CN101734279B - 电子助力转向装置中的减速器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电子助力转向装置中的减速器。本发明的优点在于，所述电子助力转向装置的减速器避免了蜗杆与蜗杆轮之间由于摩擦损耗而形成间隙，降低了由于背隙而产生的振动噪声，并使由于改变扭矩而导致的缝隙改变的程度达到最小，从而辅助驾驶者操作方向盘。

Description

电子助力转向装置中的减速器
【技术领域】
本发明涉及电子助力转向装置中的减速器，尤其涉及避免了蜗杆与蜗杆轮之间由于摩擦损耗而形成的间隙，降低了由于背隙而产生的振动噪声，并使由于改变扭矩而导致的缝隙改变的程度达到最小，从而辅助驾驶者操作方向盘的电子助力转向装置中的减速器。
【背景技术】
附图1所示是现有技术的电子助力转向(electronic power steering)装置结构示意图。如图1所示，所述电子助力转向装置100包括一转向系统130，所述转向系统130从方向盘102延伸至多个车轮126，以及一动力辅助装置140(auxiliary power mechanism)，用于向转向系统130提供备用转向电力。
所述转向系统130包括一转向轴106(steering shaft)，所述转向轴106的一端连接至方向盘102以同方向盘102同步转动，与之相对的另一端通过一对万向接头104(universal joints)转接至小齿轮轴108(pinion shaft)。小齿轮轴108通过一齿条与齿轮传动装置110(rack and pinion mechanism)连接至齿条112(rack bar)，齿条112相对的两个末端分别通过连杆122(tie rod)和转向节臂124(knuckle arm)连接至所述车辆的车轮126。
动力辅助装置140包括：一扭矩传感器142，用于监测驾驶者施加在方向盘102上的扭矩以及输出与监测到的扭矩成比例的电学信号；一电学控制单元144，用于产生一控制信号，所述控制信号基于来自于扭矩传感器142的电学信号；一马达146，用于根据来自于电学控制单元144的控制信号产生辅助动力；以及一减速器150，包括一蜗杆152以及一蜗杆轮156，用于将由马达146产生的辅助动力传送至转向轴106。
因此，在电子助力转向装置100中，由方向盘102转动而产生的扭矩通过齿条与齿轮传动装置110传送至齿条112，而马达146因为方向盘产生的扭矩而产生的辅助动力亦被传送至齿条112。
也就是说，由于方向盘102旋转而产生的扭矩以及由马达146产生的辅助动力都沿轴向推动齿条112。
附图2是现有电子助力转向装置中减速器的剖面示意图。如附图2所示，在减速器150中，一蜗杆152设置在一蜗杆轴254上，多个蜗杆轴支座257安装在蜗杆轴254相对的两个末端以支撑蜗杆轴254。一插塞螺栓210将衰减耦合器240和某个蜗杆轴支座257连接在一起以阻止蜗杆轴支座257在沿蜗杆轴254轴向方向被推动，所述插塞螺栓210被一插塞螺帽220固定。
蜗杆轴254通过衰减耦合器240连接至马达146，从而被马达146的驱动力带动旋转。
蜗杆轮156设置在蜗杆轴254上的蜗杆152外围边缘的一侧并且嵌入蜗杆152之中，并被安装在用以传输被驾驶者操纵的方向盘102的旋转力的转向轴106上，从而使由马达146的驱动力而产生的蜗杆轴254的旋转力传送至转向轴106。
蜗杆152和蜗杆轮156设置在齿轮罩260之中，用于将驱动力传输至蜗杆轴254的马达146被设置在齿轮罩260的一侧。马达146通过马达盖230采用螺栓250连接至齿轮罩260。
蜗杆轴支座257的轴承内部轨道280与轴承外部轨道270之间垫有多个滚珠258，用以支持蜗杆轴254的旋转，所述蜗杆轴254在齿轮罩260的一端连接至马达146。
