УСТРОЙСТВО ОПОРНОЙ ВТУЛКИ ДЛЯ ТЕЛЕСКОПИЧЕСКОГО РУЛЕВОГО ВАЛА И СНАБЖЕННАЯ ИМ СИСТЕМА РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ Российский патент 2015 года по МПК B62D1/185 B62D3/12 

Изобретение относится к устройству опорной втулки для телескопического, имеющего внешнюю трубу и внутреннюю трубу рулевого вала согласно ограничительной части п.1 формулы, а также снабженной им системе рулевого управления автомобиля согласно ограничительной части дополнительного независимого пункта формулы. Кроме того, изобретение относится к включающему в себя рулевой вал и устройство опорной втулки конструктивному узлу, а также к его применению в системе рулевого управления. В частности, изобретение относится к устройству опорной втулки и к снабженной им системе рулевого управления, при которой устройство опорной втулки для аксиально подвижного и уплотненного соединения внутренней трубы с внешней трубой имеет прилегающую к внутренней трубе, выполненную из неэластичного пластика опорную втулку и приформованный к ней, выполненный из эластичного пластика уплотнительный элемент.

В телескопических многоэлементных рулевых валах, или телескопических рулевых валах, обычно предусмотрено устройство опорной втулки, содержащее опорную втулку и уплотнительный элемент, который выполнен в виде уплотнения или скребковой манжеты и служит для того, чтобы направлять внутреннюю трубу во внешнюю трубу и в то же время уплотнять соединение этих двух труб друг с другом. В DE 102006012057 A1 предложено устройство опорной втулки, которое предусмотрено для телескопического, содержащего внутреннюю и внешнюю трубу рулевого вала. Такого рода устройство опорной втулки имеет выполненную из неэластичного твердого пластика, а именно полиамида, опорную втулку и приформованный к ней, выполненный из мягкого эластичного пластика, а именно эластомера или синтетического каучука, уплотнительный элемент, благодаря чему обеспечивается аксиально подвижное и уплотненное соединение между внутренней трубой и внешней трубой. Выполненный в виде уплотнительного кольца или скребковой манжеты уплотнительный элемент имеет, в частности, кромку уплотнения, которая прилегает к внутренней трубе или к внутреннему рулевому валу. Предусмотренное уплотнительное кольцо или скребковая манжета хотя и с надежностью герметично закрывает от влаги и грязи, тем не менее, при использовании такой конструкции в системе рулевого управления должно быть обеспечено, чтобы традиционные устройства опорной втулки не способствовали хоть сколько-нибудь значительной передаче акустических и механических колебаний между ходовой частью и салоном. Эти помехи должны быть погашены или, по меньшей мере, существенно уменьшены.

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы улучшить устройство опорной втулки вышеназванного типа так, чтобы наиболее предпочтительным образом ликвидировать вышеуказанные недостатки. В частности, устройство опорной втулки должно осуществлять функцию не только уплотнения, но и снижения уровня шума.

Эта задача решается посредством устройства опорной втулки с признаками п.1 формулы изобретения.

Таким образом, предлагается устройство опорной втулки, которое для аксиально подвижного и уплотненного соединения внутренней трубы с внешней трубой имеет прилегающую к внутренней трубе, выполненную из неэластичного пластика опорную втулку и приформованный к ней, выполненный из эластичного пластика уплотнительный элемент, причем опорная втулка охватывается эластичной втулкой, в частности резиновой втулкой, которая, в свою очередь, охватывается конечным участком внешней трубы.

Также предлагается конструктивный узел для системы рулевого управления с телескопическим рулевым валом и таким устройством опорной втулки. Кроме того, предлагается система рулевого управления, снабженная этим конструктивным узлом.

