ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ СЕРВОДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1995 года по МПК B60T13/567 

Изобретение касается пневматических серводвигателей, в частности такого типа, которые используются для оказания помощи при торможении автомобильных средств транспорта.

Серводвигатели этого типа обычно включают поршень, имеющий заднюю трубчатую часть и подвижную стенку, которая ограничивает переднюю камеру, постоянно соединенную с источником вакуума, и заднюю камеру, селективно соединяемую с передней камерой или с атмосферой посредством клапана, приводимого в действие штоком управления, упирающимся посредством плунжера в одну из сторон реакционного диска, выполненного заодно с поршневым штоком, клапанное средство, включающее клапан, взаимодействующий активной частью с первым седлом, образованным на плунжере и со вторым клапанным седлом, образованным на поршне, и шток управления, оттягиваемый назад посредством пружины, расположенной в кольцевом пространстве между этим штоком управления и задней трубчатой частью поршня по направлению клапана, причем эта пружина образована витками, которые образуют поверхность.

Такие серводвигатели, такие же как проиллюстрированы в документе ЕР-А-О 004 477, если они и обладают хорошей работой, тем не менее имеют несколько недостатков. Так, чтобы избежать выполнения штоком управления слишком длинного мертвого хода, следует предусмотреть клапанное средство таким, чтобы "ход клапана" между клапаном и вторым клапанным седлом был бы как можно меньшим. Отсюда следует, что при торможении канал, открытый для атмосферного воздуха в заднюю камеру, оказывается очень малого сечения. Работа таких серводвигателей вследствие этого сопровождается шумом всасываемого воздуха, который может стать тягостным, тем более, что конструкция втулки поршня вызывает дополнительные большие завихрения в движущемся воздухе.

Известны, например из документов пневматические серводвигатели, в которых задний конец плунжера был изменен для направления движущегося воздуха в заднюю камеру, причем все остальные детали серводвигателя остаются обычными. Отсюда следует, что эти устройства на практике являются такими же шумными, как известные устройства.

В этом контексте в основу изобретения была положена задача создать серводвигатель, работа которого была бы тихой и основана, в частности, на выявлении того, что циркуляция воздуха по направлению, близкому направлению поверхности витков возвратной пружины, вызывает в нем вибрацию и является основной причиной шума во время работы.

С этой целью серводвигатель, согласно изобретению, характеризуется по существу тем, что он содержит по меньшей мере с одной стороны пружины средства для направления воздуха, предназначенные увеличивать угол, под которым воздух, передвигающийся в кольцевом пространстве, ударяется о названную поверхность витков.

Предпочтительно средства направления имеют вогнутую на выходе поверхность направления, образованную в штоке управления на выходе из пружины, а также вогнутую поверхность на входе, находящуюся в названном кольцевом пространстве на входе пружины.

Например, выходная поверхность направления имеет входной скос выпуклого утолщения штока и входная вогнутая поверхность имеет внутреннюю стенку кольца, зажатого в кольцевом пространстве.

Другие цели, характеристики и преимущества станут ясны из предлагаемого далее описания примера выполнения настоящего изобретения, предлагаемого только в качестве неограничительного примера с отсылкой к чертежу, на котором представлен вид сбоку, в продольном разрезе, изображающий центральную часть пневматического серводвигателя, способствующего торможению, выполненного согласно настоящему изобретению.

На чертеже изображена одна часть серводвигателя, способствующего торможению, предусмотренного для размещения как обычно между тормозной педалью автомобиля и главным цилиндром, управляющим гидротормозной системой этого автомобиля. Как обычно, передом серводвигателя называют часть этого последнего, обращенную к главному цилиндру, а задом серводвигателя - часть, обращенную к тормозной педали.

Серводвигатель на чертеже имеет внешний кожух 10 в виде кокиля, обладающий симметрией вращения вокруг оси Х-Х'. На чертеже представлена только центральная задняя часть этого кожуха 10.

