Рулевой механизм транспортного средства Советский патент 1984 года по МПК B62D5/06 

Изобретение относится к транспортным средствам, а именно к нулевым механизмам со встроенным гидроусилителем.

В современных транспортных средствах широкое распространение получили рулевые механизмы типа винт - шариковая гайка - рейка - сектор. В этих рулевых механизмах винт приводится во вращение рулевым колесом, шариковая гайка перемещает рейку, являющуюся одновременно поршнем силового цилиндра встроенного гидроусилителя, рейка входит в зацепление с зyбчafым сектором, который выполнен на валу рулевой сошки.

Известен распределитель гидроусилителя, имеющий привод от щариковой гайки, которая устанавливается в поршне-рейке в аксиальных подшипниках с возможностью определенного углового перемещения, передаваемого специальным поводком золотнику осевого типа 1 .

Недостатком такой конструкции является необходимость применения для перемещения золотника специального поводка, имеющего подвижное сочленение с золотником, которое является неустранимым источником люфта в приводе распределителя.

Известен также рулевой механизм транспортного средства, содержащий установленный в общем картере вал сошки с зубчатым сектором, входящим в зацепление с поршнем, внутри которого расположен распределитель гидроусилителя, содержащий гильзу, охватывающую расположенный в поршне в аксиальных подщипниках ротор, установленный на входном валу и связанный с ним шариковинтовой передачей, при этом рогор имеет центрирующий элемент, состоящий из пружины и двух плунжеров 2. Недостатком такой конструкции рулевого механизма со встроенным гидроусилителем является наличие повышенных потерь на трение в золотниковой паре (т. е. между ротором и гильзой) и возможность ее заклинивания, обусловленные жестким базированием гильзы в расточке поршня, что вызывает необходимость в увеличении радиального зазора между ротором и гильзой. В результате этого существенно увеличивается зона нечувствительности распределителя (так называемый «гидравлический люфт).

Цель изобретения - повыщение долговечности путем снижения потерь на трение в распределителе при обеспечении компактности рулевого механизма со встроенным гидроусилителем.

Цель достигается тем, что в рулевом механизме, содержащем установленный в общем картере вал сощки с зубчатым сектором, входящим в зацепление с поршнем, внутри которого расположен распределитель гидроусилителя, содержаший гильзу, охватывающую расположенный в поршне в аксиальных подшипниках ротор, установленныи на входном валу и связанный с ним шариковинтовой передачей, при этом ротор имеет центрируюший элемент, состояший из пружины и двух плунжеров, гильза распределителя установлена в поршне с возможностью ее радиального смешения вместе с ротором, а на ее наружной поверхности образованы разделенные уплотнениями кольцевые каналы для подачи рабочей жидкости от напорной магистрали к ротору и от него к рабочим полостям у противоположных торцов поршня.

Применение гильзы плавающего типа исключает возможность заклинивания в ней шариковой гайки (ротора), а использование в качестве рабочей поверхности роторного золотника непосредственно наружной поверхности щариковой гайки существенно уменьшает длину распределителя и все го рулевого механизма со встроенным гидроусилителем.

Для обеспечения реактивного действия на входном валу рулевого механизма пропор. ционального моменту на валу сощки с обеспечением функционирования рулевого механизма при неработающем насосе гидроусилителя плунжеры центрирующего элемента ротора установлены между стопорными кольцами в консольно закрепленном на роторе патроне, расположенном в гнезде поршня, с(юбщенном со сливной магистралью, а внутренняя полость патрона, расположенная между плунжерами, сообщена через каналы в патроне, роторе и гильзе с кольцевым каналом на наружной поверхности последней, соединенным с напорной магистралью.

Для сокращения длины распределителя гидроусилителя сливные каналы в роторе выполнены открытыми с его торца и вместе с напорными каналами сгруппированы симметрично на двух участках ротора, ограниченных с одной стороны щариковинтовой передачей, а с другой стороны - кронштейном крепления патрона центрирующего эле.мента.

На фиг. 1 представлена конструкция рулевого механизма с щариковой гайкой, выполняющей функции ротора распределителя встроенного гидроусилителя; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1, проходящий через патрон центрирующего элемента и вал сошки; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1, проходящий через патрон центрирующего элемента и гильзу распределителя; на фиг. 4 разрез В-В на фиг. 1, проходящий через каналы, связывающие ротор и его центрирующий элемент с напорной магистралью гидросистемы; на фиг. 5 - разрез Г-Г на фиг. 1, проходящий через каналы, связывающие правую полость силового цилиндра Ж с ротором (в нейтральном положении); на фиг. 6 - разрез Д-Д на фиг. 1, показывающий работу распределителя гидроусилителя при повороте руля вправо.

