CN117465537A - 偏心轴承齿条防旋转组件 - Google Patents

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Abstract

一种用于交通工具的线控转向系统包括滚珠丝杠。该线控转向系统还包括以螺纹方式耦接到滚珠丝杠的滚珠螺母，其中，该滚珠螺母的旋转致动该滚珠丝杠的平移。该线控转向系统还包括轴承组件。该轴承组件包括内圈。该轴承组件还包括外圈，该外圈具有外表面，所述外表面设置在滚珠丝杠内限定的轴向凹槽内，以防止滚珠丝杠旋转。

Description

偏心轴承齿条防旋转组件
相关申请的交叉引用
本申请要求2022年7月29日提交的序列号为63/393,269的美国临时专利申请的优先权权益，其公开内容通过引用的方式整体并入本文。
背景技术
已经开发出了各种电动助力转向(EPS)系统来辅助操作者进行交通工具转向。EPS系统的一种类型称为齿条电动助力转向(REPS)系统，该REPS系统利用驱动滚珠螺母和齿条的电动马达。齿条齿与小齿轮啮合，该小齿轮补充驱动特征，该驱动特征响应于操作者对转向柱的一部分的旋转而旋转，其中驱动特征向齿条提供转向输入。例如，驱动特征可以与转向柱集成(即，单小齿轮电动助力转向系统)或者可以是驱动小齿轮(即，双小齿轮电动助力转向系统)。
原始设备制造商(OEM)可能有兴趣在开发线控转向齿轮系统期间为了更好的封装和成本而移除小齿轮。在交通工具的线控转向系统中，如果转向系统中未使用小齿轮来阻止滚珠丝杠因滚珠螺母螺纹的载荷而产生的旋转，则需要防旋转装置。
发明内容
根据本公开的一个方面，一种交通工具的线控转向系统包括滚珠丝杠。该线控转向系统还包括以螺纹方式耦接到滚珠丝杠的滚珠螺母，其中，该滚珠螺母的旋转致动该滚珠丝杠的平移。该线控转向系统还包括轴承组件。该轴承组件包括内圈。该轴承组件还包括外圈，该外圈具有外表面，所述外表面设置在滚珠丝杠内限定的轴向凹槽内，以防止滚珠丝杠旋转。
根据本公开的另一方面，一种防旋转组件包括沿轴向方向可移动的线性平移部件，该线性平移部件限定由弯曲凹槽表面限定的轴向凹槽。该防旋转组件还包括与线性平移部件接触的轴承组件，以防止线性平移部件旋转。该轴承组件包括内圈。该轴承组件还包括外圈，该外圈具有外表面，所述外表面设置在线性平移部件内限定的轴向凹槽内，以防止线性平移部件旋转，其中，该外圈在凹槽的轴向方向和凹槽的周向方向上均具有曲率。
根据结合附图的以下描述，这些和其它优点和特征将变得更加明显。
附图说明
在说明书结尾处的权利要求中特别指出并明确地要求保护本公开的主题。根据结合附图的以下详细描述，本公开的前述和其它特征以及优点是清楚的，在附图中：
图1是动力转向系统的示意图；
图2是动力转向系统的齿条壳体的透视图；
图3是齿条壳体的透视剖视图，示出了防旋转组件和线性平移部件；
图4是防旋转组件的第一透视图；
图5是防旋转组件的第二透视图；以及
图6是防旋转组件的示意图。
具体实施方式
现在参考附图，其中将参考特定实施例来描述本公开，但不对其进行限制，应当理解，公开的实施例仅是对本公开的说明，本公开可以以各种形式和替代形式体现。这些图不一定按比例绘制；某些特征可能被夸大或最小化以示出特定组件的细节。因此，本文公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制性的，而仅作为教导本领域技术人员以各种方式使用本公开的代表性基础。
本文描述的实施例与交通工具(诸如小汽车、卡车、运动型多功能车、跨界车、小型货车、快艇、飞行器、全地形车、休闲车或其他包括各种转向系统方案的合适交通工具)的转向组件结合使用。如本文所讨论的，包括线控转向系统的电动助力转向(EPS)系统例如包括防旋转装置，其中在转向系统中不使用小齿轮。防旋转装置阻止线性平移部件的旋转。这种旋转是由与线性平移部件接触的致动部件的载荷(例如，诸如滚珠螺母的螺纹等)引起的。
首先参考图1，大体示出了动力转向系统20。动力转向系统20可以被配置为驾驶员接口转向系统、自动驾驶系统、或者允许驾驶员接口和自动转向两者的系统。转向系统可以包括输入装置22(例如，方向盘)，其中，驾驶员可以通过转动方向盘来机械地提供转向输入。转向柱26沿轴线从输入装置22延伸到输出组件28。本文公开的实施例用于转向系统(例如，线控转向系统、自动系统等)，在该转向系统中，输出组件28与致动器34可操作地通信，致动器34耦接到线性平移部件40。输出组件28具有与致动器34的有线电通信36。致动器34驱动线性平移部件40以提供交通工具的转向控制。
线性平移部件40是沿着其长度的至少一部分具有大体圆柱形横截面的任何部件，并且以基本上线性的方式被驱动以实现交通工具车轮49的调整。在一些实施例中，线性平移部件40是滚珠丝杠。在其他实施例中，线性平移部件40是导向丝杠。前述示例不限制线性平移部件40。
