Рулевая колонка транспортного средства Советский патент 1984 года по МПК B62D1/19 

1 ; о ттеМ; Чго криво Сйьк сторонах

..езо.л KOJToviKH лева вьгюлнены

на ИпЧальиом по HaripaBJieFiura поворота pyjieBofi КОЛОНКА учзстке суж.яющимися от 3ejiH4HHbij рагзпой меньшему диa eтру конмчеехой iicHsepXHocTH упорньк к о и у с о о б р а 3 п ьш ui а и б , д о П, 9 - О; 7 этого дмаметрЯ; на среднем участке -посгоянны К ПС) ширлне равной 0.,9-0/7 того же диа етра5 а на конечнон у гастке - расширяющи-мнск дп -зеличиньгз равной большеьу диаметру конической поверхности устаи.овомных отверстий кри,волинеЙ15ых пазов.,

4 Рулевая колонка по и, 1, с тл и ч а ю щ а я с я ч/го угол при вершине К0(и1ческих поверхностей упорньх конусообт а зньх гайб и сопряженных с ними поверхностей установочньх отверстий -Арпволинейньк пазов pa

1. РУЛЕВАЯ КОЛОНКА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, содержащая рулевой вал, жестко связанный верхним концом с рулевым колесом, а нижним шарнирно соединенный с рулевым механизмом через карданный вал, трубчатый корпус, внутри которого размещен рулевой вал, кольцеобразные опоры, охватывающие трубчатый корпус, причем верхняя из опор установлена на корпусе с возможностью скольжения, а нижняя, в которой закреплены шарниры являющиеся осью поворота рулевой колонки, неподвижно связана с ним, кронштейн крепления рулевой колонки к передней панели кузова, соединенный при помощи шарниров с нижней кольцеобразной опорой рулевой колонки, и энергопоглощающее устройство, выполненное в виде жестко закрепленных в верхней скользящей опоре пальцев , взаимодействукш1;их - с кромками криволинейных пазов, выполненных на боковых сторонах кронштейна по дуге окружности, и с кромками аксиальных пазов, выполненных на трубчатом корпусе рулевой колонки, о т л и ч аю щ а я с я тем, что, с целью упрощения конструкции, снижения материало емкости и повышения надежности с одно временным обеспечением оптимальной характеристики энергопоглощения в энергопоглощающем устройстве, карданный вал вьтолнен в виде сплошной толстостенной трубы, а рулевой вал снабжен установленными соосно с ним пружинами сжатия, для обеспечения возможности осевого перемещения по отношению к корпусу рулевой колонки при срабатывании энергопоглощающего устройства, центр окружности криволинейных пазов на боковых сторонах кронштейна крепления рулеi вой колонки к передней панели кузоКО ва расположен в равноудаленной от оси шарниров и оси пальцев точке,лежащей на линии, соединяющей центры этих осей, а аксиальные пазы на корпусе рулевой колонки выполнены по направлению к оси шарниров, в местах соединений верхней скользящей опоры и кронштейна крепления рулевой со I колонки к передней панели кузова установлены размещенные на пальцах энерго поглощакнцего устройства упорные конусо сообразные шайбы, центрирующиеся в 4 установочных отверстиях, раззенкованных на наружных боковых сторонах кронштейна и расположенных в начале криволинейных пазов по направлению поворота рулевой колонки, и непосредственно взаимодействугацие с кромками тех же пзтой, при зтом угол и меньший диаматр конической поверхности упорных конусообразных шайб равен углу и меньшему диаметру конической поверхности установочных отверстий криволинейных пазов, а в верхней скользящей опоре на поверхностях ее

ns ооретение

ОчКОСКТСЯ к ЙВТОМОбИЛЬНОМУ .ЗЗНС

горту,, в частности к

6e3oriacHOijy ру. ;;:3ому управлению,; и

;О) бЬГ., - ;: .Л::;3о:ы.ано в тракспорт-..: ереднк.1 между фронй ..:IbKb;f.i роСПСЛОЖе