Посредством того, что опорная втулка охватывается эластичной втулкой, в частности резиновой втулкой, осуществляется демпфирование, в частности, в радиальном направлении, между опорной втулкой и внешней трубой рулевого вала (внешней трубой), благодаря чему образование или передача шума существенно уменьшается. Эластичная втулка или резиновая втулка предпочтительно имеет на своей внешней окружности выступающие наружу реброобразные элементы, в частности бочкообразные ребра, которые обеспечивают особенно эффективное демпфирование в радиальном направлении. Также является предпочтительным (выгодным), если эластичная втулка, в частности резиновая втулка, имеет, по меньшей мере, одну проходящую в аксиальном направлении кромку уплотнения, которая также обеспечивает усиленное демпфирующее действие в аксиальном направлении. Устройство опорной втулки предпочтительно выполнено из трех составных частей, а именно оно имеет внутреннюю выполненную из твердого пластика опорную втулку, приформованный к ней уплотнительный элемент (скребковую манжету) из мягкого эластичного пластика и охватывающую опорную втулку эластичную втулку, в частности резиновую втулку. Конструкция может быть, однако, выполнена состоящей из двух частей, а именно опорная втулка может быть закрыта выполненным в виде единого целого конструктивным элементом, который выполняет как уплотнительную функцию (фиксирующую функцию), так и демпфирующую функцию (функцию резиновой втулки). Таким образом, опорная втулка целиком закрыта, по меньшей мере, одним эластичным конструктивным элементом, предпочтительно, однако, частично двумя конструктивными элементами (скребковой манжетой, резиновой втулкой).

Вышеуказанные варианты осуществления изобретения и другие варианты осуществления изобретения, а также их преимущества следуют из зависимых пунктов формулы.

В соответствии с этим является предпочтительным (выгодным), что резиновая втулка по своему внешнему периметру имеет не только выступающие в радиальном направлении бочкообразные ребра, но также и радиальные поверхности прилегания. Бочкообразные ребра и радиальные поверхности прилегания предпочтительно попеременно расположены по внешнему периметру резиновой втулки.

Также является предпочтительным, что эластичная втулка, в частности резиновая втулка, имеет, по меньшей мере, одну проходящую в аксиальном направлении кромку уплотнения. Кроме того, устройство опорной втулки может иметь заглушку, которая охватывает конечный участок внешней трубы, который, в свою очередь, охватывает эластичную втулку или резиновую втулку. При этом является предпочтительным, что эластичная втулка, в частности резиновая втулка, и/или выполненный, в частности, в виде скребковой манжеты уплотнительный элемент по внешнему диаметру меньше, чем внутренний диаметр заглушки, так что остается радиальный зазор.

Кроме того, выполненный, в частности, в виде скребковой манжеты уплотнительный элемент может иметь, по меньшей мере, одно первое прилегающее в аксиальном направлении к заглушке уплотнение, а также равным образом, по меньшей мере, одно второе прилегающее в радиальном направлении к заглушке уплотнение. При этом является предпочтительным, если, по меньшей мере, одно из уплотнений имеет две или более кромки уплотнения, которые имеют V-образную форму.

Кроме того, опорная втулка может иметь, по меньшей мере, один выступ, который заформован участком уплотнительного элемента. Посредством этого между опорной втулкой и скребковой манжетой достигается особенно надежное соединение с геометрическим замыканием, которое, в частности, является заметно более устойчивым в радиальном направлении, чем аналогичные соединения в используемых в этом случае традиционных конструкциях.

Ниже изобретение детально разъясняется на примерах его осуществления, а также при помощи приложенных схематических чертежей. На них представлено:

фиг.1 - вид в разрезе конструкции предлагаемого в изобретении устройства опорной втулки в смонтированном состоянии;

фиг.2 - изображение полностью в собранном состоянии устройства опорной втулки;

фиг.3a - наглядно показанный вид в разрезе многоэлементной конструкции устройства опорной втулки; и

фиг.3b - детальное изображение, соответствующее представленному в разрезе изображению на фиг.3a.

