CN111776064A - 一种中卡商用车用的电动循环球转向器总成 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种中卡商用车用的电动循环球转向器总成，属转向器总成技术领域。该转向器总成由行星减速机构、转向电机、转向机构构成，行星减速机构上分别设置有转向电机和转向机构。该转向器总成的行星减速机构通过齿轮之间的啮合传动，能使传动效率≥0.92，而能有效提高传动效率，进而降低转向电机的能耗；通过螺旋弹道配合钢球能减小摩擦，而能进一步减小能量损失，而能进一步降低能耗；通过传感器能测定转向螺杆的转动角度而测定输出轴的转动角度，而能有效测定转向角度；解决了传统电助力转向系统存在的传动效率低而导致转向电机能耗较高的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种中卡商用车用的电动循环球转向器总成，属转向器总成技术领域。
背景技术
电动助力转向系统(Electric Power Steering，缩写EPS)是一种直接依靠电机提供辅助扭矩的动力转向系统，与传统的液压助力转向系统HPS(Hydraulic PowerSteering)相比，EPS系统具有很多优点。EPS主要由扭矩传感器、车速传感器、电动机、行星减速机构和电子控制单元(ECU)等组成。相比传统液压动力转向系统，电动助力转向系统具有以下优点:1、只在转向时电机才提供助力，可以显著降低能源消耗，传统的液压助力转向系统由发动机带动转向油泵，不管转向或者不转向都要消耗发动机部分动力。而电动助力转向系统只是在转向时才由电机提供助力，不转向时不消耗能量，与液压助力转向系统对比试验表明:在不转向时，电动助力转向系统正常行驶时，可以降低燃油消耗2.5%;在转向时，可以降低5.5%；2、转向助力大小可以通过软件调整，能够兼顾低速时的转向轻便性和高速时的操纵稳定性，回正性能好，传统的液压助力转向系统所提供的转向助力大小不能随车速的提高而改变，这样就使得车辆虽然在低速时具有良好的转向轻便性，但是在高速行驶时转向盘太轻，产生转向“发飘”的现象，驾驶员缺少显著的“路感”，降低了高速行驶时的车辆稳定性和驾驶员的安全感，电动助力转向系统提供的助力大小可以通过软件方便的调整，在低速时，电动助力转向系统可以提供较大的转向助力，提供车辆的转向轻便性，随着车速的提高，电动助力转向系统提供的转向助力可以逐渐减小，转向时驾驶员所需提供的转向力将逐渐增大，这样驾驶员就感受到明显的“路感”，提高了车辆稳定性，电动助力转向系统还可以施加一定的附加回正力矩或阻尼力矩，使得低速时转向盘能够精确的回到中间位置，而且可以抑制高速回正过程中转向盘的振荡和超调，兼顾了车辆高、低速时的回正性能；3、结构紧凑，质量轻，生产线装配好，易于维护保养，电动助力转向系统取消了液压转向油泵、油缸、液压管路、油罐等部件，而且电机及行星减速机构可以和转向柱、转向器做成一个整体，使得整个转向系统结构紧凑，质量轻，在生产线上的装配性好，节省装配时间，易于维护保养；4、通过程序的设置，电动助力转向系统容易与不同车型匹配，可以缩短生产和开发的周期。
目前电助力转向系统所用的减速机构为常规的蜗轮蜗杆减速机构的形式，其存在传动效率低而导致转向电机的能源消耗较高，特别是对于新能源汽车，其对电池的负荷较高，易导致续航里程缩短。
发明内容
本发明的发明目的是：提供一种能有效提高传动效率，而降低能源消耗，以解决传统电助力转向系统存在的传动效率低而导致转向电机能耗高问题的中卡商用车用的电动循环球转向器总成。
本发明的技术方案是：
