CN110053661B - 轻型商用车用电动助力转向系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轻型商用车用电动助力转向系统，包括转向机壳体、转向齿轮、助力齿轮和可移动的设置于转向机壳体中的齿条，所述齿条包括有齿段和无齿段，有齿段设有与所述助力齿轮和所述转向齿轮相啮合且为连续分布的多个齿条齿。本发明的轻型商用车用电动助力转向系统，通过设置两个齿轮与齿条的有齿段啮合，结构简单紧凑，整车布置方便，可以提供轻型商用车所需的转向助力，使得转向轻便，提高转向操作舒适性；而且无需使用液压油，减少环境污染。

Description

轻型商用车用电动助力转向系统

技术领域

本发明属于车辆转向系统技术领域，具体地说，本发明涉及一种轻型商用车用电动助力转向系统。

背景技术

现有轻型商用车转向系统基本是液压助力转向系统或者电动液压助力转向系统，这两种转向系统油路布置与安装困难，后期维护成本高，而且需要使用液压油，会造成一定的环境污染。另外这两种液压转向系统无法满足轻型商用车辅助驾驶或自动驾驶的转向功能需求。

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，本发明提供一种轻型商用车用电动助力转向系统，目的是可以提供轻型商用车所需的转向助力。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：轻型商用车用电动助力转向系统，包括转向机壳体、转向齿轮、助力齿轮和可移动的设置于转向机壳体中的齿条，所述齿条包括有齿段和无齿段，有齿段设有与所述助力齿轮和所述转向齿轮相啮合且为连续分布的多个齿条齿。

所述转向齿轮和所述助力齿轮均为螺旋齿轮，转向齿轮和助力齿轮的齿形旋向相反且螺旋角大小相同。

所述转向齿轮和所述助力齿轮驱动所述齿条移动时的旋转方向一致。

所述的轻型商用车用电动助力转向系统还包括助力电机和与助力电机连接的减速机构，减速机构包括相啮合的蜗轮和蜗杆，蜗轮套设于所述助力齿轮上且蜗轮与助力齿轮同步旋转。

所述助力齿轮包括与所述齿条相啮合的齿轮本体和与齿轮本体相连接的轴身，所述蜗轮套设于轴身上且蜗轮与轴身为过盈配合。

所述助力齿轮还包括与所述轴身连接的轴肩和与轴肩连接的凸缘，轴肩上套设有支撑轴承，支撑轴承位于所述蜗轮和凸缘之间。

所述的轻型商用车用电动助力转向系统还包括设置于所述转向机壳体上的盖板和设置于盖板上且用于实现所述支撑轴承轴向固定的端盖，支撑轴承位于盖板的内部且支撑轴承与盖板为间隙配合。

所述盖板具有与所述支撑轴承的外圈的第一端面贴合的第一限位面和与所述端盖的端面贴合的第二限位面，支撑轴承的外圈的第二端面与端盖的端面贴合。

所述的轻型商用车用电动助力转向系统还包括设置于所述转向机壳体上的弹性衬套，转向机壳体具有容纳弹性衬套的安装孔，弹性衬套与转向机壳体为过盈配合。

所述弹性衬套包括外套管、内套管以及设置于外套管和内套管之间且与外套管和内套管粘接的橡胶件。

本发明的轻型商用车用电动助力转向系统，通过设置两个齿轮与齿条的有齿段啮合，结构简单紧凑，整车布置方便，可以提供轻型商用车所需的转向助力，使得转向轻便，提高转向操作舒适性；而且无需使用液压油，无液压油路，不存在漏油问题，减少环境污染。

附图说明

本说明书包括以下附图，所示内容分别是：

图1是本发明轻型商用车用电动助力转向系统内部结构示意图；

图2是本发明轻型商用车用电动助力转向系统的结构示意图；

图3是本发明轻型商用车用电动助力转向系统与方向盘的连接示意图；

图4是转向齿轮和助力齿轮与齿条啮合示意图；

图5是助力齿轮与蜗轮和轴承的装配示意图；

图6是盖板和端盖与轴承配合处剖视图；

图7是盖板的剖视图；

图8是弹性衬套的剖视图；

图中标记为：1、电子控制单元(ECU)；2、转向拉杆；3、转向齿轮；4、助力齿轮；401、齿轮本体；402、轴身；403、凸缘；404、轴肩；5、齿条；501、无齿段；502、齿条齿；6、转向机壳体；7、盖板；701、大径孔；702、中径孔；703、小径孔；704、第一限位面；705、第二限位面；8、弹性衬套；801、外套管；802、内套管；803、橡胶件；9、端盖；10、输入轴；11、助力电机；12、蜗轮；13、蜗杆；14、方向盘；15、支撑轴承；16、螺栓。

