CN106080759A - 一种5吨级循环球式双模电动动力转向装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于机电系统及机动车应用领域，具体涉及一种5吨级循环球式双模电动动力转向装置。所述电动动力转向器包括转向器壳体总成、输入轴与螺杆总成、齿扇轴总成、支撑座总成、涡轮、蜗杆、内端盖总成、转角转矩传感器、外端盖总成、梅花连接套总成、电机总成。其以电机总成为动力源，通过蜗轮、蜗杆将动力传递给输入轴与螺杆总成，输入轴与螺杆总成通过齿扇轴输出转矩与角位移，其具有角度位置与转矩助力两种控制模式。

Description

一种5吨级循环球式双模电动动力转向装置

技术领域

本发明属于机电系统及机动车应用领域，具体涉及一种5吨级循环球式双模电动动力转向装置。

背景技术

从汽车行业情况来看，随着燃油车辆数量的不断增长，车辆排放对环境的污染越来越严重，同时石油作为不可再生的能源也面临着枯竭的危机，因此作为低排放或零排放的电动车辆、混合动力车辆因其具有节能、环保等优点已经成为政府和社会关注的热点，成为当今轮式车技术的核心发展主题。电动动力转向技术(EPS)由于其集成度高、节能、免维护等显著优势已在国内外家用车领域得到广泛应用，但多用于转向载荷≤2t的家用车或乘用车，而适用于电动客车、重型卡车、特种车辆等的大吨位电动动力转向技术仍处于空白状态，市场需求迫切、前景广阔。

从军式需求情况来看，军用轮式车辆由于其单轴载荷大、路况复杂(如壕沟、越野山路、冰雪路面和泥泞路面等)、使用条件苛刻等因素，其操纵稳定性能要求远远高于民用车辆，轮式车辆辆底盘即要满足公路行军作战时的高机动性需求，又要满足在极端苛刻路况下具有较好的行驶稳定性和越野安全性。其中，轮式车辆转向系统则是影响轮式车辆辆操纵稳定性和行驶安全性的最直接因素，其自身性能决定着轮式车辆底盘系统的整体性能。目前，我国军用轮式车辆转向系统基本采用液压助力转向系统，执行机构为循环球式液压助力转向器，所以，车辆转向回正主要依靠转向定位参数，比如主销后倾角与主销内倾角决定，定位参数误差较大时会使车辆回正能力变差且不稳定，从而影响车辆操纵性；又如，车辆在高速行驶时会存在转向“发飘”的感觉，即转向助力过大，这是由循环球式液压助力转向器的原理决定的，液压助力转向系统中转向泵由发动机提供动力，高速时发动机转速抬升，液压助力系统压力上升，转向助力自然增大，目前新型的转向油泵虽然可以做到高速转向时油泵流量泄压下降，但并不能根本解决“发飘”的问题。

从未来发展趋势来看，随着动力电池技术、混合动力技术、电机技术等的发展，轮式车辆正在向数字化、全电化、无人化、智能化的方向飞速发展，而传统轮式车辆转向系统已经不能满足未来需求，智能转向系统、主动转向系统、线控转向系统等越来越多的新型转向系统已逐渐浮出水面，而这些新型转向系统则需要依托电动动力转向技术进行扩展或升级。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何提供一种5吨级循环球式双模电动动力转向装置。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种5吨级循环球式双模电动动力转向装置，其包括：壳体总成1、输入轴与螺杆总成2、齿扇轴总成3、支撑座总成4、涡轮5、蜗杆6、内端盖总成7、转角转矩传感器8、外端盖总成9、梅花连接套总成10、电机总成11；

其中，所述壳体总成1主体内部沿水平方向设置为一多变内径的非贯通式复杂腔体，由作为基准面的非贯通端底面A开始依次加工第一内圆面B、二级传动腔C、第一内螺纹面D、一级传动腔E、第二内圆面F；其主体内部沿垂直方向也加工有一个多变内径的非贯通式腔体，由非贯通底面G开始依次加工有第三内圆面H、蜗杆腔I、第四内圆面J、第二内螺纹面K；

壳体总成1外部底面加工有5处内螺纹安装孔，顶面加工有上端盖法兰安装面L及电机法兰安装面M，侧面加工有外端盖法兰安装面N；输入轴与螺杆总成2轴向安装于壳体总成1内，通过支撑座总成4轴向限位并固定，支撑座总成4采用螺接方式安装于壳体总成1的第一内螺纹面D；蜗轮5通过平键连接的方式轴向安装于输入轴与螺杆总成2上，位于一级传动腔E内；内端盖总成7通过紧配合的方式压装于壳体总成1的第二内圆面F，限位于第二内圆面F与一级传动腔E之间形成的圆形凸台；转角转矩传感器8通过螺钉固定在内端盖总成7的外侧，与输入轴与螺杆总成2同轴；外端盖总成9通过螺栓连接，安装于壳体总成1的外端盖法兰安装面N，与输入轴与螺杆总成2同轴；齿扇轴总成3垂直安装于二级传动腔C，齿扇与输入轴与螺杆总成2中的转向螺母啮合，通过螺栓连接固定在壳体总成1的上端盖法兰安装面L；蜗杆7轴向安装在螺杆腔I内，与涡轮6啮合，通过第四内圆面J的滚珠轴承及与第二内螺纹面K螺接的锁紧螺母固定；梅花连接套总成10为两侧内花键结构，轴向连接螺杆顶端与电机总成11的输出花键轴；电机总成11通过螺栓固定在壳体总成1的电机法兰安装面M；本装置通过蜗轮蜗杆将电机转矩传递给输入轴与螺杆总成2，输入轴与螺杆总成2将转矩转化为输入轴总成通过齿扇轴总成3输出转矩。

