ES2278540B1 - Aparato de direccion de potencia. - Google Patents
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Abstract
Aparato de dirección de potencia equipado con un mecanismo de cremallera y pistón (21), en donde un árbol de cremallera (9) y un vástago de pistón (3) están colocados paralelos entre sí, estando enlazados los dos extremos del árbol (9) y los dos extremos del vástago (3) a través de miembros de conexión (6, 7) y en donde el vástago de pistón (3) y el árbol de cremallera (9) están separados uno del otro, incrementando de esta manera la flexibilidad del diseño de los mismos.
Description
Aparato de dirección de potencia.
Esta invención se refiere a un aparato de
dirección de potencia, particularmente adecuado para uso en un
vehículo grande.
Uno de los aparatos de dirección de potencia
convencional del tipo descrito anteriormente se describe en el
documento JP-11-321682A. En el
aparato convencional, un vástago de pistón de un cilindro de
potencia y un árbol de cremallera de un mecanismo de cremallera y
pistón están formados integralmente y colocados coaxialmente.
Se plantean varios problemas cuando se monta un
aparato de control de potencia convencional estructurado como se ha
descrito anteriormente sobre un vehículo grande.
Uno de los problemas es un incremento en el
tamaño de todo el aparato a medida que se incrementa el diámetro
del árbol de cremallera. Puesto que la cremallera se forma sobre el
árbol de cremallera, el árbol de cremallera tiene que tener un
diámetro amplio con el fin de mantener la resistencia suficiente
para la cremallera. En particular, en un vehículo grande, debido a
la resistencia grande de la dirección, se requiere un árbol de
cremallera de un diámetro significativamente grande. Sin embargo,
debido a que el árbol de cremallera y el vástago de pistón se
combinan como se ha descrito anteriormente, a medida que se
incrementa el diámetro del árbol de cremallera, debe incrementarse
también el vástago de pistón.
En este caso, es imposible incrementar el
diámetro justamente del vástago del pistón sin un cambio en el
diámetro del pistón. Esto es debido a que si solamente el vástago
del pistón se incrementa relativamente en el diámetro sin cambiar
el diámetro del pistón, se reduce el área de recepción de la
presión, de manera que no se puede proporcionar una salida
pretendida. De acuerdo con ello, un incremento en el diámetro del
vástago de cremallera da como resultado una necesidad de
incrementar el diámetro del cilindro de potencia, lo que conduce a
un incremento en el tamaño de todo el aparato.
En otro problema, a medida que se incrementa el
cilindro de potencia en tamaño con el fin de producir un empuje
incrementado, debe incrementarse el diámetro del árbol de
cremallera. Esto es debido a que, para un incremento del empuje del
cilindro de potencia, debe incrementarse el vástago de pistón con
respecto a su resistencia y similares. Un incremento en el diámetro
del vástago de pistón da como resultado un incremento en el diámetro
árbol de cremallera combinado con un vástago de pistón. Un vehículo
grande requiere particularmente un empuje considerablemente alto
por parte del cilindro de potencia. Si el cilindro de potencia
requiere un vástago de pistón de un diámetro mayor que el requerido
para asegurar la resistencia del árbol de cremallera del mecanismo
de piñón y cremallera, el diámetro del árbol de cremallera excede
los límites de las especificaciones, dando como resultado un
inconveniente en términos de costes.
Es decir, que el cilindro de potencia y el
mecanismo de piñón y cremallera deben ser idénticos en
especificaciones dimensionales en todo momento debido a que el
vástago de pistón y el árbol de cremallera se forman integralmente
como se ha descrito anteriormente. Tal requerimiento de las mismas
especificaciones de ambos dan lugar a la imposibilidad de
responder, por ejemplo, a una demanda sólo de incremento del empuje
del cilindro de potencia sin cambiar el tamaño del árbol de
cremallera de acuerdo con un tipo de vehículo.
Se plantea otro problema por la diferencia entre
el vástago de pistón y el árbol de cremallera en la dirección de la
actuación de la fuerza. Especificación, el vástago de pistón es
accionado por un empuje en la dirección axial. Por otra parte, el
árbol de cremallera es accionado adicionalmente una fuerza
componente en una dirección en ángulos rectos a la dirección axial
debido a que la cremallera es presionada contra el piñón con el fin
de acoplar el piñón con la cremallera sin holgura. De esta manera,
la fuerza componente actúa también sobre el vástago de pistón. Sin
embargo, cuando el vástago de pistón es accionado por la fuerza en
ángulos rectos a la dirección axial, esto provoca la aparición de un
descarga descompensado sobre el pitón, el vástago de pistón, el
miembro de sellado o similar, por ejemplo.