Подвижная стенка 12 ограничивает внутри пространства, ограниченного кожухом 10, переднюю камеру 16 и заднюю камеру 18. Подвижная стенка 12 связана с раскручивающейся гибкой мембраной из эластомера (не представлена), наружный периферический край которой герметично закреплен на наружном кожухе 10, а внутренний периферический край которой герметично вставлен в полый вспомогательный поршень 20, расположенный по оси Х-Х' серводвигателя. Этот полый поршень 20 продолжается назад в виде трубчатой части 22, которая проходит герметичным образом заднюю стенку кожуха 10. Герметичность этого прохождения обеспечивается армированным кольцевым герметичным соединением 24, которое фиксируется кольцом 26 в трубчатой центральной части, удлиняющей назад заднюю стенку кожуха 10.

Пружина сжатия (не показана), расположенная между поршнем 20 и передней стенкой (не показана) наружного кожуха 10, удерживает перпендикулярно поршень 20 в заднем нерабочем положении, представленном на чертеже, в котором задняя камера 18 имеет свой минимальный объем, а передняя камера 16 свой максимальный объем.

В центральной части подвижной стенки, находящейся впереди трубчатой задней части 22, поршень 20 имеет расточку 30, в которую скользяще входит плунжер 32, обладающий также симметрией вращения вокруг оси Х-Х'. Передний конец штока управления 34 серводвигателя, также расположенный по оси Х-Х', также установлен шарнирно в кривой расточке 35, образованной в плунжере 32. Задний конец (не показан) этого штока 34, который выступает наружу из трубчатой части 22 поршня 20, управляется непосредственно тормозной педалью автомобиля (не показана).

Кольцевое пространство 36, ограниченное между штоком управления 34 и трубчатой частью 22 поршня 20, выходит во внешнюю атмосферу позади серводвигателя, например, через воздушный фильтр. Спереди то же самое кольцевое пространство может сообщаться с задней камерой 18 через радиальный канал 38, образованный в центральной части поршня, когда вспомогательные средства, управляемые плунжером 32, приводятся в действие.

Как обычно эти вспомогательные средства представляют собой трехходовой клапан, имеющий кольцевой клапан 40, смонтированный в трубчатой части поршня и два кольцевых клапанных седла 20а и 32а, образованные соответственно на центральной части поршня 20 и на плунжере 32.

Клапан 40 имеет передний торец меньшего диаметра гибкой втулки из эластомера, задний конец которой оканчивается утолщением, смонтированным герметичным образом внутри трубчатой части 22 поршня 20. Это утолщение удерживается на месте металлической манжетой 42, в которую упирается пружина сжатия 44, стремящаяся переместить клапан 40 вперед.

Кольцевое клапанное седло 32а образовано на стороне заднего торца плунжера 32. Также, кольцевое клапанное седло 20а образовано на задней кольцевой стороне центральной части поршня 20 вокруг седла 32а. В зависимости от положения плунжера внутри поршня 20 вокруг седла 32а. В зависимости от положения плунжера внутри поршня 20 такое расположение позволяет клапану 40 постоянно находиться в герметичном упоре с (по меньшей мере) одним из клапанных седел 32а и 20а под действием пружины 44.

Второй канал 46 образован в центральной части поршня 20, почти параллельно его оси Х-Х', для сообщения передней камеры 16 серводвигателя с кольцевой камерой 48, образованной вокруг клапана 40 внутри трубчатой части 22 поршня 20. Когда поршень 32 занимает свое заднее нерабочее положение, представленное на чертеже, в котором клапан 40 герметично упирается в седло 32а плунжера и слегка отодвинут от седла 20а поршня 20, передняя 16 и задняя 18 камеры серводвигателя сообщаются также между собой через канал 46, кольцевую камеру 48, клапанный канал 40 - 20а и канал 38.

Как обычно, также по меньшей мере один упорный элемент 50, смонтированный в центральной части поршня 20, ограничивает аксиальный ход плунжера 32 внутри этого последнего. Плунжер 32 удерживается перпендикулярно в заднем нерабочем положении, ограниченном органом 50, посредством пружины сжатия 52, расположенной между манжетой 42 и шайбой 54, самой выполненной заодно со штоком управления 34.

