CN1096576C - 转向控制器 - Google Patents

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Abstract

一种流体控制器(11)，它包括一个可转动的滑阀(31)和一个可相对转动的伺服套筒(33)，其中，流体流过一流体仪表(15)，当流体流过该仪表时，仪表中的星形件作轨道和转动运动。星形件(39)的转动传至套筒(33)，形成其伺服运动。按照本发明，星形件(39)限定一组内齿(41)，套筒(33)的端部(42)轴向穿入星形件并限定一组外齿(43)，与内齿(41)从动啮合。由于本发明的伺服布置，消除了传统的驱动轴和横向销的需要，滑阀和套筒可具有较小直径，整个流体控制器较小、结构简单且造价低。

Description

转向控制器
技术领域
本发明涉及一种流体控制器，其用于控制从一加压流体源向一流体压力操纵装置如机动车辆转向缸的流体流量。
背景技术
本发明所涉及的一种典型的流体控制器包括一个壳体，它限定各流体孔道，还包括一流体仪表(fluid meter)和闭门装置，响应于一个输入如机动车辆方向盘的转动而工作。传统上阀门装置包括一个由方向盘转动的主滑阀，以及一个伺服套筒，滑阀和套筒的相对转动位移是由转向输入转矩决定的，滑阀和套筒之间的转动位移决定通过阀门装置的流量，从而决定向着转向缸的流量。
典型的控制器也包括一个响应于通过流体仪表的流体流量将伺服运动给予阀门装置，特别是给予伺服套筒的装置。流体仪表一般包括一个盖劳特齿轮组(gerotor gear set)，其中，内齿环件是静止的，外齿星形件当流体流过仪表时在环件中作轨道和转动运动，从而受到测量即计量。一般来说，伺服运动是从轨道和转动运动的星形件借助一个主驱动轴和一个直径方向的穿过滑阀上有裕度孔的销传至伺服套筒。因此，星形件的轨道和转动运动的转动分量转换成套筒的旋转伺服运动。这种伺服布置在本专业中是公知的，在美国专利第4,336,687号中进行了图示和描述，该专利转让给本发明的受让人并在本说明书中用作参考文献。
虽然现有技术的伺服布置工作令人满意，并已应用多年，但是，它确实具有缺点和局限性。例如，现有技术的伺服机构需要设置驱动轴和驱动销，它们的作用只是为了实现套筒的伺服运动。另外，由于主驱动轴向着滑阀和套筒的前端从盖劳特星形件伸至一个位置，因而驱动轴设置在中空的滑阀中。与盖劳特星形件花键接合的主驱动轴端部随其作轨道和转动运动，因而中空滑阀的内径必须大得足以不仅容纳主驱动轴的直径，而且也要容许盖劳特星形件的偏心运动。因此，在流体控制器中的典型滑阀和套筒，就尽量减小泄漏而言，其直径过大，而且就承受流体压而言，滑阀和套筒径向上往往尺寸过薄。
另外，在现有技术的流体控制器中，滑阀和套筒的较大尺寸限制了控制器可以工作的背压。在许多机动车辆转向***中，常常需要能够将控制器返回管线用作向着下游辅助流体压力装置的输入。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种具有主滑阀和伺服套筒的改进的流体控制器，其中，现有技术流体控制器的上述缺点得到克服。
本发明的一个更为具体的目的是提供一种上述类型的流体控制器，其中，无需设置向套筒传递伺服运动的典型机构，而是从作轨道和转动运动的星形件向套筒更为简单和直接地传递伺服运动。
本发明的上述和其它目的是通过提供下述控制器实现的，这种控制器用于控制从加压流体源向流体压力操纵装置的流体流量，这种控制器包括壳体装置，其限定一个连接所述源的入口孔道、一个连接一容器的返回孔道，以及连接于流体压力操纵装置的第一和第二控制流体孔道。阀门装置设在壳体装置中，并包括一个可转动的主阀件和一个配合工作的可相对转动的伺服阀件，主阀件和伺服阀件限定一个中和位置(neutralposition)和一个转动工作位置，在该位置上，主阀件和伺服阀件可相对转动位移。壳体装置和阀门装置当两阀件处于转动工作位置时共同限定一条在入口孔道和第一控制流体孔道之间，以及在第二控制流体孔道和返回孔道之间连通的主流体通道。为了与通过阀门装置的流体流的体积成正比地将伺服运动给予阀门装置而设有流体驱动装置，该流体驱动装置包括一个静止的内齿环件和一个进行相对于环件的转动运动的外齿星形件。