A la vista de lo anterior, existe una necesidad
de un aparato de dirección de potencia que soluciona los problemas
mencionados anteriormente en la técnica relacionada. La presente
invención satisface estas necesidades en la técnica relacionada,
así como otras necesidades, que serán evidentes para los técnicos en
la materia a partir de esta descripción.
Un objeto de la presente invención es
proporcionar un aparato de dirección de potencia equipado con un
vástago de pistón y un árbol de cremallera que están separados uno
del otro con el fin de resolver los problemas convencionales
descritos anteriormente.
Con el fin de conseguir el objeto anterior, un
aspecto de la presente invención proporciona un aparato de
dirección de potencia equipado con un mecanismo de piñón y
cremallera para cambiar una dirección de las ruedas de acuerdo con
una entrada de la dirección, y un cilindro de potencia que
proporciona asistencia de potencia para el funcionamiento del
mecanismo de piñón y cremallera. El aparato de dirección de potencia
incluye un árbol de cremallera del mecanismo de piñón y cremallera,
un vástago de pistón que se proyecta desde ambos extremos del
cilindro de potencia y colocado en paralelo al árbol de cremallera,
y miembros de conexión, cada uno de los cuales enlaza ambos extremos
del árbol de cremallera a los dos extremos del vástago de
pistón.
Éstos y otros objetos, características, aspectos
y ventajas de la presente invención serán evidentes para los
técnicos en la materia a partir de la siguiente descripción
detallada que, tomada en combinación con los dibujos anexos,
describe una forma de realización preferida de la presente
invención.
La figura 1 es una vista en sección que ilustra
una forma de realización de la presente invención.
Una forma de realización preferida de la
presente invención se explicará con referencia a los dibujos. Será
evidente para los técnicos en la materia a partir de esta
descripción que la siguiente descripción de la forma de realización
preferida de la invención se proporciona sólo a modo de ejemplo, y
no con la finalidad de limitar la presente invención como se define
por las reivindicaciones anexas y sus equivalentes.
La forma de realización preferida ilustra un
aparato de dirección de potencia utilizado en un vehículo
grande.
Un cilindro de potencia 20, que proporciona
asistencia de potencia para la operación de dirección del vehículo,
incluye un tubo cilíndrico 1, un pistón 2 que se puede deslizar en
el tubo cilíndrico 1 y un vástago de pistón 3 asegurado al pistón
2.
El vástago de pistón 3 se extiende hacia fuera a
través de los dos extremos del tubo cilíndrico 1. El interior del
tubo cilíndrico 1 está dividido por el pistón en dos cámaras
cilíndricas 1a y 1b. El vástago del pistón 3 está soportado de forma
móvil por cojinetes 4 y 5, que están previstos, respectivamente, en
los dos extremos del tubo cilíndrico 1. El tubo cilíndrico 1 está
asegurado al cuerpo del vehículo (no se muestra).
Como se describe posteriormente, suministrando
aceite a presión selectivamente a la cámara cilíndrica 1a, 1b, el
pistón 2 se mueve dentro del tubo cilíndrico 1 y, por lo tanto, el
vástago del pistón 3 se mueve en la dirección axial.
Los dos extremos del vástago del pistón 3 que se
proyectan desde el tubo del cilindro 1 están conectados a través de
miembros de conexión 6 y 7 hasta un mecanismo de cremallera y
pistón 21. Los extremos de los miembros de conexión 6 y 7
respectivos están unidos de forma desprendible a los extremos
correspondientes del vástago de pistón 3 con taladros 6a y 7a.
El mecanismo de cremallera y pistón 21 para
cambiar la dirección de las ruedas de acuerdo con la operación de
dirección incluye un árbol de cremallera 9. El árbol de cremallera
9 se extiende a través de un miembro de soporte 8 fijado al cuerpo
del vehículo (no se muestra), para ser soportado encima. El árbol de
cremallera 9 está soportado en paralelo al vástago de pistón 3. Los
otros extremos de los miembros de conexión 6 y 7 respectivos están
conectados a los dos extremos del árbol de cremallera 9. De acuerdo
con ello, el vástago de pistón 3 y el árbol de cremallera 9 se
combinan entre sí y se mueven la misma distancia en la misma
dirección.
La conexión entre el árbol de cremallera 9 y los
miembros de conexión 6 y 7 es separable.
Los dos extremos del árbol de cremallera 9 están
conectados, respectivamente, a barras tirantes 14 y 15, que están
conectadas a las ruedas (no se muestran). Esta estructura permite un
cambio en la dirección de las ruedas (no se muestran) cuando el
árbol de cremallera 9 se mueve en la dirección axial.
