прогрессивный передаточный механизм

Формула изобретения

1. Прогрессивный механизм для управления транспортным средством, по меньшей мере, с одним цилиндрическим зубчатым колесом (1, 2) и одним зубчатым устройством (3, 4, 5, 7, 8), с которым входит в зацепление цилиндрическое зубчатое колесо (1,2), зубчатое устройство состоит из, по меньшей мере, одной рейки (3, 4, 5, 7, 8), причем цилиндрическое зубчатое колесо (1, 2) имеет зубья (11), расположенные по кривой (10), имеющей радиус кривизны (r), монотонно возрастающий в угловом диапазоне кривой (10) свыше 90°, при этом в среднем положении механизма для управления расстояние между осью вращения (12) цилиндрического зубчатого колеса (1, 2) и местом соприкосновения цилиндрического зубчатого колеса (1, 2) с зубчатым устройством (3, 4, 5, 7, 8) будет минимальным.

2. Механизм по п.1, в котором в среднем положении (Р4) цилиндрического зубчатого колеса (1, 2) значение радиуса кривизны (r) минимально.

3. Механизм по п.1, в котором кривая (10) цилиндрического зубчатого колеса (1, 2) является спиралью.

4. Механизм по п.1, в котором по меньшей мере, центр одной кривой (10) совпадает с осью вращения (12) цилиндрического зубчатого колеса (1, 2).

5. Механизм по п.4, в котором кривая, по меньшей мере, на отдельных участках является спиралью.

6. Механизм по п.5, в котором кривая, по меньшей мере, на отдельных участках, как минимум в одном угловом диапазоне 90°, является логарифмической спиралью.

7. Механизм по любому из пп.1-6, в котором зубья (11) в угловом диапазоне свыше 180° и меньше 360° располагаются вдоль кривой (10), а на оставшемся участке окружности цилиндрического зубчатого колеса (1, 2) зубья отсутствуют.

8. Механизм по п.7, в котором зубья (11) в угловом диапазоне, близком к 270°, располагаются вдоль кривой (10), а на оставшемся участке окружности цилиндрического зубчатого колеса (1, 2) зубья отсутствуют.

9. Механизм по любому из пп.1-6, в котором цилиндрическое зубчатое колесо (1, 2) имеет первую и вторую группу зубьев (14, 15), причем первая и вторая группа зубьев (14, 15) расположены вдоль первой или второй кривой (10) соответственно, причем первая и вторая кривая (10) проходят через угловой диапазон 180° цилиндрического зубчатого колеса (1, 2), причем обе кривые (10) расположены в зеркальной симметрии.

10. Механизм по любому из пп.1-6, в котором передаточный механизм имеет, по меньшей мере, одно дополнительное цилиндрическое зубчатое колесо (6), зубья которого расположены по кругу.

11. Механизм по любому из пп.1-6, в котором, по меньшей мере, одна рейка (3, 4, 5) установлена под наклоном.

12. Механизм по п.11, в котором по меньшей мере, одна рейка (3, 4, 5) имеет в месте наибольшего подъема промежуточный зуб.

13. Механизм по любому из пп.1-6, в котором по меньшей мере, две рейки (3, 4, 5) расположены по отношению друг к другу с параллельным смещением и хотя бы частично одна за другой, причем передаточный механизм имеет, по меньшей мере, два цилиндрических зубчатых колеса (1, 2), причем одно цилиндрическое зубчатое колесо (1, 2) находится в зацеплении с одной рейкой (3, 4, 5).

14. Механизм по п.13, в котором, по меньшей мере, две рейки (3, 4, 5), хотя бы частично расположенные одна за другой, имеют наклон в противоположных направлениях, а наибольший подъем на одинаковом смежном участке.

15. Механизм по любому из пп.1-6, в котором по меньшей мере, одна рейка имеет один широкий участок (7', 8') и один узкий участок (3'), причем в зависимости от положения цилиндрического зубчатого колеса (1) оно входит в зацепление на узком участке (3'), или другое цилиндрическое зубчатое колесо (6) входит в зацепление на широком участке (7', 8').

16. Механизм по любому из пп.1-6, в котором, по меньшей мере, одна рейка (3, 4, 5) имеет зубья, расположенные по прямой линии.

17. Механизм по любому из пп.1-6, в котором, по меньшей мере, одна рейка (3, 4, 5) имеет зубья, расположенные вдоль изогнутой линии (К).

18. Механизм по любому из пп.1-6, в котором в среднем положении рулевого механизма кривая (10) в месте соприкосновения цилиндрического зубчатого колеса (1, 2) с зубчатым устройством (3, 4, 5, 7, 8) имеет минимальный радиус кривизны.

19. Механизм по п.18, в котором радиус кривизны (r) кривой (10), начиная с минимального радиуса кривизны, монотонно возрастает в угловом диапазоне не менее 90°.

