Електромеханічний гідропідсилювач керма з кульковим гвинтовим приводом - THYSSENKRUPP PRESTA AG
1. Електромеханічний гідропідсилювач керма з кульковим гвинтовим приводом (1), що включає:
- Двигун з порожнистим валом із статором (3), закріпленим на корпусі, та обертається ротором (4), який розташовується коаксіально до поздовжньої осі (2) та приводний до порожнистого вала (7),
- Кулькову гвинтову гайку (13), яка розташована коаксіально до поздовжньої осі (2) і яка приводить в рух кульовий гвинтовий шпиндель (20) через кулі (21), характеризується, що
- ротор (4) приводить в дію кулькову гвинтову гайку через редуктор.
2. Гідропідсилювач керма по п.1, що відрізняється тим, що
- Порожнистий вал (7) має внутрішні зуби (6), які утворюють кільцеву шестерню планетарної шестерні (11),
- що кулькова гвинтова гайка (13) з'єднана з планетарним носієм, що несе планетарні шестерні (10) і
- що планета (10) планетарної шестерні (11) сітка із сонячною шестернею (15), закріпленою на корпусі.
3. Гідропідсилювач керма по одному з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що кульковий гвинтовий шпиндель (20) проникає сонячну передачу (15) коаксіально до поздовжньої осі (2).
4. Гідропідсилювач керма по одному з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що планетарні шестерні (10) встановлені на болтах (12) кулькової гвинтової гайки (13).
5. Гідропідсилювач керма по кожному з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що кулькова гвинтова гайка (13) виконана цілком із болтом (12).
6. Гідропідсилювач керма по одному з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що ротор (4) виконаний цілісно з кільцевою шестернею.
7. Гідропідсилювач керма по одному з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що сонячна шестерня (15) закріплена між корпусом (17) і рульовим кожухом (18).
8. Гідропідсилювач керма по одному з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що двигун з порожнистим валом є постійно збудженим електродвигуном.
Даний винахід відноситься до електромеханічного гідропідсилювача з кульовим гвинтовим приводом згідно з преамбулою за п. 1.
Кульові гвинти застосовуються в транспортних засобах переважно в рульових передачах. Завдання кульового гвинтового приводу полягає у перетворенні обертального руху електроприводного приводу в поступальний рух. Перетворення обертального руху в поступальний рух потрібно в рульовому механізмі, щоб здійснити поступальний рух рульової тяги.
В рівні техніки це описано, наприклад, в DE 10 2006 061 949 A1 та ЄР 1553006 A1.
У DE 10 2006 061 949 А1 обертальний рух створюється електричним сервомотором. Обертальний рух подається на зчеплення через вал ротора, а потім безпосередньо на редуктор. Вал ротора виконаний у вигляді порожнистого вала. Вбудована шестерня виконана як кульова шестерня з рециркуляцією. Обертальний рух сервомотора перетворюється на поступальний рух кульового гвинтового шпинделя за допомогою рециркулюючої кульової шестерні. Сервомотор має відносно велику потребу в просторі, оскільки він повинен працювати повільно і з великим крутним моментом завдяки прямому приводу кульової гайки. Крім того, вага серводвигуна відносно висока, що негативно позначається на витраті пального автомобіля.
В ЕР 1553006 А1 потужність для поступального руху кульового гвинтового шпинделя передається на кульковий гвинтовий шпиндель за допомогою шківа, що приводиться в дію приводним ременем через кулькову гвинтову гайку та кулі. Потужність приводу передається на приводну стрічку електродвигуном. Цей варіант приводу кульового гвинтового шпинделя має той недолік, що зубчастий ремінь є дорогим компонентом через високі вимоги до його терміну служби.
Таким чином, метою винаходу є створення приводу для поступального руху кульового гвинтового шпинделя, який займає менше місця, чий двигун має меншу вагу і який повинен забезпечувати менший приводний крутний момент.
Завдання досягається за допомогою системи гідропідсилювача керма за п. 1, подальші підзаявки визначають корисні розробки.
Рішення згідно винаходу забезпечує електромеханічний гідропідсилювач керма з кульовим гвинтовим приводом, який має двигун з порожнистим валом зі статором, закріпленим на корпусі, і обертово встановлений ротор, коаксіально розташований до поздовжньої осі і приведений в рух до порожнистого вала, кулькову гвинтову гайку, розташовану коаксіально до поздовжньої осі, яка через кулі кульковий гвинтовий шпиндель веде вперед, ротор приводить в дію кулькову гвинтову гайку через редуктор.
