CN113715900A - 一种转向器间隙调节机构及调节方法及车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种转向器间隙调节机构及调节方法及车辆，其中转向器间隙调节机构，包括壳体以及设于壳体的齿轮和齿条，齿轮与齿条啮合，壳体设有调节孔，调节孔连接有用于调节齿轮和齿条间隙的间隙调节组件，所述间隙调节组件包括活动连接于调节孔的一端并压合于齿条的压块、螺纹连接于调节孔另一端的调整螺塞以及位于压块和调整螺塞之间的衬套；在初始状态通过调节调整螺塞的初始位置来调节转向器的初始间隙，并对衬套进行预压缩，使衬套屈曲变形；在工作状态，通过衬套变形消除齿轮和齿条的间隙。本发明可以快速响应在颠簸路况下转向器的间隙变化且过程平稳，降低了异响风险。

Description

一种转向器间隙调节机构及调节方法及车辆
技术领域
本发明涉及汽车零部件技术领域，尤其涉及汽车转向系统。
背景技术
随着我国汽车市场竞争的加剧，以及新能源汽车的发展，消费者对汽车性能的要求越来越严苛，汽车的舒适性如振动和噪声逐渐成为消费者选购汽车时主要考虑的因素之一。因此，汽车NVH(Noise，Vibration and Harshness)性能将会越来越受到重视。尤其是路面对转向器的激励可以被驾驶员直接感知，严重影响汽车驾驶舒适性和操纵稳定性。
转向器齿轮齿条间本身存在一定的啮合间隙，经过长时间工作之后，转向器齿轮齿条都会发生磨损，从而引起二者之间啮合间隙的扩大。齿轮齿条啮合间隙的出现，一方面会导致转向器自身工作稳定性下降，另一方面还可能引发转向器异响。为了避免上述问题的发生，需要对转向器齿轮齿条进行间隙补偿；此外，考虑到车辆行驶工况复杂，特别是颠簸路况下，齿轮齿条啮合间隙迅速变化，需有机构对此迅速响应，及时消除间隙。现有产品普遍通过弹簧来消除间隙，但弹簧的工作特性决定其响应只能是线性的，无法迅速响应，及时消除间隙。
发明内容
针对现有技术的缺陷和不足，本发明所要解决的技术问题就是提供一种转向器间隙调节机构，快速响应在颠簸路况下转向器的间隙变化且过程平稳。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一方面，提供了一种转向器间隙调节机构，包括壳体以及设于壳体的齿轮和齿条，齿轮与齿条啮合，壳体设有调节孔，调节孔连接有用于调节齿轮和齿条间隙的间隙调节组件，所述间隙调节组件包括活动连接于调节孔的一端并压合于齿条的压块、螺纹连接于调节孔另一端的调整螺塞以及位于压块和调整螺塞之间的衬套；在初始状态通过调节调整螺塞的初始位置来调节转向器的初始间隙，并对衬套进行预压缩，使衬套屈曲变形；在工作状态，通过衬套变形消除齿轮和齿条的间隙。
优选的，所述衬套包括钢环和与钢环的两端连接的橡胶块。
优选的，所述橡胶块通过硫化工艺与钢环结合成一体。
优选的，所述钢环的两端设有内圈凸缘，所述橡胶块与内圈凸缘结合成一体。
优选的，所述钢环的外径小于调节孔内径；和/或，所述橡胶块的外径小于调节孔内径且大于钢环外径。
优选的，所述衬套由两个半圆环体组合而成。
优选的，所述钢环的外表面设有向径向外侧凸出并沿周向延伸的加强筋。
优选的，所述钢环的外表面设有储油槽。
另一方面，还提供了一种转向器间隙调节方法，包括如下步骤：
(1)通过调节调整螺塞的初始位置来调节转向器的初始间隙，对衬套进行预压缩，此时衬套的橡胶块发生压缩变形，且钢环发生屈曲变形，使衬套工作力-位移曲线处于线性段；
(2)齿轮和齿条因工作磨损而产生间隙或者车辆行驶在颠簸路况下齿条沿径向来回移动，使衬套压缩变形，并产生变形抗力，抑制压块进一步移动，并且使压块与齿条紧密贴合，从而消除齿轮齿条间隙；
(4)当压块所受齿条冲击力较小时，压块位移也较小，此时主要是钢环发生屈曲变形，衬套工作力-位移曲线仍处于线性段；
(5)当压块所受齿条冲击力进一步增大时，压块位移也增大，原来发生屈曲变形的钢环外表面与调节孔内壁接触，阻止钢环继续变形，此时衬套的变形抗力迅速增大，从而迅速缩小齿轮齿条间隙，衬套工作力-位移曲线进入非线性段；(6)当车辆行驶平稳后，衬套变形恢复。
而且，本发明还提供了一种车辆，安装有转向器，所述转向器设有所述的一种转向器间隙调节机构。
本发明采用的技术方案，具有如下有益效果：