На фиг.1 представлен вариант осуществления предлагаемого в изобретении устройства 100 опорной втулки в смонтированном состоянии, то есть в смонтированном положении на телескопическом вале, который имеет внутреннюю трубу 110 и внешнюю трубу 120. Устройство 100 опорной втулки имеет кольцеобразную опорную втулку 10, которая прилегает к внутренней трубе 110 рулевого вала и снабжена приформованным к опорной втулке 10 уплотнительным элементом 30. Уплотнительный элемент выполнен в виде уплотнительного кольца или скребковой манжеты 30 и плотно прилегает к внутренней трубе. Кроме того, устройство 100 опорной втулки имеет эластичную втулку в виде резиновой втулки 20, которая с внешней стороны охватывает опорную втулку 10 и внешней стороной соприкасается с внешней трубой 120 рулевого вала. Таким образом, резиновая втулка 20 расположена между опорной втулкой 10 и внешней трубой 120 и обеспечивает заметное уменьшение возникающих вибраций, то есть образования и передачи колебаний, а также снижение уровня возникающего при этом шума. Между внутренней трубой 110 и внешней трубой 120 может также быть расположен большой зазор 115. Втулка 20 предпочтительно выполнена из резины, поскольку исследования заявителя показали, что этот материал особенно хорошо подходит для того, чтобы достигнуть достаточной эластичности или демпфирования, без снижения интенсивности механического соединения внешней трубы 120 и внутренней трубы 110 рулевого вала настолько, что чувствительность органа рулевого управления (рулевого колеса) для управления, то есть обратное воздействие со стороны колес, оказывало бы негативное влияние на связанное с управлением восприятие водителя. Таким образом, можно достичь двух противоположных целей: возникновение вибраций и из-за этого возможное появление шума может быть заметно снижено, и требуемая от водителя «обратная связь с дорогой» сохраняется в полной мере. Использование резины имеет в этом отношении преимущество, состоящее в том, что демпфирующие свойства и механические свойства соединения могут быть приспособлены к соответствующему стилю вождения. Это относится как к используемой резиновой смеси (каучуковой смеси), а также к размерам самой втулки. Вместо резины принципиально могут быть использованы и другие эластичные материалы.

Чтобы достичь особенно хорошего демпфирующего действия как в аксиальном, так и в радиальном направлении, эластичная втулка или резиновая втулка 20 имеет особенные конструктивные признаки в виде радиально выровненных бочкообразных ребер 23 и/или поверхностей прилегания (см. фиг.2), а также аксиально выровненных эластичных элементов в виде кромок 27 уплотнения, которые ниже описываются еще более подробно.

Уплотнительный элемент, или скребковая манжета 30, сам по себе решает задачу радиального уплотнения по отношению к внутренней трубе 110, а также задачу аксиального уплотнения по отношению к заглушке 130, которая закрывает все устройство опорной втулки, по меньшей мере, в верхней части или в области конечного участка и, в частности, плотно стыкуется с дополнительными кромками 35 уплотнения скребковой манжеты 30. Скребковая манжета 30 имеет также аксиальные поверхности 36 прилегания для уплотнения по отношению к резиновой втулке 20. Аксиальная область уплотнения скребковой манжеты по отношению к заглушке при помощи уплотнения или структуры с двумя кромками 35 уплотнения выполнена таким образом, что она также служит для демпфирования аксиальных колебаний. Для этого кромки 35 уплотнения имеют в радиальном сечении V-образную форму, что способствует тому, что кромки уплотнения только по довольно тонкой линии прилегают к заглушке 130 и, таким образом, благодаря установке под наклоном могут легко демпфировать. В то же время, однако, кромки уплотнения принимают на себя функцию собственного уплотнения, так что в пустое пространство между двумя кромками 35, наличие которого необходимо для пульсации, не попадают жидкости и/или частицы пыли. Если на скребковую манжету 30 воздействует большая аксиальная нагрузка (сила в направлении или против направления X), то кромки 35 уплотнения прилегают к заглушке 130 так, что усилие передается на большую поверхность прилегания. В этом случае функция демпфирования приобретает второстепенный приоритет.

Если на рулевой вал воздействуют незначительные радиальные нагрузки, как это, например, происходит в обычном режиме движения автомобиля, то резиновая втулка 20, которая надевается на опорную втулку 10, при помощи нескольких бочкообразных ребер 24 (см. также фиг.2) действует как демпфирующий элемент для радиальных колебаний (по или против направления Y) между опорной втулкой 10 (направляющей втулкой) и внешней трубой 120. Посредством двухсторонней аксиальной структуры 27 кромок уплотнения резиновая втулка 20 действует, таким образом, как аксиальное уплотнение по отношению к внешней трубе 120 и также по отношению к скребковой манжете 30.

