RU2711092C1 - Шариковинтовой гидроусилитель рулевого управления транспортного средства. - Google Patents

Шариковинтовой гидроусилитель рулевого управления транспортного средства. Download PDF

Info

Publication number
RU2711092C1
RU2711092C1 RU2019111644A RU2019111644A RU2711092C1 RU 2711092 C1 RU2711092 C1 RU 2711092C1 RU 2019111644 A RU2019111644 A RU 2019111644A RU 2019111644 A RU2019111644 A RU 2019111644A RU 2711092 C1 RU2711092 C1 RU 2711092C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
teeth
rack
curvature
sector shaft
contour
Prior art date
Application number
RU2019111644A
Other languages
English (en)
Inventor
Михаил Матвеевич Подгаецкий
Антон Русланович Апаракин
Сергей Михайлович Поветкин
Original Assignee
Бабанин Андрей Александрович
Киселёв Олег Валерьевич
Михаил Матвеевич Подгаецкий
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Бабанин Андрей Александрович, Киселёв Олег Валерьевич, Михаил Матвеевич Подгаецкий filed Critical Бабанин Андрей Александрович
Priority to RU2019111644A priority Critical patent/RU2711092C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2711092C1 publication Critical patent/RU2711092C1/ru

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D3/00—Steering gears
    • B62D3/02—Steering gears mechanical
    • B62D3/12—Steering gears mechanical of rack-and-pinion type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/06—Power-assisted or power-driven steering fluid, i.e. using a pressurised fluid for most or all the force required for steering a vehicle
    • B62D5/20—Power-assisted or power-driven steering fluid, i.e. using a pressurised fluid for most or all the force required for steering a vehicle specially adapted for particular type of steering gear or particular application
    • B62D5/22—Power-assisted or power-driven steering fluid, i.e. using a pressurised fluid for most or all the force required for steering a vehicle specially adapted for particular type of steering gear or particular application for rack-and-pinion type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H19/00—Gearings comprising essentially only toothed gears or friction members and not capable of conveying indefinitely-continuing rotary motion
    • F16H19/02—Gearings comprising essentially only toothed gears or friction members and not capable of conveying indefinitely-continuing rotary motion for interconverting rotary or oscillating motion and reciprocating motion
    • F16H19/04—Gearings comprising essentially only toothed gears or friction members and not capable of conveying indefinitely-continuing rotary motion for interconverting rotary or oscillating motion and reciprocating motion comprising a rack
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H55/00—Elements with teeth or friction surfaces for conveying motion; Worms, pulleys or sheaves for gearing mechanisms
    • F16H55/02—Toothed members; Worms
    • F16H55/26—Racks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Gears, Cams (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)

Abstract

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к рулевым механизмам со встроенным гидравлическим усилителем. Шариковинтовой гидроусилитель рулевого управления транспортного средства содержит корпус, в котором установлена рейка-поршень с шариковинтовой передачей, размещённой в её осевом отверстии, взаимодействующая своими зубьями с зубьями секторного вала и делящая корпус на две рабочие камеры, сообщающиеся с источником подачи рабочей жидкости через гидравлический распределитель, созданный взаимодействием комплекта продольных канавок винта шариковинтовой передачи и ротором, расположенным в его осевом отверстии. Контур зубьев рейки выполнен по огибающей семейства эвольвентных профилей секторного вала, а начальная линия реечной передачи выполнена по огибающей семейства начальных окружностей, диаметр которых плавно возрастает при переходе с нейтрального в крайние положения. Контур зубьев рейки, сопрягающийся с зубьями секторного вала, в нейтральном положении выполнен криволинейным с направлением кривизны, одноименным с направлением кривизны эвольвенты зубьев секторного вала, а контур зубьев рейки, сопрягающийся в крайних положениях, выполнен с разноименным направлением кривизны. Обеспечивается снижение контактных нагрузок в нейтральном положении и повышение ресурса гидроусилителя. 7 ил.

