CN112776878A - 用于车辆转向系统的齿条支撑装置 - Google Patents

Abstract

一种用于车辆转向系统的齿条支撑装置，包括：转向壳体，具有安装在其中的转向齿轮；齿条杆，纵向插入转向壳体中以与转向齿轮啮合；渐缩通道，限定在转向壳体的内周中，其中渐缩通道与转向壳体的轴向中心偏心；齿条衬套，插入在渐缩通道的内周与齿条杆的外周之间，使得齿条衬套沿渐缩通道移动并将齿条杆推至转向齿轮；以及弹性构件，安装到渐缩通道的一侧，以提供用于将齿条杆推至齿条衬套的弹性按压力。

Description

用于车辆转向系统的齿条支撑装置

技术领域

本公开涉及一种用于车辆转向系统的齿条支撑装置。更具体地，本公开涉及一种齿条支撑装置，其能够通过使用与齿条杆的轴线偏心的楔形齿条衬套来支撑齿条杆以在无任何间隙的情况下与转向齿轮啮合，而从根本上防止嘎嘎(rattle)噪声。

背景技术

通常，用于车辆的动力转向系统是减小方向盘的旋转操作力的系统。近年来，动力转向系统已配备有电机驱动的动力转向(MDPS)以代替液压动力转向来根据车辆的行驶速度改变转向力。

参考图1和图2，动力转向系统包括连接到方向盘的小齿轮型转向齿轮10、与转向齿轮啮合以在转向期间左右移动的齿条杆20以及轭架30，该轭架可支撑地压靠在齿条杆20的背面以保持转向齿轮10和齿条杆20之间的啮合。

转向齿轮10通过轴承可旋转地安装在转向壳体40中。轭架30安装在从转向壳体40的下部分突出的轭架安装管42中。

在这种情况下，轭架30具有附接到其前表面的轭架片31，并且轭架片31大体上压靠在齿条杆20的背面。

另外，两个或更多个第一O形环32安装在轭架30的主体圆周上，并且一个或更多个第二O形环34安装在其背面上。

轭架30具有安装到其的第一O形环32和第二O形环34，并具有用于弹性地按压轭架30的弹簧36。在轭架30之后，将O形环32和34以及弹簧36插入到转向壳体40的轭架安装管42中，轭架塞38紧固到轭架安装管42的入口以用于压缩弹簧36。

如上所述，在弹簧36被压缩的情况下，将轭架塞38紧固到轭架安装管42的入口以推动轭架30，而轭架30推动齿条杆20。因此，转向齿轮10在没有任何间隙的情况下与齿条杆20良好地啮合。

此外，第一O形环32和第二O形环34用于减轻轭架30的径向嘎嘎噪声，并且弹簧36用于吸收纵向冲击，同时将轭架30压向齿条杆20。

然而，如上所述的传统轭架组件结构具有以下问题。

第一，如果在起伏道路上行驶时的冲击(外力)通过轮胎传递到齿条杆，则齿条杆会弯曲，并且在转向齿轮和齿条杆之间出现间隙。同时，齿条杆和轭架之间的间隙在齿条杆被持续推向轭架时出现，这由于间隙而导致嘎嘎声。

第二，为了减小嘎嘎声，可以应用通过增加轭架塞的紧固力和紧固深度来减小轭架和轭架塞之间的间隙的方法。然而，这由于增加了用于转向的摩擦力而使转向性能恶化。

换句话说，随着齿条杆和轭架片之间的摩擦力以及齿条杆和转向齿轮之间的摩擦力增加，不能提供平滑的转向感。

第三，即使齿条杆和轭架片之间的摩擦力以及齿条杆和转向齿轮之间的摩擦力增加，由于轭架和轭架塞之间的间隙再次增大(这是因为由于轭架片的耐久性恶化而引起的磨损)，可能会发生嘎嘎声。

在该背景技术节中公开的以上信息仅是为了增强对本公开的背景技术的理解。因此，背景技术节可能包含不形成该国本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

