DK145313B - Mekanisme til at forbinde et drivorgan med en traekstang til et styrbart hjul - Google Patents

Description

/®\ (19) DANMARK \£l/

® (12) FREMLÆGGELSESSKRIFT ου U5313B

DIREKTORATET FOR PATENT- OG VAREMÆRKEVÆSENET

(21) Ansøgning nr. 3996/78 (51) IntCI.3 F 16 C 11/06 (22) Indleveringsdag 11 · s ep. 1978 // B 62 D 7/16 (24) Løbedag 11. s ep. 1978 (41) Aim. tilgængelig 17. tnar. 1979 (44) Fremlagt 25. okt. 1982 (86) International ansøgning nr. - (86) International indleveringsdag - (85) Videreførelsesdag - (62) Stamansøgning nr. -

(30) Prioritet 16. Bep. 1977, 833739, US

(71) Ansøger TRW INC., Cleveland, US.

(72) Opfinder Leonard Jerome Zukowski, US.

(74) Fuldmægtig Firmaet Chas. Hude.

(54) Mekanisme til at forbinde et drivorgan med en trækstang til et styrbart hjul.

Opfindelsen angår generelt styresystemer med tandstang- og tandhjulsdrev eller lignende, og især en mekanisme til at forbinde et drivorgan og en trækstang til et styrbart hjul og med en kugletap, der er udformet med en kugleende, og en kugleskålsenhed indbefattende et rørformet hus, der har et indvendigt gevind, der strækker sig indad fra ® den ene ende og er indrettet til at have et af de nævnte organer ind- 00 skruet deri, hvilket rørformede hus indeholder kugleenden ved den anden ^ ende, og hvilken kugleskålsenhed danner et par af modsatte lejeflader, -d- t— *

Q

U5313 2 der indgriber med modsatte kugleflader på kugleenden og lejrer kugletappen for vipning og drejning i forhold til kugleskålsenheden, hvorhos en skive eller prop er indskruet i det indre gevind, og en hård fjeder er anbragt imellem skiven og mindst én af lejefladerne, og hvorhos skiven er indskruet til en forbelastningsstilling, i hvilken den forbelaster fjederen, som forårsager, at lejefladerne bliver trykket imod kugleenden med et forudbestemt forbelastningstryk på grund af skivens forbelastning.

Kugle- og kugleskålsforbindelser til brug i styresystemer i køretøjer er kendt. Eksempler på sådanne forbindelser kan findes i USA patentskrifterne nr. 3.834.727, 3.693.999, 3.849.009 og 3.950.006. I to af disse patentskrifter, nemlig nr. 3.693.999 og 3.950.006, beskrives en kugle- og kugleskålsforbindelse til forbindelse af tandstangen og en trækstang i et tandstangs- og tandhjulsstyresystem. I disse patentskrifter danner to formstofelementer modsatte flader, som indgriber med modsatte kugleflader på en kugleende af en kugletap. Sådanne forbindelser samles med de to formstofelementer, forbelastes eller forspændes for at muliggøre overføring af styrebevægelse uden endespillerum, og tilvejebringer et i hovedsagen konstant drejningsmoment under belastningen. I en sådan forbindelse bliver delene samlet forbelastet, og husdelene bliver derefter stukket for at holde delene i den forbelastede og samlede stilling.

Mekanismen ifølge opfindelsen er ejendommelig ved, at det indvendige gevind strækker sig aksialt udad fra skiven for at muliggøre, at den gevindskårne endedel af et af organerne kan blive optaget i huset for at forbinde huset med organet.

Herved opnås, at der tilvejebringes en ny og forbedret kugle- og kugleskålsforbindelse til brug i et automobilstyresystem eller lignende. Den forbedrede kugle- og kugleskålsforbindelse er indrettet til at muliggøre let samling og forøge nøjagtigheden af forbelastningen af lejeelementet etableret under fremstillingen. En sådan forbindelse er også indrettet til at lette montering uden for fabrikken, og således at forbe 3 145313 lastningen, som er tilvejebragt under fremstillingen af forbindelsen, ikke bliver væsentligt ændret under dens montering i styresystemet. Forbindelsen imellem kugle- og kugleskålsmekanismen og tandstangen tilvejebringer supplerende understøttelse af den forbelastede struktur, således at strukturfejl ikke sker under de svære belastningsbetingelser, som kan opstå under brugen af køretøjet, i hvilket styresystemet er installeret.

