CN113044111A - 汽车用电动助力转向器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车用电动助力转向器，包括壳体总成、可旋转的设置于壳体总成内的输出轴、齿条、与输出轴连接且与齿条啮合的助力齿轮、与输出轴同轴设置的输入轴、助力电机、与助力电机连接的蜗杆、设置于所述输出轴上且与所述蜗杆相啮合的斜齿轮，蜗杆的轴心线与斜齿轮的轴心线之间的夹角为81°～83°，蜗杆为渐开线蜗杆，蜗杆的法向模数与斜齿轮的轴向模数相等。本发明的汽车用电动助力转向器，采用蜗杆与斜齿轮组成的传动方式，具有传动比大、传动平稳、承载力大和噪音小的优点。

Description

汽车用电动助力转向器

技术领域

本发明属于车辆转向系统技术领域，具体地说，本发明涉及一种汽车用电动助力转向器。

背景技术

现有的汽车用电动助力转向器，减速机构采用蜗轮蜗杆传动，其啮合部位成一个平面，其精度要求高，不易加工，且传动稳定性较差。

而且对于传统的汽车用电动助力转向器，其在装配过程中往往需要将输出轴一端轴承固定在壳体内，且为了防止轴承发生轴向位移，不得不采用旋铆工艺将壳体包裹住轴承，随着金属疲劳以及不断增加的助力大小，旋铆工艺已不能满足转向器要求，可能会造成输出轴一端轴承轴向移动损坏转向器

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，本发明提供一种汽车用电动助力转向器，目的是提高传动稳定性。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：汽车用电动助力转向器，包括壳体总成、可旋转的设置于壳体总成内的输出轴、齿条、与输出轴连接且与齿条啮合的助力齿轮、与输出轴同轴设置的输入轴、助力电机、与助力电机连接的蜗杆、设置于所述输出轴上且与所述蜗杆相啮合的斜齿轮，蜗杆的轴心线与斜齿轮的轴心线之间的夹角为81°～83°，蜗杆为渐开线蜗杆，蜗杆的法向模数与斜齿轮的轴向模数相等。

所述蜗杆的轴心线与所述斜齿轮的轴心线之间的夹角为82°。

所述壳体总成包括转向侧齿条壳体和与转向侧齿条壳体连接的上盖，转向侧齿条壳体内设置调节螺钉和齿条支撑座，齿条支撑座与所述齿条相接触，调节螺钉与转向侧齿条壳体为螺纹连接，齿条支撑座与调节螺钉之间设置压紧弹簧。

所述调节螺钉上设置第一锁紧螺母，第一锁紧螺母与所述转向侧齿条壳体相接触。

所述输入轴通过第一轴承安装在所述壳体总成上，所述助力齿轮通过第二轴承安装在壳体总成上，所述输出轴通过第三轴承安装在壳体总成上，第一轴承的外圈通过过盈配合固定设置在所述上盖内，第二轴承的外圈通过过盈配合固定设置在转向侧齿条壳体上，第三轴承的内圈通过过盈配合固定设置在输出轴上。

所述壳体总成还包括与所述转向侧齿条壳体连接的连接管和与连接管连接的助力侧齿条壳体，连接管的一端通过过盈配合固定在转向侧齿条壳体上，连接管的另一端通过过盈配合固定在助力侧齿条壳体的一端上，助力侧齿条壳体的另一端通过过盈配合设置有第一轴套，所述齿条安装在转向侧齿条壳体、连接管和助力侧齿条壳体中，第一轴套支撑齿条。

所述蜗杆通过第四轴承和第三轴套安装在所述壳体总成内，壳体总成内设置用于对第四轴承进行轴向限位的轴承压板。

所述助力电机通过联轴器总成与所述蜗杆连接，联轴器总成包括与所述助力电机连接的第一联轴器、与所述蜗杆连接的第二联轴器以及位于第一联轴器和第二联轴器之间的第三联轴器，第三联轴器为橡胶联轴器。