通过根据车辆的行驶状况采用车辆的电子控制单元控制马达驱动，并通过传送除驾驶者操控的方向盘的旋转力之外的由马达驱动力产生的蜗杆轴的旋转力，从而使电子助力转向装置的减速器平稳并可靠地保持驾驶中的转向操作。
然而，在现有技术的电子助力转向装置的减速器中，由马达驱动力带动旋转的蜗杆和蜗杆轮之间由于摩擦损耗而产生缝隙，进而由于两者在缝隙处相互碰撞而产生振动噪音。
进一步地，这一问题还限制了辅助转向力的精确传输，不利于帮助驾驶者操控方向盘。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是，提供一种电子助力转向装置中的减速器，能够避免蜗杆与蜗杆轮之间由于摩擦损耗而形成间隙，降低由于背隙而产生的振动噪声，并能够使由于改变扭矩而导致的缝隙改变的程度达到最小，从而辅助驾驶者操作方向盘。
为了解决上述问题，本发明提供了一种电子助力转向装置中的减速器，包括：一蜗杆轴支座，用以支撑一蜗杆轴的一末端，所述蜗杆轴上设置有一嵌入蜗杆轮中的蜗杆，所述蜗杆轴的所述末端与所述蜗杆轴的装配马达转轴一端的位置相反；一中空的轴承固定架，安装在所述蜗杆轴支座的轴承外部轨道上，以便在所述轴承固定架和所述蜗杆轴支座的所述轴承外部轨道之间形成一间隙；一固定架外罩，围绕在所述轴承固定架的外边缘，并装配于一齿轮罩的内侧末端；一蜗杆轴固定架，装配至所述蜗杆轴的一端，以便在所述蜗杆轴固定架和所述固定架外罩的内表面之间在朝向所述蜗杆轮的方向上形成一间隙；以及一弹性支架，装配在固定架外罩的内表面和蜗杆轴固定架之间，并设置在固定架外罩中与蜗杆轮相反的一侧，用以在朝向蜗杆轮的方向上支撑蜗杆轴固定架。
本发明的优点在于，所述电子助力转向装置的减速器避免了蜗杆与蜗杆轮之间由于摩擦损耗而形成间隙，降低了由于背隙而产生的振动噪声，并使由于改变扭矩而导致的缝隙改变的程度达到最小，从而辅助驾驶者操作方向盘。
【附图说明】
附图1所示是现有技术中的电子助力转向装置示意图；
附图2所示是现有技术中的电子助力转向装置中减速器的剖面结构示意图；
附图3所示是本发明第一具体实施方式中，电子助力转向装置中的减速器的部分结构的立体图；
附图4是附图3所示减速器的剖面图；
附图5所示是本发明第二具体实施方式中，电子助力转向装置中的减速器的部分结构的立体图；
附图6是附图5所示减速器的剖面图；
附图7是本发明第三具体实施方式中，电子助力转向装置中的减速器的立体分解图的一部分；
附图8是附图7所示减速器的剖面图；
附图9是附图8所示轴承固定架沿A-A方向的剖面图；
附图10所示是在本发明所述电子助力转向装置的减速器中，所采用的非线性螺旋弹簧的力与形变关系图。
【具体实施方式】
接下来结合附图详细介绍本发明所述电子助力转向装置中的减速器的具体实施方式。在下面的文字和附图中，相同的序号被用来表示相同或者相似的组件，因此不再对相同或者相似的组件做重复介绍。
在对本发明所述组件的叙述中，可能会用到“第一”、“第二”、“A”、“B”、“(a)”以及“(b)”等词。然而，这些词仅用于不同的组件之间相互区别，组件的实质，以及相互之间的关系和次序并不受此限制。当描述某一组件“装配”、“啮合”或者“连接”至另一组件时，应当被理解为此组件可以是直接地装配或者连接至另一组件，但在上述两个组件之间还仍然可以有其他的组件“装配”、“啮合”或者“连接”至另一组件。
附图3所示是本发明第一具体实施方式中，电子助力转向装置中的减速器的部分结构的立体图。附图4是附图3所示减速器的剖面图。附图5所示是本发明第二具体实施方式中，电子助力转向装置中的减速器的部分结构的立体图。附图6是附图5所示减速器的剖面图。
