CN107054444A - 转向机及汽车转向系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种转向机及汽车转向系统，属于车辆技术领域。该转向机包括转向齿轮、转向齿条、壳体和预紧力调整机构；所述转向齿轮通过轴承支撑在壳体内；所述转向齿条通过滑轨设置在壳体内；所述转向齿轮套设在转向轴周向，所述转向齿轮与转向齿条啮合；所述预紧力调整机构设置在壳体内且紧压所述转向齿条。该转向机为保证齿轮齿条无间隙啮合，利用预紧力调整机构将转向齿轮和转向齿条压靠在一起，机构结合更加紧密牢靠。

Description

转向机及汽车转向系统

技术领域

本发明属于车辆技术领域，涉及一种汽车，特别是一种转向机及汽车转向系统。

背景技术

汽车是指有自身装备的动力装置驱动，一般具有四个或四个以上车轮，不依靠轨道或架线而在陆地行驶的车辆。汽车按用途可分为轿车、客车、货车和特种用途的汽车。

转向机是转向系统中的重要总成，其作用主要有三个方面。一是增大来自转向盘的转矩，使之大到足以克服转向轮与路面之间的转向阻力矩；二是降低转向传动轴的转速，并使转向摇臂轴转动，带动摇臂摆动使其末端获得所需要的位移，或者是将与转向传动轴连接在一起的主动齿轮的转动，转换成齿轮齿条的直线运动而获得所需要的位移；三是通过选取不同的螺(蜗)杆上的螺纹螺旋方向，达到使转向盘的转动方向与转向轮转动方向协调一致的目的。

转向机包括齿轮齿条转向机，通过齿轮齿条相配合，形成一对传动副，并通过转向齿条传动，使转向节转动，但是实际操作过程中，由于无外界压力存在，就不能保证齿轮齿条之间的无间隙啮合，容易发生转向失灵等问题。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种转向机及汽车转向系统。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：

一方面，本发明提供一种转向机，它包括转向齿轮、转向齿条、壳体和预紧力调整机构；

所述转向齿轮通过轴承支撑在壳体内；

所述转向齿条通过滑轨设置在壳体内；

所述转向齿轮套设在转向轴周向，所述转向齿轮与转向齿条啮合；

所述预紧力调整机构设置在壳体内且紧压所述转向齿条。

进一步地，所述预紧力调整机构包括弹性件和压板；

所述弹性件一端与壳体连接，另一端与压板抵接，且所述弹性件始终处于被压缩状态；

所述压板一面与弹性件另一端抵接，另一面紧压所述转向齿条。

进一步地，所述弹性件为弹簧螺柱，所述弹簧螺柱的预紧力通过螺柱进行调整。

另一方面，本发明还提供一种汽车转向系统，包括方向盘和所述的转向机；

所述方向盘上连接有转向柱，所述转向机上连接有转向轴，所述转向柱和转向轴之间设有通过齿轮传动机构进行传动。

进一步地，所述齿轮传动机构包括一个切换组件、若干个输入轴齿轮以及多个输出轴齿轮，所述切换组件使所述输入轴齿轮与任意一个输出轴齿轮之间形成传动关系且形成传动关系的全部传动比不完全相同。