为了解决与现有技术相关联的上述问题，做出了本公开。

在一方面，本公开提供了一种用于车辆转向系统的齿条支撑装置。该齿条支撑装置包括与齿条杆的轴线偏心的楔形齿条衬套、用于利用弹簧支撑齿条衬套的插塞等，并且这些部件安装在转向壳体的内周与齿条杆的外周之间，从而使得齿条衬套等能够在无任何间隙的情况下支撑齿条杆与转向齿轮啮合，即使外力传递到齿条杆。因此，从根本上防止了嘎嘎噪声。

提供了一种用于车辆转向系统的齿条支撑装置。该齿条支撑装置包括：转向壳体，具有安装在其中的转向齿轮；齿条杆，纵向插入转向壳体中以与转向齿轮啮合；渐缩通道，限定在转向壳体的内周中，其中渐缩通道与转向壳体的轴向中心偏心；齿条衬套，插入在渐缩通道的内周与齿条杆的外周之间，使得齿条衬套沿渐缩通道移动并将齿条杆推至转向齿轮；以及弹性构件，安装到渐缩通道的一侧以提供用于将齿条杆推到齿条衬套的弹性按压力。

渐缩通道的面向齿条杆的背面的一个壁可以比渐缩通道的面向齿条杆的前齿表面的另一个壁更厚。

齿条衬套可以具有外周，该外周由被构造成与渐缩通道接触的渐缩表面形成。

渐缩表面可以与渐缩通道的面向齿条杆的背面的一个壁接触。

齿条衬套可具有内周，该内周由直线接触表面形成，该直线接触表面压靠齿条杆的背面以将齿条杆推至转向齿轮。

可以将衬垫插入齿条衬套的内周中以减小与齿条杆的摩擦。

弹性构件可以是贝氏弹簧。

插塞可被固定地安装在转向壳体中的弹性构件的后面，以防止弹性构件和齿条衬套分离。

插塞可具有在其中心处形成的通孔，使得齿条杆穿过该通孔。插塞可具有在其外周上形成的外螺纹，使得将外螺纹紧固到形成在转向壳体上的内螺纹。

插塞的通孔可以具有六边形形状，以将螺钉紧固工具插入其中。

下文中讨论本公开的其他方面和实施例。

应当理解，如本文所用的术语“车辆”或“车辆的”或其他类似术语通常包括机动车辆，诸如：乘用车，其包括运动型多用途车(SUV)、公共汽车、卡车和各种商用车辆；船舶，其包括各种船只和轮船；飞行器；等等。此类机动车辆还包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆和其他替代燃料车辆(例如，衍生自石油以外的资源的燃料)。如本文中所提到的，混合动力车辆是具有两种或更多种动力源的车辆，例如汽油动力和电动车辆。

下文中讨论本公开的以上和其他特征。

附图说明

现在参考示出了附图的本公开的某些实施例来详细描述本公开的以上和其他特征，这些附图在下文中仅以举例说明的方式给出，并因此并不限制本公开，并且在附图中：

图1是示出用于转向系统的传统齿条支撑装置的立体图；

图2是示出用于转向系统的传统齿条支撑装置的安装状态的剖视图；

图3是示出根据本公开的用于转向系统的齿条支撑装置的立体图；

图4是示出根据本公开的用于转向系统的齿条支撑装置的安装位置的示意图；

图5是沿图4的线A-A截取的剖视图；

图6是示出根据本公开的用于转向系统的齿条支撑装置的示意性剖视图；

图7是示出在根据本公开的齿条支撑装置中当轭架衬垫磨损时，补偿齿条杆和转向齿轮之间的间隙的原理的剖视图；以及

图8是示出在根据本公开的齿条支撑装置中防止嘎嘎噪声的原理的剖视图。

应当理解，附图不一定按比例绘制，呈现了示出本公开的基本原理的各种特征的稍微简化的表示。如本文中公开的本公开的特定设计特征，包括例如特定尺寸、取向、位置和形状，将部分地由特定的预期应用和使用环境来确定。