Чтобы также иметь возможность принимать возникающие иногда в рулевом вале большие поперечные усилия, бочкообразные ребра 24 дополняются радиальными поверхностями 23 прилегания (см. фиг.2), которые в случае перегрузки ограничивают радиальные отклонения в рамках этого опорного участка. Кроме того, опорная втулка 10 имеет бурт 19, посредством которого резиновая втулка удерживается аксиально.

Особенное значение имеет тот факт, что кромки уплотнения оптимально согласуются друг с другом при согласовании эластичностей материалов скребковой манжеты 30 и резиновой втулки 20, а также эластичностей форм. Благодаря этому достигается оптимальный компромисс между надежной герметичностью и максимальным аксиальным демпфированием вибраций. Посредством изменения свойств материала резиновой втулки можно влиять также на радиальное сопротивление поперечным усилиям, так что можно влиять на характер демпфирования в радиальном направлении.

Бочкообразные ребра 24 установки в радиальном направлении резиновой втулки 20 (см. также фиг.2) имеют следующий принцип действия: благодаря их бочкообразной форме при обычных возникающих при движении автомобиля силах лишь незначительная часть резинового материала прилегает к внешней трубе. Таким образом, благодаря гибкости ребер 24 и наличию пространства для отклонения внутри направляющих во внешней трубе могут быть очень эффективно демпфированы радиальные колебания, поскольку резиновый материал деформируется при приложении небольшого радиального усилия. Это свойство также очень полезно при незначительных смещающих усилиях. Таким образом, посредством резиновой втулки 20 также удается уменьшить или избежать колебаний, вызываемых смещающим усилием вдавливания или вытягивания телескопического рулевого вала, которые обычным образом могут возникать в трубах с отклонениями от прямолинейности и жесткими направляющими.

При больших радиальных нагрузках ребра 24 сплющиваются при контакте с резиновой втулкой 20 так, что они прилегают к ней увеличивающейся по площади поверхностью. Благодаря этому подшипниковый узел становится все более жестким, поэтому поперечные отклонения остаются незначительными.

Необходимо отметить, что резиновая втулка 20 и скребковая манжета 30 для осуществления желаемого демпфирующего действия имеют радиальные зазоры, поэтому материал может деформироваться. Для этого резиновая втулка 20 и скребковая манжета 30 имеют меньший диаметр, чем заглушка 130, то есть весь узел имеет плавающее размещение.

Как, в частности, детальнее показано на фиг.3a и 3b, соединение между опорной втулкой 10 и приформованным к ней уплотнительным кольцом или скребковой манжетой 30 выполнено особенным образом, чтобы обеспечить решение следующей задачи.

Как известно из уровня техники, опорная втулка 10 и уплотнительный элемент 30 могут быть выполнены в виде единого конструктивного узла, при этом мягкий уплотнительный элемент 30 приформован к жесткой опорной втулке 10. При этом между этими двумя пластиковыми деталями должно быть достигнуто как можно более надежное и жесткое соединение с геометрическим замыканием. В упомянутой выше публикации DE 102006012057 A1 (см. в ней абзац (0018)) предлагается для этого предусмотреть сформованные на торце опорной втулки ребра зацепления, посредством чего из-за усадки во время охлаждении после процесса литья приформованный уплотнительный элемент охлаждается вместе с ребрами зацепления опорной втулки. Эта конструкция, тем не менее, имеет недостаток, состоящий в том, что в достаточной степени жесткое соединение двух пластиковых деталей обеспечивается лишь тогда, когда происходит достаточная усадка материала во время охлаждения после процесса литья. Желательным, тем не менее, было бы также достижение в широкой мере независимого от этого надежного соединения с геометрическим замыканием между двумя пластиковыми деталями, так чтобы опорная втулка и соединенный с ней уплотнительный элемент (уплотнительное кольцо, скребковая манжета) вели бы себя как единый элемент, или конструктивный элемент, причем опорная втулка имела бы более жесткие свойства, а уплотнительное кольцо имело бы более мягкие свойства.

