CN104149841A - 一种电动助力转向管柱的蜗轮轴承座防异响结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动助力转向管柱的蜗轮轴承座防异响结构，包括有输出轴、蜗轮下轴承、减速机构壳体、蜗轮、蜗轮上轴承、轴承支撑座、下护管、传感器单元、扭杆及蜗杆；所述蜗杆与所述蜗轮啮合；所述输出轴与所述蜗轮固定连接；所述输出轴穿过所述下护管并通过所述扭杆与输入轴连接；所述蜗轮上轴承和所述蜗轮下轴承分别固定于所述输出轴上；所述轴承支撑座用于支撑轴承；在上轴承支撑座与下护管之间设置有一波形弹簧，所述波形弹簧受下护管的下压力产生变形和预紧力；所述变形和预紧力传递至上轴承支撑座及蜗轮上轴承。

Description

一种电动助力转向管柱的蜗轮轴承座防异响结构

技术领域

本发明属于汽车转向助力领域，特别是指一种电动助力转向管柱的蜗轮轴承座防异响结构。

背景技术

电动助力转向系统(EPS—Electric Power Steering)是汽车转向系统的发展方向。该系统仅由电动机直接提供转向助力，省去了传统的液压动力转向系统所必需的动力转向油泵、软管、液压油、传送带和装于发动机上的皮带轮，既节省能量，又保护了环境。另外，还具有调整简单、装配灵活以及在多种状况下都能提供转向助力的特点。因此电动助力转向系统作为一种新的转向技术，正在逐渐替代已具有几十年历史的液压转向系统。EPSc即管柱式电动助力转向系统，是指助力电机集成在转向管柱上的电动助力转向系统。

EPS的工作原理及组成如图l所示，主要由车速传感器、转向盘转动传感器(包括扭矩传感器105和转速传感器)、控制器、功率驱动电路、离合器和直流电动机103、输入轴102、方向盘101、扭杆104、输出轴106等组成。方向盘产生转向力带动输入轴转动并将转动传递给扭杆，传感器探测到扭杆的信号后，电子控制单元(ECU)根据各传感器输出的信号决定电动机的转动方向和最佳助力转矩，向电动机和离合器发出控制信号，通过功率驱动电路控制直流电动机的转动，电动机103的输出经过蜗轮蜗杆减速机构110减速增扭后，驱动齿轮齿条机构109，产生相应的转向助力，通过拉杆107带动车轮108转向。

在EPSc系统中，如图2所示，包括有输出轴122、蜗轮下轴承123、减速机构壳体124、蜗轮125、蜗轮上轴承128、轴承支撑座126、下护管127、传感器单元129、扭杆130及蜗杆121。减速机构壳体与下护管组成一个容纳空间，用于容纳转向管柱系统。由于电机本身的特性，其转速远快于车辆需要的转向速度，而力矩又远低于车辆需要的助力力矩，因此电机的输出需要通过蜗杆机构进行减速增扭后再传递给转向管柱的输出轴。目前的技术方案中，蜗轮与转向管柱输出轴同轴，压装固定在管柱输出轴上，管柱输出轴也用轴承支撑在减速机构壳体上；蜗杆两端用轴承支撑在减速机构的壳体上，一端用联轴器与电机输出轴相连。这样，当电机旋转时通过联轴器带动蜗杆转动，蜗杆通过与蜗杆啮合将动力传至转向管柱输出轴，实现助力。

现有技术中转向助力电机通电工作时将输出扭矩通过蜗杆121与蜗轮125的啮合传递到输出轴122上，蜗轮组件(包括输出轴122、蜗轮下轴承123、蜗轮125、蜗轮上轴承128、轴承支撑座126)要压装到减速机构壳体124中，为防止变形，轴承支撑座126与减速机构壳体124要有一定的间隙。由于蜗轮是斜齿轮，蜗轮两端的蜗轮下轴承123和蜗轮上轴承128会承受力，轴承支撑座126也会受到力的作用，运动过程中轴承支撑座126与减速机构壳体124撞击会产生噪音，当整车行驶在颠簸路面上时转向管柱内部就会产生一定程度的振动噪音，影响驾驶者的听觉感受。