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。

需要说明的是，在下述的实施方式中，所述的“第一”、“第二”和“第三”并不代表结构和/或功能上的绝对区分关系，也不代表先后的执行顺序，而仅仅是为了描述的方便。

如图1至图8所示，本发明提供了一种轻型商用车用电动助力转向系统，包括输入轴10、转向机壳体6、转向齿轮3、助力齿轮4和可移动的设置于转向机壳体6中的齿条5，齿条5包括有齿段和无齿段501，有齿段设有与助力齿轮4和转向齿轮3相啮合且为连续分布的多个齿条齿502。

具体地说，如图1至图4所示，齿条5为可移动的设置于转向机壳体6的内腔体中，转向机壳体6为两端开口且内部中空的结构，转向机壳体6的内腔体为圆形腔体且转向机壳体6的内腔体为沿转向机壳体6的长度方向从转向机壳体6的一端延伸至另一端，齿条5的直径小于该内腔体的直径。转向齿轮3和助力齿轮4为可旋转的设置于转向机壳体6的内部且转向齿轮3和助力齿轮4位于齿条5的同一侧，转向齿轮3与输入轴10固定连接且两者为同轴设置，转向齿轮3与输入轴10同步旋转，输入轴10通过转向管柱与中间轴与方向盘连接，驾驶员施加在方向盘上的转向力经转向管柱与中间轴传输到输入轴10上，再由输入轴10带动转向齿轮3进行旋转，进而驱动齿条5进行移动，进而实现车辆的转向。

如图1至图4所示，转向齿轮3和助力齿轮4均为螺旋齿轮，转向齿轮3和助力齿轮4的齿形旋向相反且螺旋角大小相同。齿条5的有齿段设置一个，有齿段具有一定的长度，所有齿条齿502为沿有齿段的长度方向依次布置且为等距分布，齿条齿502用于嵌入助力齿轮4和转向齿轮3的位于相邻两个轮齿之间的齿槽中。齿条的无齿段501设置两个且有齿段位于两个无齿段501之间，无齿段501未设置齿条齿502，无齿段501为具有一定长度的圆柱体，两个无齿段501为同轴设置，转向齿轮3和助力齿轮4也位于两个无齿段501之间。

如图1至图4所示，在本实施例中，转向齿轮3与助力齿轮4的模数相同，转向齿轮3的齿形为左旋齿形，助力齿轮4的齿形为右旋齿形。齿条齿502为直齿，无螺旋角。工作时，由于齿条的齿形为直角，因此在齿条上无径向作用力；而且，转向齿轮3和助力齿轮4驱动齿条移动时的旋转方向一致，也即在齿条沿轴向进行直线移动时，转向齿轮3和助力齿轮4的旋转方向相同，转向齿轮3和助力齿轮4的齿形旋向相反，可以保证齿条轴向输出的力非常平稳。将转向齿轮3和助力齿轮4设置成与齿条仅在同一段齿形上进行啮合，可以使得转向系统整体结构更加紧凑，减小转向系统的整体长度，降低成本，便于在轻型商用车上的安装布置。

如图1至图3所示，转向齿轮3与助力齿轮4分别实现转向功能与助力功能，本发明的轻型商用车用电动助力转向系统还包括助力电机11和与助力电机11连接的减速机构，减速机构与助力电机11和助力齿轮4连接，减速机构用于将助力电机11产生的旋转力传递至助力齿轮4，助力齿轮4驱动齿条在转向机壳体6中沿轴向(也即转向机壳体6的长度方向)做往复直线运动，助力齿轮4位于转向机壳体6的内部，助力电机11位于转向机壳体6的外部。减速机构包括相啮合的蜗轮12和蜗杆13，蜗轮12套设于助力齿轮4上且蜗轮12与助力齿轮4同步旋转，蜗杆13为可旋转的设置于转向机壳体6中，蜗杆13与助力电机11的电机轴固定连接，蜗轮12位于转向机壳体6的内部，助力齿轮4与蜗轮12为同轴设置。在驾驶员操作方向盘进行车辆的转向时，转向齿轮3驱动齿条进行直线移动，同时助力电机11通过减速机构带动助力齿轮4旋转，再由助力齿轮4驱动齿条进行直线移动，齿条直线移动，通过转向拉杆2推动车轮转向，此时转向齿轮3与助力齿轮4的旋转方向一致，因此齿条得到来自两个齿轮的驱动力矩，由助力电机11提供转向助力，可以使得驾驶员的转向操作更轻便，提高转向操作舒适性。

