CN103818449B - 一种齿轮齿条转向器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种齿轮齿条转向器，包括转向输入轴，齿条、第一拉杆、第二拉杆和齿条壳体；转向输入轴的一端设有用于与齿条配合的齿轮；所述齿条第一端设置有第一内球头，第二端设置有第二内球头，第一拉杆与第一内球头活动连接，第二拉杆与第二内球头活动连接；所述齿条壳体具有穿通两端的通道，所述齿条穿通并伸出齿条壳体两端；所述第一内球头上设有第一磁铁，所述齿条壳体靠近第一内球头的端面上设有第二磁铁，所述第二磁铁与第一磁铁的相对面具有相同的极性，所述第二内球头上设有第三磁铁，所述齿条壳体靠近第二内球头的端面上设有第四磁铁，所述第四磁铁与第三磁铁的相对面具有相同的极性；所述齿轮齿条转向器转向时不会出现金属撞击声。

Description

一种齿轮齿条转向器

技术领域

本发明涉及一种齿轮齿条转向器。

背景技术

车辆的转向器用于供驾驶员操控车辆转向，现有的部分车辆的转向器使用的是齿条齿轮转向器，所述齿轮齿条转向器是通过转向输入轴上的小齿轮与齿条配合带动齿轮移动进行转向，在完成转向后齿条需要回到转向前齿条所在位置。

图1所示为现有的齿轮齿条转向器，从图中可以看出所述的齿轮齿条转向器包括齿条101，套设于齿条上的齿条壳体102，齿条左端球头上连接的左拉杆103，齿条右端球头上连接的右拉杆104，带有小齿轮的转向输入轴105，所述齿条的球头与齿条壳体端面之间连接有弹簧106；转向输入轴上的小齿轮在齿条上移动进而完成车辆转向，当完成转向后利用弹簧106的弹力将齿条进行回位。

但是现有的齿轮齿条转向器转向的角度达到一定值时，弹簧被压缩到极限，弹簧与齿条球头、弹簧与齿条壳体会撞击进而产生金属撞击声。

发明内容

为克服现有技术中齿轮齿条转向器转向的角度达到一定值时，弹簧被压缩到极限，弹簧与齿条球头、弹簧与齿条壳体会撞击进而产生金属撞击声的问题，本发明提供了一种齿轮齿条转向器，包括转向输入轴，齿条、第一拉杆、第二拉杆和齿条壳体；

所述转向输入轴的一端设有用于与齿条配合的齿轮；

所述齿条第一端设置有第一内球头，第二端设置有第二内球头，所述第一拉杆与第一内球头活动连接，所述第二拉杆与第二内球头活动连接；

所述齿条壳体具有穿通两端的通道，所述齿条沿齿条壳体的通道设置并伸出齿条壳体两端，所述转向输入轴上的齿轮与齿条配合并可带动齿条在齿条壳体通道内移动；

所述第一内球头上设有第一磁铁，所述齿条壳体靠近第一内球头的端面上设有第二磁铁，所述第二磁铁与第一磁铁的相对面具有相同的极性，所述第二内球头上设有第三磁铁，所述齿条壳体靠近第二内球头的端面上设有第四磁铁，所述第四磁铁与第三磁铁的相对面具有相同的极性。

所述齿轮齿条转向器的第一内球头上设有第一磁铁，齿条壳体靠近第一内球头的端面上设有第二磁铁，第二磁铁与第一磁铁的相对面具有相同的极性，第二内球头上设有第三磁铁，齿条壳体靠近第二内球头的端面上设有第四磁铁，第四磁铁与第三磁铁的相对面具有相同的极性，当转向器转向后，由于第二磁铁和第四磁铁对齿条的排斥力不相等，因此齿条就会在排斥力的作用下运动，直到齿条回到转向前的位置，第二磁铁和第四磁铁对齿条的排斥力相等，停止运动；另外齿条球头上磁铁与齿条壳体的磁铁之间的排斥力随距离减小而增大，不会出现现有技术中弹簧因为具有压缩极限而产生金属撞击声的问题。

