EA026424B1

EA026424B1 - Wheel-turn steering linkage

Info

Publication number: EA026424B1
Application number: EA201400010A
Authority: EA
Inventors: Станислав Владимирович Амелькин; Борис Николаевич Белоусов; Андрей Евгеньевич Дубин; Павел Иванович Копанцов; Кирилл Сергеевич Кузьминов; Сергей Сергеевич Наумов; Виталий Львович Степнов; Мария Александровна Рощина
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Центр технического сотрудничества" при МГТУ им. Н.Э. Баумана"
Priority date: 2013-10-01
Filing date: 2014-01-10
Publication date: 2017-04-28
Also published as: EA201400010A1

Abstract

The invention is related to the field of transport machine-building, in particular, to actuators in steering systems of wheel vehicles. The proposed solution makes it possible to reduce dimensions of the wheel-turn steering linkage and, therefore, to reduce energy expenditure for steering without any restriction of wheel turning angles.

Description

Сущность изобретения заключается в том, что все входящие в исполнительный механизм узлы не объединены в единый блок, а выполнены самостоятельно. Указанный технический результат достигается тем, что корпуса гидравлических цилиндров закреплены неподвижно в поворотном кулаке, а двуплечий рычаг закреплён неподвижно на поворотном суппорте колеса.The essence of the invention lies in the fact that all nodes included in the actuator are not combined into a single unit, but are made independently. The specified technical result is achieved by the fact that the housing of the hydraulic cylinders are fixed motionless in the knuckle, and the two-arm lever is fixed motionless on the swivel support of the wheel.

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, в частности к исполнительным механизмам в системах рулевого управления колёсных транспортных средств.The invention relates to the field of transport engineering, in particular to actuators in steering systems of wheeled vehicles.

Рулевое управление обеспечивает движение автомобиля в заданном направлении. Рулевое управление состоит из рулевого механизма и рулевых приводов поворота колес. Рулевой механизм служит для передачи на рулевые приводы поворота колес управляющих команд, сформированных водителем. Рулевой привод поворота колеса предназначен для усиления этой команды и обеспечения поворота колеса на заданный угол.Steering provides the car in a given direction. The steering consists of a steering mechanism and steering gears for turning wheels. The steering mechanism is used to transmit steering commands formed by the driver to the steering drives of turning the wheels. The steering wheel steering is designed to reinforce this command and ensure the rotation of the wheel at a given angle.

Из уровня техники известны рулевые приводы поворота колеса, в состав которых входят гидравлические цилиндры, штоки которых через рычаги связаны с поворотным суппортом колеса, вращающимся относительно поворотного кулака (см. Б.Н. Белоусов, С.Б. Шухман Прикладная механика наземных тягово-транспортных средств, Агроконсалт, Москва, 2013, стр. 453-455, рис. 10.19-10.33, вкладка У1-3...7, а также И8 № 2007/0131474 ΑΙ Β62Ό 7/00, 2007-06-14). Недостатком указанных рулевых приводов является переменная, зависящая от величины угла поворота колеса, величина плеча, через которое поступательное перемещение штока гидравлического цилиндра преобразуется в угловое перемещение колеса, что приводит к изменению в зависимости от угла поворота колеса момента, действующего относительно оси поворота колеса, при неизменном усилии на штоке (при больших углах поворота колеса значение момента стремится к нулю). Для того чтобы обеспечить заданный момент на всех углах поворота колеса, возникает необходимость в увеличении плеча, что приводит к увеличению хода штока для обеспечения заданного угла поворота колеса и к увеличению расхода рабочей жидкости для обеспечения заданной угловой скорости поворота колеса. В результате увеличиваются габариты исполнительного механизма, возрастают энергетические затраты на его управление или ограничиваются углы поворота колеса.The steering wheel turning drives are known from the prior art, which include hydraulic cylinders, the rods of which are connected via levers to a rotary wheel support rotating relative to a steering knuckle (see B.N.Belousov, S. B. Shukhman Applied Mechanics of Ground Traction Transport funds, Agroconsult, Moscow, 2013, pp. 453-455, Fig. 10.19-10.33, tab U1-3 ... 7, and I8 No. 2007/0131474 ΑΙ Β62Ό 7/00, 2007-06-14). The disadvantage of these steering drives is a variable, depending on the value of the angle of rotation of the wheel, the amount of shoulder through which the translational movement of the rod of the hydraulic cylinder is converted into angular movement of the wheel, which leads to a change, depending on the angle of rotation of the wheel, of the moment acting relative to the axis of rotation of the wheel, at a constant effort on the rod (at large angles of rotation of the wheel, the moment value tends to zero). In order to provide a given moment at all angles of rotation of the wheel, there is a need to increase the shoulder, which leads to an increase in the stroke of the rod to provide a given angle of rotation of the wheel and to an increase in the flow rate of the working fluid to ensure a given angular velocity of rotation of the wheel. As a result, the dimensions of the actuator increase, the energy costs of its control increase, or the rotation angles of the wheel are limited.