20. Механизм по п.18, в котором радиус кривизны (r) кривой (10), начиная с минимального радиуса кривизны, монотонно возрастает в угловом диапазоне не менее 180°.

21. Механизм по п.1, в котором механизм включает, по меньшей мере, два цилиндрических зубчатых колеса (1, 2), вращающихся вокруг общей оси вращения (12).

22. Механизм по п.21, в котором в среднем положении рулевого механизма кривая (10), по меньшей мере, одного из цилиндрических зубчатых колес (1, 2) имеет возрастающий радиус кривизны (r) в месте соприкосновения цилиндрических зубчатых колес (1, 2) и зубчатого устройства (3, 4, 5, 7, 8).

23. Механизм по п.21, в котором первое цилиндрическое зубчатое колесо (1) и второе цилиндрическое зубчатое колесо (2), по меньшей мере, двух цилиндрических зубчатых колес (1, 2), каждое из которых состоит из зубьев, расположенных по соответствующей кривой (10), в которой каждая из кривых (10) имеет радиус кривизны (r), который монотонно возрастает в угловом диапазоне кривой (10) свыше 90°.

24. Механизм по п.21, в котором первое цилиндрическое зубчатое колесо (1) и второе цилиндрическое зубчатое колесо (2) расположены зеркально симметрично.

25. Механизм по п.24, в котором область первого цилиндрического зубчатого колеса (1), имеющего минимальный радиус кривизны (r), и область второго цилиндрического зубчатого колеса (2), имеющего минимальный радиус кривизны (r), расположены в одном направлении.

26. Механизм по любому из пп.21-25, в котором третье цилиндрическое зубчатое колесо расположено на общей оси вращения (12) таким образом, что первое цилиндрическое зубчатое колесо (1) и третье цилиндрическое зубчатое колесо располагаются на одном уровне и располагаются с параллельным смещением друг к другу.

27. Механизм по п.26, в котором зубчатое устройство состоит из первой рейки (3), входящей в сцепление с первым цилиндрическим зубчатым колесом (1), второй рейки (4), входящей в сцепление со вторым цилиндрическим зубчатым колесом (2), и третьей рейки (5), входящей в сцепление с третьим цилиндрическим зубчатым колесом.

28. Механизм по любому из пп.1-6, в котором:

- механизм включает в себя первое, второе и третье цилиндрическое зубчатое колесо (1, 2), которые вращаются вокруг общей оси вращения (12), где третье цилиндрическое зубчатое колесо расположено с параллельным смещением по отношению к первому цилиндрическому зубчатому колесу (1) и в том же направлении, что и первое цилиндрическое зубчатое колесо (1), и

- зубчатое устройство состоит из первой рейки (3), входящей в сцепление с первым цилиндрическим зубчатым колесом (1), второй рейки (4), входящей в сцепление со вторым цилиндрическим зубчатым колесом (2), и третьей рейки (5), входящей в сцепление с третьим цилиндрическим зубчатым колесом.

29. Прогрессивный механизм для управления транспортным средством, состоящий из:

- первого, второго и третьего цилиндрических зубчатых колес (1, 2), которые вращаются вокруг общей оси вращения (12), где второе цилиндрическое зубчатое колесо (2) расположено между первым цилиндрическим зубчатым колесом (1) и третьим цилиндрическим зубчатым колесом, и

- первой рейки (3), второй рейки (4) и третьей рейки (5), которые расположены по отношению друг к другу с параллельным смещением и хотя бы частично одна за другой, в которых

- по меньшей мере, одно цилиндрическое зубчатое колесо (1,2) включает в себя множество зубьев (11), расположенных по кривой (10), отличающийся тем, что кривая (10) имеет радиус кривизны (r), монотонно возрастающий в угловом диапазоне кривой (10) свыше 90°,

- первое цилиндрическое зубчатое колесо (1) приспособлено для введения в зацепление с первой рейкой (3), второе цилиндрическое зубчатое колесо (2) приспособлено для введения в зацепление со второй рейкой (4) и третье цилиндрическое зубчатое колесо (2) приспособлено для введения в зацепление с третьей рейкой (5),

- третье цилиндрическое зубчатое колесо расположено на общей оси вращения (12) с параллельным смещением и совпадает с первым цилиндрическим зубчатым колесом (1), и

- первая рейка (3) и третья рейка (5) идентичны по форме.

30. Механизм по п.29, в котором:

- при нахождении в первой позиции рулевого механизма первое цилиндрическое зубчатое колесо (1) входит в зацепление с первой рейкой (3) и третье цилиндрическое зубчатое колесо входит в зацепление с третьей рейкой (5) и второе цилиндрическое зубчатое колесо (2) вращается в свободном пространстве без зацепления, где:

- при нахождении во второй позиции рулевого механизма второе цилиндрическое зубчатое колесо (2) входит в зацепление со второй рейкой (4), а первое и третье цилиндрическое зубчатое колесо (1) вращаются без зацепления.

