Рулевой привод с переменным передаточным числом

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Объединенный институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Михайлов Валерий Валерианович Савицкий Александр Дмитриевич Вербицкий Андрей Владимирович Коваленко Александр Владимирович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Объединенный институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси(57) Рулевой привод с переменным передаточным числом, содержащий сошку, которая выполнена с возможностью установки одним концом на ведомом валу рулевого механизма и синхронного поворота с этим валом, а другим концом она через шарнир связана с тягой рулевой трапеции, отличающийся тем, что шарнир выполнен в виде эксцентрика с возможностью поворота как относительно сошки, так и относительно тяги, а ось ведомого вала и линия эксцентриситета эксцентрика находятся на одной линии при нейтральном положении ведомого вала, при этом тяга рулевой трапеции выполнена с возможностью двусторонних горизонтальных перемещений совместно с рулевой трапецией. Изобретение относится к системам рулевого управления и может быть использовано в конструкциях автомобилей, а также других самоходных колесных машин. 16407 1 2012.10.30 Известно, что изменение направления движения автомобиля осуществляют, в основном, поворотом передних управляемых колес при помощи системы рулевого управления,которая включает в себя рулевой механизм и рулевой привод 1. Основным требованием к рулевому управлению является достижение пропорционального и синхронного повороту рулевого колеса поворота ступиц управляемых колес, а также чувствительность рулевого колеса к рывкам и усилиям на управляемых колесах. Для улучшения качества рулевого управления современные системы рулевого управления изготавливаются с переменным передаточным числом при небольших отклонениях рулевого колеса, характерного для больших скоростей движения, чувство руля должно быть выше, а привод выполняют с более жесткой характеристикой и меньшим передаточным числом. И, наоборот, при совершении маневров на небольшой скорости с большими углами поворота управляемых колес или движении задним ходом передаточные числа этой же системы должны быть значительно выше, чтобы облегчить управление 2. Подобные системы с переменным передаточным числом в большинстве своем реализованы в конструкциях с реечными зубчатыми рулевыми механизмами 2. Известный реечный механизм содержит зубчатое колесо, кинематически соединенное с рулевым колесом, и зубчатую рейку, взаимодействующую с рулевым приводом и, далее,с рулевой трапецией. Зубья рейки выполнены с переменными шагом, профилем и кривизной 3. Для качественного зацепления шестерня вынужденно перемещается в перпендикулярной плоскости относительно рейки. Кроме того, к такому зубчатому зацеплению предъявляются повышенные требования по точности и прочности, величинам люфтов и зазоров,чтобы исключить лишний ход рулевого колеса. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является рулевой привод с переменным передаточным числом 4. Рулевой привод с переменным передаточным числом включает сошку, которая выполнена с возможностью установки одним концом на ведомом валу рулевого механизма и синхронного поворота с этим валом, а другим концом она через шарнир связана с тягой рулевой трапеции 4. Работает устройство следующим образом. Вращательное движение рулевого колеса преобразуется в угловое перемещение сошки, которая одним своим концом взаимодействует с ведомым валом рулевого механизма, а другим концом взаимодействует с тягой рулевой трапеции. Недостатком данного устройства являются невысокие эксплуатационные свойства конструкции из-за постоянства передаточного числа рулевого привода. Задачей настоящего изобретения является повышение эксплуатационных свойств рулевого привода за счет получения переменного передаточного числа. Поставленная задача решается тем, что в рулевом приводе с переменным передаточным числом, содержащем сошку, которая выполнена с возможностью установки одним концом на ведомом валу рулевого механизма и синхронного поворота с этим валом, а другим концом она через шарнир связана с тягой рулевой трапеции, шарнир выполнен в виде эксцентрика с возможностью поворота как относительно сошки, так и относительно тяги,а ось ведомого вала и линия эксцентриситета эксцентрика находятся на одной линии при нейтральном положении ведомого вала, при этом тяга рулевой трапеции выполнена с возможностью двусторонних горизонтальных перемещений совместно с рулевой трапецией. На фиг. 1 представлена схема расположения элементов рулевого привода в нейтральном положении. На фиг. 2 представлена схема расположения элементов рулевого привода в крайнем положении. 