其中，所述壳体总成1包括：壳体1A、输出轴油封12、矩形密封圈13、油塞14、单向推力轴承15、滚珠轴承16、角接触轴承17；输出轴油封12安装于二级传动腔C内与齿扇轴总成3同轴，作用在于封闭齿扇轴总成3输出端与壳体底面，保证润滑油不从齿扇输出轴端泄露；

矩形密封圈13与油塞14安装于壳体上部螺纹孔，用于在向二级传动腔C注入润滑油后密封注油口；单向推力轴承15外圆面紧配合安装于壳体1A的第一内圆面B，且轴向与非贯通底面A紧密配合，以便于输入轴与螺杆总成2安装、限位并保证其转动顺畅；滚珠轴承16安装于二级传动腔C内与齿扇轴总成3同轴，作用在于保证齿扇轴总成3与壳体1A的同轴度以及减小齿扇轴总成3的转动阻力；角接触轴承17安装于一级传动腔E内，其外圆面紧配合安装于第三内圆面H，地面与非贯通地面G紧密配合，以便于蜗杆6的安装、限位并保证其转动顺畅。

其中，所述输入轴与螺杆总成2包括：第一圆柱销21、输入轴22、弹性扭杆23、滚针轴承24、第二圆柱销25、螺杆轴26、钢球导管27、导管压板28、转向螺母29；所述螺杆轴26一端加工有通孔，将弹性扭杆23、滚针轴承24安装后，通过第二圆柱销25固定；所述输入轴22一端加工有通孔，安装弹性扭杆23后，通过第一圆柱销21过盈配合于通孔；转向螺母29上表面加工有4处钢球注入孔，注入钢球后，安装钢球导管27及导管压板28，保证在螺杆轴26旋转时，钢球能够在螺杆轴26、转向螺母29、钢球导管27，导管压板28形成的封闭通道内循环滚动，侧面加工有3处渐开线锥齿，其需要与齿扇轴31啮合，将转向螺母29的水平运动转换为齿扇轴31的转动；输入轴22与螺杆轴26连接端加工斜面，保证输入轴22与螺杆轴26之间可以保证小角度范围相对转动。

其中，所述齿扇轴总成3包括：齿扇轴31、齿扇轴侧盖板32、齿扇轴调整销33、齿扇轴调整螺母34、齿扇轴螺塞35及滚针轴承36；其中，所述齿扇轴31为扇形齿轮结构，其主体加工有3处渐开线锥齿，其须与转向螺母29侧面锥齿啮合，轴向底部端面加工有细小中位刻线，其主要作用在于使转动更便于识别与测量，沿底部端面依次加工有外螺纹，三角外锥花键以适用于转向摇臂的安装与固定，顶端向下依次加工有内圆面、环形凹槽，环形凹槽底部中心位置加工有内螺纹孔，用于安装齿扇轴调整销33并且通过在内圆面铆接安装齿扇轴螺塞35将齿扇轴调整销33固定于环形凹槽底部；所述齿扇轴侧盖板32顶面中心位置加工有内螺纹通孔，其作用在于使得齿扇轴调整销33顶端能够穿过齿扇轴侧盖板32与齿扇轴调整螺母34连接，顶面另加工有通孔4处，其目的在于通过螺栓连接，将齿扇轴总成3固定在上端盖法兰安装面L；所述齿扇轴调整销33上部加工为外螺纹结构，便于连接调整螺母，底部加工为光滑、扁平圆柱结构，中心位置加工有外螺纹，其能够安装在齿扇轴31底部环形凹槽中心的内螺纹孔处并通过齿扇轴螺塞35压紧底部光滑、扁平圆柱结构上表面，从而实现与齿扇轴31的轴向连接；齿扇轴调整螺母34螺纹连接于齿扇轴调整销33顶端，与齿扇轴侧盖板32顶端紧密贴合，通过旋转齿扇轴调整螺母34，可锁紧或同步微调齿扇轴调整销33与齿扇轴31的轴向位置；滚针轴承36外圆面与齿扇轴侧盖板32底端内圆面紧密配合安装，内圆面与齿扇轴31顶端外圆面紧密配合安装，其作用在于保证齿扇轴31、齿扇轴侧盖板32、齿扇轴调整销33的同轴度及减小齿扇轴31转动阻力。

其中，所述支撑座总成4包括：支撑座41、单向推力角接触轴承42；所述支撑座41为变内径的贯通环形结构，外部圆周加工有外螺纹，所述单向推力角接触轴承42紧配合安装于支撑座41内部；支撑座总成4轴向套装输入轴与螺杆总成2后，通过其外螺纹紧固在壳体总成1的第一内螺纹面D，实现输入轴与螺杆总成2的安装与限位。

其中，所述涡轮5内径圆面加工有键槽，其作用在于通过平键连接方式轴向安装于输入轴与螺杆总成2轴，表面加工有6处缺口，减轻重量，减小转动惯量，涡轮5与输入轴与螺杆总成2设置为能够同轴转动。

其中，所述螺杆6上端加工有外花键，下端为光滑圆柱面内径圆面，下端轴向安装于螺杆腔的内，与角接触轴承17内圆面紧配合安装，上部套装加工有外螺纹的空心锁紧螺塞，紧固在第二内螺纹面K。

其中，所述转向器内端盖总成7包括：内端盖71、骨架油封72、转角转矩传感器定位板73、传感器固定橡胶块74；所述内端盖71内表面加工有螺纹盲孔，用于安装转角转矩传感器定位板73及转角转矩传感器8，轴向加工为变径通孔；所述骨架油封安装于内端盖71变径通孔内，其外圆面与与内端盖71变径通孔大端内圆面紧配合，限位于变径端面，其作用在于防止壳体总成1内部润滑油外泄，损伤转角转矩传感器8；所述转角转矩传感器定位板73提供落山连接方式固定于内端盖71内表面螺纹盲孔，其作用在于避免转角转矩传感器8外圈出现沿轴向角度偏移；所述传感器固定橡胶块74其作用在于固定传感器出线端并避免已无进入转向器内部。

