CN110466595B - 一种汽车用转向系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车用转向系统，包括方向盘、芯轴、转向管柱、中间轴、转向器以及管柱安装梁，所述管柱安装梁上固定有两块相互间隔的安装板，所述安装板上开有安装孔或固定有安装轴，所述第一万向节位于两块所述安装板之间，且所述第一万向节的中心与两块所述安装板上的所述安装孔或所述安装轴的轴线位于同一直线上，两块所述安装板均以自身上的所述安装孔或所述安装轴转动安装在车架上。本发明的中间轴不需要做成长度可调结构，大大降低了成型工艺要求，刚度更好，且调整管柱安装梁的角度时，只有第一万向节的相位角会改变，而第二万向节的相位角不会发生改变，从而减少了力矩波动。

Description

一种汽车用转向系统

技术领域

本发明涉及汽车转向领域，具体地说涉及一种汽车用转向系统。

背景技术

转向系统是汽车操纵稳定性能的重要部件，目前在轿车上普遍采用的一种汽车转向系统如说明书附图1所示，包括方向盘1、芯轴2、转向管柱3、中间轴4、转向器5以及管柱安装梁6，转向管柱3与管柱安装梁6固定连接，芯轴2转动套装在转向管柱3内且芯轴2的两端均穿出转向管柱3，方向盘1与芯轴2的一端固接，中间轴4的一端通过第一万向节7与芯轴2的另一端连接，中间轴4的另一端通过第二万向节8与转向器5连接，转向器5固定在车架上，A点为方向盘的中心点，B点为第一万向节的中心点，C点为第二万向节的中心点，AB为转向管柱的中心线，BC为中间轴的中心线。

在上述转向系统的基础上，为满足不同人群操作方向盘的舒适性，转向管柱3通常要设计成角度可调(调节角度通常在±3°以内)，目前转向管柱3的角度可调是通过管柱安装梁6的安装角度可调实现的，如图1所示，管柱安装梁6上开有安装孔，管柱安装梁6通过穿过该安装孔的螺钉9安装在车架上，这样，管柱安装梁6可绕螺钉9转动而调节角度，需要调节时，松退螺栓9，然后转动管柱安装梁6，最后拧紧螺钉9，再在管柱安装梁6的其它位置通过另外的固定件，如螺栓、销等将管柱安装梁6和车架固紧，而现有技术中，螺钉9的轴线与第一万向节7的中心不在同一直线上，这会导致以下缺陷：

万向节的相位角的选取直接影响中间轴的力矩波动特性，一般会通过理论计算得出最佳相位角，装车时为设计位置(调节前)，调节转向管柱时，由于螺钉的位置不变，而螺钉的轴线与第一万向节的中心不重合，因此，转向管柱的中心线AB绕螺钉的轴线产生角度变化必然导致第一万向节的中心点B偏离设计位置，又由于转向器是固定不动的，因此第二万向节的中心点C的位置不会变化，这样，B点的位置变动必然导致中间轴的中心线BC绕C点发生角度偏离，且中间轴的长度BC必须要适应性的增长和缩短，如图1所示，虚线为设计位置芯轴与中间轴的中心线，单点划线为上调极限位置芯轴与中间轴的中心线，双点划线为下调极限位置芯轴与中间轴的中心线，不管朝那个方向调整转向管柱的角度，都会导致第一万向节的中心点B偏离设计位置，中间轴的中心线偏离设计角度，第二万向节的相位角相对设计的最佳相位角发生改变，中间轴的长度改变，由此造成了两个问题：

一是，中间轴必须是长度可调结构，现有技术一般采用由套管41和套设在套管内的花键轴42构成，这种结构对成型工艺技术要求较高，增加了设计成本，同时中间轴刚度也会变差；

二是，调节管柱安装梁的角度时，总是其中一个万向节的夹角变大，另一个万向节的夹角变小，所以两个万向节的相位角差值增加，最终导致力矩变差。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种汽车用转向系统，可以实现中间轴不需要做成长度可调结构的目的，且调整管柱安装梁的角度时，只有第一万向节的相位角会改变，而第二万向节的相位角不会发生改变。

