RU2159717C1

RU2159717C1 - Steering electric servo

Info

Publication number: RU2159717C1
Application number: RU99106302A
Authority: RU
Inventors: М.Х. Салахов; А.В. Сидоров; В.К. Скребенков
Original assignee: Открытое акционерное общество "АВТОВАЗ"
Priority date: 1999-03-29
Filing date: 1999-03-29
Publication date: 2000-11-27

Abstract

FIELD: transport engineering; steering gears. SUBSTANCE: proposed electric servo has housing accommodating drive and driven shafts connected by torsion bar, drive shaft torque transmitter and worm gear drive. Housing is closed by first and second covers from shaft extensions. Worm gear drive has worm wheel which is concentric relative to driven shaft and is rigidly connected with shaft, and multiple-start worm set into operation by electric motor. Driven shaft is arranged in servo housing in bearing whose inner race encloses inner end of drive shaft. The latter is installed through bearing on torsion bar coupling inner end of drive shaft with outlet end of driven shafts. Bearing, from side of outlet end of drive shaft, is mounted on second cover. EFFECT: enhanced simplified design, improved reliability. 6 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к сервомеханизмам рулевого привода транспортного средства, в частности автомобиля, и может быть использовано в качестве электроусилителя рулевого управления. The invention relates to servomechanisms of the steering drive of a vehicle, in particular a car, and can be used as an electric power steering.

Известно устройство рулевого управления с электрическим усилителем, описанное в заявке Японии N 1-46347 В (опубл. 06.10.89 г.). Устройство содержит ведущий вал, соединенный с рулевым колесом, ведомый вал, приводящий в действие механизм поворота колес, и электроусилитель, добавляющий крутящий момент ведомому валу. Ведущий и ведомый валы соединены торсионом, установленным с возможностью скручивания при приложении к ведущему валу крутящего момента. Электроусилитель содержит электродвигатель, выходной вал которого соединен с шестерней, находящейся в зацеплении с реверсивным зубчатым колесом, установленным концентрично ведомому валу и взаимодействующим с планетарной передачей, передающей крутящий момент электродвигателя на ведомый вал. A steering device with an electric amplifier is known, described in Japanese application N 1-46347 V (publ. 06.10.89). The device includes a drive shaft connected to the steering wheel, a driven shaft that drives the wheel rotation mechanism, and an electric amplifier that adds torque to the driven shaft. The drive and driven shafts are connected by a torsion bar, which can be twisted when torque is applied to the drive shaft. The electric amplifier comprises an electric motor, the output shaft of which is connected to a gear gear meshed with a reverse gear mounted concentrically to the driven shaft and interacting with a planetary gear transmitting the electric motor torque to the driven shaft.

Описанное устройство усложнено использованием планетарной передачи, требующей, кроме того, высокой точности изготовления и установки. The described device is complicated by the use of a planetary gear, which also requires high precision manufacturing and installation.

