CN112249150B - 一种可调式转向传动装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可调式转向传动装置，属于转向系统技术领域。它解决了现有转向传动装置传动比固定或存在安全隐患的技术问题。本可调式转向传动装置包括转向轴、转向齿轮和用于控制车轮转向的转向齿条，还包括与转向轴传动连接的传动柱一，转向齿轮上同轴固设有传动柱二，传动柱一和传动柱二之间设有可绕自身轴心线旋转的摩擦盘，传动柱一和/或传动柱二上具有外周呈锥面状的摩擦段，摩擦盘能沿自身轴向往复移动并始终保持该摩擦盘的外周面同时与传动柱一和传动柱二摩擦传动。本可调式转向传动装置能实现转向装置传动比稳定且流畅地调节。

Description

一种可调式转向传动装置

技术领域

本发明属于转向系统技术领域，涉及一种可调式转向传动装置。

背景技术

随着汽车技术的发展，汽车的安全稳定性日益重要，而作为操控汽车行进方向的转向系统对汽车行驶安全性尤为重要。实际行车中我们期望的汽车转向系统既要在低速下具有较小的转向传动比输入，又要在高速下具有较大的转向传动比输入，以便保持直线行驶性能。而作为传统汽车的常规转向系统无论汽车在低速下或高速下行驶，其转向盘与前轮转向角比值始终是固定不变的。与常规转向系统相比，可变传动比式转向系统具有更为直接的转向传动比，可根据车速变化及时切换对应的转向传动比。可变传动比式转向系统可根据车速变化实时改变转向传动比来调整对应的前轮转角，且不影响转向系统的操控响应。在车速较低的范围内时，车辆会变得更加灵活、更加易于操控；而在较高的车速范围内，可变传动比式转向系统的转向传动比将变得更加间接来保障车辆的操纵稳定性。

目前大多数车辆转向机构都是采用定传动比方式，为实现车辆的可变传动比转向装置，公开号为CN111267940A的中国专利提供了一种变传动比转向器齿轮齿条副包括相互啮合的变节距齿条以及齿轮，其中变节距齿条上设有一排啮合齿，该啮合齿包括低传动比段、高传动比段以及过渡段；其中过渡段设于高传动比段与低传动比段之间，高传动比段中，齿槽夹角为70～82°，低传动比段中，齿槽夹角为35～45°。

上述结构能实现转向传动比的初级调节，但调节会存在顿挫感。又如公开号为CN1629027的专利公开了一种可变转向器传动比装置，该装置适用于根据汽车速度和转向角度来调整转向器传动比，通过设置可变带轮装置控制传动带两轴处的传动半径来进行调节。

该结构能够实现转向传动比的无极调节，但传动带的刚度要求高且长度确定，因而对于两轴处半径的变化量要求很高，可能应传动带余量过大出现传动失效的问题，存在安全隐患，为解决上述问题，本领域的一般技术人员容易考虑：1、为监测传动带的压力状态而在其作用处设置压力传感器，在检测压力失效时增大带轮半径；2、设置惰轮机构顶撑传动带，保证持续压紧效果。

发明内容

本发明针对现有的技术存在的上述问题，提供一种可调式转向传动装置，本发明所要解决的技术问题是：如何实现转向装置传动比稳定且流畅地调节。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：

一种可调式转向传动装置，包括转向轴、转向齿轮和用于控制车轮转向的转向齿条，所述转向齿轮与所述转向齿条相啮合，还包括与转向轴传动连接的传动柱一，所述转向齿轮上同轴固设有传动柱二，所述传动柱一和传动柱二之间设有可绕自身轴心线旋转的摩擦盘，所述传动柱一和传动柱二上具有外周呈锥面状的摩擦段，所述摩擦盘能沿自身轴向往复移动并始终保持该摩擦盘的外周面同时与所述传动柱一和传动柱二摩擦传动，当车速增大时所述摩擦盘能朝所述传动柱一上摩擦段的小端移动并朝传动柱二上摩擦段的大端移动，当车速减小时该摩擦盘能朝所述传动柱一上摩擦段的大端移动并朝传动柱二上摩擦段的小端移动。