所述的汽车用电动助力转向器还包括扭杆，扭杆的第一端和第二端均设置外花键，扭杆的第一端的外花键嵌入所述输入轴的光孔中且与输入轴为过盈配合，扭杆的第二端的外花键嵌入所述输出轴的光孔中且与输出轴为过盈配合。

所述扭杆包括变形段、与变形段的一端连接的第一花键段、与变形段的另一端连接的第二花键段、与第一花键段连接的第一导向段和与第二花键段连接的第二导向段，第一花键段、第二花键段、第一导向段和第二导向段均设置外花键，扭杆的第一端的外花键的齿顶圆直径大于所述输入轴的光孔的直径，扭杆的第二端的外花键的齿顶圆直径大于所述输出轴的光孔的直径。

本发明的汽车用电动助力转向器，采用蜗杆与斜齿轮组成的传动方式，具有传动比大、传动平稳、承载力大和噪音小的优点，而且易于加工。

附图说明

本说明书包括以下附图，所示内容分别是：

图1是本发明汽车用电动助力转向器的局部剖视图；

图2是本发明汽车用电动助力转向器的另一局部剖视图；

图3是本发明汽车用电动助力转向器的另一局部剖视图；

图4是本发明汽车用电动助力转向器的结构示意图；

图5是扭杆与输入轴和输出轴的连接示意图；

图6是扭杆的结构示意图；

图7是输入轴的剖视图；

图8是输出轴的剖视图；

图中标记为：101、转向外拉杆；102、转向内拉杆；2、锁紧小扎带；3、防尘罩；4、锁紧大扎带；5、扭矩角度传感器线束；6、线束支架；7、上盖；801、转向侧齿条壳体；802、连接管；803、助力侧齿条壳体；9、齿条；10、第一密封圈；11、第一轴套；12、第二密封圈；13、第一轴承；14、第三密封圈；15、第四密封圈；16、调节螺钉；17、第一锁紧螺母；18、压紧弹簧；19、第五密封圈；20、齿条支撑座；21、第二锁紧螺母；22、螺堵；23、第二轴承；24、输出轴；25、第三轴承；26、第二轴套；27、斜齿轮；28、扭矩角度传感器；29、输入轴；30、骨架油封；31、扭杆；3101、变形段；3102、第一导向段；3103、第二导向段；3104、第一花键段；3105、第二花键段；32、第三轴套；33、轴承压板；34、第三联轴器；35、助力电机；36、第六密封圈；37、第二联轴器；38、第四轴承；39、蜗杆；40、第一联轴器；41、助力齿轮；42、光孔。

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”、“第三”、“第四”、“第五”和“第六”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，本发明提供了一种汽车用电动助力转向器，包括壳体总成、扭矩角度传感器28、可旋转的设置于壳体总成内的输出轴24、齿条9、与输出轴24连接且与齿条9啮合的助力齿轮41、与输出轴24同轴设置的输入轴29、扭杆31、助力电机35、与助力电机35连接的蜗杆39、设置于输出轴24上且与蜗杆39相啮合的斜齿轮27，蜗杆39的轴心线与斜齿轮27的轴心线之间的夹角为81°～83°，蜗杆39为渐开线蜗杆39，蜗杆39的法向模数与斜齿轮27的轴向模数相等。所述蜗杆39与所述斜齿轮27组成的传动方式具有传动比大、传动平稳、承载力大和噪音小等优点；对于传统的蜗轮蜗杆传动，其啮合部位成一个平面，而对于蜗杆斜齿轮，其啮合部位理论上为一个点，对于点接触传动，其精度要求低，易于加工，且相比于面接触传动更加平稳；同样尺寸下斜齿轮齿厚大于蜗轮齿厚，因此可承载更大的传动力矩，

