CN113531104B - 一种转向系统蜗轮蜗杆减速机构间隙补偿机构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种转向系统蜗轮蜗杆减速机构间隙补偿机构，包括输出轴、滑套、蜗轮及螺旋弹簧；输出轴包括输出轴本体，在输出轴本体用于安装蜗轮的位置的表面设置有多个轴向滑槽，相邻两个轴向滑槽之间形成间隔筋，在输出轴上靠近大端侧设置有法兰，在法兰与轴向滑槽相对的表面设置有法兰凹槽；滑套套于输出轴的轴向滑槽处，蜗轮套于滑套上；在蜗轮靠近法兰的一侧设置有蜗轮凹槽，螺旋弹簧设置于蜗轮凹槽与法兰凹槽之间。本技术方案通过蜗轮补偿技术，在蜗轮与输出轴之间通过滑套连接，在传递扭矩的同时推动蜗轮移动，改变啮合点，使得补偿力的作用点位于蜗轮上，从而削除蜗轮磨损带来的影响。

Description

一种转向系统蜗轮蜗杆减速机构间隙补偿机构
技术领域
本发明属于转向系统的蜗轮蜗杆技术领域，具体涉及一种转向系统蜗轮蜗杆减速机构间隙补偿机构。
背景技术
随着技术进步和环境保护的压力，电子助力式转向系统成为汽车的标配。电子助力式转向系统通过电机给转向系统提供助力，替代传统液压油提供助力，可以减少维修过程中油液污染，且维修方便。对于管柱助力式转向系统，电机通过联轴器与蜗杆连接，电机驱动蜗杆转动，蜗杆驱动蜗轮转动。通过蜗轮蜗杆减速增扭机构将电机扭矩作用在管柱输出轴上。电机输出的扭矩最终作用在转向柱上，与驾驶员的操作力叠加后经过传动装置作用在转向机上，最终转化为驱动车轮运动的力。
由于蜗轮蜗杆减速机构减速比大，传递的力矩大，因蜗轮材质通常为尼龙，因此蜗轮齿面不可避免的存在齿面磨损，齿面磨损后蜗轮蜗杆的啮合位置处的啮合间隙变大，较大的啮合间隙是导致转向系统异响的根本原因。
由于蜗轮齿形为斜齿，啮合部位通常为齿面中心位置，齿面远离中心位置处因不参与啮合而不会磨损。现在转向系统普遍采用蜗轮蜗杆间隙补偿机构，通过给蜗杆施加作用力，让蜗杆向蜗轮产生一个位移，从而将蜗杆推向蜗轮，实现间隙补偿作用。
现阶段普遍采用的蜗轮蜗杆间隙补偿机构作用原理是，蜗杆小端做成浮动形式，通过在蜗杆小端安装一个螺旋弹簧01，螺旋弹簧一直处于压缩状态，持续提供推力，将蜗杆推向蜗轮端，实现间隙补偿。
如图1所示，间隙补偿力F的作用点位于蜗杆小端位置，该结构简单，易于实现。但由于此时蜗杆类似一个杠杆，蜗轮蜗杆啮合部位，位于杠杆中间，即蜗杆的中间部位，该处实际的间隙补偿值只有小端的螺旋弹簧01位移的一半，使得间隙补偿效果不能完全发挥出来。
为了克服上述的问题，现采用另一种补偿形式，如图2所示，其作用原理是，蜗杆小端做成浮动形式，通过在蜗轮蜗杆壳体上固定一个‘L’形的薄片弹簧02，弹簧末端折弯部分伸入到蜗杆腔内，抵住蜗杆小端，持续提供推力，将蜗杆推向蜗轮端，实现间隙补偿。其也是通过在蜗杆小端施加一个作用力，从而实现间隙补偿的目的。如专利号ZL 2016 10852796.2、ZL 2016 2 1082539.7及ZL 2017 2 0211613.9等。虽然有间隙补偿机构，但使用一段时间后，仍然存在松旷异响的情况。
发明内容
本发明的目的是提供一种转向系统蜗轮蜗杆减速机构间隙补偿机构，采用浮动蜗轮的方式，以解决现蜗轮蜗杆间隙补偿机构使用一段时间后，仍然存在松旷异响的情况，补偿效果不理想的问题。
为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种转向系统蜗轮蜗杆减速机构间隙补偿机构，包括输出轴、滑套、蜗轮及螺旋弹簧；