В картере 1 в радиально-упорном подшипнике 2 установлен винтовой .входной вал 3, на котором установлен ротор 4, кинематически связанный с этим валом шариковинтовой передачей. Ротор 4 расположен в поршне 5 в аксиальных подшипниках 6 с возможностью его углового перемещения. Поршень 5 входит в зацепление с зубчатым сектором 7, выполненным на валу сошки 8. Ротор 4 в паре с гильзой 9, охватывающей его с заданным конструктивным зазором, образует роторный распределитель. Гильза 9 распределителя установлена в поршне 5 с возможностью ее радиального смещения вместе с ротором и удерживается от проворачивания относительно поршня 5 эксцентриковым стопором 10, служащим одновременно для установки «гидравлического центра в распределителе. На наружной поверхности упомянутой гильзы 9 выполнены три кольцевых канала П -13, служащих для подачи рабочей жидкости от напорной магистрали насоса к ротору 4 и от ротора в соответствующие рабочие полости Ж и 3 у противоположных торцов поршня. Каналы 11 -13 изолированы друг от друга полимерными уплотнительными кольцами 14. Ротор распределителя имеет центрирующий элемент, состоящий из центрирующей пружины 15 и двух плунжеров 16 и 17, помещенных в патрон 18, расположенный тангенциально относительно оси поорота ротора. Патрон 18 консольно установлен на кронштейне 19, закрепленном в продольном пазу на наружной поверхности ротора 4, и входит в специальное гнездо 20, выполненное в порщне 5.

Плунжеры 16 и 17 под воздействием упомянутой центрирующей пружины 15 упираются в стопорные кольца 21 и 22, и, кроме того, своими выступами на торцах прижаты к боковым стенкам 23 и 24 гнезда 20. Для исключения зазора в приводе центрирующего элемента и, тем самым, обеспече ния точного центрирования ротора относительно гильзы предусмотрена регулировка расстояния Ьтиежду взаимно противоположными выступами плунжеров 16 и 17 путем изменения толщины стопорных колец 21 и 22. Для обеспечения реактивного действия распределителя пропорционального нагрузке на валу сошки, которая уравновешивается перепадом давлений рабочей жидкости у противоположных торцов поршня, внутренная полость патрона 18, расположенная между плунжерами, связана каналами 25 и 26 в кронштейне патрона, каналом 27 в роторе и радиальным каналом в гильзе с кольцевым каналом 11, соединенным с напорной магистралью насоса. А внутренняя .полость И и гнездо 20 поршня изолированы от рабочих полостей силового цилиндра и сообщены со сливной магистралью насоса. Для этого с одной стороны поршень 5 уплотнен по валу 3 полимерным кольцом 28, а с другой стороны по подвижному стакану 29 - полимерным кольцом 30, установл ным в специальном держателе 31, который в свою очередь закреплен в крыщке 32. Напорный кольцевой канал 11 на наружной поверхности гильзы 9 связан с напорной магистралью насоса посредством двух приемных камер 33, выполненных симметрично по бокам поршня 5. Дросселирование и распределение рабочей жидкости0 осуществляется с помощью взаимно перекрывающихся радиальных каналов 34-37 в роторе и радиальных каналов 38 и 39 в гильзе, образующих дросселирующие щели.

Продольные попарно симметрично расположенные напорные каналы 40 и 41 в роторе обеспечивают подачу рабочей жидкости из напорной магистрали к дросселирующим щелям распределителя; сливные каналы 42-44, которые выполнены откры0 тыми с торца ротора, обеспечивают подачу рабочей жидкости от дросселирующих щелей во внутреннюю полость И, связанную со сливной магистралью насоса. Напорные 40 и 41 и сливные 42-44 каналы сгруппированы в роторе на двух симметричных участках, ограниченных с одной стороны гнездом шариковода 45 шариковиктовой передачи, а с другой стороны кронштейном 15 крепления патрона центрирующего элемента.

Рулевой механизм со встроенным гидроусилителем работает следующим образом. При нейтральном положении рулевого колеса рабочая жидкость, подаваемая насосом в приемные камеры 33, поступает в