Description

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к рулевым механизмам со встроенным гидравлическим усилителем.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является рулевой механизм транспортного средства со встроенным усилителем, содержащий корпус, в котором установлены поршень, одна часть которого делит полость корпуса на две рабочие камеры, связанные через распределитель с источником объемной подачи жидкости, и имеет осевое отверстие, а на другой части размещена зубчатая рейка, входящая в зацепление с зубьями секторного вала, винт, установленный соосно с поршнем и связанный с ним шарикововинтовой передачей.
Особенностью конструкции является то, что контур зубьев выполнен по огибающей семейства эвольвентных профилей секторного вала, а начальная линия реечной передачи выполнена по огибающей семейства центроид (начальных окружностей) диаметр которых плавно возрастает при переходе с нейтрального в крайние положения.
(см. патент USA 3,267,763,1966, каталоги фирмы ZF, Германия)
Недостатком известного технического решения является то, что контур зубьев рейки сопрягающийся с зубьями секторного вала в нейтральном положении выполнен криволинейным, с направлением кривизны разноименным с направлением кривизны эвольвенты зубьев секторного вала, а контур зубьев рейки, сопрягающийся в крайних положениях, выполнен с одноименным направлением кривизны.
При такой схеме имеют место два противоречия, снижающие его эффективность, в том числе:
- наибольшая зона работы по времени функционирования на центральном зубе проходит в условиях максимальных контактных напряжений, т.к. взаимодействуют профили с разноименными направлениями кривизны;
- наибольшая тангенциальная сила, при заданном крутящем моменте, возникает при работе на центральном зубе, т.к. он функционирует при наименьших значениях радиуса центроиды.
Такое исполнение повышает контактные нагрузки в нейтральном положении и снижает ресурс гидроусилителя.
В основу изобретения поставлена задача усовершенствования гидроусилителя, повышение надежности и долговечности работы механизма. Достигаемый технический результат – разгрузка центрального зуба рейки работающего в условиях интенсивности нагружения в сравнении с крайними зубьями.
Указанная задача решается шариковинтовым гидроусилителем рулевого управления транспортного средства, содержащим корпус, в котором установлена рейка-поршень с шариковинтовой передачей, размещённой в её осевом отверстии взаимодействующая своими зубьями с зубьями секторного вала и делящая корпус на две рабочие камеры, сообщающиеся с источником подачи рабочей жидкости через гидравлический распределитель, созданный взаимодействием комплекта продольных канавок винта шариковинтовой передачи и ротором, расположенным в его осевом отверстии.
Контур зубьев рейки, сопрягающийся с зубьями секторного вала в нейтральном положении, выполнен криволинейным, с направлением кривизны, одноименным с направлением кривизны эвольвенты зуба секторного вала, а контур зубьев рейки, сопрягающийся в крайних положениях, выполнен с разноименным направлением кривизны.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображено, в том числе:
на Фиг. 1 изображен продольный разрез шариковинтового гидроусилителя;
на Фиг. 2 схемы реечного зацепления, применяемого фирмой ZF для создания переменного передаточного отношения:
а) при работе на центральном зубе;
б) при работе на крайних зубьях;
на Фиг. 3 схемы взаимодействия зубьев реечной передачи при различных формах исполнения профиля зуба рейки:
а) прямолинейный профиль;
б) криволинейный профиль с разноименным направлением кривизны по отношению к профилю зуба секторного вала;
в) криволинейный профиль с одноименным направлением кривизны по отношению к профилю зуба секторного вала;
на Фиг. 4 схема образования огибающей (центроиды) рейки;
на Фиг. 5 схема огибающих профилей зубьев рейки;
на Фиг. 6 схема образования контакта зубьев реечной передачи в центральном, а) и в крайних, б) положениях;
на Фиг. 7 схема образования приведенных радиусов кривизны для определения несущей способности реечной передачи.