所述输出轴包括输出轴本体，在所述输出轴本体用于安装蜗轮的位置的表面设置有多个轴向滑槽，相邻两个轴向滑槽之间形成间隔筋，在输出轴上靠近大端侧设置有法兰，在法兰与轴向滑槽相对的表面设置有法兰凹槽；
所述滑套套于输出轴的轴向滑槽处，蜗轮套于滑套上；
在蜗轮靠近法兰的一侧设置有蜗轮凹槽，螺旋弹簧设置于蜗轮凹槽与法兰凹槽之间。
进一步的，所述滑套由滑套外圈和滑套内圈组成，滑套内圈与输出轴的滑槽及间隔筋组成的形状相配合，滑套外圈的形状与蜗轮内圈的形状相配合。
进一步的，在滑套的表面分别镶入金属滚针和金属滚珠后，套于输出轴上，滑套通过金属滚针和金属滚珠与输出轴接触。
进一步的，金属滚针与金属滚珠在滑套的周圈上间隔设置。
进一步的，法兰与输出轴本体为一体结构。
进一步的，在蜗轮安装于输出轴后，螺旋弹簧处于压缩状态。
本发明的有益效果是：
本技术方案通过蜗轮补偿技术，相比于现蜗杆间隙补偿机构，本技术在蜗轮与输出轴之间通过滑套连接，在传递扭矩的同时推动蜗轮移动，改变啮合点，使得补偿力的作用点位于蜗轮上，从而削除蜗轮磨损带来的影响。
附图说明
图1为传统螺旋弹簧蜗杆补偿结构示意图；
图2为传统薄片弹簧蜗杆补偿结构示意图；
图3为本发明补偿机构输出轴结构示意图；
图4为图3的A-A剖视图；
图5为滑套侧视图；
图6为镶有金属滚针和金属滚珠的滑套示意图；
图7为蜗轮侧视图；
图8为蜗轮的B-B剖视图；
图9为图8的C处放大图；
图10为输出轴与滑套组装图；
图11为输出轴、滑套及蜗轮组装图；
图12为本发明蜗轮蜗杆间隙补偿机构原理示意图；
图13为本发明蜗轮蜗杆间隙补偿机构截面图。
附图标记说明
01、螺旋弹簧，02、薄片弹簧，1、输出轴，11、输出轴本体，12、蜗轮安装部位，13、轴向滑槽，14、间隔筋，15、法兰，16、法兰凹槽，2、滑套，21、滑套内圈，22、滑套外圈，3、金属滚针，4、金属滚珠，5、蜗轮，51、蜗轮的内圈，52、蜗轮凹槽，6、螺旋弹簧。
具体实施方式
以下通过实施例来详细说明本发明的技术方案，以下的实施例仅是示例性的，仅能用来解释和说明本发明的技术方案，而不能解释为是对本发明技术方案的限制。
本技术方案的缩略语和关键术语定义
蜗轮：常见的电子助力转向系统中，用于减速增扭的机构组件，与蜗杆配合使用。为保证传递可靠性，同时减轻零部件重量，蜗轮材质为尼龙+玻纤；
蜗杆：常见的电子助力转向系统中，用于减速增扭的机构组件，与蜗轮配合使用。蜗杆材质一般为合金钢。
蜗杆大端：蜗杆固定在蜗轮蜗杆机构壳体内，蜗杆连接电机的一端，通常采用关节球轴承，该轴承确保蜗杆能绕球轴承球心摆动，这一端称为蜗杆大端。
蜗杆小端：蜗杆大端的另一侧，称为蜗杆小端。
转向柱输出轴：转向柱末端的输出轴，针对常见的管柱助力式转向系统，该输出轴与上述蜗轮固定连接，电机通过蜗杆带动蜗轮旋转，减速增扭，输出扭矩。
滑套：本发明专利提供的一种装置，该装置装配在上述转向柱输出轴和蜗轮之间，可径向传递力和力矩，不能轴向受力或传递力矩。
弹簧:本发明专利提供的一种螺旋弹簧，通过该弹簧的弹力作用，可弥补蜗轮蜗杆啮合产生的间隙。
本技术方案的思路来源
现有的蜗轮蜗杆间隙补偿机构，在蜗杆小端安装一个弹簧，弹簧一直处于压缩状态，在整个生命周期内，持续提供推力，将蜗杆推向蜗轮。由于推力的作用点位于蜗杆小端，而蜗杆与蜗轮间隙产生的部位为蜗轮蜗杆啮合部位，通常为蜗杆中间部位，因此间隙补偿的效果并不理想。
若加大蜗杆小端弹簧的弹力，理论上，蜗轮蜗杆磨损后，弹簧残余弹力较大，能将蜗杆推向蜗轮。但较大的弹力会导致蜗轮蜗杆初期磨损加剧，可能造成蜗轮蜗杆在使用过程中快速磨损，对转向产生负面影响。