为实现上述目的，本发明提出一种汽车用转向系统，包括方向盘、芯轴、转向管柱、中间轴、转向器以及管柱安装梁，所述转向管柱与所述管柱安装梁固定连接，所述芯轴转动套装在所述转向管柱内且所述芯轴的两端均穿出所述转向管柱，所述方向盘与所述芯轴的一端固接，所述中间轴的一端通过第一万向节与所述芯轴的另一端连接，所述中间轴的另一端通过第二万向节与所述转向器连接，所述转向器固定在车架上，所述管柱安装梁上固定有两块相互间隔的安装板，所述安装板上开有安装孔或固定有安装轴，所述第一万向节位于两块所述安装板之间，且所述第一万向节的中心与两块所述安装板上的所述安装孔或所述安装轴的轴线位于同一直线上，两块所述安装板均以自身上的所述安装孔或所述安装轴转动安装在车架上。

可选地，所述管柱安装梁由可拆卸相连的上壳体和下壳体构成，所述转向管柱与所述上壳体固定连接，两块所述安装板固定在所述下壳体上，所述上壳体和所述下壳体上均开有供所述芯轴穿过的让位孔。

可选地，所述第一万向节为十字轴式万向节，所述第一万向节的与所述芯轴连接的万向节叉的旋转轴线与两块所述安装板上的所述安装孔或所述安装轴的轴线位于同一直线上。

可选地，所述安装板上开有安装孔，所述安装孔贯通所述安装板，所述安装板采用旋转机构和螺栓实现以自身上的所述安装孔转动安装在车架上；

所述旋转机构包括螺纹套筒、弹性套筒以及压紧块，所述螺纹套筒的内壁上制有与所述螺栓相配合的内螺纹，所述螺纹套筒的一端外壁上设有无法穿过所述安装孔的第一限位凸缘，所述弹性套筒上开有使得所述弹性套筒在周向上断开的缺口，所述螺纹套筒套装在所述安装孔内，所述弹性套筒套装在所述螺纹套筒的外壁和所述安装孔的孔壁之间，所述第一限位凸缘位于所述安装孔的一侧，所述螺栓穿过车架而从所述安装孔的另一侧旋接在所述螺纹套筒内，所述压紧块上开有通孔，所述压紧块以所述通孔活动套设在所述螺栓上并位于所述安装板和车架之间，所述压紧块的面向所述安装板的一侧面于所述通孔的四周设有环形凸台，所述环形凸台与所述螺纹套筒相互抵触，所述压紧块与所述第一限位凸缘之间的间距大于所述安装板的厚度。

可选地，所述旋转机构还包括固定套筒，所述固定套筒的一端外壁上设有无法穿过所述安装孔的第二限位凸缘，所述固定套筒套装在所述螺纹套筒和所述弹性套筒之间并与所述螺纹套筒过盈配合，所述第二限位凸缘贴合所述第一限位凸缘。

可选地，所述螺纹套筒的另一端外壁上沿周向开有内凹的第一环形台阶，所述固定套筒的另一端内壁上沿周向开有内凹的第二环形台阶，所述环形凸台卡入所述第一环形台阶和第二环形台阶内而与所述第一环形台阶和第二环形台阶构成凹凸配合。

可选地，所述压紧块的面向车架的一侧面设有防滑凸起。

可选地，所述缺口呈条形并在所述弹性套筒上螺旋延伸。

本发明的原理详见具体实施方式部分，有益效果体现在：

本发明的中间轴不需要做成长度可调结构，大大降低了成型工艺要求，刚度更好，且调整管柱安装梁的角度时，只有第一万向节的相位角会改变，而第二万向节的相位角不会发生改变，从而减少了力矩波动。

本发明结构简单，可应用到不同车型，利于平台化推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为现有一种汽车转向系统的结构示意图。

图2为本发明提供的一实施例汽车用转向系统的结构示意图。

图3为图1所示汽车用转向系统中下壳体与安装板和旋转机构的结构示意图(其中一处旋转机构做分解示意)。

图4是图3所式安装板采用旋转机构和螺栓转动安装在车架上的剖面结构示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				1	方向盘	10	旋转机构
2	芯轴	101	螺纹套筒
				3	转向管柱	1011	第一限位凸缘
4	中间轴	1012	第一环形台阶
				41	套管	102	固定套筒
42	花键轴	1021	第二限位凸缘
				5	转向器	1022	第二环形台
6	管柱安装梁	103	弹性套筒
				7	第一万向节	1031	缺口
8	第二万向节	104	压紧块
				9	螺钉	1041	通孔
61	上壳体	1042	环形凸台
				62	下壳体	1043	防滑凸起
63	安装板	11	螺栓
				64	安装孔	12	车架
65	让位孔

