CN113335370A - 汽车转向机及包括其的汽车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车转向机及包括其的汽车。所述汽车转向机包括电驱动单元和转向机本体，转向机本体包括：中空的壳体；端盖，端盖封闭在壳体的开口端；设置在壳体内的转向螺杆，转向螺杆的两端分别保持于端盖和壳体；转向螺母，转向螺母套接在转向螺杆上并且与转向螺杆啮合从而在转向螺杆的旋转驱动下能够沿转向螺杆轴向滑移，在转向螺母的一个外周侧处形成有沿轴向排布的驱动齿；输出轴，输出轴具有扇形齿轮部，转向螺母的驱动齿能驱动输出轴的与扇形齿轮啮合，扇形齿轮部驱动输出轴，其中，端盖和壳体分别限制了转向螺杆的两端的轴向移动自由度，并且转向螺杆的两端具有周向转动自由度和径向移动自由度。

Description

汽车转向机及包括其的汽车

技术领域

本发明涉及汽车制造技术领域；具体而言，本发明涉及一种汽车转向机，并进一步涉及一种包括其的汽车。

背景技术

汽车是现代生活中常用的交通工具。

汽车转向机是汽车转向系中的重要部件，它的作用是增大方向盘传到转向传动机构的力或力矩，以及改变力或力矩的传递方向。在驾驶员通过方向盘实施对汽车的转向操作时，其能够提供转向助力，减轻驾驶员操作方向盘的力度，使驾驶员开车时更加轻松、方便。

发明内容

本发明的一个方面的目的是提供一种改进的汽车转向机。

本发明的另一方面的目的是提供一种包括前述汽车转向机的汽车。

为了实现前述目的，本发明的一个方面提供了一种汽车转向机，其中，所述汽车转向机包括电驱动单元和转向机本体，所述转向机本体包括：

中空的壳体；

端盖，所述端盖封闭在所述壳体的开口端；

设置在所述壳体内的转向螺杆，所述转向螺杆的两端分别保持于所述端盖和所述壳体；

转向螺母，所述转向螺母套接在所述转向螺杆上并且与所述转向螺杆啮合从而在所述转向螺杆的旋转驱动下能够沿所述转向螺杆轴向滑移，在所述转向螺母的一个外周侧处形成有沿轴向排布的驱动齿；

输出轴，所述输出轴具有扇形齿轮部，所述转向螺母的所述驱动齿能驱动输出轴的与扇形齿轮啮合，所述扇形齿轮部驱动所述输出轴，

其中，所述端盖和所述壳体分别限制了所述转向螺杆的两端的轴向移动自由度，并且所述转向螺杆的两端具有周向转动自由度和径向移动自由度。

可选地，在如前所述的汽车转向机中，所述转向螺杆的两端分别通过推力轴承安装于所述端盖和所述壳体。

可选地，在如前所述的汽车转向机中，所述所推力轴承为滚针轴承，并且在所述滚针轴承与所述端盖和或所述壳体之间设置有垫片。

可选地，在如前所述的汽车转向机中，所述推力轴承为推力球轴承。

可选地，在如前所述的汽车转向机中，所述转向螺杆通过滚珠循环机构驱动所述转向螺母。

可选地，在如前所述的汽车转向机中，所述转向螺母包括贯穿的轴向内孔，并且所述滚珠循环机构包括：

位于所述转向螺杆的外周处的外螺旋槽；

位于所述转向螺母的内孔的内圆周处的内螺旋槽，所述转向螺杆穿过所述转向螺母的内孔并且所述外螺旋槽与所述内螺旋槽形成滚道；以及

滚珠，所述滚珠设置在所述滚道内。

可选地，在如前所述的汽车转向机中，所述壳体的内腔的侧表面提供所述转向螺母的滑移轨道，并且所述转向螺母的两端处的内腔部分是相互流体连通的。

可选地，在如前所述的汽车转向机中，所述电驱动单元具有输出轴，并且所述电驱动单元的所述输出轴用于驱动所述转向螺杆旋转。

可选地，在如前所述的汽车转向机中，所述转向螺杆的两端分别保持在所述端盖或所述壳体处的凹部中，所述凹部的内直径分别大于所述转向螺杆在相应端部处的外直径。

为了实现前述目的，本发明的另一方面提供了一种汽车，其中，所述汽车包括如前述方面中任一项所述的汽车转向机。

附图说明

参照附图，本发明的公开内容将更加显然。应当了解，这些附图仅仅用于说明的目的，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：

