RU2179132C2

RU2179132C2 - Vehicle steering mechanism with built-in booster

Info

Publication number: RU2179132C2
Application number: RU99127922A
Authority: RU
Inventors: Михаил Матвеевич Подгаецкий; Сергей Михайлович Поветкин; Роман Павлович Беляковский
Original assignee: Верисоцкий Владимир Михайлович; Михаил Матвеевич Подгаецкий
Priority date: 1999-12-30
Filing date: 1999-12-30
Publication date: 2002-02-10

Abstract

FIELD: transport engineering; steering gears. SUBSTANCE: proposed steering mechanism with built-in booster has case 1 accommodating piston 2 with toothed rack 3 dividing case into two working spaces 4 and 5, hollow screw 6 mechanically coupled by ball-and-screw train 7 with piston 2, toothed sector 8 of shaft of pitman arm 9 in meshing with toothed rack 3. Rotor 10 is installed inside screw 6 on bearing 11. Longitudinal grooves are made on inner surface of screw 6 and outer surface of rotor 10. Some grooves are connected with space 4, and others, with space 5, through holes. Grooves communicate with pressure and return main lines. Radial groove is made on rotor 10 in zone of longitudinal grooves. One of bearings 11 is fitted in radial groove. EFFECT: increased working area on piston, simplified design, reduced cost of steering mechanism. 2 cl, 6 dwg _

Description

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к рулевым механизмам со встроенными гидравлическими усилителями. The invention relates to transport machinery, in particular to steering gears with integrated hydraulic amplifiers.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является рулевой механизм транспортного средства со встроенным усилителем, содержащий корпус, внутри которого расположены поршень, делящий его на две рабочие полости, одна из которых прилегает к распределителю, а другая отделена от последнего поршнем, полый винт, кинематически связанный шариковой винтовой передачей с поршнем, зубчатый сектор вала сошки, находящийся в зацеплении с выполненной на поршне зубчатой рейкой, ротор, соосно установленный внутри винта на подшипниках с возможностью вращения относительно него, распределитель образован продольными пазами, выполненными на внутренней поверхности винта и наружной поверхности ротора, причем диаметрально противоположные канавки на винте соединены с разными рабочими полостями, а на роторе одна соединена с напорной, а другая со сливной магистралью. Канавки винта связаны с рабочей полостью, которая отделена от распределителя поршнем, посредством отверстий в винте, соединяющих эти канавки с кольцевым зазором, образованным наружной поверхностью винта и внутренней поверхностью втулки, установленной на винте. /см. Каталог фирмы ZAHNRAD FABRIK, ФРГ, 1985/. The closest technical solution, selected as a prototype, is the steering mechanism of a vehicle with an integrated amplifier, comprising a housing, inside of which there is a piston dividing it into two working cavities, one of which is adjacent to the distributor, and the other is separated from the last by a piston, a hollow screw kinematically connected by a ball screw transmission with a piston, a gear sector of a bipod shaft, meshed with a gear rack made on a piston, a rotor coaxially mounted inside the screw on ipnikah rotatably relative thereto, a distributor formed by longitudinal grooves provided on the inner surface of the rotor and the outer rotor surface, the opposite groove on the screw are connected to different working cavities and the rotor is connected to a pressure and the other with the drain line. The grooves of the screw are connected to the working cavity, which is separated from the distributor by a piston, through holes in the screw connecting these grooves with an annular gap formed by the outer surface of the screw and the inner surface of the sleeve mounted on the screw. /cm. Catalog of the company ZAHNRAD FABRIK, Germany, 1985 /.

Недостатками известного рулевого механизма являются:
- сложность конструкции, обусловленная наличием втулки, а также уплотнения и стопорного кольца, необходимых для установки и фиксации втулки в нужном положении;
- повышенная стоимость изготовления рулевого механизма, так как втулка изготавливается из дорогостоящего материала;
- снижение момента на выходном валу, обусловленное тем, что наличие втулки уменьшает рабочую площадь поршня.The disadvantages of the known steering gear are:
- the complexity of the design, due to the presence of the sleeve, as well as the seal and circlip needed to install and fix the sleeve in the right position;
- increased manufacturing cost of the steering mechanism, since the sleeve is made of expensive material;
- reducing the torque on the output shaft, due to the fact that the presence of the sleeve reduces the working area of the piston.

