CN1955055A - 汽车用电动转向装置 - Google Patents

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Abstract

一种汽车用电动转向装置包括：小齿轮轴，其连接到方向盘，并具有形成在一侧上的小齿轮；齿杆，其连接到车轮，并具有适于与小齿轮啮合的齿条；电机，用于产生与由方向盘产生的转向扭矩成比例的转向动力；动力传递装置，其连接到电机轴；中间轴，其可旋转地连接到动力传递装置，并具有位于外周面上的滚珠丝杠；滚珠丝杠单元，其具有适于接触滚珠丝杠的滚珠以及适于通过滚珠与滚珠丝杠啮合的滚珠螺母；及连接件，其上端与滚珠螺母连接，且下端与齿杆连接。该装置具有与齿杆分离的中间轴，以减小滚珠丝杠的直径并减小噪音，还具有防止噪音的密封件，以使当齿条或者滚珠丝杠失效时，相应的包括失效部件的齿杆或中间轴可被替换而使部件的损耗最小。

Description

汽车用电动转向装置
技术领域
本发明涉及一种汽车用电动转向装置。更具体为，本发明涉及一种汽车用电动转向装置，该装置具有设有滚珠丝杠的中间轴，该中间轴与设有齿条的齿杆分离，以减小滚珠丝杠的直径、并降低由滚珠产生的噪音，还具有用于防止噪音的密封件，以使得当齿条或者滚珠丝杠失效时，相应的包括失效部件的齿杆或中间轴可被替换而使部件的损耗最小。
背景技术
现有技术中广为人知，汽车用电动转向装置包括利用液压泵的液压的液力转向装置、以及利用电机的电动转向装置，液力转向装置自从其最初引入时一直使用，电动转向装置的使用从20世纪90年代以来逐渐普及。
在现存的液力转向装置中，液力泵是用于提供转向动力的动力源，其由发动机驱动，不管方向盘是否旋转，发动机使液力泵始终消耗能量。在电动转向装置中，当通过旋转方向盘产生转向扭矩时，电机供应与所产生的转向扭矩成比例的转向动力。所以，从能量效率的角度来说，电动转向装置更优于液力转向装置。
图1图示了传统的电动转向装置的结构。
如图1所示，传统的电动转向装置包括转向系统100以及给转向系统100供应转向动力的转向动力机构120，转向系统100包括从方向盘101到两个车轮108的元件。
转向系统100包括转向轴102，该轴的上端连接到方向盘101，以使转向轴102与方向盘101一起旋转；该轴的下端通过一对万向节103连接到小齿轮轴104。小齿轮轴104通过齿条-小齿轮机构105连接到齿杆109。齿杆109的两端通过杆106和转向节臂107连接到车轮108。
齿条-小齿轮机构105包括小齿轮111和齿条112，小齿轮111形成在小齿轮轴104的下端，而齿条112形成在齿杆109的外周面的一侧。齿条-小齿轮机构105将小齿轮轴104的旋转运动转换为齿杆109的线性运动。特别是，当司机操作方向盘101时，小齿轮轴104相应地旋转。小齿轮轴104的旋转使齿杆109沿轴向线性运动。齿杆109的线性运动通过杆106和转向节臂107传递到车轮108并操作车轮108。
转向动力机构120包括：扭矩传感器121，用于感应司机施加到方向盘101的转向扭矩、并输出与所感应的转向扭矩成比例的电信号；ECU(电子控制单元)123，用于基于来自扭矩传感器121的电信号产生控制信号；电机130，用于基于来自ECU 123的控制信号产生转向动力；以及滚珠丝杠单元140，用于将转向动力从电机103传递到齿杆109。
电动转向装置操作如下：当方向盘101旋转时，产生驱动扭矩并通过齿条-小齿轮机构105传递到齿杆109。另外，所产生的转向扭矩使电机130产生转向动力，该转向动力通过滚珠丝杠单元140传递到齿杆109。因而，由转向系统100产生的扭矩与由电机130产生的转向动力结合，以使齿杆109沿轴向运动。