31. Механизм по п.29 или 30, в котором первое цилиндрическое зубчатое колесо (1) и второе цилиндрическое зубчатое колесо (2) располагаются в зеркальной симметрии по отношению друг к другу на общей оси вращения (12).

32. Механизм по любому из пп.29 и 30, в котором первая и третья рейка (3, 5) имеют одинаковый наклон и в котором вторая рейка (4) наклонена в противоположное направление по отношению к наклону первой и третьей реек.

Описание изобретения к патенту

Техническая область

Изобретение затрагивает прогрессивный передаточный механизм в соответствии с ограничительной частью формулы изобретения 1.

Уровень техники

Прогрессивные передачи используются, например, в рулевом управлении транспортных средств, в первую очередь в безрельсовых транспортных средствах с двигателем (автомобилях). Обычно при повороте рулевого колеса вращательное движение через вал сошки рулевого управления передается на зубчатое колесо, которое находится в зацеплении с зубчатой рейкой. Зубчатое колесо начинает смещать зубчатую рейку, которая, в свою очередь, оказывает воздействие на положение колес. В прогрессивном рулевом управлении (или прогрессивной передаче) передаточное отношение при вращении рулевого колеса начинает уменьшаться от своего наибольшего значения в среднем положении. Это означает, что при прямолинейном движении, то есть при среднем положении руля, относительно большой поворот рулевого колеса вызывает лишь незначительное изменение направления движения. И, наоборот, при выполнении маневров, когда руль уже сильно вывернут, относительно небольшое поворотное движение рулевого колеса вызывает значительное изменение направления. Такое передаточное отношение необходимо при парковке автомобиля или на поворотах (перекрестках).

Уровень современной техники предлагает различные решения, с помощью которых можно добиться прогрессивного отношения в передаточном механизме. Однако подобные передаточные механизмы имеют достаточно сложную конструкцию, что приводит к увеличению стоимости их производства и технического обслуживания. К недостаткам передаточных механизмов, которые состоят из множества деталей, можно отнести следующее: частое появление нежелательных зазоров в соединениях передаточного механизма. В работе таких механизмов всегда следует учитывать колебания крутящего момента. Также достаточно рано достигается мертвая точка.

Патент DE-A-T 146769 описывает рулевой механизм для безрельсовых транспортных средств с двигателем (автомобилей) с переменным передаточным отношением, причем передаточный механизм включает в себя и зубчатое колесо, и зубчатую рейку. Зубчатое колесо имеет некруглую форму и устанавливается эксцентрично.

Патент DE-A-39'13'809 предлагает направляющее устройство с малым углом и двумя эллиптическими зубчатыми колесами.

Описание изобретения

Задачей изобретения является создание прогрессивного передаточного механизма, предназначенного в первую очередь для рулевого управления автомобиля. При этом передаточный механизм должен быть относительно небольшим и компактным.

Эту задачу решает передаточный механизм с признаками формулы изобретения 1.

Прогрессивный передаточный механизм согласно изобретению состоит, по меньшей мере, из одного цилиндрического зубчатого колеса и зубчатого устройства (детали с зубьями) или устройства с зубчатым колесом. Цилиндрическое зубчатое колесо входит в зацепление с этим устройством. Зубья цилиндрического колеса располагаются по кривой. Радиус кривизны кривой монотонно возрастает в угловом диапазоне свыше 90°.

Таким образом, зубья цилиндрического колеса могут располагаться по кривой, радиус кривизны которой монотонно возрастает в угловом диапазоне свыше 90°, причем остальные участки окружности цилиндрического зубчатого колеса могут быть выполнены в виде прямой линии. Эти участки окружности или как минимум их определенная часть также могут являться кривой, при этом радиус кривизны последней может быть либо постоянным, либо уменьшаться. Выше описанный принцип допускает и другие формы выполнения образца.

Наиболее предпочтительная форма выполнения образца предполагает, что кривая с монотонно возрастающим радиусом кривизны, по меньшей мере, в определенных участках будет образовывать спираль, центр которой должен совпадать с осью вращения цилиндрического зубчатого колеса.

В предпочтительной форме спираль должна быть логарифмической, то есть с каждым оборотом расстояние к ее центру или полюсу должно увеличиваться с одинаковым коэффициентом.

Зубчатое устройство в предпочтительной форме выполнения представляет собой, по меньшей мере, одну зубчатую рейку, расположенную под наклоном. Количество зубчатых реек должно соответствовать количеству цилиндрических зубчатых колес.

