CN100457526C - 用于汽车的可变传动比转向设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于汽车的可变传动比转向设备，其包括：与方向盘相连的输入轴；太阳轮，其被形成为与输入轴同轴，同时还围绕着输入轴；第一对行星齿轮，它们与太阳轮进行外啮合；第二对行星齿轮，它们与太阳轮外啮合；第一行星架，其与输入轴相联，并将第一对行星齿轮连接起来；第二行星架，其适于相对于输入轴进行转动，同时将第二对行星齿轮连接起来；齿圈，其与第一、第二对行星齿轮进行内啮合；以及与齿圈相连的输出轴。第二行星架被插入到第一行星架中，同时被顶压装置支撑着，以使得第二行星架能相对于输入轴进行转动。该设备能减小背隙。

Description

用于汽车的可变传动比转向设备
技术领域
本发明涉及一种用于汽车的、传动比可变的转向设备。更特定而言，本发明涉及这样一种用于汽车的可变传动比转向设备：其具有行星齿轮系统，该系统包括太阳轮、第一行星架、以及第二行星架，第二行星架被插入到第一行星架中，同时被顶压装置支撑着，以使得第二行星架能绕着太阳轮执行相对转动，以便于减小背隙。
背景技术
如本领域公知的那样，行星齿轮系统包括：太阳轮；行星齿轮，其与太阳轮外啮合，同时被行星架支撑着；以及齿圈，其与行星齿轮内啮合。如果必要的话，行星齿轮系统可采用更为简单的结构。太阳轮、行星齿轮、以及齿圈分别都可以作为固定构件、输入构件、以及输出构件，从而能容易地改变减速比(或超速比)。由于这些原因，行星齿轮系统被应用在了各种设备中，尤其是用于汽车的可变传动比转向设备。
在行星齿轮系统中，在太阳轮的轮齿与行星齿轮的轮齿之间存在背隙，行星齿轮的轮齿与齿圈的轮齿之间也存在背隙。
背隙被称为相邻轮齿之间的间隙，更特定而言，是指当一个齿轮的轮齿与利用齿轮的轮齿相啮合时在啮合轮齿的后方形成的空隙。
与此同时，对于具有相互啮合的主动齿轮和从动齿轮的齿轮系统的情况，如果主动齿轮和从动齿轮的速度是恒定的，则就不会有任何问题。但是，如果由于某些原因速度并不是恒定的，则背隙就会产生噪音。
产生噪音的原因在于：在主动齿轮的轮齿与从动齿轮的轮齿完全脱离开之前，从动齿轮的另一个轮齿与主动齿轮轮齿的后部相撞，并产生噪音。
在汽车的转向设备中，转向过程中由于背隙而引起的噪音会带让人感到不适，且随着轮齿的磨损越来越大，情况会越来越严重。
用于减小背隙的现有方法中包括：静态方法，如图1a所示，沿轴向或径向移动中心间距固定的齿轮，并固定齿轮中心间的距离；调节齿轮中心间距离、并固定该距离的方法；以及如图1b所示的动态方法，即借助于一弹性体的弹性力来调节齿轮中心之间的距离。
但是，这些现有的方法都存在一个问题：它们无法应用在行星齿轮系统中。其中的原因在于：如果减小太阳轮与行星齿轮之间的中心距来缩小它们之间的背隙，则行星齿轮与齿圈之间的背隙就会增大。在另一方面，如果减小行星齿轮轴线与齿圈轴线之间的距离来缩小它们之间的背隙，则太阳轮与行星齿轮之间的背隙就会增大。
总之，按照现有技术，无法既能减小太阳轮与行星齿轮之间的背隙、又能减小行星齿轮与齿圈之间的背隙。
发明内容
因而，本发明致力于解决现有技术中出现的上述问题，且本发明的一个目的是提供一种用于汽车的可变传动比转向设备，该设备具有一行星齿轮系统，该系统包括太阳轮、第一行星架、以及第二行星架，第二行星架被插入到第一行星架中，同时被顶压装置支撑着，以使得第二行星架能绕着输入轴执行相对转动，以便于减小背隙。
为了实现该目的，本申请提供了一种行星齿轮系统，其包括太阳轮；多个行星齿轮，它们与太阳轮进行外啮合；第一连杆，其用于将多个行星齿轮中的第一行星齿轮与第二行星齿轮连接起来；第二连杆，其一端与多个行星齿轮中的第三行星齿轮相连接，同时能相对于第一连杆进行转动；以及齿圈，其与多个行星齿轮进行内啮合。
根据本发明的另一方面，本申请提供了一种用于汽车的可变传动比转向设备，其包括：与方向盘相连的输入轴；太阳轮，其被形成为与输入轴同轴，同时还围绕着输入轴；第一对行星齿轮，它们与太阳轮进行外啮合；第二对行星齿轮，它们与太阳轮外啮合；第一行星架，其与输入轴相联，并连接第一对行星齿轮；第二行星架，其适于相对于输入轴进行转动，同时连接第二对行星齿轮；齿圈，其与第一、第二对行星齿轮进行内啮合；以及一与齿圈相连的输出轴。