具体地说，如图1至图4所示，斜齿轮27是通过过盈配合固定设置在输出轴24上，助力齿轮41与输出轴24为同轴固定连接且助力齿轮41与输出轴24为一体加工成型，扭矩角度传感器28位于壳体总成的内部且扭矩角度传感器28固定设置在输入轴29上。输入轴29的一端与汽车转向系统的转向管柱连接，且输入轴29的该端位于壳体总成的外部，输入轴29的另一端位于壳体总成的内部。助力电机35安装在壳体总成上且助力电机35位于壳体总成的外部，助力电机35用于带动蜗杆39进行旋转。扭矩角度传感器28包括传感器本体和转子，转子采用激光焊接的方式固定设置在输出轴24上，传感器本体采用激光焊接的方式固定设置在输入轴29上。

作为优选的，蜗杆39的轴心线与斜齿轮27的轴心线之间的夹角为82°。具体地说，采用蜗杆斜齿轮传动机构，二者之间的轴心夹角可以为任意角度，但在车辆底盘中空间受限，采用90°垂直的设计会额外增加转向器的空间，容易造成转向器与底盘其它零部件产生干涉，作为优选方案，经过调查和试验发现将夹角角度设置为82°可以避免产生干涉且使转向器空间布局最优，提高整车适应能力。

如图1至图4所示，壳体总成包括转向侧齿条壳体801、与转向侧齿条壳体801连接的上盖7、与转向侧齿条壳体801连接的连接管802和与连接管802连接的助力侧齿条壳体803。转向侧齿条壳体801内设置调节螺钉16和齿条支撑座20，齿条支撑座20与齿条相接触，调节螺钉16与转向侧齿条壳体801为螺纹连接，齿条支撑座20与调节螺钉16之间设置压紧弹簧18。

转向侧齿条壳体801内设置容纳调节螺钉16和齿条支撑座20的安装孔，安装孔的内圆面上设置有可以与调节螺钉16配合的内螺纹，调节螺钉16通过螺纹连接固定设置在转向侧齿条壳体801上，齿条支撑座20的一端设置与齿条配合的圆弧面，且表面附着有光滑的涂层，用于防止齿条发生磨损，齿条支撑座20与调节螺钉16安装在同一个安装孔内。压紧弹簧18为圆柱螺旋弹簧且为压缩弹簧，压紧弹簧18对齿条支撑座20使其保持与齿条相接触状态的弹性作用力。第一锁紧螺母17用于将调节螺钉16固定在转向侧齿条壳体801上，第一锁紧螺母17与调节螺钉16通过螺纹连接且固定在转向侧齿条壳体801上，当助力齿轮41与齿条工作时间过长会发生磨损，导致齿轮齿条啮合出现间隙使转向器产生振动和噪音，压紧弹簧18在发生磨损出现间隙时会释放弹力抵消齿轮齿条啮合间隙，达到间隙补偿，当间隙过大且弹力不足以抵消齿轮齿条啮合间隙时，可拧紧调节螺钉16，增大压紧弹簧18的弹力，达到间隙补偿，且齿条支撑座20与转向侧齿条壳体801之间设置有第五密封圈19，第五密封圈19为O型圈，保证转向器的密封性能。

如图1和图2所示，上盖7通过螺栓与转向侧齿条壳体801固定连接，输入轴29通过第一轴承13安装在上盖7上，上盖7具有让输入轴29穿过的通孔，第一轴承13的外圈通过过盈配合固定设置在上盖7内，骨架油封30的外圈通过过盈配合固定设置在上盖7内，输入轴29与第一轴承13的内圈为间隙配合，骨架油封30的内圈为橡胶材质，输入轴29与骨架油封30的内圈为过盈配合。扭矩角度传感器28放入信号插件和助力电机35的电源插件固定在线束支架6上，线束支架6通过固定上盖7和转向侧齿条壳体801的螺栓同时固定设置在上盖7上，上盖7与转向侧齿条壳体801之间设置有第三密封圈14，第三密封圈14为O型圈，第三密封圈14是用于保证转向器的密封性能。