在附图中，贯穿附图的若干图，相同的附图标记指代本公开的相同或等同部分。

具体实施方式

在下文中，详细参考本公开的各种实施例，其示例在附图中示出并且在下面描述。尽管结合特定实施例描述了本公开，但是应当理解，本描述并不旨在将本公开限制于那些特定实施例。相反，本公开旨在不仅覆盖特定的公开实施例，而且覆盖可以包括在如由所附权利要求限定的本公开的精神和范围内的各种替代、修改、等同形式和其他实施例。

图3是示出根据本公开的用于转向系统的齿条支撑装置的立体图。图4示出了根据本公开的齿条支撑装置的安装位置。图5和图6是示出根据本公开的齿条支撑装置的剖视图。

在图3至图6中，附图标记40指代转向壳体。

小齿轮型转向齿轮10连接到方向盘，并且可旋转地设置在转向壳体40中。

齿条杆20与转向齿轮10啮合，并在其左右纵向方向上设置在转向壳体40中。

因此，当方向盘被转向或旋转时，转向齿轮10的旋转运动在齿条杆20上转换成线性运动，使得将驱动轮转向或转动。

根据本公开，在转向壳体40的内周中限定与转向壳体40的轴向中心偏心的渐缩(tapered)通道44。

更详细地，如图5和图6所示，渐缩通道44的一个壁44-1面向齿条杆20的背面(不具有与转向齿轮啮合的齿的侧面)。该一个壁44-1比渐缩通道44的面向齿条杆20的前齿表面的另一个壁44-2更厚。因此，渐缩通道44的中心与转向壳体40的轴向中心偏心。

这里，管状齿条衬套50可以由铝材料制成，并且插入在渐缩通道44的内周和齿条杆20的外周之间。

齿条衬套50沿渐缩通道44移动并且用于将齿条杆20推到转向齿轮10。

为此，齿条衬套50的外周由被构造成或能够与渐缩通道44接触的渐缩表面52形成。渐缩表面52与渐缩通道44的面向齿条杆20的背面(不具有与转向齿轮啮合的齿的侧面)的一个壁44-1的表面接触。

在这种情况下，渐缩通道44的面向齿条杆20的前齿表面的另一个壁44-2的表面和齿条衬套50的渐缩表面52之间保持预定间隙。

另一方面，齿条衬套50的内周由直线接触表面54形成，该直线接触表面54压靠齿条杆的背面(不具有与转向齿轮啮合的齿的表面)以将齿条杆20推到转向齿轮10。

与齿条杆20大体上接触的衬垫60插入并安装在齿条衬套50的内周中。衬垫60起到减小与齿条杆20的摩擦，同时阻止齿条衬套50与齿条杆20直接接触的作用。衬垫60因此起到防止齿条衬套50磨损的作用。

根据本公开，弹性构件70被插入并安装在渐缩通道44的一侧中，以提供用于将齿条杆20推到齿条衬套50的弹性按压力。

弹性构件70可以被采用为，即可以是用于使齿条杆20通过的环形贝氏弹簧(Belleville spring)或贝氏垫圈。

另外，插塞80防止弹性构件70和齿条衬套50分离，并且固定地安装在转向壳体40中的弹性构件70的后面。

插塞80具有在其中心处形成的通孔82，使得齿条杆20穿过该通孔82。插塞80具有在其外周上形成的外螺纹84，使得将外螺纹84紧固到形成在转向壳体40上的内螺纹46。

插塞80的通孔82具有六边形形状，以便插入(即，在其中接收)由工人携带的螺钉紧固工具。

因此，在将插塞80插入在转向壳体40中的弹性构件70的后面之后，将由工人携带的螺钉紧固工具插入插塞80的通孔82中，并然后转动插塞80。因此，插塞80的外螺纹84拧到转向壳体40的内螺纹46上。