附图说明
从下文结合附图所作的详细描述，可更加清楚地领会上述内容以及本发明的其它目的、特征和优点，在附图中：
图1a和图1b简要地表示了用于减小背隙的现有方法；
图2中的透视图表示了根据本发明第一实施方式的行星齿轮系统；
图3a和图3b中的截面图表示了根据本发明第一实施方式的行星齿轮系统，两图分别表示了当背隙存在时的情形和背隙被减小时的情形；
图4中的局部剖视图表示了根据本发明第二实施方式的、用于汽车的可变传动比转向设备；
图5中的分解透视图表示了根据本发明第二实施方式的、用于汽车的可变传动比转向设备的主要部件；
图6a和图6b是沿图4中A-A线所作的剖面图；以及
图7a和图7b是沿图4中B-B线所作的剖面图。
具体实施方式
下文将参照附图对本发明的一种优选实施方式进行描述。在下文的描述和附图中，相同的数字标号被用来指代相同或类似的部件，并略去对相同或相似部件的重复描述。
图2中的透视图表示了根据本发明第一实施方式的行星齿轮系统。
如图2所示，根据本发明第一实施方式的行星齿轮系统包括一太阳轮201；第一对行星齿轮203；第二对行星齿轮204；第一连杆205；第二连杆207；弹性构件209；以及齿圈211。
第一对行星齿轮203包括第一行星齿轮213和第二行星齿轮215，第二对行星齿轮204包括第三行星齿轮217和第四行星齿轮219。如果必要的话，根据本发明第一实施方式的行星齿轮系统可只包括三个行星齿轮，而不带有第四行星齿轮219。作为备选方案，系统可包括至少一个另外的行星齿轮。
第一连杆205将第一行星齿轮213与第二行星齿轮215相互连接起来，第二连杆207将第三行星齿轮217与第四行星齿轮219相互连接起来。第二连杆207的中间部分通过联接销220与第一连杆205相连，以使得第二连杆可相对于第一连杆进行转动。
如果使用更少的行星齿轮，例如当第四行星齿轮219被取消时，第二连杆207的一端与第三行星齿轮217相连，另一端与第一连杆205按照一定方式相连，以使其可相对于第一连杆205进行旋转。
在第一连杆205与第二连杆207之间设置了弹性构件209，以使得两连杆可相互移近或相互远离，其中的弹性构件例如是拉伸弹簧或压缩弹簧。
图3a和图3b是截面图，表示了根据本发明第一实施方式的行星齿轮系统，两附图分别表示了存在背隙时和背隙被减小时的情形。
下面将参照图3a和图3b介绍在根据本发明第一实施方式的行星齿轮系统中减小背隙的过程。
如图3a所示，假定初始时在太阳轮201与第一、第二行星齿轮213和215之间存在背隙，在太阳轮201与第三、第四行星齿轮217和219之间也存在背隙。此外，在齿圈211与第一、第二行星齿轮213和215之间也存在背隙，齿圈211与第三、第四行星齿轮217和219之间同样也存在背隙。
如图3b所示，当弹性构件209的弹性力作用在第一和第二连杆205和207上并使得第一连杆205绕联接销220顺时针转动时，第一、第二行星齿轮213和215将进行公转，同时绕各自的转动轴301作顺时针的自转。结果就是，第一、第二行星齿轮213和215的轮齿将与齿圈211的轮齿啮合。
更具体来讲，由于第一连杆205的顺时针转动，第一、第二行星齿轮213和215将顺时针转动，此时，第一、第二行星齿轮213和215上先前与齿圈211上相反两侧轮齿均分离开的轮齿将与齿圈211上一侧的轮齿相啮合。此外，由于出现了顺时针的转动，第一、第二行星齿轮213和215上先前与太阳轮201上相反两侧轮齿分离开的轮齿将与太阳轮201上一侧的轮齿相啮合。
当第二连杆207在逆时针方向上进行相对转动时，第三、第四行星齿轮217和219分别与太阳轮201和齿圈211上一侧的轮齿相啮合。
应当指出的是：第一、第二行星齿轮213、215的轮齿绕着转动轴301以顺时针方向与太阳轮201和齿圈211的轮齿啮合，同时，第三、第四行星齿轮217和219以逆时针方向与太阳轮201和齿圈211的轮齿啮合。