Наиболее близким техническим решением является рулевой механизм с электрическим серводвигателем, известный из заявок Японии NN 1-249575 A и 1-249576 A (опубл. 04.10.89 г.). Рулевой механизм включает в себя электроусилитель, содержащий расположенные в едином корпусе ведущий вал, на который передается вращающее усилие от рулевого колеса, ведомый вал, приводящий в действие механизм поворота колес, и электропривод. Ведущий и ведомый валы соединены торсионом, установленным с возможностью скручивания, причем внутренний конец ведомого вала охвачен смежным с ним расширенным концом ведущего вала. По упругой деформации торсиона определяется крутящий момент на ведущем валу. Электропривод содержит электродвигатель с червячной передачей, в которой червяк соединен с выходным валом электродвигателя и находится в зацеплении с фрагментом червячного колеса, образующим концентричный ведомому валу зубчатый венец на наружной поверхности втулки муфты сцепления электропривода с ведомым валом. Электроусилитель включает в себя также датчик крутящего момента на ведущем валу, по сигналу которого включается электродвигатель. Конструктивно датчик располагается в корпусе электроусилителя со стороны ведущего вала. Со стороны ведомого вала корпус электроусилителя закрыт крышкой. Ведущий вал установлен в корпусе электроусилителя непосредственно на одном подшипнике и опосредственно через торсион, проходящий внутри ведущего и ведомого валов по всей их длине и закрепленный у их противоположно направленных концов, опирается на выходной конец ведомого вала. Ведомый вал, в свою очередь, своим выходным концом установлен в крышке на подшипнике непосредственно, а относительно корпуса - на двух подшипниках, один из которых расположен между ведомым валом и внутренней поверхностью втулки муфты сцепления, а второй установлен между наружной поверхностью втулки муфты сцепления и внутренней поверхностью корпуса электроусилителя. При этом, подшипники, устанавливающие ведомый вал в корпусе через муфту сцепления, расположены преимущественно по разные стороны от плоскости, содержащей ось червяка и перпендикулярной общей оси ведущего и ведомого валов. The closest technical solution is the steering mechanism with an electric servomotor, known from Japanese applications NN 1-249575 A and 1-249576 A (publ. 04.10.89). The steering mechanism includes an electric power amplifier, comprising a drive shaft located in a single housing, to which a rotational force is transmitted from the steering wheel, a driven shaft that drives the wheel turning mechanism, and an electric drive. The drive and driven shafts are connected by a torsion bar mounted with the possibility of twisting, and the inner end of the driven shaft is covered by the adjacent extended end of the drive shaft. The elastic deformation of the torsion bar determines the torque on the drive shaft. The electric drive contains a worm gear motor in which the worm is connected to the output shaft of the electric motor and is engaged with a fragment of the worm wheel forming a gear rim concentric to the driven shaft on the outer surface of the sleeve of the electric drive clutch with the driven shaft. The electric amplifier also includes a torque sensor on the drive shaft, at the signal of which the electric motor is switched on. Structurally, the sensor is located in the housing of the electric amplifier on the side of the drive shaft. On the side of the driven shaft, the electric power box is closed by a cover. The drive shaft is installed in the housing of the electric amplifier directly on one bearing and directly through the torsion bar, passing inside the drive and driven shafts along their entire length and fixed at their opposite ends, rests on the output end of the driven shaft. The driven shaft, in turn, is mounted directly on the bearing cap with its output end, and on two bearings relative to the housing, one of which is located between the driven shaft and the inner surface of the clutch sleeve, and the second is installed between the outer surface of the clutch sleeve and internal the surface of the electric power box. At the same time, bearings that install the driven shaft in the housing through the clutch are located mainly on different sides of the plane containing the axis of the worm and perpendicular to the common axis of the drive and driven shafts.

Крутящий момент, прилагаемый к рулевому колесу, передается через ведущий вал и торсион на ведомый вал и далее на механизм поворота колес. При незначительных величинах крутящего момента скручивание торсиона незначительно, ведущий и ведомый валы вращаются совместно, причем ведомый вал свободно вращается в муфте, неподвижной относительно корпуса электроусилителя. При превышении крутящим моментом определенного значения, определяемого величиной скручивания торсиона, включается электродвигатель, который добавляет вращающий момент ведомому валу через червячную передачу и муфту сцепления, облегчая тем самым работу водителю. The torque applied to the steering wheel is transmitted through the drive shaft and torsion bar to the driven shaft and then to the wheel rotation mechanism. With insignificant amounts of torque, the torsion torsion is insignificant, the drive and driven shafts rotate together, and the driven shaft rotates freely in the coupling, which is stationary relative to the body of the electric amplifier. When the torque exceeds a certain value, determined by the amount of torsion torsion, an electric motor is turned on, which adds torque to the driven shaft through the worm gear and clutch, thereby facilitating the driver’s work.

Недостатком рассмотренной конструкции является ее сложность и недостаточная надежность как следствие сложности и недостаточной надежности установки валов, что, при работе в условиях вибрации и ударов, может привести к нарушению центровки ведущего и ведомого валов и, в конечном итоге, к заклиниванию муфты или червячной передачи. The disadvantage of the design considered is its complexity and lack of reliability as a consequence of the complexity and insufficient reliability of the installation of the shafts, which, when operating under vibration and shock conditions, can lead to a misalignment of the alignment of the drive and driven shafts and, ultimately, to jam the coupling or worm gear.

Задачей изобретения является упрощение конструкции и повышение надежности электрического усилителя рулевого управления. The objective of the invention is to simplify the design and increase the reliability of the electric power steering.