图1是根据本发明的一种实施方式的汽车转向机中转向机本体的剖视示意图；以及

图2是图1中转向机本体的转向螺杆处的局部分解图。

具体实施方式

下面参照附图详细地描述本发明的具体实施方式。在各附图中，相同的附图标记表示相同或相应的技术特征。另外，为了简明起见，对于数量多于一个的技术特征，在同一附图中可能仅在一处或若干处标示。

可以理解，虽然在本说明书中结合有限数量的实施方式进行了描述，但是本领域的技术人员可以在此基础上进行技术特征的扩展、变型、替换和/或组合。因此，本说明书中的内容为描述性的而不应视为在限制了本发明的范围。

图1是根据本发明的一种实施方式的汽车转向机中转向机本体的剖视示意图。

依据图1所示，该转向机本体100可以包括壳体、端盖、转向螺杆、转向螺母、滚珠、输出轴等。在转向机工作时，电驱动单元的输出轴驱动转向螺杆旋转，转向螺杆通过滚珠推动转向螺母轴向移动，进而，转向螺母上的驱动齿驱动输出轴的与扇形齿轮的啮合，扇形齿轮部驱动输出轴，并通过杆系进而驱动车轮摆动，从而实现汽车的转向。

图中未示出汽车转向机的电驱动单元。在具体的实施方式中，电驱动单元可以设置在转向机本体100的端部，如图1中的右端处，使得电驱动单元的输出轴接合并且能够驱动转向螺杆，提供转向助力。

下面结合附图对汽车转向机的转向机本体100进行更详细的描述。

依照图示，在图示实施方式中，转向机本体100可以包括壳体111和端盖112。壳体111是中空的，并且在其一端处具有开口，如在图1中示出于壳体111的左端处。端盖112装配于壳体111的该开口处，并在该开口处封闭所述壳体111的中空部，从而在壳体内限定中空的内腔113。如图中所示，端盖112可以是通过若干个螺栓114安装于壳体111的。根据具体需要，可以对螺栓114进行防松设计。

在其它实施方式中，也可以通过其它适合的常用手段进行此安装。为了更好地密封，在壳体111和端盖112二者的接合面处可以设置有垫片。

壳体111具有与其开口相对的底壁115，如在图1中示出于壳体111的右端处。在该底壁115处，壳体111具有贯穿的开孔116以供电驱动单元的输出轴（未图示）伸入，从而驱动转向螺杆120。与该开孔116同轴地，在端盖112的朝向壳体内腔113的一侧上形成有凹部117，二者同轴设置，便于转向螺杆120的安装及高效工作。

该转向螺杆120位于转向机本体的壳体内，转向螺杆的两端分别保持于端盖和壳体。如在之前结合图1所述的，转向螺杆120的一端可以装在端盖112的凹部117中、另一端可以装在壳体111的底壁115的开孔116中。为了便于安装转向螺杆120的相应端，在底壁115的朝向壳体内腔113的一侧上，可以在开孔116的外周扩展有台阶118，转向螺杆120的该端安装于该台阶118处。在该凹部117和台阶118处，它们的内直径可以分别大于转向螺杆120的相应端部的外直径，如图1中所示，从而转向螺杆120的相应端部不会被抱紧。在图示实施方式中转向螺杆120的各端部直径与转向螺杆120的主体部分直径相同。在另外的实施方式中，也可以设计成转向螺杆120的各端部处形成倒角，从而转向螺杆的直径向着各端逐渐变小，以避免其与凹部117及台阶118的在径向方向上的干涉、抱紧。

