Рулевое устройство для транспортного средства со всеми управляемыми колесами

 

. в

ОП ИСАНИЕ.

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

: I» I 56I687

Союз Советских

Соцналнстнческнх

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 05. Г1.74 (21) 2073827/11 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (43) Опубликовано 15.06.77. Бюллетень Хе 22 (45) Дата опубликования описания 22.11.77 (51) Ч.1,л.-" В 62 07/ 14

Государственнн1й квинтеt

Совета Министров СССР

an дела1н нзобретеннй

s открытнй (53) УДК 629.113.014.5 (088.8) (72) Автор изобретения

Ю. Ф. Демченко (71) Заявитель (54) РУЛЕВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТРАНСПОРТНОГО

СРЕДСТВА СО ВСЕМИ УПРАВЛЯЕМЪ|МИ КОЛЕСАМИ

Изобретение относится к безрельсовому транспорту, а именно к рулевым устройствам колесных транспортных средств со всеми управляемыми колесами.

Известно рулевое устройство для транспортного средства со всеми управляемыми колесами, содержащее рулевой вал, связанный передаточными механизмами с осями поворота колес (1).

Недостатком такой системы является ограниченный радиус поворота при складывании рамы, а также невозможность выбора напpÿÂëeíIIÿ,ëÂèæeí11я Относительно шасси.

Известно также рулевое устройство для транспортного средства со всеми управляемыми колесами, содержащее основной рулевой ва1, связанный с передаточным механизмом, включающим кулисы, оси поворота которых связаны с осями поворота колес (2).

Зто рулевое устройство поворачивает часть или зсе колеса на неограниченный угол, точка пересечения продолжения осей вращения колес двигается по выбранной прямой, скрепленой с шасси, от плюс — минус бесконечности до нуля, т. е. до выбранной точки на шасси.

Дифференциальное рулевое устройство позволяет повысить маневренные свойства колесного шасси. Однако его маневренные возможности ограничены, например при работе автопогрузчиков в стесненных условиях, например на складах, в трюмах кораблей, а также прп дВижечии колесных машин ВысОкой проходимости по извилистым траекториям, например в горной и лесистой местности, и при разворачивании на площадках, имеющих размеры на 5 — 10 "о превышающих размеры самого шасси.

Цель изобретения — создание рулевого устройства, повышающего маневренные всзможности колесного шасси.

Зта цель достигается тем, что рулевое устройство снабжено дополнительным рулевым валом, дифференциалом, кривошипами с ме..анизмами для изменения радиусов врашечия криВОшипов, ВзаимодейстВующих с кълисами, приводами, изменяющими положения осей вращения кулис п блокирующим устройством. при этом основной рулевой вал связан с одним звеном дифференциала и с приводами, изменяющ,1м:I положение осей зращения кулис, Второе звено дифференциала с механизмами для*изменения радиусов вращения кривош:1пов, а третье ззено — с дополнительным рулевым Валом и с осями вращения кривошипов л с блокирующим устройством.

С целью изменения положения оси Враще:1;Is кулисы по закону синуса привод, из»e:IÿIîщий положение оси вращения кулисы, состоит из ползуна, связанного с кулисой, па561687

Q= arctg

r„cos o;

Q;= arctg

Я вЂ” r;sinо;

60 лец которой посредством рычага соединен с первым звеном дифференциала, а с целью изменения радиуса вращения кривошипа по закону косинуса механизм для изменения ра диуса,вращения кривошипа состоит из связанной с кривошипом кулисы, палец которой соединен, посредством рычага со вторым звеном дифференциала.

Блокирующее устройство состоит из шестерни, на которой установлены роликовые копиры, взаимодействующие с роликовым копиром, связанным с одним из приводов, изменяю щим положение oiceA вращения кулис.

Предлагаемое рулевое устройство обеспечивает поворот всех колес шасси на .неограниченный угол так, что продолжения осей вращения колес пересекаются в одной точке, изменение направления движения,относительно шасси в диапазоне 360 с сохранением свойств, указанных в п, 1, криволинейное поступательное движение,,и, как следствие перечисленного, рулевое устройство позволяет устанавливать точку пересечения продолжения осей вращения колес относительно шасси практически в любой точке.

На фиг. 1 — кинематическая схема рулевого устройства; на фиг. 2 — схема шасси с приводами поворота к каждому колесу; на фиг. 3 — схема поворота при вращении основного рулевого вала; на фиг. 4 — схема поворота при вращении основного и дополнительного рулевых валов; на фиг. 5 — 10 показаны различные маневры шасси.