这种控制器的特征在于，伺服阀件包括一个紧邻外齿星形件设置的端部。星形件和伺服阀件包括联结装置，其响应于星形件的转动运动向伺服阀件传递转动的伺服运动。
附图说明
图1是按照本发明的流体控制器的轴向剖视图。
图2是图1的液体控制器的左端视图。
图3是沿图1中的3-3线的横剖图，表示本发明的流体仪表和伺服机构。
图4是剖过本发明的定心弹簧装置的横剖图。
图5是流体控制器的阀门工作区域图，其比例大于图1且处于中和位置。
图6是图5所示的放大的、局部的工作区域图，已从图5的中和位置移至工作位置。
具体实施方式
现在参阅附图，这些附图并不是要限制本发明，图1表示一流体控制器11，它是按照本发明制成的。流体控制器11可以采用美国专利Re.25,126号中图示和说明的许多技术内容，该专利是授予本发明的受让人的本说明书中将其用作参考文献。但是，本发明的流体控制器11体现一种新的总体布置，它使流体控制器比现有技术的流体控制器更简单、更紧凑、成本更低，同时有更高级的性能。
流体控制器11包括若干部分，包括一阀壳部分13、一个包括流体仪表15的部分及一个前端盖17。这些部分借助多个螺栓19(图1和3中各只画出一个)密封接合在一起，螺栓19与阀壳部分13螺纹接合。
现参阅图2及图1，阀壳部分13限定一流体入口孔道21(其接受来自泵P的加压流体)，以及一个流体返回孔道22，该孔道一般连接于***容器R，但也可以连接于一个下游的辅助流体加压装置(未画出)，显然，下文中提到的“容器”将包括上述下游的流体加压装置。阀壳部分13也限定一个流体控制孔道23和25(它们使流体与车辆转向缸C连通)，以及一个动力超过流体孔道27。现在主要参阅图1，阀壳部分13也限定一个阀孔29，控制器阀门装置可转动地设置在阀孔中，阀门装置包括一个可转动的主阀件31(下文中也称为“滑阀”)，以及一个配合工作的可相对转动的伺服阀件33(下文中也称为“套筒”)。在滑阀31的前端有一组外花键35，其用于滑阀31和车辆方向盘(未画出)的直接机械连接。滑阀31和套筒33将在下文中详述。
现在主要参阅图3，流体仪表15可以是本专业公知的一般类型的，在本实施例中，包括一内齿环件37和一外齿星形件39。星形件39偏心地设置在环件37中，并相对于其作轨道及转动运动。星形件39限定一组内齿41，一组外齿43与上述内齿接合并绕套筒33的前端部分42设置，其作用将在下文中详述。
加压流体流过由阀壳部分13、滑阀31及套筒33限定的各孔道和通道，然后流过流体仪表15，引起星形件39在环件37中的轨道和转动运动。星形件39的转动分量借助齿41和43转换成套筒33的伺服转动运动，以维持滑阀31和套筒33之间的特定的相对位移。这种特定的相对位移(下文中称为“工作位置”)基本与方向盘的转动率，即，滑阀31的转动率成正比。内齿41的数目最好等于外齿43的数目，因而传至套筒33的伺服运动将等于星形件39的转动，即，星形件39的一转导致套筒33的一转。
阀壳部分13限定多条在前述各孔道间连通的通道，以及阀孔29。如图1所示，每条通道包括一个与控制孔道25连通的轴向延伸部分。另外，每条通道包括一个径向延伸部分，这些部分基本都表示在图1中，下文将详述。一条流体通道21P从入口孔道21延伸，而一条流体通道22P轴向伸过滑阀31的大部分长度。一对流体通道23P和25P分别形成控制孔道23和25和阀孔29之间的连通。最后，流体通道27P从阀孔29延伸至动力超过孔道27。
一个塞件45与由阀壳部分13限定的内螺纹啮合，塞件45限定了流体通道22P的后部。塞件45可以限定返回孔道22，或者也可以如图1所示包括一个限定返回孔道22的外部附件47。滑阀31和套筒33的后端紧邻塞件45的前表面设置。在该位置上有一定心弹簧装置49，将在下文详述。