На Фиг. 1 (а) представлен продольный разрез шариковинтового гидроусилителя.
В корпусе 1 располагается поршень 2 в осевом отверстии которого установлен винт 3, образующий шариковинтовую передачу с гайкой 4. В осевом отверстии винта 3 установлен ротор 5 образующий с отверстием оговоренного винта гидравлический распределитель. Поршень 2 укомплектован рейкой 6 зубья которой входят в зацепление с секторным валом 7, образуя реечную передачу.
На Фиг. 1 (б) предоставлен фрагмент зацепления реечной передачи в нейтральном положении.
Эвольвентные профили 13 секторного вала 7 центроидой 11 обкатываются по центроиде рейки 6 с профилями 12.
При этом взаимодействуют приведенные радиусы кривизны с3 и с1 имеющие одноименное направление кривизны.
На Фиг. 1 (в) представлен фрагмент зацепления реечной передачи в крайнем положении. Эвольвентные профили 13 секторного вала 7 центроидой 14 обкатываются по центроиде рейки 6 с профилями 10.
При этом взаимодействуют приведенные радиусы кривизны с3 и с1 имеющие разноименное направление кривизны.
На Фиг. 2 представлено реечное зацепление, используемое в рулевых механизмах, в том числе фирмой ZF (см. каталоги) и соответствующее описанному в патенте USA 3,267,763,1966.
На фрагменте (а) изображено зацепление на центральном зубе секторного вала 8 и рейки 9, в нейтральном положении реечной передачи.
При этом криволинейные контуры 10 рейки 9 взаимодействуют с эвольвентными профилями 13 секторного вала 8, обкатываясь при этом по центроиде 11 (начальная окружность) с радиусом ru0.
На фрагменте (б) изображено зацепление на крайнем зубе секторного вала 8, в крайнем положении реечной передачи.
При этом криволинейный контур 12 рейки 9 взаимодействует с эвольвентным профилем 13 секторного вала 8, обкатываясь по центроиде 14, с радиусом ru1.
При этом выдерживается условия обката, в том числе:
ru0< ru1 (1)
Figure 00000001
(2)
где:
i1 – передаточное отношение на центральном зубе,
i0 - передаточное отношение на крайних зубьях.
На Фиг. 3 представлены возможные варианты контакта зубьев в реечном зацеплении рулевых механизмов.
На Фиг. 3 (а) представлено традиционное зацепление с прямолинейным контуром 15 зуба рейки.
На Фиг. 3 (б) представлено зацепление с криволинейным контуром 10 зуба рейки с приведенным радиусом кривизны, с2, осуществляемое в нейтральном положении реечной передачи.
При этом радиус кривизны эвольвентного профиля с1 и радиуса кривизны с2 имеют разноименное направление кривизны.
На Фиг. 3 (в) представлено зацепление в крайнем положении реечной передачи с криволинейным контуром 12 с радиусом кривизны с3.
При этом радиусы кривизны эвольвентного профиля с1 и радиус кривизны криволинейного контура с3 имеют одноименное направление кривизны.
Учитывая реальные условия эксплуатации реечной передачи рулевого механизма, при которых преобладающий износ происходит по поверхностям, подвергающимся более интенсивной нагрузке в нейтральном положении, на центральном зубе, в существующих конструкциях рулевых механизмов для компенсации износа реечной передачи предусмотрено применение подшипников секторного вала с эксцентриситетом. Эксцентриситет используется для сближения контуров центральных зубьев рейки и секторного вала для компенсации зазора, образующегося в результате их износа.
Наличие такого способа компенсации отражено в технических документах фирмы ZF и других производителей. Интенсивность износа контуров центральных зубьев объясняется тем, что по времени воздействия нагрузок, в том числе ударного характера, эти зубья постоянно, по ряду источников - более 90% времени эксплуатации, находятся под нагрузкой. При этом крайние зубья нагружаются лишь в процессе маневрирования и поворотов. Учитывая изложенное, можно считать более рациональным снижение контактных нагрузок именно по этим контурам за счет перераспределения нагрузки на контуры крайних зубьев, нагруженных по времени менее интенсивно.
Указанная задача решается путем синтезирования реечной передачи таким образом, что критические значения контактных напряжений перераспределяются на зубья, работающие в условиях менее интенсивного нагружения.
