CN202431846U - 一种可变传动比传动装置及具有该装置的汽车转向系统 - Google Patents

Abstract

一种可变传动比传动装置，包括：输入轴、第一刚性齿轮、柔性齿轮、谐波发生器、第二刚性齿轮以及输出轴，输入轴与第一刚性齿轮同步转动连接，柔性齿轮可相对转动地套设在谐波发生器上，谐波发生器设有至少两个抵顶柔性齿轮使柔性齿轮发生变形的抵顶部，第二刚性齿轮与输出轴同步转动连接，柔性齿轮包括第一外齿轮部、第二外齿轮部以及光环部，第一外齿轮部的受谐波发生器抵顶处的相对应的齿与第一刚性齿轮的内齿啮合，第一外齿轮部的齿数加上抵顶部的个数等于第一刚性齿轮的内齿齿数，第二外齿轮部与第二刚性齿轮内齿啮合，且第二外齿轮部的齿数与第二刚性齿轮内齿的齿数相等，本实用新型的可变传动比传动装置工作性能高，耐用性强。

Description

一种可变传动比传动装置及具有该装置的汽车转向系统

技术领域

本实用新型涉及传动系统领域，具体地涉及一种可变传动比的传动装置。 

背景技术

可变传动比传动装置应用非常广泛，例如汽车的转向系统，作为驾驶员用来改变或恢复汽车行驶方向的机构，在车辆行驶过程中频繁使用，因此转向系统性能的好坏直接影响驾驶舒适性；然而一直以来汽车转向系统存在着“轻”与“灵”的矛盾，可变传动比传动装置的运用能使在低速转向时能以较小的力及转向盘转角实现车轮较大的转动角度，而在高速时以较大的力及较大转角实现车轮的小角度转动，从而能很好地解决上述矛盾。 

目前实现转向系统传动比可变的方式最常见的是通过齿轮齿条传动，调整转向器的齿条齿模数，使得齿轮齿条啮合过程齿轮齿条传动比变化，在一定程度实现转向系统传动比可变；在部分中高级车上也用到了通过电机驱动行星轮系或类似结构来实现输入和输出的差速传动，从而实现转向系统传动比可变，例如，通过电机驱动谐波发生器来带动柔性齿轮转动，由于谐波发生器靠摩擦力带动柔性齿轮转动，且柔性齿轮与刚性齿轮具有齿数差，刚性齿轮与输入轴同步转动连接，谐波发生器对柔性齿轮施行相同或者相反的旋转力，因而能实现转向系统传动比可变。该装置虽然结构较复杂且装配精度要求高，但因其结构小且传动比大，因而越来越受到青睐。但该种类型的可变传动比传动装置的柔性齿轮，因其在传动过程中需不停的发生变形，而其与输入轴的配合不需要变形，因而存在传递过程中影响柔性齿轮变形的柔顺性、柔性齿轮的齿易发生损坏的缺陷。 

实用新型内容

本实用新型的目的为提高可变传动比传动装置的性能，提供一种结构简单、工作性能更加优越的可变传动比传动装置。 

本实用新型的一种可变传动比传动装置，包括：输入轴、带有内齿的第一刚性齿轮、柔性齿轮、谐波发生器、带有内齿的第二刚性齿轮以及输出轴，所述输入轴与所述第一刚性齿轮同步转动连接，所述柔性齿轮可相对转动地套设在所述谐波发生器上，所述谐波发生器设有至少两个抵顶所述柔性齿轮使柔性齿轮发生变形的抵顶部，所述第二刚性齿轮与所述输出轴同步转动连接，所述柔性齿轮包括第一外齿轮部、第二外齿轮部以及位于所述第一外齿轮部和第二外齿轮部之间的光环部，所述第一外齿轮部位于所述柔性齿轮的受所述谐波发生器抵顶的一端，且所述第一外齿轮部的受所述谐波发生器抵顶处的相对应的齿与所述第 一刚性齿轮的内齿啮合，所述第一外齿轮部的齿数加上所述抵顶部的个数等于所述第一刚性齿轮的内齿齿数，所述第二外齿轮部与所述第二刚性齿轮内齿啮合，且所述第二外齿轮部的齿数与第二刚性齿轮内齿的齿数相等。 