16407 1 2012.10.30 На фиг. 3 изображен график изменения линейного перемещения рулевой тяги от угла поворота сошки, полученный при реализации предлагаемого устройства для длины сошки 0,055 м и размера эксцентриситета 0,0055 м. Рулевой привод с переменным передаточным числом содержит ведомый вал 1 рулевого механизма (не показан) и сошку 2, которая одним своим концом неподвижно закреплена на ведомом валу 1 с возможностью синхронного поворота с ним. Другим концом сошка 2 связана шарнирно с тягой 3 рулевой трапеции 4. Шарнир выполнен в виде эксцентрика 5, установленного с возможностью поворота как относительно сошки 2, так и относительно тяги 3, а ось ведомого вала 1 и линия эксцентриситета эксцентрика 5 находятся на одной линии при нейтральном положении ведомого вала 1. При этом тяга 3 рулевой трапеции выполнена с возможностью двусторонних горизонтальных перемещений совместно с рулевой трапецией 4. Эксцентрик 5 установлен на другом конце сошки 2 посредством подшипника 6. На этом же эксцентрике 5 посредством подшипника 7 смонтирована ось 8 тяги 3. Работает рулевой привод с переменным передаточным числом следующим образом. При повороте рулевого колеса (не показано) рулевой механизм обеспечивает поворот ведомого вала 1 относительно нейтрального положения и закрепленной на валу сошки 2 или в одну, или в другую сторону. Усилие на другом конце сошки 2 передается через наружный подшипник 6 на эксцентрик 5, который уравновешивается усилием на нем со стороны рулевой тяги 3. Поскольку повороту сошки 2 соответствует не только линейное перемещение, но и поворот эксцентрика 5, то сложное движение обеспечивает неравномерное смещение тяги 3 рулевой трапеции по углу поворота сошки 2. Это объясняется появлением возникающего на эксцентрике 5 вращающего момента, корректирующего геометрию приложения сил от сошки 2 и тяги 3. Равновесие системы характеризуется нелинейной зависимостью продольного перемещения тяги 3 рулевой трапеции от угла поворота сошки 2 в обе стороны относительно нейтрального положения. Обратная связь по нагрузке на рулевом колесе от управляемых колес осуществляется через усилие, передаваемое от рулевой тяги 3 на эксцентрик 5, сошку 2, рулевой механизм и рулевое колесо. Наличие эксцентрика 5 в качестве шарнира между сошкой 2 и тягой 3 позволяет обеспечить качественное сопряжение сошки и тяги, исключить образование зазоров, получить высокую надежность соединения и нелинейный закон изменения передаточного числа в приводе. Как пример, на фиг. 3 представлен полученный график изменения передаточного числа рулевого привода для параметров 0,055 м и эксцентриситета 0,0055 м. Изменяя направления эксцентриситета, соотношенияи е, а также размеры подшипниковых мест крепления эксцентрика 5 на тяге 3 и сошке 3, можно получать различные законы изменения кинематики механизма. Таким образом, совокупность представленных отличительных признаков позволяет достичь корректировки передаточных чисел рулевых приводов в эксплуатации и проводить улучшение их характеристик, что повышает эксплуатационные качества рулевого привода. Предлагаемый рулевой привод с переменным передаточным числом обеспечивает следующие функциональные преимущества оптимальное передаточное число в зависимости от скорости движения разницу передаточных чисел при нейтральном и угловом положениях сошки повышение быстродействия привода путем перевода ускоренного рулевого колеса из крайнего положения в нейтральное. 16407 1 2012.10.30 Источники информации 1. Автомобильный справочник пер. с англ. -2-е изд. - М. ЗАО КЖИ За рулем,2004. - С. 661-662. 2. Голованов Л. Как устроен ГУ Р.- Найдено в Интернету ////114/. 3. , ./ .- . - 2002. С. 353. 4. Гришкевич Л.И. Автомобили. Конструкция, конструирование и расчет. Системы управления и ходовая часть / Под ред. А.И. Гришкевича. -Минск Вышэйная школа, 1987. С. 13. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4