CN108909823A - 一种基于单向阻尼轮的汽车转向管柱径向平衡机构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及汽车转向管柱技术领域，具体地讲是一种基于单向阻尼轮的汽车转向管柱径向平衡机构，转向轴小总成的上端外花键可与方向盘连接，转向轴小总成的下端内花键则与输出轴相连接，转向轴小总成的中间部分采用轴承套设在上柱管内，上柱管的下端内壁则包裹住下柱管小总成的圆柱外壁，上柱管上靠近下端的位置架设有安装支架，手柄与螺杆的一端过盈连接，螺杆的另一端穿过上柱管的前后调节槽、安装支架的上下调节槽、单向阻尼轮、滚针轴承与螺母相配合；安装支架上与单向阻尼轮同侧的表面焊接有齿条，所述齿条与单向阻尼轮之间可相互啮合转动，本发明结构简单，利用单向阻尼轮代替了异型弹簧，极大的优化了装配和生产，并能提供额外保持力。
Description
技术领域
本发明涉及汽车转向管柱技术领域，具体地讲是一种基于单向阻尼轮的汽车转向管柱径向平衡机构。
背景技术
转向管柱属于汽车转向系统的子系统，主要功能包括传递方向盘扭矩及转角、调节方向盘位置、防盗、溃缩吸能、连接线束、连接汽车横梁、连接护罩、连接组合开关等功能，而转向管柱的调节方向盘位置的功能又可分为方向盘上下调节和前后调节两个功能，当驾驶员将方向盘调节到其所需位置后，转向管柱的锁紧装置需要对该位置进行锁紧并保持。转向管柱供应商需要提高转向管柱性能，以满足当前消费者对汽车驾驶越来越高的舒适性要求。当转向管柱的锁紧装置松开后，转向管柱即可进行上下调节，转向管柱径向平衡机构需要保证转向管柱不往下掉落、转向管柱上下调节顺畅且手感舒适，转向管柱调节到上下限位点无明显撞击感。一般汽车主机厂对转向管柱平衡位置的要求为，当转向管柱夹紧机构松开时，方向盘不可自由下坠，且能够保持在上下调节的中间位置或以上的位置。
现有常见的转向管柱结构中主要采用螺旋拉簧或异形扭簧作为转向管柱的平衡机构，并设计单独的塑料软限位以降低调节终点撞击噪音。当转向管柱的锁紧装置锁紧后，转向管柱的锁紧装置需要对该位置进行锁紧并保持，提供方向盘足够的保持力。现有的平衡机构设计并不能提供保持力，仅起到托起方向盘的作用。两种弹簧解决方案均存在空间布置困难、零件安装困难及方向盘上下调节手感较差等缺点。
为此设计一种占用空间小、更易安装、调节手感更好，并能提供额外保持力的转向管柱径向平衡机构是十分有必要的。
发明内容
本发明突破现有技术的难题，设计了一种占用空间小、更易安装、调节手感更好，并能提供额外保持力的转向管柱径向平衡机构。
为了达到上述目的，本发明设计了一种基于单向阻尼轮的汽车转向管柱径向平衡机构，包括转向轴小总成、上柱管、手柄、安装支架、下柱管小总成，其特征在于：所述转向轴小总成的上端外花键可与方向盘连接，转向轴小总成的下端内花键则与输出轴相连接，所述转向轴小总成的中间部分采用轴承套设在上柱管内，所述上柱管的下端内壁则包裹住下柱管小总成的圆柱外壁，所述上柱管上靠近下端的位置架设有安装支架，手柄与螺杆的一端过盈连接，螺杆的另一端穿过上柱管的前后调节槽、安装支架的上下调节槽、单向阻尼轮、滚针轴承与螺母相配合；利用螺母将螺杆锁紧，所述安装支架上与单向阻尼轮同侧的表面焊接有齿条，所述齿条与单向阻尼轮之间可相互啮合转动。
所述单向阻尼轮主要由齿圈、塑料套、单向轴承组成，所述齿圈外部有24个外齿，齿圈内部有三个沟槽，所述塑料套为非封闭环，塑料套的外表面有三条凸筋，塑料套的内表面为光滑内壁，所述单向轴承的外圈为光滑圆柱面，单向轴承的左侧端面设有方形凸台，所述塑料套的凸筋与齿圈的沟槽相配合，使得塑料套与齿圈装配在一起，塑料套的光滑内壁与单向轴承的外圈过盈配合，使得齿圈、塑料套、单向轴承装配为一体。