I en udførelsesform for mekanismen ifølge opfindelsen kan hensigtsmæssigt fjederen bestå af et elastomerisk element, som danner en af de modsatte flader, der lejrer kuglen på kugletappen.

Det elastomeriske element danner en hård fjeder, som bliver forbelastet til den ønskede grad under samlingen. På grund af den høje fjederkarakteristik af det elastomeriske element er det nødvendigt at indstille skiven nøjagtigt og at kunne holde denne indstillede stilling nøjagtig under monteringen og brugen af forbindelsen i styresystemet. Denne nøjagtige indstilling udføres let med gevindforbindelsen imellem huset og skiven..

Mekanismen er indrettet således, at skiven under monteringen bliver påvirket af enden af tandstangen, som også er indskruet i huset. Indgrebet imellem enden af tandstangen og skiven tilvejebringer yderligere understøttelse for vedligeholdelse af skivens stilling, når forbindelsen udsættes for høje belastninger under brugen. Følgelig er det sikkert at anvende en forholdsvis tynd skive,der har et kort gevind, selv om forbindelsen ofte udsættes for meget høje belastninger under brugen i et styresystem.

I en udførelsesform for opfindelsen kan det elastomeriske element være fremstillet i en uspændt form, i hvilken radius for den ene af de nævnte overflader er mindre end radius af den del af kuglen, der indgriber dermed, samtidigt med at det elastomeriske organ er radialt forlænget ved den nævnte ene overflade fra dens uspændte tilstand ved indgreb af den nævnte ene overflade med nævnte kugle, når skiven er skruet til nævnte forbelastningsstilling. Et sådant element vil blive elastisk forandret under samlingen og forbelastningen, således at elementet har tendens til elastisk at vende tilbage til dets uspændte form, efterhånden som det bliver slidt. Herved opretholdes tilstrækkelig tæthed i forbindelsen til kontinuerlig tilfredsstillende drift, selv efter at slid har fundet sted.

145313 4

Endelig kan ifølge opfindelsen den ene lejeflade dannes af et i hovedsagen stift separat organ anbragt i det rørformede hus, medens fjederen er et elastomerisk element anbragt imellem det separate organ og skiven. Ved denne udførelsesform opnås der en endnu større fjedervirkning, samt en særlig god nøjagtighed ved etablering og opretholdelse af forbelastningen ved brug af gevindproppen.

I det følgende forklares opfindelsen under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 viser en styremekanisme med kugle- kugleskålsforbindeler ifølge opfindelsen set i skematisk fremstilling, delvis i perspektiv, fig. 2 en del af mekanismen ifølge opfindelsen set fra siden i større målestok og delvis i snit, fig. 3 det samme som i fig. 2 set fra enden, fig. 4 et elastomerisk element setfra siden i snit, og fig. 5 det samme som i fig. 2 i en ændret udførelsesform.

Fig. 1 illustrerer skematisk en styremekanisme med kugle- kugleskåls= forbindelser, hvortil nærværende opfindelse er anvendt. En sådan mekanisme har en tandstang 10, som danner det drivende organ for styremekanismen, og dets forbindelse med de styrbare hjul ved hjælp af trækstænger 11, således at langsgående bevægelse af tandstangen 10 frembringer den krævede styring af de styrbare hjul 9.

I den viste styremekanisme er en kugle- kugleskålsforbindelse 12 indskruet i hver ende af tandstangen 10 og danner forbindelsen imellem tandstangen og hver af de tilsluttede trækstænger 11. De to kugle-kugleskålsfdrbindelser 12 er ens, og den følgende beskrivelse angår således begge forbindelserne.