通过调节调整螺塞的初始位置来调节转向器的初始间隙，并通过衬套实现对转向器工作产生的间隙进行调节，衬套为半圆形结构，并且由钢环和橡胶块结合在一起，工作时力-位移曲线具有显著的非线性，因此可以快速响应在颠簸路况下转向器的间隙变化且过程平稳，降低了异响风险，提高了转向器NVH性能，且结构简单、重量轻、成本低。
衬套包括钢环和设于钢环两端的橡胶块，设置橡胶块的作用主要有3点：1.外界激励较小时，除钢环变形外橡胶块亦发生压缩提供一定的变形抗力；2.当外界激励突然消失时，如驶离颠簸路况，钢环变形迅速恢复，橡胶块吸收此变形力，并防止可能的钢环与压块、钢环与调整螺塞之间的钢-钢摩擦异响；3.橡胶块内径略小于钢环凸缘，防止两个半圆钢环之间的摩擦异响。
钢环的外表面设有向径向外侧凸出并沿周向延伸的加强筋，确保钢环屈曲时向外变形，同时通过控制加强筋与壳体的间隙调整钢环屈曲变形程度，使其不发生不可逆的塑性变形。
钢环的外表面设有储油槽，储油槽中存储有润滑脂，当钢环屈曲后外表面与壳体内表面接触时提供润滑脂，减轻钢环与壳体的磨损，同时防止钢环与壳体的摩擦异响。
本发明采用的具体技术方案及其带来的有益效果将会在下面的具体实施方式中结合附图中予以详细的揭露。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：
图1为本发明一种转向器间隙调节机构的结构示意图；
图2为本发明中衬套(半圆环体)的主视图；
图3为图2中衬套半圆环体的A-A剖视图；
图4为本发明中衬套半圆环体的俯视图；
图5为本发明中钢环(半圆环体)的主视图；
图6为图5中钢环半圆环体的A-A剖视图；
图7为本发明中钢环半圆环体的俯视图；
图8为本发明一种转向器间隙调节机构工作时的力-位移曲线图；
图中：1、齿轮，2、齿条，3、壳体，4、压块，5、衬套，6、调整螺塞，5a、橡胶块，5b、钢环，5b1、内圈凸缘，5c、加强筋，5d、储油槽。
具体实施方式
下面结合本发明实施例的附图对本发明实施例的技术方案进行解释和说明，但下述实施例仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其他实施例，都属于本发明的保护范围。
本领域技术人员可以理解的是，在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互组合。
实施例一
参见图1至图7所示，一种转向器间隙调节机构，包括壳体3、齿轮1、齿条2、压块4、衬套5及调整螺塞6。齿轮1和齿条2在壳体3内互相啮合，壳体设有调节孔，调节孔连接有用于调节齿轮1和齿条2间隙的间隙调节组件。具体的，间隙调节组件包括活动连接于调节孔的一端并压合于齿条的压块4、螺纹连接于调节孔另一端的调整螺塞6以及位于压块4和调整螺塞6之间的衬套5，衬套5作用于压块4，用于限制齿条2沿齿轮1径向移动。
其中，如图2至图4所示，所述衬套5包括钢环5b和橡胶块5a，两个橡胶块5a对应位于钢环的两端，可以通过硫化工艺与钢环5b结合成一体。而且，钢环的两端设有内圈凸缘5b1，橡胶块5a与内圈凸缘5b1结合成一体，由于增加了结合面积，两者更加可靠的结合为一体。
进一步的，所述衬套5由两个半圆环体组合而成。更具体来说，半圆环体为略小于半圆形的弧形体，主要是出于成本与工艺考虑，如大于半圆无法用低成本的冲压工艺加工，成本将飙升。
设置橡胶块的作用主要有3点：1.外界激励较小时，除钢环变形外橡胶块亦发生压缩提供一定的变形抗力；2.当外界激励突然消失时，如驶离颠簸路况，钢环变形迅速恢复，橡胶块吸收此变形力，并防止可能的钢环与压块、钢环与调整螺塞之间的钢-钢摩擦异响；3.橡胶块内径略小于钢环凸缘，防止两个半圆钢环之间的摩擦异响。
优选的，所述钢环采用弹簧钢制成，从而具有较强的变形能力，当然，也可以采用其他合金钢制成。所述钢环的外径小于调节孔内径，为钢环变形提供空间。所述橡胶块的外径小于调节孔内径且大于钢环外径。
进一步的，如图5至图7所示，钢环5b设有沿周向延伸的加强筋5c且加强筋凸起方向为向径向外侧凸出。加强筋5c的设置确保钢环5b屈曲时向外变形，同时通过控制加强筋与壳体的间隙调整钢环屈曲变形程度，使其不发生不可逆的塑性变形。加强筋与壳体的间隙与产品所需工作力有关，通常在0.5mm左右，太大易发生塑性变形，太小不易发挥非线性特点。
更进一步的，钢环5b设有储油槽5d，所述储油槽5d位于钢环外表面，并储存有润滑脂。具体可以沿钢环轴向间隔设置多条周向延伸的储油槽，储油槽位于相邻两条加强筋5c之间。因此，当钢环5b屈曲后外表面与壳体内表面接触时提供润滑脂，减轻钢环5b与壳体3的磨损，同时防止钢环5b与壳体3的摩擦异响。