另外，在将插塞80拧入之后，弹性构件70由插塞80支撑，同时向齿条衬套50提供弹性按压力。

在下文中描述根据本公开的具有上述构造的齿条支撑装置的操作原理。

图7是示出在根据本公开的齿条支撑装置中当轭架衬垫磨损时，补偿齿条杆和转向齿轮之间的间隙的原理的剖视图。

第一，在其中弹性构件70由插塞80支撑的状态下，向齿条衬套50提供弹性按压力(在图7中由A指示的箭头的方向上)。

因此，齿条衬套50通过弹性构件70的弹性按压力在图7中由A指示的箭头的方向上被推动。

因此，齿条衬套50的渐缩表面52通过弹性构件70的弹性按压力始终与转向壳体40的渐缩通道44接触。

更详细地，通过弹性构件70的弹性按压力，齿条衬套50的渐缩表面52与渐缩通道44的面向齿条杆20的背面(不具有与转向齿轮啮合的齿的侧面)的一个壁44-1接触。相互接触的部分的锥角可以是例如约3°。

另外，齿条衬套50的直线接触表面54压靠齿条杆的背面(不具有与转向齿轮啮合的齿的表面)。同时，齿条杆20被推至转向齿轮10(在图7中由B指示的箭头的方向上)。

基本上，安装在齿条衬套50的内周上的衬垫60将齿条杆20推至转向齿轮10。

因此，齿条杆20可以始终与转向齿轮10啮合而在它们之间没有任何间隙。

此外，即使衬垫60磨损，在齿条衬套50被弹性构件70的弹性按压力推动的同时，齿条衬套50的渐缩表面52也可以始终与转向壳体40的渐缩通道44保持恒定接触。这是因为弹性按压力继续作用在齿条衬套50上。此外，衬垫60将齿条杆20推至转向齿轮10，同时继续压靠齿条杆20的背面(不具有与转向齿轮啮合的齿的表面)。

因此，即使衬垫60磨损，齿条杆20也可以与转向齿轮10啮合而在它们之间没有任何间隙。

同时，当车辆在起伏道路上行驶时，由道路引起的冲击可能在其径向方向上(在图8中由C指示的箭头的方向上)经由联结杆(tie rod)传递到齿条杆20。齿条杆20可能由于传递到其的冲击而弯曲。

因此，在现有技术中，如以上参考图1和图2所述，在转向齿轮10和齿条杆20之间出现间隙，并且同时当齿条杆20被推向轭架30时在齿条杆20和轭架30之间出现间隙，这由于间隙而导致嘎嘎声。

换句话说，由于传递到齿条杆20的径向冲击大于弹簧36的载荷(弹性压缩力)，因此轭架30撞击轭架塞38，同时轭架30由弹簧36的瞬时压缩而被向后推动，从而产生冲击声。然后，在通过弹簧36的弹性回复力将齿条杆20推回到转向齿轮10的同时，齿条杆20撞击转向齿轮10，从而产生冲击声。

然而，在本公开中，即使在其径向方向上(在图8中由C指示的箭头的方向上)输入到齿条杆20的外部冲击载荷被传递到齿条衬套50，在齿条衬套50和齿条杆20之间也没有间隙。这是因为由外部冲击载荷引起的齿条衬套50的轴向移动力(在图8中由箭头D指示)不能克服作为弹性构件70的贝氏弹簧的压缩载荷(在图8中由箭头E指示)。

更详细地，由于作为弹性构件70的贝氏弹簧的压缩载荷大于由外部冲击载荷(在其径向方向上输入到齿条杆的外部冲击载荷×sin(3°的锥角))引起的齿条衬套50的轴向移动力，因此齿条衬套50不移动。因此，齿条衬套50和齿条杆20之间完全没有间隙。因此，不会发生现有的嘎嘎噪声。

这样，通过在转向壳体10内限定与齿条杆的轴线偏心的渐缩通道44，并通过将楔形齿条衬套50、用于按压齿条衬套50的弹性构件70等安装在渐缩通道40内，即使外力被传递到齿条杆20，齿条衬套50也可以按压并支撑齿条杆20以在无任何间隙的情况下与转向齿轮10啮合。因此，可以从根本上防止由现有间隙引起的嘎嘎噪声。