如图1至图3和图5所示，助力齿轮4包括与齿条相啮合的齿轮本体401、与齿轮本体401相连接的轴身402、与轴身402连接的轴肩404和与轴肩404连接的凸缘403，蜗轮12套设于轴身402上且蜗轮12与轴身402为过盈配合。轴肩404上套设有支撑轴承15，支撑轴承15位于蜗轮12和凸缘403之间。齿轮本体401为助力齿轮4上与齿条的有齿段的齿条齿502相啮合的部分，齿轮本体401为螺旋齿轮，凸缘403、轴肩404和轴身402均为圆柱体且轴身402与轴肩404、凸缘403和齿轮本体401为同轴设置，轴身402的直径大于齿轮本体401的直径且轴身402的直径小于轴肩404和凸缘403的直径，轴肩404的直径小于凸缘403的直径，轴身402的一端与齿轮本体401固定连接，轴身402的另一端与轴肩404的一端固定连接，轴肩404的另一端与凸缘403固定连接。

如图1至图3、图5至图7所示，本发明的轻型商用车用电动助力转向系统还包括设置于转向机壳体6上的盖板7和设置于盖板7上且用于实现支撑轴承15轴向固定的端盖9，支撑轴承15位于盖板7的内部且支撑轴承15与盖板7为间隙配合。转向机壳体6具有容纳助力齿轮4和蜗轮12的容置腔，该容置腔在转向机壳体6的外表面形成有开口，盖板7设置在该开口处且盖板7用于封闭该开口，盖板7与转向机壳体6为可拆卸式连接。支撑轴承15为球轴承，支撑轴承15和蜗轮12与助力齿轮4均为过盈配合，支撑轴承15的内圈套设于轴肩404上，蜗轮12套设于轴身402上，支撑轴承15的内圈的两端端面分别与蜗轮12和凸缘403贴合，这样助力齿轮4上无需设置使用挡圈对蜗轮12和支撑轴承15进行轴向定位。而如果在助力齿轮4上加工挡圈槽用于安装挡圈，会在挡圈槽底部形成应力集中，在助力齿轮4输出扭矩较大时，会导致助力齿轮4出现损坏。如果在助力齿轮4上使用挡圈进行轴向定位，因为挡圈槽加工精度问题，不能够完全消除助力小齿轮轴向移动的间隙，导致传递的扭矩发生波动，甚至有异响发生。

在本发明中，为了消除上述两个问题，将支撑轴承15安装位置设置在助力齿轮4的凸缘403与蜗轮12之间，而且装配时直接将助力齿轮4的凸缘403和轴肩404分别与支撑轴承15的内圈的端面和蜗轮12的端面压平。因为蜗轮12与助力齿轮4过盈配合时所受到的轴向压入力远大于助力齿轮4与齿条啮合时产生的轴向力，助力齿轮4与蜗轮12之间固定牢靠，所以助力齿轮4不会发生轴向移动，可靠性更好。而且助力齿轮4不使用挡圈进行蜗轮12和轴承的轴向定位，即节省了一个挡圈零件的成本，也节省了挡圈槽加工成本，同时装配工序也简单、装配成本也下降。