在图示实施方式中，在转向螺杆120的端部分别与壳体111的底壁115及端盖112之间设置有推力轴承131、132。可以了解，如此安装转向螺杆120的情况下，壳体和端盖限制了转向螺杆120的两端的轴向移动自由度，同时保留转向螺杆的两端分别具有周向转动自由度和径向移自由度。因此，该转向螺杆120的两个端部处能够沿周向旋转，并且其两端部均可以沿上、下和前、后方向作轻微移动。此处的上、下、前、后方面均为垂直于转向螺杆120的轴向的方向。

在图示示例中，这些推力轴承131、132均为滚针轴承，并且在这些轴承分别与底壁115及端盖112之间还设置了垫片141、142。关于滚针轴承与垫片的具体结构，请参见图2中的分解示意图。

图2是图1中转向机本体的转向螺杆处的局部分解图。图中示出了待被沿轴向安装的转向螺杆120、呈滚针轴承形式的推力轴承131、132以及垫片141、142。垫片141、142在图中示出为环圈的形状。在具体应用中，其也可以呈圆片形垫片、或者其形状可以分别适于匹配凹部117及台阶118的内周形状。相对于通过铸造等工艺制造的低硬度且表面粗糙的壳体而言，垫片141、142可以为转向螺杆120提供平整且硬度高的支撑面。

在可选的实施方式中，可以采用推力球轴承来替代滚针轴承。在这种情况下，可以省略垫片141、142。由于推力球轴承本身就提供了垫圈状套圈，所以可以不再另外设置垫片141、142。

从图1和图2中还可以看出，转向螺杆120的外周面上形成有外螺旋槽121。具体地，在该示例中，外螺旋槽121可以仅布置在转向螺杆120的中段的外周面上。在可选的实施方式中，可以根据需要在转向螺杆120的部分或整个外周面上布置外螺旋槽。外螺旋槽121适于驱动转向机本体的输出轴。例如，其驱动方式可以为直接的或者是间接的。在图示实施方式中，外螺旋槽121将转向螺杆120的周向转动转换为转向螺母150的轴向移动、进而驱动转向螺母左右移动，然后通过转向螺母间接地驱动转向机输出轴。在可选的实施方式中也可以考虑到通过转向螺杆的外螺旋槽直接驱动转向机的输出轴的扇形齿轮。

转向机本体100的转向螺母150套接在转向螺杆120上并且与转向螺杆120啮合从而在转向螺杆120的旋转驱动下能够沿转向螺杆120轴向滑移。在一种实施方式中，如图中所示，可以由转向机本体100的壳体的内腔的侧表面提供转向螺母的滑移轨道，并且转向螺母的两端处的内腔部分可以是相互流体连通的。

从图中可以看出，转向螺母150包括贯穿的轴向内孔，该轴向内孔的内圆周具有内螺旋槽151。转向螺杆120穿过内孔，并且在转向螺杆120的外螺旋槽121与转向螺母150内孔的内螺旋槽151之间形成滚道，设置有多个滚珠160。外螺旋槽、内螺旋槽和滚珠等构成滚珠循环机构，其作用是将转向螺杆120的周向运动转化成转向螺母150的直线运动。在转向螺杆120旋转时通过滚珠160推动转向螺母150，转向螺母150被推动而沿转向螺杆120的轴向方向左右移动。滚珠160在外螺旋槽121、内螺旋槽151形成的滚道内滚动、摩擦力小。

另外，如图中所示，在转向螺母150的外周上形成有沿轴向排布的齿152，齿152适于接合转向机的输出轴的扇形齿轮170并通过其驱动输出轴。转向机本体的转向螺杆与转向机本体的该输出轴成角度设置。在图示实施方式中，转向机本体的壳体形成有容纳扇形齿轮170的空间，该空间与壳体的内腔113相通，使得扇形齿轮170能够在转向螺母150的一侧接合其外周上的齿152。当转向螺杆受驱动而左右往复移动时，扇形齿轮则向左右往复摆动、进而驱动输出轴往复旋转。