Som det er vist i fig. 2 og 3, er trækstangen 11 forsynet med en kugletap 13 med en kugleformet endedel 14, der er i ét stykke med tappen i den ene ende, dannende den ene del af kugle- og kugleskålsforbindel- 145313 5 sen 12. Denne forbindelse indbefatter også en kugieskålsenhed 16, der danner et rørformet hus 17 med et indvendigt gevind 18, der strækker sig i husets længderetning fra den ene ende 20 deraf. Den kugleformede ende 14 er lejret i huset 17 i nærheden af dets ydre ende 21 imellem modsat liggende lejeflader 22 og 23, som indgriber med modsatte kugleflader på kugleenden 14 og lokaliserer kugleenden 14 aksialt i forhold til huset 16. En sådan forbindelse tillader kugletappen 13 at vippe og dreje i forhold til huset 16 og forhindre enhver væsentlig bevægelse af anden art.

I denne udførelsesform er lejefladen 23 dannet af den indre flade af en indad vendende flange 24, som er udformet på huset 16. Lejefladen 23 kan imidlertid være anbragt på et separat metallisk eller ikke-me-tallisk element, som er monteret i enden af det rørformede hus 16. En udvidet ende 26 strækker sig fra flangen 24 til enden af huset 21, og tappen er også formet med en del 27 med mindre diameter, hvilken del strækker sig fra kugleenden 14 og samvirker med den udvidede ende 26 for at tilvejebringe et væsentligt spillerum for vippende bevægelse af tappen i forhold til huset omkring kugleenden 14*s geometriske centrum 28.

Lejefladen 22 er dannet af et separat element 29, som består af et e-lastomerisk materiale, såsom polyurethan. Elementet 29 er fortrinsvis støbt med en uspændt form, således som det vil blive forklaret i det følgende, og er deformeret fra dets uspændte form under samlingen til den form eller stilling, der er vist i fig. 2, i hvilken det danner lejefladen 22, som er i tæt indgreb med kugleenden 14.

En udvendig gevindskåret prop eller skive 31 er skruet ind i det indre gevind 18 i huset 16 til en forbelastningsstilling, i hvilken den trykker det elastomeriske element 29 aksialt i retning hen imod kugleenden 14 med tilstrækkelig kraft til at tilvejebringe en forudbestemt forbelastning på kugleenden 14 imellem de to overflader 22 og 23. Størrelsen af denne forbelastning vælges til at eliminere ethvert spillerum i styringssystemet ved at forhindre enhver signifikant indbyrdes bevægelse 6 145313 imellem kugleenden 14 og huset 16 i retning af huset 16's længdeakse og til at meddele enheden det ønskede påvirkningsmoment.

Skiven eller proppen 31 er fortrinsvis i hovedsagen flad og er forsynet med en ikke-cirkulasr åbning 33 til optagelse af en nøgle til drejning af skiven omkring gevindet 18 til den stilling, i hvilken den ønskede størrelse af forudbelastning er etableret. Den ønskede forudbelastning af forbindelsen ved indstillingen af skiven 31 udføres før forbindelsen er installeret på enden af tandstangen 10, medens skiven er tilgængelig.Efter at skiven er korrekt anbragt for korrekt forbelastning, låses den i stillingen imod rotation. I den viste udførelsesform er skiven 31 låst ved at stukke gevindene gennem en sideåbning 36 i huset 16. Alternativt kan andre midler, såsom et gevindlåsende kemikalium bruges til permanent at låse skiven eller proppen 31 i dens indstillede stilling, hvilket sikrer, at den ønskede grad af forbelastning opretholdes.