其中，所述外端盖总成9包括外端盖91、防尘圈92、深沟球轴承93；所述外端盖91其表面加工有通孔，作用在于可以通过螺栓连接方式固定于外端盖法兰安装面N，其内表面沿轴向向外加工成变径贯通结构，依次加工有内圆面和圆形凹槽，深沟球轴承93安装于内圆面内，其目的在于确保输入轴22的传动顺畅且在外端盖总成9安装于壳体1A后，能够保证输入轴与螺杆总成2与一级传动腔E、二级传动腔C的同轴度；所述防尘圈92为不规则橡胶密封圈，其截面为矩形和三角形组成的不规则平面，其主体为矩形截面橡胶密封圈，外侧为最小直径小于矩形截面部分内径的钝角三角形截面密封圈，其矩形截面部分安装于圆形凹槽内，通过适应性设置，使得与输入轴22贴合，阻止灰尘进入。

其中，所述梅花连接套总成10两端加工为内花键结构，其一端内花键连接蜗杆6的外花键端，一端连接电机总成11的输出花键轴，使得电机总成11与蜗杆6之间为柔性连接；

所述电机总成11为24V直流永磁同步电机，额定功率1.6KW，额定转矩7牛*米，额定转速2200rpm，集成霍尔式位置传感器，方形内螺纹安装法兰，其是本装置的动力源，通过梅花连接套总成10与蜗杆6轴向安装完毕后，通过螺栓连接方式固定在电机法兰安装面M。

(三)有益效果

本发明提供的5吨级循环球式双模电动动力转向装置，包括转向器壳体总成、输入轴与螺杆总成、齿扇轴总成、支撑座总成、涡轮、蜗杆、内端盖总成、转角转矩传感器、外端盖总成、梅花连接套总成、电机总成，输入轴与螺杆总成轴向安装于转向器壳体总成二级传动腔内，通过支撑座总成轴向限位与固定；涡轮轴向采用平键连接方式安装于输入轴与螺杆总成上，位于一级传动腔内；螺杆轴向安装于转向器壳体总成蜗杆腔内并与输入轴与螺杆总成中的转向螺母完全啮合；内端盖总成与输入轴与螺杆总成同轴安装并紧固于转向器壳体总成壳体内部；转角转矩传感器总成需与输入轴与螺杆总成同轴安装，位于内端盖总成外侧，通过内端盖总成中内端盖上加工的内螺纹孔固定；外端盖总成法兰连接在壳体总成壳体外端面，与输入轴与螺杆总成中的输入轴同轴；梅花连接套总成为两端内花键结构一端连接蜗杆外花键端，一端连接电机总成输出轴外花键端，完成连接转向器与电机的集成。5吨级循环球式双模电动动力转向装置能够将电机总成动力源，通过蜗轮、蜗杆、将动力传递给输入轴与螺杆总成，再最终传递至齿扇轴总成输出转矩。5吨级循环球式双模电动动力转向装置以电机总成为动力源，通过蜗轮、蜗杆(一级传动)将动力传递给输入轴与螺杆总成，输入轴与螺杆总成通过齿扇轴输出转矩与角位移(二级传动)，其具有角度(位置)与转矩(助力)两种控制模式。

该装置作为一种电机驱动的大传动比执行机构，能够根据电机不同的控制方法(转矩、位置控制模式)，为有人车辆驾驶员操纵转向系统提供智能化助力；能够实现无人车辆转向功能，相对于目前轮式车辆液压助力转向器而言，本发明主要特点为：

1、结构简单、节省空间。5吨级循环球式双模电动动力转向装置取消了液压助力系统的转向泵、液压管路、油罐等部件，大大简化了转向系统结构，节省了车内空间，并且使轮式车辆转向系统更便于灵活布置。

2、节约能耗。5吨级循环球式双模电动动力转向装置只在车辆转向时才提供助力，而液压动力转向系统即使在车辆不转向时，系统也一直运转，因此其大大减少了系统能耗。

3、免维护性。相对于液压助力转向器而言，5吨级循环球式双模电动动力转向装置不存在渗漏，更换密封件、管路等常规保养性问题。

4、提高车辆操纵稳定性及安全性。不同于液压助力转向器的单一助力特性，5吨级循环球式双模电动动力转向装置的助力特性变为可控因素，可以在各种行驶工况下提供最佳助力，减小由路面不平所引起的对转向系统的扰动，改善车辆的转向特性，减轻车辆低速行驶时的转向操纵力，提高车辆高速行驶时的转向稳定性，进而提高主动安全性。

5、可扩展性强。采用位置控制方式可直接应用于无人轮式车辆转向系统，多轮转向轮式车辆等。

通过实践证明，其集成度高，工作稳定可靠，能够在5吨转向桥荷常规车辆原地转向阻力矩值的条件下，满足转向系统的车轮原地最大转向角的指标要求；能够通过电机的转矩控制方式主动控制转向助力的大小与特性曲线，从而改变驾驶员的转向操纵感；能够在不改变任何结构的的情况下，采用电机的位置控制方式能够直接扩展为线控转向的执行机构，很好地解决了上述实际需求与技术问题。

附图说明

图1-图3为5吨级循环球式双模电动动力转向装置装配图。

图4-图9为转向器壳体结构图。

图10-1至图10-3为转向器壳体总成装配图。

图11为输入轴与螺杆总成装配图。

图12为齿扇轴总成装配图。

图13为支撑座总成装配图。

图14为涡轮结构图。

图15为蜗杆结构图。

图16为转向器内端盖总成装配图。

图17为外端盖总成装配图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

为解决现有技术的问题，本发明提供一种5吨级循环球式双模电动动力转向装置，如图1-图3所示，其包括：壳体总成1、输入轴与螺杆总成2、齿扇轴总成3、支撑座总成4、涡轮5、蜗杆6、内端盖总成7、转角转矩传感器8、外端盖总成9、梅花连接套总成10、电机总成11；