扇形齿轮170可以一体地形成在输出轴上。该输出轴可以通过杆系驱动汽车的车轮摆动，实现汽车的转向。可以理解，向转向机输出的力来自驾驶人员驱动的方向盘，方向盘将力矩传递到转向机，转向机里通过电驱动的方式将力矩放大成更大的力矩驱动车轮的摆动转向。

由于滚珠160对转向螺母150的滚动摩擦微乎其微，而转向螺母150上的齿152及扇形齿轮170具有一定的厚度，所以，齿152与扇形齿轮170的啮合关系的存在使得转向螺母150能在转向螺杆120上沿轴向移动而不能沿周向转动。

通过以上结合图1和图2的描述，可以看出，在该转向机本体100中限定了转向螺杆120的轴向移动自由度，并且转向螺杆的两端具有周向转动自由度和径向移动自由度。

与其相对地，在一些汽车转向机的转向机本体中，其转向螺杆在转向机内部在壳体与端盖之间的支撑方式通常包括：（1）在两端固定，仅提供周向转动自由度，即转向螺杆可以旋转但是上、下、前、后都不能移动；或者（2）在一端固定、另外一端设置为自由端，并且在固定端仅可以周向旋转但其它自由度均被限制。这些汽车转向机中（由于至少一端被过度限制自由度）需要精密加工用于安装壳体上的转向螺杆安装孔，提供高的同轴度，增加了制造成本。另外，在转向螺母150的齿152与扇形齿轮170的齿啮合时所产生的力在垂直于转向螺杆方向上的分力会导转向螺杆120弯曲，有可能使得滚珠在外、内螺旋槽121、151内卡滞。再者，转向螺杆120上的外螺旋槽121在弯曲载荷作用下有可能产生断裂，造成转向机工作失效。

在图示的方案中，通过采用两个推力轴承131、132来承载轴向力，其仅起到了支承的作用。在装配时，左边的轴承131和右边的轴承132跟转向螺杆120的左右两端可以有微量的变形。在配备有轴承131、132之后，转向螺杆、转向螺母等可以看作为一个整体，在由于转向螺母150与扇形齿轮170的齿接合而承受竖直向上的分力的时候，该整体就会产生向上的移动。例如，如果在转向螺母150运行到左侧或右侧的话，其就会往左倾斜或者是往右倾斜；因为，例如，如果转向螺母150运行到最左边的话，由于其啮合时是最右侧的齿啮合，则该力会加在转向螺母150的右侧。可见，采用这种方式安装的转向螺杆限定了转向螺杆沿轴向的左右窜动，因此会在除轴向移动方向外均至少有一定的自由度，而不是一个抱死的状态。即，在把转向螺杆120和转向螺母150等看成一个整体时，该整体并不是被抱死的。

然而，转向螺杆的至少一端或两端固定的情况下，例如通过直接固定于壳体的孔内或者通过深沟球轴承或角接触轴承固定时，由于受竖向力时转向螺杆的左侧和/或右侧被抱紧而不能上、下和前、后移动，所以转向螺杆弯曲易于导致滚珠在转向螺杆和转向螺母之间卡滞。

可见，根据本发明限制转动螺杆的轴向移动自由度的方案允许中，还能够实现如下有益技术效果中的至少一个：（1）这些汽车转向机中在不再需要精密加工壳体上的安装孔的情况下，同样能够提供高的同轴度，有利于降低制造成本；（2）在转向螺母150的齿152与扇形齿轮170的齿啮合而产生垂直于转向螺杆方向上的分力时，转向螺杆的端部能够应当地移位而避免转向螺杆120弯曲，防止了滚珠在滚道内卡滞；（3）由于避免了转向螺杆120的弯曲，所以也避免了转向螺杆120上的外螺旋槽121受弯曲载荷作用而可能产生断裂，能够维持转向机在有效的工作状态。