В качестве самостоятельного (унифицированного) или поддающегося комбинированию решения в настоящем изобретении предлагается показанный посредством фиг.3a и 3b принцип конструкции, при котором опорная втулка 10 на одном конце имеет проходящий в радиальном направлении (Y) выступ 11, который, в свою очередь, заформован участком 31 уплотнительного элемента или скребковой манжеты 30. Таким образом, осуществляется охват в радиальном направлении выступа 11 опорной втулки 10 скребковой манжетой 30, благодаря чему, по существу независимо от процесса усадки при охлаждении, устанавливается надежное соединение между опорной втулкой 10 и скребковой манжетой 30. Проходящий в радиальном направлении выступ 11 предпочтительно выполнен в виде кольцеобразного ребра, которое выполнено на одной стороне опорной втулки 10. Уплотнительный элемент или скребковая манжета 30 заформовывает это ребро 11 в процессе литья так, что скребковая манжета 30 и опорная втулка 10 оказываются жестко соединенными друг с другом. Благодаря этому процессу литья отпадает необходимость последующего монтажа. Для этого осуществляется жесткое соединение в единый конструктивный элемент. По сравнению с известным из уровня техники реберным зацеплением данное геометрическое замыкание не зависит от того, что при охлаждении после процесса литья происходит достаточно большая усадка материала.

Описанное изобретение осуществляет значительное демпфирование возникающих в радиальном и/или аксиальном направлении колебаний и, таким образом, значительное снижение уровня шума в системе рулевого управления. Для этого улучшается соединение с геометрическим замыканием в многоэлементном устройстве опорной втулки.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ

100 - устройство опорной втулки (для телескопического рулевого вала)

110 - внутренняя труба рулевого вала

120 - внешняя труба рулевого вала

115 - зазор между внешней трубой и внутренней трубой

130 - заглушка

10 - опорная втулка

11 - выступ (кольцеобразное ребро)

12 - соединение с геометрическим замыканием (со скребковой манжетой 30)

19 - центровочный бурт для аксиальной фиксации резиновой втулки

20 - эластичная втулка, например резиновая втулка

23 - радиальная поверхность прилегания для избыточной нагрузки

24 - бочкообразные ребра для установки в радиальном направлении

27 - кромки уплотнения для аксиального уплотнения

30 - уплотнительный элемент (скребковая манжета)

35 - аксиальные уплотнения (по отношению к заглушке 130)

36 - аксиальная поверхность прилегания для уплотнения

38 - язычок для радиального уплотнения по отношению к внутренней трубе 110

Группа изобретений относится к области транспортного машиностроения. Устройство опорной втулки применяется в телескопическом рулевом вале, имеющем внешнюю и внутреннюю трубу, и содержит аксиально подвижное и уплотняющее соединение внутренней трубы с внешней трубой. Устройство опорной втулки имеет опорную втулку и уплотнительный элемент. Опорная втулка прилегает к внутренней трубе и выполнена из неэластичного пластика. Уплотнительный элемент приформован к опорной втулке и выполнен из эластичного пластика. Опорная втулка охватывается эластичной втулкой, которая охватывается конечным участком внешней трубы. Эластичная втулка по внешнему периметру имеет проходящие наружу реброобразные элементы. Эластичная втулка имеет одну проходящую в аксиальном направлении кромку уплотнения. Конструктивный узел содержит упомянутое устройство опорной втулки. Система рулевого управления содержит упомянутый конструктивный узел. Достигается снижение уровня шума рулевого вала. 4 н. и 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство (100) опорной втулки для телескопического, имеющего внешнюю трубу (120) и внутреннюю трубу (110) рулевого вала, причем устройство (100) опорной втулки для аксиально подвижного и уплотняющего соединения внутренней трубы (110) с внешней трубой (120) имеет прилегающую к внутренней трубе (110), выполненную из неэластичного пластика опорную втулку (10) и приформованный к ней, выполненный из эластичного пластика уплотнительный элемент (30), отличающееся тем, что опорная втулка (10) охватывается эластичной втулкой, в частности резиновой втулкой (20), которая, в свою очередь, охватывается конечным участком внешней трубы (120), эластичная втулка, в частности резиновая втулка (20), по своему внешнему периметру имеет проходящие наружу реброобразные элементы, в частности бочкообразные ребра (24), эластичная втулка, в частности резиновая втулка (20), имеет, по меньшей мере, одну проходящую в аксиальном направлении кромку (27) уплотнения.

