интегральный рулевой механизм

Формула изобретения

1. Интегральный рулевой механизм, содержащий корпус, поршень, расположенный в корпусе между полостями, сообщаемыми с источником давления рабочей жидкости, распределитель рабочей жидкости, содержащий винтовой вал, связанный с поршнем шариковинтовой передачей и имеющий торцевые опоры, образованные роликовыми упорными подшипниками, ротор, установленный внутри винтового вала на цилиндрических подшипниках качения и имеющий кулачок, расположенный в углублении, выполненном в винтовом валу у его торца, контактирующего с роликовым упорным подшипником, торсион, расположенный в винтовом валу внутри выполненного в нем сквозного осевого отверстия и соединенный штифтами с винтовым валом и с ротором распределителя, при этом штифт, соединяющий ротор с торсионом, расположен в промежутке между цилиндрическими подшипниками качения.

2. Интегральный рулевой механизм по п.1, отличающийся тем, что внутри винтового вала на его участке, охватывающем ротор распределителя, выполнены продольные пазы разной длины, из которых более короткий паз через радиальное отверстие в винтовом валу сообщен с ближней полостью у поршня, а более длинный паз сообщен с дальней полостью у поршня через косое отверстие в винтовом валу и кольцеобразный канал, образованный вокруг концевого участка ротора около штифта, соединяющего ротор с торсионом, на роторе выполнены кольцевая канавка, расположенная напротив отверстия в винтовом валу, сообщающегося с источником давления рабочей жидкости, и пересекающиеся с кольцевой канавкой продольные пазы, расположенные около упомянутых пазов в винтовом валу, при этом между упомянутыми пазами на роторе выполнены продольные пазы, сообщающиеся через радиальные отверстия с глухим осевым отверстием, пересекающимся с радиальным отверстием для слива жидкости, расположенным у кулачка.

3. Интегральный рулевой механизм по п.2, отличающийся тем, что радиальное отверстие в винтовом валу, сообщающееся с ближней полостью у поршня, расположено у конца более короткого продольного паза, который смещен в сторону штифта, соединяющего ротор с торсионом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к самоходным колесным транспортным средствам, в частности к автомобилям. Оно касается рулевого механизма транспортных средств с встроенным гидроусилителем, называемого интегральным рулевым механизмом.

Известны различные интегральные рулевые механизмы, содержащие зубчатую передачу, образованную зубчатым сектором и зубчатой рейкой, выполненной на поршне двухстороннего гидравлического силового цилиндра, и распределитель рабочей жидкости, имеющий входной вал, соединенный торсионом с винтовым валом, связанным шариковинтовой передачей с поршнем упомянутого гидравлического силового цилиндра, сообщаемого с источником давления рабочей жидкости через каналы с переменными проходными сечениями, изменяемыми упомянутым входным валом, выполняющим функцию поворотного золотника распределителя (см., например, описания изобретений к патентам РФ №2141422, МПК В 62 D 5/06, 1997 г., США №4232586, НКИ 91/467, 4872393, НКИ 91/375, №5417244 и №5582207, НКИ 137/625.23).

Одним из ближайших аналогов является интегральный рулевой механизм, содержащий корпус, поршень, расположенный в корпусе между полостями, сообщаемыми с источником давления рабочей жидкости, распределитель рабочей жидкости, содержащий винтовой вал, связанный с поршнем шариковинтовой передачей и имеющий торцевые опоры, образованные роликовыми упорными подшипниками, ротор, установленный внутри винтового вала на цилиндрических подшипниках качения, ступенчатый торсион, расположенный внутри ротора и соединен штифтами с ротором и винтовым валом (см. описание изобретения к выложенной в ФРГ заяже №19614867 на выдачу патента, МПК В 62 D 5/06, опубл. 1997 г.). В этом рулевом механизме торсион имеет сложную ступенчатую форму, что увеличивает трудоемкость его изготовления и, кроме того, уменьшает его активную длину, которая к тому же недостаточно велика из--за размещения торсиона в коротком роторе. Кроме того, у этого рулевого механизма нет средств, ограничивающих закрутку торсиона, что может приводить к его поломке.