如图1和图2所示，盖板7是通过多个螺栓16安装在转向机壳体6上，拆装操作方便，盖板7具有让螺栓16穿过的通孔，转向机壳体6具有让螺栓16插入的内螺纹孔。

如图5至图7所示，盖板7为圆环形结构，支撑轴承15和凸缘403位于盖板7的中心孔中，盖板7与助力齿轮4为同轴设置，端盖9安装在盖板7上且端盖9用于封闭盖板7的中心孔在盖板7的端面上形成的圆形开口，端盖9插入盖板7的中心孔中，盖板7的中心孔为位于盖板7中心处的圆孔。盖板7具有与支撑轴承15的外圈的第一端面贴合的第一限位面704和与端盖9的端面贴合的第二限位面705，支撑轴承15的外圈的第二端面与端盖9的端面贴合且端盖9的该端面与第二限位面705贴合。盖板7的中心孔包括沿轴向依次布置且相连通的大径孔701、中径孔702和小径孔703，大径孔701、中径孔702和小径孔703均为圆孔且大径孔701、中径孔702和小径孔703的直径依次减小，大径孔701的直径大小中径孔702的直径，中径孔702的直径大于小径孔703的直径，中径孔702位于大径孔701和小径孔703之间且小径孔703位于蜗轮12与中径孔702之间，支撑轴承15位于中径孔702中，端盖9插入大径孔701中。第一限位面704为在小径孔703与中径孔702之间形成的台阶面，第二限位面705为在中径孔702与大径孔701之间形成的台阶面，第一限位面704和第二限位面705均为圆环形平面，支撑轴承15的外圈的第一端面和第二端面为外圈相对两端的端面，外圈的第二端面与端盖9的插入大径孔701中的端部的端面贴合，端盖9压紧支撑轴承15，通过端盖9与盖板7的配合，实现支撑轴承15的轴向定位。

如图5至图7所示，支撑轴承15与盖板7为间隙配合，装配时，端盖9通过另外两个螺栓安装在盖板7上，端盖9与盖板7形成可拆卸式连接，方便拆装。端盖9的端面与支撑轴承15的外圈的一端端面贴合，从而让支撑轴承15轴向固定。由于支撑轴承15与盖板7、端盖9与盖板7的配合均为间隙配合，所以装配方便。端盖9采用两个螺栓压紧的方式，简单可靠。支撑轴承15的外圈的第一端面与盖板7的第一限位面704贴合，同时支撑轴承15的内圈的一端端面与蜗轮12的端面也为相贴合的状态，这样直接将支撑轴承15厚度的公差从装配尺寸链中消除，只需要通过控制图7中尺寸B(该尺寸B是指第一限位面704与第二限位面705之间的垂直距离)的加工精度，确保蜗轮12轴向位置精确，就可以保证蜗轮12和蜗杆13的中心线重合(蜗杆13的中心是确定的，图中尺寸A是指蜗杆13的中心与第二限位面705之间的垂直距离)，确保装配精度，工艺简单，加工方便。

如图1、图2和图8所示，本发明的轻型商用车用电动助力转向系统还包括设置于转向机壳体6上的弹性衬套8，转向机壳体6具有容纳弹性衬套8的安装孔，弹性衬套8与转向机壳体6为过盈配合。转向机壳体6安装在轻型商用车的车身上，转向机壳体6上设置多个安装点，转向机壳体6在各个安装点处是通过螺栓与轻型商用车的车身进行连接，各个安装点处分别设置一个安装孔，各个安装孔处分别设置一个弹性衬套8，各个安装点处的螺栓穿过弹性衬套8，转向机壳体6的安装孔为圆孔，弹性衬套8采用过盈配合的方式压入安装孔中。

如图8所示，弹性衬套8包括外套管801、内套管802以及设置于外套管801和内套管802之间且与外套管801和内套管802粘接的橡胶件803。内套管802和外套管801均为两端开口、内部中空的圆环形结构，内套管802和外套管801为同轴设置，外套管801的直径大于内套管802的直径，转向机壳体6的各个安装点处的螺栓穿过内套管802。橡胶件803的材质为橡胶，橡胶件803位于内套管802与外套管801之间的空腔中，外套管801和内套管802与橡胶件803采用硫化工艺粘结在一起。外套管801和内套管802为碳钢成型圆管，转向机壳体6的材质为铝合金，外套管801的外圆面与安装孔中的内圆面贴合，外套管801可以保证与转向机壳体6有足够的压入力，以防止在使用过程中出现松动问题。橡胶件803可以吸收从车辆传递过来的振动并起到缓冲作用。内套管802可以承受安装螺栓的锁紧力，与法兰面螺母配合使用，以防止螺栓出现松动。

如图1和图2所示，在本实施例中，转向机壳体6上设置两个安装点，两个安装点分别位于齿条的相对两侧，两个安装点并位于转向齿轮3和助力齿轮4之间，转向机壳体6在各个安装点处是通过一个螺栓与轻型商用车的车身进行连接，各个安装点处分别设置一个弹性衬套8。

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 (4)

1.轻型商用车用电动助力转向系统，包括转向机壳体、转向齿轮、助力齿轮和可移动的设置于转向机壳体中的齿条，其特征在于：所述齿条包括有齿段和无齿段，有齿段设有与所述助力齿轮和所述转向齿轮相啮合且为连续分布的多个齿条齿；