在环件37内作轨道和转动运动的星形件39的齿的相互作用限定多个膨胀和收缩流体容积腔51，邻近每个腔51，阀壳部分13限定一流体孔道51(见图1)。阀壳部分13还限定多条斜孔55(在图1中画出其中的两条)，每条斜孔连通于流体孔道53之一及阀孔29。本发明的一个优点是，无需进行复杂和高成本的环形内槽的机加工(即，在阀孔内)，而是从外部径向钻出每条通道21P，23P，25P，27P，并从阀壳部分13的前表面附近钻出斜孔55。
现在参阅图4及图1描述定心弹簧装置49。邻近滑阀31的后端有一槽或开口57，同样，套筒33也限定一槽59。另外，套筒33具有一减径部分60，围绕该部分设置一个弹簧件，其具有一大致的环形部分61和一对径向向内延伸的片部63。当滑阀31和套筒33相互处于中和位置时，片部63接合槽57和59的侧部。本专业中一般知道，滑阀31在转向方向上比套筒33进一步转动，完成转向操作之后，片部63的径向内端将从图4所示位置位移，但是，当操作者停止向滑阀31施加转向转矩时，弹簧件61的片部63相对于套筒33向着其中和位置向回偏压滑阀31(即，向着图4所示的相对位置)。本专业技术人员懂得，图4只表示滑阀和套筒在中和时的相对位置，而滑阀和套筒一起可以处于任意转动定向。
现在参阅图5和6较为详细地描述本发明的阀门布置。由滑阀31限定的那些构件用虚线表示，而由套筒33限定的那些构件用实线表示。滑阀31限定多个圆筒形凹部65，每个凹部包括一个连通于流体通道22P的径向孔67。一轴向槽69从每个凹部65延伸至右侧，而一轴向槽71从每个凹部65伸向左侧。
较长的轴向槽73在每对相邻凹部65之间周向设置，而较短的轴向槽75在每对相邻的槽73之间周向设置。一个动力超过槽77邻近于每个凹部65设置，其作用将在下文描述。朝向图5的右端，长轴向槽73由环形槽79连接，槽79也有径向压力平衡作用。轴向槽69，71，73，75和77，以及环形槽79都只在滑阀31的表面上形成。但是，每个短轴向槽75包括一个通过流体通道22P连通于返回孔道22的径向孔81。如前所述，径向孔67也连通于通道22P，如图1所示，每个径向孔67包括一个基本呈圆锥形的座，一球形止回阀83抵靠其上。
现在主要参阅图1，5和6，套筒33限定多个压力孔道85，其与入口孔道21连续流体连通。套筒33还限定多个仪表孔道87，在转向操作中，孔道87以本专业技术人员公知的方式与斜孔55流体连通。
套筒33邻近于每个压力孔道85限定一轴向长孔89，长孔89伸过套筒33的整个轴向长度(主要是为了易于制造)，如图1所示。套筒33还限定多个与控制孔道25连通的操作孔道91，以及多个与控制孔道23连通的操作孔道93。最后，套筒33限定多个与动力超过孔道27连续流体连通的动力超过孔道95。如图1所示，孔道85，P1，93和95借助在套筒33的外表面上形成的环形槽分别与流体通道21P，25P，23P和27P流体连通，这是本专业公知的，在图5和6中未画出。
现在参阅图1和5，当操作者无转向输入，且滑阀31和套筒33处于其相对中和位置时(如图4所示，前文已述)，滑阀和套筒处于图5所示相对位置。加压流体进入入口孔道21，并流过流体通道21P，然后流入凹部65，然后通过轴向槽71流向图5左侧。在滑阀和套筒的中和位置上，如图5所示，套筒上的长孔89与轴向槽71和动力超过槽77重叠，上述孔对重叠的累计面积构成一可变中和孔AN。因此，加压流体流过孔AN，然后从动力超过槽77流过动力超过孔道95，然后，通过流体通道27b流出，直至动力超过孔道27。这种加压流体可用于车辆其余部位的下游液压功能。
当车辆操作者开始顺时针方向转动滑阀31时(即，滑阀在图6中“向上”移动)，长孔89和槽71和77的重叠面积开始减小，直至滑阀和套筒达到图6所示的“工作”位置，在该位置上，可变中和孔AN被闭合。本专业技术人员知道，例如当长孔89宽阔地通向轴向槽71而不与动力超过槽77连通时，可变中和孔AN闭合，反之亦然。