В основу изобретения поставлена задача создать такой рулевой механизм транспортного средства со встроенным усилителем, в котором новое выполнение распределителя позволило бы увеличить момент на выходном валу, а также упростить конструкцию и снизить стоимость изготовления рулевого механизма. The basis of the invention is the task of creating such a steering mechanism of a vehicle with a built-in amplifier, in which a new design of the distributor would increase the moment on the output shaft, as well as simplify the design and reduce the manufacturing cost of the steering mechanism.

Поставленная задача решается тем, что в рулевом механизме транспортного средства со встроенным усилителем, содержащем корпус, внутри которого размещены поршень, делящий его на две рабочие полости, одна из которых прилегает к распределителю, а другая отделена от последнего поршнем, полый винт, кинематически связанный шариковой винтовой передачей с поршнем, зубчатый сектор вала сошки, находящийся в зацеплении с выполненной на поршне зубчатой рейкой, ротор, соосно установленный внутри винта на подшипниках с возможностью вращения относительно него, при этом распределитель образован продольными канавками, выполненными на внутренней поверхности винта и наружной поверхности ротора, причем диаметрально противоположные канавки на винте соединены с разными рабочими полостями корпуса, а на роторе одна соединена с напорной, а другая со сливной магистралями, канавки винта распределителя гидравлически соединены с рабочей полостью, отделенной от него поршнем, посредством дополнительных продольных канавок, выполненных на наружной поверхности ротора и отверстий в винте. The problem is solved in that in the steering mechanism of a vehicle with a built-in amplifier containing a housing, inside of which there is a piston dividing it into two working cavities, one of which is adjacent to the distributor, and the other is separated from the last by a piston, a hollow screw kinematically connected by a ball a helical gear with a piston, a gear sector of the bipod shaft meshed with a gear rack made on a piston, a rotor coaxially mounted inside the screw on bearings with the possibility of rotation it, while the distributor is formed by longitudinal grooves made on the inner surface of the screw and the outer surface of the rotor, with diametrically opposite grooves on the screw connected to different working cavities of the housing, and on the rotor one connected to the discharge and the other to the drain lines, grooves of the distributor screw hydraulically connected to the working cavity, separated from it by a piston, through additional longitudinal grooves made on the outer surface of the rotor and holes in the screw.

При этом в зоне расположения дополнительных продольных канавок на роторе выполнена радиальная канавка, в которой размещен один из подшипников. Moreover, in the area of location of additional longitudinal grooves on the rotor, a radial groove is made in which one of the bearings is located.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый рулевой механизм транспортного средства со встроенным усилителем отличается тем, что канавки винта распределителя гидравлически соединены с рабочей полостью, отделенной от него поршнем, посредством дополнительных продольных канавок, выполненных на наружной поверхности ротора и отверстий в винте. Comparative analysis with the prototype shows that the inventive steering gear of a vehicle with a built-in amplifier is characterized in that the grooves of the distributor screw are hydraulically connected to the working cavity separated from it by the piston by means of additional longitudinal grooves made on the outer surface of the rotor and holes in the screw.

Обеспечение гидравлического соединения канавок винта распределителя с рабочей полостью, отделенной от него поршнем, посредством выполнения на наружной поверхности ротора дополнительных продольных канавок и отверстий в винте позволяет отказаться от использования втулки, уплотнения и стопорного кольца, что приводит к увеличению рабочей площади поршня, а значит, к увеличению момента на выходном валу, упрощению конструкции и снижению стоимости изготовления рулевого механизма. Providing a hydraulic connection of the distributor screw grooves with the working cavity separated from it by the piston by performing additional longitudinal grooves and holes in the screw on the outer surface of the rotor eliminates the need for a sleeve, seal and retaining ring, which leads to an increase in the working area of the piston, which means to increase the torque on the output shaft, simplify the design and reduce the manufacturing cost of the steering mechanism.

Выполнение на роторе радиальной канавки в зоне расположения дополнительных продольных канавок и размещение в ней одного из подшипников позволяет уменьшить длину сопрягаемых поверхностей распределителя /наружной поверхности ротора и внутренней поверхности винта/, что повышает технологичность изготовления рулевого механизма. Performing a radial groove on the rotor in the area of additional longitudinal grooves and placing one of the bearings in it allows reducing the length of the mating surfaces of the distributor / outer surface of the rotor and the inner surface of the screw /, which increases the manufacturability of the steering mechanism.