经过进一步改进，所述谐波发生器包括椭圆部，所述椭圆部的长轴上的两端部为所述谐波发生器的抵顶部。 

经过进一步改进，所述谐波发生器上包括至少两个平行于谐波发生器旋转轴线的滚轮，且各滚轮的轴线分布在以谐波发生器旋转轴线上的点为圆心的同一圆周上，所述滚轮为所述谐波发生器的抵顶部，所述滚轮的离谐波发生器旋转轴线最远处抵顶所述柔性齿轮。 

经过进一步改进，所述滚轮为两个，且所述两个滚轮以谐波发生器旋转轴线为对称中心对称分布。 

经过进一步改进，所述谐波发生器上还包括一凸台，所述滚轮设置在所述凸台上。 

经过进一步改进，所述谐波发生器包括一套设在所述第二外齿轮部的保持部，且所述谐波发生器抵顶部的离谐波发生器旋转轴线的最远点到谐波发生器旋转轴线距离的两倍大于所述保持部43的的外径，所述保持部与所述第二外齿轮部滑动配合。 

经过进一步改进，所述输入轴的靠近所述第二刚性齿轮的一端部设有一容纳腔，所述第二刚性齿轮、柔性齿轮、谐波发生器及第一刚性齿轮依次设置在该容纳腔中、所述谐波发生器设有一与输入轴同轴的通孔，所述通孔孔径大于所述输出轴的直径，所述输出轴一端伸入在该通孔中并与所述第二刚性齿轮固定连接。 

经过进一步改进，所述第一刚性齿轮与所述容纳腔内壁过盈配合。 

通过本实用新型的可变传动比传动装置的技术方案可知，本实用新型的可变传动比传动装置的柔性齿轮被分成第一外齿轮部、第二外齿轮部以及位于所述第一外齿轮部和第二外齿轮部之间的光环部，从而使所述柔性齿轮受所述谐波发生器抵顶时，使第一外齿轮部变形而与所述第一刚性齿轮内齿啮合，而不需要变形的第二外齿轮部因与第一外齿轮部被光环部隔开，从而第一外齿轮部能与第一刚性齿轮内齿更加柔顺地啮合，且不会发生第一外齿轮部与第二外齿轮部直接相连时齿易损坏的现象。 

本实用新型的另一目的提供一种汽车转向系统，该汽车转向系统包括：转弯执行机构、传动装置、控制动力装置及电机，所述传动装置为本实用新型所述的可变传动比传动装置，所述可变传动比传动装置的输入轴的远离所述第二刚性齿轮的一端与汽车的方向盘连接，输出轴的远离所述第二刚性齿轮的一端与所述转弯执行机构连接，谐波发生器与所述电机连接，所述控制动力装置与与所述电机连接。 