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

请参阅图2和图3，本发明汽车用转向系统，包括方向盘、芯轴2、转向管柱3、中间轴4、转向器以及管柱安装梁6，所述转向管柱3与所述管柱安装梁6固定连接，所述芯轴2转动套装在所述转向管柱3内且所述芯轴2的两端均穿出所述转向管柱3，所述方向盘与所述芯轴2的一端固接，所述中间轴4的一端通过第一万向节7与所述芯轴2的另一端连接，所述中间轴4的另一端通过第二万向节8与所述转向器连接，所述转向器固定在车架12上，因方向盘和转向器的结构、方向盘与芯轴的连接结构以及转向器与中间轴的连接结构不是本发明的改进之处，完全可以采用包括图1所示结构在内的现有技术，对本领域技术人员来说是公知的，因此为简洁描述起见，图2中省去了方向盘和转向器，不做过多描述；

所述管柱安装梁6上固定有两块相互间隔的安装板63，所述安装板63上开有安装孔64或安装轴，所述第一万向节7位于两块所述安装板63之间，且所述第一万向节7的中心与两块所述安装板63上的所述安装孔64或所述安装轴的轴线位于同一直线上，两块所述安装板63均以自身上的所述安装孔64或所述安装轴转动安装在车架12上。

轴和孔配合实现转动安装是本领域的公知常识，本发明安装板以自身上的安装孔或安装轴转动安装在车架上，即是当安装板上设置的是安装轴时，需要在车架上开设与安装轴转动配合的孔，这对本领域技术人员来说是现有技术，不需要附图就可以理解和实施，因此为简洁描述起见，不在附图赘示，而当安装板上设置的是安装孔时(附图例示的就是安装孔的情形)，就需要设置与安装孔转动配合的轴，该轴可以固定，也可以不固定在车架上，比如图1中的螺栓，或销等都可以使用，这对本领域技术人员来说也是现有技术，不需要附图就可以理解和实施，因此为简洁描述起见，不在附图赘示。

两块所述安装板均以自身上的所述安装孔或所述安装轴转动安装在车架上，本质上就是管柱安装梁以此实现了转动安装在车架上，本发明和现有技术一样，也是通过管柱安装梁的角度可调实现转向管柱的角度可调，而本发明中，不管是以安装孔还是安装轴实现转动安装，在调节管柱安装梁的角度时，管柱安装梁是绕安装孔或安装轴的轴线旋转改变角度，而转向管柱是绕第一万向节的中心与转动改变角度，由于第一万向节的中心与两块安装板上的安装孔或安装轴的轴线位于同一直线上，因此，管柱安装梁和转向管柱相当于是同时绕一根轴线进行转动，而管柱安装梁的安装位置是固定的，这样，第一万向节的中心就不会发生位置改变而偏离设计位置，继而中间轴的中心线也不会偏离设计角度，中间轴的长度也不会发生变化，第二万向节的相位角相对设计的最佳相位角也不会发生改变，因此，本发明的中间轴不需要做成长度可调结构，大大降低了成型工艺要求，刚度更好，且调整管柱安装梁的角度时，只有第一万向节的相位角会改变，而第二万向节的相位角不会发生改变，从而减少了力矩波动。

虽然以安装孔实现转动安装在现有技术中存在很多具体实施结构，但是，本发明为了更加方便地调节管柱安装梁的角度，在一实施例中，请参见图2至图4，在所述安装板63上开有安装孔64时，设计一种所述安装板63采用旋转机构10和螺栓11实现以自身上的所述安装孔64转动安装在车架上的方案，具体为：