Известен неполноповоротный исполнительный механизм, в состав которого входит двуплечий рычаг, преобразующий поступательное перемещение штока гидравлического цилиндра во вращательное выходного звена, рабочие поверхности двуплечего рычага выполнены по эвольвенте (см Патент КИ 131430, дата публикации 20.08.2013г, Ρ15Β 15/00.) Преимущество такого механизма заключается в постоянстве величины плеча, через которое поступательное перемещение штока гидравлического цилиндра преобразуется в угловое перемещение выходного звена. Это обстоятельство обеспечивает независимость от угла поворота выходного звена момента, действующего относительно оси вращения выходного звена, при неизменном усилии на штоке. Однако недостатком этого механизма является объединение всех входящих в исполнительный механизм узлов в единый блок, поскольку это затрудняет или делает невозможным использование такого механизма в составе рулевого привода поворота колеса из-за его больших габаритов. Данное решение принято за прототип.A half-turn actuator is known, which includes a two-arm lever that converts the translational movement of the hydraulic cylinder rod into a rotary output link, the working surfaces of the two-arm lever are made according to involute (see Patent KI 131430, publication date 08/20/2013, Ρ15Β 15/00.) Advantage of this mechanism consists in the constancy of the magnitude of the shoulder through which the translational movement of the rod of the hydraulic cylinder is converted into the angular movement of the output link. This circumstance ensures independence from the angle of rotation of the output link of the moment acting relative to the axis of rotation of the output link, with constant force on the rod. However, the disadvantage of this mechanism is the combination of all the nodes included in the actuator into a single unit, since this makes it difficult or impossible to use such a mechanism as part of the steering wheel steering because of its large dimensions. This decision was made as a prototype.

Предложенное решение позволяет устранить описанные выше недостатки и обеспечить достижение технического результата, заключающегося в уменьшении размеров рулевого привода поворота колеса и как следствие - в уменьшении энергетических затрат на его управление без ограничения углов поворота колеса.The proposed solution allows to eliminate the disadvantages described above and to ensure the achievement of a technical result, which consists in reducing the size of the steering wheel drive and, as a result, in reducing the energy costs of its management without limiting the angle of rotation of the wheel.

Сущность изобретения заключается в том, что все входящие в исполнительный механизм узлы не объединены в единый блок, а выполнены самостоятельно. Указанный технический результат достигается тем, что корпуса гидравлических цилиндров закреплены неподвижно в поворотном кулаке, а двуплечий рычаг закреплён неподвижно на поворотном суппорте колеса. Для специалистов очевидно, что при такой конструкции рулевого привода возникает необходимость защиты роликов и рабочей поверхности двуплечего рычага от попадания грязи и пыли. Для этой цели предусмотрен чехол замкнутого коробчатого сечения, одна сторона которого закреплена на поворотном кулаке, а вторая - на поворотном суппорте колеса.The essence of the invention lies in the fact that all nodes included in the actuator are not combined into a single unit, but are made independently. The specified technical result is achieved by the fact that the housing of the hydraulic cylinders are fixed motionless in the knuckle, and the two-arm lever is fixed motionless on the swivel support of the wheel. For specialists, it is obvious that with such a design of the steering drive there is a need to protect the rollers and the working surface of the two shoulders of the lever from dirt and dust. For this purpose, a closed box section cover is provided, one side of which is fixed to the steering knuckle, and the second to the rotary caliper of the wheel.

Сущность изобретения поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1 приведен общий вид колеса с рулевым приводом поворота колеса.In FIG. 1 shows a general view of a wheel with a steering wheel turning a wheel.

На фиг. 2 приведен разрез рулевого привода поворота колеса по плоскости, перпендикулярной оси поворота колеса для среднего положения колеса.In FIG. 2 shows a sectional view of a steering wheel steering wheel in a plane perpendicular to the axis of rotation of the wheel for the middle position of the wheel.

На фиг. 3 приведен разрез гидравлического цилиндра рулевого привода поворота колеса по плоскости, перпендикулярной оси поворота колеса для колеса, повёрнутого по часовой стрелке.In FIG. Figure 3 shows a section through the hydraulic cylinder of the steering wheel steering wheel in a plane perpendicular to the axis of rotation of the wheel for a wheel turned clockwise.

На фиг. 4 приведен разрез гидравлического цилиндра рулевого привода поворота колеса по плоскости параллельной оси поворота колеса.In FIG. 4 shows a section through a hydraulic cylinder of a steering wheel steering wheel in a plane parallel to the axis of rotation of the wheel.

