рулевой механизм транспортного средства с гидроусилителем

Формула изобретения

1. Рулевой механизм транспортного средства с гидроусилителем, содержащий червячную пару, червяк которой кинематически связан с установленным на одном из концов корпуса рулевого механизма гидрораспределителем, а ее ролик расположен на вале сошки, гидроцилиндр, зубчатая рейка-шток поршня которого кинематически связана с червячной парой, отличающийся тем, что механизм снабжен редуктором, который выполнен в своем корпусе, съемно установленным через свою крышку на втором конце корпуса рулевого механизма, а гидроцилиндр выполнен в корпусе редуктора с перпендикулярным расположением своей продольной оси относительно оси вращения червяка, с которым жестко соединена основная шестерня редуктора, проходящая через сальник, установленный в отверстии крышки корпуса редуктора, и находящаяся в зацеплении зубчатым венцом с зубчатым венцом его промежуточной шестерни, жестко соединенной с шестерней привода зубчатой рейки-штока поршня, находящейся в зацеплении зубчатым венцом с зубчатой рейкой-штоком поршня, причем зубчатый венец промежуточной шестерни редуктора выполнен с диаметром превышающим диаметр зубчатого венца его основной шестерни, ширина зубчатого венца которой больше ширины зубчатого венца промежуточной шестерни, шестерня же привода зубчатой рейки-штока поршня выполнена с диаметром зубчатого венца, не превышающим диаметр зубчатого венца промежуточной шестерни редуктора, а между крышкой корпуса редуктора и торцом второго конца корпуса рулевого механизма, на котором он установлен, расположены регулировочные прокладки.

2. Рулевой механизм транспортного средства с гидроусилителем по п.1, отличающийся тем, что основная шестерня редуктора выполнена в виде вала-шестерни, с участком зубчатого венца, которым она находится в зацеплении с зубчатым венцом промежуточной шестерни, с цилиндрическим средним участком, которым она контактирует с сальником, и с шлицевым участком, посредством которого она жестко связана с червяком.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к рулевым механизмам транспортных средств с гидроусилителем.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является узел с шарниром рулевого механизма с усилителем, заявка Франции N 2487767 МПК B 62 D 5/06, публикация 05.02.82 г., "одержащий червячную пару, глобоидальный червяк которой кинематически связан с рулевым валом через гидрораспределитель, установленный на одном из концов корпуса рулевого механизма, а ее ролик установлен на вале сошки, шарнир, установленный также на вале сошки и взаимодействующий с рейкой-штоком поршня гидроцилиндра. Гидроцилиндр выполнен в корпусе рулевого механизма с параллельным расположением своей продольной оси относительно оси вращения рулевого вала и червяка. Передача усилия от поршня на вал сошки осуществляется через шарнир, установленный на нем.

Недостатком известного технического решения является сложная технология изготовления и сборки, так как, во-первых, все составляющие детали рулевого механизма (кроме гидрораспредилителя) размещены в одном корпусе, что вызывает сложности при сборке, а во-вторых, из-за того, что вал сошки кинематически взаимосвязан и с глободоидальным червяком, непосредственно через ролик, и с рейкой-штоком поршня, непосредственно через шарнир, что требует большой точности изготовления сопряженных деталей в столь длинной кинематической цепочке. Недостатком известного технического решения является и то, что по той же причине размещения деталей рулевого механизма в одном корпусе имеются трудности в случае его ремонта. И еще один недостаток присущ данному техническому решению, это низкий обратный коэффициент полезного действия (обратный КПД), так как на поршень действует большое усилие сопротивления жидкости в гидроцилиндре при возврате поршня в среднее положение, которое (усилие) естественно препятствует в конечном итоге самовозврату колес (и конечно же рулевого колеса) в нейтральное положение, т.е. в их стабильное положение.

Задача изобретения - упрощение технологии изготовления и сборки, улучшение ремонтопригодности в эксплуатации, увеличение обратного КПД рулевого механизма в целом.

