CN107985394A - 适于电动助力转向系统的减速机构的间隙补偿机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适于电动助力转向系统的减速机构的间隙补偿机构，减速机构包括减速箱体以及相啮合的蜗轮和蜗杆，所述间隙补偿机构包括套设于所述蜗杆上的第一轴承、套设于第一轴承上且使蜗杆呈浮动状态的公差补偿环和用于对蜗杆提供弹性支撑力的顶丝总成。本发明适于电动助力转向系统的减速机构的间隙补偿机构，可以规避蜗轮蜗杆啮合时因外界环境变化(温度、湿度等)引起减速箱体、蜗轮、蜗杆发生膨胀或收缩而导致的卡死或间隙异响，提高了蜗轮蜗杆啮合的自适应性；还可以规避蜗轮蜗杆因磨损啮合间隙变大而导致的机械异响及转向脱滞，提高了驾驶的舒适性。

Description

适于电动助力转向系统的减速机构的间隙补偿机构
技术领域
本发明属于电动助力转向技术领域，具体地说，本发明涉及一种适于电动助力转向系统的减速机构的间隙补偿机构。
背景技术
通常，大部分汽车上都使用电动助力转向系统。这种电动助力转向系统基于ECU控制器根据采集来的传感器扭矩信号和角度信号的变化情况，控制EPS电机转动，EPS电机驱动蜗轮、蜗杆减速机构，提供车辆转向所需的助力，从而提高车辆的转向性能。也就是说，利用单独的EPS电机动力辅助车辆转向，EPS转向系统被用于提高车辆的运动稳定性。
传统上，辅助转向装置使用液压，但是从降低引擎负荷、减轻重量、提高转向稳定性以及快速回复力的角度来看，近来已越来越多地利用适于经由减速机构将电机的转动输出传送到转向轴的电动助力转向(EPS，Electronic Power Steering)系统。
现有的电动助力转向系统包括EPS电机和与EPS电机连接的减速器，减速器为蜗轮、蜗杆机构，减速器是由减速箱体以及相啮合的蜗轮和蜗杆组成。蜗轮采用尼龙材质制成，随着环境温度、湿度的变化，蜗轮会发生膨胀或收缩现象，蜗轮、蜗杆长时间使用后会导致磨损，蜗轮的尺寸会发生变化。导致蜗轮、蜗杆啮合中心距与减速箱体上蜗轮孔、蜗杆孔中心距产生变化，以致蜗轮和蜗杆之间产生间隙或蜗轮齿面的非正常磨损，导致蜗轮、蜗杆啮合间隙增大，整车会表现出明显异响，影响了驾驶的舒适性。
另外，现有的减速机构的缺点还在于存在制造公差和累计公差，制造公差主要因蜗轮、蜗杆机加工尺寸存在误差，减速箱体加工尺寸存在误差，累计公差包括由减速箱体蜗轮、蜗杆孔中心距以及蜗轮、蜗轮等部件的制造公差的累积形成。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种适于电动助力转向系统的减速机构的间隙补偿机构，目的是有效的减少蜗轮蜗杆产生的异响，避免蜗轮蜗杆卡死。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：适于电动助力转向系统的减速机构的间隙补偿机构，减速机构包括减速箱体以及相啮合的蜗轮和蜗杆，所述间隙补偿机构包括套设于所述蜗杆上的第一轴承、套设于第一轴承上的公差补偿环和用于对蜗杆提供弹性支撑力的顶丝总成。
所述公差补偿环包括外支撑圈、设置于外支撑圈的内部的内支撑圈、与外支撑圈和内支撑圈连接的连接块、设置于外支撑圈上且用于在第一方向上对内支撑圈提供支撑作用的第一支撑块以及设置于外支撑圈上且用于在第二方向上对内支撑圈起限位作用的第二支撑块，第一方向与所述蜗轮的轴线相平行，内支撑圈具有让所述第一轴承插入的中心孔。
所述连接块和所述第一支撑块位于第一方向上且连接块和第一支撑块分别位于所述内支撑圈的两侧，连接块、所述第二支撑块和第一支撑块为沿内支撑圈的周向依次布置。