进一步地，所述齿轮传动机构包括输入轴、中间轴和输出轴，输入轴的轴心和输出轴的轴心位于同一直线上；

所述输入轴与转向柱连接，所述输出轴与转向轴连接；

所述输入轴的端部固定有一个输入轴齿轮，所述输出轴的端部套设有两个沿着转向轴并列设置的输出轴齿轮，所述中间轴上固定有三个沿着中间轴轴向并列设置的中间轴齿轮；

其中一个中间轴齿轮与输入轴齿轮相啮合，另外两个中间轴齿轮与两个输出轴齿轮分别啮合；

其中一个输出轴齿轮直径小于另一个输出轴齿轮的直径。

进一步地，所述中间轴齿轮与输入轴齿轮之间的传动比和中间轴齿轮与其中一个输出轴齿轮之间的传动比相等。

进一步地，所述切换组件包括配合设置的结合套和结合子；

所述结合套连接在输出轴周向且能够沿输出轴轴向滑动；

所述结合子为两个，分别位于结合套两侧且固设在两个输出轴齿轮的轮轴上；

所述支架上设有拨动杆，所述拨动杆一端与结合套连接，另一端与能带动拨动杆沿输出轴滑动的牵引件连接。

进一步地，所述牵引件为电磁铁或拉手；

所述电磁铁固定在支架上，拨动杆与电磁铁的铁芯连接；

所述拉手一端铰接在车身上，另一端通过拉索与拨动杆另一端连接；

所述结合子的外壁与结合套的内壁通过卡键和卡槽相配合。

进一步地，所述拨动杆另一端的运动轨迹两端均设有限位块，所述限位块均固设在支架上；

其中一个所述限位块和所述拨动杆另一端之间设有能使拨动杆另一端始终具有向直径较小的输出轴齿轮靠近的趋势的弹簧。

与现有技术相比，本转向机及汽车转向系统具有以下优点：

1、本转向机为保证齿轮齿条无间隙啮合，通过预紧力调整机构将转向齿轮和转向齿条压靠在一起，防止工作期间，转向齿轮和转向齿条脱节，无法转向，提高了结构的可靠性。

2、本转向机属于齿轮齿条式转向机，其为可逆式转向机，正效率与逆效率都很高，自动回正能力强，路感好；

此外，齿轮齿条式转向机结构简单、加工方便、工作可靠、使用寿命长、不需要调整齿轮齿条的间隙，应用广泛。

3、本汽车转向系统具有操纵简单方便、性能稳定性强的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的转向机的内部结构示意图；

图2是本发明实施例二提供的汽车转向系统的立体结构示意图；

图3是本发明实施例二提供的汽车转向系统中齿轮传动机构处的放大图；

图4是本发明实施例二提供的汽车转向系统的齿轮传动机构的主视结构示意图。

附图标记：100－转向齿轮；200－转向齿条；300－壳体；400－预紧力调整机构；401－弹性件；402－压板；1－输入轴；2－中间轴；3－输出轴；4－输入轴齿轮；5－中间轴齿轮；51－中间轴齿轮一；52－中间轴齿轮二；53－中间轴齿轮三；6－输出轴齿轮；61－输出轴齿轮一；62－输出轴齿轮二；7－结合套；8－结合子；9－拨动杆；10－限位块；11－弹簧；12－拉手；13－拉索；14－支架；15－方向盘；16－转向柱；17－万向节；18－转向轴。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“内”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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

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；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。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。

实施例一

如图1所示，本实施例提供一种转向机，包括转向齿轮100、转向齿条200、壳体300和预紧力调整机构400；所述转向齿轮100通过轴承支撑在壳体300内；所述转向齿条200通过滑轨设置在壳体300内；所述转向齿轮100套设在转向轴18周向，所述转向齿轮100与转向齿条200啮合；所述预紧力调整机构400设置在壳体300内且紧压所述转向齿条200。

需要指出的是，本转向机为保证齿轮齿条无间隙啮合，通过预紧力调整机构将转向齿轮和转向齿条压靠在一起，防止工作期间，转向齿轮和转向齿条脱节，无法转向，提高了结构的可靠性。本转向机属于齿轮齿条式转向机，其为可逆式转向机，正效率与逆效率都很高，自动回正能力强，路感好；此外，齿轮齿条式转向机结构简单、加工方便、工作可靠、使用寿命长、不需要调整齿轮齿条的间隙，应用广泛。

具体来说，所述预紧力调整机构400包括弹性件401和压板402；所述弹性件401一端与壳体连接，另一端与压板402抵接，且所述弹性件401始终处于被压缩状态；所述压板402一面与弹性件401另一端抵接，另一面紧压所述转向齿条200。

通过弹性件401和压板402的设置，弹性件401时刻处在被压缩状态，其内部有被压缩的弹性势能，由于该弹性件401一端与壳体固接，另一端与压板402抵接，压板402由于受到弹性件401的弹性势能，紧压转向齿条200，转向齿条200由于受到了压板402的压力，紧靠转向齿轮100，由于转向齿轮100套设在转向轴18上，即使受到压力，其位置固定不变，因此，转向齿轮100和转向齿条200受到弹性件401的弹性势能后，上述二者为无间隙配合设置，大大提高了转向齿轮100和转向齿条200之间的配合强度，防止工作时脱离，造成故障甚至发生危险。