所述轻型商用车用电动助力转向系统还包括助力电机和与助力电机连接的减速机构，减速机构包括相啮合的蜗轮和蜗杆，蜗轮套设于所述助力齿轮上且蜗轮与助力齿轮同步旋转；

所述助力齿轮包括与所述齿条相啮合的齿轮本体和与齿轮本体相连接的轴身，所述蜗轮套设于轴身上且蜗轮与轴身为过盈配合；

所述助力齿轮还包括与轴身连接的轴肩和与轴肩连接的凸缘，轴肩上套设有支撑轴承，支撑轴承位于蜗轮和凸缘之间；

转向齿轮和助力齿轮均为螺旋齿轮，转向齿轮和助力齿轮的齿形旋向相反且螺旋角大小相同；齿条的有齿段设置一个，有齿段具有一定的长度，所有齿条齿为沿有齿段的长度方向依次布置且为等距分布，齿条齿用于嵌入助力齿轮和转向齿轮的位于相邻两个轮齿之间的齿槽中；齿条的无齿段设置两个且有齿段位于两个无齿段之间，无齿段未设置齿条齿，无齿段为具有一定长度的圆柱体，两个无齿段为同轴设置，转向齿轮和助力齿轮位于两个无齿段之间；

转向齿轮与助力齿轮的模数相同，转向齿轮的齿形为左旋齿形，助力齿轮的齿形为右旋齿形；齿条齿为直齿，无螺旋角；

所述轻型商用车用电动助力转向系统还包括设置于转向机壳体上的盖板和设置于盖板上且用于实现支撑轴承轴向固定的端盖，支撑轴承位于盖板的内部且支撑轴承与盖板为间隙配合；转向机壳体具有容纳助力齿轮和蜗轮的容置腔，该容置腔在转向机壳体的外表面形成有开口，盖板设置在该开口处且盖板用于封闭该开口，盖板与转向机壳体为可拆卸式连接；

支撑轴承为球轴承，支撑轴承和蜗轮与助力齿轮均为过盈配合，支撑轴承的内圈套设于轴肩上，支撑轴承的内圈的两端端面分别与蜗轮和凸缘贴合；

盖板为圆环形结构，支撑轴承和凸缘位于盖板的中心孔中，盖板与助力齿轮为同轴设置，端盖安装在盖板上且端盖用于封闭盖板的中心孔在盖板的端面上形成的圆形开口，端盖插入盖板的中心孔中，盖板的中心孔为位于盖板中心处的圆孔；

盖板具有与支撑轴承的外圈的第一端面贴合的第一限位面和与端盖的端面贴合的第二限位面，支撑轴承的外圈的第二端面与端盖的端面贴合且端盖的该端面与第二限位面贴合；盖板的中心孔包括沿轴向依次布置且相连通的大径孔、中径孔和小径孔，大径孔、中径孔和小径孔均为圆孔且大径孔、中径孔和小径孔的直径依次减小，大径孔的直径大小中径孔的直径，中径孔的直径大于小径孔的直径，中径孔位于大径孔和小径孔之间且小径孔位于蜗轮与中径孔之间，支撑轴承位于中径孔中，端盖插入大径孔中；第一限位面为在小径孔与中径孔之间形成的台阶面，第二限位面为在中径孔与大径孔之间形成的台阶面，第一限位面和第二限位面均为圆环形平面，支撑轴承的外圈的第一端面和第二端面为外圈相对两端的端面，外圈的第二端面与端盖的插入大径孔中的端部的端面贴合，端盖压紧支撑轴承，通过端盖与盖板的配合，实现支撑轴承的轴向定位；

支撑轴承与盖板为间隙配合，端盖与盖板形成可拆卸式连接；端盖的端面与支撑轴承的外圈的一端端面贴合，从而让支撑轴承轴向固定。

2.根据权利要求1所述的轻型商用车用电动助力转向系统，其特征在于：所述转向齿轮和所述助力齿轮驱动所述齿条移动时的旋转方向一致。

3.根据权利要求1所述的轻型商用车用电动助力转向系统，其特征在于：还包括设置于所述转向机壳体上的弹性衬套，转向机壳体具有容纳弹性衬套的安装孔，弹性衬套与转向机壳体为过盈配合。

4.根据权利要求3所述的轻型商用车用电动助力转向系统，其特征在于：所述弹性衬套包括外套管、内套管以及设置于外套管和内套管之间且与外套管和内套管粘接的橡胶件。