因而，当太阳轮201顺时针转动时，太阳轮201的轮齿与第一、第二行星齿轮213和215的啮合相应地先于与第三、第四行星齿轮217和219的啮合。这样就可保证平滑而坚实的啮合，并避免了由背隙而产生噪音。
当太阳轮201逆时针转动时，太阳轮201的轮齿与第三、第四行星齿轮217和219轮齿的啮合相应地先于与第一、第二行星齿轮213和215的啮合。
图4中的部分剖面图表示了根据本发明第二实施方式的、用于汽车的可变传动比转向设备，图5中的分解透视图表示了根据本发明第二实施方式的、用于汽车的可变传动比转向设备中的主要部件。
如图4、5所示，根据本发明第二实施方式的、用于汽车的可变传动比转向设备包括：输入轴403，其与一方向盘相连；太阳轮201，其被形成为与输入轴403同轴，并围绕着输入轴403；第一对行星齿轮203和第二对行星齿轮204，它们与太阳轮201进行外啮合；与输入轴403相连的第一行星架405，其用于将第一对行星齿轮203相互连接起来；第二行星架407，其适于相对于输入轴403转动，同时将第二对行星齿轮204相互连接起来；齿圈211，其与第一、第二对行星齿轮203和204进行内啮合；以及与齿圈211相连的输出轴409。
如下文介绍的那样，输入轴403的上端与方向盘401相连，下端与第一行星架405固定相连。当驾驶员转动方向盘401时，输入轴403和第一行星架405将相应地转动。
太阳轮201被形成为与输入轴403同轴，并围绕着输入轴。如果必要的话，太阳轮201的顶部可制有一个蜗轮，以便于从各种致动器(包括马达413)接受动力。
第一行星架405包括第一行星架体501、安装槽503、第一联接孔505、以及插入孔507。
第一行星架体405为盘形，其具有预定的直径，且优选地是：其总体厚度大于第二行星架407的厚度，从而使第二行星架407可被插入到第一行星架405中，但相对尺寸并不限于此处的情况。输入轴403的下端与第一行星架体405的中心固定地联接着，以使得第一行星架405能与输入轴403一起转动。
安装槽503从第一行星架体501的中心延伸预定的距离，且具有预定的深度，以使得第二行星架407可被插入到第一行星架405中。安装槽503的宽度大于第二行星架407的宽度，从而，当第二行星架407被插入到安装槽503中时，在由宽度差所形成的空间内，第二行星架可绕着输入轴403相对于第一行星架405转动。
在第一行星架体501上制有围绕着输入轴403相互面对的第一联接孔505，从而可将第一对行星齿轮203的转动轴301插入到这些联接孔中。优选地是，在第一联接孔505的内周面与第一对行星齿轮203转动轴301的外周面之间设置有轴承。
插入孔507从安装槽503内周面的一侧向外延伸。压缩弹簧509被按照一定方式插入到插入孔507中，以使得压缩弹簧509的一端与第二行星架407相接触。压缩弹簧509向第二行星架407施加压力，以使其可以相对于第一行星架405转动。如果必要的话，可用任何弹性物质(包括橡胶和合成橡胶)来取代压缩弹簧509。
优选地是，在压缩弹簧509与第二行星架407之间设置了钢珠521，以防止压缩弹簧509被摩擦作用磨损掉，还能保持压缩弹簧509与第二行星架407之间的稳定接触，而不论受到什么样的外界冲击，其中，摩擦作用是在压缩弹簧509的端部与第二行星架407之间产生的。
为了保证压缩弹簧509具有足够的长度，优选地是：插入孔507相对于两第一联接孔505之间的虚拟连线是偏斜的，而不是与该连线平行。
插入孔507的内周面上制有内螺纹，且插入孔中设置有调节装置511，其端部上具有外螺纹，以与内螺纹相接合。调节装置511被用来调节压缩弹簧509的压缩程度以及作用在第二行星架407上的作用压力。优选地是，调节装置511是无头的扳拧螺栓，但调节装置的类型并不限于此。
第二行星架407包括第二行星架体513、输入轴通孔515、以及第二联接孔517。
第二行星架体513是一具有预定厚度的细长板。第二行星架体513的中心处制有一输入轴通孔515，输入轴403延伸穿过该通孔以进行联接，在垂直方向上，第二联接孔517与输入轴通孔515的中心分开预定的距离，使得第二对行星齿轮204的转动轴301分别插入到这些联接孔中。
