CN101417669B - 汽车转向器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车转向器。包括左、右转向拉杆、转向器壳体、转向输入轴和小齿轮、左推杆、右推杆及一凸轮，凸轮中央设有一与小齿轮啮合的内齿圈，内齿圈的中心可转动地连接在转向器壳体上，内齿圈的外围设有一段左侧曲线槽和一段右侧曲线槽；左推杆的一端设有左销轴，左销轴插入左侧曲线槽内，左推杆的另一端与左转向拉杆相铰接；右推杆的一端设有右销轴，右销轴插入右侧曲线槽内，右推杆的另一端与右转向拉杆相铰接。本发明运用凸轮机构，使得左、右转向车轮的转角实时地满足阿克曼曲线，使汽车转向时每个车轮均做纯滚动运动，减少了轮胎在转向时的非正常磨损，使得轮胎寿命大大提高。并且也能够实现可变传动比，提高了操控稳定性与安全性。

Description

汽车转向器

技术领域

本发明涉及一种机械式汽车转向器。

背景技术

转向器是汽车上的重要总成之一，它的主要作用是改变或者保持汽车的行驶方向，其性能好坏更是衡量汽车操控稳定性的重要标志之一。目前实际中采用的主要结构形式有循环球式和齿轮齿条式，而齿轮齿条式转向器更是由于结构简单、轻巧，操纵灵敏性高，在各类轻型客(货)车、轿车、SUV等类型的汽车中得到了广泛的应用。通常，汽车向左转弯时，其处于左侧的转向车轮称之为内轮，处于右侧的转向车轮称之为外轮；相应的，汽车在向右转弯时，其处于右侧的转向车轮称之为内轮，处于左侧的转向车轮称之为外轮。理论上，为了使得汽车转向时的所有车轮均做纯滚动，不发生额外的磨损，内轮、外轮、两后轮三者的中心延长线必须相交于一点(如图2所示)，为此，内、外转向轮的转角应该是不相同的，它们必须实时地满足阿克曼曲线(如图1所示)。但是现有的齿轮齿条式转向器(包括转向拉杆)和循环球式转向器均不能使得汽车转向时内、外转向轮的转角满足阿克曼曲线，那么汽车转向时就有某个或者某几个车轮处于边滚动边滑动的状态，这样必然加速了轮胎的磨损，使轮胎的寿命大大降低。还有，要使得目前汽车转向器满足变传动比的要求比较困难，就是当汽车小角度转向时，传动比要小一些，汽车的转向灵敏度要大一些；当汽车大角度转向时，传动比要大一些，方向盘操纵力要小一些。

但是现有的齿轮齿条式转向器(包括转向拉杆)和循环球式转向器均不能使得汽车转向时内、外转向轮的转角满足阿克曼曲线，那么汽车转向时就有某个或者某几个车轮处于边滚动边滑动的状态，这样必然加速了轮胎的磨损，使轮胎的寿命大大降低。

还有，为了提高汽车高速时的操控稳定性和安全性，希望汽车转向器的传动比(相当于方向盘的转角与车轮转向角度的比值)是可变的。具体说，就是当汽车小角度转向时，传动比要小一些，汽车的转向灵敏度要大一些；当汽车大角度转向时，传动比要大一些，汽车的转向灵敏度要小一些，方向盘操纵力要小一些。但是这样就会使齿条的加工难度变大，所以在齿轮齿条转向器中应用不多，在循环球式转向器中也不常见。

现有齿轮齿条式转向器的结构简图如图3和图4所示：主要由左转向拉杆104、左防尘套106、转向输入轴107(可与小齿轮116加工为一体)、转向器壳体108、右防尘套109、右转向拉杆111、齿条115、小齿轮116等零件组成。左转向拉杆104的一端连接球头销103，另一端连接球头105。右转向拉杆111的一端连接球头销112，另一端连接球头110。

左转向拉杆104的左端与左转向节102用球头销103铰接，右端与齿条115用球头105铰接。左防尘套106左端和左转向拉杆104连接，左防尘套106的右端和转向器壳体108连接。转向输入轴107与小齿轮116固定连接并装入转向器壳体108中，齿条115穿过转向器壳体108并与小齿轮116啮合。转向器壳体108与副车架或车身固定连接(图中未画出副车架与车身)。右防尘套109的左端和转向器壳体108固定连接，右防尘套109的右端和右转向拉杆111固定连接。右转向拉杆111的左端与齿条115用球头110铰接，右端与右转向节113用球头销112铰接。

工作原理如图5所示：当汽车向左转弯时，转向输入轴107和小齿轮116接受来自经过转向管柱传来的方向盘操纵力，此操纵力驱动小齿轮116逆时针旋转，小齿轮116驱动齿条115向右运动，齿条115带动左转向拉杆104向右运动，从而左转向拉杆104带动左转向节102绕主销101逆时针旋转一个角度，同样地，齿条115带动右转向拉杆111向右运动，从而右转向拉杆111带动右转向节113绕主销114逆时针旋转一个角度。这样，就使得固定连接于左、右转向节102、113的左、右车轮(图中未画出车轮)绕着主销101、114向左旋转一个角度，完成了汽车左转弯的操作。汽车右转弯时，各个零件的运动情况正好与作转弯时完全相反。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种新型汽车转向器结构，这种结构可以使汽车转向时的车轮转角满足阿克曼曲线。