其中，所述壳体总成1是装置的重要部分，其主体内部沿水平方向设置为一多变内径的非贯通式复杂腔体，如图4所示，由作为基准面的非贯通端底面A开始依次加工第一内圆面B、二级传动腔C、第一内螺纹面D、一级传动腔E、第二内圆面F；其主体内部沿垂直方向也加工有一个多变内径的非贯通式腔体，如图5所示，由非贯通底面G开始依次加工有第三内圆面H、蜗杆腔I、第四内圆面J、第二内螺纹面K；

如图6所示，壳体总成1外部底面加工有5处内螺纹安装孔，顶面加工有如图7所示的上端盖法兰安装面L及如图8所示的电机法兰安装面M，侧面加工有如图9所示的外端盖法兰安装面N；输入轴与螺杆总成2轴向安装于壳体总成1内，通过支撑座总成4轴向限位并固定，支撑座总成4采用螺接方式安装于壳体总成1的第一内螺纹面D；蜗轮5通过平键连接的方式轴向安装于输入轴与螺杆总成2上，位于一级传动腔E内；内端盖总成7通过紧配合的方式压装于壳体总成1的第二内圆面F，限位于第二内圆面F与一级传动腔E之间形成的圆形凸台；转角转矩传感器8通过螺钉固定在内端盖总成7的外侧，与输入轴与螺杆总成2同轴；外端盖总成9通过螺栓连接，安装于壳体总成1的外端盖法兰安装面N，与输入轴与螺杆总成2同轴；齿扇轴总成3垂直安装于二级传动腔C，齿扇与输入轴与螺杆总成2中的转向螺母啮合，通过螺栓连接固定在壳体总成1的上端盖法兰安装面L；蜗杆7轴向安装在螺杆腔I内，与涡轮6啮合，通过第四内圆面J的滚珠轴承及与第二内螺纹面K螺接的锁紧螺母固定；梅花连接套总成10为两侧内花键结构，轴向连接螺杆顶端与电机总成11的输出花键轴；电机总成11通过螺栓固定在壳体总成1的电机法兰安装面M；本装置通过蜗轮蜗杆将电机转矩传递给输入轴与螺杆总成2，输入轴与螺杆总成2将转矩转化为输入轴总成通过齿扇轴总成3输出转矩。

由图10-1至图10-3所示，所述壳体总成1包括：壳体1A、输出轴油封12、矩形密封圈13、油塞14、单向推力轴承15、滚珠轴承16、角接触轴承17；输出轴油封12安装于二级传动腔C内与齿扇轴总成3同轴，作用在于封闭齿扇轴总成3输出端与壳体底面，保证润滑油不从齿扇输出轴端泄露；

矩形密封圈13与油塞14安装于壳体上部螺纹孔，用于在向二级传动腔C注入润滑油后密封注油口；单向推力轴承15外圆面紧配合安装于壳体1A的第一内圆面B，且轴向与非贯通底面A紧密配合，以便于输入轴与螺杆总成2安装、限位并保证其转动顺畅；滚珠轴承16安装于二级传动腔C内与齿扇轴总成3同轴，作用在于保证齿扇轴总成3与壳体1A的同轴度以及减小齿扇轴总成3的转动阻力；角接触轴承17安装于一级传动腔E内，其外圆面紧配合安装于第三内圆面H，地面与非贯通地面G紧密配合，以便于蜗杆6的安装、限位并保证其转动顺畅。

如图11所示，所述输入轴与螺杆总成2包括：第一圆柱销21、输入轴22、弹性扭杆23、滚针轴承24、第二圆柱销25、螺杆轴26、钢球导管27、导管压板28、转向螺母29；所述螺杆轴26一端加工有通孔，将弹性扭杆23、滚针轴承24安装后，通过第二圆柱销25固定；所述输入轴22一端加工有通孔，安装弹性扭杆23后，通过第一圆柱销21过盈配合于通孔；转向螺母29上表面加工有4处钢球注入孔，注入钢球后，安装钢球导管27及导管压板28，保证在螺杆轴26旋转时，钢球能够在螺杆轴26、转向螺母29、钢球导管27，导管压板28形成的封闭通道内循环滚动，侧面加工有3处渐开线锥齿，其需要与齿扇轴31啮合，将转向螺母29的水平运动转换为齿扇轴31的转动；输入轴22与螺杆轴26连接端加工斜面，保证输入轴22与螺杆轴26之间可以保证小角度范围相对转动。

如图12所示，所述齿扇轴总成3包括：齿扇轴31、齿扇轴侧盖板32、齿扇轴调整销33、齿扇轴调整螺母34、齿扇轴螺塞35及滚针轴承36；其中，所述齿扇轴31为扇形齿轮结构，其主体加工有3处渐开线锥齿，其须与转向螺母29侧面锥齿啮合，轴向底部端面加工有细小中位刻线，其主要作用在于使转动更便于识别与测量，沿底部端面依次加工有外螺纹，三角外锥花键以适用于转向摇臂的安装与固定，顶端向下依次加工有内圆面、环形凹槽，环形凹槽底部中心位置加工有内螺纹孔，用于安装齿扇轴调整销33并且通过在内圆面铆接安装齿扇轴螺塞35将齿扇轴调整销33固定于环形凹槽底部；所述齿扇轴侧盖板32顶面中心位置加工有内螺纹通孔，其作用在于使得齿扇轴调整销33顶端能够穿过齿扇轴侧盖板32与齿扇轴调整螺母34连接，顶面另加工有通孔4处，其目的在于通过螺栓连接，将齿扇轴总成3固定在上端盖法兰安装面L；所述齿扇轴调整销33上部加工为外螺纹结构，便于连接调整螺母，底部加工为光滑、扁平圆柱结构，中心位置加工有外螺纹，其能够安装在齿扇轴31底部环形凹槽中心的内螺纹孔处并通过齿扇轴螺塞35压紧底部光滑、扁平圆柱结构上表面，从而实现与齿扇轴31的轴向连接；齿扇轴调整螺母34螺纹连接于齿扇轴调整销33顶端，与齿扇轴侧盖板32顶端紧密贴合，通过旋转齿扇轴调整螺母34，可锁紧或同步微调齿扇轴调整销33与齿扇轴31的轴向位置；滚针轴承36外圆面与齿扇轴侧盖板32底端内圆面紧密配合安装，内圆面与齿扇轴31顶端外圆面紧密配合安装，其作用在于保证齿扇轴31、齿扇轴侧盖板32、齿扇轴调整销33的同轴度及减小齿扇轴31转动阻力；