На Фиг. 4 предоставлена схема образования огибающей 16 при обкатке секторного вала из нейтрального положения в крайнее на
расстояние a.
При этом центроида эвольвенты зубьев секторного вала плавно изменяется от положения 14, с ресурсом ru0 до положения 23 с радиусом ru1. Семейство центроид 17 образует огибающую 16, которая является центроидой рейки и может быть описана системой уравнений:
Figure 00000002
(3)
где:
φ – угол поворота семейства центроид секторного вала при перемещении на расстояние a.
После проведений преобразования уравнений центроиды рейки
Figure 00000003
(4)
где:
Figure 00000004
– радиус основной окружности эвольвентного профиля секторного вала;
φi – текущие значение угла поворота секторного вала;
αu, αu0, αui– текущие значение угла зацепления реечной передачи.
На Фиг. 5 представлена схема семейства эвольвентных профилей 20, контура зубьев секторного вала, синтезирующих огибающую 18 зубьев
рейки 9, работающих в нейтральном положении, и огибающую 19 контура зубьев рейки работающих в крайних положениях.
Как видно из схемы Фиг. 6 (а) огибающие 18 взаимодействуют с эвольвентными контурами зубьев секторного вала в условиях одноименности кривизны профилей в нейтральном положении реечной передачи.
А огибающая 19, Фиг. 6 (б), взаимодействует с эвольвентными контурами зубьев секторного вала в условиях разноименности кривизны профилей в крайнем положении.
На Фиг. 7 приведено условное изображение зубьев секторного вала 21 с приведенным радиусом ρ1 и зубьев рейки 22 с приведенным радиусом ρ3.
Эффективность взаимодействия указанных поверхностей с приведенными радиусами кривизны ρ1 и ρ3 рассматривается с точки зрения несущей способности передачи, с учётом ряда принятых допущений.
Для оценки несущей способности реечной синтезированной передачи необходимо принять ряд допущений, в том числе:
- эвольвентный профиль зубьев секторного вала заменяется цилиндрической поверхностью с приведенным радиусом кривизны, близким к радиусу кривизны на начальном диаметре, Фиг. 7;
- контур зубьев рейки традиционного зацепления применяется прямолинейным, с радиусом кривизны ρ=0, Фиг. 3 (а);
- контур зубьев рейки в форме огибающей, полученной в условиях генерации профилей эвольвентных зубьев секторного вала для реализации переменного передаточного отношения, Фиг. 7;
- при обкате, в техническом решении, принятом за прототип, взаимодействие сопрягаемых профилей на центральном зубе осуществляется при наличии разноименных радиусов кривизны эвольвентных зубьев секторного вала криволинейного профиля зубьев рейки, Фиг. 2 (а, б);
- при обкате, в рассматриваемом варианте, взаимодействие сопрягаемых профилей на центральном зубе осуществляется при наличии одноименных радиусов кривизны эвольвенты зубьев секторного вала и криволинейного профиля зубьев рейки, Фиг. 6 (а, б);
- оценка несущей способности реечной передачи осуществляется по данным, приведенным в работе профессора Орлова П. Н. «Основы конструирования» Справочное пособие т. 1, М.: Машиностроение, 1988, 557с., стр. 246, формулы (87) и (88), график рис. 222;
- при относительной оценке несущей способности ряд значений, приведенных в формулах (87) и (88) приравнены к единице, в том числе:
σmax=1,0; e=1,0; d=1,0; E=1,0
- соотношение радиусов кривизны эвольвентного профиля зуба секторного вала ρ1 и криволинейного зубьев рейки ρ3, определенного на базе компьютерного моделирования реальных профилей Фиг. 4, 5 может соответствовать, с учётом принятых допущений соотношению:
ρ1 ≈ 0,25·ρ3 (5)
С учётом принятых допущений определяем относительное значение несущей способности реечной передачи, ρ для двух вариантов, в том числе:
- вариант принятый в прототипе на центральном зубе Фиг. 2 (а) - Р1;
- вариант принятый в рассматриваемом техническом
решении Фиг. 6 (а) – Р2;
Р1,2 =
Figure 00000005
(6)
В соответствии с формулой (6) получены относительные значения контактных напряжений, в том числе:
Р1 = 0,81; Р2 = 1,27
Таким образом, несущая способность передачи за счёт перераспределения контактных напряжений на центральном зубе увеличивается в ~ 1,7 раза.