本发明创造提出一种转向系统蜗轮蜗杆间隙补偿机构，该机构采用浮动式的蜗轮形式，蜗轮可以轴向运动，同时能稳定的传递扭矩。浮动式的蜗轮在弹簧弹力作用下，延蜗轮轴线有微小移动，蜗轮蜗杆啮合点发生微小的移动，保证蜗轮蜗杆始终无间隙的啮合。
本发明提供一种蜗轮蜗杆间隙补偿机构，该转向机构包含转向柱的输出轴，如图3和图4所示，输出轴1包括输出轴本体11，在本申请的输出轴本体的长度，外周及各部分的布局与现输出轴的结构基本相同，其改进是，在输出轴用于安装蜗轮的位置的外周加工出多个轴向滑槽13，相邻两个轴向滑槽之间形成间隔筋14，轴向滑槽与间隔筋形成的形状用于同滑套配合，滑套2套在输出轴1上，能够沿输出轴的轴向滑动。在输出轴上靠近大端侧设置有法兰15，在法兰与轴向滑槽相对的表面设置有法兰凹槽16。
如图5和图6所示，本申请的滑套2由滑套外圈22和滑套内圈21组成，其中滑套内圈的形状与轴向滑槽与间隔筋组成的形状完全一致，确保滑套与输出轴正确配合，滑套安装于输出轴蜗轮安装部位的位置。
本申请中的滑套作用是在打转向时，传递电机通过蜗杆驱动蜗轮产生的扭矩，让电机的助力与驾驶员作用在方向盘上的手力耦合。
为了保证传递力矩的可靠性，在滑套的表面间隔嵌入金属滚针3和金属滚珠4，使用滚针和滚珠结合的结构形式，可以传递较大的力矩，同时兼具耐磨损性能。
在本申请中，滑套与输出轴通过金属滚针和金属滚珠接触，滑套可以保证蜗杆在输出轴方向上具备一定的位移量。
如图7至图9所示，本申请的蜗轮5的整体结构与现蜗轮结构基本相同，改进之处在于蜗轮的内圈51形状与滑套的外圈形状完全一致，确保蜗轮5与滑套2正确配合，传递力矩的同时，能提供轴向的位移量。在蜗轮与输出轴的法兰相对的一侧设置有蜗轮凹槽52。
本申请的安装如图10至图13所示，首先将螺旋弹簧6套于输出轴上，使得螺旋弹簧的一端进入到法兰凹槽内，将镶有金属滚针和金属滚珠的滑套套于输出轴的蜗轮安装部位，再将蜗轮套于滑套上，使得螺旋弹簧的另一端进入到蜗轮凹槽内，并使得螺旋弹簧具有一定的压紧力。在工作过程中，螺旋弹簧一直处于被压缩状态，螺旋弹簧产生弹力，推动蜗轮延轴向产生微小位移。由于蜗轮轮齿的特殊性，蜗轮延轴向运动后，将会始终与蜗杆保持紧密接触，消除摩擦产生的间隙。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.一种转向系统蜗轮蜗杆减速机构间隙补偿机构，其特征在于，包括输出轴、滑套、蜗轮及螺旋弹簧；
所述输出轴包括输出轴本体，在所述输出轴本体用于安装蜗轮的位置的表面设置有多个轴向滑槽，相邻两个轴向滑槽之间形成间隔筋，在输出轴上靠近大端侧设置有法兰，在法兰与轴向滑槽相对的表面设置有法兰凹槽；
所述滑套套于输出轴的轴向滑槽处，蜗轮套于滑套上；
在蜗轮靠近法兰的一侧设置有蜗轮凹槽，螺旋弹簧设置于蜗轮凹槽与法兰凹槽之间；
所述滑套由滑套外圈和滑套内圈组成，滑套内圈与输出轴的滑槽及间隔筋组成的形状相配合，滑套外圈的形状与蜗轮内圈的形状相配合；
在滑套的表面分别镶入金属滚针和金属滚珠，套于输出轴上，滑套通过金属滚针和金属滚珠与输出轴接触；
金属滚针与金属滚珠在滑套的周圈上间隔设置；
在蜗轮安装于输出轴后，螺旋弹簧处于压缩状态。
2.根据权利要求1所述的转向系统蜗轮蜗杆减速机构间隙补偿机构，其特征在于，法兰与输出轴本体为一体结构。
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