所述第二支撑块与所述连接块之间的夹角大小小于第二支撑块与所述第一支撑块之间的夹角大小，所述外支撑圈和所述内支撑圈的硬度小于所述连接块的硬度，内支撑圈可发生弹性变形。
所述第一支撑块的面朝所述内支撑圈的侧面为与第一方向相垂直的平面，所述第二支撑块的面朝所述内支撑圈的侧面为用于与内支撑圈的外圆面贴合的圆弧面。
所述连接块与所述外支撑圈和所述内支撑圈为注塑一体成型，所述第一支撑块和所述第二支撑块与外支撑圈为注塑一体成型。
所述的适于电动助力转向系统的减速机构的间隙补偿机构还包括套设于所述蜗杆上的第二轴承，第二轴承为偏摆轴承，所述第一轴承和第二轴承分别套设于蜗杆的一端。
所述顶丝总成包括设置于所述减速箱体上的螺杆、可移动的设置于螺杆中且用于与所述第一轴承接触的顶杆和设置于螺杆内部且用于对顶杆施加作用力的弹性元件。
所述螺杆与所述减速箱体为螺纹连接，减速箱体具有让螺杆插入的内螺纹孔，螺杆的六角头部位于减速箱体的外部。
所述弹性元件为套设于所述顶杆上的圆柱螺旋弹簧。
本发明适于电动助力转向系统的减速机构的间隙补偿机构，可以规避蜗轮蜗杆因膨胀引起的卡死问题，提高了蜗轮蜗杆啮合的自适应性，还可以规避蜗轮蜗杆啮合时因外界环境变化(温度、湿度等)引起减速箱体、蜗轮、蜗杆发生膨胀或收缩而导致的卡死或间隙异响，提高了蜗轮蜗杆啮合的自适应性；还可以规避蜗轮蜗杆因磨损啮合间隙变大而导致的机械异响及转向脱滞，提高了驾驶的舒适性。
附图说明
本说明书包括以下附图，所示内容分别是：
图1是电动助力转向系统减速机构的结构示意图；
图2是电动助力转向系统减速机构的剖视图；
图3是图1中A-A剖视图；
图4是电动助力转向系统减速机构的内部结构示意图；
图5是公差补偿环的结构示意图；
图6是公差补偿环的主视图；
图7是图6中B-B剖视图；
图8是图6中C-C剖视图；
图9是图7中P向视图；
图10是图3中D处放大图；
图中标记为：1、蜗轮；2、蜗杆；3、减速箱体；4、公差补偿环；401、连接块；402、第一支撑块；403、第二支撑块；404、外支撑圈；405、内支撑圈；406、第一避让孔；407、第二避让孔；5、第一轴承；6、第二轴承；7、螺杆；8、顶杆；9、弹性元件。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。
现有技术的电动助力转向系统的减速机构，因蜗轮、蜗杆机加工尺寸存在误差，减速箱体加工尺寸存在误差，蜗轮、蜗杆在长时间使用过程中存在磨损现象，热胀冷缩现象，导致蜗轮、蜗杆啮合中心距与减速箱体中心距产生变化，以致产生间隙或蜗轮齿面的非正常磨损，导致蜗轮、蜗杆啮合间隙增大，整车会表现出明显异响。
为解决此问题，如图1至图10所示，本发明提供了一种适于电动助力转向系统的减速机构的间隙补偿机构，减速机构包括减速箱体以及相啮合的蜗轮和蜗杆，所述间隙补偿机构包括套设于蜗杆上的第一轴承5、套设于第一轴承5上的公差补偿环4和用于对蜗杆提供弹性支撑力的顶丝总成，公差补偿环4用于控制蜗杆沿蜗轮蜗杆中心距方向做自适应调整。
具体地说，如图1至图4所示，蜗轮和蜗杆为可旋转的设置于减速箱体的内部，蜗杆与EPS电机连接，蜗杆用于接受EPS电机产生的旋转力。公差补偿环4安装在减速箱体的内部，公差补偿环4用于对蜗杆提供支撑作用，公差补偿环4并用于控制蜗杆沿与蜗轮的轴线和蜗杆的轴线相垂直的公垂线方向进行移动，以使蜗轮和蜗杆之间的中心距能够做自适应调整。