В зависимости от формы цилиндрических колес зубчатые рейки имеют форму прямой или изогнутой линии под наклоном. На отрезках логарифмической кривой цилиндрического колеса соответствующий участок зубчатой рейки должен иметь форму прямой линии под наклоном. Округлым участкам кривой цилиндрического колеса должна соответствовать зубчатая рейка в форме прямой линии, расположенной горизонтально, если центр округлого участка кривой лежит на оси вращения цилиндрического зубчатого колеса. На других отрезках в зависимости от кривой цилиндрического колеса соответствующие участки зубчатой рейки должны располагаться либо под наклоном, либо иметь изогнутую форму.

Благодаря соответствующей подгонке цилиндрических зубчатых колес или шестерен и зубчатого устройства конечная точка вращательного движения достигается только после 3/4 оборота цилиндрического зубчатого колеса или шестерни/вала сошки рулевого управления. То есть, между двумя конечными точками вал сошки рулевого управления может совершить 11/2 оборота. Такое соотношение, в первую очередь, достигается при использовании двух шестерен и более. При этом шестерни должны располагаться, по меньшей мере, на двух зубчатых рейках, параллельно смещенных по отношению друг к другу и хотя бы частично установленных одна за другой. Такое расположение позволяет избежать колебаний крутящего момента.

Специальная форма зубчатых колес и реек позволяет добиться прогрессивного рулевого управления без использования дополнительных деталей. Вал сошки рулевого управления крепится непосредственно на шестерне, таким образом получается передаточный механизм без зазора.

В других формах выполнения зубчатое устройство представляет собой второе цилиндрическое зубчатое колесо. Зубья этого колеса также располагаются по кривой, радиус кривизны которой монотонно возрастает в угловом диапазоне свыше 90°. В предпочтительной форме кривая должна иметь форму логарифмической спирали. Первое цилиндрическое зубчатое колесо должно соединяться с приводным валом (валом сошки рулевого управления). Второе цилиндрическое зубчатое колесо должно быть соединено с валом, который приводит в движение обычную шестерню или систему зубчатых реек. Такая конструкция позволяет легко и с небольшими затратами переоснащать или дополнительно устанавливать на автомобили прогрессивный передаточный механизм.

Для прогрессивной передачи согласно изобретению характерно плавное изменение крутящего момента. С помощью симметричного расположения отдельных деталей, а также трех линий развертки зубчатых колес с параллельным смещением достигается симметричный контур.

Прогрессивный передаточный механизм согласно изобретению в первую очередь подходит для использования в рулевом управлении автомобилей. Такой механизм можно устанавливать как в обычных автомобилях, так и в спортивных.

Кривая, вдоль которой расположены зубья, должна достигать своего минимального радиуса кривизны в той точке, где цилиндрическое зубчатое колесо приходит в соприкосновение или находится в зацеплении с зубчатым устройством, если рулевой механизм находится в среднем положении. Тогда - при небольших отклонениях от среднего положения - передаточное отношение будет изменяться достаточно медленно. В этом случае зубчатая рейка, с которой входит в зацепление цилиндрическое зубчатое колесо, не обязательно должна иметь выраженную циклоидальную форму с вертикальными боковыми поверхностями.

Исходя из минимального радиуса кривизны, радиус кривой должен монотонно увеличиваться в угловом диапазоне свыше 90°, особенно в диапазоне свыше 180°. Такое монотонное увеличение позволяет достигнуть плавного, равномерного изменения передаточного отношения в этом угловом диапазоне.

В среднем положении рулевого механизма расстояние между осью вращения цилиндрического зубчатого колеса и точкой соприкосновения колеса с зубчатым устройством должно быть минимальным, так чтобы рулевой механизм очень медленно реагировал на вращение рулевого колеса.

Другие предпочтительные формы выполнения образца вытекают из зависимых пунктов формулы изобретения.

Краткое описание чертежей

Ниже с помощью предпочтительных примеров осуществления, которые отображены в прилагаемых чертежах, разъясняется предмет изобретения. На чертежах изображены:

фиг.1а: схематический вид сбоку передаточного механизма согласно изобретению с зубчатыми колесами и зубчатыми рейками в первой форме выполнения; фиг.1б: зубчатые рейки в соответствии с фиг.1а (вид сверху); фиг.1с: график прогрессии передаточного механизма согласно фиг.1а; фиг.1д: перспективное изображение передаточного механизма в соответствии с фиг.1a с двумя зубчатыми рейками;

фиг.2а: подробное изображение зубчатого колеса и первый вариант зубчатой рейки в месте ее наивысшего подъема;

фиг.2б: деталь зубчатой рейки в соответствии с фиг.2а (вид сверху);

фиг.3а: схематический вид сбоку передаточного механизма согласно изобретению с зубчатыми колесами и зубчатыми рейками во второй форме выполнения; фиг.3б: зубчатые рейки в соответствии с фиг.3а (вид сверху);

фиг.3с: график прогрессии передаточного механизма согласно фиг.3а;

фиг.4а: схематический вид сбоку передаточного механизма согласно изобретению с зубчатым колесом и зубчатой рейкой в третьей форме выполнения; фиг.4б: зубчатая рейка в соответствии с фиг.4а (вид сверху);