В своей центральной части поршень 20 имеет кольцевую переднюю сторону 20б, в центре которой выходит расточка 30. Эта кольцевая передняя сторона 20б поршня 20 воздействует на заднюю сторону 55б поршневого штока 56 через реакционный диск 58 из деформируемого материала, такого как эластомер. Точнее говоря, поршневой шток 56 и диск 58 расположены по оси Х-Х' серводвигателя, в продолжение штока управления 34 и плунжера 32. Задняя поверхность 56а поршневого штока 56 образована на пластине в виде диска 56б, представляющего задний конец штока 56. Пластина 56б, также как реакционный диск 58 закрыта колпаком 60, центрированном на оси Х-Х' серводвигателя и взаимодействующем с кольцевой проточкой, образованной на центральной части поршня 20 вокруг кольцевой передней стороны 20б этого последнего.

Принцип действия этого известного серводвигателя обычный и может быть коротко описан следующим образом.

Когда серводвигатель устанавливается на автомобиль, передняя камера 16 постоянно сообщена с источником вакуума.

В первое время нажатием тормозной педали водитель уравнивает усилие предварительного напряжения пружины 52, уменьшая силу предварительного напряжения пружины 44. В процессе этого небольшого перемещения штока управления 34 и плунжера 32 клапан 40 под действием пружины 44 следует по седлу 32а плунжера 32 до тех пор, пока он ни соприкоснется с седлом 20а поршня; передняя 16 и задняя 18 камеры серводвигателя в этом случае изолированы одна от другой.

Во второй фазе работы тормоза плунжер 32 перемещается достаточно вперед для того, чтобы клапан оказался в герметичном контакте с седлом 20а поршня и начал удаляться от седла 32 плунжера. При этом задняя камера 18 серводвигателя изолируется от передней камеры 16 и входит в сообщение с атмосферой.

Задняя камера 18, которая до этого была сообщена с передней камерой 16 и вследствие этого находилась под пониженным давлением, втягивает в результате воздух под атмосферным давлением через клапанный канал маленького сечения между клапаном 40 и плунжерным седлом 32а. В результате этого возникает большое препятствие для прохождения воздуха и шипение вследствие прохождения через промежуток между клапаном 40 и плунжерным седлом 32а.

Таким образом понятно, что стало очень желательным создать серводвигатель, в котором течение воздуха происходило бы с как можно меньшими завихрениями для того, чтобы работа его была бесшумной.

Эта цель достигнута благодаря изобретению, пример выполнения которого представлен на чертеже.

Согласно изобретению, предусмотрено направлять или канализировать движущийся воздух для того, чтобы он достигал зоны клапана 40, в частности клапанного канала 32а - 40 между клапаном 40 и клапанным седлом 32а плунжера в лучших условиях. Такое направление предусматривается на входе клапана 40 в аксиальном направлении, то есть позади плоскости клапана 40 вблизи от пружины 52. Это было сделано просто за счет предусмотрения на штоке управления 34 отражательной поверхности 62, например, конической, или имеющей определенный радиус кривизны, как это представлено на чертеже. Эта отражательная поверхность 62 располагается от кольцевого пространства 36 между штоком управления 34 и трубчатой частью 22 поршня 20 до уровня клапана 40.

Отражательная поверхность 62 может состоять из заднего склона вогнутой широкой проточки 64, образованной в штоке управления 34, как показано на верхней половине чертежа. Она может также состоять из входного скоса выпуклой толщи 66 штока 34, как показано на нижней половине чертежа. Эта толща 66 может быть как бы продолжением материала, из которого выполнен шток 34, или состоять из кольца, надетого на шток 34.

Понятно таким образом, что во второй фазе работы, описанной выше, слои воздуха, поступающие из кольцевого пространства 36 и двигающиеся аксиально вперед будут наталкиваться на отражательную поверхность 62 и оказываются отклоненными к клапанному каналу 32а-40, проходя через поверхность, которую образуют витки пружины 52 значительно легче, чем если бы они могли только тангенциально циркулировать по этой поверхности. Движущийся воздух не подвергается вследствие этого больше резким изменениям направления и не может, следовательно, больше производить столько шумов и шипений в этой фазе всасывания в заднюю камеру.