所述齿条主要由正常齿、上限位齿和下限位齿组成，所述正常齿的齿高为2.25mm，上限位齿的齿高为4mm，下限位齿的齿高为4mm。
本发明与现有技术相比，结构简单，利用单向阻尼轮代替了异型弹簧，极大的优化了装配和生产，并能提供额外保持力。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明中单向阻尼轮的分解图。
图3为本发明中单向阻尼轮装配分解图。
具体实施方式
结合附图对本发明做进一步描述。
参见图1，本发明设计了一种基于单向阻尼轮的汽车转向管柱径向平衡机构，包括转向轴小总成、上柱管、手柄、安装支架、下柱管小总成，所述转向轴小总成1的上端外花键可与方向盘连接，转向轴小总成1的下端内花键则与输出轴7相连接，上柱管2提供线束、护罩、组合开关等接口并与之相连，所述转向轴小总成1的中间部分采用轴承套设在上柱管2内，所述上柱管2的下端内壁则包裹住下柱管小总成3的圆柱外壁，所述上柱管2上靠近下端的位置架设有安装支架4，上柱管2下端的方形支架放置在安装支架4的开档内，手柄5与螺杆6的一端过盈连接，当用户驱动手柄5时，亦可驱动螺杆6旋转运动，螺杆6的另一端穿过上柱管2的前后调节槽、安装支架4的上下调节槽4-1、单向阻尼轮10、滚针轴承7与螺母8相配合；利用螺母8将螺杆6锁紧，使方向盘相对汽车横梁不可产生相对运动，所述安装支架4上与单向阻尼轮10同侧的表面焊接有齿条9，所述齿条9与单向阻尼轮10之间可相互啮合转动，安装支架4及下柱管小总成3的旋转点P通过螺栓连接到汽车横梁上；当手柄5松开后，上述所有零件除了安装支架4因为通过螺栓连接到汽车横梁上不能自由运动，其他部分均会在重力G作用下，绕旋转点P向下运动。而单向阻尼轮10则会产生与重力G相反的弹簧力F，以平衡这种运动，使转向管柱保持在平衡位置处。
参见图2，本发明中单向阻尼轮10主要由齿圈10-1、塑料套10-2、单向轴承10-3组成，所述齿圈10-1外部有24个外齿，齿圈10-1内部有三个沟槽，所述塑料套10-2为非封闭环，塑料套10-2的外表面有三条凸筋，塑料套10-2的内表面为光滑内壁，所述单向轴承10-3的外圈为光滑圆柱面，单向轴承10-3的左侧端面设有方形凸台10-3-1，外圈相对内圈顺时针转动时扭矩为Tbc，逆时针转动时扭矩Tba接近0，所述塑料套10-2的凸筋与齿圈10-1的沟槽相配合，使得塑料套10-2与齿圈10-1装配在一起，塑料套10-2的光滑内壁与单向轴承10-3的外圈过盈配合，使得齿圈10-1、塑料套10-2、单向轴承10-3装配为一体，由过盈产生的旋转摩擦扭矩通过调整凸筋过盈量，可将该扭矩控制为T，由于塑料套10-2的外壁有凸筋、内壁光滑，所以相对旋转运动发生在内壁。
首先根据力矩平衡原理，可以计算出所需平衡力F，已知单向阻尼轮10的齿圈10-1上啮合齿的齿形半径r，可求得单向阻尼轮10需提供的扭矩T=F*r，一般情况F约为100N，半径r综合考虑结构布置可选择20mm左右，则T=100*0.02=2Nm。如图3所示，单向阻尼轮10的外齿与齿条9的正常齿9-1啮合，可产生类似齿轮传动的运动；单向轴承10-3的方形凸台10-3-1插入到安装支架4的上下调节槽4-1内，使得单向轴承内圈的旋转运动可以被限制。
