RU2387577C1 - Steering gear - Google Patents

Abstract

FIELD: transport.

SUBSTANCE: steering gear contains engine, reducer, including located in its body ball-screw gear in the form of actuator screw with actuator nut, and rack-and-pinion gear with actuator nut on toothed quadrant of steering wheel shaft. The steering gear is also provided with compensator of actuator screw deformations appearing in rack-and-pinion gear due to radial forces action when steering wheel is rotated. Deformation compensator is made as roller bearing installed on reducer body on the side opposite to toothed quadrant, and interacts with side surface of actuator nut when it travels along actuator screw.

EFFECT: higher reliability and quicker response of steering gear.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области приводов управления аэродинамическими поверхностями управления беспилотных летательных аппаратов и может быть использовано как при создании новых, так и при модернизации существующих летательных аппаратов. Оно также может быть использовано в других областях техники, где существует потребность в скоростных приводах.The invention relates to the field of control drives for aerodynamic control surfaces of unmanned aerial vehicles and can be used both when creating new and modernizing existing aircraft. It can also be used in other areas of technology where there is a need for high-speed drives.

Известны приводы рулевых поверхностей с использованием в их редукторах шариковинтовой передачи, см., например, конструктивную схему винтового шарикового преобразователя вращательного движения в поступательное в книге «Привод рулевых поверхностей самолетов», под ред. Ф.И.Склянского, М, Машиностроение, 1974 г., стр.79, Рис.2.4.Known drives of steering surfaces using a ball screw in their gearboxes, see, for example, the design of a helical ball transducer of rotational motion into translational movement in the book “Steering surfaces of aircraft,” ed. F.I.Sklyansky, M, Mechanical Engineering, 1974, p. 79, Fig. 2.4.

Известен блок рулевых приводов (см. патент RU №2154593), содержащий многоступенчатый редуктор с использованием шариковинтовой и реечной передач.A known block of steering drives (see patent RU No. 2154593), containing a multi-stage gearbox using ballscrew and rack and pinion gears.

Известно также рулевое управление для автомобиля, содержащее ходовой винт с ходовой гайкой (см. «Шариковинтовые механизмы», И.Б.Пясик, Машгиз, Москва-Киев, 1962 г., стр.56, 57, Рис.4). Данное техническое решение по своей технической сущности наиболее близко к предлагаемому решению и выбрано в качестве ближайшего аналога предлагаемого изобретения.Also known is a steering for a car containing a spindle with a spindle nut (see. "Ballscrews", I.B. Pyasik, Mashgiz, Moscow-Kiev, 1962, p. 56, 57, Fig. 4). This technical solution in its technical essence is closest to the proposed solution and is selected as the closest analogue of the invention.

Известный привод содержит приводной механизм (рулевое колесо), шариковинтовой редуктор, включающий ходовой винт с перемещающейся по нему ходовой гайкой, и механическую передачу с гайки на ось исполнительного звена. Приводной механизм закреплен на ходовом винте, по которому перемещается ходовая гайка. Механическая передача от гайки на ось исполнительного звена представляет собой реечную передачу, выполненную в виде закрепленной на гайке зубчатой рейки, находящейся в зацеплении с зубчатым сектором, закрепленным на выходной оси исполнительного звена. Ходовой винт с перемещающейся по нему ходовой гайкой, механическая передача и ось исполнительного звена заключены в единый корпус. К корпусу привода прикреплена шпонка, предохраняющая ходовую гайку от проворота в процессе движения по ходовому винту. Поступательное движение ходового винта исключается радиально-упорными подшипниками.The known drive includes a drive mechanism (steering wheel), a ball screw reducer, including a spindle with a moving nut moving along it, and a mechanical transmission from the nut to the axis of the executive link. The drive mechanism is mounted on the lead screw, which moves the lead nut. The mechanical transmission from the nut to the axis of the executive link is a rack and pinion gear made in the form of a gear rack fixed to the nut, which is meshed with the gear sector, mounted on the output axis of the executive link. The lead screw with the running nut moving along it, the mechanical transmission and the axis of the executive link are enclosed in a single housing. A key is attached to the drive housing to protect the drive nut from turning during movement along the lead screw. The progressive movement of the lead screw is eliminated by angular contact bearings.