一种中卡商用车用的电动循环球转向器总成,它由行星减速机构、转向电机、转向机构构成，行星减速机构上分别设置有转向电机和转向机构，其特征在于：行星减速机构由装配壳体、太阳轴、行星架和行星轮构成，装配壳体内通过轴承安装有太阳轴，太阳轴端头的装配壳体上通过轴承安装有行星架，行星架通过轴承与太阳轴活动连接；行星架一侧的装配壳体内壁上设置有内齿圈，太阳轴四周的行星架上通过行星轮销轴安装有行星轮，行星轮分别与太阳轴和内齿圈啮合。
所述的行星架一侧设置有二级减速轮，二级减速轮与行星架啮合。
进一步，所述的行星架一侧设置有二级减速轮，二级减速轮与行星架之间的装配壳体上通过轴承活动安装有惰轮，惰轮分别与二级减速轮和行星架啮合连接。
所述的行星轮销轴一端与行星架过盈连接，行星轮销轴的另一端通过滑动轴承与行星轮活动连接。
所述的行星架的横截面呈T字形。
所述的装配壳体上固装有转向电机，转向电机的输出轴通过四爪联轴器与太阳轴连接。
所述的转向机构由转向器壳体、转向螺杆、转向螺母、输出轴和传感器构成，转向器壳体内通过轴承活动安装有转向螺杆，转向螺杆上活动套装有转向螺母，转向螺杆一侧的转向器壳体上设置有输出轴，输出轴端头与转向螺母啮合；转向螺杆一端端头的转向壳体上设置有传感器；所述的转向螺杆的另一端端头与二级减速齿轮固定连接。
所述的传感器由上盖、输入轴、扭杆、传感器定子和传感器转子构成，上盖内通过轴承活动安装有输入轴，输入轴为管状体，输入轴内插装有扭杆，扭杆通过圆柱销与输入轴连接；输入轴圆周上焊接有传感器定子，传感器定子一侧的输入轴上套装有传感器转子；所述的传感器转子与转向螺杆固定连接；输入轴通过滑动轴承与转向螺杆活动连接；扭杆与转向螺杆插装连接；上盖通过中间壳体与转向器壳体固定连接，中间壳体通过轴承与转向器螺杆活动连接。
所述的转向螺杆圆周上和转向螺母内壁上分别设置有螺旋弹道，螺旋弹道之间通过钢珠活动连接。
本发明的有益效果在于：
该中卡商用车用的电动循环球转向器总成的行星减速机构通过齿轮之间的啮合传动，能使传动效率≥0.5，而能有效提高传动效率，进而降低转向电机的能耗；通过螺旋弹道配合钢球能减小摩擦，而能进一步减小能量损失，而能进一步降低能耗；通过传感器能测定转向螺杆的转动角度而测定输出轴的转动角度，而能有效测定转向角度；解决了传统电助力转向系统存在的传动效率低而导致转向电机能耗较高的问题。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明改进型的结构示意图；
图3是本发明惰轮的装配示意图。
图中：1、转向电机，2、装配壳体，3、太阳轴，4、行星架，5、行星轮，6、内齿圈，7、行星轮销轴，8、二级减速轮，9、惰轮，10、四爪联轴器，11、转向器壳体，12、转向螺杆，13、转向螺母，14、输出轴，15、上盖，16、输入轴，17、扭杆，18、传感器定子，19、传感器转子，20、中间壳体，21、螺旋弹道，22、钢珠。
具体实施方式
该中卡商用车用的电动循环球转向器总成由行星减速机构、转向电机1、转向机构构成，行星减速机构上分别设置有转向电机1和转向机构，行星减速机构由装配壳体2、太阳轴3、行星架4和行星轮5构成，装配壳体2内通过轴承安装有太阳轴3，太阳轴3端头设置有花键，太阳轴3端头的装配壳体2上通过轴承安装有行星架4，行星架4的横截面呈T字形；行星架4通过轴承与太阳轴3活动连接；行星架4一侧的装配壳体2内壁上设置有内齿圈6，太阳轴3四周的行星架3上通过行星轮销轴7安装有行星轮5，行星轮销轴7一端与行星架4过盈连接，行星轮销轴7的另一端通过滑动轴承与行星轮5活动连接，行星轮5分