当向上调节转向管柱时，螺杆6可带动单向阻尼轮10向上运动，同时单向轴承10-3逆时针转动，此时单向阻尼轮10提供的扭矩为Tba约等于0，即单向阻尼轮10对转向管柱的向上调节运动没有阻碍作用；当向下调节转向管柱时，螺杆6可带动单向阻尼轮10向下运动，同时单向轴承10-3顺时针转动，此时单向轴承10-3提供的扭矩为Tbc，如果设置该值大于扭矩塑料套10-2转动扭矩T，则可以使单向阻尼轮10对转向管柱的向下调节运动产生扭矩T的阻尼，该值最终作用在安装支架4的齿条9上，使得转向管柱在竖直方向上保持平衡。
由于T为定值，且只要向阻尼轮10产生顺时针的运动趋势，该阻尼就会存在，而传统的硅油式阻尼器，必须产生相对运动才会有阻尼产生，导致转向管柱会缓慢的向下掉落，本发明则消除了这种缺陷。
传统的弹簧型平衡机构，平衡力F会随转向管柱上下调节行程的改变而改变，特别是调节到下极限的时候，由于弹簧变形变大，导致转向管柱的轴向调节力变大，而调节到上极限的时候，由于弹簧变形变小，导致转向管柱的向上调节力变大，手感变差，而本发明的平衡力F不随上下调节行程变化，所以能提供更好的调节手感。
由于齿条9设计了上限位齿9-2和下限位齿9-3，当单向阻尼轮10的外齿转动到这两个极限位置时，其旋转运动被限制，从而对转向管柱的上下调节运动起到限位作用。
当手柄机构锁死后，滚针轴承7会同时压紧单向阻尼轮10的齿圈10-1，使齿圈10-1被锁死，所以齿圈10-1与齿条9还能对转向管柱提供额外的上下保持力。
本发明与现有技术相比，结构简单，利用单向阻尼轮代替了异型弹簧，极大的优化了装配和生产，并能提供额外保持力。
Claims (3)
1.一种基于单向阻尼轮的汽车转向管柱径向平衡机构，包括转向轴小总成、上柱管、手柄、安装支架、下柱管小总成，其特征在于：所述转向轴小总成（1）的上端外花键可与方向盘连接，转向轴小总成（1）的下端内花键则与输出轴（7）相连接，所述转向轴小总成（1）的中间部分采用轴承套设在上柱管（2）内，所述上柱管（2）的下端内壁则包裹住下柱管小总成（3）的圆柱外壁，所述上柱管（2）上靠近下端的位置架设有安装支架（4），手柄（5）与螺杆（6）的一端过盈连接，螺杆（6）的另一端穿过上柱管（2）的前后调节槽、安装支架（4）的上下调节槽（4-1）、单向阻尼轮（10）、滚针轴承（7）与螺母（8）相配合；利用螺母（8）将螺杆（6）锁紧，所述安装支架（4）上与单向阻尼轮（10）同侧的表面焊接有齿条（9），所述齿条（9）与单向阻尼轮（10）之间可相互啮合转动。
2.根据权利要求1所述的一种基于单向阻尼轮的汽车转向管柱径向平衡机构，其特征在于：所述单向阻尼轮（10）主要由齿圈（10-1）、塑料套（10-2）、单向轴承（10-3）组成，所述齿圈（10-1）外部有24个外齿，齿圈（10-1）内部有三个沟槽，所述塑料套（10-2）为非封闭环，塑料套（10-2）的外表面有三条凸筋，塑料套（10-2）的内表面为光滑内壁，所述单向轴承（10-3）的外圈为光滑圆柱面，单向轴承（10-3）的左侧端面设有方形凸台（10-3-1），所述塑料套（10-2）的凸筋与齿圈（10-1）的沟槽相配合，使得塑料套（10-2）与齿圈（10-1）装配在一起，塑料套（10-2）的光滑内壁与单向轴承（10-3）的外圈过盈配合，使得齿圈（10-1）、塑料套（10-2）、单向轴承（10-3）装配为一体。
3.根据权利要求1所述的一种基于单向阻尼轮的汽车转向管柱径向平衡机构，其特征在于：所述齿条（9）主要由正常齿（9-1）、上限位齿（9-2）和下限位齿（9-3）组成，所述正常齿（9-1）的齿高为2.25mm，上限位齿（9-2）的齿高为4mm，下限位齿（9-3）的齿高为4mm。
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