进一步地，所述齿轮齿条转向器中，所述第一磁铁为具有内螺纹的磁环，所述第一内球头上设有外螺纹，所述第一磁铁与第一内球头通过螺纹连接，所述第三磁铁为具有内螺纹的磁环，所述第二内球头上设有外螺纹，所述第三磁铁与第二内球头通过螺纹连接。

螺纹连接较为稳固。

进一步地，所述齿轮齿条转向器中，所述第一磁铁和第三磁铁上分别设有卡口。

在安装磁铁时，卡口作为安装工具的支点，方便安装。

进一步地，所述齿轮齿条转向器中，所述第二磁铁和第四磁铁均为套设于齿条壳体两端面上的磁环。

采用磁环方便与齿条壳体端面连接。

进一步地，所述齿轮齿条转向器中，还包括转向输入轴壳体，所述转向输入轴穿过转向输入轴壳体并可自由转动，所述转向输入轴壳体与齿条壳体之间通过支杆固定。

进一步地，所述齿轮齿条转向器中，所述第一磁铁、第二磁铁、第三磁铁和第四磁铁的材质相同，选自于钕铁硼磁铁、铁氧体磁铁、铝镍钴磁铁和钐钴中的一种。

上述磁铁的耐温性能好，质地坚固，适合转向器的运用。

进一步地，所述齿轮齿条转向器中，所述第一磁铁、第二磁铁、第三磁铁和第四磁铁的材质相同，均为钕铁硼磁铁；

第一磁铁与第二磁铁正对面之间的距离为60mm至76mm，第三磁铁与第四磁铁正对面之间的距离为60mm至76mm。

转向器中的磁铁采用上述设置，转向器能够完全自动回位。

进一步地，所述齿轮齿条转向器中，所述第一磁铁和第三磁铁的形状相同，横截面的面积均为400平方毫米。

附图说明

图1现有的齿轮齿条转向器结构示意图。

图2本发明提供的齿轮齿条转向器结构示意图。

图3本发明提供的图2所示齿轮齿条转向器的A区域放大图。

图4本发明提供的图2所示齿轮齿条转向器的B区域放大图。

图5本发明提供的齿轮齿条转向器中第一磁铁结构示意图。

图6本发明提供的齿轮齿条转向器中第二磁铁结构示意图。

图7本发明齿轮齿条转向器磁铁排斥力随距离的变化关系与图1所示的弹簧式的齿轮齿条转向器弹簧的回位力随距离的变化关系的坐标图。

其中，1、转向输入轴；2、齿条；3、第一拉杆；4、第二拉杆；5、齿条的第一内球头；6、齿条的第二内球头；7、齿条壳体；8、第一磁铁；9、第二磁铁；10、第三磁铁；11、第四磁铁；12、转向输入轴壳体；13、支杆。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下通过实施例对本发明进行进一步的说明。

本实施例用于说明本发明公开的齿轮齿条转向器，如图2、图3和图4所示，所述齿轮齿条转向器包括转向输入轴1，齿条2、第一拉杆3、第二拉杆4和齿条壳体7；所述转向输入轴1的一端设有用于与齿条配合的齿轮；所述齿条第一端设置有第一内球头5，第二端设置有第二内球头6；所述第一拉杆3与第一内球头5活动连接，所述第二拉杆4与第二内球头6活动连接；

所述齿条壳体7具有穿通两端的通道，所述齿条2沿齿条壳体的通道设置并伸出齿条壳体两端，所述转向输入轴1上的齿轮与齿条配合并可带动齿条在齿条壳体通道内移动；

所述第一内球头上设有第一磁铁8，所述齿条壳体靠近第一内球头的端面上设有第二磁铁9，所述第二磁铁与第一磁铁的相对面具有相同的极性，例如第二磁铁与第一磁铁的相对面都为S极或都为N极，所述第二内球头上设有第三磁铁10，所述齿条壳体靠近第二内球头的端面上设有第四磁铁11，所述第四磁铁与第三磁铁的相对面具有相同的极性，可以都为S极或都为N极。