别与太阳轴3的花键和内齿圈7啮合，太阳轴3转动过程中，太阳轴3带动行星轮5能以行星轮销轴7为轴心自转，同时在太阳轴3和内齿圈7的作用下使行星轮5以太阳轴为轴心公转，行星轮5以太阳轴3为轴心进行公转时，通过行星轮销轴7带动行星架4以太阳轴3为轴心转动而使行星架4相对于太阳轴3做减速运动，且太阳轴3、行星轮5、内齿圈6之间均为直齿轮啮合传动，相对于涡轮蜗杆的斜齿轮传动，其传动效率较高；行星架4一侧设置有二级减速轮8，行星架4上设置有花键，二级减速轮8与行星架4上的花键啮合，行星架4上的花键直径小于二级减速轮8的直径，行星架4转动时，通过花键带动二级减速轮8转动，使二级减速轮8相对于行星架做减速运动，使二级减速轮的转动角速度相对于太阳轴3的转动角速度进一步降低；装配壳体2上固装有转向电机1，转向电机1的输出轴通过四爪联轴器10与太阳轴3连接，四爪联轴器10包括连接A、连接爪B和弹性件，转向电机1的输出轴端面呈90度均布有连接爪A，太阳轴3端面呈90度均布欧连接爪B，连接爪A与连接爪B通过弹性件连接。
作为改进，行星架4一侧设置有二级减速轮8，二级减速轮8与行星架4之间的装配壳体2上通过轴承活动安装有惰轮9，惰轮9分别与二级减速轮8和行星架4啮合连接，在保证减速比的情况下通过惰轮9使二级减速轮8与行星架4的花键直径等比例缩小，而能大幅减小二级减速轮8的直径，由此减小二级减速轮8占用的体积，进而减小行星减速机构的占用体积，而便于行星减速机构在发动机机舱内的安装。
转向机构由转向器壳体11、转向螺杆12、转向螺母13、输出轴14和传感器构成，转向器壳体11内通过轴承活动安装有转向螺杆12，转向螺杆12上活动套装有转向螺母13，转向螺杆12圆周上和转向螺母13内壁上分别设置有螺旋弹道21，螺旋弹道21之间通过钢珠22活动连接，螺旋弹道21配合钢珠22能将转向螺母13与转向螺杆12之间的滑动摩擦转变为转向螺母13与钢珠22及转向螺杆12与钢珠22之间的滚动摩擦，由此减小摩擦阻力，且减小转向螺杆12和转向螺母13的磨损；转向螺杆12一侧的转向器壳体11上设置有输出轴14，输出轴14端头与转向螺母13啮合，转向螺母13在转向螺杆12的作用下沿着转向螺杆12运动时，转向螺母13能带动输出轴14转动，由此能带动与输出轴14连接的车轮进行偏转而进行转向；转向螺杆12一端端头的转向壳体11上设置有传感器；传感器由上盖15、输入轴16、扭杆17、传感器定子18和传感器转子19构成，上盖15内通过轴承活动安装有输入轴16，输入轴16为管状体，输入轴16通过滑动轴承与转向螺杆12活动连接；输入轴16内插装有扭杆17，扭杆17通过圆柱销与输入轴16连接；输入轴16圆周上焊接有传感器定子18，传感器定子18一侧的输入轴16上套装有传感器转子19，传感器转子19与转向螺杆12固定连接；扭杆17与转向螺杆12插装连接；上盖15通过中间壳体20与转向器壳体11固定连接，中间壳体20通过轴承与转向器螺杆12活动连接；转向螺杆12的另一端端头与二级减速齿轮8固定连接；二级减速齿轮8转动时，二级减速齿轮8带动转向螺杆12转动，转向螺杆12带动传感器转子19转动，同时转向螺杆12带动扭杆17转动，进而使扭杆17带动输入轴16转动，在输入轴16转动过程中带动传感器定子18转动，扭杆17带动输入轴16转动过程中，扭杆17发生形变而使传感器转子19相对于传感器定子18偏转，通过传感器转子19相对于传感器定子18的偏转角度而测得转向螺杆12的转动角度，进而测得转向螺母13相对于转向螺杆12的行程，由此测得输入轴14的转动角度；传感器转子19和传感器定子18分别与ECU模块连接，ECU模块检测传感器转子19和传感器定子18的状态，传感器转子19相对于传感器定子18偏转时，ECU模块通过传感器转子19相对于传感器定子18偏转角度计算输出轴14的转动角度。