Указанная задача в электрическом усилителе рулевого управления, содержащем корпус, в котором установлены ведущий вал, ведомый вал, соединенные торсионом, датчик крутящего момента на ведущем валу и червячная передача, состоящая из червячного колеса, установленного концентрично ведомому валу, и червяка, приводимого во вращение связанным с ним электродвигателем, причем ведущий вал установлен на двух подшипниках, один из которых расположен на торсионе, а ведомый вал своим выходным концом установлен на подшипнике в первой крышке усилителя, решается тем, что ведомый вал расположен в корпусе усилителя на подшипнике своим внутренним концом, охватывающим внутренний конец ведущего вала, установленного относительно ведомого вала посредством подшипника на торсионе, связывающем внутренний конец ведущего вала с выходным концом ведомого вала, причем усилитель снабжен второй крышкой с подшипником со стороны выходного конца ведущего вала. The indicated task is in an electric power steering amplifier comprising a housing in which a drive shaft, a driven shaft connected by a torsion bar, a torque sensor on the drive shaft and a worm gear consisting of a worm wheel mounted concentrically to the driven shaft and a worm driven by rotation are connected with it an electric motor, and the drive shaft is mounted on two bearings, one of which is located on the torsion bar, and the driven shaft with its output end is mounted on the bearing in the first cover of the amplifier, the fact that the driven shaft is located in the housing of the amplifier on the bearing with its inner end, covering the inner end of the drive shaft mounted relative to the driven shaft by a bearing on a torsion bar connecting the inner end of the drive shaft with the output end of the driven shaft, the amplifier is provided with a second cover with a bearing side of the output end of the drive shaft.

Ведомый вал установлен на подшипниках, расположенных преимущественно по разные стороны от червячного колеса. The driven shaft is mounted on bearings located mainly on opposite sides of the worm wheel.

Ведущий вал может быть установлен в подшипнике второй крышки посредством детали датчика крутящего момента. The drive shaft can be installed in the bearing of the second cover by means of a torque sensor part.

В частном случае, в электроусилителе использованы подшипники качения. In the particular case, rolling bearings are used in the electric amplifier.

Червячное колесо, как правило, жестко связано с ведомым валом. The worm wheel is usually rigidly connected to the driven shaft.

Червяк выполнен предпочтительно многозаходным. The worm is preferably multi-starting.

Приведенная совокупность признаков в сравнении с известным уровнем техники позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения условию "новизна". В то же время, совокупность отличительных признаков, приводящая к решению поставленной задачи, явным образом не следует из уровня техники, поэтому заявляемое техническое решение соответствует условию "изобретательский уровень". The above set of features in comparison with the prior art allows us to conclude that the claimed technical solution meets the condition of "novelty." At the same time, the combination of distinctive features, leading to the solution of the problem, does not explicitly follow from the prior art, therefore, the claimed technical solution meets the condition of "inventive step".

Изобретение представлено на следующих чертежах. На фиг.1 показан электрический усилитель рулевого управления в разрезе вдоль общей оси валов, на фиг. 2 представлен разрез электрического усилителя вдоль оси червяка. The invention is presented in the following drawings. Fig. 1 shows an electric power steering in section along the common axis of the shafts; Fig. 2 shows a section through an electric amplifier along the axis of a worm.

Электрический усилитель рулевого управления содержит корпус 1, в котором установлены ведущий вал 2, ведомый вал 3, соединенные торсионом 4, датчик 5 крутящего момента на ведущем валу 2 и червячная передача. Со стороны выходных концов ведомого и ведущего валов 3, 2 корпус 1 закрыт первой и второй крышками 6, 7. Червячная передача состоит из червячного колеса 8, установленного концентрично ведомому валу 3 и, как правило, жестко соединенного с ним, и червяка 9, преимущественно многозаходного, приводимого во вращение связанным с ним электродвигателем 10. The electric power steering includes a housing 1 in which a drive shaft 2, a driven shaft 3 connected by a torsion 4, a torque sensor 5 on the drive shaft 2 and a worm gear are installed. From the output ends of the driven and driving shafts 3, 2, the housing 1 is closed by the first and second covers 6, 7. The worm gear consists of a worm gear 8 mounted concentrically to the driven shaft 3 and, as a rule, rigidly connected to it, and the worm 9, mainly multi-start, driven into rotation by an associated electric motor 10.