V&jJ. i .;;;.;.: ННеЬ) р у 11 и 1 .-.: :;

.ii ру

рапспорткого среде

;:зязаниьш iiepXHHM вой вал:, коицок с рулг)

I.-; :;OJ2 CO.L vl iiKKHMM

е:-1;-,ьгй с ;;7ле Ь) кехашарнионо co;::j:: ; низмом через, карданный .п с. подвикньм дшяцезын- соединением; трубчатьй корпус, внутри которого размещен рулевой вал, кронштейн крепления руле-вой колонки к передней панели кузова соединенный с рулевой колонкой при пмощи шарнировJ являющихся осью поворота рулевой колонки, и энергопоглощающее устройство; выполненное в вид связанных с pyneBoij колонкой пальцев взаимодействующих с кромками криволинейньос пазов 5 выполненных на боковых сторс/ка- кронштейна по дуге окружноСТИ с i..-:M4, расположенным на оси шарниров ;

Однак.; -Зее; -i: рулевая колонка характ-еризуетсн vr: ,:полней сложностью, выражающейся в изготовлении точного и дорогостоящего карданного вала с под1. ипиие -вым соеД1-гие:-1ием и

наличии с(луетст;чую11Ц1х ему дополнител.ьн/)Дс запштньк деталей. Кроке rorOj зазорное сопряжение пальцев крепления рулевой колонки и установочньк от-- верстий криволикей.ных пазов., выбранное по технологическим соображениям сборкИ; способствует контактному смктню наиболее ндгр уженных поверхностей последних, что привод11Т « нарушению жесткости крепления в соединении под действием ударнь-х нагрузок, л ередаю™ япнжся со стороны неров1;остей дороги через управляемые колеса тракспортного средства.