该中卡商用车用的电动循环球转向器总成在出厂前，需进行能耗及传动效率检测，其所使用的检测装置为《齿轮传动效率测定试验装置的研究进展》中所述的“电机消功器式”，其包括如下步骤：
将工件（中卡商用车用的电动循环球转向器总成）固定在检测装置一侧，工件固定后，将工件的输出轴14通过连接套筒与检测装置的增速器输入轴连接；
工件的输出轴14连接完成后，在检测装置的直流电机与耗能可变电阻之间串联功率表A，以通过功率表A对工件的输出功率进行检测；
功率表A连接完成后，将工件的转向电机1通过ECU模块与电源连接，并在电源与转向电机1之间串联功率表B，以通过功率表B对工件的输入功率进行检测；
功率表B连接完成后，将工件的传感器定子18和传感器转子19分别与ECU模块连接，以检测工件输出轴14的转动角度；
传感器定子18和传感器转子19连接完成后，在ECU模块中设定工件输出轴14的转动角度为-36度-36度之间的任一角度值，并设定工件转向电机1的转速为133r/min；转动角度和转速设定完成后，启动功率表B和功率表A，通过ECU模块启动工件的转向电机1，使工件的转向电机1依次通过新型减速机构、转向机构带动输出轴14转动，在工件输出轴14转动过程中通过功率表B对工件的输入功率进行测量，通过功率表A对工件的输出功率进行测量；重复该步骤5-10次对工件的输入功率和输出功率进行多次测量，并计算工件的输入功率和输出功率的平均值，取工件的输入功率平均值为P1，取工件的输出功率平均值为P2；
通过公式
计算工件的传动效率值
；
工件的传动效率值
计算完成后，对工件的能耗及传动效率进行评估，工件的输出功率P2越高，输出轴14偏转越快，而输出轴14偏转至设定角度所使用的时间越短，由此工件的输出功率P2≥394.5w时，评估工件的能耗合格，工件的输出功率P2＜394.5w时，评估工件的能耗不合格；工件的传动效率值
≥0.5时，评估工件的传动效率合格，工件的传动效率值
＜0.5时，评估工件的传动效率不合格；工件的能耗合格且传动效率合格时工件合格，工件的能耗且传动效率任一一项不合格时工件不合格。（参考表1《工件的能耗及传动效率统计表》）
表1 工件的能耗及传动效率统计表
该中卡商用车用的电动循环球转向器总成工作时，启动转向电机1，使转向电机1转动，而通过四爪联轴器10带动太阳轴3转动，太阳轴3转动过程中通过花键带动行星轮5转动，使行星轮5转动过程中在太阳轴3和内齿圈6的共同作用下，同时在行星轮销轴7的作用下带动行星架4相对于太阳轴3做减速运动，行星架4相对于太阳轴3减速转动过程中带动二级减速轮8转动，使二级减速轮8相对于太阳轴3做进一步减速转动，二级减速轮8转动过程中，带动转向螺杆12转动，转向螺杆12转动过程中，通过钢球22与螺旋弹道21配合带动转向螺母13沿着转向螺杆12运动，而使转向螺母13带动输出轴14转动；转向螺杆12转动过程中同时带动扭杆17和传感器转子19转动，使扭杆依次通过圆柱销、输入轴16带动传感器定子18转动，使传感器转子19和传感器定子18发生偏转，而测得输出轴14的转动角度。
该中卡商用车用的电动循环球转向器总成的行星减速机构通过齿轮之间的啮合传动，能使传动效率≥0.5，而能有效提高传动效率，进而降低转向电机的能耗；通过螺旋弹道21配合钢球22能减小摩擦，而能进一步减小能量损失，而能进一步降低能耗；通过传感器能测定转向螺杆的转动角度而测定输出轴的转动角度，而能有效测定转向角度；解决了传统电助力转向系统存在的传动效率低而导致转向电机能耗较高的问题。