Una cremallera 10 está formada sobre una cara
lateral del árbol de cremallera 9 y se extiende en la dirección
axial. Un piñón 12 está acoplado con la cremallera 10 y está fijado
sobre un árbol de entrada 11.
El árbol de entrada 11 está soportado de forma
giratoria dentro de una carcasa 24 del mecanismo de cremallera y
piñón 21 y está unido al volante (no se muestra). Por lo tanto, el
árbol de entrada 11 gira con el funcionamiento del volante, después
de lo cual se aplica la fuerza de rotación al piñón 12 para hacerlo
girar. La rotación es alimentada a la cremallera 10 que se acopla
con el piñón 12, de manera que el árbol de cremallera 9 se mueve en
la dirección axial.
El árbol de entrada 11 está conectado
funcionalmente a un mecanismo de detección del par de
dirección 22 y a un mecanismo de válvula 23.
dirección 22 y a un mecanismo de válvula 23.
El mecanismo de detección del par 22 detecta el
par de dirección que actúa sobre el árbol de entrada 11. El
mecanismo de válvula 23 está con mutado de acuerdo con una
dirección de rotación del árbol de entrada 11, y controla el caudal
de flujo de alimentación de fluido hidráulico al cilindro de
potencia 20 de acuerdo con el par de dirección.
El mecanismo de válvula 23 y las cámaras
cilíndricas 1a y 1b del tubo cilíndrico 1 se comunican entre sí por
medio de tubos 16 y 17. El fluido hidráulico es suministrado y
descargado a través de los tubos 16 y 17.
El fluido hidráulico es suministrado desde una
fuente hidráulica (no se muestra) que está provista con una bomba
hidráulica accionada habitualmente por el motor del vehículo y un
depósito que contiene el fluido hidráulico.
El vástago de pistón 3 y el árbol de cremallera
9 están colocados en paralelo entre sí, como se ha descrito
anteriormente. El eje del árbol de entrada 11 está colocado en
paralelo al plano en el que están colocados los ejes del vástago de
pistón 3 y el árbol de cremallera 9.
El árbol de entrada 11 se extiende hacia el tubo
cilíndrico 1, en lugar de esta estructura el árbol de entrada 11 se
puede extender en la dirección opuesta, a saber, hacia la cremallera
10.
A continuación se describirá el funcionamiento
de la forma de realización. Después del accionamiento del volante
(no mostrado), el árbol de entrada 11 gira y la fuerza de rotación
es aplicada al piñón 12 de acuerdo con la dirección de rotación del
árbol de entrada 11. Después de la aplicación de la fuerza de
dirección al piñón 12, el piñón 12 acciona el árbol de cremallera 9
en el sentido de rotación, y al mismo tiempo el mecanismo de
detección del par de dirección 22 detecta el par de dirección que
corresponde a la fuerza de rotación aplicada al piñón 12. Después de
que el par de dirección ha sido detectado por el mecanismo de
detección del par de dirección 22, el mecanismo de la válvula 23
suministra fluido hidráulico al cilindro de potencia 20 en un caudal
de alimentación adecuado al par detectado de acuerdo con el sentido
de rotación del árbol de entrada 11.
Más específicamente, una cualquiera de las
cámaras cilíndricas 1a y 1b del cilindro de potencia 20 está
conectada en fluido a la bomba de aceite y la otra está conectada en
fluido con el depósito. Por lo tanto, el pistón 2 del cilindro de
potencia 20 se mueve por estas presiones de aceite, de manera que el
vástago de pistón 3 se mueve en la dirección axial.
Mientras el vástago de pistón 3 se mueve en la
dirección axial como se ha descrito anteriormente, el árbol de
cremallera 9 unido al vástago de pistón 3 a través de los miembros
de conexión 6 y 7 se mueve también en la misma dirección axial. La
dirección de movimiento del árbol de cremallera 9 en este instante
coincide con el sentido de rotación del piñón 12 acoplado con la
cremallera 10. Es decir, que el cilindro de potencia 20 proporciona
asistencia de potencia para el piñón 12 que acciona el árbol de
cremallera 9.
Cuando el árbol de cremallera 9 se mueve en la
dirección axial en sincronización con la rotación del piñón 12 de
esta manera, las barras tirantes 14 y 15 se mueven, cambiando de
esta manera la dirección de las ruedas (no se muestran).
