеет внутреннее кольцо 12, закрепленное вокруг верхней части 2а шкворня, и внешнее кольцо 13, расположенное в седле 10. Седло 10 имеет упорную поверхность 10а, которая определяет установочное положение внешнего кольца 13. Первое упругое уплотнение 14 расположено в нижней части первого сквозного отверстия 7 под коническим роликовым подшипником 11. Первое упругое уплотнение 14 препятствует проникновению грязи в конический роликовый подшипник 11 через нижнюю часть первого сквозного отверстия 7. Первая крышка 15 подшипника уплотняет верхнюю часть первого сквозного отверстия 7. Крышка 15 ввинчена по резьбе 16, имеющейся в верхней части первого сквозного отверстия 7. Первое уплотнительное кольцо обеспечивает герметичность уплотнения крышкой 15 верхней части первого сквозного отверстия 7, поэтому грязь не может проникнуть в конический роликовый подшипник 11 этим путем.
Подшипник скольжения в форме скользящего кольца 18, выполненного из жесткого металлического материала, например стали, расположен вокруг шкворня 2 под первым упругим уплотнением 14. Скользящее кольцо 18 находится на границе между центральной частью 2b шкворня и верхней частью 2а шкворня. Скользящее кольцо 18 выполнено как шайба и содержит первую плоскую верхнюю поверхность 18а скольжения, которая находится в контакте с плоской контактной поверхностью 19 поворотного кулака 5, и вторую плоскую поверхность 81b скольжения, которая находится в контакте с плоской контактной поверхностью 20 балки 1 моста. Нижний рычаг 8 поворотного кулака 5 содержит второе сквозное отверстие 9. Второе сквозное отверстие 9 имеет седло 21 для приема подшипника 22 скольжения. Второе упругое уплотнение 23 находится над подшипником 22 скольжения в верхней части второго сквозного отверстия 9. Вторая крышка 24 подшипника уплотняет нижнюю часть второго сквозного отверстия 9. Крышка 24 ввинчена по резьбе 25. Второе уплотнительное кольцо 26 обеспечивает герметичность уплотнения второй крышки 24 в нижней части сквозного отверстия 9. Вторая крышка 24 и второе упругое уплотнение 23 создают герметичное уплотнение, не допускающее попадания грязи в подшипник 22 скольжения.
В процессе установки шкворневой конструкции поворотного кулака корончатую гайку 4 затягивают до ввинчивания первой крышки 15 подшипника. Корончатая гайка 4 навинчивается на резьбовую часть 3 верхней части 2а шкворня до тех пор, пока она не войдет в контакт с верхней поверхностью внутреннего кольца 12 роликового подшипника. Затем корончатую гайку 4 затягивают с заранее определенным моментом с помощью подходящего инструмента. Когда корончатая гайка 4 затянута, нижняя поверхность корончатой гайки 4 нагружает внутреннее кольцо 12 конического роликового подшипника сжимающей силой. Эта сжимающая сила, которая прижимает внутреннее кольцо 12 вниз, передается на внешнее кольцо 13 через конические ролики подшипника 11. Затем эта сила передается от внешнего кольца 11 на упорную поверхность 10а седла, которое образует часть верхнего рычага 6 поворотного кулака 5. Эта направленная вниз сила, наконец, действует на поворотный кулак 5 так, что контактная поверхность 19 поворотного кулака прижимается к верхней поверхности 18а скольжения подшипника 18 скольжения.
Когда корончатую гайку 4 затягивают, шкворень 2 подвергается короткому смещению в осевом направлении вверх относительно корончатой гайки 4. Коническая центральная часть 2b шкворня передает это движение балке 1 моста, которая смещается вверх на соответствующее расстояние так, что контактная поверхность 20 балки моста прижимается к нижней поверхности 18b скольжения подшипника 18 скольжения с силой, которая связана с моментом затяжки корончатой гайки 4. Таким образом, поворотный кулак 5 устанавливается с возможностью поворота вокруг шкворня 2 с сопротивлением повороту, которое определяется сжимающей силой, с которой контактная поверхность 19 поворотного кулака и контактная поверхность 20 балки моста прижаты к скользящему кольцу 18, которая, в свою очередь, определяется моментом затяжки корончатой гайки 4. Затягивая корончатую гайку с заранее определенным моментом, можно заставить поворотный кулак 5 создавать требуемое сопротивление повороту при повороте вокруг шкворня 2. Сопротивление повороту можно очень просто регулировать корончатой гайкой 4 по мере необходимости.
Сила, которая передается от корончатой гайки 4 на скользящее кольцо 18, таким образом, направляется через роликовый подшипник 11 на скользящее кольцо 18. Внутреннее кольцо 12 и внешнее кольцо 13 роликового подшипника 11, таким образом, подвергаются предварительному натяжению относительно друг друга, когда корончатую гайку 4 затягивают. Эта сила направляется в этом случае по существу в вертикальном направлении вниз от корончатой гайки 4 на скользящее кольцо 18. Конический роликовый подшипник 11 подвергается предварительному натяжению, которое определяется корончатой гайкой 4 и упорной поверхностью 10а седла подшипника. Корончатая гайка 4 и упорная поверхность 10а гнезда подшипника являются по существу жесткими поверхностями, которые создают жесткое предварительное натяжение конического роликового подшипника 11. При надлежащей конструкции составляющих компонентов поворотному кулаку 5 можно придать требуемое сопротивление повороту, когда он поворачивается вокруг шкворня 2 и, одновременно, предварительно создать в коническом роликовом подшипнике 11 соответствующее предварительное натяжение. Регулировочный механизм создан, помимо других компонентов, корончатой гайкой 4 и скользящим кольцом 18, и с помощью этого механизма сопротивление повороту, которое оказывает поворотный кулак при повороте вокруг шкворня 2, можно бесступенчато изменять с хорошей точностью. Шкворневая рулевая конструкция по настоящему изобретению также допускает относительно простую установку на автомобиль.
Изобретение не ограничивается описанным и показанным на чертеже вариантом, и в пределах формулы изобретения в него можно вносить различные изменения. Шкворневая рулевая конструкция, разумеется, может устанавливаться так, чтобы верхний конец и нижний конец поменялись местами. Второе скользящее кольцо 22 можно заменить игольчатым подшипником или подшипником другого типа.