Рулевое устройство состоит из и кривошипно-кулисных механизмов 1, где fl — число колес. Каждый кривошипно-кулисный механизм поворачивает одно колесо и состоит из пальца 2, скрепленного с кривошипом 8, выполненным в виде ползуна, расположенного в направляющих 4, соединенных с шестеренчатым приводом кривошипа, который включает в себя шестерню 5, взаимодействующую с шестерней б. Шестерня б скреплена с ведущим валом 7. Вал 7 соединен с аналогичными приводами кривошипов других кривошипно-кулисных механизмов и связан шестернями 8 и

9 с звеном 10 дифференциала 11 и соединен с колесом 12 червячного редуктора, полый червяк 13 которого соединен с основным рулевым колесом 14. Вал 7 через редуктор 15

"вязан с указательной стрелкой 1б, снабженной неподвижным лимбом 17. Кривошип 3 снабжен механизмом для изменения радиуса вращения кривошипа по закону косинуса, включающим в себя кулису 18, скрепленную с кривошипом 8 и взаимодействующую с пальцем 19, соединенным с рычагом 20. Ось

21 рьгчага 20 скреплена с шестеренчатым приводом, .включающим в себя вза имодействующие шестерни 22 и 23. Последняя скреплена с валом 24, связанным с звеном 25 дифференциала 11, а также соединенным с аналогичными механизмами других кривошипно-кулисных механизмов. Ось 21 одновременно является осью поворота кривошипа 8. Палец 2 взаимодействует с кулисой 2б, ось 27 которой через конический редуктор 28, телескопический вал 29 и конический редуктор 80 связаны с поворотной осью 81 колеса 32 шасси 83.

Ось 27 кулисы расположена в подшипнике

34, скрепленном с ползуном 85. Ползун 85 снабжен приводом, изменяющим положение оси вращения кулисы IIQ синусному закону, т. е. изменяющим расстояние между осью 21 кривошипа 8 и осью 27 вращения кулисы 2б от нуля до максимального положительного или отрицательного значения. Соединенная с ползуном 35 кулиса 3б взаимодействует с пальцем 87 рычага 88, скрепленного с ведущим валом 89, который связан шестернями

40 и 41 с звеном 42 дифференциала 11, а также соединен с червячной шестерней 43, взаимодействующей с червяком 44, который при помощи валика 45, проходя щего через червяк 18, соединен с дополнительным рулевым колесом 4б.

С валом 7 скреплена шестерня 47, взаимодействующая с шестерней 48, на которой установлены роликовые копиры 49, число которых .равно числу кривошипно-кулнсных механизмов.

На ползуне 35 первого кривошипно-кулисного механизма установлен роликовый копир

50, взаимодействующий с копирами 49. Элементы 47, 48, 49, 50 составляют блокирующее устройство.

Как было отмечено выше, залы 7, 24, 39 связаны с аналогичными приводами остальных кривошипно-кулисных механизмов рулевого устройства. Все кривошипно-кулисные механизмы компонуются единым блоком в корпусе 5i1, расположенном на шасси. О г корпуса 51 вращательное движение телескопическим .валом 29 передается к каждому

4О,л.су 82.

Угол поворота колеса имеет следующую зависимость от радиуса поворота. где К вЂ”,ра сстояние от направляющей точки

«0» до прямой, соединяющей оси поворота колес;

Я вЂ”,радиус поворота;

 — колея.

За направляющую точку «О» принят полюс относительного вращения шасси. Переходя к полярным координатам, получим другое выражение для угла поворота колеса где: r; — расстояние от направляющей точки О до оси поворота колеса; д; — угол между принятой осью отсчета

65 ОМ и отрезком r„.

561687

Целесообразно за ось отсчета принимать продольную ось шасси, параллельную преимущественному направлению движения.

При изменении направления движения относительно шасси на угол 1 угол поворота колеса можно представить в следующей зависимости:

Q,=6;+90 — arctg .(Ц 10

cos (В! — т) г! — — sin (3; — т)

ri„

Здесь отношение — при изменении раR 15 диуса поворота от плюс — минус бесконечности до нуля изменяется от нуля до плюс— минус бесконечности. Найденное .вы|ражение воспроизводится кривошипно-кулисным механизмом (см. фиг. 1), у которого кулиса 26 20 поворачивается на угол

Q! = 6; + 90 — arc tg —, (И)

rm! — sin (3! — т) 5

pi при повороте кривошипа 8 на угол (6! — у), где r; — расстояние между осью 27 вращения кулисы и осью 21 вращения кривошипа 8, р; — радиус кривошипа, т. е. расстояние от оси 21 вращения до оси пальца 2. б! + 90 — угол, на который предварительно повернут каждый кривошип 8 в исходном,положении относительно линии перемещения оси 27 кулисы 26, у — угол, на который поворачивают кривошип 8.