第二行星架体513的外周面上制有一个V形的凹缺519，且钢珠521相应地被定位在压缩弹簧509的端部与该凹缺519之间。如果必要的话，可用非球形的其它类型的介质来取代钢珠521，其中的介质例如是由塑料或陶瓷制成的。
输入轴通孔515被制在第二行星架513的中心处，且优选地是在输入轴通孔515的内周面与输入轴403的外周面之间设置了轴承532。
在垂直方向上，第二联接孔517与第二行星架体513的中心分开预定的距离，从而可将第二对行星齿轮204的转动轴301分别插入到其中。如果必要的话，可在第二联接孔517的内周面与第二对行星齿轮204转动轴301的外周面之间设置轴承。
第一、第二对行星齿轮203和204与齿圈211的内周面相啮合，且在齿圈211的下端联接有一输出轴525。如果必要的话，可将输出轴525与齿圈211制成一体。
图6a和图6b是沿图4中的A-A线所作的剖视图，分别表示的是存在背隙和背隙被减小时的情形。图7a和图7b是沿图4中的B-B线所作的剖视图，分别表示的是存在背隙和背隙被减小时的情形。
下面将参照图6a、6b、7a和图7b介绍根据本发明第二实施方式的汽车用可变传动比转向设备的工作过程。
如图6a和图7a所示，假定在太阳轮201与第一对行星齿轮203之间存在背隙，且第一对行星齿轮203与齿圈211之间也存在背隙。
如图6b和图7b所示，当旋转调节装置511以向压缩弹簧509施加压力时，第二行星架407就绕着输入轴403顺时针地转动。结果就是，第一对行星齿轮203的轮齿与齿圈211上一侧的轮齿相啮合。
更具体来讲，，第二行星架407的顺时针转动将使得第一对行星齿轮203在公转的同时还顺时针地自转，此时，第一对行星齿轮203上先前与齿圈211上相对两侧轮齿均分离开的轮齿将与齿圈211上一侧的轮齿相啮合，此外，当第一对行星齿轮203顺时针转动时，第一对行星齿轮203上先前与太阳轮201上相对两侧轮齿均分离开的轮齿将与太阳轮201上一侧的轮齿相啮合。
因而，当太阳轮201顺时针转动时，太阳轮的轮齿与第一对行星齿轮203的啮合将先于与第二对行星齿轮204的啮合，并相应地进行转动。如上文结合第一实施方式详细描述的那样，这样就能避免由背隙而产生噪音。
如上所述，根据本发明的汽车用可变传动比转向设备具有第二行星架，其被插入到第一行星架中，同时被一顶压装置支撑着，以使得第二行星架可绕输入轴产生相对转动。这样就能减小背隙。
尽管上文为了例示而介绍了本发明的优选实施方式，但本领域技术人员能认识到：在不悖离由后附权利要求限定的本发明核心思想和保护范围的前提下，可作出多种形式的更改、另加、以及替换。

Claims (6)

1、一种用于汽车的可变传动比转向设备，其包括：
与方向盘相连的输入轴；
太阳轮，被形成为与输入轴同轴，同时还围绕着输入轴；
第一对行星齿轮，与太阳轮进行外啮合；
第二对行星齿轮，与太阳轮进行外啮合；
第一行星架，与输入轴相联，同时连接第一对行星齿轮；
第二行星架，适于相对于输入轴进行转动，同时连接第二对行星齿轮；
弹性构件，连接第一和第二行星架；
齿圈，与第一和第二对行星齿轮进行内啮合；以及
与齿圈相连的输出轴。
2、根据权利要求1所述的用于汽车的可变传动比转向设备，其特征在于：在第一行星架上形成有安装槽，第二行星架被插入到安装槽中。
3、根据权利要求2所述的用于汽车的可变传动比转向设备，其特征在于：第一行星架具有所述弹性构件，该弹性构件向第二行星架施加了预定的压力。
4、根据权利要求3所述的用于汽车的可变传动比转向设备，其特征在于：第一行星架具有插入孔，所述插入孔从安装槽的内周面一侧向外延伸，且所述弹性构件被插入到所述插入孔中。
5、根据权利要求3所述的用于汽车的可变传动比转向设备，其特征在于：在第二行星架的外周面上形成有预定深度的凹缺，并在弹性构件与凹缺之间设置有钢珠。
6、根据权利要求4所述的用于汽车的可变传动比转向设备，其特征在于：插入孔适于与第一行星架的外界连通，并在插入孔内周表面上制有内螺纹，以及设置有调节装置，所述调节装置带有与内螺纹相接合的外螺纹。
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