CN203819322U - 动力转向系统、助力转向变速器以及助力转向装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种动力转向系统，其包括：转向盘轴，具有同轴设置在其上的第一蜗杆和蜗轮；助力轴，具有同轴设置在其上并与蜗轮啮合的第二蜗杆；以及扇形齿轮轴，具有与第一蜗杆啮合的齿轮段。还提供了一种助力转向变速器，其包括：壳体，至少部分地包围转向盘轴和助力轴，转向盘轴具有与设置在扇形齿轮轴上的齿轮段相连接的第一蜗杆，助力轴具有与设置在转向盘轴上的蜗轮相连接的第二蜗杆，其中，施加于助力轴的动力分别借助于第二蜗杆与蜗轮的连接和第一蜗杆与齿轮段的连接通过转向盘轴传送至扇形齿轮轴。还提供了一种助力转向装置。本实用新型的动力转向系统、助力转向变速器以及助力转向装置的活动部件少，占用的车内封装空间小。

Description

动力转向系统、助力转向变速器以及助力转向装置

技术领域

本实用新型涉及电动助力转向变速器，更具体地，涉及具有从助力轴至转向盘轴的蜗杆-蜗轮连接以及从转向盘轴至扇形齿轮轴的蜗杆-齿轮段连接的变速器。

背景技术

通常的动力转向系统一直使用齿轮齿条式或循环球式变速器设计来将转向盘的旋转转换成车轮的转动。齿轮齿条为线性致动器，其包含一对将旋转运动转换成线性运动的齿轮。圆形齿轮（小齿轮）定位在转向盘输入轴上，并与线性齿轮条（齿条）上的齿啮合。施加于转向盘的旋转运动使得小齿轮旋转。旋转的小齿轮使得齿条沿车辆横移。齿条通过转向横拉杆连接至车轮端组件的转向节。转向横拉杆以偏离转向节的转动轴线的方式连接至转向节。转向横拉杆的横向移动使得转向节绕着其转向轴线转动并转动车轮，从而将转向盘的旋转运动转换成车轮的转弯运动。

循环球式转向机构在转向盘轴上具有外螺纹，转向盘轴设置在具有内螺纹的框体内。内螺纹和外螺纹由多个循环球轴承分隔开。该框体能够线性滑动但却不能旋转，因此当转向盘转动时，外螺纹转动并且该框体如同螺母沿着螺栓移动一样进行线性移动。该框体具有切入其外侧的一组轮齿，以与扇形齿轮轴上的部分齿轮相啮合。该框体的线性运动引起扇形齿轮轴旋转运动。扇形齿轮轴移动与中间连杆连接的转向摇臂。中间连杆同齿条一样沿车辆横移。转向横拉杆连接在中间连杆与转向节之间以转动车轮。

动力转向装置通过增大转向盘的转向力来帮助驾驶员使车辆转向。液压或电动致动器向转向机构增加可控能量，从而减少了转向通常所需的必要力。在车辆停止或缓慢移动时转向助力装置提供巨大的帮助。

齿轮齿条式和循环球式变速器设计具有很多相互作用的活动部件。齿轮齿条式和循环球式变速器设计还要求在车内具有很大的封装空间。通过如下概述的本实用新型可解决这些缺点。

实用新型内容

针对现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供活动部件少且占用封装空间小的动力转向系统。

本实用新型的一个方面涉及一种动力转向系统，其相较于齿轮齿条式或循环球式系统具有更少的活动部件。该动力转向系统包括具有第一蜗杆和蜗轮的方向盘轴，第一蜗杆和蜗轮均同轴设置在方向盘轴上并与其相连接。该系统包括具有第二蜗杆的助力轴，第二蜗杆同轴设置在助力轴上并与其相连接。助力轴上的蜗杆与方向盘轴上的蜗轮相啮合。这样使得额外的转向动力通过可附接至助力轴的致动器供应给该系统。该系统还包括具有齿轮段的扇形齿轮轴，齿轮段设置在扇形齿轮轴上并与其相连接。扇形齿轮轴上的齿轮段与转向盘轴上的第一蜗杆相啮合。