经过进一步改进，所述可变传动比传动装置的谐波发生器设有一套设在所述第二外齿轮部的保持部，所述保持部与所述第二外齿轮部滑动配合。 

通过本实用新型的汽车转向系统的技术方案可知，由于该汽车转向系统安装有本实用新型的可变传动比传动装置，因而使汽车转向传动比可变，且工作更加可靠。 

附图说明

图1为本实用新型提供的一种可变传动比传动装置的一种实施方式的装配视图。 

图2为图1所示的I局部放大视图。 

图3为图1所示的Ⅱ局部放大视图。 

图4为本实用新型提供的一种可变传动比传动装置的一种实施方式的A-A半剖视图。 

图5为图4所示的Ш局部放大视图。 

图6为本实用新型提供的一种可变传动比传动装置的一种实施方式的爆炸视图。 

图7为本实用新型提供的一种汽车转向系统的一种实施方式的汽车转向控制操纵示意图。 

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。 

如图1至图6所示，本实施例的一种可变传动比传动装置，包括：输入轴1、带有内齿的第一刚性齿轮2、柔性齿轮3、谐波发生器4、带有内齿的第二刚性齿轮5以及输出轴6，所述输入轴1与所述第一刚性齿轮2同步转动连接，所述柔性齿轮3可相对转动地套设在所述谐波发生器4上，所述谐波发生器4设有至少两个抵顶所述柔性齿轮3使柔性齿轮3发生变形的抵顶部，所述第二刚性齿轮5与所述输出轴6同步转动连接，其特征在于：所述柔性齿轮3包括第一外齿轮部31、第二外齿轮部32以及位于所述第一外齿轮部31和第二外齿轮部32之间的光环部33，所述第一外齿轮部31位于所述柔性齿轮3的受所述谐波发生器4抵顶的一端，且所述第一外齿轮部31的受所述谐波发生器4抵顶处的相对应的齿与所述第一刚性齿轮2的内齿啮合，所述第一外齿轮部31的齿数加上所述抵顶部的个数等于所述第一刚性齿轮2的内齿齿数，所述第二外齿轮部32与所述第二刚性齿轮5内齿啮合，且所述第二外齿轮部32的齿数与第二刚性齿轮5内齿的齿数相等，当谐波发生器转动时，其抵顶部可带动柔性齿轮3转动，柔性齿轮3的第一外齿轮部31因与所述第一刚性齿轮2 的内齿啮合，从而第一刚性齿轮2可带动柔性齿轮3转动，且因第一外齿轮部31的齿数小于所述第一刚性齿轮2的内齿的齿数，故第一刚性齿轮2与柔性齿轮3可存在相对转动，柔性齿轮3的第二外齿轮部32的受所述谐波发生器4抵顶处的相对应的齿因与所述第二刚性齿轮5内齿啮合，且所述第二外齿轮部32的齿数与第二刚性齿轮5内齿的齿数相等，从而柔性齿轮3带动第二刚性齿轮5同步转动，而第一刚性齿轮2和第二刚性齿轮5分别与输入轴1和输出轴6同步转动连接，从而输入轴1转动时，存在多种情况，当输入轴1与谐波发生器4同向转动时，则柔性齿轮3除了存在受第一刚性齿轮2的齿轮传递，同时还存在受谐波发生器4的旋转力，且旋转力与受第一刚性齿轮2的齿轮传递方向相同，故柔性齿轮的转速大于输入轴1转速，从而输出轴6转速大于输入轴1转速；当输入轴1与谐波发生器4返向转动且单靠谐波发生器4带动柔性齿轮3转动的转速小于单靠第一刚性齿轮2带动柔性齿轮3转动的转速时，因柔性齿轮受谐波发生器4的旋转力的方向与受第一刚性齿轮2的齿轮传递方向相反，故柔性齿轮的转速小于输入轴1转速，从而输出轴6转速小于输入轴1转速；当输入轴1与谐波发生器4返向转动且单靠谐波发生器4带动柔性齿轮3转动的转速大于单靠第一刚性齿轮2带动柔性齿轮3转动的转速时，柔性齿轮3的转动方向与输入轴1转向相反，且转速为输入轴1与单靠谐波发生器4带动柔性齿轮3转动转速的差值，上述几种情况正是实现输入轴1和输出轴6的传动比可变。这里应该注意，柔性齿轮3的第一外齿轮部31是依靠谐波发生器4的抵顶部使其产生变形，大致为椭圆形状，使第一外齿轮部31的在其受所述谐波发生器4抵顶处的相对应的齿能与第一刚性齿轮2的内齿啮合，从而实现第一刚性齿轮2与柔性齿轮3齿轮传递，而第二外齿轮部32则不需变形直接与第二刚性齿轮5齿轮啮合，因而柔性齿轮3的变形必须柔顺，且其变形部位与不变形位置之间必须具有很好的过度，故本实施例的柔性齿轮3设计成第一外齿轮部31、第二外齿轮部32及第一外齿轮部31与第二外齿轮部32之间的光环部33，光环部33将第一外齿轮部31和第二外齿轮部32的齿断开，从而很好地保证第一外齿轮部31的变形，而光环部33也起到很好的变形过渡作用。因而提高了可变传动比传动装置的工作性能，使柔性齿轮3的齿不易发生损坏。 