Поставленная задача достигается тем, что в рулевом механизме транспортного средства с гидроусилителем, содержащим червячную пару, червяк которой кинематически связан с установленным на одном из концов корпуса рулевого механизма гидрораспределителем, а ее ролик расположен на вале сошки, гидроцилиндр, зубчатая рейка-шток поршня которого кинематически связана с червячной парой, согласно изобретению, механизм снабжен редуктором, который выполнен в своем корпусе, съемно установленным через свою крышку на втором конце корпуса рулевого механизма, а гидроцилиндр выполнен в корпусе редуктора с перпендикулярным расположением своей продольной оси относительно оси вращения червяка, с которым жестко соединена основная шестерня редуктора, проходящая через сальник, установленный в отверстии крышки корпуса редуктора, и находящаяся в зацеплении зубчатым венцом с зубчатым венцом его промежуточной шестерни, жестко соединенной с шестерней привода зубчатой рейки-штока поршня, находящейся в зацеплении зубчатым венцом с зубчатой рейкой-штоком поршня, причем зубчатый венец промежуточной шестерни редуктора выполнен с диаметром превышающим диаметр зубчатого венца его основной шестерни, ширина зубчатого венца которой больше ширины зубчатого венца промежуточной шестерни, шестерня же привода зубчатой рейки-штока поршня выполнена с диаметром зубчатого венца, не превышающим диаметр зубчатого венца промежуточной шестерни редуктора, а между крышкой корпуса редуктора и торцом второго конца корпуса рулевого механизма, на котором он установлен, расположены регулировочные прокладки.

Основная шестерня редуктора выполнена в виде вала-шестерни, которая имеет три участка: участок зубчатого венца, которым она находится в зацеплении с зубчатым венцом промежуточной шестерни, гладкий средний участок, которым она контактирует с сальником, и шлицевой участок, посредством которого она жестко связана с червяком.

Сравнение заявляемого технического решения с уровнем техники по научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежной рубриках показывает, что совокупность существенных признаков заявляемого решения ранее не была известна, следовательно оно соответствует условию патентоспособности "новизна".

Анализ известных технических решений в данной области техники показал, что предложенное устройство имеет признаки, которые отсутствуют в известных технических решениях, а использование их в заявленной совокупности признаков дает возможность получить новый технический эффект, следовательно, предложенное техническое решение имеет изобретательский уровень по сравнению с существующим уровнем техники.

Предложенное техническое решение промышленно применимо, т.к. может быть изготовлено промышленным способом, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, следовательно, соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость".

Сущность изобретения поясняется чертежами:

фиг. 1. - рулевой механизм транспортного средства с гидроусилителем, общий вид;

фиг. 2. - разрез А-А на фиг. 1;

фиг. 3. - разрез Б-Б на фиг. 1.

Рулевой механизм транспортного средства с гидроусилителем состоит из корпуса 1 рулевого механизма, гидрораспределителя 2, расположенного на одном из концов его корпуса 1, и редуктора 3, выполненного в своем корпусе 4, который съемно установлен через свою крышку 5 на втором конце корпуса 1 рулевого механизма, и в котором выполнен гидроцилиндр 6.

В корпусе 1 рулевого механизма расположена червячная пара, червяк 7 которой кинематически связан с гидрораспределителем 2, который в свою очередь связан своим входным валом 8 с рулевым валом (на чертежах не показан). Ролик 9 червячной пары рулевого механизма кинематически взаимодействует с червяком и установлен на оси 10 вала 11 сошки (сошка на чертежах не показана).