如图5至图9所示，公差补偿环4包括外支撑圈404、设置于外支撑圈404的内部的内支撑圈405、与外支撑圈404和内支撑圈405连接的连接块401、设置于外支撑圈404上且用于在第一方向上对内支撑圈405提供支撑作用的第一支撑块402以及设置于外支撑圈404上且用于在第二方向上对内支撑圈405起限位作用的第二支撑块403，第一方向与蜗轮的轴线相平行，内支撑圈405具有让第一轴承5插入的中心孔。蜗杆的端部套设有第一轴承5，第一轴承5设置于内支撑圈405的中心孔中，外支撑圈404和内支撑圈405为圆环形结构，蜗杆、第一轴承5和内支撑圈405为同轴设置，外支撑圈404的轴线和内支撑圈405的轴线相平行。内支撑圈405的中心孔为圆孔，外支撑圈404具有容纳内支撑圈405的中心孔，外支撑圈404的中心孔为圆孔，外支撑圈404的中心孔的直径大于内支撑圈405的外直径，内支撑圈405的中心孔的直径与第一轴承5的外直径大小相同。外支撑圈404和内支撑圈405之间具有间隙，使得内支撑圈405在外支撑圈404的中心孔中可以移动，进而使得蜗杆能够沿蜗轮蜗杆中心距方向做自适应调整，消除减速箱体、蜗轮及蜗杆的制造公差对蜗轮蜗杆啮合间隙的影响，同时与顶丝总成相配合，能确保蜗轮和蜗杆之间的啮合间隙符合要求，避免因蜗轮膨胀而导致卡死的情况出现，还可以规避蜗轮蜗杆因收缩或磨损啮合间隙变大导致的异响及转向脱滞，提高了蜗轮蜗杆啮合的自适应性。
如图5至图9所示，外支撑圈404和内支撑圈405的硬度小于连接块401的硬度，内支撑圈405可发生弹性变形，内支撑圈405具有一定的弹性变形量。外支撑圈404和内支撑圈405的材质为工程塑料，优选为尼龙。连接块401采用热塑性弹性体材料制成，热塑性弹性体材料具有高强度和高回弹性，连接块401为热塑性弹性体。连接块401位于外支撑圈404和内支撑圈405之间的间隙中，连接块401的一端与外支撑圈404固定连接，连接块401的另一端与内支撑圈405固定连接。第一支撑块402和第二支撑块403的材质与连接块401的材质相同，第一支撑块402和第二支撑块403也采用热塑性弹性体材料制成，第一支撑块402和第二支撑块403均为热塑性弹性体。连接块401与外支撑圈404和内支撑圈405为注塑一体成型，第一支撑块402和第二支撑块403与外支撑圈404为注塑一体成型，结构简单，制作方便。
如图2、图5至图9所示，连接块401和第一支撑块402位于第一方向上且连接块401和第一支撑块402分别位于内支撑圈405的一侧，使得内支撑圈405和蜗杆只能沿蜗轮蜗杆中心距方向进行移动，连接块401、第二支撑块403和第一支撑块402为沿内支撑圈405的周向依次布置。第一支撑块402和第二支撑块403固定设置于外支撑圈404上且朝向外支撑圈404的中心孔中伸出，确保能够与内支撑圈405相接触。第一方向和第二方向与外支撑圈404和内支撑圈405的轴线相垂直，第一方向和第二方向之间具有夹角且该夹角为钝角。在外支撑圈404的周向上，第二支撑块403位于第一支撑块402和连接块401之间，第二支撑块403并靠近连接块401，第二支撑块403与连接块401之间的夹角大小小于第二支撑块403与第一支撑块402之间的夹角大小，以与蜗轮蜗杆的配合位置相适应，有利于消除减速箱体、蜗轮及蜗杆的制造公差，确保蜗轮蜗杆之间的啮合间隙符合要求。
如图5至图9所示，作为优选的，第一支撑块402的面朝内支撑圈405的侧面为与第一方向相垂直的平面，该平面用于与内支撑圈405的外圆面贴合。设置平面与内支撑圈405接触，对内支撑圈405起到限位和支撑的作用。
在第一支撑块402与内支撑圈405接触后，第一支撑块402用于在与蜗轮的轴向相平行的方向抵住内支撑圈405，第一支撑块402对内支撑圈405施加径向的力，进而消除蜗轮蜗杆的制造公差，并有利于确保蜗轮蜗杆之间的啮合间隙符合要求。