所述安装孔64贯通所述安装板63，所述旋转机构10包括螺纹套筒101、弹性套筒103以及压紧块104，所述螺纹套筒101的内壁上制有与所述螺栓11相配合的内螺纹，所述螺纹套筒101的一端外壁上设有无法穿过所述安装孔64的第一限位凸缘1011，所述弹性套筒103上开有使得所述弹性套筒103在周向上断开的缺口1031，所述螺纹套筒101套装在所述安装孔64内，所述弹性套筒103套装在所述螺纹套筒101的外壁和所述安装孔64的孔壁之间，所述第一限位凸缘1011位于所述安装孔64的一侧，所述螺栓11穿过车架12而从所述安装孔64的另一侧旋接在所述螺纹套筒101内，所述压紧块104上开有通孔1041，所述压紧块104以所述通孔1041活动套设在所述螺栓11上并位于所述安装板63和车架12之间，所述压紧块104的面向所述安装板63的一侧面于所述通孔1041的四周设有环形凸台1042，所述环形凸台1042与所述螺纹套筒101相互抵触，所述压紧块104与所述第一限位凸缘1011之间的间距大于所述安装板63的厚度。这样设计，螺纹套筒相当于是螺母，压紧块相当于是垫片，这样随着螺栓的旋紧，螺栓的螺帽和压紧块之间的间距缩小，最终可将车架牢牢夹紧，实现螺栓、螺纹套筒和环形凸台固定在车架上，而另一方面，由于弹性套筒具有缺口，因此，弹性套筒在周向上经由缺口可以进行弹性收缩，外径也就可变小，这样转动安装板时，安装孔的孔壁挤压弹性套筒收缩，安装板即可转动，转动停止后，弹性套筒恢复，重新对安装孔的孔壁形成胀紧作用，且由于压紧块与第一限位凸缘之间的间距大于安装板的厚度，因此不会妨碍安装板进行转动。

当然，仅靠弹性套筒的胀紧作用是不可能固定住安装板的，本发明可以和现有技术一样，在安装板角度调节好后，再在管柱安装梁的其它位置通过另外的固定件，如螺栓、销等将管柱安装梁和车架固紧，将两个部件相互固定是本领域的公知常识，为简洁起见，不做赘述。

在一实施例中，请参见图3和图4，所述旋转机构10还包括固定套筒102，所述固定套筒102的一端外壁上设有无法穿过所述安装孔64的第二限位凸缘1021，所述固定套筒102套装在所述螺纹套筒101和所述弹性套筒103之间并与所述螺纹套筒101过盈配合，所述第二限位凸缘1021贴合所述第一限位凸缘1011。固定套筒起到过渡的作用，相当于增大螺纹套筒的直径和第一限位凸缘的厚度，从而适应更大尺寸的安装孔。

在一实施例中，请参见图3和图4，所述螺纹套筒101的另一端外壁上沿周向开有内凹的第一环形台阶1012，所述固定套筒102的另一端内壁上沿周向开有内凹的第二环形台阶1022，所述环形凸台1042卡入所述第一环形台阶1012和第二环形台阶1022内而与所述第一环形台阶1012和第二环形台阶1022构成凹凸配合。这样设计，通过环形凸台与第一环形台阶和第二环形台阶构成凹凸配合，可以使三者形成限位作用，从而可以提高结构的精准度和稳定性。

在一实施例中，请参见图3，所述压紧块104的面向车架12的一侧面设有防滑凸起1043。这样设计，可以增大压紧块与车架之间的摩擦力，进一步提高夹紧牢固性。

在一实施例中，请参见图3，所述缺口1031呈条形并在所述弹性套筒103上螺旋延伸。这样设计，缺口对弹性套筒的整体圆度影响较小，能够保证与安装孔的同轴度。

具体实施中，螺纹套筒和固定套筒采用钢材制作，弹性套筒采用PP材料制作。

在一实施例中，请参见图2和图3，所述管柱安装梁6由可拆卸相连的上壳体61和下壳体62构成，所述转向管柱3与所述上壳体61固定连接，两块所述安装板63固定在所述下壳体62上，所述上壳体61和所述下壳体62上均开有供所述芯轴2穿过的让位孔65。这样设计，方便制作安装，具体实施中，上壳体61和下壳体62采用三个以上的螺栓可拆卸相连。