转向轴与方向盘固连直接传动驾驶员的转向操作，转向齿轮与转向齿条啮合，转向齿轮被驱动转动时带动转向齿条平移实现对转向轮的转角控制，从而达到转向目的。通过设置与转向轴传动连接的传动柱一以及与转向齿轮同轴固设的传动柱二，在传动柱一和传动柱二之间设置摩擦盘与两者摩擦抵靠实现传动，在传动柱一和传动柱二上设置外周呈锥面状的摩擦段，这样使摩擦盘的外周面与摩擦段摩擦配合且摩擦盘在沿周向运动的同时保持与传动柱一和传动柱二的传动关系，在传动比调节过程中摩擦盘的尺寸不需要变化调整，保证稳定性，当车速增大时能驱动摩擦盘轴向朝传动柱一上摩擦段的小端移动并朝传动柱二上摩擦段的大端移动从而使啮合传动比变小，方向盘转动某一角度的时候，转向齿轮的转动速度变小，从而转向齿条的行程也会变小，车轮转向相应速度变慢，使高速行驶保持稳定性；当车速减小时能驱动摩擦盘轴向朝传动柱一上摩擦段的大端移动并朝传动柱二上摩擦段的小端移动从而使啮合传动比变大，方向盘转动某一角度的时候，转向齿轮的转动速度变大，从而转向齿条的行程也会变大，车轮转向相应速度变快，反应更迅速，实现转向速度的动态调节以满足对应的行驶要求。

在上述的可调式转向传动装置中，所述传动柱一上同轴固设有输入齿轮，所述转向轴上同轴固设有驱动齿轮，所述驱动齿轮与所述输入齿轮相啮合。通过在传动柱一上同轴固设输入齿轮，并在转向轴上同轴固设驱动齿轮，使动齿轮与输入齿轮相啮合，这样利于实现转向轴到传动柱一的稳定传动。

在上述的可调式转向传动装置中，所述驱动齿轮和/或所述输入齿轮为锥齿轮，所述摩擦盘与所述转向轴同轴心布置且套设于该转向轴的外周面。通过设置驱动齿轮和/或输入齿轮为锥齿轮，这样驱动齿轮与输入齿轮的装配角度范围更广且利于传动路径的布置，通过设置摩擦盘与转向轴同轴心布置且套设于转向轴的外周面，这样摩擦盘与驱动齿轮也为同轴心布置利于实现摩擦盘与传动柱一上锥状摩擦段的配合设计，此外也使传动路径自驱动齿轮到摩擦盘处形成交叉闭合利于整体传动结构的装配稳定性和紧凑性。

在上述的可调式转向传动装置中，所述传动柱一和所述传动柱二均竖向设置且均具有摩擦段，两所述摩擦段的锥度相同，所述摩擦盘的外周面能始终保持同时与两所述摩擦段摩擦传动。通过使传动柱一和传动柱二均为竖向布置且在传动柱一和传动柱二上均设置锥度相同的摩擦段，这样使两摩擦段共同作用可使转向传动比的调节灵敏度更高，且能在保证摩擦段在两摩擦段之间调节时不会产生干涉。

在上述的可调式转向传动装置中，所述摩擦盘包括轴套、滚动轴承、和呈环形的盘体，所述滚动轴承套设于所述轴套的外周面，所述盘体套设于所述滚动轴承的外周面，所述盘体的外周面同时与两所述摩擦段摩擦传动。通过设置摩擦盘包括轴套、滚动轴承、和呈环形的盘体，这样参与传动的盘体可相对转向轴自由转动，不会对轴套的运动产生影响，避免转向轴自身的转动对摩擦盘的传动产生影响。

在上述的可调式转向传动装置中，所述轴套的内缘与所述转向轴的外周面螺接配合，该转向轴上设有能驱动所述轴套相对转向轴转动并沿转向轴的长度方向运动的调节电机，所述调节电机与转向轴周向定位且能沿转向轴的长度方向滑动。通过设置轴套与在转向轴的外周面螺接配合，并在转向轴上设置可沿转向轴滑动并周向定位的调节电机来控制轴套与转向轴的相对运动，这样当调节电机工作时可驱动轴套相对转向轴转动，从而使轴套沿转向轴的长度方向运动进而带动盘体沿轴向运动，这样利于保证摩擦盘的调节效率和精度。

在上述的可调式转向传动装置中，所述转向轴上设有两个与转向轴沿轴向定位的限位块，所述摩擦盘位于两所述限位块之间，当所述摩擦盘的端面与所述限位块相抵靠时该摩擦盘位于所述摩擦段的大端或小端。通过在转向轴上设置两个限位块，使摩擦盘位于两所述限位块之间，这样两限位块能避免摩擦盘在调节过程中移出摩擦段区域导致转向失效，保障行驶安全。