, кольцевой канал 11, на наружной поверхности гильзы и далее через продоль {ые напорные каналы 40 и 41 в роторе поступает в радиальные каналы 34 и 35, которые частично перекрываются радиальными каналами 38 и 39 в гильзе, связанными кольце0 выми каналами 12 и 13 соответственно с рабочими полостями Ж и 3 силового цилиндра. Не встречая сопротивления, рабочая жидкость из радиальных каналов 38 и 39 гильзы поступает в радиальные каналы 36 и 37 ротора, откуда через открытые с его торца сливные гТродольные каналы 42-44 попадае т во внутреннюю полость И щариковой гайки, затем в гнездо 20 поршня и далее в сливную магистраль насоса. При этом порщень силового цилиндра неподви0 жен, так как оба его торца находятся под одинаковым незначительным давлением, обусловленным потерями на перекачивание рабочей жидкости через распределитель. При повороте рулевого колеса, например вправо, шариковая гайка, не имея возмож5 ности перемещаться аксиально в случае существенной нагрузки на валу сощки, поворачивается вместе с винтом в ту же сторону. Вместе с шариковой гайкой поворачизается и закрепленный на ней патрон 18 центрирующего элемента, который перемещается относительно плунжера 16, прижатого к боковой стенке 23 гнезда 20 поршня 5, при этом центрирующая пружина деформируется, так как второй плунжер 17 перемещается вместе с патроном 18 из-за наличия стопорного кольца 22. В данном случае ротор 4 распределителя занимает относительно тангенциально неподвижной гильзы 9 такое положение, при котором его продольные напорные каналы 40 и 41 будут соединены с кольцевым каналом 12 гильзы, связанным с полостью Ж через радиальные каналы 34 и 38, и будут изолированы от кольцевого канала 13 гильзы, связанного с полостью 3 силового цилиндра, так как радиальные каналы 35 ротора будут наглухо перекрыты гильзой 9. Рабочая жидкость под давлением, соответствующим нагрузке на валу сощки, поступает в полость Ж силового цилиндра, перемещая порщень в сторону, соответствующую повороту управляемых колес автомобиля вправо. При этом из полости 3 рабочая жидкость вытесняется порщнем и через кольцевой канал 13 и радиальные каналы 39 гильзы поступает в сливные открытые с торца каналы 42-44 ротора и далее через внутреннюю полость И щариковой гайки и гнездо 20 поршня в сливную магистраль насоса. Одновременно давление рабочей жидкости из напорного кольцевого канала 11 гильзы передается по каналам 27, 26 и 25 во внутреннюю полость патрона 18 и, воздействуя на плунжер 17, стремится вернуть его в исходное положение, т. е. пряжать к боковой стенке 24 гнезда 20. Тем самым на плече R создается реактивный момент, препятствующий дальнейшему повороту ротора относительно гильзы. Если рулевое колесо и связанный с ним винт 3 рулевого механизма удерживаются неподвижно в повернутом положении, то аксиальное перемещение поршня, обусловленное подачей рабочей жидкости в полость Ж силового цилиндра, вызовет поворот ро тора в сторону, противоположную первоначальному управляющему повороту винта 3, так как винт и ротор связаны щариковинтовой передачей. При этом ротор займет центральное положение относительно гильзы и подача рабочей жидкости в полость Ж прекратится, т. е. прекратится перемещение поршня силового цилиндра.

Преимуществом предлагаемого рулевого механизма является исключение принципиальной возможности заклинивания золотниковой пары распределителя путем применения гильзы плавающего типа и связанное с ним общее снижение трения в распределителе, так как гильза зафиксирована относительно поршня только в тангенциальном направлении и может перемец аться в радиальном направлении вместе с ротором в случае возможных биений последнего, что обеспечивает стабильность радиального зазора в золотниковой паре ротор - гильза, конструктивная величина которого с целью предотвращения утечек должна быть как можно меньше. Другим преимуществом является обеспечение реактивного действия гидроусилителя на входном валу пропорционального моменту сопротивления на ва5 лу сощки благодаря тому, что внутренняя полость между плунжерами центрирующего элемента ротора сообщена каналами с напорной магистралью гидросистемы и момент, необхбдимый для управляющего перемещения ротора относительно гильзы, определяется давлением в гидросистеме усилителя, которое в свою очередь пропорционально нагрузке на порщне силового цилиндра. Кроме того, изобретение обеспечивает компактность конструкции рулевого механизма со встроенным гидроусилителем, так как в качестве золотника распределителя роторного типа предлагается использовать непосредственно шариковую гайку, при этом распределительные каналы расположены на двух симметричных свободных участках ее наружной поверхности между желобом шариковода и кронштейном крепления центрирующего элемента.

1(4

f

w

ч

58

1. РУЛЕВОЙ МЕХАНИЗМ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, содержащий установленный в общем картере вал сошки с зубчатым сектором, входящим в зацепление с порщнем, внутри которого расположен распределитель гидроусилителя, содержащий гильзу, охватьшающую расположенный в поршне в аксиальных подшипниках ротор, установленнай на входном валу и связанный с ним щариковинтовой передачей, при этом ротор имеет центрирующий элемент, состоящий из пружины и двух плунжеров, отличающийся тем, что, с целью повыщения долговечности путем снижения потерь на трение в распределителе при обеспечении компактности рулевого механизма с встроенным гидроусилителем, гильза распределителя установлена в поршне с возможностью ее радиального смещения вместе с ротором, а на ее наружной поверхности образованы разделенные уплотнениями кольцевые каналы для подачи рабочей жидкости от напорной магистрали к ротору и от него к рабочим полостям у противоположных торцов поршня. 2.Механизм по п. 1, отличающийся тем, что плунжеры центрирующего элемента ротора установлены между стопорными кольцами в консольно закрепленном на роторе патроне, расположенном в гнезде поршня, сообщенном со сливной магистралью, а внутренняя полость патрона, расположенная i между плунжерами, сообщена через каналы в патроне, роторе и гильзе с кольцевым (Л каналом на наружной поверхности последней, соединенным с напорной магистралью. С 3.Механизм по п. 2, отличающийся тем, что сливные каналы в роторе выполнены открытыми с его торца и вместе с напорными каналами сгруппированы симметрично на двух участках ротора, ограниченных с одной стороны шариковинтовой передачей, со оо а с другой стороны - кронщтейном крепления патрона центрирующего элемента. 00

Редактор В. ИвановаТехред И. ВересКорректор О. Тигор

Заказ 5686/13Тираж 626Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

3S

«

Составитель В. Калмыков