Ведущий вал 2 установлен на двух подшипниках 11, 12. Один подшипник 11 расположен на торсионе 4 у внутреннего конца ведущего вала 2 и охвачен внутренним концом ведомого вала 3. Второй подшипник 12 размещен во второй крышке 7, ведущий вал установлен в нем, в частном случае, посредством детали 13 датчика 5 крутящего момента. Торсион 4 связывает внутренний конец ведущего вала 2 с выходным концом ведомого вала 3, расположенным в подшипнике 14 на первой крышке 6 корпуса 1. В свою очередь, внутренний конец ведомого вала 3 установлен относительно корпуса 1 на подшипнике 15. Наиболее предпочтительно конструктивное исполнение, когда подшипники 14, 15, на которых установлен ведомый вал, расположены по разные стороны от червячного колеса 8. Все упомянутые подшипники являются, как правило, подшипниками качения. The drive shaft 2 is mounted on two bearings 11, 12. One bearing 11 is located on the torsion 4 at the inner end of the drive shaft 2 and is surrounded by the inner end of the driven shaft 3. The second bearing 12 is located in the second cover 7, the drive shaft is installed in it, in the particular case , through the part 13 of the torque sensor 5. A torsion bar 4 couples the inner end of the drive shaft 2 to the output end of the driven shaft 3 located in the bearing 14 on the first cover 6 of the housing 1. In turn, the inner end of the driven shaft 3 is mounted relative to the housing 1 on the bearing 15. Most preferably, when the bearings 14, 15, on which the driven shaft is mounted, are located on opposite sides of the worm wheel 8. All of these bearings are, as a rule, rolling bearings.

Крутящий момент, прилагаемый к рулевому колесу, передается через ведущий вал 2 и торсион 4 на ведомый вал 3 и далее на механизм поворота колес. При незначительных величинах крутящего момента скручивание торсиона 4 незначительно, ведущий и ведомый валы 2, 3 вращаются совместно, причем ведомый вал 3, вращаясь вместе с червячным колесом 8, через червяк 9 приводит во вращение ротор отключенного электродвигателя 10. Поскольку червяк 9 предпочтительно выполнен многозаходным, например трехзаходным, крутящий момент, затрачиваемый на прокручивание редуктора и ротора электродвигателя, невелик. При превышении крутящим моментом определенного значения, определяемого датчиком 5 по величине скручивания торсиона 4, включается электродвигатель 10, который добавляет вращающий момент ведомому валу 3 через червячную передачу, облегчая тем самым работу водителю. Электродвигатель 10, используемый в электроусилителе, как правило, реверсивного типа, его включение и выключение осуществляется по сигналу датчика 5 блоком 16 управления, который может быть установлен на электродвигателе 10. The torque applied to the steering wheel is transmitted through the drive shaft 2 and torsion 4 to the driven shaft 3 and then to the wheel rotation mechanism. With small amounts of torque, the twisting of the torsion 4 is insignificant, the drive and driven shafts 2, 3 rotate together, and the driven shaft 3, rotating together with the worm wheel 8, drives the rotor of the disconnected electric motor 10 through the worm 9. Since the worm 9 is preferably multi-start, for example, three-way, the torque spent on rolling the gearbox and rotor of the electric motor is small. When the torque exceeds a certain value determined by the sensor 5 by the amount of torsion 4 torsion, the electric motor 10 is turned on, which adds torque to the driven shaft 3 through the worm gear, thereby facilitating the driver’s work. The electric motor 10 used in the electric amplifier is usually of a reversible type, its switching on and off is carried out by the signal of the sensor 5 by the control unit 16, which can be installed on the electric motor 10.

Таким образом, получена конструкция электрического усилителя рулевого управления, достаточно простая и надежная в работе за счет оптимального расположения ее узлов и деталей. Thus, the design of the electric power steering is obtained, which is quite simple and reliable in operation due to the optimal arrangement of its components and parts.

Claims

1. Electric power steering, comprising a housing in which a drive shaft and a driven shaft are connected, connected by a torsion bar, a torque sensor on the drive shaft and a worm gear consisting of a worm wheel mounted concentrically to the driven shaft and a worm driven into rotation associated with electric motor, and the drive shaft is mounted on two bearings, one of which is located on the torsion bar, and the driven shaft with its output end is mounted on the bearing in the first cover of the amplifier, characterized in that the driven shaft is located in the amplifier housing on the bearing with its inner end covering the inner end of the drive shaft mounted relative to the driven shaft by means of a bearing on a torsion bar connecting the inner end of the drive shaft with the output end of the driven shaft, and the amplifier is provided with a second cover with a bearing on the output side end of drive shaft.

2. The electric power steering according to claim 1, characterized in that the driven shaft is mounted on bearings located on opposite sides of the worm wheel.

3. The electric power steering according to claim 1, characterized in that the drive shaft is installed in the bearing of the second cover by means of a torque sensor part.

4. Electric power steering according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it uses rolling bearings.

5. The electric power steering according to claim 1, characterized in that the worm wheel is rigidly connected to the driven shaft.

6. The electric power steering according to claim 1, characterized in that the worm is multi-start.