助力轴上的第二蜗杆可为滚珠螺母蜗杆，且转向盘轴上的蜗轮可为滚珠轨道蜗轮。滚珠螺母蜗杆可形成围绕外表面的螺旋通道，并且多个滚珠填充在该通道中。根据本实用新型的一个实施例，螺旋通道具有近端和远端，且滚珠螺母蜗杆形成有穿过滚珠螺母蜗杆且连接近端和远端的内部通道，内部通道为上述多个滚珠穿过螺旋通道并从近端穿过内部通道到达远端提供了循环路径。内部通道可穿过螺旋通道的两端部，从而为滚珠环绕行进提供循环路径。根据本实用新型的一个实施例，螺旋通道为具有半圆形底部和从半圆形底部的每个边缘伸出的哥特式拱形部的部分圆形，该哥特式拱形部部分地围绕着部分设置在螺旋通道中的上述多个滚珠，从而将上述多个滚珠保持在螺旋通道内。螺旋通道中的至少一个滚珠可与滚珠轨道蜗轮接触。滚珠用作承载物，以在保持与每个部件直接接触的同时降低两个部件之间的摩擦力。

根据本实用新型的一个实施例，滚珠轨道蜗轮沿着滚珠轨道蜗轮的外圆周形成有多个等间距的凹形滚珠容纳压痕，并且上述多个滚珠中的至少一个部分地设置在至少一个凹形滚珠容纳压痕中。

根据本实用新型的一个实施例，该动力转向系统还包括附接至助力轴的致动器。

根据本实用新型的一个实施例，致动器为助力轴提供最大输出功率为1600W的动力。

根据本实用新型的一个实施例，扇形齿轮轴能够响应于致动器为助力轴提供最大输出功率为1600W的动力而输出至少800W的动力。

根据本实用新型的一个实施例，该动力转向系统还包括壳体。第一蜗杆齿轮段的啮合、第二蜗杆与蜗轮的啮合以及转向盘轴、助力轴和扇形齿轮轴的相应部分都可至少部分地设置在壳体内。相较于齿条齿轮或循环球式设计，壳体及容纳在其中的上述部件可提供具有较少运转部件并占用车内较少空间的转向变速器。

本实用新型的另一方面涉及助力转向变速器。该变速器具有包围转向盘轴的一部分的壳体，转向盘轴旋转连接于转向盘。转向盘轴在该壳体内连接至扇形齿轮轴，扇形齿轮轴的一部分从壳体伸出以连接至转动车轮的其它转向系统部件。转向盘轴具有与设置在扇形齿轮轴上的齿轮段连接的第一蜗杆。转向盘轴的转动使第一蜗杆转动，如此会沿着蜗杆向上或向下进给齿轮段的轮齿。齿轮段上的轮齿偏离扇形齿轮轴的旋转轴线，且蜗杆中的轮齿的移动会使扇形齿轮轴沿着其轴线枢转。助力轴的一部分容纳在壳体中并具有与同样设置在转向盘轴上的蜗轮相连接的第二蜗杆。来自助力轴的动力分别借助于第二蜗杆与蜗轮的连接及第一蜗杆与齿轮段的连接通过转向盘轴传送至扇形齿轮轴。

第二蜗杆与蜗轮的连接可以是滚珠螺母蜗杆与滚珠轨道蜗轮的连接。滚珠螺母蜗杆与滚珠轨道蜗轮可共用在两者之间提供接触的多个滚珠。滚珠可以使两部件之间具有更好接触的同时降低两部件之间的摩擦，从而提高了齿轮效率。

根据本实用新型的一个实施例，扇形齿轮轴能够响应于助力轴接收1600W或更小的输入功率而提供等于或大于800W的输出功率。

本实用新型的再一方面涉及一种助力转向装置。该装置包括具有蜗杆的助力轴，该蜗杆形成有螺旋通道，并且多个自由移动的滚珠部分地设置在该螺旋通道中。该装置还包括具有蜗轮的转向盘轴，蜗轮沿着其外围形成有多个滚珠容纳压痕。来自助力轴的动力通过至少部分地同时设置在螺旋通道与其中一个滚珠容纳压痕中的至少一个滚珠从蜗杆传送至蜗轮。该滚珠在蜗杆与蜗轮相对于彼此转动时提供了较小的摩擦接触，同时还能够在两个部件之间提供良好的表面接触。