优选地，所述弹性件401为弹簧螺柱，所述弹簧螺柱的预紧力通过螺柱进行调整。

通过将弹性件401设置为弹簧螺柱，通过螺柱就可以调节预紧力，不同规格的转向齿轮100和转向齿条200可以调节不同大小的预紧力，使用范围更广。

实施例二

如图2所示，本汽车转向系统包括方向盘15、转向机、转向柱16、转向轴18和连接转向柱16与转向轴18的齿轮传动机构。

需要指出的是，本汽车转向系统具有操纵简单方便、性能稳定性强的优点。

具体来说，转向柱16的上端与方向盘15连接，转向轴18的下端与转向机相联。

如2至图4所示，本齿轮传动机构包括支架14、切换组件、输入轴1、输出轴3、中间轴2、输入轴齿轮4、输出轴齿轮6和中间轴齿轮5。

更具体来说，如图2和图3所示，支架14固定在车身上；输入轴1、中间轴2和输出轴3轴向设置在支架14上，且输入轴1和输出轴3同轴心，且输入轴1和输出轴3与中间轴2均平行。输入轴1的一端通过万向节17与转向柱16的下端相连，输出轴3的一端通过万向节17与转向轴18的上端相连。

输入轴1的另一端固定有一输入轴齿轮4；中间轴上固定有三个中间轴齿轮5，即中间轴齿轮一51、中间轴齿轮二52、和中间轴齿轮三53；输出轴3上轴向固定有两个输出轴齿轮6，输出轴齿轮6是能沿着输出轴3周向转动的，即输出轴齿轮一61和输出轴齿轮二62。中间轴齿轮三53与输入轴齿轮4相啮合；中间轴齿轮二52与输出轴齿轮二62相啮合；中间轴齿轮一51与输出轴齿轮一61相啮合。中间轴齿轮一51与输出轴齿轮一61之间的传动比和中间轴齿轮三53与输入轴齿轮4之间的传动比相同且优选地，比值为1。中间轴齿轮二52的直径小于中间轴齿轮一51的直径，进而使中间轴齿轮二52与输出轴齿轮二62之间的传动比大于中间轴齿轮一51与输出轴齿轮一61之间的传动比且优选地，比值为2-3。因此，当转动方向盘15时，方向盘15依次带动转向柱16、输入轴1、输入轴齿轮4、中间轴齿轮5和输出轴齿轮6转动。

切换组件是使任意一个输出轴齿轮6带动输出轴3同步转动及能使输出轴3与两个输出轴齿轮6之间的连接状态为自由切换。切换组件包括一个结合套7、两个结合子8、拨动杆9和牵引件。

优选地，结合套7和两个结合子8均位于两个输出轴齿轮6之间。结合套7通过花键周向固定连接在输出轴3上且能沿着输出轴3轴向滑动。两个结合子8固定在两个输出轴齿轮6上，结合子8的外壁与结合套7的内壁上均具有花键槽或螺旋槽；且当结合套7套设在结合子8上时，结合子8与结合套7周向固定，即输出轴齿轮6转动带动输出轴3同步转动。

更加优选地，结合套7和两个结合子8均位于两个输出轴齿轮6之间。结合套7周向固定连接在输出轴3上且能沿着输出轴3轴向滑动。两个结合子8固定在两个输出轴齿轮6上，结合子8的外壁与结合套7的内壁上设有配合的卡键和卡槽，该卡键具有永磁铁；当结合套7靠近结合子8时，在永磁铁的磁力作用下，结合子8与结合套7周向固定，即输出轴齿轮6转动带动输出轴3同步转动。由于采用了永磁铁，卡键和卡槽的结合更加紧密，结构老靠性更强。

拨动杆9是连接牵引件和结合套7的连接件。拨动杆9的一端与结合套7相连，另一端与牵引件相连。因为转向柱16和转向轴18之间需保持传动，在拨动杆9的另一端设有一弹簧11，该弹簧11为压缩弹簧。拨动杆9另一端的运动轨迹两端均设有一限位块10；限位块10固定在支架14上，弹簧11的另一端定位在限位块10上。优选地，弹簧11设置在直径较小的输出轴齿轮6那一侧，靠近拨动杆9在弹簧11的弹力作用下结合套7始终具有向直径较小的输出轴齿轮6靠近的趋势。当牵引件不向拨动杆9施加拉力时结合套7是套入直径较小输出轴齿轮6上的结合子8的。也就是说当牵引件不向拨动杆9施加拉力时拨动杆9的抵靠在限位块10上的。因此，避免了弹簧11推动拨动杆9因运动过度而造成弹簧11脱离等问题。同时提高了拨动杆9被定位的稳定性，保证了转向装置运行的稳定性。