在一实施例中，参见图1，所述第一万向节7为十字轴式万向节，所述第一万向节7的与所述芯轴2连接的万向节叉的旋转轴线与两块所述安装板63上的所述安装孔64或所述安装轴的轴线位于同一直线上。用十字轴式万向节，力矩传递效果更好，其与芯轴连接的万向节叉的旋转轴线与两块安装板上的安装孔或安装轴的轴线位于同一直线上，可以保证在调节角度时，管柱安装量和转向管柱绕同一直线进行转动。

具体实施中，所述第二万向节8也选用十字轴式万向节。

本发明以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种汽车用转向系统，包括方向盘、芯轴、转向管柱、中间轴、转向器以及管柱安装梁，所述转向管柱与所述管柱安装梁固定连接，所述芯轴转动套装在所述转向管柱内且所述芯轴的两端均穿出所述转向管柱，所述方向盘与所述芯轴的一端固接，所述中间轴的一端通过第一万向节与所述芯轴的另一端连接，所述中间轴的另一端通过第二万向节与所述转向器连接，所述转向器固定在车架上，其特征在于，所述管柱安装梁上固定有两块相互间隔的安装板，所述安装板上开有安装孔或固定有安装轴，所述第一万向节位于两块所述安装板之间，且所述第一万向节的中心与两块所述安装板上的所述安装孔或所述安装轴的轴线位于同一直线上，两块所述安装板均以自身上的所述安装孔或所述安装轴转动安装在车架上；

所述安装板上开有安装孔，所述安装孔贯通所述安装板，所述安装板采用旋转机构和螺栓实现以自身上的所述安装孔转动安装在车架上；

所述旋转机构包括螺纹套筒、弹性套筒以及压紧块，所述弹性套筒上开有使得所述弹性套筒在周向上断开的缺口，所述螺纹套筒套装在所述安装孔内，所述弹性套筒套装在所述螺纹套筒的外壁和所述安装孔的孔壁之间。

2.如权利要求1所述的汽车用转向系统，其特征在于，所述管柱安装梁由可拆卸相连的上壳体和下壳体构成，所述转向管柱与所述上壳体固定连接，两块所述安装板固定在所述下壳体上，所述上壳体和所述下壳体上均开有供所述芯轴穿过的让位孔。

3.如权利要求1或2所述的汽车用转向系统，其特征在于，所述第一万向节为十字轴式万向节，所述第一万向节的与所述芯轴连接的万向节叉的旋转轴线与两块所述安装板上的所述安装孔或所述安装轴的轴线位于同一直线上。

4.如权利要求1或2所述的汽车用转向系统，其特征在于，所述螺纹套筒的内壁上制有与所述螺栓相配合的内螺纹，所述螺纹套筒的一端外壁上设有无法穿过所述安装孔的第一限位凸缘，所述第一限位凸缘位于所述安装孔的一侧，所述螺栓穿过车架而从所述安装孔的另一侧旋接在所述螺纹套筒内，所述压紧块上开有通孔，所述压紧块以所述通孔活动套设在所述螺栓上并位于所述安装板和车架之间，所述压紧块的面向所述安装板的一侧面于所述通孔的四周设有环形凸台，所述环形凸台与所述螺纹套筒相互抵触，所述压紧块与所述第一限位凸缘之间的间距大于所述安装板的厚度。

5.如权利要求4所述的汽车用转向系统，其特征在于，所述旋转机构还包括固定套筒，所述固定套筒的一端外壁上设有无法穿过所述安装孔的第二限位凸缘，所述固定套筒套装在所述螺纹套筒和所述弹性套筒之间并与所述螺纹套筒过盈配合，所述第二限位凸缘贴合所述第一限位凸缘。

6.如权利要求5所述的汽车用转向系统，其特征在于，所述螺纹套筒的另一端外壁上沿周向开有内凹的第一环形台阶，所述固定套筒的另一端内壁上沿周向开有内凹的第二环形台阶，所述环形凸台卡入所述第一环形台阶和第二环形台阶内而与所述第一环形台阶和第二环形台阶构成凹凸配合。

7.如权利要求4所述的汽车用转向系统，其特征在于，所述压紧块的面向车架的一侧面设有防滑凸起。

8.如权利要求4所述的汽车用转向系统，其特征在于，所述缺口呈条形并在所述弹性套筒上螺旋延伸。

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