如图2所示，助力齿轮41通过第二轴承23安装在转向侧齿条壳体801上，第二轴承23的外圈通过过盈配合固定设置在转向侧齿条壳体801上，助力齿轮41的端部从第二轴承23的内圈穿过且固定设置在第二轴承23的内圈上，助力齿轮41的端部并设置有与第二锁紧螺母21配合的外螺纹，第二锁紧螺母21与助力齿轮41的端部为螺纹连接，第二锁紧螺母21用于在轴向上对第二轴承23起到限位作用，防止助力齿轮41和第二轴承23发生轴向位移。在转向侧齿条壳体801上设置有与螺堵22配合的内螺纹，螺堵22通过螺纹连接固定设置在转向侧齿条壳体801上，保证转向器的密封性能。通过用锁紧螺母将输出轴固定在壳体内，使其不易发生轴向位移，承载力矩大，且可在生产过程中减少装配工序，无需专用设备。

如图2所示，输出轴24通过第三轴承25安装在转向侧齿条壳体801上，第三轴承25的外圈通过过盈配合固定设置在转向侧齿条壳体801上。

如图2、图5至图8所示，扭杆31与输入轴29和输出轴24为同轴固定连接，扭杆31的第一端和第二端均设置外花键，外花键由若干个花键齿组成，扭杆31的第一端和第二端为扭杆31的长度方向上的相对两端，扭杆31的第一端的外花键嵌入输入轴29的光孔42中且与输入轴29为过盈配合，扭杆31的第二端的外花键嵌入输出轴24的光孔42中且与输出轴24为过盈配合，即可实现扭杆31与输入轴29和输出轴24的圆周方向、轴线方向的固定。

如图5至图8所示，扭杆31包括变形段3101、与变形段3101的一端连接的第一花键段3104、与变形段3101的另一端连接的第二花键段3105、与第一花键段3104连接的第一导向段3102和与第二花键段3105连接的第二导向段3103，第一花键段3104、第二花键段3105、第一导向段3102和第二导向段3103与变形段3101为同轴设置，第一花键段3104、第二花键段3105、第一导向段3102和第二导向段3103均设置外花键。输入轴29内的光孔42和输出轴24内的光孔42均为圆孔，扭杆31与输入轴29和输出轴24为同轴设置，扭杆31的第一端的外花键的齿顶圆直径大于输入轴29的光孔42的直径，扭杆31的第二端的外花键的齿顶圆直径大于输出轴24的光孔42的直径。第一花键段3104和第一导向段3102位于扭杆31的第一端，第一花键段3104位于第一导向段3102和变形段3101之间，第一花键段3104和第一导向段3102上的外花键的直径大小相同，第一花键段3104的长度大于第一导向段3102的长度，第一导向段3102和第一花键段3104嵌入输入轴29的光孔42中且与输入轴29为过盈配合，第一导向段3102的作用是扭杆31在与输入轴29压装时，进行初始定位和导向，以保证压入时扭杆31不会产生偏移、不会发生压入后扭杆31跳动大的问题。第二花键段3105和第二导向段3103位于扭杆31的第二端，第二花键段3105位于第二导向段3103和变形段3101之间，第二花键段3105和第二导向段3103上的外花键的直径大小相同，第二花键段3105的长度大于第二导向段3103的长度，第二导向段3103和第二花键段3105嵌入输出轴24的光孔42中且与输出轴24为过盈配合，第二导向段3103的作用是扭杆31在与输出轴24压装时，进行初始定位和导向，以保证压入时扭杆31不会产生偏移、不会发生压入后扭杆31跳动大的问题。

作为优选的，扭杆31的材质为弹簧钢，该材料可以实现在两端固定的前提下，中间部分为变形段3101，在扭矩作用下进行扭转变形，在无扭矩作用时，又可以回弹到原始位置。

如图5和图6所示，输入轴29的光孔42中设置第二密封圈12，扭杆31与第二密封圈12的位置相邻。输入轴29为空心轴，输入轴29上的光孔42为从输入轴29的轴向上的一端端面开始朝向输入轴29内部延伸，扭杆31从输入轴29的轴向上的另一端压入输入轴29中，最终嵌入光孔42中。第二密封圈12为O型圈，第二密封圈12的作用是进行输入轴29右端外露部分防尘防水。输出轴24的内部压装有一个第二轴套26，输入轴29的端部插入第二轴套26中，第二轴套26的作用是保证输入轴29的旋转精度。