В результате поворота рулевого колеса приводится во вращательное движение ходовой винт, удерживаемый от поступательного движения радиально-упорными подшипниками. Винт, вворачиваясь в гайку, удерживаемую от проворота шпонкой, сообщает ей поступательное движение по винту вместе с закрепленной на ней зубчатой рейкой. Перемещение ее вызывает обкатку ее зубьев по зубчатому сектору и поворот его вместе с выходной осью исполнительного звена.As a result of the rotation of the steering wheel, the lead screw is held in rotational motion and is held from linear motion by angular contact bearings. The screw, turning into a nut held from turning by a key, informs it of the forward movement of the screw along with the gear rack fixed to it. Moving it causes the running-in of its teeth along the gear sector and its rotation together with the output axis of the executive link.

Недостатки данного рулевого привода с шариковинтовой и реечной передачами применительно к управлению рулевыми поверхностями скоростных беспилотных летательных аппаратов связаны с наличием больших изгибных напряжений ходового винта. Действительно, для таких объектов необходимо обеспечить максимально возможное быстродействие привода, а это влечет за собой, в частности, использование ходовых винтов минимального сечения. При этом вследствие применения больших значений угловых скоростей и ускорений поперечная нагрузка на ходовой винт, возникающая при взаимодействии зубчатого колеса с зубчатой рейкой ходовой гайки, также значительна. В результате ходовой винт малого диаметра может деформироваться, изменяя при этом геометрию винта (что приводит к снижению к.п.д. шариковинтовой передачи), и даже разрушиться.The disadvantages of this steering gear with ballscrew and rack and pinion gears in relation to the steering surfaces of high-speed unmanned aerial vehicles are associated with the presence of large bending stresses of the lead screw. Indeed, for such objects it is necessary to ensure the highest possible speed of the drive, and this entails, in particular, the use of spindles of the minimum cross section. In this case, due to the use of large values of angular velocities and accelerations, the transverse load on the spindle arising from the interaction of the gear with the gear rack of the spindle nut is also significant. As a result, a small-diameter lead screw can be deformed, changing the screw geometry (which leads to a decrease in ball screw transmission efficiency), and even collapse.

Технической задачей изобретения является создание быстродействующего рулевого привода, содержащего шариковинтовую и реечную передачи.An object of the invention is the creation of a high-speed steering gear containing ball screw and rack and pinion gears.

Техническим результатом является повышение надежности и быстродействия рулевого привода.The technical result is to increase the reliability and speed of the steering gear.

Для решения этой задачи рулевой привод, содержащий двигатель, редуктор, включающий размещенную в его корпусе шариковинтовую передачу в виде ходового винта с ходовой гайкой, и реечную зубчатую передачу движения с ходовой гайки на зубчатый сектор вала руля, дополнительно снабжен компенсатором деформаций ходового винта, возникающих в зубчатой реечной передаче от воздействия радиальных сил при вращении руля, выполненным в виде подшипника качения, установленного на корпусе редуктора на стороне, противоположной зубчатому сектору, и взаимодействующего с боковой поверхностью ходовой гайки при ее перемещении вдоль ходового винта. При этом подшипник качения установлен на корпусе редуктора с возможностью регулирования его поджатия к боковой поверхности ходовой гайки.To solve this problem, a steering drive containing a motor, a gearbox, including a ball screw in its form in the form of a lead screw with a spindle nut, and a rack and pinion gear transmission from the spindle nut to the gear sector of the steering shaft, is additionally equipped with a compensator for the spindle deformations that occur in gear rack transmission from the action of radial forces during rotation of the steering wheel, made in the form of a rolling bearing mounted on the gear case on the side opposite to the gear sector, and the interaction ystvuyuschego with the side surface Coil nut as it moves along the lead screw. In this case, the rolling bearing is mounted on the gear housing with the possibility of regulating its compression against the side surface of the running nut.

Установка указанным выше образом подшипника на корпусе редуктора с возможностью регулирования его поджатия к боковой поверхности ходовой гайки позволяет существенно снизить поперечную нагрузку на ходовой винт (практически полностью разгрузить его от боковой нагрузки), возникающую при взаимодействии зубчатого сектора руля с зубчатой рейкой, закрепленной на ходовой гайке. При этом поперечная нагрузка будет передаваться непосредственно через ходовую гайку на подшипник, а от него - на корпус редуктора рулевого привода.Installing the bearing in the manner described above on the gear case with the possibility of adjusting it to be pressed against the side surface of the spindle nut significantly reduces the lateral load on the spindle (almost completely relieves it from the side load) that occurs when the gear sector of the rudder interacts with the gear rack mounted on the spindle nut . In this case, the transverse load will be transmitted directly through the driving nut to the bearing, and from it to the gear housing of the steering drive.