在图6的工作位置上，加压流体从入口孔道21流过套筒上的压力孔道85，进入滑阀上的凹部65，其间重叠面积构成一个主可变流量控制孔A1。本专业技术人员知道，在一个打开中心或动力超过式流体控制器中，孔A1实际上是一个固定的，宽阔打开的孔，操作者通过闭合可变中和孔AN，控制进入控制器的压力积蓄，而不是通过位移滑阀和套筒来控制进入控制器的流量。
当压力积蓄时，流体流过轴向槽69，此时，轴向槽69与每隔一个的仪表孔道87重叠，其间重叠的累计面积构成一个可变的流量控制孔A2。在仪表孔道87中的流体流过适当的斜孔55流向膨胀容积腔51，引起星形件39的轨道和转动运动。被计量的流体然后从收缩容积腔51通过适当的斜孔55流向重叠于长轴向槽73的交错的仪表孔道87，其间重叠的累计面积构成可变流量控制孔A3。
进入长槽73的经计量的流体沿轴向流过滑阀31的几乎整个长度，流向左端，槽73重叠操作孔道93，其间重叠的累计面积构成可变流量控制孔A4。经计量的流体然后通过操作孔道93和流体通道23P流向控制孔道23，并从那里流向车辆转向缸C，以实现车辆的右转弯。
存在于转向缸C的流体返回控制流体孔道25，然后通过流体通道25P流向操作孔道91，该孔道现与短轴向槽75重叠，其间重叠的累计面积构成可变流量控制孔A5。进入短槽75的返回的流体然后流过滑阀31上的径向孔81，进入流体通道21P，然后流向图1和6的左侧，然后流出返回孔道22，流向***容器。虽然流体通道22P中的大部分流体流向返回孔道22，但是，一定量流体可流向图1的右侧，通过径向孔97流出，以便润滑止推轴承组99及齿41和43的啮合。
因此，本发明可提供一种改进了的流体控制器，通过消除设置普通驱动轴和横向销的需要，显著简化了伺服机构，从而显著降低了控制器的成本。不设驱动轴就可显著减小滑阀内径，从而使其可以具有较大的壁厚，以防止压力“压碎(Crush)”和泄漏，或者使其可以具有较小的外径，在这种情形中，套筒可具有较小的直径，使整个控制器较小。本发明的设计可以使增加壳体压力(Case pressure)更为可行。在本发明的本实施例中，高达800psi的壳体压力已是可以接受的了。
本发明使流体仪表15朝向控制器的“前端”设置，因此，可以在壳体上，在控制器的后端形成流体孔道21，22，23，25和27。消除传统的伺服机构意味着，在星形件中心开口的至少一部分可用于设置上推轴承组99。这种布置可显著简化端盖，从而显著降低成本。
虽然已经结合流体仪表朝向控制器前端设置的实施例来描述和图示了本发明，但是本发明并不局限于此。特别是如果孔道设置在阀壳外侧面，而不是设置在一个端面，那么，流体仪表可以朝向控制器的后端设置。在这种情形中，定心弹簧装置可以朝向后端，如图1所示，并邻近流体仪表，也可以朝向前端设置，那样可以更为方便地设置。
另外，虽然已经结合具有某些阀门特征的实施例图示和描述了本发明，但是，本专业技术人员懂得本发明并不局限于此。本发明的技术内容可以应用在具有敞开中心(或动力超过式，如本实施例那样)，或闭合中心的，或负载传感的阀门装置的流体控制器中。
现在再次参阅图3，本专业技术人员理解，本发明涉及的那种类型的许多流体控制器要求具有手动转向性能，因而如果液压动力丧失，当车辆操作者转动方向盘时，流体仪表15可起到液泵的作用，从而产生足够的加压流体流量来实现紧急情况下的转向。鉴于这种手动转向的要求，本专业技术人员应能够适当改变齿41和43的形状，因而当套筒33转动时，外齿43可驱动内齿41，并引起星形件39的轨道和转动运动。如果在手动转向条件下，结果是星形件39在环件37中挤住或轧死，不能作轨道和转动运动，那么，就必须修改齿41和43的形状。