蜗杆可形成有连接在螺旋通道的近端与远端之间并轴向穿过该蜗杆的内部通道。该内部通道为滚珠环绕螺旋通道并从近端穿过所述内部通道至远端的行进提供了路径。该螺旋通道可为具有半圆形底部和从半圆形底板的每一侧伸出的哥特式拱形部的部分圆形。该哥特式拱形部部分地围绕螺旋通道中的滚珠，将这些滚珠保持在蜗杆内。

根据本实用新型的一个实施例，螺旋通道为具有半圆形底部和从半圆形底部的每一侧延伸的哥特式拱形部的部分圆形，该哥特式拱形部部分地围绕螺旋通道中的上述多个滚珠，从而将上述多个滚珠保持在蜗杆内。

电机可连接至助力轴并能够旋转助力轴。来自电机的动力可通过至少部分地同时设置在螺旋通道与其中一个滚珠容纳压痕之间的至少一个滚珠传送至转向盘轴。电机可具有1600W的最大助力。扇形齿轮轴可通过齿轮组组合连接至转向盘轴的扇形齿轮轴，且助力轴响应于驾驶员转动转向盘而为转向盘轴提供助力以辅助转动扇形齿轮轴从而使车辆上的车轮转向。

本实用新型的有益效果在于，本实用新型的动力转向系统、助力转向变速器以及助力转向装置的活动部件少，占用的车内封装空间小。

参照附图更为详细地解释本实用新型的上述方面和其他方面。

附图说明

图1为助力转向系统的示意图；

图2为蜗轮蜗杆动力转向变速器的立体剖视图；

图3为具有齿轮段的扇形齿轮轴和具有蜗杆的助力轴分别与转向盘轴上的蜗杆和蜗轮连接的俯视图；

图4为助力轴上的蜗杆连接于转向盘轴上的蜗轮的局部侧视图；

图5为助力轴上的滚珠螺母蜗杆连接于转向盘轴上的滚珠轨道蜗轮的局部侧视图；

图6为移除大部分滚珠的滚珠螺母蜗杆的局部侧视图；

图7为滚珠螺母蜗杆的截面图。

具体实施方式

参照附图公开了所示实施例。然而，应该理解，所公开的实施例仅为可以多种替代形式体现的实例。无需按比例绘制附图，并且可放大或缩小一些部件来显示特定部件的细节。所公开的具体结构和功能性细节不应解释为限制，而是教导本领域的技术人员如何实践所公开概念的代表性基础。

图1示出了连接至平行四边形转向结构12的动力转向系统10，当然，可使用其它转向结构。车轮14安装在连接至车辆（未示出）的可枢转转向节16上。转向节16可连接至车辆的悬架系统。转向横拉杆18在偏离转向节16的枢转轴的位置处与相应的转向节16连接，这样使得转向横拉杆18的线性运动使转向节16绕着其枢转轴枢转。转向横拉杆18可提供长度可调节部件从而调节车辆的前束。

中间连杆20沿车辆横向延伸，并且使转向横拉杆18彼此相连。中间连杆20和转向横拉杆18在转向节16和车轮14的转动之间形成机械连接。空转臂21将中间连杆20连接至车辆框架，从而，例如，为中间连杆20提供固定的边界条件和枢轴。转向摇臂22同样连接至中间连杆20并将平行四边形转向结构12连接至转向变速器24。

变速器24配置有壳体25。扇形齿轮轴26从壳体25延伸出并连接至转向摇臂22。扇形齿轮轴26的旋转使转向摇臂22摆动，使得中间连杆20大致沿车辆横向移动。当中间连杆20移动时，转向横拉杆18移动并枢转转向节16，从而转动车轮14。

扇形齿轮轴26在变速器24内连接至转向盘轴28，且转向盘轴28可操作地/机械地连接至转向盘30。转向盘30可为转向柱32的一部分，且可配置有多根连杆34（示出为恒速万向节34），这样使得转向盘轴28封装和布路（route）在车辆内。