Так как привод, изменяющий положение оси вращения кулисы, состоящий из деталей 40

85, 86, 87, 88, изменяет величину r; от нуля до максимального положительного или отрицательного значения, определяемого величиной рычага 88 привода, а .привод, изменяющий радиус кривошипа, состоящий из деталей 18, 19, 20, одновременно изменяет радиус криворшипа о; от максимального значения, определяемого рычагом 20, до нуля, то отноги! шение — изменяется от нуля до плюс бесpi 50 конечности или от нуля до минус бесконечности. Т. е. изменяется так же как и OT|HOri шение — в выражении (1). Основное услоЯ зне для настройки кривошипно-кулисного механизма — это соблюдение равенства г,„; г! — во всем диапазоне изменения

pi радиуса поворота R шасси.

Угол б! и величина рычага 88, .равная 60

r„„(max), определяются после того, как на шасси будут выбраны направляющая точка

О и ось отсчета ОМ н определены углы б! и расстояния r; от направляющей точки О до оси поворота колеса. После этого для упро- 0> щения конструкции рычаги 88:подбираются из условия:

ri

) г»!+! г —, Для измене:сня направления движения огносительно шасси на угол у 3 кривошипнокулнсном механизме необходимо повернуть кулису 26 н кривошип 8, т. е. шестерню 5 на угол у. Это осуществляется поворотом колеса 14. Вращательное движение передастся через колесо 12 н червяк 18 и шестерню 6, I контролируется стрелкой 16 с лнмбом 17. указывающей поворот кризошнпа 8, кулисы

26 и колеса 82. Рычаг 20 также повернется на угол у. В этом случае для выражения

1 мы имеем:

r;=const; у= а Q„— Я!,! — — ...= Q» =у,.

В кривошипно-кулнсном мехачнзме лого устройства имеем: рулер; = о;„..-; ri»! 0;;. = у!, а рычаги 20 выполняются один аковымн.

Затем каждый кривошип 8 поворачивают на угол 90 + б; относнгельно линни перемещения оси 27 кулисы 26, и в этом положении закрепляют на своих валах шестерни 28 и б.

Необходимо отметить, что настройка каждого кривошипно-гкулисного механизма ведется по двум, параметрам — б! и г»„(нлп р;),,поэтому взаимное расположечие,колес на шасси может быть самым различным.

В исходном положении рулевого устройстза шасси может двигаться по прямой вдоль его выбранной продольной оси. Прн этом все кривошипы 8 и, следовательно, все кулисы

26 повернуты на угол б! + 90 относительно лгншн перемещения ее оси 27. В этом положении каждый кривошип удерживается приводом, состоящим из шестерен 5, 6, который связан с аналогичными приводами других кривошипно-кулисных механизмов валом 7 и удерживается от вращения колесом 12 и червяком 18. Ось 27 кулисы соосна с осью 21 кривошипа и в этом положении удерживается приводом, рычаг 88 которого находится

B нулевом положении. При этом r! равно нулю. Ось 27 кулисы 26 через конический редуктор 28, вал 29, редуктор 80 удерживаег плоскость качения колеса параллельно выбранной оси отсчета (з данном случае продольной оси шасси). Рычаг 20,привода находится в нулевом положении, обеспечивая максимальную величину радиуса крнвошипа.

Это положение привода, состоящего из деталей 85, 86, 87, 88 и изменяющего положение оси вращения кулисы, н привода, состоящего нз деталей 18, 19, 20 и изменяющего радиус вращения кривошни а фиксируется шестерне н

48 и чер,зяком 44.

561687 и согласно выражению (П) Q7771 = Q7777+ 1 = ° ° 077777 171

rml — rmi1 7

Pi Р7 1; и согласно выражению (II) Q б; + 90" — arctg

cos (3; — y,)

Г„771 — — sill (Bl — Т1) .

Р7 1

Как отмечалось выше, во всех кривошипно-кулисных механизмах соблюдается условие:

rm71 ri

35 которое всегда обеспечивает пересечение осей вращения колес в одной точке, а,радиус поворота шасси будет равен: р;,.г;

1777 7 1

Таким образом, осуществляется поворот шасси с радиусом поворота от плюс — минус бесконечности до нуля. 45

На фиг. 5 а и б представлено схематически движение параллельно продольной осн шасси и поворот в этом случае. Н", фпг. 6, 7 а и б — движение относительно продольной оси шасси под углом 1 и по" îðîò в этом 50

=лучае. На фпг. 8 угол у равен около 87, а радиус поворота — R меньше r;. т. е. точка пересечения осей вращения колес находится з районе шасси. На фиг. 9,радиус поворота равен нулю, а шасси может вращаться на 55 .»есте вокруг направляющей точки, при это,1 направление н скорость вращения регу,чнруются трансмиссией. На фнг. 10 показано криволинейное псступательное движение.