如附图3与附图4所示，在本发明第一具体实施方式中，电子助力转向装置中的减速器300包括：一蜗杆轴支座257，所述蜗杆轴支座257支撑蜗杆轴254的一端，蜗杆轴254上设置有嵌入至蜗杆轮156中的蜗杆152，所述蜗杆轴254的所述末端与蜗杆轴254上装配马达转轴的部位相反；一中空的轴承固定架310，安装在蜗杆轴支座257的轴承外部轨道270上，以便在轴承固定架310和蜗杆轴支座257的轴承外部轨道270之间形成一间隙；一固定架外罩330，围绕在轴承固定架310的外边缘，并装配于齿轮罩260的内末端；一蜗杆轴固定架320，装配至蜗杆轴254的一端，以便在蜗杆轴固定架320和固定架外罩330的内表面之间在沿着蜗杆轮156的方向上形成一间隙370；一弹性支架340，装配在固定架外罩330的内表面和蜗杆轴固定架320之间，并设置在固定架外罩330中与蜗杆轮156相反的一侧，用以在朝向蜗杆轮156的方向上支撑蜗杆轴固定架320。
如附图5与附图6所示，在本发明第二具体实施方式所述的电子助力转向装置中的减速器400中，一表面覆盖有聚四氟乙烯材料的轴瓦(未示出)(参考附图7中的标号380)或者固定架支座360被插入到蜗杆轴固定架320与蜗杆轴254的一端之间，以降低蜗杆轴254的滚动摩擦。由于本发明第二具体实施方式与第一具体实施方式之间除了轴瓦或者固定架支座360之外都是相同的，因此以下将着重介绍本发明的第一具体实施方式。
在本发明所述减速器300与400中，由于弹性支架340或者支撑构件350在朝向蜗杆轮156的方向上支撑齿轮罩260中的蜗杆轴254，在蜗杆152和蜗杆轮156的旋转过程中，既不会产生背隙也不会产生噪音，从而避免了振动噪音。
当蜗杆152和蜗杆轮156联动时，减速器能够随着马达146的驱动力旋转转向轴106，以辅助驾驶者转向。蜗杆轴支座257安装在与马达146转轴联动的蜗杆轴254的两侧末端，用以在马达146工作期间支持蜗杆轴254的旋转，蜗杆152和与转向轴106连接的蜗杆轮158是设于齿轮罩260内。
在轴承内部轨道280与轴承外部轨道270之间垫有多个滚珠258的蜗杆轴支座257在齿轮罩260与马达146相对的一端处支持蜗杆轴254的旋转。一轴承固定架310安装在蜗杆轴支座257的轴承外部轨道270上，固定架外罩330绕设在轴承固定架310上，并装配于齿轮罩260的内侧末端。弹性支架340透过固定架外罩330的内的蜗杆轴固定架320，在朝向蜗杆轮156的方向上支撑蜗杆轴250的一端，由此阻止由于蜗杆152和蜗杆轮156之间的摩擦损耗而产生的碰撞和噪音。
蜗杆轴支座257安装在蜗杆轴254相对的两端以支撑蜗杆轴254的旋转，并且，多个滚珠258在蜗杆轴支座257中的轴承内部轨道280与轴承外部轨道270之间转动，以降低蜗杆轴254的旋转阻力。
这样的蜗杆轴254在持续旋转的过程中，由于蜗杆152和蜗杆轮156之间的摩擦损耗而产生的间隙可能会产生背隙和噪音。在本发明中，在蜗杆轴254远离马达转轴的一端安装有弹性支架340，通过朝向蜗杆轮156的方向挤压蜗杆轴254来消除这一间隙。
轴承固定架310是中空的，并安装在蜗杆轴支座257的轴承外部轨道270上，并彼此之间保持一间隙。蜗杆轴254的一端穿过轴承固定架310的中心部分并装配至蜗杆轴支座257上，轴承固定架310与蜗杆轴支座257的轴承外部轨道270相互压合以防止蜗杆轴支座257脱落，并保持轴承固定架310和蜗杆轴支座257之间的间隙。
轴承固定架310可以采用工程塑料例如乙缩醛(POM)制成，或者采用弹性材料例如橡胶或者聚氨酯(urethane)制成，以防止蜗杆轴254在马达146向前或者向后驱动的过程中产生噪声。
固定架外罩330围绕轴承固定架310的外缘并装配至齿轮罩260的末端以支撑蜗杆轴254。
也就是说，固定架外罩330围绕轴承固定架310的外缘，装配至齿轮罩260的末端，并且具有供蜗杆轴固定架320插入的固定槽333，以及与可供弹性支架340装配的支撑槽335，以使得弹性支架340被固定架外罩330支撑，并沿着朝向蜗杆轮156的方向支撑装配至蜗杆轴254上的蜗杆轴固定架320。
在这里，弹性支架340具有一附在蜗杆轴固定架320外表面并构成其中心部分的支撑部件345，还具有通过将其两侧相对的支撑部件345弯折而形成的两侧末端部件343，从而形成一个与固定架外罩330的支撑槽335相互配合的板片弹簧。
固定槽333在蜗杆轴固定架320朝向蜗杆轮156的方向上形成一间隙370，以使得与蜗杆轴254接合的蜗杆轴固定架320被朝向蜗杆轮156的方向支撑。
于此同时，与支撑槽335配合从而朝向蜗杆轴固定架320方向支撑弹性支架340的支撑构件350可以被装配至固定架外罩330，支撑构件350的中心部分可以与弹性支架340的支撑部件345附着，并且支撑构件350亦可以被弯折以形成板片弹簧，从而使支撑构件350相对的两端都可以装配至固定架外罩330的支撑槽335上。
然而，所述发明并不局限于此，只要弹性支架340与支撑构件350能够装配到固定架外罩330的内侧并向蜗杆轮156的方向支撑蜗杆轴固定架320，则弹性支架340与支撑构件350可以是具有任何合适形状的弹性构件。
支撑构件350的弹性系数大于弹性支架340，以使弹性支架340补偿由于轻微振动或者由于蜗杆轴254的旋转而产生的间隙，而支撑构件则350用以吸收大的振动或者在车辆在越野道路上行驶时产生反向输出。
蜗杆轴固定架320是在轴承固定架310的外侧装配到蜗杆轴254上，形状呈块状并具有一轴孔325贯穿之，蜗杆轴254穿过轴孔325。蜗杆轴固定架320被装配到蜗杆轴254上，并且与固定架外罩330的固定槽333之间在朝向蜗杆轮156的方向上形成间隙370。
固定架支座360可以被插入到蜗杆轴固定架320与蜗杆轴254的一端之间，并且蜗杆轴固定架320可以覆盖聚四氟乙烯，以降低与蜗杆轴254的一端之间的滚动摩擦阻力。
另外，一轴瓦380压合到蜗杆轴254的一端与蜗杆轴固定架320之间，并且可以覆盖聚四氟乙烯，以降低与蜗杆轴254的一端之间的滚动摩擦阻力。
因此，如果弹性支架340向蜗杆轮156的方向支撑与蜗杆轴254配合的蜗杆轴固定架320，则蜗杆轴固定架320可以在与固定架外罩330之间的间隙370的范围内被支撑，以补偿间隙并消除噪声和碰撞。
于此同时，蜗杆轴254采用固定架外罩330中的弹性支架340来补偿与蜗杆轮156之间的间隙，弹性支架340装配到设置在固定架外罩330远离蜗杆轮156一端的支撑槽335上，以支撑蜗杆轴254的一端，并补偿与蜗杆轮156之间的间隙
附图7是本发明第三具体实施方式中，电子助力转向装置中的减速器的立体分解图的一部分，附图8是附图7所示减速器的剖面图，附图9是附图8所示轴承固定架沿A-A方向的剖面图。
如附图7至附图9所示，在本发明所述第三具体实施方式中，除了在蜗杆轴固定架320和蜗杆轴254之间提供的覆盖有聚四氟乙烯以降低与蜗杆轴254之间的滚动摩擦阻力的轴瓦380、蜗杆轴固定架320所具有的突起327、轴承支撑装置390以及一非线性螺旋弹簧375之外，本具体实施方式的电子助力转向装置700与第一和第二具体实施方式均相同，因此下文将着重讨论本发明的第三具体实施方式区别于前两个具体实施方式的特点，而相同点将略去不谈。
轴承固定架310可以采用工程塑料例如乙缩醛(POM)制成，或者采用弹性材料例如橡胶或者聚氨酯(urethane)制成，蜗杆轴254的一端穿过轴承固定架310的中心并装配至蜗杆轴支座257。轴承固定架310环绕蜗杆轴支座257的轴承外部轨道270，与蜗杆轴支座257压合并彼此之间保持间隙，以避免与蜗杆轴支座257分离。
在轴承固定架310内侧远离蜗杆轮的位置还可以设置一剪切槽397，并与轴承支撑装置390配合，从而在正向和反向驱动马达146的过程中避免由蜗杆轴254产生的碰撞噪音与振动噪音。
本具体实施方式中，轴承支撑装置390采用弹性材料例如橡胶或者聚氨酯(urethane)制成，以防止与蜗杆轴支座257之间的噪音。轴承支撑装置390可以单独制造再插入并装配到剪切槽397中，也可以同轴承固定架310的剪切槽397一体铸模制造。
在轴承支撑装置390与蜗杆轴支座257之间的接触面上还可以设置多于一个的突起结构395，突起结构395与蜗杆轴支座257的轴承外部轨道270装配在一起，并依靠其弹性形变支撑蜗杆轴支座257。
轴承固定架310具有一插入槽385，弹性支架375装配到插入槽385的内侧远离蜗杆轮156的表面上，以避免弹性支架375在装配过程中脱落。
蜗杆轴固定架320的形状呈块状，具有一轴孔325可供轴承固定架310外侧装配到蜗杆轴254一端上。蜗杆轴固定架320被装配到蜗杆轴254上，并且与固定架外罩330的内表面之间在朝向蜗杆轮156的方向上形成间隙370。
固定架外罩330具有一插入槽385，弹性支架375通过插入槽385支撑到蜗杆轮156的内表面。
本具体实施方式中，蜗杆轴固定架320包括一突起结构327，在蜗杆轴固定架320远离蜗杆轮156的表面上，弹性支架375被插入到突起结构327中，并且蜗杆轴固定架320表面可以覆盖聚四氟乙烯以降低与蜗杆轴254末端之间的滚动摩擦阻力。
因此，当弹性支架375向蜗杆轮156方向支撑蜗杆轴固定架320时，蜗杆轴固定架320是在与固定架外罩330之间的间隙370的范围内被向蜗杆轮156方向支撑。本具体实施方式中，弹性支架375为一非线性螺旋弹簧，其中心形状是一字型的或者椭圆形的，而不是通常意义上的圆形螺旋弹簧。
附图10所示是在本发明所述电子助力转向装置的减速器中，所采用的非线性螺旋弹簧的力与形变关系图。
如附图10所示，在通常的圆形螺旋弹簧，负载同形变是呈线性关系的，并且在施加负载之后的形变较小。另一方面，对于非线性螺旋弹簧而言，负载同形变是呈非线性关系的，并且在施加相同负载之后的形变相对较大。
具体地说，当施加了一个相同的负载F1时，通常的圆形螺旋弹簧的形变是x1，而非线性螺旋弹簧的形变是x2，x2大于x1，可以吸收较大范围的负载。
因此，对于相同的形变而言，非线性螺旋弹簧吸收了比通常的圆形螺旋弹簧更大的负载，因此，在由固定架外罩和蜗杆轴末端所构成的狭小空间内，非线性弹簧的支撑力也就变得更大。
本发明所述电子助力转向装置的减速器避免了蜗杆与蜗杆轮之间由于摩擦损耗而形成间隙，降低了由于背隙而产生的振动噪声，并使由于改变扭矩而导致的缝隙改变的程度达到最小，从而辅助驾驶者操作方向盘。
即使在本发明具体实施方式中的所有组件都可以组合在一起的情况下，本发明也并不仅限于此，所有的组件都可以在不脱离发明原理的前提下进行选择性组合。
并且，本文中的措辞与用语均以描述为目的，并不对技术内容起到限制作用。采用“包括”、“有……构成”以及“具有”等其它类似的词，则意味着包含了后文列出的项目以及和它们等价的其他项目。除非本文在其它位置有特殊的定义，所有的术语，包括科学和技术术语，都应当被理解为本领域内技术人员所公知的意义。就像字典中的解释一样，除非本文在其它位置有明确的定义，所有通常采用的术语都应当被解释为该技术环境下的含义，而不应当被解释为主观的或者字面的含义。
本发明前文所述的优选实施方式是用以举例说明并描述本发明的目的。不应当将本发明限制在所揭露的内容之内，还有可能通过来自于上述记载内容中的启示和对本发明的实践来获得对本发明的调整和改变。因此，本发明所给出的具体实施方式并不是限制而是解释本发明的技术精神，本发明的保护范围并不受制于具体实施方式。本发明的保护范围应当由权利要求确定，对本发明的等同替换也应当视为不超出本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种电子助力转向装置中的减速器，其特征在于，包括：
一蜗杆轴支座，用以支撑一蜗杆轴的一末端，所述蜗杆轴上设置有一嵌入蜗杆轮中的蜗杆，所述蜗杆轴的所述末端与所述蜗杆轴的装配马达转轴一端的位置相反；
一中空的轴承固定架，安装在所述蜗杆轴支座的轴承外部轨道上，以便在所述轴承固定架和所述蜗杆轴支座的所述轴承外部轨道之间形成一间隙；一固定架外罩，围绕在所述轴承固定架的外边缘，并装配于一齿轮罩的内测；
一蜗杆轴固定架，装配至所述蜗杆轴的一端，以便在所述蜗杆轴固定架和所述固定架外罩的内表面之间朝向所述蜗杆轮的方向上形成一间隙；以及一弹性支架，装配在固定架外罩的内表面和蜗杆轴固定架之间，并设置在固定架外罩中与蜗杆轮相反的一侧，用以在朝向蜗杆轮的方向上支撑蜗杆轴固定架。
2.根据权利要求1所述的电子助力转向装置中的减速器，其特征在于，所述固定架外罩包括：一固定槽，供所述蜗杆轴固定架插入；以及一支撑槽，与所述弹性支架装配在一起。
3.根据权利要求2所述的电子助力转向装置中的减速器，其特征在于，所述弹性支架具有一附在所述蜗杆轴固定架外表面并设置在其中心部分的一支撑部件，还具有自所述支撑部件上弯曲两侧而形成的两侧末端部件，从而形成一个与所述固定架外罩的所述支撑槽相互配合的板片弹簧。
4.根据权利要求2所述的电子助力转向装置中的减速器，其特征在于，所述固定槽与所述蜗杆轴固定架之间朝向所述蜗杆轮的方向具有一间隙。
5.根据权利要求2所述的电子助力转向装置中的减速器，其特征在于，一支撑构件被装配至所述固定架外罩，所述支撑构件与所述支撑槽配合从而向所述蜗杆轴固定架方向支撑所述弹性支架。
6.根据权利要求5所述的电子助力转向装置中的减速器，其特征在于，所述支撑构件被弯以形成以板片弹簧，从而使所述支撑构件相对的两端都可以装配至所述固定架外罩的所述支撑槽上。
7.根据权利要求1所述的电子助力转向装置中的减速器，其特征在于，所述蜗杆轴固定架表面覆盖有聚四氟乙烯。
8.根据权利要求1所述的电子助力转向装置中的减速器，其特征在于，一表面覆盖有聚四氟乙烯的轴瓦被插入并装配在所述蜗杆轴固定架与所述蜗杆轴的一端之间。
9.根据权利要求1所述的电子助力转向装置中的减速器，其特征在于，一固定架支座被插入并装配在所述蜗杆轴固定架与所述蜗杆轴的一端之间。
10.根据权利要求1所述的电子助为转向装置中的减速器，其特征在于，一插入有第二弹性支架的突起结构设置于所述蜗杆轴固定架的外表面且远离所述蜗杆轮的位置，并且所述第二弹性支架是一具有一字型或者椭圆形中心形状非线性螺旋弹簧，并被安装到所述突起结构上。
11.根据权利要求10所述的电子助力转向装置中的减速器，其特征在于，所述固定架外罩具有一插入槽，所述第二弹性支架在所述插入槽内表面远离所述蜗杆轮的位置被所述插入槽支撑。
12.根据权利要求1所述的电子助力转向装置中的减速器，其特征在于，在所述轴承固定架内侧远离蜗杆轮的位置设置有一剪切槽，并且一用于支撑所述蜗杆轴支座的轴承支撑装置被插入到或者一体的形成于所述轴承固定架的所述剪切槽之中。
13.根据权利要求12所述的电子助力转向装置中的减速器，其特征在于，所述轴承支撑装置由塑料或者弹性材料构成，并且在所述轴承支撑装置与所述蜗杆轴支座之间的接触面上还设置有多于一个的突起结构。
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