Застосування редуктора забезпечує необхідність меншого крутного моменту для приведення кулькового гвинтового шпинделя, ніж у рішеннях, задокументованих у рівні техніки. Тому приводний двигун з меншим енергоспоживанням може приводити в дію гідропідсилювач керма. Оскільки крутний момент, який забезпечує електродвигун, приблизно пропорційний діаметру якоря, вага гідропідсилювача зменшується, якщо обраний електродвигун з меншою потужністю і меншим крутним моментом. Це призводить до економії палива. Крім того, для меншого електродвигуна потрібно менше місця для встановлення.
У гідропідсилювачі керма порожнистий вал має внутрішні зуби, які утворюють кільцеву шестерню планетарної шестерні, кулькова гвинтова гайка з'єднана з планетарним носієм, що несе планетарні шестерні, і планетарні шестерні планетарної шестерні, закріплені на корпусі сонячної шестерні.
Використання планетарної шестерні як редуктора є одним із способів генерування редукції. Планетна шестерня в системі гідропідсилювача керма згідно винаходу має щонайменше дві планетарні шестерні. Компактна конструкція в основному була досягнута завдяки використанню планетарного редуктора.
Кульковий гвинтовий шпиндель пронизує сонячну шестерню коаксіально до поздовжньої осі.
Ця конструкція дозволяє компактно розмістити сонячну шестерню разом із планетарними шестернями, кільцевою шестернею, ротором та якорем в одному корпусі. Це призводить до економії місця.
Планетарні шестерні встановлені на болтах планетарного носія, який з'єднаний з кульковою гвинтовою гайкою обертально або є цільним.
Конструкція має ту перевагу, що обертальний рух планетарних передач передається безпосередньо на кулькову гвинтову гайку через болти. Немає інших компонентів, які могли б знизити ефективність гідропідсилювача керма.
Кульковий гвинтовий шпиндель можна переміщати вправо R або вліво L в площині фігури вздовж поздовжньої осі, залежно від напрямку обертання двигуна порожнистого вала.
Напрямок обертання двигуна з порожнистим валом залежить від полярності. Отже, зміна напрямку обертання може бути легко здійснена шляхом зміни полярності.
Гайка кулькових гвинтів виконана цілком із болтами.
Ця конструкція має переваги з точки зору технології виготовлення та міцності. Цілісна конструкція дозволяє виготовляти як литу деталь. На міцність кулькової гвинтової гайки позитивно впливає той факт, що завдяки використовуваній технології виготовлення піки напружень - такі, як, наприклад, у зварних заготовках, - не виникають або виникають у значно меншій мірі. Механічна подальша обробка - наприклад, фрезеруванням - має завдання привести заготовку до її номінального розміру.
Ротор виконаний цільним.
Він має форму прямого порожнистого циліндра, на одному кінці якого утворений порожнистий вал. Порожнистий вал має зону зачеплення, яка має внутрішні шпорові зуби. Як варіант, порожнистий вал може мати гвинтові зуби в зоні зачеплення. Цілісна конструкція дозволяє недороге виготовлення, наприклад шляхом лиття та подальшої механічної обробки фрезеруванням. Це позитивно впливає на перебіг механічних напружень у роторі, оскільки це зменшує виникнення піків напружень.
Сонячна шестерня закріплена між корпусом та корпусом рульового управління. Сонячна шестерня кріпиться гвинтами до полотен корпусу та корпусу рульового управління. Частина сонячної шестерні, що має зуби, виступає в корпус і йде співвісно до поздовжньої осі.
Гідропідсилювач керма має підшипник, завдання якого - поглинати радіальні сили на додаток до кулькової гвинтової гайки. Це зменшує навантаження на кулькову гвинтову гайку.
Зразковий варіант здійснення винаходу описаний нижче з посиланням на креслення. Показати:
1: поздовжній розріз через електромеханічний гідропідсилювач керма з кульовим гвинтовим приводом;
2: поперечний переріз, перпендикулярний поздовжній осі електромеханічного гідропідсилювача з кульовим гвинтовим приводом; як от
3: область, позначена пунктирними лініями на фіг. 1, збільшена.
1 зображено поздовжній розріз електромеханічної системи гідропідсилювача керма з кульковим гвинтовим приводом 1 уздовж її поздовжньої осі 2.