本发明采用以下技术方案：一种汽车转向器，包括左、右转向拉杆、转向器壳体、转向输入轴和固连在转向输入轴上的小齿轮，还包括：一凸轮，凸轮中央设有一与所述小齿轮啮合的内齿圈，内齿圈的中心可转动地连接在所述转向器壳体上，内齿圈的外围设有一段左侧曲线槽和一段右侧曲线槽；一根左推杆，左推杆的一端设有左销轴，左销轴插入左侧曲线槽内，左推杆的另一端与左转向拉杆相铰接；一根右推杆，右推杆的一端设有右销轴，右销轴插入右侧曲线槽内，右推杆的另一端与右转向拉杆相铰接。

优选地，所述左侧曲线槽和右侧曲线槽关于一个中心平面左右对称。

优选地，所述左侧曲线槽和右侧曲线槽相互连接，组成一环形槽。

优选地，左推杆与左转向拉杆通过球头相铰接；右推杆与右转向拉杆通过球头相铰接。

优选地，所述左侧曲线槽和右侧曲线槽互不相连，为两个独立的半环形槽。

本发明采用了小齿轮-内齿圈机构和凸轮机构，凸轮上具有不规则的曲线凹槽，该曲线凹槽的形状根据满足内、外侧车轮转角角度关系的阿克曼曲线设计。转向器工作，小齿轮带动内齿圈，继而带动凸轮运动，轴销在凹槽内沿着凹槽的轨迹移动，带动拉杆机构一起运动，就实现了车轮转向，且左右转向车轮的转角符合阿克曼曲线，均做纯滚动运动，减少了轮胎在转向时的非正常磨损，使得轮胎寿命大大提高。并且，只要合理地设计曲线凹槽的形状，就可以使转向器也能够实现可变传动比，当汽车小角度转向时，传动比要小一些，汽车的转向灵敏度要大一些；当汽车大角度转向时，传动比要大一些，汽车的转向灵敏度要小一些，操纵力小一些，从而提高了汽车行驶时的操控稳定性与安全性。

附图说明

图1是现有转向器的车轮转角曲线与理论转角曲线(阿克曼曲线)的对比示意图。

图2是汽车转向原理示意图。

图3是现有齿轮齿条式转向器主视图。

图4是现有齿轮齿条式转向器俯视图。

图5是现有齿轮齿条式转向器工作时的示意图。

图6是本发明一种汽车转向器的示意图。

图7是图6中凸轮安装部位的局部放大图。

图8是图7中沿A-A向的局部剖视图。

图9是本发明转向器工作时的示意图。

图10是本发明中的左推杆21和左销轴20的装配示意图。

图11是本发明中的凸轮17的三维示意图。

具体实施方式

本发明的结构简图如图6所示：主要包括左转向节2、左转向拉杆4、左防尘套6、左推杆21、左销轴20、轴7、转向器壳体8、右销轴16、右推杆15、右防尘套9、右转向拉杆11、右转向节13、凸轮17(包括内齿圈23)、转向输入轴18(可与小齿轮19加工为一体)、小齿轮19等零件组成。

结合图6、图7、图8、图11，凸轮17的中心加工形成内齿圈23，与小齿轮19啮合，内齿圈的中心通过轴7可转动地连接在转向器壳体8上。凸轮17的端面上、在内齿圈23的外围刻有一圈环形凹槽22，它包括一段左侧曲线槽221和一段右侧曲线槽222(如图7所示)，左侧曲线槽221和右侧曲线槽222关于一个中心平面B左右对称。凹槽22对于本发明非常关键，实际上转向器能否使得左右转向车轮在转向时的转角满足阿克曼曲线和实现转向器的的变传动比要求，完全是靠凹槽22的轨迹曲线(也就是左侧曲线槽221和右侧曲线槽222的形状)决定的。