图2a和2b分别是传统的电动转向装置的局部剖视图和局部放大视图。
如图2a和2b所示，传统的电动转向装置包括：齿杆109，其沿汽车的横向延伸，并具有设置在齿杆109的外周面一侧的齿条(未示出)；小齿轮轴104，其具有适于与齿条啮合的小齿轮；滚珠丝杠单元140，其具有适于通过滚珠201与滚珠丝杠203啮合的滚珠螺母205；以及电机130，其具有与滚珠螺母205连接的电机轴221。
小齿轮轴104通过驱动轴连接到方向盘。齿杆109具有以预定的深度形成在其外周面一侧的螺纹，该齿杆109包含在齿条外壳223内。齿条外壳223包括与齿条相邻的第一外壳225以及与电机相邻的第二外壳227。
电机130位于齿杆109的齿条(未示出)和滚珠螺母205之间。电机130产生与施加到方向盘的转向扭矩成比例的转向动力，并通过滚珠螺母205将该转向动力传递到齿杆109。
如图2b所示，第一外壳225利用轴承231支撑电机轴221的右端，以使电机轴221只在第一外壳225内旋转而不沿轴向移动。第二外壳227利用轴承232可旋转地支撑电机轴221的左端。
电机轴221是空心的，并环绕齿杆109的外周面。滚珠螺母205与电机轴221左端的内周面连接。
如上所述，传统的电动转向装置的电机轴221的右端由第一外壳225支撑，不沿轴向运动，而其左端由第二外壳227支撑。滚珠螺母205适于定位电机130，该电机位于第一外壳225的齿杆109和第二外壳227的滚珠螺母205之间，由电机轴221的左端支撑。
然而，如上所述，传统的电动转向装置具有位于齿杆外周面的齿条和滚珠丝杠，其具有下列问题：
首先，齿条必须具有足够大的直径以承受作用在其上的载荷。根据现有技术，滚珠丝杠形成在齿杆外周面的一侧，并且滚珠丝杠的直径与齿杆的直径成比例。然而，若齿杆的直径增大，该滚珠沿更大的轨迹前行，产生很大噪音。
第二，在滚珠丝杠的槽充满润滑剂以降低由滚珠丝杠单元产生的噪音的情况下安装密封件是困难的，因为电机轴环绕齿杆和滚珠螺母的外周面。
第三，即使当只有齿条和滚珠丝杠中的一个失效时，整个齿杆也必须被替换。这意味着严重的部件损耗。
发明内容
因此，本发明已被作出以解决出现在现有技术中的上述问题，并且本发明的目的是提供一种汽车用电动转向装置，该装置具有设有滚珠丝杠的中间轴，该中间轴与设有齿条的齿杆分离，以减小滚珠丝杠的直径、并降低由滚珠产生的噪音，还具有用于防止噪音的密封件，以使当齿条或者滚珠丝杠失效时，相应的包括失效部件的齿杆或中间轴可被替换而使部件的损耗最小。
为达到上述目的，本发明提供了一种汽车用电动转向装置，其包括：小齿轮轴，其连接到汽车的方向盘，并具有形成在一侧上的小齿轮；齿杆，其连接到汽车的车轮，并具有适于与小齿轮啮合的齿条；电机，用于产生与由方向盘产生的转向扭矩成比例的转向动力；动力传递装置，其连接到电机的电机轴；中间轴，其可旋转地连接到动力传递装置，并具有位于外周面上的滚珠丝杠；滚珠丝杠单元，其具有适于接触滚珠丝杠的滚珠以及适于通过滚珠与滚珠丝杠啮合的滚珠螺母；以及连接件，其上端与滚珠螺母连接，并且下端与齿杆连接。
附图说明
结合附图，本发明的上述及其它目的、特征和优点将在下面的详细描述中更加明了，其中：
图1示出了传统的电动转向装置的结构；
图2a和2b分别是传统的电动转向装置的局部剖视图和局部放大视图；
图3a根据本发明的第一实施例示出了一种汽车用电动转向装置；
图3b是根据本发明的第一实施例示出了一种汽车用电动转向装置的局部剖视图；
图3c是根据本发明的第一实施例示出了一种汽车用电动转向装置的局部放大视图；
图4是根据本发明的第二实施例示出了一种汽车用电动转向装置的局部剖视图；