前面已对本发明进行了详细描述，可以认为本专业技术人员通过阅读和理解本说明书，可以容易地对本发明作出各种变化和修改，这是变化和修改应包括在本发明中，并在权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种用于控制从加压流体源(P)至流体压力操纵装置(C)的流体流量的控制器(11)，所述控制器(11)包括壳体装置(13)，它限定一个连接于加压流体源(P)的入口孔道(21)、一个连接于容器(R)的返回孔道(22)，以及连接于流体压力操纵装置(C)的第一控制流体孔道(23)和第二控制流体孔道(25)；阀门装置，它设置在所述壳体装置(13)中，并包括一个可转动的主阀件(31)和一个配合工作的，可相对转动的伺服阀件(33)，所述主阀件和伺服阀件限定一个中和位置和一个转动工作位置，在该位置所述主阀件(31)和伺服阀件(33)可相对转动位移；当所述阀件处于所述转动工作位置时，所述壳体装置(13)和所述阀门装置(31，33)共同限定一条在所述入口孔道(21)和所述第一控制流体孔道(23)之间以及在所述第二控制流体孔道(25)和所述返回孔道(22)之间连通的主流体通道；流体驱动装置(15)，其用于与通过所述阀门装置的流体流的体积成正比地使所述阀门装置产生伺服运动，所述流体驱动装置包括一个静止的内齿环件(37)和一个相对于所述环件转动的外齿星形件(39)，其特征在于：
(a)所述伺服阀件(33)包括一个紧邻所述外齿星形件(39)设置的端部(42)；以及
(b)所述星形件(39)和所述伺服阀件(33)的所述端部(42)包括联结装置(41，43)，其响应于所述星形件的所述转动将旋转伺服运动传至所述伺服阀件。
2.根据权利要求1所述的控制器(11)，其特征在于：所述伺服阀件包括一个圆筒形套筒(33)，它径向地设置在所述主阀件(31)和所述壳体装置(13)之间。
3.根据权利要求1所述的控制器(11)，其特征在于：所述外齿星形件在所述内齿环件(37)中作轨道和转动运动，所述联结装置(41，43)用于将所述星形件(39)的所述轨道和转动运动转换成所述伺服阀件(33)的伺服运动。
4.根据权利要求1所述的控制器(11)，其特征在于：所述伺服阀件(33)的所述端部(42)至少部分地伸过由所述星形件(39)限定的中心孔。
5.根据权利要求4所述的控制器(11)，其特征在于：所述联结装置包括限定一组内齿(41)的所述星形件(39)的所述中孔和限定一组用于与所述一组内齿(41)啮合的外齿的所述伺服阀件(33)的所述端部(42)。
6.根据权利要求5所述的控制器(11)，其特征在于：所述内齿(41)的数目等于所述外齿(43)的数目。
7.根据权利要求1所述的控制器(11)，其特征在于：所述内齿(41)和所述外齿(43)的形状使得所述伺服阀件(33)的转动引起所述星形件(39)在所述环件(37)中的轨道和转动运动，从而泵送加压流体。
8.根据权利要求1所述的控制器(11)，其特征在于：其特征在于：所述伺服阀件(33)的所述端部包括一个前端部(42)，所述流体驱动装置朝向所述控制器(11)的前端设置，所述伺服阀件(33)和所述壳体装置(13)共同限定换向阀门装置(55，69，73)，向着或从所述流体驱动装置(15)沟通流体。
9.根据权利要求8所述的控制器(11)，其特征在于：所述主阀件(31)和伺服阀件(33)包括后端部，所述控制器包括弹簧装置(61)，其在工作中与所述主阀件和伺服阀件的所述后端部配合工作，以便将所述伺服阀件(33)相对于所述主阀件(31)偏压向所述中和位置。
10.根据权利要求8所述的控制器(11)，其特征在于：所述壳体装置包括一个紧邻所述流体驱动装置(15)设置的阀壳(13)，在其后方，环绕所述主阀件(31)和伺服阀件(33)，所述阀壳(13)限定所述入口孔道(21)，以及所述第一控制流体孔道(23)和第二控制流体孔道(25)。
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