所述谐波发生器4的抵顶部可以为多种形式，作为一种实施例，所述谐波发生器4包括椭圆部，所述椭圆部的长轴上的两端部为所述谐波发生器4的抵顶部，依靠椭圆部的长轴上的两端部可实现对柔性齿轮3的转动；作为另一种且作为优选的实施例，所述谐波发生器4包括至少两个平行于谐波发生器旋转轴线的滚轮41，且各滚轮41的轴线分布在以谐波发生器旋转轴线上的点为圆心的同一圆周上，所述滚轮41为所述谐波发生器4的抵顶部，所述滚轮41的离谐波发生器旋转轴线最远处抵顶所述柔性齿轮3，滚轮41作为抵顶部，可 以很好地降低抵顶部与柔性齿轮3之间的磨损，提高了可变传动比传动装置使用寿命，本实施例的滚轮41为两个，且两个滚轮41以谐波发生器旋转轴线为对称中心对称分布，简单可靠。 

为了保持滚轮41的稳定性，本实施例的谐波发生器还设有一用来设置滚轮41的凸台42。 

因为柔性齿轮3的第二外齿轮部32不需要变形，而柔性齿轮3的整个结构比较柔软，因而本实施例的所述谐波发生器4设有一套设在所述第二外齿轮部32的保持部43，且所述谐波发生器抵顶部的离谐波发生器旋转轴线的最远点到谐波发生器旋转轴线距离的两倍大于所述保持部43的的外径，所述保持部43与所述第二外齿轮部32滑动配合，以保持所述第二外齿轮部32的初始形状。 

为了节省可变传动比传动装置的装配空间，所述输入轴1的靠近所述第二刚性齿轮5的一端部设有一容纳腔11，所述第二刚性齿轮5、柔性齿轮3、谐波发生器4及第一刚性齿轮2依次设置在该容纳腔11中、所述谐波发生器4设有一与输入轴1同轴的通孔43，所述通孔43孔径大于所述输出轴6的直径，所述输出轴6一端伸入在该通孔43中并与所述第二刚性齿轮5固定连接，从而整个结构显得紧凑。 

所述第一刚性齿轮2与所述容纳腔11内壁既可通过过盈配合也可通过其他已知的装配方式使所述第一刚性齿轮2与所述输入轴1同步转动，本实施例采用过盈配合，加工简单且耐用。 

请结合图7所示，本实施例的汽车转向系统，包括：转弯执行机构（图中未画出）、传动装置、控制动力装置8及电机（图中未画出），所述传动装置为上述实施例中所述的可变传动比传动装置，所述可变传动比传动装置的输入轴1的远离所述第二刚性齿轮5的一端与汽车的方向盘7连接，输出轴6的远离所述第二刚性齿轮5的一端与所述转弯执行机构连接，谐波发生器4与所述电机连接，所述控制动力装置与与所述电机连接，谐波发生器主要依靠电机来转动，在行驶转弯时，即输入轴1转动时，控制执行装置驱动电机带动谐波发生器4转动，并根据传感器检测的实际情况向电机发出转向和转速命令，从而可变传动比传动装置可以改变输入轴1和输出轴6的传动比，因而可以使汽车在低速转向时能以较小的力及转向盘转角实现车轮较大的转动角度，而在高速时以较大的力及较大转角实现车轮的小角度转动，且工作可靠。 

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保 护范围之内。 

Claims (10)