.Известна также рулевая колонка транспортного средства; содержащая рулевой вал, жестко снязанньш верхним концом с рулевьп колесом, а нижним шарнирно соединенный с рулевьм механизмом через карданный вал с подвижным яшицевым соединением,, трубчатый корпусJ внутри которого размещен рулевой ваЛу кольцеобразнь е споры., охватываю111 1е трубчатый корпус, причем верхняя из опор установлена на корпусе с возможностью скольжения. а КИЖР1ЯЯ, в которой закреплены шарниры,. яв,ляюшиесл осью по.ворота рулевой колонки негюдвижно связана с ним, кронштейн крепления рулевой колонки к передне.й панели куяова. соединенный при fiiapH.ipoB с нижней 3 кольцеобразной опорой рулевой колонк И энергопоглощающее устройство, выполненное в виде жестко закрепленных в верхней скользящей опоре пальцев, взаимодействующих как с кромками криволинейных пазов, выполненных на боковых сторонах кронштейна по дуге окружностии с кромками аксиальных пазов, В15толненных на трубчатом корпусе рулевой колонки 2 . При фронтальном отклонении вперед рулевого колеса центр верхнего шарнира карданного вала, связанного с рулевым валом, имеющим жесткую осевую фиксацию по отношений к корпусу рулевой колонки, движется по дуге,, окружности, центр которой определяется осью поворота рулевой колонки. т.е. шарниров, а увеличение общей длины карданного вала осуществляется благодаря подвижному шлицевоМу соединению. Однако кронштейн крепления рулево колонки отличается повышенной сложностью в изготовлении и габаритными размерами, вызывающими экономически неоправданный норморасход материалов и ограничивающими пространство перед рулевой колонкой для размещения панели контрольных приборов и элементов карка са передней стенки кузова транспортного средства. Цель изобретения - упрощение конструкции, снижение материалоёмкости и повышение надежности рулевой колон ки р одновременным обеспечением опти мальной характеристики энергопоглощения в энергопоглощающем устройстве Поставленная цель достигается тем что в рулевой колонке транспортного средства, содержащей рулевой вал, жестко связанный верхним концом с рулевым колесом, а нижним шарнирно соединенный с рулевым механизмом через карданный вал трубчатый корпус, внутри которого размещен рулевой вал кольцеобразные опоры, охватывающие трубчатый корпус, причем верхняя из опор установлена на корпусе с возможностью скольжения, а нижняя, в которой закреплены шарниры, являющиеся осью поворота рулевой колонки, неподвижно , кронштейн крепления рулевой колонки к передней панели кузова, соединенный при потмощи шарниров с нижней кольцеобразной опорой рулевой колонки, и энерг поглощающее устройство, вшюлненное 4 в виде жестко закрепленных в верхней скользящей опоре пальцев, взаимодействующих с кромками криволинейных пазов, выполненных на боковых сторонах кронштейна по дуге окружности, и с кромками аксиальных пазов, выполненных на трубчатом корпусе рулевой КОЛОНКИ; карданный вал выполнен в виде сплошной толстостенной трубы, а рулевой вал снабжен двумя установленными соосно с ним пружинами сжатия для обеспечения возможности осевого перемещения по отношению к корпусу рулевой колонки при срабатывании энергопоглощающего устройства, центр окружности криволинейных пазов на боковых сторонах кронштейна крепления рулевой колонки к передней панели кузова расположен в равноудаленной от оси шарниров и оси пальцев точке, лежащей на линии,.соединяющей центры этих осей, а аксиальные пазы на корпусе рулевой колонки вьтолнены по направлению к оси шарниров, в местах соединений верхней скользящей опоры и кронштейна крепления рулевой колонки к передней панели кузова установлены размещенные на пальцах энергопоглощаюшего устройства упорные конусообразные шайбы, центрирующиеся в установочных отверстиях, раззенкованных на наружных боковых сторонах кронштейна и расположенных в начале криволинейных пазов по направлению поворота рулевой колонки, и непосредственно взаимодействующие с кромками тех же пазов, при этом угол и меньший диаметрконической поверхности упорных конусообразных шайб равен углу и меньшему диаметру конической поверхности установочных отверстий криволинейных пазов, а в верхней скользящей опоре на поверхностях ее сопряжения с внутренними поверхностями боковых сторон кронштейна в местах закрепления пальцев знердопоглощающего устройства, вьтолнены фаски, раззенкованные с углом, соответствующим углу, конической поверхности