如图5至图9所示，作为优选的，第二支撑块403的面朝内支撑圈405的侧面为用于与内支撑圈405的外圆面贴合的圆弧面，该圆弧面的轴线与内支撑圈405的轴线相平行，该圆弧面的直径与内支撑圈405的外直径大小相等。设置圆弧面与内支撑圈405接触，对内支撑圈405起到限位和支撑的作用。
在第二支撑块403与内支撑圈405接触后，第二支撑块403用于在第二方向上抵住内支撑圈405，第二支撑块403对内支撑圈405施加径向的力，进而对内支撑圈405起到限位作用，避免蜗轮、蜗杆受到大冲击时，超出顶丝总成的可调整范围而导致顶丝总成与螺杆7撞击异响的情况出现，进而可以提高驾驶的舒适性。
如图2和图4所示，本发明适于电动助力转向系统的减速机构的间隙补偿机构还包括套设于蜗杆上的第二轴承6，第一轴承5和第二轴承6分别套设于蜗杆的一端。第二轴承6安装在减速机构的减速箱体中，用于在蜗杆的一端对蜗杆提供支撑作用。第一轴承5优选为深沟球轴承，第二轴承6优选为调心轴承，使得蜗杆能够发生偏摆。
如图1至图4和图10所示，顶丝总成、第一轴承5和公差补偿环4位于蜗杆的同一端，顶丝总成包括设置于减速箱体上的螺杆7、可移动的设置于螺杆7中且用于与第一轴承5接触的顶杆8和设置于螺杆7内部且用于对顶杆8施加作用力的弹性元件9。在弹性元件9的作用下，弹性元件9对顶杆8施加的作用力，使得顶杆8与第一轴承5的外圆面始终保持接触状态，进而能够对蜗杆提供弹性支撑力。螺杆7的内部中心处具有容纳顶杆8的中空内腔，螺杆7并为一端开口且内部中空的圆柱体，顶杆8和弹性元件9位于螺杆7的中空内腔中，顶杆8并从螺杆7的中空内腔中伸出。顶杆8的伸出至螺杆7外的端部为伸出端，顶杆8的伸出端的端面与第一轴承5的外圆面相接触。顶杆8为圆柱体，顶杆8的轴线与外支撑圈的轴线相垂直，顶杆8并与螺杆7为同轴设置，螺杆7对顶杆8起到导向作用，确保顶杆8做直线往复运动。
如图5至图7所示，外支撑圈404的侧壁上设有让顶杆8穿过的第一避让孔406，内支撑圈405的侧壁上设有让顶杆8穿过的第二避让孔407，第一避让孔406为在外支撑圈404的侧壁上沿壁厚方向贯穿设置的通孔，第二避让孔407为在内支撑圈405的侧壁上沿壁厚方向贯穿设置的通孔，第一避让孔406和第二避让孔407连通且第一避让孔406和第二避让孔407处于外支撑圈404的同一径向线上，顶杆8依次穿过第一避让孔406和第二避让孔407后，与第一轴承5接触。连接块401、第二支撑块403、第一避让孔406和第一支撑块402为沿外支撑圈404的周向依次布置，在外支撑圈404的周向上，第一避让孔406位于第一支撑块402和第二支撑块403之间。
作为优选的，如图1、图3和图10所示，螺杆7与减速箱体为螺纹连接，减速箱体具有让螺杆7插入的内螺纹孔，螺杆7上设有外螺纹。螺杆7的六角头部位于减速箱体的外部，螺杆7的六角头部为正六边形结构，六角头部的中心位于螺杆7的轴线上。螺杆7与减速箱体为螺纹连接，方便顶丝总成与减速箱体的拆装。螺杆7的六角头部位于减速箱体的外部，方便使用工具来拧紧或旋松螺杆7。
如图3和图10所示，弹性元件9优选为套设于顶杆8上的圆柱螺旋弹簧。
本发明的间隙补偿机构，用于电动助力转向系统的减速机构，使得蜗杆可绕调心轴承旋转，通过顶丝总成对第一轴承5预加载一定载荷，公差补偿环4的内支撑圈与第一轴承5外径配合，连接块和第一支撑块与内支撑圈配合，使第一轴承5在蜗轮轴向限位，并使蜗杆只能沿蜗轮的径向进行摆动，同时公差补偿环4的第二支撑块对蜗杆进行限位，避免蜗轮、蜗杆受到大冲击时，超出顶丝总成的可调整范围而导致顶杆8与螺杆7撞击产生异响，进一步提高了驾驶的舒适性。