фиг.4с: график прогрессии передаточного механизма согласно фиг.4а;

фиг.5а: схематический вид сбоку передаточного механизма согласно изобретению с зубчатыми колесами и зубчатыми рейками в четвертой форме выполнения; фиг.5б: зубчатые рейки в соответствии с фиг.5а (вид сверху);

фиг.5с: график прогрессии передаточного механизма согласно фиг.5а;

фиг.6а: схематичный вид сбоку передаточного механизма согласно изобретению с зубчатыми колесами и зубчатыми рейками в пятой форме выполнения; фиг.6б: зубчатые рейки в соответствии с фиг.6а (вид сверху);

фиг.6с: график прогрессии передаточного механизма согласно фиг.6а;

фиг.7а: подробное изображение зубчатого колеса и второго варианта зубчатой рейки в месте ее наивысшего подъема; фиг.7б: деталь зубчатой рейки в соответствии с фиг.7а (вид сверху);

фиг.8а: подробное изображение зубчатого колеса и третьего варианта зубчатой рейки в месте ее наивысшего подъема; фиг.8б: деталь зубчатой рейки в соответствии с фиг.8а (вид сверху);

фиг.9а: перспективное изображение передаточного механизма согласно изобретению в шестой форме выполнения; фиг.9б: схематическое изображение зубчатых колес в соответствии с фиг.7а (вид сверху).

Способы выполнения изобретения

На фиг.1а и 1b изображен первый вариант выполнения прогрессивного передаточного механизма согласно изобретению, когда он используется в автомобиле. Передаточный механизм состоит, по меньшей мере, из двух, а лучше из трех цилиндрических зубчатых колес (1, 2), которые имеют общую ось вращения (12). Цилиндрические зубчатые колеса (1, 2) соединены с валом сошки рулевого управления, который не изображен на данном чертеже. Вал сошки приводится в нужное положение с помощью рулевого колеса транспортного средства.

Каждое из цилиндрических зубчатых колес (1, 2) находится в зацеплении с зубчатым устройством в виде зубчатой рейки (3, 4, 5) и движется вдоль этой рейки (3, 4, 5). При этом ось вращения (12) смещается вдоль горизонтальной прямой или зубчатые рейки (3, 4, 5) смещаются в продольном направлении. Третья зубчатая рейка (5) представлена вариативно. Она изображена на фиг.16 более светлым цветом, чем рейки (3, 4).

На фиг.1а изображены два (или, соответственно, три) цилиндрических зубчатых колеса (1, 2) в различных положениях Р1, Р2, Р3 и Р4 при вращении вдоль зубчатых реек (4, 5, 6).

Цилиндрические зубчатые колеса (1, 2) имеют зубья (11), которые расположены по кривой (10) (см. фиг.2а). Кривая (10) имеет радиус кривизны r, который монотонно увеличивается в угловом диапазоне свыше 90° кривой и, соответственно, цилиндрического зубчатого колеса (1, 2).

В этом варианте зубья расположены на кривой (10) в угловом диапазоне свыше 180° и меньше 360°, при этом на оставшемся участке окружности цилиндрического колеса (1, 2) зубья отсутствуют. В формах выполнения согласно фиг.1а и 1b на участке окружности, который приближается к 270°, имеются зубья (11), а оставшийся участок (13) окружности цилиндрического колеса имеет форму прямой линии.

При этом центр кривой (10) сохраняет свое положение относительно цилиндрического колеса (1, 2), более того, он совпадает с осью вращения (12) цилиндрического колеса (1, 2).

В изображенном варианте кривая (10) представляет собой спираль, а точнее логарифмическую спираль. Ее центр должен совпадать с осью вращения (12) цилиндрического зубчатого колеса (1, 2).

Два (или три) цилиндрических зубчатых колеса (1, 2), которые использованы в этом варианте, имеют одинаковое количество зубьев и одинаковую форму кривой. Впрочем, и в других вариантах они должны быть идентичными. Однако первое и второе цилиндрическое колесо (1, 2) располагаются в разных позициях и в зеркальной симметрии по отношению друг к другу. Их окружности с максимальным радиусом кривизны r должны лежать в противоположных направлениях (на 180°) по отношению друг к другу, а окружности с самым маленьким радиусом кривизны r - в одном направлении. Фиг.1а содержит более наглядное изображение (позиции Р1 и Р4). Третье цилиндрическое колесо располагается с параллельным смещением по отношению к первому зубчатому колесу 1 и на том же уровне. Его не видно на фиг.1а, поскольку на него накладывается изображение первого цилиндрического зубчатого колеса (1).