упорных конусообразных шайб. Кроме того, кронштейн крепления рулевой колонки к передней панели кузова выполнен в виде двух связанных между ссоой кольцеобразными опорами зеркально расположенных частей. Кроме того, криволинейные пазы на боковых сторонах кронштейна крепления рулевой колонки к передней панеjm кузова выполнены на начальном по , направлению поворот а рулевой колонки участке сужающимися от величины, рав ной меньшему диаметру конической поверхности упорных конусообразных шайб, до €,9-0,7 этого диаметра, на среднем участке - постоянными по щи,рине, равной 0,9-0,7 того же диаметра, а на конечном участке - расширяющимися до величины, равной большему диаме гру конической поверхности установочных отверстий криволинейных пазов. Кроме того, угол при вершине кот нических поверхностей упорных конусообразных шайб и сопряженных с ними п верхностей установочных отверстий криволинейных пазов равен 90 . На. фиг, 1 изображена рулевая коло ка, общий вид, где угол У и радиус вектор г оси криволинейных пазов соответствуют текущему положению рулевой колонки при ее повороте, а величина означает разность в траекториях перемещения центра верхнего .шарнира карданного вала относительно его нижнего - с одной стороны, и оси шарниров поворота рулевой колонки с другой, при повернутой в конечное положение рулевой колонке на фиг. 2 сечение Ат-А на фиг. 1, на фиг. 3 - с чение Б-Б на фиг, 1; на фиг, 4 - про дольный разрез рулевой колонкиJ на фиг. 5 - сравнительная диаграмма энергопоглощения энергопоглощающих устройств предлагаемой рулевой коло ки и рулевой колонки, взято в качестве прототипа; на фиг, 6 - соотношение численных величин начальных ударных моментов и Муд. Рулевая колонка транспортного средства (1-4) содержит рулевой вал верхний конец, которого жестко связан с рулевым колесом 2, Нижний конец вала 1 шарнирно соединен с руле вым механизмом 3 посредством кардан ного вала 4, проходящего через отверстие на полу кабины, уплотненное резоновым гофрированньм уплотнителем 5, Рулевой вал 1 установлен в трубчатом корпусе 6 с возможностью вращения на радиально-упорных подшипниках 7, запрессованных до упора в посадочные отверстия опорных втулок 8, вставленных в трубчатый кор пус 6 с его концов и закрепленных винтами 9, Поджатие внутренних колец радиально-упорных подшипников 7 к наружным осуществляется через разжимные кольца 10 с помощью пружин сжатия 11, установленных с упором на торцы уступов, образованных переходом одной поверхности рулевого вала 1 на другую. Кроме того, рулевая колонка включает кольцеобразные опоры 12 и 13, охватывающие трубчатый корпус 6, с выполненными на них бобышками для крепления рулевой колонки к ее кронщтейнам 14, которые, в свою очередь, свя заны с передней панелью 15 кузова через промежуточньш кронштейн 16. На боковых поверхностях кронштейнов 14 крепления рулевой колонки имеются симметричные друг другу криволинейные пазы 17 с расположенными в наг чале по направлению поворота рулевой колонки конусными гнездами, представляющими собой раззенкованные с углом 90 установочные отверстия, в которых установлены упорные конусообразные шайбы t8, размещенные на пальцах 19 энергопбглощающего устройства, закрепленных в бобьш1ках верхней, скользящей опоры 12, и центрирующиеся в установочных отверстиях с гарантированным натягом для обеспечения за-. ведомо беззазорного соединения. Последнее возможно благодаря тому, что угол и. меньший диаметр конической поверхности упорных конусообразных шайб 18 соответствует углу и меньшему диаметру конической поверхности установочных отверстий криволинейных пазов 17, а- в верхней скользящей опоре 12 на поверхностях ее сопряжения с внутренними поверхностями боковых сторон кронштейнов 14 в местах закрепления пальцев 19 энергопоглощающего устройства имеются фаски, раззенкованные с углом, соответствующим углу конической по- верхности упорных конусообразных шайб 18, и с размером, обусловливающим их гарантированный натяг в установочных отверстиях криволинейньпс пазов 17, Пальцы 19 энергопоглощающего устройства своими концевыми участками входят в отверстия аксиальньк пазов 20, выполненных на корпусе 6 рулевой колонки, В бобышках нижней опоры 13, неподвижно связанной с корпусом 6 рулевой колонки, закреплены шарниры 21 в виде болтов. Таким образом, пальцы 19 с размещенными на них упорными конусообразными шайбами 18 имеют возможность перемещения как по оси криволинейных пазов 17, так и концевыми участками вдоль оси аксиальных пазов 20, а болты, ввернутые в резьбовые отверстия бобышек нижней неподвижной опоры 13, выполняют роль шарниров 21, служащих осью поворота рулевой колонки. Ось криволинейных пазов 17 -очертана по дуге окружности, центр которой расположен в равноудаленной от оси шарниров 21 и оси пальцев 19 точ .