Другим ближайшим аналогом-прототипом является интегральный рулевой механизм, содержащий корпус, поршень, расположенный в корпусе между полостями, сообщаемыми с источником давления рабочей жидкости, распределитель рабочей жидкости, содержащий винтовой вал, связанный с поршнем шариковинтовой передачей и имеющий торцевые опоры, образованные роликовыми упорными подшипниками, гильзу, расположенную в корпусе и связанную штифтом с винтовым валом, ротор, установленный внутри гильзы и опирающийся на корпус посредством роликового радиального подшипника, торсион, расположенный в винтовом валу внутри выполненного в нем сквозного осевого отверстия и соединенный штифтами с винтовым валом и с ротором распределителя, причем на роторе имеются продольные шлицы, в которых расположены с боковым зазором зубья, выполненные внутри винтового вала для ограничения угла закрутки торсиона (см. описание изобретения к патенту Российской Федерации №2091264, МПК В 62 D 5/083, 1995 г.). У этого рулевого механизма весьма сложный распределитель рабочей жидкости, имеющий множество деталей, что увеличивает трудоемкость его изготовления и уменьшает надежность.

Задача, решаемая изобретением, - создание простого, надежного и компактного интегрального рулевого механизма для самоходных колесных транспортных средств.

Для решения этой задачи интегральный рулевой механизм содержит корпус, поршень, расположенный в корпусе между полостями, сообщаемыми с источником давления рабочей жидкости, распределитель рабочей жидкости, содержащий винтовой вал, связанный с поршнем шариковинтовой передачей и имеющий торцевые опоры, образованные роликовыми упорными подшипниками, ротор, установленный внутри винтового вала на цилиндрических подшипниках качения и имеющий кулачок, расположенный в углублении, выполненном в винтовом валу у его торца, контактирующего с роликовым упорным подшипником, торсион, расположенный в винтовом валу внутри выполненного в нем сквозного осевого отверстия и соединенный штифтами с винтовым валом и с ротором распределителя, при этом штифт, соединяющий ротор с торсионом, расположен в промежутке между упомянутыми цилиндрическими подшипниками качения.

При такой совокупности признаков, не разделенной для удобства изложения на ограничительную и отличительную части, интегральный рулевой механизм имеет сравнительно немного деталей, что упрощает его изготовление и сборку, а также повышает его надежность, которая достигнута также благодаря обеспечению большого расстояния между цилиндрическими подшипниками качения опоры ротора в винтовом валу и размещения в промежутке между ними штифта, соединяющего ротор с торсионом. При этом компактность и надежность рулевого механизма обеспечены, также наличием на роторе кулачка, расположенного в углублении, выполненном в винтовом валу у его торца, контактирующего с роликовым упорным подшипником. В этом рулевом механизме торсион имеет простую форму и сравнительно большую длину вследствие его размещения в винтовом валу внутри выполненного в нем сквозного осевого отверстия, при этом конструкция распределителя упростилась также благодаря охвату винтовым валом ротора. В этом заключается полученный технический результат.

При предпочтительном исполнении интегрального рулевого механизма внутри винтового вала на его участке, охватывающем ротор распределителя, выполнены продольные пазы разной длины, из которых более короткий паз через радиальное отверстие в винтовом валу сообщен с ближней полостью у поршня, а более длинный паз сообщен с дальней полостью у поршня через косое отверстие в винтовом валу и кольцеобразный канал, образованный вокруг концевого участка ротора около штифта, соединяющего ротор с торсионом, на роторе выполнены кольцевая канавка, расположенная напротив отверстия в винтовом валу, сообщающегося с источником давления рабочей жидкости, и пересекающиеся с кольцевой канавкой продольные пазы, расположенные около упомянутых пазов в винтовом валу, при этом между упомянутыми пазами на роторе выполнены продольные пазы, сообщающиеся через радиальные отверстия с глухим осевым отверстием, пересекающимся с радиальным отверстием для слива жидкости, расположенным у кулачка.