本实施例中所述转向输入轴1的上端与方向盘连接，所述齿条上设有多个卡齿，所述转向输入轴上的齿轮伸入齿条壳体内与齿条上的卡齿配合。

所述齿条为一杆状体，杆状体的两端的第一球头和第二球头的横截面的面积大于杆状体的横截面的面积，如图2所示，第一拉杆3位于齿条的左端，第二拉杆4位于齿条的右端，拉杆通过连接件与车轮的轴芯连接。

如图5所示，本实施例中所述的第一磁铁8为一磁环，磁环的厚度以及半径根据实际情况而定，第一磁铁8带有内螺纹，齿条的第一内球头上设有与第一磁铁配合的外螺纹，利用安装工具将第一磁铁在第一内球头上旋紧，完成第一磁铁的安装；同样第三磁铁10为一磁环，第三磁铁带有内螺纹，齿条的第二内球头上设有与第三磁铁配合的外螺纹，利用安装工具将第三磁铁在第二内球头上旋紧，完成第三磁铁的安装，第一磁铁和第三磁铁的大小和材质相同，具有相同的磁强度，第一磁铁和第三磁铁的横截面的面积都为400平方毫米；为了使第一磁铁和第三磁铁的安装更为方便，可在第一磁铁和第三磁铁的周面上可设一卡口，卡口用于在安装磁铁时，作为安装工具的支点。

如图6所示，第二磁铁9也为一磁环，第二磁铁可以套在齿条壳体的左端上，也可以利用粘贴剂粘贴在齿条壳体的左端面上，本实施例第二磁铁套在齿条壳体的左端上；同样第四磁铁11在齿条右端面上的固定方式与第二磁铁在齿条左端面上的固定方式相同，第二磁铁与第四磁铁具有相同的材质、形状以及大小。

由于车辆齿轮齿条转向器在工作中会产生大量热量，且转向时磁铁之间会出现碰撞，因此需要选用工作温度高，质地坚硬的磁铁，因此，本发明转向器中的第一磁铁、第二磁铁、第三磁铁和第四磁铁选自于钕铁硼磁铁、铁氧体磁铁、铝镍钴磁铁和钐钴中的一种；其中钕铁硼磁铁拥有极高的磁性能其最大磁能积(BHmax)高过铁氧体(Ferrite)10倍以上，其本身的机械加工性能亦相当之好，工作温度最高可达200摄氏度，而且其质地坚硬，性能稳定；铁氧体磁铁主要原料包括BaFe12O19和SrFe12O19，通过陶瓷工艺法制造而成，质地比较硬，属脆性材料，有很好的耐温性；铝镍钴磁铁是由铝、镍、钴、铁和其它微量金属元素构成的一种合金，铸造工艺可以加工生产成不同的尺寸和形状，可加工性很好，铸造铝镍钴永磁有着最低可逆温度系数，工作温度可高达600摄氏度以上；钐钴(SmCo)作为稀土永磁铁，不但有着较高的磁能积(14-28MGOe)、可靠的矫顽力和良好的温度特性。

进一步地，本发明技术人员进行多次试验，发现利用磁铁的排斥力对转向器的齿条进行回位时存在一个问题，当齿条的内球头与齿条壳体端面的距离达到一定值时，磁铁的排斥力小于齿条与壳体的摩擦力，转向器的齿条不能完全自动回位；因此为了保证齿条移动过程中齿条球头上的磁铁与齿条壳体端面上的磁铁的排斥力大于齿条与齿条壳体之间摩擦力，本发明所述第一磁铁、第二磁铁、第三磁铁和第四磁铁的材质相同，均为钕铁硼磁铁，且齿轮齿条转向器中齿条2受到的磁力平衡时(齿条处于中间，没有转向时)，第一磁铁与第二磁铁正对面之间的距离为60mm至76mm，第三磁铁与第四磁铁正对面之间的距离为60mm至76mm；通过设置齿条的长度来使第一磁铁与第二磁铁正对面之间的距离为60mm至76mm，第三磁铁与第四磁铁正对面之间的距离为60mm至76mm。