Claims (1)

  1. Шариковинтовой гидроусилитель рулевого управления транспортного средства, содержащий корпус, в котором установлена рейка-поршень с шариковинтовой передачей, размещённой в её осевом отверстии, и зубьями, контур которых выполнен по огибающей семейства эвольвентных профилей взаимодействующих с ней зубьев секторного вала, а начальная линия реечной передачи выполнена по огибающей семейства начальных окружностей, диаметр которых плавно возрастает при переходе с нейтрального в крайние положения, отличающийся тем, что контур зубьев рейки, сопрягающийся с зубьями секторного вала в нейтральном положении, выполнен криволинейным с направлением кривизны, одноименным с направлением кривизны эвольвенты секторного вала, а контур зубьев рейки, сопрягающийся в крайних положениях с зубьями секторного вала, выполнен с разноименным направлением кривизны по отношению к кривизне эвольвенты.
RU2019111644A 2019-04-17 2019-04-17 Шариковинтовой гидроусилитель рулевого управления транспортного средства. RU2711092C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019111644A RU2711092C1 (ru) 2019-04-17 2019-04-17 Шариковинтовой гидроусилитель рулевого управления транспортного средства.

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019111644A RU2711092C1 (ru) 2019-04-17 2019-04-17 Шариковинтовой гидроусилитель рулевого управления транспортного средства.

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2711092C1 true RU2711092C1 (ru) 2020-01-15

Family

ID=69171556

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019111644A RU2711092C1 (ru) 2019-04-17 2019-04-17 Шариковинтовой гидроусилитель рулевого управления транспортного средства.

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2711092C1 (ru)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3267763A (en) * 1964-01-23 1966-08-23 Merritt & Co Engineering Ltd Variable-ratio toothed gearing mechanism
JPH0958487A (ja) * 1995-08-29 1997-03-04 Jidosha Kiki Co Ltd 舵取り装置のセクタギヤおよびその製造方法
JP2001106102A (ja) * 1999-10-08 2001-04-17 Honda Motor Co Ltd 電動パワーステアリング装置
JP2009160960A (ja) * 2007-12-28 2009-07-23 Nsk Ltd ラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3267763A (en) * 1964-01-23 1966-08-23 Merritt & Co Engineering Ltd Variable-ratio toothed gearing mechanism
JPH0958487A (ja) * 1995-08-29 1997-03-04 Jidosha Kiki Co Ltd 舵取り装置のセクタギヤおよびその製造方法
JP2001106102A (ja) * 1999-10-08 2001-04-17 Honda Motor Co Ltd 電動パワーステアリング装置
JP2009160960A (ja) * 2007-12-28 2009-07-23 Nsk Ltd ラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Costopoulos et al. Reduction of gear fillet stresses by using one-sided involute asymmetric teeth
Spitas et al. Increasing the strength of standard involute gear teeth with novel circular root fillet design
Egbe Design analysis and testing of a gear pump
EP1612370B1 (en) Gerotor mechanism for a screw hydraulic machine
CN107795662A (zh) 用于谐波减速器的刚轮、谐波减速器以及机器人
RU2711092C1 (ru) Шариковинтовой гидроусилитель рулевого управления транспортного средства.
WO2000025974A1 (fr) Procede de fabrication d&#39;une bague de retenue de goupilles pour$i( )roue interieure, structure engrenage planetaire engrenee interieurement, et moteur et pompe hydrauliques
JP3067794B2 (ja) オイルポンプ
Chen et al. Error-sensitivity analysis of hourglass worm gearing with spherical meshing elements
Foster et al. Computer prediction of cyclic excitation sources for an external gear pump
Yagafarova et al. Performance analysis of surface reducing gear of rod driven screw pump with involute gearing and Novikov gearing
CN103341997B (zh) 大型水压机提阀的开启装置及其凸轮升程曲线设计方法
EP2469091A2 (de) Gehäuse für eine Außenzahnradmaschine und Außenzahnradmaschine mit Gehäuse
WARDA et al. A method for determining the distribution of loads in rolling pairs in cycloidal planetary gear
CN105822492B (zh) 一种多作用轴向柱塞液压马达
RU2309237C1 (ru) Героторный механизм винтовой гидравлической машины
JP5361074B2 (ja) ヘリカルギヤポンプ
CN104675926A (zh) 一种环面蜗杆传动副
CN102278460A (zh) 摆线针轮行星传动装置的内置油槽式齿套座
US20200124047A1 (en) Curvilinear circular-arc tooth gears for use in external gear pumps
Sekar A Comparative Study of Tooth Wear, Mechanical Power Losses and Efficiency in Normal and High Contact Ratio Asymmetric Spur Gears.
RU2776458C1 (ru) Цилиндрическое зубчатое колесо
CN104389734B (zh) 一种外转子非圆锥齿轮液压马达
SOE et al. Design and Strength Analysis of Reverse Speed Spur Gear of Gear Box for Toyota Light Truck
Can et al. Optimisation of gear geometrical parameters using KISSsoft

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20210519

Effective date: 20210519

PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20220120