Привід електромеханічного гідропідсилювача з кульовим гвинтовим приводом 1 складається з постійно збудженого двигуна з порожнистим валом. Порожнистий вал двигуна має порожнисту циліндричну форму. Він складається зі статора 3 і якоря 4. Якір 4 пускають в стартер 3. Статор 3 і якір 4 співвісні з поздовжньою віссю 2. Арматура 4 обертається навколо поздовжньої осі 2 і має дерев’яну циліндричну форму. Арматура 4 має область зачеплення 5, яка забезпечена внутрішніми зубцями 6. Внутрішні зубці 6 переважно виконані як торцеві зубці. Як варіант, він може бути виконаний як гвинтовий механізм. Якір 4 обертається навколо поздовжньої осі 2. Дивлячись на гідропідсилювач керма з положення 8, якір може виконати 4 обертання вправо r або вліво l навколо поздовжньої осі 2. Внутрішнє зубець 6 якоря 4 входить у зачеплення 9 із планетарними шестернями 10, які є частиною планетарної шестерні 11. На цьому малюнку показана лише одна з щонайменше двох планетарних передач 10. Зуб’я 9 також виконано як зубці для обличчя. В якості альтернативи, зазублення 9 може бути виконано як гвинтові зуби.
Планетні шестерні 10 встановлені з можливістю обертання на болтах 12 кулькової гвинтової гайки 13. Кулькова гвинтова гайка 13 виконана цілком із болтом 12.
Зубчасті колеса 10 планети входять в зубці 14 сонячної шестерні 15, яка є частиною планетарної шестерні 11. Зубці 14 бажано виконати як зубці для обличчя. Як варіант, може бути реалізована гвинтова зуба.
Сонячна шестерня 15 закріплена між корпусом 17 і рульовим корпусом 18 за допомогою знімного з'єднання, яке виконано як гвинтове з'єднання 16. Сонячна шестерня 15 встановлена в корпусі 17 співвісно поздовжній осі 2. Зубчаста зона сонячної шестерні 15 повністю виступає в корпус 17 .
Сонячна шестерня 15 має в центрі наскрізний отвір 19. Кульовий гвинтовий шпиндель 20 з кульками 21 веде через наскрізний отвір 19. Кульковий гвинтовий шпиндель 20 розташований коаксіально до поздовжньої осі 2. Кульковий гвинтовий шпиндель 20 проникає в кулькову гвинтову гайку 13 коаксіально до поздовжньої осі 2 .
Крутний момент передається від кулькової гвинтової гайки 13 через кулі 21 до кульового гвинтового шпинделя 20.
У цьому поданні кульовий гвинт виступає в площині малюнка з обох сторін праворуч і ліворуч через крайові ділянки корпусу 17 і рульового корпусу 18.
На додаток до статора 3, якоря 4, кулькової гвинтової гайки 13, планетарної шестерні 11, кулькового гвинтового шпинделя 20 і кульок 21, корпус 17 також має підшипник 22, який переважно виконаний як кульковий підшипник із глибоким пазом. Крім того, можливі конструкції як роликові та голчасті підшипники. На малюнку підшипник 22 насунутий на плече 23 кулькової гвинтової гайки 13 на лівому кінці кулькової гвинтової гайки 13. На додаток до кулькового гвинтового шпинделя 20, підшипник 22 служить для поглинання сил, які діють перпендикулярно поздовжній осі 2. Кульковий підшипник 22 захищений від поздовжніх рухів ліворуч L в площині фігури за допомогою пазної гайки 24, яка прикручується до кулькової гвинтової гайки 13. Кульковий підшипник 22 захищений від поздовжнього зміщення праворуч R в площині фігури упором на стінці 25 корпусу 17.
У цій електромеханічній системі гідропідсилювача керма з кульковим гвинтовим приводом 1 обертальний рух двигуна порожнистого вала перетворюється на поступальний рух кульового гвинтового шпинделя 20. Залежно від напрямку обертання двигуна з порожнистим валом, кульковий гвинтовий шпиндель 20 має поступальний рух, спрямований вправо R або вліво L.
Коли обертається двигун порожнистого вала, якор 4 спочатку обертається навколо поздовжньої осі 2. Залежно від полярності двигуна порожнистого вала, якір 4 обертається вправо r або вліво l навколо поздовжньої осі 2 з точки зору 8 спостерігача, який дивиться на кульковий гвинтовий шпиндель 20. Обертальний рух передається на планетарні шестерні 10 через внутрішні зубці 6, що належать до якоря 4. Планетні шестерні 10 передають обертальний рух кульовій гвинтовій гайці 13 за допомогою болтів 12. Гайка кулькових гвинтів 13 передає крутний момент на кульковий гвинтовий шпиндель 20 за допомогою кульок 21. Залежно від напрямку обертання кулькової гвинтової гайки 13, кульковий гвинтовий шпиндель 20 виконує поступальний рух вліво L або вправо R в площині малюнка. Напрямок обертання кулькової гвинтової гайки 13 визначається напрямком обертання якоря 4.