采用上述结构的扭杆31，汽车转向系统在工作时，方向盘操舵力矩通过转向管柱施加到输入轴29上，输入轴29通过与扭杆31花键过盈连接部分，将扭矩传递到扭杆31上。与此同时，汽车转向时轮胎的阻力矩通过转向执行机构传递到输出轴24上，输出轴24通过与扭杆31的花键过盈连接部分，将扭矩传递到扭杆31的另一端。这时扭杆31的两端分别承受方向相反的两个扭矩，必然导致扭杆31进行变形，其变形量(即刚度，单位是deg/N.m)的大小即时被扭矩角度传感器28采集后，发出扭矩信号，转向系统根据扭矩信号提供相应的助力扭力，施加在输出轴24上提供助力。

如图1和图4所示，连接管802的一端通过过盈配合固定在转向侧齿条壳体801上，连接管802的另一端通过过盈配合固定在助力侧齿条壳体803的一端上，助力侧齿条壳体803的另一端通过过盈配合设置有第一轴套11，齿条安装在转向侧齿条壳体801、连接管802和助力侧齿条壳体803中，第一轴套11支撑齿条，齿条穿过第一轴套11的中心孔，第一轴套11用于防止齿条往返运动产生磨损。

如图3所示，蜗杆39通过第四轴承38和第三轴套32安装在壳体转向侧齿条壳体801内，壳体总成内设置用于对第四轴承38进行轴向限位的轴承压板33。第三轴套32通过过盈配合固定设置在转向侧齿条壳体801上，第四轴承38的内圈通过过盈配合固定设置在蜗杆39上。蜗杆39的一端放入第三轴套32内，另一端通过轴承压板33固定设置在转向侧齿条壳体801内，第四轴承38起支撑并固定蜗杆39作用。轴承压板33通过2个螺栓固定设置在转向侧齿条壳体801内，可有效防止蜗杆39在旋转过程中发生轴向位移。

如图3所示，助力电机35通过联轴器总成与蜗杆39连接，联轴器总成包括与助力电机35连接的第一联轴40、与蜗杆39连接的第二联轴器37以及位于第一联轴40和第二联轴器37之间的第三联轴器34，第三联轴器34为橡胶联轴器，第三联轴器34采用橡胶材料制成。第一联轴40与助力电机35的电机轴固定连接，第二联轴器37通过过盈配合固定设置在蜗杆39上，第一联轴40和第二联轴器37连接，第一联轴40和第二联轴器37为粉末冶金联轴器，橡胶联轴器位于第一联轴40和第二联轴器37之间，起缓冲减震作用，可以有效消除所述助力电机35旋转方向改变时产生的冲击，使转向器手感轻盈，噪音更小。

如图1、图3和图4所示，助力电机35通过螺栓固定设置在转向侧齿条壳体801上，助力电机35和转向侧齿条壳体801之间设置有第六密封圈36，第六密封圈36为O型圈以保证转向器的密封性能。连接管802的一端与转向侧齿条壳体801固定连接，连接管802的另一端与助力侧齿条壳体803固定连接，防尘罩3的一端固定设置在转向内拉杆102上，防尘罩3的另一端固定设置在助力侧齿条壳体803上，且设置在转向内拉杆102上的一端外圈设置有锁紧小扎带2，置在助力侧齿条壳体803上的另一端设置有锁紧大扎带4，通过使用工具拧紧锁紧小扎带2和锁紧大扎带4，可以保证转向器的密封性能，达到IP67防护等级。

如图1所示，助力侧齿条壳体803上设置有可以检测气密性的螺纹孔，通过气密性检测仪可以检测转向器出厂前密封性能，检测完成后通过螺栓拧紧和第一密封圈10可保证转向器的密封性能。

如图1所示，转向内拉杆102和转向外拉杆101的连接端设置有内螺纹，转向外拉杆101和转向内拉杆102的连接端设置有外螺纹，且二者互相配合，转向内拉杆102和转向外拉杆101通过螺纹连接固定，转向外拉杆101外螺纹上设置有调节螺母，通过调节螺母可改变两个转向外拉杆101的距离以适应不同车型。