Таким образом, технический результат, получаемый при осуществлении заявляемого изобретения, выражается в увеличении рабочей площади поршня, упрощении конструкции и снижении стоимости рулевого механизма. Thus, the technical result obtained by the implementation of the claimed invention is expressed in increasing the working area of the piston, simplifying the design and reducing the cost of the steering mechanism.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан рулевой механизм, продольный разрез; на фиг. 2 -распределитель рулевого механизма, продольный разрез; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 2; на фиг. 5 - разрез В-В на фиг. 2; на фиг. 6 - детальный вид части ротора с выполненными на нем канавками. The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a steering gear, a longitudinal section; in FIG. 2 - steering gear distributor, longitudinal section; in FIG. 3 is a section AA in FIG. 2; in FIG. 4 is a section BB in FIG. 2; in FIG. 5 is a section BB of FIG. 2; in FIG. 6 is a detailed view of a part of the rotor with grooves made thereon.

Рулевой механизм транспортного средства со встроенным усилителем содержит корпус 1, внутри которого размещены поршень 2 с зубчатой рейкой 3, который делит корпус 1 на рабочие полости 4 и 5, полый винт 6, кинематически связанный шариковой винтовой передачей 7 с поршнем 2. Зубчатый сектор 8 вала сошки 9 находится в зацеплении с зубчатой рейкой 3 поршня 2. Ротор 10 установлен внутри винта 6 на подшипниках 11 с возможностью вращения относительно него. Полость 4 прилегает к распределителю, а полость 5 отделена от него поршнем 2. Распределитель образован продольными канавками 12 и 13, выполненными на внутренней поверхности винта 6, и продольными канавками 14, 15 и 16, выполненными на наружной поверхности ротора 10. Канавки 12 отверстиями 17 соединены с полостью 4, а канавки 13 посредством канавок 16 и выполненных в винте 6 отверстий 18 соединены с полостью 5. Канавки 14 ротора 10 посредством отверстий 19, выполненных в винте 6, соединены с напорной магистралью /не показана/, а канавки 15 посредством отверстий 20 и 21, выполненных в роторе 10, соединены со сливной магистралью /не показано/. The steering mechanism of the vehicle with built-in amplifier contains a housing 1, inside of which a piston 2 with a gear rack 3 is placed, which divides the housing 1 into working cavities 4 and 5, a hollow screw 6 kinematically connected by a ball screw transmission 7 to the piston 2. The gear sector 8 of the shaft the bipod 9 is engaged with the gear rack 3 of the piston 2. The rotor 10 is mounted inside the screw 6 on the bearings 11 with the possibility of rotation relative to it. The cavity 4 is adjacent to the distributor, and the cavity 5 is separated from it by the piston 2. The distributor is formed by longitudinal grooves 12 and 13, made on the inner surface of the screw 6, and longitudinal grooves 14, 15 and 16, made on the outer surface of the rotor 10. Grooves 12 holes 17 connected to the cavity 4, and the grooves 13 by means of the grooves 16 and holes 18 made in the screw 6 are connected to the cavity 5. The grooves 14 of the rotor 10 by the holes 19 made in the screw 6 are connected to the pressure line / not shown /, and the grooves 15 by the holes 20 21, formed in the rotor 10 are connected with the drain line / not shown /.

В зоне расположения канавок 16 на роторе 10 выполнена радиальная канавка 22, в которой размещен один из подшипников 11. In the area of location of the grooves 16 on the rotor 10, a radial groove 22 is made, in which one of the bearings 11 is placed.

Канавки 12, 13 винта 6 расположены между канавками 14, 15 ротора 10 с образованием между ними щелей 23, 24 и 25, 26 соответственно, имеющих одинаковые сечения в нейтральном положении. The grooves 12, 13 of the screw 6 are located between the grooves 14, 15 of the rotor 10 with the formation between them of slots 23, 24 and 25, 26, respectively, having the same cross section in the neutral position.

Винт 6 и ротор 10 соединены торсионом 27. The screw 6 and the rotor 10 are connected by a torsion bar 27.

Рулевой механизм работает следующим образом. The steering mechanism operates as follows.

В нейтральном положении щели 23-26 имеют одинаковые сечения /см. фиг. 3 и 4/, поэтому при поступлении рабочей жидкости из напорной магистрали через отверстия 19 в канавки 14 в канавках 12-16 одинаковое давление, а значит, в полостях 4 и 5 также одинаковое давление и поршень 2 с зубчатой рейкой 3 не перемещается. In the neutral position, the slots 23-26 have the same cross-section / cm. FIG. 3 and 4 /, therefore, when the working fluid enters from the pressure line through the openings 19 into the grooves 14, the grooves 12-16 have the same pressure, which means that the cavities 4 and 5 also have the same pressure and the piston 2 with the gear rack 3 does not move.