Вследствие значительных скоростей перемещения ходовой гайки по ходовому винту, характерных для приводов управления рулевыми поверхностями скоростных беспилотных летательных аппаратов, целесообразно использовать в качестве указанного подшипника именно подшипник качения, а не подшипник скольжения.Due to the significant speeds of movement of the spindle nut on the spindle, typical for the steering control surfaces of high-speed unmanned aerial vehicles, it is advisable to use a rolling bearing rather than a sliding bearing as the specified bearing.

Введение регулирования степени поджатия подшипника к боковой поверхности ходовой гайки позволяет практически обеспечить передачу поперечной нагрузки с ходового винта на корпус редуктора рулевого привода.The introduction of regulation of the degree of preloading the bearing to the side surface of the spindle nut makes it possible to practically transfer the transverse load from the spindle to the gear housing of the steering gear.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на Фиг.1 представлен общий вид рулевого привода, а на Фиг.2 - сечение редуктора рулевого привода, иллюстрирующий взаимное расположение составляющих его частей.The invention is illustrated by drawings, where Fig.1 shows a General view of the steering gear, and Fig.2 is a cross section of the gearbox of the steering gear, illustrating the relative position of its constituent parts.

Рулевой привод включает в себя электродвигатель 1, закрепленный через его собственный фланец на корпусе 2 промежуточного шестеренчатого редуктора с крышкой 3, входное зубчатое колесо 4 промежуточного редуктора, размещенное на валу электродвигателя 1, зубчатое колесо 5 промежуточного редуктора, выходное зубчатое колесо 6 промежуточного редуктора, установленное на консольном конце ходового винта 7 шариковинтовой передачи. Шариковинтовая передача, преобразующая вращательное движение ходового винта в поступательное движение ходовой гайки, включает в себя ходовой винт 7, зафиксированный в корпусе 2 и кожухе 8.The steering drive includes an electric motor 1, mounted through its own flange on the housing 2 of the intermediate gear reducer with a cover 3, the input gear 4 of the intermediate gear, located on the shaft of the electric motor 1, the gear wheel 5 of the intermediate gear, the output gear 6 of the intermediate gear installed at the cantilever end of the ball screw 7. Ball screw, converting the rotational movement of the lead screw into the translational motion of the lead nut, includes a lead screw 7, fixed in the housing 2 and the casing 8.

Ходовая гайка шариковинтовой передачи представляет собой сборный узел, состоящий из двух одинаковых гаек ходовых 9, заключенных внутри цилиндрического корпуса 10 с зубчатой рейкой 11. Резьбовая часть гаек 9 контактирует с резьбовой частью ходового винта 7 через систему шариков 12. В свою очередь, рейка 11 ходовой гайки сопряжена с зубчатым сектором 13 выходного вала (не показан) рулевого привода для преобразования поступательного перемещения ходовой гайки во вращательное движения выходного вала.The ball screw drive nut is an assembly consisting of two identical running nuts 9, enclosed inside a cylindrical housing 10 with a gear rack 11. The threaded part of the nuts 9 is in contact with the threaded part of the screw screw 7 through the ball system 12. In turn, the running gear 11 the nut is coupled to the gear sector 13 of the output shaft (not shown) of the steering drive to convert the translational movement of the running nut into rotational movement of the output shaft.

На кожухе 8 с противоположной от рейки 11 стороны установлен компенсатор, состоящий из основания 14, установленного на нем посредством оси 15 шарикоподшипника 16 и крепящих основание 14 через регулировочные прокладки 17 к кожуху 8 винтов 18.A compensator is installed on the casing 8 from the side opposite to the rail 11, consisting of a base 14 mounted on it by means of the axis 15 of ball bearings 16 and fastening the base 14 through shims 17 to the casing 8 of the screws 18.

Предлагаемый рулевой привод работает следующим образом. Электрический сигнал управления, поступивший на электродвигатель 1, приводит во вращение его вал с закрепленным на нем входным зубчатым колесом 4 промежуточного редуктора. Вращение через зубчатые колеса блока шестерен промежуточного редуктора с осью, подшипниковые опоры которой размещены в корпусе 2 и крышке 3 промежуточного редуктора, и выходное зубчатое колесо 6 промежуточного редуктора передается на ходовой винт 7 шариковинтовой передачи.The proposed steering gear operates as follows. The electrical control signal received by the electric motor 1, causes its shaft to rotate with the input gear 4 of the intermediate gear fixed to it. The rotation through the gears of the gear block of the intermediate gearbox with the axis, the bearing bearings of which are located in the housing 2 and the cover 3 of the intermediate gearbox, and the output gear 6 of the intermediate gearbox is transmitted to the ball screw 7 of the ball screw.