图7为本发明齿轮齿条转向器转向过程中磁铁排斥力随距离的变化关系以及背景技术中的弹簧式的齿轮齿条转向器转向过程中弹簧的回位力随距离的变化关系的坐标图，其中，未转向时齿条内球头与齿条壳体端面之间的距离设为70mm，选用的磁铁均为钕铁硼磁铁；图中X坐标代表齿轮齿条转向器的齿条内球头与齿条壳体端面之间的距离；Y坐标代表磁铁的排斥力以及弹簧的回位力，其中a1曲线代表本发明齿轮齿条转向器转向过程中磁铁排斥力随距离的变化关系，a2曲线代表背景技术中的弹簧式的齿轮齿条转向器转向过程中弹簧的回位力随距离的变化关系；从图中可以看出当齿轮齿条转向器转向到一定角度使得齿条内球头与齿条壳体端面之间的距离为X1时，背景技术中所述的转向器的弹簧被压缩到极限，弹簧此时只存在刚性力，若车辆转向器继续增大转向角度，则弹簧与齿条球头、弹簧与齿条壳体会撞击进而产生金属撞击声，而本发明的磁铁式转向器的磁铁排斥力没有达到最大值，还可以继续增大，因此采用本发明所述的齿轮齿条转向器不会出现金属撞击声。

进一步地，如图1所示，本发明还增加转向输入轴壳体12，所述转向输入轴从壳体中穿过，所述转向输入轴壳体与齿条壳体之间通过支杆13固定，避免转向输入轴误动影响转向的准确性。

本发明齿轮齿条转向器的工作原理为：驾驶员通过操控方向盘带动转向输入轴转动，转向输入轴转动带动此轮在齿条上移动，进而齿条在壳体通道内移动，齿条移动带动拉杆移动，拉杆带动车轮转动，完成转向。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种齿轮齿条转向器，其特征在于，包括转向输入轴，齿条、第一拉杆、第二拉杆和齿条壳体；

所述转向输入轴的一端设有用于与齿条配合的齿轮；

所述齿条第一端设置有第一内球头，第二端设置有第二内球头，所述第一拉杆与第一内球头活动连接，所述第二拉杆与第二内球头活动连接；

所述齿条壳体具有穿通两端的通道，所述齿条沿齿条壳体的通道设置并伸出齿条壳体两端，所述转向输入轴上的齿轮与齿条配合并可带动齿条在齿条壳体通道内移动；

所述第一内球头上设有第一磁铁，所述齿条壳体靠近第一内球头的端面上设有第二磁铁，所述第二磁铁与第一磁铁的相对面具有相同的极性，所述第二内球头上设有第三磁铁，所述齿条壳体靠近第二内球头的端面上设有第四磁铁，所述第四磁铁与第三磁铁的相对面具有相同的极性；

所述第一磁铁为具有内螺纹的磁环，所述第一内球头上设有外螺纹，所述第一磁铁与第一内球头通过螺纹连接，所述第三磁铁为具有内螺纹的磁环，所述第二内球头上设有外螺纹，所述第三磁铁与第二内球头通过螺纹连接；

所述第二磁铁和第四磁铁均为套设于齿条壳体两端面上的磁环；

所述第一磁铁、第二磁铁、第三磁铁和第四磁铁的材质相同，均为钕铁硼磁铁；

第一磁铁与第二磁铁正对面之间的距离为60mm至76mm，第三磁铁与第四磁铁正对面之间的距离为60mm至76mm。

2.根据权利要求1所述的齿轮齿条转向器，其特征在于，所述第一磁铁和第三磁铁上分别设有卡口。

3.根据权利要求1所述的齿轮齿条转向器，其特征在于，还包括转向输入轴壳体，所述转向输入轴穿过转向输入轴壳体并可自由转动，所述转向输入轴壳体与齿条壳体之间通过支杆固定。

4.根据权利要求1所述的齿轮齿条转向器，其特征在于，所述第一磁铁和第三磁铁的形状相同，横截面的面积均为400平方毫米。