发明内容

本发明的目的是通过轴承支撑座与减速机构壳体间隙消除结构，在保证轴承支撑座与减速机构壳体之间装配可行性情况下使得轴承支撑座与减速机构壳体之间的间隙配合可以被有效的消除，从而避免整车在恶劣的颠簸路面上行驶时产生来自于电动转向管柱内部的噪音问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种电动助力转向管柱的蜗轮轴承座防异响结构，包括有输出轴、蜗轮下轴承、减速机构壳体、蜗轮、蜗轮上轴承、轴承支撑座、下护管、传感器单元、扭杆及蜗杆；

所述减速机构壳体与所述下护管组成容纳空间，用于容纳所述输出轴、蜗轮下轴承、蜗轮、蜗轮上轴承、轴承支撑座、传感器单元、扭杆及蜗杆；

所述蜗杆与所述蜗轮啮合；所述输出轴与所述蜗轮固定连接；所述输出轴穿过所述下护管并通过所述扭杆与输入轴连接；所述蜗轮上轴承和所述蜗轮下轴承分别固定于所述输出轴上；所述轴承支撑座用于支撑轴承；

在上轴承支撑座与下护管之间设置有一波形弹簧，所述波形弹簧受下护管的下压力产生变形和预紧力；所述变形和预紧力传递至上轴承支撑座及蜗轮上轴承。

所述波形弹簧为由两个W形弹簧以并列方式且两端呈弧形连接为一体结构。

一个所述W形弹簧的中间波峰高于另一个所述W形弹簧的中间波峰。

波峰高的W形弹簧在波峰处设置有开口，且该波峰稍平，位于扭矩传感器输出端。

所述蜗轮外表面为斜齿轮结构。

本发明的有益效果是：

通过在轴承支撑座与减速机构壳体之间设置波形弹簧，在保证轴承支撑座与减速机构壳体之间装配可行性情况下使得轴承支撑座与减速机构壳体之间的间隙配合可以被有效的消除，从而避免整车在恶劣的颠簸路面上行驶时产生来自于电动转向管柱内部的噪音问题。

附图说明

图1为现技术EPSc系统组成及工作原理图；

图2为现技术转向管柱蜗轮局部剖视图；

图3为本发明电动助力转向管柱总成结构图；

图4为本发明转向管柱蜗轮局部剖视图；

图5为本发明波形管结构示意图；

图6为本发明W形弹簧的结构示意图；

图7为本发明波形管的俯视图。

具体实施方式

以下通过实施例来详细说明本发明的技术方案，以下的实施例仅是示例性的，仅能用来解释和说明本发明的技术方案，而不能解释为是对本发明技术方案的限制。

如图3至图7所示，一种电动助力转向管柱的蜗轮轴承座防异响结构，包括有输出轴2、蜗轮下轴承9、减速机构壳体3、蜗轮4、蜗轮上轴承6、轴承支撑座5、下护管7、传感器单元8、波形弹簧11、扭杆10及蜗杆1。

所述减速机构壳体3与所述下护管7组成容纳空间，用于容纳所述输出轴2、蜗轮下轴承9、蜗轮4、蜗轮上轴承6、轴承支撑座5、传感器单元8、扭杆10及蜗杆1。

所述蜗杆1与所述蜗轮4啮合，其中，蜗轮4外表面为斜齿轮结构，蜗轮在转动过程中，会将旋转力分解为沿输出轴的轴向分力和径向分力。输出轴2与蜗轮4固定连接，输出轴穿入蜗轮内孔中，输出轴与蜗轮为过盈配合，在本申请的其它实施例中，输出轴与蜗轮可以采用键连接。

输出轴2穿过下护管7并通过所述扭杆10与输入轴连接；蜗轮上轴承6和所述蜗轮下轴承9分别固定于所述输出轴2上，并分别设置于蜗轮4的两端，起支撑输出轴2的作用；所述轴承支撑座5用于支撑轴承。