图5是根据本发明的第三实施例示出了一种汽车用电动转向装置的局部剖视图；
图6是根据本发明的第四实施例示出了一种汽车用电动转向装置的局部剖视图。
具体实施方式
下文中，将参考附图描述本发明的优选实施例。在下面的描述及附图中，相同的附图标记被用于表示相同或类似的部件，并且因此省略对相同或类似部件的重复性描述。
图3a示出了一种根据本发明的第一实施例的汽车用电动转向装置，图3b是其局部剖视图，而图3c是其局部放大视图。
如图3a所示，根据本发明的第一实施例，该汽车用电动转向装置包括转向系统100以及将转向动力供给转向系统100的转向动力机构120，转向系统100包括从方向盘101到两个车轮108的部件。
转向系统100包括转向轴102，该轴的上端连接到方向盘101，以使转向轴102与方向盘101一起旋转；该轴的下端通过一对万向节103连接到小齿轮轴104。小齿轮轴104通过齿条-小齿轮机构105连接到齿杆109。齿杆109的两端通过杆106和转向节臂107连接到车轮108。
齿条-小齿轮机构105包括小齿轮111和齿条112，小齿轮111形成在小齿轮轴104上，而齿条112形成在齿杆109外周面的一侧以与小齿轮111啮合。当司机操作方向盘101时，转向系统100产生转向扭矩并通过齿条-小齿轮机构105和拉杆106操作车轮108。
转向动力机构120包括：扭矩传感器121，用于感应司机施加到方向盘101的转向扭矩、并输出与所感应的转向扭矩成比例的电信号；ECU 123，用于基于来自扭矩传感器121的电信号产生控制信号；电机130，用于基于来自ECU 123的控制信号产生转向动力；中间轴303，用于通过带式传动装置301接收来自电机130的转向动力；以及连接件305，用于通过中间轴303将转向动力传递到齿杆109。
根据本发明的第一实施例，该汽车用电动转向装置操作如下：当方向盘(驱动轮)101旋转时，产生驱动扭矩并通过齿条-小齿轮机构105传递到齿杆109。另外，所产生的转向扭矩使电机130产生转向动力，该转向动力通过中间轴303和连接件305传递到齿杆109。因而，由转向系统100产生的转向扭矩与由电机130产生的转向动力结合，以使齿杆109左右往复运动。
更具体为，如图3b和3c所示，根据本发明的第一实施例，该汽车用电动转向装置包括：小齿轮轴104，其连接到方向盘，并具有形成在其一侧的小齿轮；齿杆109，其连接到汽车的两个车轮，并具有形成在其一侧的、与小齿轮啮合的齿条；电机130，用于产生转向动力；中间轴303，其与齿杆109平行布置，中间轴的一侧通过带式传动装置301与电机130的电机轴307连接，而具有形成在另一侧上的滚珠丝杠203；滚珠丝杠单元140，其具有适于通过滚珠201与滚珠丝杠203啮合的滚珠螺母205；以及连接件305，其上端与滚珠螺母205连接，而下端与齿杆109连接。
小齿轮轴104通过转向轴与方向盘连接，并具有形成在其一侧的小齿轮。
齿杆109的两端通过杆106和转向节臂分别与汽车的车轮连接，并且位于齿条外壳223内。齿杆109具有形成在其一侧的、与小齿轮111啮合的齿条112。齿杆109在其两端内分别具有形成在预定位置的密封件310，以防止润滑剂泄漏。
电机130包括：电机外壳311；盖317，用于盖住电机外壳311的开口端；圆柱形定子313，其位于电机外壳311内；转子315，其形成在定子313的内部；以及电机轴307，其与转子315为一体。
电机轴307与齿杆109平行布置，其右端319由第一轴承320可旋转地支撑，其中部321由位于盖317上的第二轴承323可旋转地支撑。盖317利用螺栓325与电机外壳311连接。