综合以上描述，本发明的至少一个方面的汽车转向机的转向螺杆有轴向移动自由度受到限制，其具体实现方式包括但不限于在转向螺杆的两端设置推力轴承和/或垫片，有利于提高整个机构的可靠性。

本发明的至少另一方面提供了一种汽车，该汽车可以包括有如前述方面中任一实施方式的汽车转向机。该汽车转向机可以接收和放大来自方向盘的力矩并通过杆系驱动车轮摆动。在可选的实施方式中，所需转向的车轮可以包括汽车的前轮和/或后轮。可以理解，相应的汽车将至少具备与前述各实施方式中相应的汽车转向机相应的优点。

如前所述，本说明书中描述了根据本发明的若干实施方式的汽车转向机及若干实施方式的包括汽车转向机的汽车。应当了解，本发明所要求的范围不仅仅局限于以上所描述的内容。在不脱离本发明的技术思想的前提下，本领域技术人员可以对上述实施方式进行多种扩展、变型、替换和/或组合，而这些扩展、变型、替换和/或组合均应当属于本发明所要求的范围内。

Claims (10)

1.一种汽车转向机，其特征在于，所述汽车转向机包括电驱动单元和转向机本体，所述转向机本体包括：

中空的壳体；

端盖，所述端盖封闭在所述壳体的开口端；

设置在所述壳体内的转向螺杆，所述转向螺杆的两端分别保持于所述端盖和所述壳体；

转向螺母，所述转向螺母套接在所述转向螺杆上并且与所述转向螺杆啮合从而在所述转向螺杆的旋转驱动下能够沿所述转向螺杆轴向滑移，在所述转向螺母的一个外周侧处形成有沿轴向排布的驱动齿；

输出轴，所述输出轴具有扇形齿轮部，所述转向螺母的所述驱动齿能驱动输出轴的与扇形齿轮啮合，所述扇形齿轮部驱动所述输出轴，

其中，所述端盖和所述壳体分别限制了所述转向螺杆的两端的轴向移动自由度，并且所述转向螺杆的两端具有周向转动自由度和径向移动自由度。

2.如权利要求1所述的汽车转向机，其中，所述转向螺杆的两端分别通过推力轴承安装于所述端盖和所述壳体。

3.如权利要求2所述的汽车转向机，其中，所述所推力轴承为滚针轴承，并且在所述滚针轴承与所述端盖和或所述壳体之间设置有垫片。

4.如权利要求2所述的汽车转向机，其中，所述推力轴承为推力球轴承。

5.如权利要求1所述的汽车转向机，其中，所述转向螺杆通过滚珠循环机构驱动所述转向螺母。

6.如权利要求5所述的汽车转向机，其中，所述转向螺母包括贯穿的轴向内孔，并且所述滚珠循环机构包括：

位于所述转向螺杆的外周处的外螺旋槽；

位于所述转向螺母的内孔的内圆周处的内螺旋槽，所述转向螺杆穿过所述转向螺母的内孔并且所述外螺旋槽与所述内螺旋槽形成滚道；以及

滚珠，所述滚珠设置在所述滚道内。

7.如权利要求1所述的汽车转向机，其中，所述壳体的内腔的侧表面提供所述转向螺母的滑移轨道，并且所述转向螺母的两端处的内腔部分是相互流体连通的。

8.如权利要求1所述的汽车转向机，其中，所述电驱动单元具有输出轴，并且所述电驱动单元的所述输出轴用于驱动所述转向螺杆旋转。

9.如权利要求1所述的汽车转向机，其中，所述转向螺杆的两端分别保持在所述端盖或所述壳体处的凹部中，所述凹部的内直径分别大于所述转向螺杆在相应端部处的外直径。

10.一种汽车，其特征在于，所述汽车包括如前述权利要求中任一项所述的汽车转向机。

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