Боковые поверхности отдельных зубьев цилиндрических колес (1, 2) и зубчатых реек (3, 4, 5) оптимизированы друг к другу. Это обеспечивает максимально бесшумное и свободное от трения взаимодействие отдельных зубчатых колес (1, 2) с зубчатыми рейками (3, 4, 5). Поскольку эти принципы известны специалистам, они не будут рассматриваться подробно.

Зубчатые рейки (3, 4, 5) в этом примере имеют прямолинейную форму и установлены под наклоном. Наклон позволяет, помимо прочего, движение цилиндрических зубчатых колес по зубчатым рейкам при постоянной высоте осей вращения цилиндрических колес. Зубчатые рейки должны располагаться с параллельным смещением по отношению друг к другу и хотя бы частично одна за другой. Первая и третья рейки (3, 5) расположены рядом и с параллельным смещением по отношению друг к другу. Они должны быть идентичными по форме и иметь одинаковый наклон. Между ними располагается вторая зубчатая рейка (4), при этом ее начальный участок совпадает с конечными участками первой и третьей рейки (3, 5). Уровень наклона второй рейки должен быть таким же, но его направление - противоположным по отношению к наклону первой и третьей рейки (3, 5). Наибольший подъем зубчатых реек (3, 4, 5) находится в области перехода U. Среднее положение рулевого колеса и, соответственно, зубчатых колес (1, 2) должно соответствовать позиции Р4, то есть когда зубчатые колеса (1, 2) находятся в месте наибольшего подъема зубчатых реек (3, 4, 5). При повороте рулевого колеса влево будут пройдены позиции Р3, Р2 и Р1. При этом первое (и третье, если оно есть) зубчатое колесо (1) войдет в зацепление с соответствующими зубчатыми рейками (3, 5). В зависимости от своего положения при повороте зубчатые колеса (1) начинают контактировать с зубчатыми рейками в линиях или точках соприкосновения, которые соотносятся с монотонно возрастающим радиусом кривизны кривой (10). Это означает, что в позиции Р4 зуб колеса, который входит в зацепление с зубчатой рейкой, соответствует минимальному радиусу кривизны, а в позиции P1 - максимальному. Второе зубчатое колесо (2), расположенное посередине, вращается в свободном пространстве без зацепления с зубчатой рейкой. Это вращение без зацепления наиболее отчетливо видно на фиг.1д.

Радиус кривизны r кривой будет минимальным в том месте, где приходят в соприкосновение зубчатые колеса (1, 2) и зубчатые рейки (3, 4, 5) при среднем положении рулевого колеса, то есть в позиции Р4. Минимальный радиус кривизны кривой должен быть больше минимального расстояния между кривой (или зубьями) и осью вращения (12), чтобы передаточное отношение при отклонении рулевого колеса от среднего положения становилось меньше.

При повороте рулевого колеса вправо первое и третье зубчатое колесо (1) будут вращаться без зацепления, а второе зубчатое колесо (2) входит в зацепление с соответствующей зубчатой рейкой (4). И в этом случае колеса будут вращаться из средней позиции Р4 от наименьшего радиуса кривизны к наибольшему. На фиг.1д отчетливо видно, как одно зубчатое колесо вращается в зацеплении с зубчатой рейкой, а другое (или другие) работает вхолостую.

Подъем, который достигается при движении от позиции Р4 к позиции Р1, изображен на фиг.1с. Как видно из чертежа, постепенно увеличивающийся подъем достигается в угловом диапазоне 270°. Это означает, что рулевое колесо можно повернуть на 270°, прежде чем будет достигнута конечная точка передаточного механизма. Поскольку рулевое колесо с одинаковым результатом вращается в оба направления, то прежде чем будут достигнуты конечные точки, можно совершить 11/2 поворота.

На фиг.3а÷3д изображена вторая форма выполнения передаточного механизма согласно изобретению. В этом примере используются два цилиндрических зубчатых колеса (1, 2) и две зубчатые рейки (3, 4). На фиг.3а изображены оба зубчатых колеса в средней позиции Р4 и в крайней позиции Р1. Зубья цилиндрических колес (1, 2) расположены вдоль логарифмической спирали в угловом диапазоне А, который приближается к 180°. В примыкающем угловом диапазоне чуть более 90° радиус кривизны кривой еще продолжает монотонно увеличиваться, но сама кривая уже не соответствует логарифмической спирали. Участок окружности в оставшемся угловом диапазоне опять имеет форму прямой линии. При этом цилиндрические зубчатые колеса (1, 2) установлены по отношению к своей оси вращения (12) таким образом, что в исходном положении рулевого колеса, то есть в области наибольшего подъема зубчатых реек (3, 4), движение начинается на том участке, который имеет форму логарифмической спирали.

Зубчатые рейки (3, 4), подогнанные к цилиндрическим колесам (1, 2), вначале, то есть в месте своего наибольшего подъема, имеют форму прямой линии с наклоном, а затем принимают форму изогнутой кривой К, правда тоже с наклоном.