在现有的线控转向的转向系统中，在线性平移部件40(例如，“齿条”)的外表面上利用小齿轮来提供线性平移部件40的转向输入控制。例如，这种小齿轮还在线性平移部件40上提供抗旋转反作用力，以对抗由致动器34(诸如滚珠螺母)施加的力。然而，基于例如封装要求、成本和制造复杂性，小齿轮以及关联的所需部件(例如，小齿轮上轴承和下轴承、齿条轴承、调整器塞、下转子和齿条齿等)在某些转向系统中可能是不期望的。本文公开的防旋转装置的实施例提供了先前所需的小齿轮的防旋转益处，同时消除了上述的众多部件。上述利用小齿轮的线性平移部件40的转向输入控制在线控转向的转向系统中是不必要的。
尽管本文公开的实施例是结合位于转向柱和系统的下部/前部的EPS系统来描述的，但是应当理解，在其他柱位置处提供辅助的EPS系统可以受益于所公开的实施例。具体地，柱EPS(CEPS)系统可以利用本文公开的实施例。此外，本文公开的防旋转装置可以用在依赖于以平移方式驱动的大体圆柱形部件并且需要旋转限制或将从旋转限制中受益的任何系统中。
参照图2，示出了齿条壳体50的一部分，其具有可操作地耦接到齿条壳体50的端部的密封部件52(例如，密封罩)。齿条壳体50容纳线性平移部件40。齿条壳体50包括盖54，可以重复地移除该盖54以进入齿条壳体50的内部区域。
图3是齿条壳体50、线性平移部件40和防旋转组件60以及关联部件的剖视图。如图所示，线性平移部件40围绕轴A(本文称为轴向方向)纵向延伸。线性平移部件40的端部可操作地耦接到一个或多个部件61，该一个或多个部件61将线性平移部件40连接到交通工具的车轮。例如，拉杆和其他部件可以以常规方式使用。这种连接允许线性平移部件40的轴向移动，从而以实施转向操纵所需的方式调整车轮。
现在参考图4和图5，并继续参考图3，提供防旋转组件60以对抗由致动部件34(例如，诸如滚珠螺母等)施加的力。防旋转组件60包括轴承组件62和去间隙(delash)部件64。防旋转组件60至少部分地设置在齿条壳体50内，例如设置在由图2所示的盖54覆盖的隔室内。轴承组件62可以是标准轴承，其经过机械加工或以其他方式修改以提供本文所公开的特征。或者，轴承组件62可以是专门制造的轴承。不管轴承组件62的制造过程如何，轴承组件62都包括内圈68、外圈70以及设置在内圈68与外圈70之间的多个滚珠72。
外圈70位于线性平移部件40中限定的凹槽74内。凹槽74在与线性平移部件40的纵向轴线A相同的方向上纵向延伸，以适应线性平移部件40相对于轴承组件62的外圈70的轴向移动，同时允许外圈70保持在凹槽74内。
凹槽74由弯曲的凹槽表面76限定。轴承组件62的外圈70成形为最大化与弯曲的凹槽表面76的半径的接触。换句话说，当安装在凹槽74内时，外圈70在凹槽74的轴向方向和凹槽74的周向方向上均具有曲率。虽然在一些实施例中弯曲的凹槽表面76和外圈70中的每一个的曲率半径不相同，但是每个部件的曲率类似地匹配，以允许轴承组件62防止线性平移部件40的旋转。在操作中，随着线性平移部件40(例如，滚珠丝杠)由于来自致动部件(例如，滚珠螺母)的扭矩被偏置而旋转，将弯曲的外圈70设置在凹槽74内会作用在弯曲的凹槽表面76上，以防止线性平移部件40的旋转。
内圈68与诸如偏心销80的部件接触。内圈68与偏心销80之间的接触去除了轴承组件62与周围结构的接口的间隙。或者，可以通过使用偏心外圈或内圈来实现偏心凸轮动作。另外，在一些实施例中，齿被添加到外圈70的非功能区域或内圈68上，以允许将位置传感器添加到整个组件。位置传感器可以是接触式或非接触式位置传感器，因为这些电气选项可以是外圈/内圈上的齿轮齿的替代方案。
本文公开的实施例允许整个系统对壳体中的长拔模角补偿不敏感，并且提供简单的结构来提供防旋转。如果需要的话，可以添加类似于本文所示和公开的附加机构来承载更高的防旋转载荷或平衡系统。如果轴承组件放置在系统中处理径向载荷的支撑件(例如，外侧支撑衬套)附近，则可以使实施例对侧向载荷不敏感。
本文公开的实施例允许基于移除若干部件(在REPS系统的情况下，包括小齿轮、小齿轮上轴承和下轴承、齿条轴承、调整器塞、下转子以及齿条齿)来减少EPS系统所需的封装空间。另外，通过本文公开的防旋转组件60，降低了与整个系统的制造和组装相关联的成本和复杂性。该防旋转组件60还与配合磨损部件耦接。例如，在一个实施例中，配合磨损部件可以是衬套以满足NVH和摩擦要求。
虽然仅结合了有限数量的实施例详细描述了本公开，但是应当容易地理解，本公开不限于这些公开的实施例。相反，本公开可以修改为包含的任何数量的变化、改变、替换或迄今为止尚未描述的等同布置，但是它们与本公开的范围相称。另外，虽然已经描述了本公开的各种实施例，但是应当理解，本公开的各个方面可以只包括描述的实施例中的一些实施例或各种实施例的组合。因此，本公开不应视为受到前述描述的限制。
本文公开的特征利用改进的轴承外圈来为丝杠机构提供防旋转，并且能够利用偏心特征来对该防旋转进行去间隙。此外，在该机械化装置上使用齿形使其可以用作针对丝杠平移的绝对位置传感器。