Гидроцилиндр 6 выполнен в корпусе 4 редуктора с перпендикулярным расположением своей продольной оси "L" относительно оси вращения "M" червяка 7. С червяком 7 рулевого механизма жестко связана основная шестерня 12 редуктора 3, которая проходит через сальник 13, установленный в крышке 5 редуктора 3, и которая в частном случае выполнена в виде вала-шестерни имеющей три участка: шлицевой участок 14, посредством которого она жестко связана с червяком 7, цилиндрический средний участок 15, которым она контактирует с сальником 13, и участок зубчатого венца 16. Основная шестерня 12 редуктора 3 зубчатым венцом 16 находится в зацеплении с зубчатым венцом 17 промежуточной шестерни 18 редуктора 3, которая жестко соединена, в частном случае исполнения выполнена заодно целое с шестерней 19 привода зубчатой рейки-штока 20 поршня 21 гидроцилиндра 6, которая своим зубчатым венцом 22 находится в зацеплении с зубчатой рейкой-штоком 20 поршня 21 гидроцилиндра 6. Поршень 21 гидроцилиндра 6 включает в себя, кроме рейки-штока 20, две рабочие части 23 и 24, жестко соединенные, в частном случае исполнения, посредством болтов 25 с рейкой-штоком 20 и расположенные в полостях "А" и "Б" гидроцилиндра 6, соответственно. Полости "А" и" Б" гидроцилиндра 6, в частном случае исполнения, соединены соответствующими трубопроводами 26 и 27 с гидрораспределителем 2.

Зубчатый венец 17 промежуточной шестерни 18 редуктора 3 выполнен с диаметром "d₁", который превышает (больше) диаметр "d₂" зубчатого венца 16 его основной шестерни 12, причем, с целью облегчения сборки редуктора 3 и его монтажа или демонтажа на корпусе 1 рулевого механизма, зубчатый венец 16 основной шестерни 12 выполнен с шириной "B" большей, чем ширина "C" зубчатого венца 17 промежуточной шестерни 18. Зубчатый венец 22 шестерни 19 привода зубчатой рейки-штока 20 поршня 21 выполнен с диаметром "d₃", который не превышает диаметр "d₁" зубчатого венца 17 промежуточной шестерни 18 редуктора 3, в частном случае исполнения, зубчатый венец 22 шестерни 19 выполнен с меньшим диаметром, чем зубчатый венец 17 промежуточной шестерни 18.

Между крышкой 5 корпуса 4 редуктора 3 и торцом второго конца корпуса 1 рулевого механизма, на котором он установлен, расположены регулировочные прокладки 28, необходимые для устранения зазора в подшипниках 29 червяка 7. Устранение зазора в подшипниках 29 производится путем убирания или добавления необходимого количества регулировочных прокладок 28.

Работает рулевой механизм транспортного средства с гидроусилителем следующим образом. При вращении рулевого колеса из нейтрального положения в одном или другом направлении усилие передается на входной вал 8 гидрораспределителя 2, а с него на червяк 7 червячной пары, с которого в свою очередь усилие передается через ролик 9 на вал 11 сошки. Вал 11 сошки поворачивается вместе с сошкой, которая через рулевые тяги поворачивает управляемые колеса транспортного средства (на чертежах не показаны). Одновременно гидрораспределитель 2 подает рабочую жидкость под давлением от гидронасоса (на чертеже не показан) по трубопроводу 26 в полость "А" или по трубопроводу 27 в полость "Б" гидроцилиндра 6, в зависимости от того, куда поворачивается рулевое колесо. Рабочая жидкость под давлением, например, поданная в полость "А" цилиндра 6 воздействует на поверхность рабочей части 23 поршня 21, что приводит к перемещению его рейки-штока 20 и передаче усилия с нее через шестерни 19, 18, 12 редуктора 3 на червяк 7, а с него на ролик 9 вала 11 сошки, при этом вторая полость "Б" цилиндра 6 сообщается через трубопровод 27 и гидрораспределитель 2 со сливной магистралью (на чертеже не показана). В результате чего поворот вала 11 сошки осуществляется одновременно от усилия, прикладываемого к рулевому колесу, и от усилия давления рабочей жидкости на поршень 21.

При подаче рабочей жидкости под давлением в полость "Б" гидроцилиндра 6 (т. е. при повороте рулевого колеса в другом направлении из нейтрального) процесс повторяется.