在上述的可调式转向传动装置中，所述驱动齿轮的直径尺寸小于所述输入齿轮的直径尺寸，所述摩擦段的最大直径尺寸小于所述输入齿轮的直径尺寸。通过设置驱动齿轮的直径尺寸小于输入齿轮的直径尺寸，并使摩擦段的最大直径尺寸小于输入齿轮的直径尺寸，这样实现转向传动的增矩过程，为驾驶人员转向提供助力效果，保证整体操作的舒适便捷性。

在上述的可调式转向传动装置中，所述盘体包括刚性盘和套设固连于所述刚性盘外周面的弹性层，两所述摩擦段同时与所述弹性层的外周面顶靠且两顶靠处沿盘体的轴心线中心对称。通过设置盘体包括刚性盘和弹性层，使弹性层固连于刚性盘的外周面，并使两摩擦段与弹性层的顶靠处沿盘体的轴心线中心对称，这样弹性层能在与摩擦段的顶靠处形成凹陷增大接触面积和压紧摩擦效果，此外弹性层能补充摩擦盘与摩擦段之间的摩擦损耗，避免产生间隙导致转向失效，且两摩擦段分别位于摩擦盘直径的两端，这样避免弹性层弹力的偏载影响可保证传动状态稳定安全。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

本可调式转向传动装置通过设置与转向轴传动连接的传动柱一以及与转向齿轮同轴固设的传动柱二，在传动柱一和传动柱二之间设置摩擦盘与两者摩擦抵靠实现传动，在传动柱一和传动柱二上设置外周呈锥面状的摩擦段，这样使摩擦盘的外周面与摩擦段摩擦配合且摩擦盘在沿周向运动的同时保持与传动柱一和传动柱二的传动关系，在传动比调节过程中摩擦盘尺寸不必变化保证安全性。

