Управляющий элемент для сервоуправления
Изобретение относится к рулевому управлению транспортного средства. Управляющий элемент для сервоуправления содержит первую управляющую часть (5), установленную с возможностью вращения вокруг оси (30) вращения, вторую управляющую часть (3), установленную с возможностью вращения вокруг оси (30) вращения и поворота относительно первой управляющей части (5), и гидравлическое устройство обратного действия, по меньшей мере, с одним исполнительным элементом (21), выполненным с возможностью воздействия на него давления и перемещения в направляющей (22), в основном, вдоль прямой (31). Проходное сечение для гидравлической жидкости может быть изменено за счет поворота второй управляющей части (3) относительно первой управляющей части (5). Прямая (31) движения исполнительного элемента (21) не пересекает ось (30) вращения. Достигается увеличение большого крутящего момента и уменьшение износа исполнительного элемента. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.
Настоящее изобретение относится к управляющему элементу для сервоуправления согласно ограничительной части п.1 формулы.
В DE 10254688 В3 описано гидравлическое сервоуправление для автомобилей, у которого сервоклапан выполнен в виде устройства с вращающимся золотником. Сервоклапан в виде гидравлического управляющего элемента содержит внутреннюю и внешнюю управляющие части, установленные с возможностью вращения вокруг общей оси вращения, причем внутренняя управляющая часть выполнена с возможностью поворота относительно внешней управляющей части для изменяемого освобождения сечения для гидравлической жидкости. Кроме того, описано устройство обратного действия, у которого в цилиндрических на отдельных участках отверстиях внешней управляющей части расположены шарики, которые при воздействии гидравлического давления взаимодействуют с соответствующей рабочей поверхностью внутренней управляющей части, причем, в целом, между внешней и внутренней управляющими частями создается крутящий момент. При этом направление движения или ось симметрии цилиндрической направляющей шариков ориентирована так, что пересекает общую ось вращения.
Задачей изобретения является создание управляющего элемента для сервоуправления, оснащенного устройством обратного действия особенно длительного срока службы и особенно легкого хода.
Эта задача решена посредством описанного выше управляющего элемента для сервоуправления, согласно изобретению, с отличительными признаками п.1.
Посредством пространственного расположения, согласно изобретению, исполнительного элемента, направляющей и оси вращения простым образом обеспечивается то, что при данном воздействии гидравлического давления и данном диаметре исполнительного элемента между внутренней и внешней управляющими частями создается особенно большой крутящий момент. При этом по сравнению с уровнем техники можно уменьшить обусловленный трением износ исполнительного элемента и соответствующих участков его воздействия, поскольку возникают лишь небольшие поперечные составляющие оказываемого исполнительным элементом усилия или они вообще не возникают.
В предпочтительном варианте выполнения управляющего элемента, согласно изобретению, указанный элемент выполнен шарообразным, а направляющей является цилиндрическое, по меньшей мере, на отдельных участках отверстие. За счет этого исполнительный элемент имеет небольшие потери на трение и прост в изготовлении.
Далее вертикальное расстояние между осью вращения и прямой предпочтительно соответствует, по меньшей мере, приблизительно четверти диаметра первой управляющей части. При данном гидравлическом воздействии устройства обратного действия это обеспечивает большой крутящий момент.
Далее принудительное вращение первой управляющей части относительно второй управляющей части может быть вызвано исполнительным элементом предпочтительно только в одном определенном направлении вращения, причем принудительное относительное вращение в противоположном направлении может быть вызвано вторым исполнительным элементом. За счет этого простым образом можно выборочно оказывать в обоих направлениях крутящий момент обратного действия.
Другие преимущества и признаки управляющего элемента, согласно изобретению, приведены в описанном ниже примере выполнения и зависимых пунктах.
Ниже описан предпочтительный пример выполнения управляющего элемента, согласно изобретению, более подробно поясняемый с помощью прилагаемых чертежей, на которых представлено:
фиг.1 - схематичный разрез управляющего элемента, согласно уровню техники;
фиг.2 - схематичный разрез управляющего элемента, согласно фиг.1 по линии А-А;
фиг.3 - разрез управляющего элемента, согласно изобретению.
Показанный на фиг.1 управляющий элемент известен из публикации DE 10254688 В3, которая посредством ссылки на нее включена в настоящую заявку.
Соответствующий уровню техники управляющий элемент 1 содержит первую 5 и вторую 3 управляющие части, установленные на корпусе с возможностью вращения посредством шарикоподшипника 4 вокруг оси 30 вращения. Первая управляющая часть 5 установлена с возможностью поворота относительно второй управляющей части 3, причем торсион 6, соединенный посредством шплинта 7 с первой управляющей частью 5 и посредством дополнительного шплинта 8 со второй управляющей частью 3, при повороте из исходного положения вызывает упругое обратно-действующее усилие. В ходе относительного поворота управляющих частей 3, 5 из исходного положения посредством соответствующих отверстий и выточек 12 управляющих частей 3, 5 освобождается все большее проходное сечение для гидравлической жидкости, в результате чего срабатывает цилиндро-поршневой элемент (не показан) для поддержания усилия зубчатой рейки 11 сервоуправления. Зубчатая рейка 11 находится, кроме того, в зацеплении с зубчатым венцом 10 шестерни 9, который выполнен на второй управляющей части 3 и обеспечивает приложение усилия к зубчатой рейке вручную водителем. При этом рулевое колесо (не показано) находится в жестком соединении с внутренней управляющей частью 5.