На фиг.3с снова изображен подъем в зависимости от угла поворота рулевого колеса. В сравнении с первой формой выполнения согласно фиг.1a-1c графическая линия в угловом диапазоне между 180° и 270° менее изогнута.

В форме выполнения согласно фиг.4а-4с присутствует только одно цилиндрическое зубчатое колесо (1) и только одна зубчатая рейка (3). Зубчатое колесо (1) изображено в средней позиции Р4 и в одной из своих крайних позиций P1. Зубья (11) цилиндрического колеса (1) расположены на кривой симметрично по отношению к положительному и отрицательному вращению зубчатого колеса (1), начиная с его среднего положения. Зубья (11) можно объединить в две группы (14, 15). С каждой группой (14, 15) соотносится одна кривая (10), при этом обе кривые (10) проходят через угловой диапазон 180°. Они располагаются в зеркальной симметрии к плоскости, в которой лежит ось вращения (12). У кривых один центр, он должен совпадать с осью вращения (12). При этом колеса вращаются в противоположных направлениях. Таким образом получается яйцеобразное" (овальное) зубчатое колесо, при котором одна кривая постоянно переходит в другую так, что максимальный и минимальный радиусы кривизны совпадают. Если две кривые зубчатого колеса (1) являются логарифмическими спиралями, то зубчатая рейка (3) имеет форму прямой линии. При этом она имеет наклон в оба направления, начиная со среднего положения, как наивысшей точки. Как видно из фиг.4с, отклонение на каждой из сторон составляет 180°. Благодаря этому передаточный механизм состоит из минимального количества деталей, его конструкция компактна и не занимает много места. К тому же производство такого механизма не требует больших затрат.

В форме выполнения согласно фиг.5а-5с снова используют два цилиндрических зубчатых колеса (1, 6) и три зубчатые рейки (3, 7, 8). Зубчатые рейки располагают с параллельным смещением по отношению друг к другу и хотя бы частично одна за другой. Зубчатые колеса (1, 6) изображены в трех позициях. Первое зубчатое колесо (1) соответствует форме выполнения зубчатого колеса на фиг.4а. Зубчатая рейка (3), которая относится к зубчатому колесу (1), имеет форму прямой линии с наклоном в двух направлениях. Зубья второго колеса (6) расположены по кругу или по эллипсу. Это зубчатое колесо (6) движется по двум зубчатым рейкам (7, 8). Зубья этих реек (7, 8) расположены вдоль горизонтальной прямой линии. Установленные вместе зубчатые колеса вращаются влево или вправо из средней позиции Р4. На фиг.5а изображены отдельные позиции при вращении влево. Спиралевидное зубчатое колесо (1) сначала входит в зацепление с соответствующей зубчатой рейкой (3), установленной под наклоном. Круглое зубчатое колесо (6) вращается вхолостую. После того, как достигнута позиция вращения, равная 180°, зубчатая рейка (3) с наклоном заканчивается, и спиралевидное зубчатое колесо (1) начинает вращаться вхолостую. Благодаря зоне перекрытия двух зубчатых реек (3, 7) усилие передается круглому зубчатому колесу (6), которое движется по первой прямой зубчатой рейке (7) в следующем угловом диапазоне (не менее 90°). При повороте вправо круглое зубчатое колесо (6) входит в зацепление со второй прямой зубчатой рейкой (8). Эта рейка является продолжением первой прямой зубчатой рейки (7) - продолжением прямолинейным, но в то же время смещенным продольно. Как видно из фиг.5с, конечная точка при таком расположении достигается после поворота на 270° в каждом направлении вращения. При этом в зоне угла поворота рулевого колеса между 180° и 270° подъем происходит по прямой линии. При больших отклонениях направление подъема можно выбрать, поскольку вместо круглого зубчатого колеса и прямой зубчатой рейки могут быть использованы формы кривой, которые были описаны в примерах согласно фиг.3а-3д, с соответствующей подгонкой. Дополнительно для увеличения количества оборотов можно произвольно продлить горизонтальный участок зубчатых реек. Более длинные горизонтальные участки следует рассматривать как вариант описанного выше расположения деталей конструкции. Такая конструкция в первую очередь подходит для грузовых автомобилей.

Вариант выполнения согласно фиг.6а-6с в общих чертах соответствует форме выполнения, изображенной на фиг.5а-5с. Только в этом варианте две прямые зубчатые рейки не являются отдельными устройствами. В качестве одного целого они располагаются на зубчатой рейке с наклоном или, по меньшей мере, соединены с ней. Благодаря этому получается единая зубчатая рейка с одним (как минимум), а в нашем примере с двумя широкими участками (7', 8') и одним узким участком (3'), расположенным посередине. В зависимости от положения рулевого колеса при вращении и, соответственно, зубчатых колес (1, 6) либо спиралевидное зубчатое колесо (1) входит в зацепление с узким участком (3'), либо круглое колесо (6') входит в зацепление с одним из широких участков (7', 8'). На фиг.6б видно, что зубчатая рейка расширена с обеих сторон. Такая форма рекомендуется, если вместо одного круглого зубчатого колеса (6) используются два круглых колеса, которые располагаются на каждой из сторон спиралевидного зубчатого колеса (1). Тем самым вновь обеспечивается симметричный контур.