附图说明

图1是本可调式转向传动装置的结构布局示意图。

图中，1、转向轴；11、驱动齿轮；12、限位块

2、转向齿轮；3、转向齿条；4、传动柱一；5、传动柱二；

6、摩擦盘；61、轴套；62、滚动轴承；63、盘体；631、刚性盘；632、弹性层；

7、摩擦段；8、输入齿轮； 9、调节电机。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1所示，本可调式转向传动装置包括转向轴1、转向齿轮2和用于控制车轮转向的转向齿条3，转向齿轮2与转向齿条3相啮合，还包括与转向轴1传动连接的传动柱一4，转向齿轮2上同轴固设有传动柱二5，传动柱一4和传动柱二5之间设有可绕自身轴心线旋转的摩擦盘6，传动柱一4和传动柱二5上具有外周呈锥面状的摩擦段7，摩擦盘6能沿自身轴向往复移动并始终保持摩擦盘6的外周面同时与传动柱一4和传动柱二5摩擦传动，当车速增大时摩擦盘6能朝传动柱一4上摩擦段7的小端移动并朝传动柱二5上摩擦段7的大端移动，当车速减小时摩擦盘6能朝传动柱一4上摩擦段7的大端移动并朝传动柱二5上摩擦段7的小端移动。转向轴1与方向盘固连直接传动驾驶员的转向操作，转向齿轮2与转向齿条3啮合，转向齿轮2被驱动转动时带动转向齿条3平移实现对转向轮的转角控制，从而达到转向目的。通过设置与转向轴1传动连接的传动柱一4以及与转向齿轮2同轴固设的传动柱二5，在传动柱一4和传动柱二5之间设置摩擦盘6与两者摩擦抵靠实现传动，在传动柱一4和传动柱二5上设置外周呈锥面状的摩擦段7，这样使摩擦盘6的外周面与摩擦段7摩擦配合且摩擦盘6在沿周向运动的同时保持与传动柱一4和传动柱二5的传动关系，在传动比调节过程中摩擦盘6的尺寸不必随调节位置的变化变化，保证稳定性，当车速增大时能驱动摩擦盘6轴向朝传动柱一4上摩擦段7的小端移动并朝传动柱二5上摩擦段7的大端移动从而使啮合传动比变小，方向盘转动某一角度的时候，转向齿轮2的转动速度变小，从而转向齿条3的行程也会变小，车轮转向相应速度变慢，使高速行驶保持稳定性；当车速减小时能驱动摩擦盘6轴向朝传动柱一4上摩擦段7的大端移动并朝传动柱二5上摩擦段7的小端移动从而使啮合传动比变大，方向盘转动某一角度的时候，转向齿轮2的转动速度变大，从而转向齿条3的行程也会变大，车轮转向相应速度变快，反应更迅速，实现转向速度的动态调节以满足对应的行驶要求。具体来讲，传动柱一4上同轴固设有输入齿轮8，转向轴1上同轴固设有驱动齿轮11，驱动齿轮11与输入齿轮8相啮合。驱动齿轮11的直径尺寸小于输入齿轮8的直径尺寸，摩擦段7的最大直径尺寸小于输入齿轮8的直径尺寸。通过设置驱动齿轮11的直径尺寸小于输入齿轮8的直径尺寸，并使摩擦段7的最大直径尺寸小于输入齿轮8的直径尺寸，这样实现转向传动的增矩过程，为驾驶人员转向提供助力效果，保证整体操作的舒适便捷性。通过在传动柱一4上同轴固设输入齿轮8，并在转向轴1上同轴固设驱动齿轮11，使动齿轮与输入齿轮8相啮合，这样利于实现转向轴1到传动柱一4的稳定传动。驱动齿轮11和输入齿轮8为锥齿轮，摩擦盘6与转向轴1同轴心布置且套设于转向轴1的外周面。通过设置驱动齿轮11和输入齿轮8为锥齿轮，这样驱动齿轮11与输入齿轮8的装配角度范围更广且利于传动路径的布置，通过设置摩擦盘6与转向轴1同轴心布置且套设于转向轴1的外周面，这样摩擦盘6与驱动齿轮11也为同轴心布置利于实现摩擦盘6与传动柱一4上锥状摩擦段7的配合设计，此外也使传动路径自驱动齿轮11到摩擦盘6处形成交叉闭合利于整体传动结构的装配稳定性和紧凑性。传动柱一4和传动柱二5均竖向设置，两摩擦段7的锥度相同，摩擦盘6的外周面能始终保持同时与两摩擦段7摩擦传动。通过使传动柱一4和传动柱二5均为竖向布置且在传动柱一4和传动柱二5上均设置锥度相同的摩擦段7，这样使两摩擦段7共同作用可使转向传动比的调节灵敏度更高，且能在保证摩擦段7在两摩擦段7之间调节时不会产生干涉。进一步来讲，摩擦盘6包括轴套61、滚动轴承62、和呈环形的盘体63，滚动轴承62套设于轴套61的外周面，盘体63套设于滚动轴承62的外周面，盘体63的外周面同时与两摩擦段7摩擦传动。通过设置摩擦盘6包括轴套61、滚动轴承62、和呈环形的盘体63，这样参与传动的盘体63可相对转向轴1自由转动，不会对轴套61的运动产生影响，避免转向轴1自身的转动对摩擦盘6的传动产生影响。轴套61的内缘与转向轴1的外周面螺接配合，转向轴1上设有能驱动轴套61相对转向轴1转动并沿转向轴1的长度方向运动的调节电机9，调节电机9与转向轴1周向定位且能沿转向轴1的长度方向滑动。通过设置轴套61与在转向轴1的外周面螺接配合，并在转向轴1上设置可沿转向轴1滑动并周向定位的调节电机9来控制轴套61与转向轴1的相对运动，这样当调节电机9工作时可驱动轴套61相对转向轴1转动，从而使轴套61沿转向轴1的长度方向运动进而带动盘体63沿轴向运动，这样利于保证摩擦盘6的调节效率和精度。具体而言，转向轴1上具有沿长度方向延伸的滑槽（未示出），调节电机9的本体与滑槽滑动配合，滑槽内设有片状导线，片状导线自转向轴1的下端伸入，调节电机9的电源输入端与片状导向抵靠接触且电连接，这样避免转向轴1转动时导致导线缠绕。转向轴1上设有两个与转向轴1沿轴向定位的限位块12，摩擦盘6位于两限位块12之间，当摩擦盘6的端面与限位块12相抵靠时摩擦盘6位于摩擦段7的大端或小端。通过在转向轴1上设置两个限位块12，使摩擦盘6位于两限位块12之间，这样两限位块12能避免摩擦盘6在调节过程中移出摩擦段7区域导致转向失效，保障行驶安全。作为优选，盘体63包括刚性盘631和套设固连于刚性盘631外周面的弹性层632，两摩擦段7同时与弹性层632的外周面顶靠且两顶靠处沿盘体63的轴心线中心对称。通过设置盘体63包括刚性盘631和弹性层632，使弹性层632固连于刚性盘631的外周面，并使两摩擦段7与弹性层632的顶靠处沿盘体63的轴心线中心对称，这样弹性层632能在与摩擦段7的顶靠处形成凹陷增大接触面积和压紧摩擦效果，此外弹性层632能补充摩擦盘6与摩擦段7之间的摩擦损耗，避免产生间隙导致转向失效，且两摩擦段7分别位于摩擦盘6直径的两端，这样避免弹性层632弹力的偏载影响可保证传动状态稳定安全。