ке, лежащей на линии, соединяющей центры этих осей. Упорные конусообразные шайбы 18, расмещенные на пальцах 19 энергопоглощакяцего устройства, а также конце вые участки пальцев 19, взаимодей-. ствующие соответственно с наружньми кромками контура криволинейных пазов 17, выполненных в кронштейнах 14 и кромками аксиальных пазов 20, выполненных на корпусе 6 рулевой колонки, образуют энергопоглощагощее устройство. Ширина криволинейных пазов 17 по длине плавно меняется. Всю длину кри волинейногр паза можно условно разделить на три участка, соответствующих равным центральным углам о и У (фиг. 1): начальный, средний и конечный (по направлению поворота рулевой колонки). Ширина паза на начал ном участке уменьшается от величины меньшего диаметра конической поверхности упорных конусообразных шайб 18 до величины 0,9-0,7 этого диаметра, на среднем участке она постоянна по величине, равной 0,9-0,7 того же диа метра, а на конечном участке увеличи вается, достигая при конечном положении рулевой колонки.максимального значЁния, равного величине большего циаметра конической поверхности уста koB04Hbix отверстий криволинейных паЭов 17. РулевАя колонка работает следующим образом.. При ударе тела Родителя о край рулевого колеса2 в момент лобового столкновения транспортного средства с/препятствием на рулевую колонку действует обратный момент, обуслов-. ленный возникновением реахти&ных сил сопротивления в местах установки упо ных конусообразных шайб 18 со стороны кромок криволинейных пазов 17 на боковых поверхностях кронштейнов 14. Если ударный момент, воздействующий на рулевое колесо 2 со стороны тела водителя, достигнет определенной величины, рулевая колонка начнет поворачиваться относительно шарниров 21, при этом пальцы 19 с размещенными на них упорными конусообразными шайбами 18, перемещаясь одновременно как по криволинейным пазам 17, так и своими концевыми участками в аксиальных пазах 20, совершают сложное движение: по дуге оКТружностр - совместно с рулевой колонкой вокруг оси шарниров 21, и прямолинейное - вдоль оси рулевой колонки. Поскольку ширина .криволинейных пазов 17 (за исключени м среднего участка) при переходе отОДНОГО их участка к другому по .величине плавно меняется, а ширина прямолинейных аксиальных пазов 20 составляет 0,8-0,85 величины диаметра поперечного сечения концевых участков пальцев 19, то при перемещении пальцев 19 с размещенньми на них упорными конусообразными шайбами 18 происходит пластическая деформация кромок пазов, а следовательно, и поглощение энергии удара. Основная часть энергии удара поглощается за счет пластической деформации наружных кромок сонтура криволинейных пазов 17 коническими поверхностями упорных конусообразных шайб 18, а взаимодействие концевых участков пальцев 19 с кромками аксиальных 20 обеспечивает безопасной рулевой колонке дополнительное поглощение энергии. По мере отклонения вперед рулевого колеСа 1 (фиг.. 1) центр верхнего карданного шарнира 22, связанного с нижним концом рулевого вала 1, движется по дуге окружности, центр которой определяется положением нижнего шарнира 23 карданноговала 4, за счет возможности осевого перемещения вверх рулевого вала 1 вдоль корпуса 6 рулевой колонки в пределах величины суммарного зазора между витками пружины 24 (см. фиг. 4), поджимающей верхний радиально- упорный подшиНник 25 рулевого вала 1 Кинематическая схема поворота рупевьк колонок построена графоаналитическим способом с отражением для каждого положения рулевых.