左转向拉杆4的一端通过球头销3与左转向节2连接，另一端通过球头5与左推杆21连接。右转向拉杆11的一端通过球头销12与右转向节13连接，另一端通过球头10与右推杆15连接。左防尘套6左端和左转向拉杆4固定连接，左防尘套6的右端和转向器壳体8固定连接。轴7与凸轮17固定连接并装入转向器壳体8中，凸轮17可绕轴7转动。左销轴20固定在左推杆21的右端，见图10，左推杆21的右端插入转向器壳体8内，左销轴20插入凸轮的左侧曲线槽221内，并可以沿左侧曲线槽221的曲线轨迹滑动。相应地，右销轴16固定在右推杆15的左端，右推杆15的左端插入转向器壳体8内，右销轴16插入凸轮的右侧曲线槽222内，并可以沿右侧曲线槽222的曲线轨迹滑动。转向器壳体8与副车架或车身(图中未示出)固定连接。右防尘套9的左端和转向器壳体8固定连接，右防尘套9的右端和右转向拉杆11固定连接。转向输入轴18和小齿轮19固定连接并装入转向器壳体8中，小齿轮19与凸轮17中的内齿圈23啮合。图中为了明了清晰，略去了轴承、螺栓螺母、左、右推杆的导向套和密封圈等零件。所述的左、右防尘套6、9的材料可以为橡胶、塑料、热塑性弹性体等弹性材料，其它零件的材料不做限制，可以用钢铁、铝等金属材料制作，也可以是陶瓷等非金属材料，只要能够满足功能要求即可。文中所述的“固定连接(或固连)”方式不做限制，可以为螺纹连接、焊接、铆接、粘合等方式。

本发明的工作原理如图9所示：当汽车向左转弯时，转向输入轴18和小齿轮19接受来自经过转向管柱传来的方向盘操纵力，此操纵力驱动小齿轮19逆时针旋转，小齿轮19驱动凸轮17逆时针旋转，凸轮17上的左侧曲线槽221在与左销轴20相对滑动的过程中拉动左推杆21向右运动，从而左转向拉杆4带动左转向节2绕主销1逆时针旋转一个角度；同时，右侧曲线槽222在与右销轴16相对滑动的过程中推动右推杆15向右运动，从而右转向拉杆11带动右转向节13绕主销14也逆时针旋转一个角度。这样，就使得固定连接于左、右转向节2、13上的左、右转向车轮(图中未画出车轮)绕着主销1、14向左旋转一个角度，完成了汽车左转弯的操作。汽车右转弯时，各个零件的运动情况正好与左转弯时完全相反。

根据左、右轮转角关系设计本转向器中凸轮17上左侧曲线槽221和右侧曲线槽222的形状，就能使得左、右转向车轮的转角实时地满足阿克曼曲线，使汽车转向时每个车轮均做纯滚动运动，轮胎寿命大大提高。并且转向器也能够实现当汽车小角度转向时，转向传动比要小一些，汽车的转向灵敏度要大一些，当汽车大角度转向时，转向传动比要大一些，操纵力小一些这一变传动比要求，提高了汽车行驶时的操控稳定性与安全性。

本发明的汽车转向器之所以能够实现左、右转向车轮在转向时的转角满足阿克曼曲线(从而提高轮胎的使用寿命)，还能满足转向器的的变传动比要求，是因为本发明利用了凸轮上的曲线槽来控制左、右推杆的运动距离，进而控制左、右车轮的转向角度。而众所周知，凸轮机构可以实现任意轨迹的运动曲线，因此总能够设计出一个凸轮，利用凸轮上的曲线槽形状配上合适的推杆机构，使得左右转向车轮在转向时的转角正好满足阿克曼曲线(从而提高轮胎的使用寿命)，还能满足转向器的的变传动比要求。

在本实施例中，左侧曲线槽221和右侧曲线槽222相互连接构成了一个封闭的环形槽。但可以很容易地理解，在左侧曲线槽221和右侧曲线槽222不是相互封闭的情况下，只要合理设计它们的形状，也可以使左、右车轮在转向时的转角正好满足阿克曼曲线，也可以实施本发明。

本发明不仅可以应用于各类汽车，而且可以应用于各类工程车辆、拖拉机等。

Claims (5)

1.一种汽车转向器，包括左、右转向拉杆、转向器壳体、转向输入轴和固连在转向输入轴上的小齿轮，其特征是还包括：

一凸轮，凸轮中央设有一与所述小齿轮啮合的内齿圈，内齿圈的中心可转动地连接在所述转向器壳体上，内齿圈的外围设有一段左侧曲线槽和一段右侧曲线槽；

一根左推杆，左推杆的一端设有左销轴，左销轴插入左侧曲线槽内，左推杆的另一端与左转向拉杆相铰接；

一根右推杆，右推杆的一端设有右销轴，右销轴插入右侧曲线槽内，右推杆的另一端与右转向拉杆相铰接；

所述左右曲线槽的形状配合推杆机构，使得左右转向车轮在转向时的转角正好满足阿克曼曲线。

2.根据权利要求1所述的汽车转向器，其特征是：所述左侧曲线槽和右侧曲线槽关于一个中心平面左右对称。

3.根据权利要求2所述的汽车转向器，其特征是：所述左侧曲线槽和右侧曲线槽相互连接，组成一环形槽。

4.根据权利要求1所述的汽车转向器，其特征是：左推杆与左转向拉杆通过球头相铰接；右推杆与右转向拉杆通过球头相铰接。

5.根据权利要求2所述的汽车转向器，其特征是：所述左侧曲线槽和右侧曲线槽互不相连，为两个独立的半环形槽。

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