При повороте рулевого вала /не показан/, например, по часовой стрелке в ту же сторону и на ту же величину относительно винта 6 поворачивается ротор 10 и закручивается торсион 27. Это приводит к увеличению сечения щелей 23, соединяющих канавки 14 с канавками 12 и уменьшению сечений щелей 25, соединяющих канавки 14 с канавками 13. Рабочая жидкость через отверстия 17 поступает в полость 4 и в ней возрастает давление. When the steering shaft is turned / not shown /, for example, clockwise in the same direction and by the same amount relative to the screw 6, the rotor 10 is rotated and the torsion 27 is twisted. This leads to an increase in the cross section of the slots 23 connecting the grooves 14 with the grooves 12 and decrease the cross-sections of the slots 25 connecting the grooves 14 with the grooves 13. The working fluid through the holes 17 enters the cavity 4 and the pressure increases in it.

Одновременно с этим увеличивается сечение щелей 26 и уменьшается сечение щелей 24 и жидкость из полости 5 через отверстия 18, канавки 16, 13 и 15, отверстия 20, 21 поступает в сливную магистраль. Вследствие этого давление в полости 5 уменьшается и поршень 2 с зубчатой рейкой 3 при помощи шариковой винтовой передачи 7 начинает перемещаться, производя угловое перемещение зубчатого сектора 8, который поворачивая вал сошки 9, управляет поворотом колес транспортного средства. At the same time, the cross section of the slots 26 increases and the cross section of the slots 24 decreases and the fluid from the cavity 5 through the openings 18, the grooves 16, 13 and 15, the openings 20, 21 enters the drain line. As a result, the pressure in the cavity 5 decreases and the piston 2 with the gear rack 3 begins to move with the help of a ball screw 7, producing an angular movement of the gear sector 8, which, by turning the bipod shaft 9, controls the rotation of the wheels of the vehicle.

При этом освобождается винт 6, который под действием усилия закрученного торсиона 27 поворачивается в том же направлении, в котором был повернут ротор 10 до тех пор, пока распределитель не установится в нейтральном положении и давления в полостях 4 и 5 не выравняются. In this case, the screw 6 is released, which, under the action of the twisted torsion bar 27, rotates in the same direction in which the rotor 10 was rotated until the valve is in the neutral position and the pressures in the cavities 4 and 5 are equalized.

Таким образом, разница давлений, которая устанавливается между полостями 4 и 5, является функцией приложенного момента поворота ротора 10. Thus, the pressure difference, which is established between the cavities 4 and 5, is a function of the applied moment of rotation of the rotor 10.

В случае поворота рулевого колеса, а значит, и ротора 10 в противоположную сторону происходит обратное, т.е. давление в полости 4 уменьшается, а в полости 5 возрастает, что приводит к перемещению в обратном направлении поршня 2 с зубчатой рейкой 3, повороту зубчатого сектора 8, вала сошки 9 и колес транспортного средства в другую сторону. In the case of rotation of the steering wheel, and hence the rotor 10 in the opposite direction, the opposite occurs, i.e. the pressure in the cavity 4 decreases, and in the cavity 5 increases, which leads to a movement in the opposite direction of the piston 2 with the gear rack 3, the rotation of the gear sector 8, the bipod shaft 9 and the vehicle wheels in the other direction.

Преимуществами предлагаемого рулевого механизма являются увеличение момента на выходном валу /валу сошки/, упрощение конструкции и снижение стоимости. The advantages of the proposed steering mechanism are an increase in torque on the output shaft / bipod shaft /, simplification of design and cost reduction.

Claims

1. The steering mechanism of a vehicle with a built-in amplifier, comprising a housing inside which a piston is placed, dividing it into two working cavities, one of which is adjacent to the distributor, and the other is separated from the latter by a piston, a hollow screw kinematically connected by a ball screw transmission to the piston, the gear sector of the bipod shaft, meshed with the gear rack made on the piston, the rotor coaxially mounted inside the screw on the bearings with the possibility of rotation relative to it, while the distributor it is flanged by longitudinal grooves made on the inner surface of the screw and the outer surface of the rotor, and diametrically opposite grooves on the screw are connected to different working cavities, and on the rotor one is connected to the pressure and the other to the drain lines, characterized in that the grooves of the distributor screw are hydraulically connected with a working cavity separated from it by a piston, by means of additional longitudinal grooves made on the outer surface of the rotor and holes in the screw.

2. The steering mechanism according to claim 1, characterized in that in the area of location of the additional longitudinal grooves on the rotor, a radial groove is made in which one of the bearings is located.