通过调节调整螺塞的初始位置来调节转向器的初始间隙，并通过衬套实现对转向器工作产生的间隙进行调节。钢环和橡胶块结合在一起，工作时力-位移曲线具有显著的非线性，因此可以快速响应在颠簸路况下转向器的间隙变化且过程平稳，降低了异响风险，提高了转向器NVH性能。
实施例二
参考图1和图8所示，上述一种转向器间隙调节机构对应的间隙调节方法，包括如下步骤：
(1)通过调节调整螺塞的初始位置来调节转向器的初始间隙，对衬套进行预压缩，此时衬套的橡胶块发生压缩变形，且钢环发生一定屈曲变形，使衬套工作力-位移曲线处于线性段；
(2)齿轮和齿条因工作磨损而产生间隙或者车辆行驶在颠簸路况下齿条沿径向来回移动；
(3)齿条沿径向左(即远离齿轮方向)移动，推动压块也向左移动，使衬套压缩变形，产生轴向力，抑制压块进一步向左移动，并且使压块与齿条紧密贴合，从而消除齿轮齿条间隙；
(4)当压块所受齿条冲击力较小时，压块向左移动位移也较小，此时主要是钢环发生屈曲变形，衬套工作力-位移曲线仍处于线性段；
(5)当压块所受齿条冲击力进一步增大时(如车辆驶入颠簸路面后)，压块向左移动位移也增大，原先发生屈曲变形的钢环外表面与壳体内表面接触，阻止钢环继续变形，此时衬套的变形抗力迅速增大，从而迅速缩小齿轮齿条间隙，衬套工作力-位移曲线进入非线性段；
(6)当车辆行驶平稳后(如车辆驶离颠簸路面后)，衬套变形恢复。
实施例三
一种车辆，安装有转向器，并且所述转向器设有实施例一的一种转向器间隙调节机构。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims (10)

1.一种转向器间隙调节机构，包括壳体以及设于壳体的齿轮和齿条，齿轮与齿条啮合，壳体设有调节孔，调节孔连接有用于调节齿轮和齿条间隙的间隙调节组件，其特征在于，所述间隙调节组件包括活动连接于调节孔的一端并压合于齿条的压块、螺纹连接于调节孔另一端的调整螺塞以及位于压块和调整螺塞之间的衬套；在初始状态通过调节调整螺塞的初始位置来调节转向器的初始间隙，并对衬套进行预压缩，使衬套屈曲变形；在工作状态，通过衬套变形消除齿轮和齿条的间隙。
2.根据权利要求1所述的一种转向器间隙调节机构，其特征在于，所述衬套包括钢环和与钢环的两端连接的橡胶块。
3.根据权利要求2所述的一种转向器间隙调节机构，其特征在于，所述橡胶块通过硫化工艺与钢环结合成一体。
4.根据权利要求3所述的一种转向器间隙调节机构，其特征在于，所述钢环的两端设有内圈凸缘，所述橡胶块与内圈凸缘结合成一体。
5.根据权利要求4所述的一种转向器间隙调节机构，其特征在于，所述钢环的外径小于调节孔内径；和/或，所述橡胶块的外径小于调节孔内径且大于钢环外径。
6.根据权利要求2至5中任意一项所述的一种转向器间隙调节机构，其特征在于，所述衬套由两个半圆环体组合而成。
7.根据权利要求6所述的一种转向器间隙调节机构，其特征在于，所述钢环的外表面设有向径向外侧凸出并沿周向延伸的加强筋。
8.根据权利要求6所述的一种转向器间隙调节机构，其特征在于，所述钢环的外表面设有储油槽。
9.一种转向器间隙调节方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)通过调节调整螺塞的初始位置来调节转向器的初始间隙，对衬套进行预压缩，此时衬套的橡胶块发生压缩变形，且钢环发生屈曲变形，使衬套工作力-位移曲线处于线性段；
(2)齿轮和齿条因工作磨损而产生间隙或者车辆行驶在颠簸路况下齿条沿径向来回移动，使衬套压缩变形，并产生变形抗力，抑制压块进一步移动，并且使压块与齿条紧密贴合，从而消除齿轮齿条间隙；
(4)当压块所受齿条冲击力较小时，压块位移也较小，此时主要是钢环发生屈曲变形，衬套工作力-位移曲线仍处于线性段；
(5)当压块所受齿条冲击力进一步增大时，压块位移也增大，原来发生屈曲变形的钢环外表面与调节孔内壁接触，阻止钢环继续变形，此时衬套的变形抗力迅速增大，从而迅速缩小齿轮齿条间隙，衬套工作力-位移曲线进入非线性段；
(6)当车辆行驶平稳后，衬套变形恢复。
10.一种车辆，安装有转向器，其特征在于，所述转向器设有权利要求1至8中任意一项所述的一种转向器间隙调节机构。
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