В работе кр;1зош пно-кулн1сного механиз- 60 ма при R = r;, т. е. о; = г„н может возник:-1уть такое положение, когда па.чец 2 крпвошипа 8 займет соосное положение с осью 27 кулисы 2б, Это положен 1е характеризуется пеопределенчостью, т. е. в этом положении 65

Таким образом, осуществляется изменениеие направления движения относительно шасси на угол от нуля до 360 и криволинейное поступательное движение.

Для осуществления поворота с какимлибо радиусом поворачивают колесо 4б. При этом .повернется вал 89, приведет в движение привод, изменяющий положение оси вращения кулисы, состоящий из деталей 88. 87, 85, 35, и через дифференциал 11, вал 24 повернет рычаг 20 привода для изменения радиуса 15 кризошипа, состоящего из деталей 20, 19, 18.

Все это .приведет к изменению г„„и р,.

Тотда для кривошипно-кулисного механизма имеем:

20 кулиса 2б может произвольно поворачиваться на 360". Для устранения этого применено блокирующее устройство, в котором каждый копир 49 так расположен на шестерне 48, зацепляющейся с шестерней 47, что прежде, чем в 1" кривошипно- кулисном механизме наступит неопределенность, он начнет ззачмодействовать с копиром 50, закрепленном на ползуне 85 первого кривошипно-кулисного механизма. При этом водитель,,поворачивая рулевое колесо, может ощущать упор, для устранения которого следует другое рулевое колесо поверуть на незначительный угол.

Блокирующее устройство ограничивает установку точки пересечения осей вращения всех колес в зоне, описываемой радиусом, равным 250 — 400 л1л1, вокруг оси 81 поворота каждого колеса.

При использовании, рулевого устройства на тяжелых шасси необходимо для уменьшения усилия на рулевом колесе и снижения нагрузок на детали кривошипно-кулисногэ механизма применять сервопривод 7колеса 82, которым должен управлять телескопический вал 29. В этом случае рулевое устройство выполняет функцию задающего блока.

Формула изобретения

1. Рулевое устройство для транспортного средства со всеми управляемыми колесами, содержащее основной рулевой вал, связанный с передаточным механизмом, включающим кулисы, оси поворота которых связаны с осями поворота колес, отли ч аю шее с я тем, что, с целью повышения маневренности, оно снабжено дополнительным рулевым валом, дифференциалом, кривошипами с механизмами для изменения рад7иусов вращения кривошипов, взаимодействующих с кулисамн, приводами, изменяющими положения осей вращения кулис, и блокирующим устройством, п ри этом основной рулевой вал связан с одним звеном дифференциала и с приводами, изменяющими положение осей вращения кулис, второе звено дифференциала связано с механизмами для изменения радиусов вращения кривошипов, а третье звеHo — с д Jполнительным рулевым валом и с осями Bpчщения кривошипов и с блокирующим устройством.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью изменения положен:1я ос:,1 вращения кулисы по закону синуса, привод. изменяющий по,чожение осн вращения кулисы, состоит из ползуна, связанного с кулисой, палец которой соединен посредстзом рычага с первым ззе;1ом дифференциала.

3. Устройство по и. 1, отличающееся тем, что, с целью изменения радиуса кризошипа по за7кону косинуса, механ 1зм для изменения радиуса вращения крнвошппа, состоит из связанной с крнвошнпом кулисы, палец которой соединен посредством рычага со вторым звеном дифференциала.

561687

17 15

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блокирующее устройство состоит из шестерни, на которой установлены роликовые копиры, взаимодействующие с роликовым копиром, связанным с одним из приводов, изменяющих положение осей вращения кулис.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Акцептованная заявка Японии № 47 — 46367, кл. 5 (1), 31 (31) от 9.05.1973 г.

5 2. Патент Швеции ¹ 203586, кл. 63с 47, 1965.

561687

/ пи г. 5

1

I

/

/

4п/ г. 3

Риг. 8 шпиг. 7

Составитель В. Маринкина

Техред М. Семенов корректор И. Симкина

Редактор Э. Шибаева

Заказ 654/1704 Изд. № 672 Тираж 850 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, К-35, Раушская наб., д. 4/5

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент»