CN103121464A - 齿条传动辅助动力转向装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种齿条传动辅助动力转向装置，防止了滚珠螺母和皮带轮螺母由于其滑脱而空转，并且，在传动带由发动机操控运作时提高耐久性，并减少当齿杆滑落而皮带轮螺母和滚珠螺母在转动时，通过齿杆、滚珠螺母和皮带轮螺母传递的振动和噪音，从而给驾驶员提供一种舒适的转向感觉。

Description

齿条传动辅助动力转向装置
技术领域
本发明涉及一种齿条传动辅助动力转向装置，更具体地，涉及一种齿条传动辅助动力转向装置，防止滚珠螺母和皮带轮螺母由于其滑脱而空转，并且，在传动带由发动机操控运作时提高耐久性，并减少当齿杆滑落而皮带轮螺母和滚珠螺母在转动时，通过齿杆、滚珠螺母和皮带轮螺母传递的振动和噪音，从而给驾驶员提供一种舒适的转向感觉。
背景技术
利用液压泵的液压动力的液压动力转向装置已经被普遍用作车辆的辅助动力转向装置，但近几年来，使用发动机的电动助力转向装置正逐渐被普遍使用。
一常规的电动助力转向装置包括一从方向盘延伸至两车轮的转向系统，和一用于向转向系统提供辅助转向动力的辅助动力机构。
所述辅助动力机构包括一扭矩传感器，用于检测驾驶员应用于方向盘上的转向力矩，并输出一与所检测到的转向力矩成比例的电子信号；一电子控制单元（ECU），用于基于由所述扭矩传感器传输的电子信号生成一控制信号；一发动机，用于基于由所述电子控制单元传输的控制信号生成辅助转向动力；以及，一带式动力传输单元，用于通过一传输带将由所述发动机生成的辅助动力传输至一齿杆。
图1是所示的是一相关技术的齿条传动辅助动力转向装置的部分剖视示意图，图2所示的是所述相关技术的齿条传动辅助动力转向装置的一部分的剖视图。
如图1和图2所示，所述相关技术的齿条传动辅助动力转向装置包括一齿杆140，所述齿条在车辆横向方向上延伸，并在其外周面上具有一齿条（rack gear）；一小齿轮轴110，所述小齿轮轴具有一与所述齿条啮合的主动齿轮（pinion gear）；一滚珠螺母210，所述滚珠螺母通过滚珠220与一外周面螺旋槽145啮合；一带式动力传输单元160，所述带式动力传输单元连接一滚珠螺母210和一电机轴155；以及，一发动机150。
所述小齿轮轴110通过一转向轴连接至方向盘，所述齿杆140安装在一齿条罩120内，在所述齿杆的外周面的一预定长度上具有所述外周面螺旋槽145。
所述带式动力传输单元160包括一与所述电机轴155耦合的发动机滑轮（motor pulley）和一与所述滚珠螺母210耦合的皮带轮螺母，所述带式动力传输单元将由所述发动机150生成的、与应用在所述方向盘上的转向力矩成比例的辅助转向动力，通过所述滚珠螺母210，传输至所述齿杆140。
相关技术的齿条传动辅助动力转向装置包括：齿杆140，在所述齿杆的外周面上具有所述外周面螺旋槽145；滚珠螺母210，所述滚珠螺母具有一使滚珠220沿其循环的中间通道215；滚珠220，当所述齿杆140的外周面螺旋槽145和中间通道215联通时，所述滚珠滚动；以及，一端盖230，所述端盖附着于所述滚珠螺母210的一端。
在相关技术的齿条传动辅助动力转向装置中，当所述齿杆140的外周面螺旋槽145和中间通道215联通，而滚珠滚动时，所述齿杆140会滑落。
然而，根据相关技术，当所述滚珠螺母和皮带轮螺母之间产生滑落时，会发生空转，恶化传输效率，并很难准确地传输辅助转向动力。
进一步的，当所述齿杆滑落而滚珠螺母在旋转时，在所述齿杆、滚珠螺母、皮带轮螺母、轴承和齿条罩中会产生噪音和振动，噪音和振动被转移至其他组件，从而松开耦合组件。
此外，所述被转移的噪音和振动会被连同其他部分的噪音和振动一起转移，恶化驾驶员的转向感觉。
发明内容
因此，本发明解决了上述发生在现有技术中的问题，并且，本发明的一个目标是提供一种齿条传动辅助动力装置，所述齿条传动辅助动力装置防止所述滚珠螺母和皮带轮螺母由于其滑脱而空转，并且，在传动带由发动机操控运作时提高耐久性，并减少当齿杆滑落而皮带轮螺母和滚珠螺母在转动时，通过齿杆、滚珠螺母和皮带轮螺母传递的振动和噪音，从而给驾驶员提供一种舒适的转向感觉。
为了实现上述目的，提供一种齿条传动辅助动力转向装置，包括：一滚珠螺母，所述滚珠螺母通过滚珠与一齿杆耦合，并在其一外周面上具有一第一轴向槽（axial groove）；一皮带轮螺母，所述皮带轮螺母与所述滚珠螺母的一外周面耦合，并在与所述第一轴向槽相应的位置上具有一第二轴向槽；以及一弹性支撑构件，所述弹性支撑构件耦接在所述滚珠螺母和皮带轮螺母之间。
根据本发明的齿条传动辅助动力转向装置，防止了所述滚珠螺母和皮带轮螺母由于其滑脱而空转，并且，在传动带由发动机操控运作时提高耐久性，并减少当齿杆滑落而皮带轮螺母和滚珠螺母在转动时，通过齿杆、滚珠螺母和皮带轮螺母传递的振动和噪音，从而给驾驶员提供一种舒适的转向感觉。
附图说明
通过以下的详细描述和所附附图，本发明的上述及其他物体、特征和优点将是显而易见的，其中：
图1是一相关技术的齿条传动辅助动力转向装置的部分剖视示意图；
图2是一相关技术的齿条传动辅助动力转向装置的一部分的剖视示意图；
图3是本发明一实施例的齿条传动辅助动力转向装置的一部分的分解透视图；
图4是本发明一实施例的齿条传动辅助动力转向装置的一部分的正视图；
图5至图8是本发明不同实施例的弹性支撑构件的透视图；
图9是图8所示的齿条传动辅助动力转向装置的一部分的正视图
具体实施方式
以下，将参考附图，对本发明的示例性实施例进行描述。在以下的描述中，不同附图中显示的相同元件将被标以相同的标号。此外，在以下本发明的描述中，当会造成本发明的主题不清楚时，将会省略对于本文所含的已知功能和构造的详细描述。
此外，当描述本发明的组件时，本文可能使用例如第一、第二、A、B、（a）、（b）之类的术语。这些用语都不用于定义一相应组件的本质、顺序或次序，而仅仅用于区别相应组件与其他组件。应当注意的是，即使在说明书中描述到一组件是“连接”、“耦合”或“加入”至另一组件，在第一和第二组件间也可以“连接”、“耦合”或“加入”一第三组件，尽管所述第一组件可能是被直接连接、耦合或加入所述第二组件。
图3所示的是本发明一实施例的齿条传动辅助动力转向装置的一部分的分解透视图。图4所示的是本发明一实施例的齿条传动辅助动力转向装置的一部分的正视图。图5至图8所示的是本发明不同实施例的弹性支撑构件的透视图。图9是图8所示的齿条传动辅助动力转向装置的一部分的正视图。
如图所示，本发明的齿条传动辅助动力转向装置包括：一滚珠螺母313，所述滚珠螺母通过滚珠（图中未示）与一齿杆311耦合，并在其一外周面上具有一第一轴向槽313a；一皮带轮螺母315，所述皮带轮螺母与所述滚珠螺母313的一外周面耦合，并在与所述第一轴向槽313a相应的位置上具有一第二轴向槽315a；一弹性支撑构件320、330、340、350或360，所述弹性支撑构件耦接在所述滚珠螺母313和皮带轮螺母315之间。
所述齿条传动辅助动力转向包括：一驱动单元和一传动单元（driven unit），所述驱动单元包括：一电动发动机305，所述电动发动机由一电子控制单元（ECU）控制；一发动机滑轮309，所述发动机滑轮与所述电动发动机305的一根轴303耦合；以及，一传动带301。
在所述传动单元中，在一包围着所述齿杆311的齿条罩307内，提供支撑所述齿杆311的所述滚珠螺母313；所述皮带轮螺母315形成自所述滚珠螺母313的一外周面，并与之耦合，或者所述皮带轮螺母与所述滚珠螺母313的一外周面一体形成。
连接至所述电动发动机305的发动机滑轮309和连接至所述齿杆311的皮带轮螺母315相互平行配置；所述传动带301安装在所述发动机滑轮309和皮带轮螺母315上，用于通过滚珠螺母313向所述齿杆311传输所述电动发动机305的旋转力；所述齿杆311通过所述滚珠螺母313的运转而向左或向右移动，以产生一辅助转向动力。
当所述滚珠螺母313旋转时，通过滚珠与所述齿杆311耦合，用于在所述齿条罩307和齿轮箱（图中未示）内滑动所述齿杆311；用于旋转所述滚珠螺母313的皮带轮螺母315和用于支持所述滚珠螺母313旋转的轴承被安装在所述滚珠螺母313的一外周面上。
在所述滚珠螺母313的一内周面和所述齿杆311的一外周面之间提供一动力传动结构，用于辅助滑动所述齿杆311，以产生一辅助转向力，所述动力传动结构包括：一外周侧螺旋槽311a，呈螺旋状形成于所述齿杆311的一外周面上，并具有一半球形或弧形截面；滚珠，所述滚珠插入所述动力传动结构中（图中未示）；以及，一内周侧螺旋槽315b，呈螺旋状形成于所述滚珠螺母313的一内周面上，用于与所述外周侧螺旋槽311a相对应，并具有一半球形或弧形截面。
所述滚珠螺母313是一中空管，在其一内周面上具有一内周侧螺旋槽315a；所述皮带轮螺母315被附加在所述滚珠螺母313一外周面的一端；一轴承（图中未示）被安装在所述滚珠螺母313的一相对侧；在所述轴承一外环的一端和所述轴承一外周面的一端，锁紧螺钉（图中未示）与所述齿条罩307的一内周面螺纹耦合，用于在支撑所述轴承时固定所述锁紧螺丝。
所述滚珠螺母313通过滚珠与所述齿杆311耦合，所述第一轴向槽313a形成于所述滚珠螺母313的一外周面上，所述第二槽315a形成于所述皮带轮螺母315内，所述皮带轮螺母在所述滚珠螺母313的第一槽313a相对应的位置上与所述滚珠螺母313的外周面耦合。
因此，如果所述皮带轮螺母315与所述滚珠螺母313的一外周面耦合，所述第一槽313a和所述第二槽315a形成一轴向空隙。
一弹性支撑构件320、330、340、350或360与由所述滚珠螺母313的第一槽313a和所述皮带轮螺母315的第二槽315a形成的空隙耦合，以防止所述滚珠螺母313和皮带轮螺母315空转，并吸收振动和噪音。
所述第一槽313a和第二槽315a形成于相互对应的位置上，以形成一可插入所述弹性支撑构件的轴向空隙，应当指出的是，所述弹性支撑构件的横截面形状不限于如圆形、椭圆形和多边形，在本发明的说明书和附图中以一矩形横截面为例。
这样，与所述由滚珠螺母313和皮带轮螺母315形成的轴向空隙耦合的所述弹性支撑构件320、330、340、350或360在本发明不同的实施例中实现。首先，图3和图4中所示的所述弹性支撑构件320具有一从一端至另一端轴向切割的缺口部分320a，以形成一镂空。
所述弹性支撑构件320可以具有一通过弯曲一由诸如金属、塑料和橡胶等材料制成的薄板而获得的圆柱形，并具有所述从一端至另一端轴向切割的缺口部分320a，从而当所述弹性支撑构件320与所述第一槽313a和第二槽315a耦合时，所述弹性支撑构件320会产生一弹力，使得所述弹性支撑构件320向外扩展，从而支撑所述滚珠螺母313和皮带轮螺母315。
图5中所示的所述弹性支撑构件330是由插入并连接单独形成的阻尼构件330b或一体注塑成型的阻尼构件330b形成。
如果所述阻尼构件330b被耦合进所述弹性支撑构件330或与所述弹性支撑构件330一体成形，可以吸收和减缓在所述传动带301传输一旋转力时，由所述皮带轮螺母315和滚珠螺母313产生的振动和噪音，或者在所述滚珠螺母313旋转时，通过所述滚珠和齿杆311传输的振动和噪音。
在所述缺口部分330a和阻尼构件330b之间可以提供一空隙330c，用以增加弹力和阻尼力。
如图6和图8所示，所述弹性支撑构件340、350或360实质上是环形的，并可具有一支撑部分341、351或360和一连接部分343、353或363，用以插入所述皮带轮螺母315和滚珠螺母313之间。
就是说，图6至图8中所示的实施例中，所述弹性支撑构件340、350或360可以具有一支撑部分341、351或360，所述支撑部分具有与所述由第一槽313a和第二槽315a形成的空隙耦合的空腔和一从一端至另一端轴向切割的缺口部分341a、351a或361a；以及一连接部分343、353或363，所述连接部分周向连接所述支撑部分的外周面。
所述支撑部分341、351或360与所述由滚珠螺母313的第一槽313a和皮带轮螺母315的第二槽315a所形成的空隙耦合，用以产生一弹力，并具有一通过弯曲一由诸如金属、塑料和橡胶等材料制成的薄板而获得的圆柱形，以及具有一从一端至另一端轴向切割的缺口部分341a、351a或361a，从而，当所述支撑部分341、351或360与所述第一槽313a和第二槽315a耦合时，支撑部分341、351或360产生一弹力，使得所述弹性支撑构件320向外扩展，从而支撑所述滚珠螺母313和皮带轮螺母315。
根据图7中所示的实施例，所述弹性支撑构件350的支撑部分351从所述缺口部分351a至其中心逐渐变厚，用以增强所述支撑部分351的弹力。
如图8和图9所示，所述支撑部分361可以是由插入并连接单独形成的阻尼构件361b或一体注塑成型的阻尼构件361b形成，并且，在所述缺口部分361a的内侧和所述阻尼构件361b之间可以提供一空隙361c，用以增加弹力和阻尼力。
如果所述阻尼构件361b被耦合进所述支撑部分361或与所述支撑部分361一体成形，可以吸收和减缓在所述传动带301传输一旋转力时，由所述皮带轮螺母315和滚珠螺母313产生的振动和噪音，或者在所述滚珠螺母313旋转时，通过所述滚珠和齿杆311传输的振动和噪音。
在所述不同的实施例中，所述支撑部分341、351或361通过在一实质上是圆环上的所述连接部分343、353或363相互连接，当所述连接部分343、353或363与所述支撑部分341、351或361周向连接时，所述弹性支撑构件可以容易地组装在所述滚珠螺母313和皮带轮螺母315之间 。
因此，如果所述弹性支撑构件与所述滚珠螺母313的一外周面耦合，所述皮带轮螺母315与所述滚珠螺母313耦合，而所述支撑部分341、351或361被压缩，所述支撑部分341、351或361将被扩展以附着于所述第一槽313a和第二槽315a，并得到所述第一槽313a和第二槽315a的支撑，用以防止所述滚珠螺母313和皮带轮螺母315空转，提高动力传输效率，减缓通过所述传动带301、皮带轮螺母315、滚珠螺母313、齿杆311和滚珠传输的振动和噪音。
同时，为了执行吸收噪音和振动的阻尼操作，所述阻尼构件由诸如天然橡胶（NR）、聚丁二烯橡胶（BR）、丁腈橡胶（NBR）、氯丁橡胶（CR）、三元乙丙橡胶（EPDM）、氟化橡胶（FRM）、丁苯橡胶（SBR）、氯磺化聚乙烯（CSM）、硅和氨基甲酸酯（urethane）等材料制成，用以在适当地吸收振动和噪音的同时，具有防风雨属性和柔韧性。
如上所述，本发明防止了所述滚珠螺母和皮带轮螺母由于传动带运转时的滑脱而空转，提高耐久性的同时提高动力传输效率，并减少在所述齿杆滑落而皮带轮螺母和滚珠螺母转动时，通过所述齿杆、滚珠螺母和皮带轮螺母传输的振动和噪音，从而给驾驶员提供一种舒适的转向感觉。
即使如上所述，本发明一实施例的所述组件被组合成一单一单元或作为一单一单元操作，本发明并不一定限于一实施例。也就是说，在各组件中，一个或多个组件可以被选择性地组合，以作为一个或多个单元。
此外，由于如“包含”、“包括”和“具有”的术语意味着可能存在一个或多个相应组件，除非有特殊的相反描述，应当理解的是可包含一个或多个其他组件。所有包括一个或多个技术或科学术语具有本领域技术人员通常理解的含义，除非它们没有别的定义。应当理解的是，按词典的定义被常规使用的术语具有一与相关描述的上下文中的含义相同的含义，而不应被理解为一理想的或过于正式的含义，除非其被明确定义在本说明书中。
尽管为了说明的目的而描述了本发明的一较佳实施例，本领域技术人员将理解的是，在不脱离如所附权利要求中公开的本发明的范围和精神下，多种修改、添加或替换是可行的。因此，本发明中公开的实施例是旨在阐述本发明的技术思路的范围，本发明的范围不限于所述实施例。本发明的范围应在所附权利要求的基础上，以一种所述技术思路包含在与属于本发明的权利要求相当的范围内的方式进行解释。

Claims (10)

1.一种齿条传动辅助动力转向装置，其特征在于，包括：
一滚珠螺母，通过滚珠与一齿杆耦合，并在一外周面上具有一第一轴向槽；
一皮带轮螺母，与所述滚珠螺母的一外周面耦合，并在所述第一槽的相应位置上具有一第二槽；以及
一弹性支撑构件，耦接在所述滚珠螺母和皮带轮螺母之间。
2.如权利要求1所述的齿条传动辅助动力转向装置，其特征在于：所述弹性支撑构件具有一与由所述第一槽和第二槽形成的空隙耦合的空腔，和一从一端至另一端轴向切割的缺口部分。
3.如权利要求2所述的齿条传动辅助动力转向装置，其特征在于：一阻尼构件被插入所述弹性支撑构件的内部，并与所述弹性支撑构件的内部耦合。
4.如权利要求2所述的齿条传动辅助动力转向装置，其特征在于：一阻尼构件是与所述弹性支撑构件的内部一体成型的。
5.如权利要求3或4所述的齿条传动辅助动力转向装置，其特征在于：所述弹性支撑构件在所述缺口部分的内侧和阻尼构件之间具有一空隙。
6.如权利要求1所述的齿条传动辅助动力转向装置，其特征在于：所述弹性支撑构件包括：
支撑部分，每个所述支撑部分具有一与所述由第一槽313a和第二槽315a形成的空隙耦合的空腔，以及一从一端至另一端轴向切割的缺口部分；以及
连接部分，所述连接部分将所述支撑部分的外周面周向相互连接。
7.如权利要求6所述的齿条传动辅助动力转向装置，其特征在于：一阻尼构件被插入每个所述支撑部分中。
8.如权利要求6所述的齿条传动辅助动力转向装置，其特征在于：一阻尼构件是与所述支撑部分的内部一体成型的。
9.如权利要求7或8所述的齿条传动辅助动力转向装置，其特征在于：每个所述支撑部分在所述缺口部分的内侧和阻尼构件之间具有一空隙。
10.如权利要求3、4、5、7、8、或9所述的齿条传动辅助动力转向装置，其特征在于：所述阻尼构件由天然橡胶、聚丁二烯橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、三元乙丙橡胶、氟化橡胶、丁苯橡胶、氯磺化聚乙烯、硅和氨基甲酸酯之中的一种材料制成。
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