В этом интегральном рулевом механизме радиальное отверстие в винтовом валу, сообщающееся с ближней полостью у поршня, может быть расположено у конца более короткого продольного паза, который смещен в сторону штифта, соединяющего ротор с торсионом.

На фиг.1 изображен интегральный рулевой механизм, продольный разрез.

На фиг.2 показан распределитель интегрального рулевого механизма, продольный разрез.

На фиг.3 представлен вид А фиг.2.

На фиг.4 показана схема распределения рабочей жидкости.

Интегральный рулевой механизм содержит корпус 1 (фиг.1), в котором установлен поршень 2, расположенный между левой и правой полостями 3 и 4, сообщаемыми с источником давления рабочей жидкости, а именно с насосом 5 (фиг.4) посредством распределителя рабочей жидкости. Внутри поршня 2 расположен винтовой вал 6 (фиг.1), относящийся к распределителю, связанный с поршнем шариковинтовой передачей 7. Винтовой вал 6 имеет торцевые опоры, образованные роликовыми упорными подшипниками 8 и 9. Подшипник 8 расположен между опорной шайбой 10, надетой на концевой участок винтового вала 6, и пластиной 11, размещенной в нише в глухой торцевой стенке 12 корпуса 1. Подшипник 9 расположен между торцевой поверхностью винтового вала 6 и пластиной 13, опирающейся на торцевую поверхность передней опоры 14, имеющей резьбовое соединение с корпусом 15 распределителя рабочей жидкости. Корпус 15 распределителя соединен резьбовыми крепежным элементами, а именно винтами 16, с корпусом 1, охватывая его концевой участок.

Внутри винтового вала 6 на цилиндрических подшипниках качения 17 и 18 (фиг.2) установлен ротор 19 распределителя, выполняющий функцию поворотного золотника и являющийся входным валом рулевого механизма. Ротор 19 связан с винтовым валом 6 распределителя при помощи торсиона 20, расположенного в винтовом валу 6 внутри выполненного в нем сквозного осевого отверстия 21. Торсион 20 соединен с винтовым валом 6 при помощи штифта 22, расположенного в концевом участке вала 6 под опорной шайбой 10, а с ротором 19 торсион 20 соединен штифтом 23, расположенным в промежутке между цилиндрическими подшипниками качения 17 и 18.

Для ограничения угла закрутки торсиона 20 во избежание его поломки на роторе 19 выполнен кулачок 24, расположенный в овалообразном углублении 25 (фиг.3), выполненном в винтовом валу 6 у его торца 26, контактирующего с роликовым упорным подшипником 9. В этом углубления 25 кулачок может поворачиваться влево или вправо на угол до упора в винтовой вал 6.

Внутри винтового вала 6 на его участке, охватывающем ротор 19, выполнены продольные пазы 27 и 28 (фиг.2), имеющие разную длину. Более короткий паз 27 через радиальное отверстие 29 в винтовом валу сообщен с ближней полостью 4 у поршня 2. Причем отверстие 29 расположено у конца паза 27, который смещен в сторону штифта 23, соединяющего ротор 19 с торсионом 20. Более длинный паз 28 сообщен с дальней полостью 3 у поршня через шариковинтовую передачу 7, косое отверстие 30 в винтовом валу и кольцеобразный канал 31, образованный вокруг концевого участка ротора 19 около штифта 23, соединяющего ротор с торсионом 20. На роторе 19 выполнены кольцевая канавка 32, расположенная напротив радиального отверстия 33 в винтовом валу, сообщающегося через канал 34 в корпусе 15 распределителя с источником давления рабочей жидкости, и пересекающиеся с кольцевой канавкой 32 продольные пазы 35, расположенные около упомянутых пазов 27, 28 в винтовом валу 6, а именно между ними с возможностью одновременного сообщения с ними через щели между кромками этих пазов. Между пазами 35 на роторе 19 выполнены продольные пазы 36, сообщающиеся через радиальные отверстия 37 с глухим осевым отверстием 38, пересекающимся с радиальным отверстием 39 для слива рабочей жидкости, расположенным у кулачка 24. Отверстие 39 расположено напротив полости, в которой размещен упорный подшипник 9. Эта полость сообщена со сливным каналом 40, расположенным в корпусе 15 распределителя.