如图13所示，所述支撑座总成4包括：支撑座41、单向推力角接触轴承42；所述支撑座41为变内径的贯通环形结构，外部圆周加工有外螺纹，所述单向推力角接触轴承42紧配合安装于支撑座41内部；支撑座总成4轴向套装输入轴与螺杆总成2后，通过其外螺纹紧固在壳体总成1的第一内螺纹面D，实现输入轴与螺杆总成2的安装与限位。

如图14所示，所述涡轮5内径圆面加工有键槽，其作用在于通过平键连接方式轴向安装于输入轴与螺杆总成2轴，表面加工有6处缺口，减轻重量，减小转动惯量，涡轮5与输入轴与螺杆总成2设置为能够同轴转动。

如图15所示，所述螺杆6上端加工有外花键，下端为光滑圆柱面内径圆面，下端轴向安装于螺杆腔的内，与角接触轴承17内圆面紧配合安装，上部套装加工有外螺纹的空心锁紧螺塞，紧固在第二内螺纹面K。

如图16所示，所述转向器内端盖总成7包括：内端盖71、骨架油封72、转角转矩传感器定位板73、传感器固定橡胶块74；所述内端盖71内表面加工有螺纹盲孔，用于安装转角转矩传感器定位板73及转角转矩传感器8，轴向加工为变径通孔；所述骨架油封安装于内端盖71变径通孔内，其外圆面与与内端盖71变径通孔大端内圆面紧配合，限位于变径端面，其作用在于防止壳体总成1内部润滑油外泄，损伤转角转矩传感器8；所述转角转矩传感器定位板73提供落山连接方式固定于内端盖71内表面螺纹盲孔，其作用在于避免转角转矩传感器8外圈出现沿轴向角度偏移；所述传感器固定橡胶块74其作用在于固定传感器出线端并避免已无进入转向器内部。

如图17所示，所述外端盖总成9包括外端盖91、防尘圈92、深沟球轴承93；所述外端盖91其表面加工有通孔，作用在于可以通过螺栓连接方式固定于外端盖法兰安装面N，其内表面沿轴向向外加工成变径贯通结构，依次加工有内圆面和圆形凹槽，深沟球轴承93安装于内圆面内，其目的在于确保输入轴22的传动顺畅且在外端盖总成9安装于壳体1A后，能够保证输入轴与螺杆总成2与一级传动腔E、二级传动腔C的同轴度；所述防尘圈92为不规则橡胶密封圈，其截面为矩形和三角形组成的不规则平面，其主体为矩形截面橡胶密封圈，外侧为最小直径小于矩形截面部分内径的钝角三角形截面密封圈，其矩形截面部分安装于圆形凹槽内，通过适应性设置，使得与输入轴22贴合，阻止灰尘进入。

所述梅花连接套总成10两端加工为内花键结构，其一端内花键连接蜗杆6的外花键端，一端连接电机总成11的输出花键轴，使得电机总成11与蜗杆6之间为柔性连接；

所述电机总成11为24V直流永磁同步电机，额定功率1.6KW，额定转矩7牛*米，额定转速2200rpm，集成霍尔式位置传感器，方形内螺纹安装法兰，其是本装置的动力源，通过梅花连接套总成10与蜗杆6轴向安装完毕后，通过螺栓连接方式固定在电机法兰安装面M。

本发明的5吨级循环球式双模电动动力转向装置与循环球式液压助力转向器结构不同之处在于，5吨级循环球式双模电动动力转向装置采用蜗轮蜗杆结构及转角转矩传感器结构，替代了循环球式液压助力转向器的液压转阀结构；采用直流电机为助力动力源，替代了液压转向泵动力源；所涉及的5吨级循环球式双模电动动力转向装置整体结构紧凑，集成度更高，大大减少了动力转向系统的部件数量，并且达到了主动控制转向助力的目的。

由图1至图17所示，本发明专利所涉及的5吨级循环球式双模电动动力转向装置工作原理的特征如下：

(一)助力模式

通过方向盘正向或反向转动输入轴22时，由于输入轴22与螺杆轴26之间通过弹性扭杆23连接且存在±10度的角位移空行程，所以，螺杆轴26与输入轴22在达到角位移空行程极限时，才能够与输入轴22同轴转动，转角转矩传感器8轴向与输入轴22、螺杆轴26连接，控制系统通过采集转角转矩传感器8的输出转矩值，计算出电机总成11的目标转矩，以转矩控制模式驱动电机总成11输出助力转矩，电机总成11通过梅花连接套总成10，将转矩传递至蜗杆6，通过蜗轮5减速增扭后将转矩施加在螺杆轴26上并驱动螺杆轴26转动，此时，输入轴与螺杆总成2内钢球会跟随螺杆轴26螺杆导程而在转向螺母29内部滚动，转向螺母29通过上表面开孔将滚动钢球导向至钢球导管27内，钢球经过钢球导管27导向再重新返回转向螺母29内部；转向螺母29内部循环滚动的钢球提供水平方向侧向推力，推动转向螺母29做水平运动，由于转向螺母29与齿扇轴31啮合，齿扇轴总成3将转向螺母29的推力与直线运动行程转化为转矩与角位移输出。