Når forbindelsen 12 er installeret i et styresystem, er det nødvendigt at skrue forbindelsen på gevindenden 37 af tandstangen 10, indtil endefladen 38 indgriber med den bageste flade af skiven 31. Passende skruenøgleflader 39 er dannet på huset 16 til dette formål. Under monteringen af forbindelsen bliver denne sædvanligvis spændt forholdsvis tæt på den gevindskårne ende 37, og indgrebet imellem skiven og endefladen 38 tjener til at låse forbindelsen i den monterede stilling. Et sådant indgreb imellem endefladen 38 og skiven frembringer imidlertid ikke nogen signifikant bevægelse af skiven i forhold til huset, fordi den eneste bevægelse af skiven, der resulteres af et sådant indgreb, er den bevægelse, der tillades af spillerummet imellem det perifere gevind på skiven og det indre gevind 18. Dette spllerum er tilstrækkeligt lille til at monteringen af forbindelsen ikke forandrer forbelastningen af det elastomeriske element 29 påviseligt. Spændingskræfter imellem trækstangen 11 og tandstangen 10 optages af lejefladen 23, medens sammentrykningskræfterne imellem disse dele i mekanismen optages af lejefladen 22. Under spænding overføres kraften gennem det rørformede hus fra lejefladen 23 til gevindforbindelsen imellem den gevindskårne ende 37 og det indre gevind 18. Længden af dette gevindindgreb er derfor valgt til at tilvejebringe tilstrækkelig styrke til at modstå enhver belastning, der normalt kan forventes at fremkomme under brugen af forbindelsen. Fortrinsvis er skiven 31 derfor forholdsvis tynd for at formindske den krævede længde af huset og formindske frem 145313 7 stillingsomkostningerne. I den viste udførelsesform er det sikkert at anvende en forholdsvis tynd skive 31, selv om sammentrykningskræfterne gennem forbindelsen bliver overført fra lejefladen 22 og gennem skiven 31 til tandstangen 10. Dette skyldes, at disse kræfter, der resulteres af kompressionsbelastning, ikke behøver at blive optaget af gevindforbindelsen imellem skiven 31 og huset 16, men optages ved det direkte indgreb imellem skiven 31 og endefladen 38 af tandstangen 10. I praksis behøver styrken af gevindforbindelsen imellem skiven og huset ikke at være større, end at den kan modstå forbelastningskraften før monteringen af forbindelsen og tilstrækkelig stor til at holde skiven i den forbelastede stilling imod den aksiale kraft, som udøves på skiven af endefladen 38, når huset spændes på den gevindskårne ende 37. I denne sidste tilstand hjælper forbelastningskræfter imellem det elastomeriske element 29 og skiven gevindene på periferien af skiven med at optage den belastning, som udøves af endefladen 38, når forbindelsen er monteret.

Det elastomeriske element 29 ifølge fig. 4 er fortrinsvis fremstillet med en uspændt form, i hovedsagen som vist med fuld streg. I dens u-spændte tilstand er bagfladen 41 svagt konisk, således at den ved den centrale åbning 43 rager længere frem end ved 42 ved periferien. Den ydre overflade 44 af elementet 29 strækker sig fra bagkanten ved 42 hen imod forkanten 46 med aftagende diameter. Radius til lejefladen 22 i den uspændte tilstand er mindre end dens radius efter montering og forspænding. Radialt indad fra lejefladen 22 findes der en aksial forløbende fordybning 47, som danner spillerum i forhold til kugleenden 14 for at tilvejebringe et hulrum 48, som fortrinsvis er fyldt med et smøremiddel. Hulrummet 48 er adskilt fra fordybningen 43 ved hjælp af en forholdsvis tynd væg 49.

Når forbelastningsskiven 31 er skruet hen imod forbelastningstillingen, som er vist med stiplede linier, er det elastomeriske element 29 deformeret fra dets uspændte form og har forårsaget, at lejefladen 22 er ekspanderet udad langs overfladen af kugleenden 14 og forårsaget ekspansion af den ydre overflade 44 til indgreb med den indre væg af det rørformede hus 17. Samtidig er bagfladen 41 deformeret til en i hovedsagen flad tilstand. Det elastomeriske element danner, når det er monteret, en forholdsvis hård fjeder, som er forbelastet ved hjælp af skiven 31 i en tilstrækkelig grad til, at der er i hovedsagen ingen endespillerum i forbindelsen under normal brug. Imidlertid virker den til at absorbere vejchok og til at dæmpe vibrationer under brugen. Den elastiske 145313 8 deformation af lejefladen i en i hovedsagen radial retning tilvejebringer en struktur, i hvilken en betydelig forbelastning opretholdes, selv efter at slid i forbindelsen har fundet sted, således at forbindelsen kan være tilfredsstillende selv efter, at noget slid har fundet sted.