中间轴303与齿杆109平行布置，并与其间隔开。该中间轴303的一侧通过带式传动装置301连接到电机130的电机轴307，并具有形成在其另一侧的外周面上的滚珠丝杠203，该丝杠203作为螺旋槽延伸预定的长度。当电机130产生转向动力时，该转向动力通过带式传动装置301传递到中间轴303。换句话说，中间轴303的旋转与电机轴103的旋转互锁。
中间轴303可与电机轴307同轴。中间轴303可通过挠性联轴节与电机轴307连接。中间轴303可与电机轴307平行。
总之，中间轴303与齿杆109分离并设有滚珠丝杠203。当滚珠丝杠203或者齿条112失效时，包括失效部件的中间轴303或齿杆109可被替换。
更具体为，根据本发明的汽车用电动转向装置具有相互分离的齿杆109和中间轴303，以使当滚珠丝杠203或者齿条112失效时，其可被替换而使部件的损耗最小。相反，传统的电动转向装置具有位于单个齿杆109上的滚珠丝杠203或齿条112，如上所述。
当与电机130的电机轴307连接时，中间轴303的一侧置于电机外壳311内，而其设有滚珠丝杠203的另一侧与齿杆109一起置于齿条外壳223内。中间轴303在靠近电机外壳311和齿条外壳233的相互接触的部分具有形成在其外周面上的密封件310，以防止润滑剂泄漏(下面描述)。
带式传动装置301包括：第一带轮330，其固定到电机轴307；第二带轮331，其固定到中间轴303的左端；以及带333，用于环绕并连接第一和第二带轮330和331。当电机轴307旋转时，第一带轮330相应旋转，并且电机轴307的旋转力通过第一带轮330传递到第二带轮331。
滚珠丝杠单元140包括适于接触滚珠丝杠203的滚珠201、以及在环绕中间轴303的外周面时通过滚珠201与滚珠丝杠203啮合的滚珠螺母205。当中间轴303旋转时，滚珠201沿滚珠丝杠203运动，并且滚珠螺母205沿中间轴303的轴向运动，滚珠螺母205的内周面通过滚珠201与滚珠丝杠203啮合。因而，电机130的旋转运动通过中间轴303和滚珠丝杠单元140转换为滚珠螺母205的线性运动。
即使当齿杆109具有较大的直径使其能承受更大的载荷，中间轴303以及滚珠丝杠203的直径可根据需要调整，而不管齿杆109的直径，因为中间轴303与齿杆109分离，并且滚珠丝杠140位于中间轴303的外周面的一侧，如上所述。
因而，本发明已解决了现有技术固有的严重的噪音问题，该噪音在齿杆109的直径增大并且形成在齿杆109的外周面上的滚珠丝杠203的直径相应增大时出现。
另外，密封件310分别形成在齿杆109的两端内以及中间轴303的外周面的预定位置，密封件310使滚珠丝杠单元140在齿条外壳223的空间内浸在润滑剂中。该浸在润滑剂中安置方式减轻了来自滚珠丝杠单元140的噪音。由传统的电动转向装置的复杂结构导致的安装密封件的困难在该种方式下得到解决。
连接件305的上端连接到滚珠螺母205，而下端在预定位置连接到齿杆109。当电机130旋转并且滚珠螺母205左右线性运动时，通过连接件305连接到滚珠螺母205的齿杆109沿滚珠螺母205的运动轨迹左右线性运动。
当根据本发明第一实施例的电动转向装置的电机130被驱动产生转向动力时，该转向动力通过电机轴307、第一带轮330、带333、第二带轮331、中间轴303、滚珠丝杠203、滚珠201、滚珠螺母205、以及连接件305传递到齿杆109。
图4是根据本发明的第二实施例示出了一种汽车用电动转向装置的局部剖视图。
如图4所示，根据本发明的第二实施例，该汽车用电动转向装置具有适于相互啮合的第一和第二齿轮401和403，代替第一实施例的第一和第二带轮。因此，由电机130的驱动产生的转向动力通过第一和第二齿轮401和403传递到中间轴303。