При возврате управляемых колес, а следовательно, и вала 11 сошки и поршня 21, в нейтральное положение под действием стабилизирующего момента на колесах, происходит вытеснение поршнем 21 рабочей жидкости из одной из полостей "А" или "Б" гидроцилиндра 6 и возникает повышенный момент сопротивления самовозврату рулевого механизма в целом от повышенного момента сопротивления рабочей жидкости на поршень 21, так как она не в состоянии за короткий промежуток времени быстро вытисниться в относительно малого поперечного сечения трубопровод 26 или 27 из полости цилиндра 6, в которой до начала возврата управляемых колес в нейтральное положение рабочая жидкость находилась под давлением. В заявляемом техническом решении конструкции рулевого механизма с гидроусилителем, снижение усилия, воздействующего на составляющие рулевого механизма от повышенного момента сопротивления рабочей жидкости, влияющего на характер самовозврата рулевого механизма в целом, обеспечивается редуктором 3, который понижает это усилие, т.е., по сравнению с прототипом, в заявляемой конструкции за счет применения редуктора 3, понижающего усилие от поршня 21 к червяку 7, происходит увеличение обратного КПД рулевого механизма в целом.

При отказе какого-либо из составляющих гидроусилителя, например гидронасоса, усилие на рулевом колесе при его повороте естественно возрастает от повышенного момента сопротивления рабочей жидкости, воздействующей на поршень 21, но в отличие от прототипа, где он (момент сопротивления) передается непосредственно с рейки-штока поршня на вал сошки, в заявляемом техническом решении конструкции рулевого механизма с гидроусилителем, он (момент сопротивления) передается на вал 11 сошки через редуктор 3 и червяк 7, где значительно снижается, так как в направлении от поршня 6 к червяку 7 редуктор 3 снижает крутящий момент, или, если проследить передачу усилия, прикладываемого водителем транспортного средства к рулевому колесу, то усилие (момент) от него через гидрораспредилитель 2 и червяк 7 передается на основную шестерню 12 редуктора 3, и далее через промежуточную его шестерню 18 на шестерню 19 привода зубчатой рейки-штока 20 поршня 21 гидроцилиндра 6, а с нее на саму рейку-шток 20 поршня 21, и это усилие увеличивается, так как в направлении от основной шестерни 12 к поршню 6 редуктор 3 это усилие увеличивает, что и требуется для преодоления повышенного момента сопротивления рабочей жидкости в цилиндре 6.

За счет того, что рулевой механизм транспортного средства с гидроусилителем выполнен из рулевого механизма, размещенного в корпусе 1, а редуктор 3, выполнен в своем, отдельном от корпуса 1 рулевого механизма, корпусе 4, который съемно установлен через свою крышку 5 на втором его конце корпуса 1, и за счет того, что гидроцилиндр выполнен в корпусе 4 редуктора 3, технология изготовления и сборки, по сравнению с прототипом, упрощается и удешевляется, так как отпадает необходимость применения сложного оборудования при изготовлении механизма, и уменьшаются затраты при его сборке.

За счет того же, что рулевой механизм транспортного средства с гидроусилителем выполнен из нескольких составляющих узлов, выполненных в отдельных друг от друга корпусах, по сравнению с прототипом, его ремонтопригодность в эксплуатации выше. Так, благодаря тому, что редуктор 3 собран в отдельном от корпуса 1 рулевого механизма корпусе 4, и к тому же внутренний объем корпуса 1 рулевого механизма герметизирован со стороны редуктора 3 посредством сальника 13, установленного в крышке 5, то в случае возникновения каких-то неполадок в редукторе 3 имеется возможность легкого его снятия с корпуса 1 рулевого механизма для дальнейшего ремонта, при этом крышку 5 редуктора 3 можно оставить на корпусе 1 рулевого механизма, чтобы не нарушить его герметичность. В экстремальных ситуациях, например в случаях возникновения неполадок в какой-то из составляющих гидроусилителя или в самом редукторе 3 транспортного средства, происшедших вдали от ремонтных мастерских (на трассе), для уменьшения прикладываемого к рулевому колесу усилия в заявляемой конструкции имеется возможность ее временной эксплуатации на транспортном средстве без редуктора 3, т. е. его можно снять с корпуса 1 рулевого механизма, оставив при этом на корпусе 1 крышку 5 редуктора 3 и его основную шестерню 12, которую оставляют для того, чтобы не нарушить герметичность корпуса 1 рулевого механизма.