При этом ходовой винт 7 через собственную резьбовую часть и систему шариков 12 передает вращение на ходовую гайку посредством воздействия на резьбовую часть гаек 9. При поступательном движении ходовая гайка зубьями рейки 11 поворачивает зубчатый сектор 13, который, в свою очередь, поворачивает выходной вал привода. Общая сила взаимодействия зубчатой рейки и зубчатого сектора выходного вала привода разлагается на осевую и поперечную силы. При этом осевая сила является рабочей, а поперечная сила изгибает ходовой винт 7 в его центральной части, тем самым изменяя геометрию винта, что приводит к снижению к.п.д. шариковинтовой передачи. С целью снижения воздействия поперечной составляющей силы на характеристики шариковинтовой передачи вводится компенсатор, состоящий из установленного на корпусе редуктора на основании 14 посредством оси 15 шарикоподшипника 16, который воспринимает указанную поперечную составляющую и не позволяет ходовому винту изгибаться в поперечном направлении. Достижение плотного поджатия корпуса шарикоподшипника 16 к боковой поверхности ходовой гайки осуществляется путем использования сменных регулируемых прокладок 17.In this case, the lead screw 7 through its own threaded part and the system of balls 12 transmits rotation to the lead nut by acting on the threaded part of the nuts 9. When translating, the lead nut rotates the gear sector 13 with the teeth of the rack 11, which, in turn, rotates the drive output shaft. The total force of interaction between the gear rack and the gear sector of the drive output shaft decomposes into axial and lateral forces. In this case, the axial force is working, and the transverse force bends the lead screw 7 in its central part, thereby changing the geometry of the screw, which leads to a decrease in the efficiency ball screw transmission. In order to reduce the impact of the transverse component of the force on the characteristics of the ball screw, a compensator is introduced, consisting of a ball bearing 16 mounted on the gear housing on the base 14 through the axis 15, which perceives the specified transverse component and does not allow the lead screw to bend in the transverse direction. Achieving tight compression of the ball bearing housing 16 to the side surface of the travel nut is carried out by using interchangeable adjustable gaskets 17.

Таким образом, предлагаемая конструкция привода позволяет использовать минимальные размеры ходовых винтов (что повышает быстродействие рулевых приводов), применяя при этом простые средства для обеспечения их прочности и неизменности их геометрического профиля.Thus, the proposed design of the drive allows you to use the minimum dimensions of the lead screws (which increases the speed of the steering gears), while using simple means to ensure their strength and the invariability of their geometric profile.

Claims (2)

1. Рулевой привод, содержащий двигатель, редуктор, включающий размещенную в его корпусе шариковинтовую передачу в виде ходового винта с ходовой гайкой и реечную зубчатую передачу движения с ходовой гайки на зубчатый сектор вала руля, отличающийся тем, что он снабжен компенсатором деформаций ходового винта, возникающих в зубчатой реечной передаче от воздействия радиальных сил при вращении руля, выполненным в виде подшипника качения, установленного на корпусе редуктора на стороне, противоположной зубчатому сектору, и взаимодействующего с боковой поверхностью ходовой гайки при ее перемещении вдоль ходового винта.1. Steering drive comprising a motor, gearbox, comprising a ball screw located in its housing in the form of a lead screw with a lead nut and a rack and pinion gear transmission from the lead nut to the gear sector of the steering shaft, characterized in that it is equipped with a compensator for deformations of the lead screw that occur in a gear rack transmission from the action of radial forces during rotation of the steering wheel, made in the form of a rolling bearing mounted on the gear case on the side opposite the gear sector, and interacting with the lateral surface of the lead nut when moving along the lead screw. 2. Рулевой привод по п.1, отличающийся тем, что подшипник качения установлен на корпусе редуктора с возможностью регулирования его поджатия к боковой поверхности ходовой гайки. 2. The steering drive according to claim 1, characterized in that the rolling bearing is mounted on the gear housing with the possibility of adjusting its preload to the side surface of the travel nut.

Images