С целью совершенствования направления движущегося воздуха могут быть внесены и другие усовершенствования. Можно, например, предусмотреть на конце кривой расточки 35, выходящей позади плунжера 32, вогнутую поверхность, например кромочную 68 в форме усеченного конуса, имеющую определенный радиус кривизны. Такая вогнутая поверхность 68 также играет роль отражательной поверхности, продолжая действие поверхности 62 штока 34. Так струйки воздуха, которые были отклонены поверхностью 62 штока 34, воспринимаются поверхностью 68 плунжера 32 и направляются таким образом до клапанного канала 32а - 40. Завихрения движущегося воздуха вследствие этого еще больше уменьшаются, как и рабочие шумы.

Можно также предусмотреть в задней трубчатой части 22 поршня 20 и в кольцевом пространстве 36 вогнутую отражательную поверхность для предшествования действию поверхности 62 штока 34. Функцией такой поверхности является принятие потока движущегося воздуха для направления его преимущественно на поверхность 62 штока 34. Эта поверхность 70 может, например, быть образована на внутренней стенке кольца 72, заключенного в кольцевом пространстве 36.

Хорошо видно таким образом, что согласно изобретению создан пневматический серводвигатель, в котором конкретное расположение отражательных поверхностей позволяет ему функционировать бесшумно. Разумеется, изобретение не ограничивается описанным в качестве примера примером его выполнения, но в него могут быть внесены многочисленные варианты по усмотрению специалиста. Так, например, изобретение может применяться в сдвоенных серводвигателях или с дополнительной камерой.

Использование: в пневматическом серводвигателе автомобиля. Сущность: серводвигатель содержит кожух 10, внутри которого находится поршень 20, имеющий заднюю трубчатую часть 22 и подвижную стенку 12, которая ограничивает переднюю камеру 16, постоянно соединенную с источником вакуума, и заднюю камеру 18, селективно соединяемую с передней камерой 16 или с атмосферой посредством клапана (20а, 32а, 40), приводимого в действие штоком управления 34, который может упираться посредством плунжера 32 в одну из сторон реакционного диска 58, выполненного заодно с поршневым штоком 56, причем клапан 40 несет запорный элемент, взаимодействующий активной частью с первым клапанным седлом 20а, образованным на поршне 20. Предусмотрены средства 62 для направления движущегося воздуха на входе клапана. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ СЕРВОДВИГАТЕЛЬ, способствующий торможению, содержащий кожух, во внутренней полости которого расположен поршень, состоящий из задней трубчатой части и подвижной части, ограничивающий переднюю камеру, постоянно соединенную с источником вакуума, и заднюю камеру, селективно соединяемую с передней камерой или с атмосферой посредством клапана, приводимого в действие штоком управления, упирающегося посредством плунжера в одну из сторон реакционного диска, выполненного заодно с поршневым штоком, причем клапан несет запорный элемент, взаимодействующий активной частью с первым клапанным седлом, образованным на плунжере, и с вторым клапанным седлом, образованным на поршне, пружину растяжения, расположенную в кольцевом пространстве, ограниченном штоком управления и задней трубчатой частью поршня на входе клапанного средства, при этом пружина образована из витков, ограничивающих поверхность, отличающийся тем, что в него введено средство для направления воздуха, движущегося в кольцевом пространстве, увеличивающее угол его воздействия на поверхность, образованную витками пружины растяжения. 2. Серводвигатель по п.1, отличающийся тем, что средство для направления воздуха представляет собой проточку вогнутой формы, выполненную в штоке управления в месте расположения клапана. 3. Серводвигатель по п.1, отличающийся тем, что средство для направления воздуха представляет собой скос утолщения, выполненного на штоке управления со стороны тормозной педали. 4. Серводвигатель по п.1, отличающийся тем, что средство для направления воздуха представляет собой проточку вогнутой формы, выполненную по краю плунжера со стороны клапана. 5. Серводвигатель по пп.1 - 4, отличающийся тем, что средство для направления воздуха представляет собой входную вогнутую поверхность, расположенную в кольцевой полости в месте начала пружины. 6. Серводвигатель по п.5, отличающийся тем, что входная вогнутая поверхность представляет собой внутреннюю поверхность кольца, установленного в кольцевом объеме.