牵引件为拉手12，拉手12铰接在车身上，拉手12通过拉索13与拨动杆9相连接。通过该结构可将拉手12设置在一个最合适人们操纵的位置处。

或者，牵引件为电磁铁，该电磁铁固定在支架14上，拨动杆9与电磁铁的铁芯连接。

实施例三

在实施例二的基础上，本实施例还提供一种汽车，包括汽车转向系统。

需要指出的是，该汽车由于包含了汽车转向系统和转向机，因此具有上述二者的所有优点，在此就不赘述。

此外，由于汽车的结构已经在现有技术中公开过，参见公告号为CN104010925A，专利名称为用于机动车、特别是轿车的车体结构以及用以制造该车体结构的方法的发明专利，在此就不赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种转向机，包括转向齿轮(100)、转向齿条(200)、壳体(300)和预紧力调整机构(400)；

所述转向齿轮(100)通过轴承支撑在壳体(300)内；

所述转向齿条(200)通过滑轨设置在壳体(300)内；

所述转向齿轮(100)套设在转向轴(18)周向，所述转向齿轮(100)与转向齿条(200)啮合；

所述预紧力调整机构(400)设置在壳体(300)内且紧压所述转向齿条(200)。

2.根据权利要求1所述的转向机，其特征在于，所述预紧力调整机构(400)包括弹性件(401)和压板(402)；

所述弹性件(401)一端与壳体连接，另一端与压板(402)抵接，且所述弹性件(401)始终处于被压缩状态；

所述压板(402)一面与弹性件(401)另一端抵接，另一面紧压所述转向齿条(200)。

3.根据权利要求2所述的转向机，其特征在于，所述弹性件(401)为弹簧螺柱，所述弹簧螺柱的预紧力通过螺柱进行调整。

4.一种汽车转向系统，其特征在于，包括方向盘(15)和权利要求1－3任一项所述的转向机；

所述方向盘(15)上连接有转向柱(16)，所述转向机上连接有转向轴(18)，所述转向柱(16)和转向轴(18)之间设有通过齿轮传动机构进行传动。

5.根据权利要求4所述的汽车转向系统，其特征在于，所述齿轮传动机构包括一个切换组件、若干个输入轴齿轮(4)以及多个输出轴齿轮(6)，所述切换组件使所述输入轴齿轮(4)与任意一个输出轴齿轮(6)之间形成传动关系且形成传动关系的全部传动比不完全相同。

6.根据权利要求5所述的汽车转向系统，其特征在于，所述齿轮传动机构包括输入轴(1)、中间轴(2)和输出轴(3)，输入轴(1)的轴心和输出轴(3)的轴心位于同一直线上；

所述输入轴(1)与转向柱(16)连接，所述输出轴(3)与转向轴(18)连接；

所述输入轴(1)的端部固定有一个输入轴齿轮(4)，所述输出轴(3)的端部套设有两个沿着转向轴(18)并列设置的输出轴齿轮(6)，所述中间轴(2)上固定有三个沿着中间轴(2)轴向并列设置的中间轴齿轮(5)；

其中一个中间轴齿轮(5)与输入轴齿轮(4)相啮合，另外两个中间轴齿轮(5)与两个输出轴齿轮(6)分别啮合；

其中一个输出轴齿轮(6)直径小于另一个输出轴齿轮(6)的直径。

7.根据权利要求6所述的汽车转向系统，其特征在于，所述中间轴齿轮(5)与输入轴齿轮(4)之间的传动比和中间轴齿轮(5)与其中一个输出轴齿轮(6)之间的传动比相等。

8.根据权利要求5－7任一项所述的汽车转向系统，其特征在于，所述切换组件包括配合设置的结合套(7)和结合子(8)；

所述结合套(7)连接在输出轴(3)周向且能够沿输出轴(3)轴向滑动；

所述结合子(8)为两个，分别位于结合套(7)两侧且固设在两个输出轴齿轮(6)的轮轴上；

所述支架(14)上设有拨动杆(9)，所述拨动杆(9)一端与结合套(7)连接，另一端与能带动拨动杆(9)沿输出轴(3)滑动的牵引件连接。

9.根据权利要求8所述的汽车转向系统，其特征在于，所述牵引件为电磁铁或拉手(12)；

所述电磁铁固定在支架(14)上，拨动杆(9)与电磁铁的铁芯连接；

所述拉手(12)一端铰接在车身上，另一端通过拉索(13)与拨动杆(9)另一端连接；

所述结合子(8)的外壁与结合套(7)的内壁通过卡键和卡槽相配合。

10.根据权利要求9所述的汽车转向系统，其特征在于，所述拨动杆(9)另一端的运动轨迹两端均设有限位块(10)，所述限位块(10)均固设在支架(14)上；

其中一个所述限位块(10)和所述拨动杆(9)另一端之间设有能使拨动杆(9)另一端始终具有向直径较小的输出轴齿轮(6)靠近的趋势的弹簧(11)。