2. Устройство (100) по п.1, отличающееся тем, что устройство (100) опорной втулки имеет заглушку (130), которая охватывает конечный участок внешней трубы (120), которая, в свою очередь, охватывает эластичную втулку, в частности резиновую втулку (20).

3. Устройство (100) по п.2, отличающееся тем, что выполненный, в частности, в виде скребковой манжеты (30) уплотнительный элемент имеет, по меньшей мере, одно первое прилегающее в аксиальном направлении к заглушке (130) уплотнение (35).

4. Устройство (100) по п.3, отличающееся тем, что выполненный, в частности, в виде скребковой манжеты (30) уплотнительный элемент имеет, по меньшей мере, одно второе прилегающее в радиальном направлении к заглушке (130) уплотнение (36).

5. Устройство (100) по п.3 или 4, отличающееся тем, что, по меньшей мере, одно из уплотнений (35) имеет две или более кромки уплотнения, которые имеют V-образную форму.

6. Устройство (100) по п.1, отличающееся тем, что эластичная втулка, в частности резиновая втулка (20), и/или выполненный, в частности, в виде скребковой манжеты (30) уплотнительный элемент по внешнему диаметру меньше, чем внутренний диаметр заглушки (130), так что остается радиальный зазор (115).

7. Устройство (100) по п.1, отличающееся тем, что эластичная втулка, в частности резиновая втулка (20), по своему внешнему периметру имеет радиальные поверхности прилегания (23).

8. Устройство (100) по п.7, отличающееся тем, что реброобразные элементы, в частности бочкообразные ребра (24), и радиальные поверхности прилегания (23) попеременно расположены по внешнему периметру эластичной втулки, в частности резиновой втулки (20).

9. Устройство (100) по п.1, отличающееся тем, что опорная втулка (10) имеет, по меньшей мере, один проходящий в радиальном направлении (Y) выступ (11), который заформован участком (31) уплотнительного элемента (30).

10. Устройство (100) по п.9, отличающееся тем, что выступ (11) выполнен в виде кольцеобразного ребра, и/или тем, что уплотнительный элемент выполнен в виде скребковой манжеты (30) с прилегающим к внутренней трубе (110) язычком (38).

11. Конструктивный узел для системы рулевого управления с рулевым валом, который выполнен телескопическим и имеет внешнюю трубу (120), а также внутреннюю трубу (110), и с устройством (100) опорной втулки по любому из пп.1-10.

12. Система рулевого управления с конструктивным узлом, содержащим рулевой вал, который выполнен телескопическим и имеет внешнюю трубу (120), а также внутреннюю трубу (110), и содержащим устройство (100) опорной втулки по любому из пп.1-10.

13. Применение устройства (100) опорной втулки для телескопического, имеющего внешнюю трубу (120) и внутреннюю трубу (110) рулевого вала, причем устройство (100) опорной втулки для аксиально подвижного и уплотняющего соединения внутренней трубы (110) с внешней трубой (120) имеет прилегающую к внутренней трубе (110), выполненную из неэластичного пластика опорную втулку (10) и приформованный к ней, выполненный из эластичного пластика уплотнительный элемент (30), отличающееся тем, что опорная втулка (10) охватывается эластичной втулкой, в частности резиновой втулкой (20), которая, в свою очередь, охватывается конечным участком внешней трубы (120), эластичная втулка по своему внешнему периметру имеет проходящие наружу бочкообразные ребра (24), эластичная втулка имеет, по меньшей мере, одну проходящую в аксиальном направлении кромку (27) уплотнения.