Устройство 20 обратного действия содержит два комплекта исполнительных элементов 21, выполненных в виде шариков и расположенных в цилиндрических отверстиях 22. Отверстия 22 выполнены в стенке второй управляющей части 3 и своими осями симметрии, являющимися одновременно прямыми 31 движения исполнительных элементов 21, ориентированы перпендикулярно оси 30 вращения. Таким образом, направление движения шарообразных исполнительных элементов 21, имеющее только одну степень свободы, ориентировано точно на ось 30 вращения (уровень техники).
При воздействии давления гидравлической жидкостью исполнительные элементы 21 движутся внутрь к первой управляющей части 5, где они взаимодействуют с соответственно выполненными рабочими поверхностями 28 на внешней периферии первой управляющей части 5, что ведет к отклонению усилия и воздействию крутящего момента на первую управляющую часть 5 относительно второй управляющей части 3.
Рабочие поверхности 28 выполнены при этом асимметричными (штриховая линия на фиг.2), причем первый комплект 20а исполнительных элементов вызывает воздействие крутящего момента в первом направлении, а второй комплект 20b исполнительных элементов - в противоположном направлении. Гидравлическая жидкость может быть выборочно направлена на первый комплект 20а или на второй комплект 20b исполнительных элементов, причем гидравлическое отделение обоих комплектов исполнительных элементов происходит посредством уплотнений 25 и кольцевых камер 23, 24.
На фиг.2 схематично показан разрез управляющего элемента, согласно фиг.1 по линии А-А, известного из уровня техники, у которого направляющая 22 своей осью симметрии ориентирована точно на ось 30 вращения. Из фиг.2 видно, что при воздействии усилия на рабочую поверхность 28, которая может быть выполнена скругленной или из угловатых прямых поверхностей, только одна составляющая усилия, действующего в направлении 31 движения исполнительного элемента 21, создает крутящий момент между управляющими частями 3, 5. Другая составляющая действует вертикально на стенку направляющей 22 и означает тем самым износ материала и потери на трение. Это требует, во-первых, высокого давления на исполнительный элемент 21, а во-вторых, обуславливает сильный износ рабочей поверхности 28, шариков 21 и стенки направляющей 22. В частности, приработка шарика 21 к стенке направляющей или износ поверхности шарика приводит со временем к увеличению люфта шарика 21 в направляющей 22 и тем самым к потере давления гидравлической жидкости.
Усовершенствование, согласно изобретению, описанного выше устройства изображено на фиг.3. Здесь направляющее отверстие 22 смещено относительно направления 31 движения параллельно оси вращения на вертикальное расстояние d. Направление 31 движения исполнительного элемента 21 больше не ориентировано на ось 30 вращения. В результате этого при таком же воздействии усилия на исполнительный элемент 21 достигается заметно больший крутящий момент между управляющими частями 3, 5. Кроме того, составляющей усилия, не вызывающей крутящего момента между управляющими частями 3, 5, можно пренебречь, так что значительно уменьшается также трение между исполнительным элементом 21 и рабочей поверхностью 28 при данном крутящем моменте.
В принципе, по сравнению с уровнем техники обеспечено то, что исполнительные элементы не являются шариками, а, например, цилиндрической на отдельных участках стенкой расположены в направляющих 22. Это обуславливает лучшее и более долговременное уплотнение относительно гидравлической жидкости.
Вертикальное расстояние d между направлением 31 движения и осью 30 вращения на фиг.3 приблизительно соответствует половине диаметра внутренней первой управляющей части 5. Это означает в то же время, что исполнительный элемент 21 воздействует на внешний край внутренней управляющей части 5 в направлении, тангенциальном относительно ее периферии. Значительные улучшения по сравнению с уровнем техники могут быть достигнуты уже при меньшем смещении направляющих 22 относительно ориентированного на ось вращения положения, например при параллельном смещении всего на четверть диаметра внутренней управляющей части 5.
1. Управляющий элемент для сервоуправления, содержащий первую управляющую часть (5), установленную с возможностью вращения вокруг оси (30) вращения, вторую управляющую часть (3), установленную с возможностью вращения вокруг оси (30) вращения и поворота относительно первой управляющей части (5), причем предусмотрена возможность изменения проходного сечения для гидравлической жидкости посредством поворота второй управляющей части (3) относительно первой управляющей части (5), и гидравлическое устройство (20) обратного действия, по меньшей мере, с одним исполнительным элементом (21), выполненным с возможностью воздействия на него давления и перемещения в направляющей (22), в основном, вдоль прямой (31), отличающийся тем, что прямая (31) движения исполнительного элемента (21) не пересекает ось (30) вращения.
2. Элемент по п.1, отличающийся тем, что исполнительный элемент (21) выполнен шарообразным, при этом направляющая (22) выполнена в виде цилиндрического, по меньшей мере, на отдельных участках отверстия.
3. Элемент по п.1 или 2, отличающийся тем, что вертикальное расстояние (d) между осью (30) вращения и прямой (31), по меньшей мере, приблизительно соответствует четверти диаметра первой управляющей части (5).
4. Элемент по п.1 или 2, отличающийся тем, что первая управляющая часть (5) выполнена с возможностью принудительного вращения относительно второй управляющей части (3) посредством исполнительного элемента (20а, 21) только в одном определенном направлении вращения, при этом принудительное относительное вращение в противоположном направлении обеспечивается посредством второго исполнительного элемента (20b, 21).
5. Элемент по п.3, отличающийся тем, что первая управляющая часть (5) выполнена с возможностью принудительного вращения относительно второй управляющей части (3) посредством исполнительного элемента (20а, 21) только в одном определенном направлении вращения, при этом принудительное относительное вращение в противоположном направлении обеспечивается посредством второго исполнительного элемента (20b, 21).