停止通过方向盘转动输入轴22时，由于输入轴22与螺杆轴26之间的弹性扭杆23在转动过程中，克服了输入轴22与螺杆轴26之间的角位移行程而产生弹性形变，在输入轴22无外力的情况下将恢复弹性形变，即回转至方向盘中间位置。

(二)线控模式

控制系统通过计算转角转矩传感器8的当前转角值与接收到的目标转角值计算出电机总成11的需要运动的绝对目标位置，以位置控制模式驱动电机总成11旋转至绝对目标位置；电机总成11通过梅花连接套总成10带动蜗杆6与蜗轮5旋转(蜗杆6与蜗轮5间的减速比为30)，由于蜗轮5与螺杆轴26同轴转动，即转动角速度及转动角度相同，此时，输入轴与螺杆总成2内钢球会跟随螺杆轴26螺杆导程而在转向螺母29内部滚动，转向螺母29通过上表面开孔将滚动钢球导向至钢球导管27内，钢球经过钢球导管27导向再重新返回转向螺母29内部；转向螺母29内部循环滚动的钢球提供水平方向侧向推力，推动转向螺母29做水平运动，由于转向螺母29与齿扇轴31啮合，齿扇轴总成3将转向螺母29的推力与直线运动行程转化为转矩与角位移输出。

需要说明的是，本领域技术人员可以容易地理解，本发明专利所涉及的5吨级循环球式双模电动动力转向装置可以上述方式应用在有人、无人驾驶的不同类型的轮式车辆转向系统中，并且在不脱离由所附权利要求限定的本发明专利的精神和范围的情况下，可以对本发明专利进行各种不同形式的更改和改变。

实施例1

本实施例提供一种5吨级循环球式双模电动动力转向装置，所述电动动力转向器包括转向器壳体总成、输入轴与螺杆总成、齿扇轴总成、支撑座总成、涡轮、蜗杆、内端盖总成、转角转矩传感器、外端盖总成、梅花连接套总成、电机总成等部件，输入轴与螺杆总成轴向安装于转向器壳体总成二级传动腔内，通过支撑座总成轴向限位与固定；涡轮轴向采用平键连接方式安装于输入轴与螺杆总成上，位于一级传动腔内；螺杆轴向安装于转向器壳体总成蜗杆腔内并与输入轴与螺杆总成中的转向螺母完全啮合；内端盖总成与输入轴与螺杆总成同轴安装并紧固于转向器壳体总成壳体内部；转角转矩传感器总成需与输入轴与螺杆总成同轴安装，位于内端盖总成外侧，通过内端盖总成中内端盖上加工的内螺纹孔固定；外端盖总成法兰连接在壳体总成壳体外端面，与输入轴与螺杆总成中的输入轴同轴；梅花连接套总成为两端内花键结构一端连接蜗杆外花键端，一端连接电机总成输出轴外花键端，完成连接转向器与电机的集成。5吨级循环球式双模电动动力转向装置能够将电机总成动力源，通过蜗轮、蜗杆、将动力传递给输入轴与螺杆总成，再最终传递至齿扇轴总成输出转矩。

其中，壳体总成由壳体、输出轴油封、滚针轴承、单向推力轴承、滚珠轴承、螺帽、注油杯等部件组成，壳体底安装面采用5孔安装方式，与转向器输出端3关于Y轴对称加工2个安装孔，轴对称方向均布加工3个安装孔；转向器壳体侧面法兰安装面与顶盖法兰安装面X轴方向垂直，即输入轴与螺杆总成轴向与电机总成轴向垂直。

其中，所述输入轴与螺杆总成包括圆柱销、输入轴、弹性扭杆、滚针轴承、转向螺杆、转向螺母、双导管压盖、钢球导管、钢球等部件组成；弹性扭杆轴向插入输入轴，通过第一圆柱销限位固定，弹性扭杆另一端轴向安装在转向螺杆内，通过第二圆柱销限位固定并压装滚针轴承；转向螺母安装于转向螺杆，通过转向螺母上端开孔分别安装钢球、钢球导管，最后安装双导管压盖。

所述转向器内端盖总成包括内端盖、骨架油封、传感器角度定位板、传感器固定块等部件组成，转角转矩传感器通过传感器定位板安装在内端盖内表面，通过传感器固定块紧固转角转矩传感器出线端并固定在内端盖内表面；骨架油封需压装在传感器定位板与内端盖之间。

齿扇轴总成由齿扇轴、齿扇轴侧盖板、齿扇轴调整销、齿扇轴调整螺母、齿扇轴螺塞及滚针轴承等部件组成。滚针轴承安装在齿扇轴侧盖板内；齿扇轴调整销与齿扇轴螺塞安装在齿扇轴内再整体旋入齿扇轴侧盖板顶部螺纹孔，在齿扇轴调整销穿出齿扇轴侧盖板部分安装调整螺母，能够通过旋转齿扇轴调整螺母锁紧或解锁齿扇轴。

所述装置采用直流24±4VDC供电，总体额定功率1.6kW，最大输出转矩4000N·m，齿扇轴最大角速度18°每秒，齿扇轴最大行程±37°，输入轴最大行程-720°至720°，双CAN通讯接口，具有位置、助力双工作模式及主动回正功能。

所述装置的通讯协议为：装置采用CAN 2.0B通讯协议，在发送帧与返回帧的8个数据字节中，使用1个字节明确表示装置的工作模式，使用2个字节表示角度数据，通讯协议数据位具体解释如下：

表1工作模式解释(1表示有效，0表示无效)