De acuerdo con la presente invención, por lo
tanto, puesto que el vástago de pistón 3 y el árbol de cremallera 9
se pueden separar uno del otro por medio de los miembros de conexión
6 y 7, es posible establecer las especificaciones dimensionales del
vástago de pistón 3 y del árbol de cremallera 9 de una manera
independiente uno del otro, dando como resultado un incremento en la
flexibilidad de diseño.
Por esta razón, incluso cuando el mecanismo de
cremallera y pistón 21 no es sustituido, se pueden combinar
cilindros de potencia 20 alternativos de una capacidad diferente
con el mecanismo de cremallera y pistón 21 para uso.
Por ejemplo, esto elimina la necesidad de usar
un árbol de cremallera 9 de un diámetro grande, incluso cuando el
diámetro del vástago de pistón 3 del cilindro de potencia 20
alternativo es mayor. En consecuencia, el uso de un árbol
cremallera 9 de diámetro pequeño hace posible una reducción del
tamaño de todo el aparato de dirección de potencia. Adicionalmente,
los mismos componentes se pueden utilizar para varios tipos,
resultando una ventaja en términos de coste.
Debido a que los cuatro extremos del árbol de
cremallera 9 y el vástago de pistón 3, que están colocados en
paralelo, están unidos de una manera correspondiente por los
miembros de conexión 6 y 7, el empuje del vástago de pistón 3
actúan de la misma manera sobre los extremos del árbol de cremallera
9 y también una fuerza de asistencia de potencia provocada por el
cilindro de potencia 20 es transferida de una manera eficiente al
árbol de cremallera 9 sin la acción de una fuerza componente en un
ángulo con respecto al eje de la cremallera.
Además, el árbol de cremallera 9 y el vástago de
pistón 3 están colocados en paralelo y el árbol de entrada 11,
provisto con el piñón 12, está colocado en paralelo al plano, en el
que están colocados los ejes del árbol de cremallera 9 y el vástago
de pistón 3. Por lo tanto, incluso cuando la fuerza de transferencia
entre el piñón 12 y la cremallera 10 provoca que se produzca una
fuerza componente en una dirección en ángulo recto con respecto a la
cara de acoplamiento entre el piñón 12 y la cremallera 10 sobre el
árbol de cremallera 9, la fuerza componente actuará directamente
como una fuerza que dobla el vástago de piñón 3. Por esta razón, no
se aplica una fuerza de actuación desde una dirección en ángulo
recto hasta la dirección axial del vástago de pistón 3, eliminando
de esta manera el inconveniente del desgaste descompensado sobre el
pistón 2, el vástago de pistón 3, un miembro de sellado o similares
del cilindro de potencia 20.
Esta solicitud reivindica la prioridad de la
solicitud de patente japonesa N° 2005-1101163. Toda
la descripción de la solicitud de patente japonesa N°
2005-101163 se incorpora aquí de esta manera por
referencia.
Aunque solamente se ha elegido una forma de
realización preferida seleccionada para ilustrar la presente
invención, será evidente para los técnicos en la materia que se
pueden realizar varios cambios aquí sin apartarse del alcance de la
invención, como se define en las reivindicaciones anexas. Además, la
descripción anterior de la forma de realización preferida de acuerdo
con la presente invención es proporcionada sólo para ilustración y
no con la finalidad de limitar la invención como se define por las
reivindicaciones anexas y sus equivalentes.
Claims (3)
1. Un aparato de dirección de potencia equipado
con un mecanismo de cremallera y pistón para cambiar una dirección
de las ruedas de acuerdo con una entrada de dirección, y un
cilindro de potencia que proporciona asistencia de potencia para el
funcionamiento del mecanismo de cremallera y pistón, que
comprende:
un árbol de cremallera del mecanismo de
cremallera y pistón;
un vástago de pistón que se proyecta desde ambos
extremos del cilindro de potencia y que está colocado en paralelo
del árbol de cremallera, y
miembros de conexión, cada uno de los cuales
enlaza ambos extremos del árbol de cremallera a ambos extremos del
vástago de pistón.
2. Un aparato de dirección de potencia de
acuerdo con la reivindicación 1, en el que:
cada uno de los miembros de conexión está
conectado de forma desprendible al vástago de pistón y al árbol de
cremallera.
3. Un aparato de dirección de potencia de
acuerdo con la reivindicación 1, en el que:
un piñón previsto sobre un árbol de entrada del
mecanismo de cremallera y piñón está acoplado con una cremallera
prevista sobre el árbol de cremallera; y
el árbol de entrada está previsto en una
posición para colocar un eje del árbol de entrada en paralelo a un
plano, en el que están colocados los ejes del vástago de pistón y
del árbol de cremallera.
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