1.一种可变传动比传动装置，包括：输入轴（1）、带有内齿的第一刚性齿轮（2）、柔性齿轮（3）、谐波发生器（4）、带有内齿的第二刚性齿轮（5）以及输出轴（6），所述输入轴（1）与所述第一刚性齿轮（2）同步转动连接，所述柔性齿轮（3）可相对转动地套设在所述谐波发生器（4）上，所述谐波发生器（4）设有至少两个抵顶所述柔性齿轮（3）使柔性齿轮（3）发生变形的抵顶部，所述第二刚性齿轮（5）与所述输出轴（6）同步转动连接，其特征在于：所述柔性齿轮（3）包括第一外齿轮部（31）、第二外齿轮部（32）以及位于所述第一外齿轮部（31）和第二外齿轮部（32）之间的光环部（33），所述第一外齿轮部（31）位于所述柔性齿轮（3）的受所述谐波发生器（4）抵顶的一端，且所述第一外齿轮部（31）的受所述谐波发生器（4）抵顶处的相对应的齿与所述第一刚性齿轮（2）的内齿啮合，所述第一外齿轮部（31）的齿数加上所述抵顶部的个数等于所述第一刚性齿轮（2）的内齿齿数，所述第二外齿轮部（32）与所述第二刚性齿轮（5）内齿啮合，且所述第二外齿轮部（32）的齿数与第二刚性齿轮（5）内齿的齿数相等。

2.根据权利要求1所述的一种可变传动比传动装置，其特征在于：所述谐波发生器（4）包括椭圆部，所述椭圆部的长轴上的两端部为所述谐波发生器（4）的抵顶部。

3.根据权利要求1所述的一种可变传动比传动装置，其特征在于：所述谐波发生器（4）包括至少两个平行于谐波发生器旋转轴线的滚轮（41），且各滚轮（41）的轴线分布在以谐波发生器旋转轴线上的点为圆心的同一圆周上，所述滚轮（41）为所述谐波发生器（4）的抵顶部，所述滚轮（41）的离谐波发生器旋转轴线最远处抵顶所述柔性齿轮（3）。

4.根据权利要求3所述的一种可变传动比传动装置，其特征在于：所述滚轮（41）为两个，且所述两个滚轮（41）以谐波发生器旋转轴线为对称中心对称分布。

5.根据权利要求3或4所述的一种可变传动比传动装置，其特征在于：所述谐波发生器（4）还包括一凸台（42），所述滚轮（41）设置在所述凸台（42）上。

6.根据权利要求1所述的一种可变传动比传动装置，其特征在于：所述谐波发生器（4）包括一套设在所述第二外齿轮部（32）的保持部（43），且所述谐波发生器抵顶部的离谐波发生器旋转轴线的最远点到谐波发生器旋转轴线距离的两倍大于所述保持部（43）的的外径，所述保持部（43）与所述第二外齿轮部（32）滑动配合。

7.根据权利要求1所述的一种可变传动比传动装置，其特征在于：所述输入轴（1）的靠近所述第二刚性齿轮（5）的一端部设有一容纳腔（11），所述第二刚性齿轮（5）、柔性齿轮（3）、谐波发生器（4）及第一刚性齿轮（2）依次设置在该容纳腔（11）中、所述谐波发生器（4）设有一与输入轴（1）同轴的通孔（43），所述通孔（43）孔径大于所述输出轴（6）的直径，所述输出轴（6）一端伸入在该通孔（43）中并与所述第二刚性齿轮（5）固定连接。

8.根据权利要求6所述的一种可变传动比传动装置，其特征在于：所述第一刚性齿轮（2）与所述容纳腔（11）内壁过盈配合。

9.一种汽车转向系统，包括：转弯执行机构、传动装置、控制动力装置（8）及电机，其特征在于：所述传动装置为权利要求1所述的可变传动比传动装置，所述可变传动比传动装置的输入轴（1）的远离所述第二刚性齿轮（5）的一端与汽车的方向盘（7）连接，输出轴（6）的远离所述第二刚性齿轮（5）的一端与所述转弯执行机构连接，谐波发生器（4）与所述电机连接，所述控制动力装置与所述电机连接。

10.根据权利要求9所述的一种汽车转向系统，所述可变传动比传动装置的谐波发生器（4）设有一套设在所述第二外齿轮部（32）的保持部（43），所述保持部（43）与所述第二外齿轮部（32）滑动配合。

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