На поршне 2 выполнены зубья 41, образующие зубчатую рейку. Зубья 41 имеют зацепление с зубьями 42 зубчатого сектора, расположенного на валу 43 рулевой сошки, находящейся в составе рулевого привода транспортного средства.

Рулевой механизм работает следующим образом.

При нейтральном положении ротора 19, когда торсион 20 находится в свободном состоянии, т.е. не закручен, рабочая жидкость, поступающая от насоса 5, через канал 34 в корпусе 15 распределителя и радиальное отверстие 33 в винтовом валу 6 проходит в кольцевую канавку 32 на роторе 19. Из канавки 32 рабочая жидкость перетекает в продольные пазы 35 на роторе, а из них в продольные пазы 27, 28 в винтовом валу 6 через щели, образованные между кромками пазов. Из коротких пазов 27 рабочая жидкость через отверстие 29 попадает в полость 4 справа от поршня 2 гидравлического силового цилиндра.

Из длинных пазов 28 рабочая жидкость попадает в полость 3 слева от поршня 2 через кольцевой канал 31, косое отверстие 30 в валу 6 и через зазоры между шариками шариковинтовой передачи 7. Одновременно рабочая жидкость из пазов 27, 28 перетекает в пазы 36, откуда она уходит на слив через отверстия 37, 38, 39 в роторе 19 и канал 40. В этом случае поршень 2 находится в неподвижном равновесном состоянии.

При повороте ротора 19, производимом водителем транспортного средства посредством рулевого колеса для изменения направления движения транспортного средства, происходит закрутка торсиона 20 и, кроме того, изменяются размеры щелей между кромками пазов 35, 36 в роторе 19 и пазов 27, 28 в винтовом валу 6 распределителя. При изменении размеров упомянутых щелей давление в рабочих полостях 3 и 4 по разные стороны поршня 2 гидравлического силового цилиндра получается неодинаковым. Из-за возникшей разности давлений на поршень 2 происходит его перемещение, во время которого он через зубчатую передачу, образованную зубьями 41 и 42, поворачивает вал 43 рулевой сошки. Одновременно при движении поршня 2 винтовой вал 6 благодаря его связи с поршнем 2 шариковинтовом передачей 7 поворачивается торсионом 20 в ту же сторону, в которую повернут ротор 19, и тогда восстанавливаются первоначальные размеры щелей между кромками пазов 35, 36 в роторе 19 и пазов 27, 28 в винтовом валу 6. Когда размеры этих щелей принимают начальные размеры, давление рабочей жидкости в полостях 3 и 4 по обе стороны поршня 2 выравнивается и его перемещение прекращается.

При повороте ротора 19 реактивное усилие на рулевом колесе создается за счет закрутки торсиона 20, связывающего ротор с винтовым валом 6. При чрезмерно большом угле поворота ротора 19 относительно винтового вала 6, превышение которого могло бы привести к поломке торсиона 20, кулачок 24 упирается в винтовой вал 6 и тогда дальнейшая закрутка торсиона не происходит.

Благодаря тому, что в распределителе рабочей жидкости интегрального рулевого механизма винтовой вал связан с поршнем двухстороннего гидравлического силового цилиндра шариковинтовой передачей и имеет торцевые опоры, образованные роликовыми упорными подшипниками, ротор установлен внутри винтового вала на цилиндрических подшипниках качения и имеет кулачок, расположенный в углублении в винтовом валу у его торца, контактирующего с роликовым упорным подшипником, а торсион расположен в винтовом валу внутри сквозного осевого отверстия в нем и соединен с винтовым валом и с ротором штифтами, из которых штифт, соединяющий ротор с торсионом, расположен между цилиндрическими подшипниками качения, распределитель имеет сравнительно простую и компактную конструкцию, при которой обеспечена надлежащая надежность рулевого механизма.