Коли кульковий гвинтовий шпиндель 20 приводиться в рух двигуном порожнистого вала, як описано вище, відбувається передача руху з постійним - зменшенням. Зменшення генерується внутрішніми зубцями 6 якоря 4 з планетарними шестернями 10. Планетарний редуктор 11 забезпечує компактну конструкцію цього пристрою. Така конструкція зменшує вагу і тим самим економить паливо. В якості альтернативи використанню планетарної шестерні 11 також може бути використана інша редукторна передача.
Коробки передач описаного вище типу мають більш компактну конструкцію, ніж звичайні рульові механізми EPS або приводи з приводними ременями. Отримана економія ваги відповідає потребі в економії палива. Використання планетарної шестерні 11 дозволяє використовувати двигун - в даному випадку використання двигуна з порожнистим валом - який вимагає меншого крутного моменту, ніж двигун у звичайному рульовому механізмі EPS. Крутний момент електродвигуна приблизно пропорційний його діаметру. Завдяки масивній конструкції таких двигунів це призводить до зменшення ваги електродвигунів з меншим діаметром.
Фіг.2 показує поперечний переріз 26 електромеханічного гідропідсилювача з кульовим гвинтовим приводом 1. Цей малюнок показано концентрично в декартовій системі координат 27. Центральна точка 28 цієї декартової системи координат 27 позначена проекцією поздовжньої осі 2.
Поперечний переріз 26 проходить перпендикулярно поздовжній осі 2. Ілюстрація показує переріз корпусу 17 в самій зовнішній зоні. Безпосередньо під корпусом 17 показаний якір 4 з оточуючою його зоною зачеплення 5, яка має внутрішні зубці 6.
Внутрішні зубці 6 якоря 4 зчеплені з зубцями 9 планетарних зубчастих коліс 10, розташованих у внутрішній області якоря 4. На цій ілюстрації показано три планетарні шестерні 10. У розчині згідно винаходу дві планетарні шестерні 10 повинні мати сітку з принаймні внутрішніми зубцями 6. Три планетарні шестерні 10 є частиною планетарного механізму 11 .
На поздовжньому розрізі 1 показано лише одну планетарну шестерню 10, оскільки дві інші планетарні шестерні 10 не знаходяться в площині перерізу.
Болти 12, на яких розміщені планетарні шестерні 10, показані на фіг.2 у вигляді концентричних кіл. Зуби 9 планетарних шестерень 10 сітчасті з зубцями 14 сонячної шестерні 15. На цьому малюнку зубці 9 планетарних шестерень 10 і зубці 14 сонячного колеса 15 накреслені суцільними лініями.
Невилуплена кругова область 29 являє собою площину обертання шестерні планети 10 навколо сонячної шестерні 15.
Кругла дугоподібна область 30 являє собою кульові нитки, в яких кульки 21 транспортуються. Жодна з куль 21 не показана на цьому малюнку.
На фіг.3 елементи, укладені пунктирними лініями на фіг.1 і позначені значком Х, показані збільшеними як деталь.
Зона зачеплення 5, порожнистий вал 7 якоря 4 з внутрішніми зубцями та зубці планетарних шестерень 9 показані особливо наочно цим зображенням.
1 Електромеханічний гідропідсилювач керма з кульовим гвинтовим приводом - поздовжній переріз 2 Поздовжня вісь 3 Статор 4 Ротор 5 Арматура зони зачеплення - внутрішня 6 Внутрішні зубці зони зачеплення 5 7 Порожнистий вал 8 Положення: Вид гідропідсилювача рульового управління з одного боку 9 Зуб’яття планетарних шестерень 10 Планетарна шестерня 11 Планетна шестерня 12 Болт 13 Кулькова гвинтова гайка з болтом 14 Зубцювання сонячної шестерні 15 15 Сонячна шестерня 16 Гвинтове з'єднання 17 Корпус 18 Корпус керма 19 Наскрізний отвір 20 Кульковий гвинтовий шпиндель 21 Кулі 22 Підшипник 23 Плече кулькової гвинтової гайки 13 24 Контргайка 25 Стіна 26 Електромеханічний гідропідсилювач керма з кульовим гвинтовим приводом - поперечний переріз 27 Декартова система координат 28 Центральна точка 29 Площина обертання планетарних шестерень 10 30 Кулькові гвинтові різьби
ЦИТИ, ВХІДНІ В ОПИС
Цей список документів, перерахованих заявником, був сформований автоматично і включений виключно для кращої інформації читача. Список не є частиною німецької заявки на патент чи корисну модель. DPMA не несе відповідальності за будь-які помилки або упущення.
- - DE 102006061949 A1 [0003, 0004]
- - ЄР 1553006 А1 [0003, 0005]