本文中所描述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (9)

1.一种可调式转向传动装置，包括转向轴（1）、转向齿轮（2）和用于控制车轮转向的转向齿条（3），所述转向齿轮（2）与所述转向齿条（3）相啮合，其特征在于，还包括与转向轴（1）传动连接的传动柱一（4），所述转向齿轮（2）上同轴固设有传动柱二（5），所述传动柱一（4）和传动柱二（5）之间设有可绕自身轴心线旋转的摩擦盘（6），所述传动柱一（4）和传动柱二（5）上具有外周呈锥面状的摩擦段（7），所述摩擦盘（6）能沿自身轴向往复移动并始终保持该摩擦盘（6）的外周面同时与所述传动柱一（4）和传动柱二（5）摩擦传动，当车速增大时所述摩擦盘（6）能朝所述传动柱一（4）上摩擦段（7）的小端移动并朝传动柱二（5）上摩擦段（7）的大端移动，当车速减小时该摩擦盘（6）能朝所述传动柱一（4）上摩擦段（7）的大端移动并朝传动柱二（5）上摩擦段（7）的小端移动。

2.根据权利要求1所述的可调式转向传动装置，其特征在于，所述传动柱一（4）上同轴固设有输入齿轮（8），所述转向轴（1）上同轴固设有驱动齿轮（11），所述驱动齿轮（11）与所述输入齿轮（8）相啮合。

3.根据权利要求2所述的可调式转向传动装置，其特征在于，所述驱动齿轮（11）和/或所述输入齿轮（8）为锥齿轮，所述摩擦盘（6）与所述转向轴（1）同轴心布置且套设于该转向轴（1）的外周面。

4.根据权利要求1或2或3所述的可调式转向传动装置，其特征在于，所述传动柱一（4）和所述传动柱二（5）均竖向设置且均具有摩擦段（7），两所述摩擦段（7）的锥度相同，所述摩擦盘（6）的外周面能始终保持同时与两所述摩擦段（7）摩擦传动。

5.根据权利要求4所述的可调式转向传动装置，其特征在于，所述摩擦盘（6）包括轴套（61）、滚动轴承（62）、和呈环形的盘体（63），所述滚动轴承（62）套设于所述轴套（61）的外周面，所述盘体（63）套设于所述滚动轴承（62）的外周面，所述盘体（63）的外周面同时与两所述摩擦段（7）摩擦传动。

6.根据权利要求5所述的可调式转向传动装置，其特征在于，所述轴套（61）的内缘与所述转向轴（1）的外周面螺接配合，该转向轴（1）上设有能驱动所述轴套（61）相对转向轴（1）转动并沿转向轴（1）的长度方向运动的调节电机（9），所述调节电机（9）与转向轴（1）周向定位且能沿转向轴（1）的长度方向滑动。

7.根据权利要求1或2或3所述的可调式转向传动装置，其特征在于，所述转向轴（1）上设有两个与转向轴（1）沿轴向定位的限位块（12），所述摩擦盘（6）位于两所述限位块（12）之间，当所述摩擦盘（6）的端面与所述限位块（12）相抵靠时该摩擦盘（6）位于所述摩擦段（7）的大端或小端。

8.根据权利要求2或3所述的可调式转向传动装置，其特征在于，所述驱动齿轮（11）的直径尺寸小于所述输入齿轮（8）的直径尺寸，所述摩擦段（7）的最大直径尺寸小于所述输入齿轮（8）的直径尺寸。

9.根据权利要求5所述的可调式转向传动装置，其特征在于，所述盘体（63）包括刚性盘（631）和套设固连于所述刚性盘（631）外周面的弹性层（632），两所述摩擦段（7）同时与所述弹性层（632）的外周面顶靠且两顶靠处沿盘体（63）的轴心线中心对称。

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