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 (10)

1.汽车用电动助力转向器，包括壳体总成、可旋转的设置于壳体总成内的输出轴、齿条、与输出轴连接且与齿条啮合的助力齿轮、与输出轴同轴设置的输入轴、助力电机和与助力电机连接的蜗杆，其特征在于：还包括设置于所述输出轴上且与所述蜗杆相啮合的斜齿轮，蜗杆的轴心线与斜齿轮的轴心线之间的夹角为81°～83°，蜗杆为渐开线蜗杆，蜗杆的法向模数与斜齿轮的轴向模数相等。

2.根据权利要求1所述的汽车用电动助力转向器，其特征在于：所述蜗杆的轴心线与所述斜齿轮的轴心线之间的夹角为82°。

3.根据权利要求1所述的汽车用电动助力转向器，其特征在于：所述壳体总成包括转向侧齿条壳体和与转向侧齿条壳体连接的上盖，转向侧齿条壳体内设置调节螺钉和齿条支撑座，齿条支撑座与所述齿条相接触，调节螺钉与转向侧齿条壳体为螺纹连接，齿条支撑座与调节螺钉之间设置压紧弹簧。

4.根据权利要求3所述的汽车用电动助力转向器，其特征在于：所述调节螺钉上设置第一锁紧螺母，第一锁紧螺母与所述转向侧齿条壳体相接触。

5.根据权利要求3或4所述的汽车用电动助力转向器，其特征在于：所述输入轴通过第一轴承安装在所述壳体总成上，所述助力齿轮通过第二轴承安装在壳体总成上，所述输出轴通过第三轴承安装在壳体总成上，第一轴承的外圈通过过盈配合固定设置在所述上盖内，第二轴承的外圈通过过盈配合固定设置在转向侧齿条壳体上，第三轴承的外圈通过过盈配合固定设置在转向侧齿条壳体上。

6.根据权利要求3或4所述的汽车用电动助力转向器，其特征在于：所述壳体总成还包括与所述转向侧齿条壳体连接的连接管和与连接管连接的助力侧齿条壳体，连接管的一端通过过盈配合固定在转向侧齿条壳体上，连接管的另一端通过过盈配合固定在助力侧齿条壳体的一端上，助力侧齿条壳体的另一端通过过盈配合设置有第一轴套，所述齿条安装在转向侧齿条壳体、连接管和助力侧齿条壳体中，第一轴套支撑齿条。

7.根据权利要求1至4任一所述的汽车用电动助力转向器，其特征在于：所述蜗杆通过第四轴承和第三轴套安装在所述壳体总成内，壳体总成内设置用于对第四轴承进行轴向限位的轴承压板。

8.根据权利要求1至4任一所述的汽车用电动助力转向器，其特征在于：所述助力电机通过联轴器总成与所述蜗杆连接，联轴器总成包括与所述助力电机连接的第一联轴器、与所述蜗杆连接的第二联轴器以及位于第一联轴器和第二联轴器之间的第三联轴器，第三联轴器为橡胶联轴器。

9.根据权利要求1至4任一所述的汽车用电动助力转向器，其特征在于：还包括扭杆，扭杆的第一端和第二端均设置外花键，扭杆的第一端的外花键嵌入所述输入轴的光孔中且与输入轴为过盈配合，扭杆的第二端的外花键嵌入所述输出轴的光孔中且与输出轴为过盈配合。

10.根据权利要求9所述的汽车用电动助力转向器，其特征在于：所述扭杆包括变形段、与变形段的一端连接的第一花键段、与变形段的另一端连接的第二花键段、与第一花键段连接的第一导向段和与第二花键段连接的第二导向段，第一花键段、第二花键段、第一导向段和第二导向段均设置外花键，扭杆的第一端的外花键的齿顶圆直径大于所述输入轴的光孔的直径，扭杆的第二端的外花键的齿顶圆直径大于所述输出轴的光孔的直径。

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