Участок наибольшего подъема зубчатой рейки может иметь различную конструкцию. На фиг.7а и 7б изображен первый вариант. Здесь в месте наибольшего подъема расположен промежуточный зуб (30). Следует отметить, что в этом примере обе, а в случае трех - все три зубчатые рейки имеют такой промежуточный зуб (30). Подобное расположение обеспечивает плавный ход.

На фиг.2а и 2б изображен еще один вариант конструкции наибольшего подъема зубчатых реек. Здесь нет промежуточного зуба. Каждая зубчатая рейка заканчивается зубом (31), установленным под наклоном. Угол и расстояние до следующего зуба этой рейки полностью соответствуют расположению остальных зубьев. То есть одна зубчатая рейка заканчивается прежде, чем начинается другая. Это означает, что в конструкции нет зубьев, которые перекрывают друг друга. В производстве такая конструкция достаточно проста.

В конструкции наибольшего подъема согласно фиг.8а и 8b зубчатые рейки имеют форму, как и в выше упомянутом примере - верхние зубья (31) установлены под наклоном и соответствуют остальным зубьям. Но в этом случае они накладываются на верхний зуб (31) соседней зубчатой рейки. У этого варианта есть следующие преимущества: простое производство и более плавное движение шестерен в отличие от варианта согласно фиг.2а и 2б.

Форма выполнения согласно фиг.9а и 9б отличается от предыдущих в первую очередь тем, что здесь в качестве зубчатого устройства выступает не зубчатая рейка, а еще одно цилиндрическое зубчатое колесо - ведомое колесо (9). Цилиндрическое зубчатое колесо 1 через приводной вал или вал сошки рулевого управления L соединено с рулевым колесом и является ведомым колесом. Это колесо через приводной вал А соединено с шестерней R и зубчатой рейкой Z обычной шестерни/реечной передачи.

Ведомое зубчатое колесо (9) должно иметь ту же форму, что и зубчатое колесо согласно фиг.4а, и поэтому подробно описываться не будет. Своими зубьями (10) оно входит в зацепление с ведомым колесом (9), которое имеет ту же форму, что и зубчатое колесо согласно фиг.4а. То есть ту же форму кривой и такое же количество зубьев, как и ведомое колесо (1). В оптимальном варианте два цилиндрических зубчатых колеса (1, 9) должны быть идентичны. Оба колеса могут иметь форму логарифмической спирали, но также и другую форму кривой, если радиусы кривизны обеих кривых монотонно возрастают в угловом диапазоне 90° и дополняют друг друга. Центры кривых в приведенном примере снова совпадают с осями вращения зубчатых колес. Впрочем, на фиг.9а и 9б они изображены в позиции вращения, которое соответствует не среднему положению, а положению рулевого колеса, повернутого на 180°.

В выше описанных примерах центры кривых совпадают с осями вращения зубчатых колес. Оси вращения, ко всему прочему, являются осью опоры зубчатых колес. Таковы предпочтительные формы выполнения. Зубчатые колеса можно установить и по-другому, а оси вращения расположить вне центров кривых. Как уже было сказано выше, логарифмическая спираль является предпочтительной формой кривой. Однако допустимы и другие кривые, если их радиусы кривизны монотонно возрастают в угловом диапазоне 90°, а форма зубчатой рейки или ведомого колеса, которое входит в зацепление с зубчатым колесом, адаптированы и подогнаны соответствующим образом. Также следует подчеркнуть, что возможны различные комбинации тех принципов, которые описывают отдельные формы выполнения. Они являются частью данного разъяснения.

Список ссылочных обозначений

1 - первое цилиндрическое зубчатое колесо

10 - кривая

11 - зуб

12 - ось вращения

13 - остаточный участок

14 - первая группа зубьев

15 - вторая группа зубьев

2 - второе цилиндрическое зубчатое колесо

3 - первая зубчатая рейка

3' - узкий участок

30 - промежуточный зуб

31 - зубья

4 - вторая зубчатая рейка

5 - третья зубчатая рейка

6 - круглое зубчатое колесо

7 - первая прямая зубчатая рейка

7' - широкий участок

8 - вторая прямая зубчатая рейка

8' - узкий участок

9 - ведомое колесо

А - приводной вал

L - вал сошки рулевого управления

R - шестерня

Z - зубчатая рейка, r - радиус кривизны

Р1, Р2, Р3, Р4 - позиция вращения

U - участок (зона) перекрытия

K - изогнутая линия