方向盘产生转向力带动输入轴转动并将转动力传递给扭杆，传感器探测到扭杆的信号后，电子控制单元(ECU)根据各传感器输出的信号决定电动机的转动方向和最佳助力转矩，向电动机和离合器发出控制信号，通过功率驱动电路控制直流电动机的转动，电动机的输出经过蜗轮蜗杆减速机构减速增扭后，产生相应的转向助力。

在轴承支撑座5与下护管7之间设置有一波形弹簧11，所述波形弹簧受下护管的下压力产生变形和预紧力；所述变形和预紧力传递至上轴承支撑座及蜗轮上轴承。

所述波形弹簧11为由两个W形弹簧分别为W形弹簧I12和W形弹簧II13，以并列方式且两端呈弧形连接为一体结构。

W形弹簧I12的中间波峰高于W形弹簧II13的中间波峰。波峰高的W形弹簧I在波峰处设置有开口，且该波峰稍平，开口位于扭矩传感器输出端。在本申请中，波形弹簧是由一根弹簧钢先弯成椭圆形，弹簧钢的两端不连接并边渡交接，以交接点为波峰将椭圆形弹簧钢再弯折成W形，这样就形成了两个W形弹簧组成一个波形弹簧，然后再将该弹簧钢的两端点所在的W形弹簧中间部分向上拉伸，以使弹簧钢的两端形成开口。此时，带有开口的W形弹簧I中间波峰高于W形弹簧II的中间波峰。W形弹簧I12和W形弹簧II13的两端的高度相同，且均低于W形弹簧I12的中间波峰高度。两个W形弹簧的波谷在同一个平面上。

当使用时，打开波形弹簧的开口，将波形弹簧卡入轴出轴，将W形弹簧的波谷与轴承支座接触，将波形弹簧的两端部及中间的波峰与下护管内壁相抵，开口端位于扭矩传感器输出端，完成装配。

波形弹簧受下护管的下压产生变形和预紧力，传递至轴承座及轴承上，有防止输出轴窜动、消除轴承座间隙、降噪的作用。波形弹簧的相关参数见图5至7所示，在本实施例中，在波形弹簧被压缩到高度为H＝19mm时，波形弹簧的压紧力为F＝550±100N。在不同的车型中，高度差及波形弹簧的压紧力均会有所改变，但是不影响本申请技术方案的实现。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，这些等价形式同样落入本申请所附权利要求书所限定的范围。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (5)

1.一种电动助力转向管柱的蜗轮轴承座防异响结构，包括有输出轴、蜗轮下轴承、减速机构壳体、蜗轮、蜗轮上轴承、轴承支撑座、下护管、传感器单元、扭杆及蜗杆；

所述减速机构壳体与所述下护管组成容纳空间，用于容纳所述输出轴、蜗轮下轴承、蜗轮、蜗轮上轴承、轴承支撑座、传感器单元、扭杆及蜗杆；

所述蜗杆与所述蜗轮啮合；所述输出轴与所述蜗轮固定连接；所述输出轴穿过所述下护管并通过所述扭杆与输入轴连接；所述蜗轮上轴承和所述蜗轮下轴承分别固定于所述输出轴上；所述轴承支撑座用于支撑轴承；其特征在于：

在上轴承支撑座与下护管之间设置有一波形弹簧，所述波形弹簧受下护管的下压力产生变形和预紧力；所述变形和预紧力传递至上轴承支撑座及蜗轮上轴承。

2.根据权利要求1所述的电动助力转向管柱的蜗轮轴承座防异响结构，其特征在于：所述波形弹簧包括两个W形弹簧，两个所述W形弹簧并列方且两端呈弧形连接为一体结构。

3.根据权利要求2所述的电动助力转向管柱的蜗轮轴承座防异响结构，其特征在于：一个所述W形弹簧的中间波峰高于另一个所述W形弹簧的中间波峰。

4.根据权利要求3所述的电动助力转向管柱的蜗轮轴承座防异响结构，其特征在于：波峰高的W形弹簧在波峰处设置有开口，且该波峰稍平，位于扭矩传感器输出端。

5.根据权利要求1所述的电动助力转向管柱的蜗轮轴承座防异响结构，其特征在于：所述蜗轮外表面为斜齿轮结构。