Claims (20)

1.一种用于交通工具的线控转向系统，包括：
滚珠丝杠；
滚珠螺母，以螺纹方式耦接到所述滚珠丝杠，其中，所述滚珠螺母的旋转致动所述滚珠丝杠的平移；以及
轴承组件，包括：
内圈；以及
外圈，具有外表面，所述外表面设置在所述滚珠丝杠内限定的轴向凹槽内，以防止所述滚珠丝杠旋转。
2.根据权利要求1所述的线控转向系统，其中，所述滚珠丝杠的轴向凹槽由弯曲的凹槽表面限定。
3.根据权利要求2所述的线控转向系统，其中，所述外圈在所述凹槽的轴向方向和所述凹槽的周向方向上均具有曲率。
4.根据权利要求2所述的线控转向系统，其中，所述外圈在所述凹槽的周向方向上的曲率对应于所述弯曲的凹槽表面的曲率。
5.根据权利要求1所述的线控转向系统，还包括至少部分地容纳所述滚珠丝杠的齿条壳体，其中，所述轴承组件设置在所述齿条壳体内。
6.根据权利要求1所述的线控转向系统，其中，所述内圈与一部件接触以对所述轴承组件去间隙。
7.根据权利要求6所述的线控转向系统，其中，与所述内圈接触的所述部件是偏心销。
8.根据权利要求7所述的线控转向系统，其中，所述偏心销设置在所述齿条壳体内，并且通过耦接到所述齿条壳体的隔室盖是可达到的。
9.根据权利要求1所述的线控转向系统，其中，所述轴承组件利用偏心凸轮装置来去间隙，其中，所述偏心凸轮装置包括偏心的内圈或外圈。
10.根据权利要求1所述的线控转向系统，还包括设置在所述外圈上、能被位置传感器检测到的至少一个齿。
11.根据权利要求1所述的线控转向系统，还包括设置在所述内圈上、能被位置传感器检测到的至少一个齿。
12.根据权利要求1所述的线控转向系统，还包括位置传感器，被配置为检测所述轴承组件的位置。
13.一种防旋转组件，包括：
线性平移部件，沿轴向方向是可移动的，所述线性平移部件限定由弯曲的凹槽表面限定的轴向凹槽；以及
轴承组件，与所述线性平移部件接触，以防止所述线性平移部件旋转，所述轴承组件包括：
内圈；以及
外圈，具有外表面，所述外表面设置在所述线性平移部件内限定的轴向凹槽内，以防止所述线性平移部件旋转，其中，所述外圈在所述凹槽的轴向方向和所述凹槽的周向方向上均具有曲率。
14.根据权利要求13所述的防旋转组件，其中，所述外圈在所述凹槽的周向方向上的曲率对应于所述弯曲的凹槽表面的曲率。
15.根据权利要求13所述的防旋转组件，还包括至少部分地容纳所述线性平移部件的壳体，其中，所述轴承组件设置在所述壳体内。
16.根据权利要求13所述的防旋转组件，其中，所述内圈与一部件接触以对所述轴承组件去间隙。
17.根据权利要求16所述的防旋转组件，其中，与所述内圈接触的所述部件是偏心销。
18.根据权利要求17所述的防旋转组件，其中，所述偏心销设置在所述壳体内并且通过耦接到所述壳体的隔室盖是可达到的。
19.根据权利要求13所述的防旋转组件，还包括设置在所述外圈上、能被位置传感器检测到的至少一个齿。
20.根据权利要求13所述的防旋转组件，还包括设置在所述内圈上、能被位置传感器检测到的至少一个齿。
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