Claims (8)
1.一种中卡商用车用的电动循环球转向器总成,它由行星减速机构、转向电机（1）、转向机构构成，行星减速机构上分别设置有转向电机（1）和转向机构，其特征在于：行星减速机构由装配壳体（2）、太阳轴（3）、行星架（4）和行星轮（5）构成，装配壳体（2）内通过轴承安装有太阳轴（3），太阳轴（3）端头的装配壳体（2）上通过轴承安装有行星架（4），行星架（4）通过轴承与太阳轴（3）活动连接；行星架（4）一侧的装配壳体（2）内壁上设置有内齿圈（6），太阳轴（3）四周的行星架（3）上通过行星轮销轴（7）安装有行星轮（5），行星轮（5）分别与太阳轴（3）和内齿圈（7）啮合；行星架（4）一侧设置有二级减速轮（8），二级减速轮（8）与行星架（4）啮合。
2.根据权利要求1所述的一种中卡商用车用的电动循环球转向器总成，其特征在于：所述的行星架（4）一侧设置有二级减速轮（8），二级减速轮（8）与行星架（4）之间的装配壳体（2）上通过轴承活动安装有惰轮（9），惰轮（9）分别与二级减速轮（8）和行星架（4）啮合连接。
3.根据权利要求1所述的一种中卡商用车用的电动循环球转向器总成，其特征在于：所述的行星轮销轴（7）一端与行星架（4）过盈连接，行星轮销轴（7）的另一端通过滑动轴承与行星轮（5）活动连接。
4.根据权利要求1所述的一种中卡商用车用的电动循环球转向器总成，其特征在于：所述的行星架（4）的横截面呈T字形。
5.根据权利要求1所述的一种中卡商用车用的电动循环球转向器总成，其特征在于：所述的装配壳体（2）上固装有转向电机（1），转向电机（1）的输出轴通过四爪联轴器（10）与太阳轴（3）连接。
6.根据权利要求1所述的一种中卡商用车用的电动循环球转向器总成，其特征在于：所述的转向机构由转向器壳体（11）、转向螺杆（12）、转向螺母（13）、输出轴（14）和传感器构成，转向器壳体（11）内通过轴承活动安装有转向螺杆（12），转向螺杆（12）上活动套装有转向螺母（13），转向螺杆（12）一侧的转向器壳体（11）上设置有输出轴（14），输出轴（14）端头与转向螺母（13）啮合；转向螺杆（12）一端端头的转向壳体（11）上设置有传感器；所述的转向螺杆（12）的另一端端头与二级减速齿轮（8）固定连接。
7.根据权利要求6所述的一种中卡商用车用的电动循环球转向器总成，其特征在于：所述的传感器由上盖（15）、输入轴（16）、扭杆（17）、传感器定子（18）和传感器转子（19）构成，上盖（15）内通过轴承活动安装有输入轴（16），输入轴（16）为管状体，输入轴（16）内插装有扭杆（17），扭杆（17）通过圆柱销（18）与输入轴（16）连接；输入轴（16）圆周上焊接有传感器定子（18），传感器定子（18）一侧的输入轴（16）上套装有传感器转子（19）；所述的传感器转子（19）与转向螺杆（12）固定连接；输入轴（16）通过滑动轴承与转向螺杆（12）活动连接；扭杆（17）与转向螺杆（12）插装连接；上盖（15）通过中间壳体（20）与转向器壳体（11）固定连接，中间壳体（20）通过轴承与转向器螺杆（12）活动连接。
8.根据权利要求6所述的一种中卡商用车用的电动循环球转向器总成，其特征在于：所述的转向螺杆（12）圆周上和转向螺母（13）内壁上分别设置有螺旋弹道（21），螺旋弹道（21）之间通过钢珠（22）活动连接。
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