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种5吨级循环球式双模电动动力转向装置，其特征在于，其包括：壳体总成(1)、输入轴与螺杆总成(2)、齿扇轴总成(3)、支撑座总成(4)、涡轮(5)、蜗杆(6)、内端盖总成(7)、转角转矩传感器(8)、外端盖总成(9)、梅花连接套总成(10)、电机总成(11)；

其中，所述壳体总成(1)主体内部沿水平方向设置为一多变内径的非贯通式复杂腔体，由作为基准面的非贯通端底面(A)开始依次加工第一内圆面(B)、二级传动腔(C)、第一内螺纹面(D)、一级传动腔(E)、第二内圆面(F)；其主体内部沿垂直方向也加工有一个多变内径的非贯通式腔体，由非贯通底面(G)开始依次加工有第三内圆面(H)、蜗杆腔(I)、第四内圆面(J)、第二内螺纹面(K)；

壳体总成(1)外部底面加工有5处内螺纹安装孔，顶面加工有上端盖法兰安装面(L)及电机法兰安装面(M)，侧面加工有外端盖法兰安装面(N)；输入轴与螺杆总成(2)轴向安装于壳体总成(1)内，通过支撑座总成(4)轴向限位并固定，支撑座总成(4)采用螺接方式安装于壳体总成(1)的第一内螺纹面(D)；蜗轮(5)通过平键连接的方式轴向安装于输入轴与螺杆总成(2)上，位于一级传动腔(E)内；内端盖总成(7)通过紧配合的方式压装于壳体总成(1)的第二内圆面(F)，限位于第二内圆面(F)与一级传动腔(E)之间形成的圆形凸台；转角转矩传感器(8)通过螺钉固定在内端盖总成(7)的外侧，与输入轴与螺杆总成(2)同轴；外端盖总成(9)通过螺栓连接，安装于壳体总成(1)的外端盖法兰安装面(N)，与输入轴与螺杆总成(2)同轴；齿扇轴总成(3)垂直安装于二级传动腔(C)，齿扇与输入轴与螺杆总成(2)中的转向螺母啮合，通过螺栓连接固定在壳体总成(1)的上端盖法兰安装面(L)；蜗杆(7)轴向安装在螺杆腔(I)内，与涡轮(6)啮合，通过第四内圆面(J)的滚珠轴承及与第二内螺纹面(K)螺接的锁紧螺母固定；梅花连接套总成(10)为两侧内花键结构，轴向连接螺杆顶端与电机总成(11)的输出花键轴；电机总成(11)通过螺栓固定在壳体总成(1)的电机法兰安装面(M)；本装置通过蜗轮蜗杆将电机转矩传递给输入轴与螺杆总成(2)，输入轴与螺杆总成(2)将转矩转化为输入轴总成通过齿扇轴总成(3)输出转矩。

2.如权利要求1所述的5吨级循环球式双模电动动力转向装置，其特征在于，所述壳体总成(1)包括：壳体(1A)、输出轴油封(12)、矩形密封圈(13)、油塞(14)、单向推力轴承(15)、滚珠轴承(16)、角接触轴承(17)；输出轴油封(12)安装于二级传动腔(C)内与齿扇轴总成(3)同轴，作用在于封闭齿扇轴总成(3)输出端与壳体底面，保证润滑油不从齿扇输出轴端泄露；

矩形密封圈(13)与油塞(14)安装于壳体上部螺纹孔，用于在向二级传动腔(C)注入润滑油后密封注油口；单向推力轴承(15)外圆面紧配合安装于壳体(1A)的第一内圆面(B)，且轴向与非贯通底面(A)紧密配合，以便于输入轴与螺杆总成(2)安装、限位并保证其转动顺畅；滚珠轴承(16)安装于二级传动腔(C)内与齿扇轴总成(3)同轴，作用在于保证齿扇轴总成(3)与壳体(1A)的同轴度以及减小齿扇轴总成(3)的转动阻力；角接触轴承(17)安装于一级传动腔(E)内，其外圆面紧配合安装于第三内圆面(H)，地面与非贯通地面(G)紧密配合，以便于蜗杆(6)的安装、限位并保证其转动顺畅。

3.如权利要求2所述的5吨级循环球式双模电动动力转向装置，其特征在于，所述输入轴与螺杆总成(2)包括：第一圆柱销(21)、输入轴(22)、弹性扭杆(23)、滚针轴承(24)、第二圆柱销(25)、螺杆轴(26)、钢球导管(27)、导管压板(28)、转向螺母(29)；所述螺杆轴(26)一端加工有通孔，将弹性扭杆(23)、滚针轴承(24)安装后，通过第二圆柱销(25)固定；所述输入轴(22)一端加工有通孔，安装弹性扭杆(23)后，通过第一圆柱销(21)过盈配合于通孔；转向螺母(29)上表面加工有4处钢球注入孔，注入钢球后，安装钢球导管(27)及导管压板(28)，保证在螺杆轴(26)旋转时，钢球能够在螺杆轴(26)、转向螺母(29)、钢球导管(27)，导管压板(28)形成的封闭通道内循环滚动，侧面加工有3处渐开线锥齿，其需要与齿扇轴(31)啮合，将转向螺母(29)的水平运动转换为齿扇轴(31)的转动；输入轴(22)与螺杆轴(26)连接端加工斜面，保证输入轴(22)与螺杆轴(26)之间可以保证小角度范围相对转动。