根据本发明的第二实施例，该汽车用电动转向装置的剩余部件及操作与第一实施例的那些相同。所以，相同的部件给予相同的附图标记，在此将省略其重复性描述。
图5是根据本发明的第三实施例示出了一种汽车用电动转向装置的局部剖视图。
如图5所示，根据本发明的第三实施例，该汽车用电动转向装置具有与第一实施例相比彼此不平行的中间轴303和电机轴307。所以，使用万向节103将转向动力从电机130传递到中间轴303。优选地，当中间轴和电机轴303和307之间的角度是30°时使用万向节，但本发明并不限于该特征。
根据本发明的第三实施例，该汽车用电动转向装置的剩余部件及操作与第一实施例的那些相同。所以，相同的部件给予相同的附图标记，在此将省略其重复性描述。
图6是根据本发明的第四实施例示出了一种汽车用电动转向装置的局部剖视图。
如图6所示，根据本发明的第四实施例，该汽车用电动转向装置具有与第一实施例相比几乎位于同一直线上的中间轴303和电机轴307。
然而，使中间轴和电机轴303和307完全同轴对齐是非常困难的。所以，需要联轴节，即使当中间轴和电机轴303和307稍微偏心时也可使用。挠性联轴节601可吸收因误差引起的振动或冲击，而不管位置或角度的某些程度的偏差。
因而，挠性联轴节601减小了中间轴和电机轴303和307上的载荷，并减轻了振动或冲击。然而，挠性联轴节601的使用受到某些因素的限制，包括轴的直径、联轴的状况、所使用的扭矩、以及所使用的RPM。
如上所述，根据本发明的汽车用电动转向装置具有设有滚珠丝杠的中间轴，该中间轴与设有齿条的齿杆分离，以减小滚珠丝杠的直径并降低由滚珠产生的噪音，还具有防止噪音的密封件，以使当齿条或者滚珠丝杠失效时，相应的包括失效部件的齿杆或中间轴可被替换而使部件的损耗最小。
虽然为图示的目的描述了本发明的优选实施例，那些本领域技术人员将意识到各种变形、增加和置换是可能的，而不脱离公开在权利要求中的保护范围和精神。

Claims (10)

1、一种汽车用电动转向装置，其包括：
小齿轮轴，其连接到汽车的方向盘，并具有形成在一侧上的小齿轮；
齿杆，其连接到汽车的车轮，并具有适于与小齿轮啮合的齿条；
电机，用于产生与由方向盘产生的转向扭矩成比例的转向动力；
动力传递装置，其连接到电机的电机轴；
中间轴，其可旋转地连接到动力传递装置，并具有位于外周面上的滚珠丝杠；
滚珠丝杠单元，其具有适于接触滚珠丝杠的滚珠以及适于通过滚珠与滚珠丝杠啮合的滚珠螺母；以及
连接件，其上端与滚珠螺母连接，并且下端与齿杆连接。
2、根据权利要求1所述的汽车用电动转向装置，其中，电机轴具有第一带轮，中间轴具有第二带轮，而动力传递装置是用于连接第一和第二带轮的带。
3、根据权利要求1所述的汽车用电动转向装置，其中，电机轴具有第一齿轮，而中间轴具有适于与第一齿轮啮合的第二齿轮。
4、根据权利要求1所述的汽车用电动转向装置，其中，电机轴和中间轴通过万向节彼此连接。
5、根据权利要求1所述的汽车用电动转向装置，其中，电机轴和中间轴彼此同轴连接。
6、根据权利要求5所述的汽车用电动转向装置，其中，电机轴和中间轴通过挠性联轴节彼此连接。
7、根据权利要求1所述的汽车用电动转向装置，其中，电机轴和中间轴通过挠性联轴节彼此连接。
8、根据权利要求1所述的汽车用电动转向装置，其中，中间轴和齿杆彼此平行布置。
9、根据权利要求1所述的汽车用电动转向装置，其中，电机轴和齿杆彼此平行布置。
10、根据权利要求1所述的汽车用电动转向装置，其中，电机轴、中间轴和齿杆彼此平行布置。
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