Рулевой привод поворота колеса включает гидравлические цилиндры 1 и 6, которые неподвижно закреплены в поворотном кулаке 2. Гидравлический цилиндр 1 содержит шток 3 с роликом 4, установленным в подшипниках 5, а гидравлический цилиндр 6 включает шток 7 с роликом 8, установленным в подшипниках 9, закреплённых в штоке 7. Двуплечий рычаг 10, рабочие поверхности которого выполнены по эвольвенте, неподвижно закреплён в поворотном суппорте колеса 11с опорами 12 и 13, в которых подвижно крепится ось поворота колеса 14. Ось поворота колеса 14 связывает поворотный суппорт коле- 1 026424 са 11 с поворотным кулаком 2. Рулевой привод включает защитный чехол замкнутого коробчатого сечения 15, одна сторона которого закреплена на поворотном кулаке 2, а вторая - на поворотном суппорте колеса 11.The steering wheel rotation drive includes hydraulic cylinders 1 and 6, which are fixedly mounted in the steering knuckle 2. The hydraulic cylinder 1 comprises a rod 3 with a roller 4 mounted in bearings 5, and a hydraulic cylinder 6 includes a rod 7 with a roller 8 installed in bearings 9, fixed in the rod 7. A two-arm lever 10, the working surfaces of which are made according to an involute, is fixedly fixed in the rotary caliper of the wheel 11 with supports 12 and 13, in which the axis of rotation of the wheel 14 is movably mounted. The axis of rotation of the wheel 14 connects the rotary the second caliper is 1 026424 ca 11 with a rotary fist 2. The steering gear includes a protective cover of a closed box section 15, one side of which is mounted on the rotary fist 2, and the second on the rotary caliper of the wheel 11.

Рулевой привод поворота колеса работает следующим образом. В исходном положении штоки 3 и 7, связанный с ними через двуплечий рычаг 10 поворотный суппорт колеса 11, следовательно, колесо в целом, находятся в среднем положении (см. фиг. 2, 4). При подключении рабочей полости гидравлического цилиндра 1 к линии нагнетания гидросистемы, а рабочей полости гидравлического цилиндра 6 к линии слива гидросистемы шток 3 начинает выдвигаться (см. фиг. 3, 4). Поступательное перемещение штока 3 передаётся через подшипники 5, ролик 4 двуплечему рычагу 10 и преобразуется в угловое перемещение по часовой стрелке поворотного суппорта 11 с опорами 12 и 13 и колеса в целом, относительно оси поворота колеса 14. Одновременно угловое перемещение двуплечего рычага 10 преобразуется в поступательное движение ролика 8 и штока 7. При подключении рабочей полости гидравлического цилиндра 6 к линии нагнетания гидросистемы, а рабочей полости гидравлического цилиндра 1 к линии слива гидросистемы колесо поворачивается против часовой стрелки. Таким образом, поступательное перемещение поршней гидравлических цилиндров преобразуется в угловое перемещение колеса относительно поворотного кулака, при этом соотношения между линейными и угловыми параметрами (скорость, перемещение, усилие и момент) во всём диапазоне поворота колеса остаются неизменными.Steering wheel rotation is as follows. In the initial position, the rods 3 and 7, connected with them through a two-arm lever 10, the rotary caliper of the wheel 11, therefore, the wheel as a whole, are in the middle position (see Fig. 2, 4). When connecting the working cavity of the hydraulic cylinder 1 to the discharge line of the hydraulic system, and the working cavity of the hydraulic cylinder 6 to the drain line of the hydraulic system, the rod 3 begins to extend (see Fig. 3, 4). The translational movement of the rod 3 is transmitted through the bearings 5, the roller 4 to the two-arm lever 10 and is converted into a clockwise angular movement of the rotary caliper 11 with supports 12 and 13 and the wheel as a whole, relative to the axis of rotation of the wheel 14. At the same time, the angular movement of the two-shouldered lever 10 is converted into translational the movement of the roller 8 and the rod 7. When connecting the working cavity of the hydraulic cylinder 6 to the discharge line of the hydraulic system, and the working cavity of the hydraulic cylinder 1 to the drain line of the hydraulic system, the wheel turns rotive clockwise. Thus, the translational movement of the pistons of the hydraulic cylinders is converted into angular displacement of the wheel relative to the steering knuckle, while the ratios between linear and angular parameters (speed, displacement, force and moment) in the entire range of rotation of the wheel remain unchanged.

Чехол замкнутого коробчатого сечения 15, при повороте колеса, растягивается с одной стороны и сжимается с другой (см. фиг. 3), обеспечивая защиту от попадания грязи и пыли на ролики 4 и 8 и рабочие поверхности двуплечего рычага 10 на всех углах поворота колеса.The case of a closed box section 15, when turning the wheel, stretches on one side and contracts on the other (see Fig. 3), providing protection against ingress of dirt and dust on the rollers 4 and 8 and the working surfaces of the two shoulders of the lever 10 at all angles of rotation of the wheel.

Claims

CLAIM

Steering wheel rotation, including hydraulic cylinders (1, 6), containing rods (3, 7) with rollers (4, 8) installed in bearings (5, 9), fixed in respective rods (3, 7), double-arm lever (10), the working surfaces of which are made according to the involute (10), the steering wheel support (11) rotating relative to the steering knuckle (2), the rollers (4, 8) interacting with working surfaces of the two shoulders lever (10), characterized in that the housings of the hydraulic cylinders (1, 6) are fixed motionless in the steering knuckle (2), and the two-armed arms release lever (10) fixedly mounted on the rotary support wheel (11) with supports (12, 13) which is movably mounted wheel rotation axis (14) linking the wheel support pivot (11) with the steering knuckle (2).