Nøjagtig forbelastning af forbindelsen foretages forholdsvis let, fordi forholdsvis store drejninger af skiven frembringer forholdsvis små ak-siale bevægelser deraf. Derfor er det kun nødvendigt at dreje skiven 31, indtil den ønskede forbelastning er tilvejebragt. Skiven er derefter let at låse i den indstillede stilling ved at stukke gevindet som nævnt eller ved hjælp af enhver anden passende metode, og den ønskede forbelastning på forbindelsen er etableret permanent.

Som det er nævnt i det foregående, er størrelsen af forbelastningen ikke signifikant ændret, når forbindelsen er installeret, selv om forbindelsen 12 er tæt indskruet på den gevindskårne ende 37, fordi den eneste bevægelse af skiven, som kan finde sted under denne installering, er den bevægelse, som er tilladt af det meget lille spillerum, der er dannet imellem gevindene på omkredsen af skiven og det indvendige gevind 18. Det elastomeriske materiale tilvejebringer en tilstrækkelig eftergivelighed til at optage sådan bevægelse uden væsentlig forandring i forbelastningen.

Fig. 5 viser en anden udførelsesform for opfindelsen. I denne udførelsesform er der anvendt samme henvisningstal, som i de foregående figurer, men med tilføjelse af et * . I denne udførelsesform er forbindelsen 12' forsynet med et rørformet hus 17', som optager kugleenden 14'. Lejefladen 23' er tilvejbragt af huset 17'. I denne udførelsesform er lejefladen 22' imidlertid dannet af et separat element 51' dannet af et forholdsvis hårdt formstofmateriale, såsom nylon eller acetal. I denne udførelsesform er et fladt skiveagtigt elastomerisk element 52' anbragt imellem den bageste overflade af elementet 51' og den forreste flade af skiven 311 og danner den hårde fjeder i forbindelsen 12'. Her er forbelastningen dannet ved at skrue skiven 31' langs med det indvendige gevind 18', indtil den korrekte forbelastning er tilvejebragt, og skiven bliver nu låst i stillingen ved en stuk-ning eller ved hjælp af andre passende midler. Nøjagtigheden af forbelastningen, som let kan opnås ved brugen af den gevindskårne skive, formindsker fremstillingsomkostningerne og tilvejebringer funktionel pålidelighed. Det elastomeriske materiale er valgt således,

Claims (2)

9 145313 at installationen af forbindelsen med den resulterende lille bevægelse af skiven 31' muliggjort ved spillerummet imellem gevindene ikke er tilstrækkelig til at tilvejebringe for stor forbelastning af den in-s tallerede forb indels e. Patentkrav.

1. Mekanisme til at forbinde et drivorgan (10) og en trækstang (11) til et styrbart hjul og med en kugletap (13), der er udformet med en kugleende (14), og en kugleskålsenhed (16) indbefattende et rørformet hus (17), der har et indvendigt, gevind (18) , der strækker sig indad fra den ene ende og er indrettet til at have et af de nævnte organer indskruet deri, hvilket rørformet hus (17) indeholder kugleenden (14) ved den anden ende, og hvilken kugleskålsenhed (16) danner et par af modsatte lejeflader (22, 23), der indgriber med modsatte kugleflader på kugleenden og lejrer kugletappen (13) for vip-ning og drejning i forhold til kugleskålsenheden, hvorhos en skive eller prop (31) er indskruet i det indre gevind,og en hård fjeder (29) er anbragt imellem skiven og mindst én af lejefladerne, og hvorhos skiven (31) er indskruet til en forbelastningsstilling, i hvilken den forbelaster fjederen, som forårsager, at lejefladerne bliver trykket imod kugleenden med et forudbestemt forbelastningstryk på grund af skivens forbelastning, kendetegnet ved, at det indvendige gevind (18) strækker sig aksialt udad fra skiven (31) for at muliggøre, at den gevindskårne endedel af et af organerne (10, 11) kan blive optaget i huset for at forbinde huset (17) med organet.

2. Mekanisme ifølge krav 1, kendetegnet ved, at det ene organ har et aksialt ydre endefladeareal (38) , som indgriber med anlæg imod skiven (31).