当蜗轮、蜗杆因使用温度、湿度环境变化时，蜗轮会随着使用环境的变化出现膨胀、收缩。当蜗轮膨胀时，顶丝总成的顶杆8回缩，第一轴承5推动顶杆8以使顶杆8朝向螺杆7的中空内腔中移动，同时公差补偿环4的内支撑圈405会绕着连接块朝向靠近顶丝总成的方向偏摆，规避了蜗轮蜗杆因膨胀引起的卡死问题，提高了蜗轮蜗杆啮合的自适应性。在内支撑圈405随同蜗杆朝向靠近顶丝总成的方向偏摆过程中，第二支撑块403对内支撑圈405起到限位作用，当内支撑圈405与第二支撑块403接触后，内支撑圈405停止偏摆。
当蜗轮随着使用环境的变化收缩或磨损时，公差补偿环4的内支撑圈405会绕着连接块向蜗轮轴线方向偏摆，即内支撑圈405随同蜗杆朝向远离顶丝总成的方向偏摆，在弹性元件9的作用下，顶丝总成的顶杆8弹出，规避了蜗轮蜗杆因收缩或磨损啮合间隙变大导致的异响及转向脱滞，提高了驾驶的舒适性。
以上结合附图对本发明进行了示例性描述。显然，本发明具体实现并不受上述方式的限制。只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.适于电动助力转向系统的减速机构的间隙补偿机构，减速机构包括减速箱体以及相啮合的蜗轮和蜗杆，其特征在于：所述间隙补偿机构包括套设于所述蜗杆上的第一轴承、套设于第一轴承上的公差补偿环和用于对蜗杆提供弹性支撑力的顶丝总成。
2.根据权利要求1所述的适于电动助力转向系统的减速机构的间隙补偿机构，其特征在于：所述公差补偿环包括外支撑圈、设置于外支撑圈的内部的内支撑圈、与外支撑圈和内支撑圈连接的连接块、设置于外支撑圈上且用于在第一方向上对内支撑圈提供支撑作用的第一支撑块以及设置于外支撑圈上且用于在第二方向上对内支撑圈起限位作用的第二支撑块，第一方向与所述蜗轮的轴线相平行，内支撑圈具有让所述第一轴承插入的中心孔。
3.根据权利要求2所述的适于电动助力转向系统的减速机构的间隙补偿机构，其特征在于：所述连接块和所述第一支撑块位于第一方向上且连接块和第一支撑块分别位于所述内支撑圈的两侧，连接块、所述第二支撑块和第一支撑块为沿内支撑圈的周向依次布置。
4.根据权利要求3所述的适于电动助力转向系统的减速机构的间隙补偿机构，其特征在于：所述第二支撑块与所述连接块之间的夹角大小小于第二支撑块与所述第一支撑块之间的夹角大小，所述外支撑圈和所述内支撑圈的硬度小于所述连接块的硬度，内支撑圈可发生弹性变形。
5.根据权利要求2至4任一所述的适于电动助力转向系统的减速机构的间隙补偿机构，其特征在于：所述第一支撑块的面朝所述内支撑圈的侧面为与第一方向相垂直的平面，所述第二支撑块的面朝所述内支撑圈的侧面为用于与内支撑圈的外圆面贴合的圆弧面。
6.根据权利要求2至5任一所述的适于电动助力转向系统的减速机构的间隙补偿机构，其特征在于：所述连接块与所述外支撑圈和所述内支撑圈为注塑一体成型，所述第一支撑块和所述第二支撑块与外支撑圈为注塑一体成型。
7.根据权利要求1至6任一所述的适于电动助力转向系统的减速机构的间隙补偿机构，其特征在于：还包括套设于所述蜗杆上的第二轴承，第二轴承为偏摆轴承，所述第一轴承和第二轴承分别套设于蜗杆的一端。
8.根据权利要求1至7任一所述的适于电动助力转向系统的减速机构的间隙补偿机构，其特征在于：所述顶丝总成包括设置于所述减速箱体上的螺杆、可移动的设置于螺杆中且用于与所述第一轴承接触的顶杆和设置于螺杆内部且用于对顶杆施加作用力的弹性元件。
9.根据权利要求8所述的适于电动助力转向系统的减速机构的间隙补偿机构，其特征在于：所述螺杆与所述减速箱体为螺纹连接，减速箱体具有让螺杆插入的内螺纹孔，螺杆的六角头部位于减速箱体的外部。
10.根据权利要求8所述的适于电动助力转向系统的减速机构的间隙补偿机构，其特征在于：所述弹性元件为套设于所述顶杆上的圆柱螺旋弹簧。
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