另外，由于传统齿条支撑装置是在垂直于齿条杆的方向上安装的，因此，其中安装了轭架、轭架塞等的轭架安装管42应从转向壳体40的下部分突出，如图2所示。然而，由于本公开的齿条支撑装置在其纵向方向上安装在转向壳体40中，因此可以省去现有的轭架安装管42。因此，提供了安装在转向壳体中的齿条支撑装置的封装方面的优点。

根据特定实施例，本公开提供以下效果。

第一，通过在转向壳体内限定与齿条杆的轴线偏心的渐缩通道，并通过在渐缩通道内安装楔形齿条衬套、用于按压齿条衬套的弹簧等，即使外力传递到齿条杆，该齿条衬套等也可以按压并支撑齿条杆以在无任何间隙的情况下与转向齿轮啮合。

第二，由于在齿条杆和转向齿轮之间没有间隙，因此可以从根本上防止由于任何间隙引起的嘎嘎噪声。

第三，由于本公开的结构比传统齿条支撑装置的结构更简单，因此可以减少零件数量并实现重量减轻。

第四，由于传统齿条支撑装置是在垂直于齿条杆的方向上安装的，因此，其中安装了轭架、轭架塞等的轭架安装管应从转向壳体的下部分突出。然而，由于本公开的齿条支撑装置在其齿条纵向方向上安装在转向壳体中，因此可以省去现有的轭架安装管。因此，提供了在齿条支撑装置的封装方面的优点。

已参考本公开的特定实施例详细描述了本公开。然而，本领域普通技术人员应该理解，可以在不脱离本公开的原理和精神的情况下对这些实施例进行改变，本公开的范围由所附权利要求及其等同形式限定。

Claims (10)

1.一种用于车辆转向系统的齿条支撑装置，所述齿条支撑装置包括：

转向壳体，具有安装在其中的转向齿轮；

齿条杆，纵向插入所述转向壳体中以与所述转向齿轮啮合；

渐缩通道，限定在所述转向壳体的内周中，其中所述渐缩通道与所述转向壳体的轴向中心偏心；

齿条衬套，插入在所述渐缩通道的内周与所述齿条杆的外周之间，使得所述齿条衬套沿所述渐缩通道移动并将所述齿条杆推至所述转向齿轮；以及

弹性构件，安装到所述渐缩通道的一侧，以提供用于将所述齿条杆推至所述齿条衬套的弹性按压力。

2.根据权利要求1所述的齿条支撑装置，其中，所述渐缩通道的面向所述齿条杆的背面的一个壁比所述渐缩通道的面向所述齿条杆的前齿表面的另一个壁更厚。

3.根据权利要求1所述的齿条支撑装置，其中，所述齿条衬套具有的外周由被构造成与所述渐缩通道接触的渐缩表面形成。

4.根据权利要求3所述的齿条支撑装置，其中，所述渐缩表面与所述渐缩通道的面向所述齿条杆的背面的一个壁接触。

5.根据权利要求1所述的齿条支撑装置，其中，所述齿条衬套具有的内周由压靠所述齿条杆的背面以将所述齿条杆推至所述转向齿轮的直线接触表面形成。

6.根据权利要求1所述的齿条支撑装置，其中，衬垫插入所述齿条衬套的内周中以减小与所述齿条杆的摩擦。

7.根据权利要求1所述的齿条支撑装置，其中，所述弹性构件是贝氏弹簧。

8.根据权利要求1所述的齿条支撑装置，其中，插塞固定地安装在所述转向壳体中的所述弹性构件的后面，以防止所述弹性构件和所述齿条衬套分离。

9.根据权利要求8所述的齿条支撑装置，其中，所述插塞具有形成在其中心处的通孔，使得所述齿条杆穿过所述通孔，并且其中，所述插塞具有形成在其外周上的外螺纹，使得所述外螺纹紧固到形成在所述转向壳体上的内螺纹。

10.根据权利要求9所述的齿条支撑装置，其中，所述插塞的所述通孔具有六边形形状，以将螺钉紧固工具插入其中。

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