колонок реактивных сил сопротивления, возникающих в местах установки пальцев энергопоглощаюшего устройства со стороны кромок криволинейных и аксиальных ггазов в процессе срабатывания энергопоглощающего устройства, и основывается на условии равнодействия внешних ударных сил, приходящихся на рулевое колесо, и сопоставлении удель ных контактных напряжений, распростра ряющихся на всю контактную поверхность установочных отверстий, при смятии кромок криволинейных пазов от действия этих сил. Такое условие дает наглядное представление о соотношений реактивных сил сопротивления, возникающих в энергопоглощающих устройствах сравниваемых рулевых колонок, и позволяет судить о габаритных размерах кронштейнов крепления рулевых колонок по межцентровог.1у расстоянию их точек крепления. Одно из исходных данных, необходимых для определения межцентрового расстояния точек крепления предла гаемой рулевой колонки на кинематичес кой схеме поворота, находится из анализа соотношения численных величин начальных ударных моментов Муд и Мудг . приходящихся на обод рулевого колеса от действия одинаковой ударной нагруз ки Р на плечах Н и На действия этой силы. На фиг, 6 представлено схематическое изображение рассматриваемых рулевых колонок, различный наклон осей которых по отношению к горизонтальной плоскости уже предопределен той областью техники, где они должны применяться. Так для рулевой колонки, выбранной в качестве прототипа, угол i наклона оси близок к фронтальному ее расположению и может быть в Среднем принят равным 60° как величина, наиболее часто встречающаяся в практи ке грузового автомобилестроения. Ось рулевой колонки по предлагаемому изо бретению занимает в пространстве кабины водителя среднее между ее фронтальным оСфр 60 и горизонтальным (сСгор 30 ) расположение, т.е. имеет наклон по отношени1р к горизонтальной плоскости под углом oCj, равным 45 . Величины начальных ударных моментоя Муд| и Муд2 при одинаковой расчетной ударной нагрузке Р находятся в прямой зависимости от высоты расположения центра поперечного сечения ниж.координат, как и соответствующие площади от кривых 3 и 4 для энергопоглощающего устройства рулевой колонки. ней точки обода рулевого колеса над осью поворота рулевой колонки, т.е. плеча действия ударной силы инерции, и в соотношении друг другу составляют:Нуд.1 . HI L Sim- ficpcoaot-i gRcpSinso-RbpМуд.2 Нг. L sina - R с cos Ret sin45 Д t,i COS 60° . ь74, где L - расстояние от средней плоскости обода рулевого колеса до нижней точки крепления рулевой колонки, являющейся осью ее поврота, по компоновочным соображениям может быть принято равным 2Rcp, Яср .% средний радиус обода рулевого колеса. На фиг. 5 кривые 1 и 3 представляют собой зависимости моментов Мр ударной силы инерции, действующей на тело водителя- в течение промежутка времени t , от угла поворота f оси рулевой колонки соответственно по предлагаемоу изобретению и рулевой колонки, выбранрой в качестве прототипа. Кривые 2 и 4 - соответственно зависимости оментов MK реактивных амортизируюдих сил сопротивления от угла поворота оси для тех же рулевых коло- . нок. Как видно на фиг. 5, величины начальньк ударных моментов МуАг находятся в полном соответствии с выведенным ранее в данном описании соотношении, а отношения максимальных значений ударных моментов Mpj и их начальным величинам MYAJ и Мад равны между собой. Поскольку произведение М на f представляет собой работу силы при вращательном движении, то в данном случае имеет равенство работ, изменяющихся по времени ударных и реактивных сил, действующих в течение всего поворота рулевой колонки из начального положения, соответствующего моменту возникновения ударного импульса, в конечное ее положение, при котором действие ударного момента сил инерции закончилось. Таким образом, площади на фиг. 5 ограниченные кривыми 1 и 2 и осями взятой в качестве прототипа, равны между собой, что свидетельствует о практинески полном поглощении энергии удара в энергопоглощающем устройстве ир&ц/:а.гаемой рулевой .колонки. Бла-годаря конструктивньм особенностям установочн-ых отверстий криволинейных пазсв 17у а также самих криволинейных 17 и аксиальньк , 20 пазов, 3 рулевой колонке обеспечивается плав кое возрастание реактивного амортизирующего момента, начиная с момента возникковекия .ударного импульса, и последующее уменьшение е.го величины до минимального значения в момент, когда действие ударного момента закончилось, а рулевая кол м1к;1 заия.К конечное положение.. Это обуслсж.пин.ч-ет оптимальную характеристику snei.Mi поглощающего устройства в предллгги-мой рулевой колонке и предотвращлет травму водителя под действием резкого динамического удара. Рулевая колонка позволяет упростить конструкцию отдельных ее узлов, снизить материалоемкость и повысить эксплуатационную надежность и долговечность наряду с одновременным обеспечением оптимальных характеристик энергойоглощения в энергопоглощаюпсм устройстве.

игЛ