4.如权利要求3所述的5吨级循环球式双模电动动力转向装置，其特征在于，所述齿扇轴总成(3)包括：齿扇轴(31)、齿扇轴侧盖板(32)、齿扇轴调整销(33)、齿扇轴调整螺母(34)、齿扇轴螺塞(35)及滚针轴承(36)；其中，所述齿扇轴(31)为扇形齿轮结构，其主体加工有3处渐开线锥齿，其须与转向螺母(29)侧面锥齿啮合，轴向底部端面加工有细小中位刻线，其主要作用在于使转动更便于识别与测量，沿底部端面依次加工有外螺纹，三角外锥花键以适用于转向摇臂的安装与固定，顶端向下依次加工有内圆面、环形凹槽，环形凹槽底部中心位置加工有内螺纹孔，用于安装齿扇轴调整销(33)并且通过在内圆面铆接安装齿扇轴螺塞(35)将齿扇轴调整销(33)固定于环形凹槽底部；所述齿扇轴侧盖板(32)顶面中心位置加工有内螺纹通孔，其作用在于使得齿扇轴调整销(33)顶端能够穿过齿扇轴侧盖板(32)与齿扇轴调整螺母(34)连接，顶面另加工有通孔4处，其目的在于通过螺栓连接，将齿扇轴总成(3)固定在上端盖法兰安装面(L)；所述齿扇轴调整销(33)上部加工为外螺纹结构，便于连接调整螺母，底部加工为光滑、扁平圆柱结构，中心位置加工有外螺纹，其能够安装在齿扇轴(31)底部环形凹槽中心的内螺纹孔处并通过齿扇轴螺塞(35)压紧底部光滑、扁平圆柱结构上表面，从而实现与齿扇轴(31)的轴向连接；齿扇轴调整螺母(34)螺纹连接于齿扇轴调整销(33)顶端，与齿扇轴侧盖板(32)顶端紧密贴合，通过旋转齿扇轴调整螺母(34)，可锁紧或同步微调齿扇轴调整销(33)与齿扇轴(31)的轴向位置；滚针轴承(36)外圆面与齿扇轴侧盖板(32)底端内圆面紧密配合安装，内圆面与齿扇轴(31)顶端外圆面紧密配合安装，其作用在于保证齿扇轴(31)、齿扇轴侧盖板(32)、齿扇轴调整销(33)的同轴度及减小齿扇轴(31)转动阻力。

5.如权利要求4所述的5吨级循环球式双模电动动力转向装置，其特征在于，所述支撑座总成(4)包括：支撑座(41)、单向推力角接触轴承(42)；所述支撑座(41)为变内径的贯通环形结构，外部圆周加工有外螺纹，所述单向推力角接触轴承(42)紧配合安装于支撑座41内部；支撑座总成(4)轴向套装输入轴与螺杆总成(2)后，通过其外螺纹紧固在壳体总成(1)的第一内螺纹面(D)，实现输入轴与螺杆总成(2)的安装与限位。

6.如权利要求5所述的5吨级循环球式双模电动动力转向装置，其特征在于，所述涡轮(5)内径圆面加工有键槽，其作用在于通过平键连接方式轴向安装于输入轴与螺杆总成(2)轴，表面加工有6处缺口，减轻重量，减小转动惯量，涡轮(5)与输入轴与螺杆总成(2)设置为能够同轴转动。

7.如权利要求6所述的5吨级循环球式双模电动动力转向装置，其特征在于，所述螺杆(6)上端加工有外花键，下端为光滑圆柱面内径圆面，下端轴向安装于螺杆腔的内，与角接触轴承(17)内圆面紧配合安装，上部套装加工有外螺纹的空心锁紧螺塞，紧固在第二内螺纹面(K)。

8.如权利要求7所述的5吨级循环球式双模电动动力转向装置，其特征在于，所述转向器内端盖总成(7)包括：内端盖(71)、骨架油封(72)、转角转矩传感器定位板(73)、传感器固定橡胶块(74)；所述内端盖(71)内表面加工有螺纹盲孔，用于安装转角转矩传感器定位板(73)及转角转矩传感器(8)，轴向加工为变径通孔；所述骨架油封安装于内端盖(71)变径通孔内，其外圆面与与内端盖(71)变径通孔大端内圆面紧配合，限位于变径端面，其作用在于防止壳体总成(1)内部润滑油外泄，损伤转角转矩传感器(8)；所述转角转矩传感器定位板(73)提供落山连接方式固定于内端盖(71)内表面螺纹盲孔，其作用在于避免转角转矩传感器(8)外圈出现沿轴向角度偏移；所述传感器固定橡胶块(74)其作用在于固定传感器出线端并避免已无进入转向器内部。

9.如权利要求8所述的5吨级循环球式双模电动动力转向装置，其特征在于，所述外端盖总成(9)包括外端盖(91)、防尘圈(92)、深沟球轴承(93)；所述外端盖(91)其表面加工有通孔，作用在于可以通过螺栓连接方式固定于外端盖法兰安装面(N)，其内表面沿轴向向外加工成变径贯通结构，依次加工有内圆面和圆形凹槽，深沟球轴承(93)安装于内圆面内，其目的在于确保输入轴(22)的传动顺畅且在外端盖总成(9)安装于壳体(1A)后，能够保证输入轴与螺杆总成(2)与一级传动腔(E)、二级传动腔(C)的同轴度；所述防尘圈(92)为不规则橡胶密封圈，其截面为矩形和三角形组成的不规则平面，其主体为矩形截面橡胶密封圈，外侧为最小直径小于矩形截面部分内径的钝角三角形截面密封圈，其矩形截面部分安装于圆形凹槽内，通过适应性设置，使得与输入轴(22)贴合，阻止灰尘进入。

10.如权利要求9所述的5吨级循环球式双模电动动力转向装置，其特征在于，所述梅花连接套总成(10)两端加工为内花键结构，其一端内花键连接蜗杆(6)的外花键端，一端连接电机总成(11)的输出花键轴，使得电机总成(11)与蜗杆(6)之间为柔性连接；

所述电机总成(11)为24V直流永磁同步电机，额定功率1.6KW，额定转矩7牛*米，额定转速2200rpm，集成霍尔式位置传感器，方形内螺纹安装法兰，其是本装置的动力源，通过梅花连接套总成(10)与蜗杆(6)轴向安装完毕后，通过螺栓连接方式固定在电机法兰安装面(M)。