转向盘30机械连接至转向盘轴28，这样使得当转向盘30绕着其轴线旋转时，转向盘轴28绕着其轴线旋转。转向盘轴28的旋转进而旋转扇形齿轮轴26并枢转转向摇臂22，从而使车轮14转动。当转向盘30旋转时，传感器36（如转向角传感器36）可检测到该旋转。控制器38可与传感器36通信（如通信线40所示），并与致动器42通信（如通信线44所示）。致动器42可经由助力轴46连接至变速器24，并能够提供额外的功率来辅助扇形齿轮轴26的旋转。控制器38可考虑其它输入，如车速，并且当控制器38通过利用传感器36来识别转向输入时，控制器38可使致动器42致动，从而在车辆转向期间提供助力。

致动器42连接至助力轴46并能够旋转助力轴46。致动器42可为电动机，当然也可使用其它致动器。设计时会考虑提供尽可能小的变速器24来限制变速器24在车内所需的封装空间尺寸。同样地，设计时也要考虑限制与系统10一起使用的致动器42的尺寸。可设定致动器42的尺寸以向助力轴46提供1600W的最大输出功率，当然也可使用提供更大或更小功率的致动器。可将变速器24设计成响应于1600W的最大输入功率施加至助力轴46而为扇形齿轮轴26提供至少800W的功率。

图2示出了剖开壳体25的变速器24，其示出了一些内部部件。示出的转向盘轴28的一部分、助力轴46的一部分和扇形齿轮轴26的一部分设置在壳体25内并从壳体25延伸出。如图所示的转向盘轴28、助力轴46和扇形齿轮轴26可连接至如图1所示的外围转向系统元件部分。图3示出了设置在图2中的变速器24的壳体25内的转向盘轴28、助力轴46和扇形齿轮轴26的俯视图。

参照图2和图3，转向盘轴28具有同轴设置其上的第一蜗杆50。第一蜗杆50可旋转地固定至转向盘轴28，蜗杆50与转向盘轴28具有共同的旋转轴线52。第一蜗杆50具有沿着转向盘轴28的外围延伸的第一螺旋线54。

扇形齿轮轴26具有连接至其上部区域的齿轮段56。齿轮段56枢转固定至扇形齿轮轴26，并且二者具有同一枢转轴线58。齿轮段56具有第一组轮齿60，至少一个轮齿60与第一蜗杆50的第一螺旋线54中的沟槽相啮合。齿轮段56连接至第一蜗杆50，这样使得当转向盘轴28旋转时，第一蜗杆50旋转，同时齿轮段56的第一组轮齿60沿着第一螺旋线54移动，这就使得齿轮段56和扇形齿轮轴26绕着枢转轴线58转动。

转向盘轴28还具有同轴设置其上的蜗轮62。蜗轮62旋转固定至转向盘轴28，蜗轮62与第一蜗杆50具有共同的旋转轴线52。蜗轮62具有第二组轮齿64。助力轴46具有同轴设置其上的第二蜗杆66。第二蜗杆66旋转固定至助力轴46，第二蜗杆66与助力轴46具有同一旋转轴线68。第二蜗杆66具有围绕助力轴46的外围的第二螺旋线70。

图4示出了助力轴46的第二蜗杆66的局部侧视图，其中，第二蜗杆66具有第二螺旋线70，其与转向盘轴28上的蜗轮62的第二组轮齿64的至少一个轮齿64相啮合。施加于助力轴46的动力使助力轴46旋转，从而使第二蜗杆66旋转。第二螺旋线70使蜗轮62上的第二组轮齿64进给，这样使蜗轮62旋转。蜗轮62的旋转进而使转向盘轴28旋转，然后使如上所述的扇形齿轮轴26也旋转。

参照图2至图4，施加于助力轴46的功率可通过变速器24传送至扇形齿轮轴26。变速器24能够响应于1600W的最大功率施加至助力轴46而在扇形齿轮轴26上提供至少800W的功率。还可在助力轴46与致动器42之间设置离合器（未示出），这样使得当并未施加助力时，助力轴46可自由旋转。

变速器24提供了第一蜗杆50和齿轮段56的啮合、第二蜗杆66和蜗轮62的啮合及转向盘轴28、助力轴46与扇形齿轮轴的相应部分。相较于齿轮齿条式和循环球式变速器设计，变速器24提供的设计具有较少的相互作用的活动部件。而且，相较于齿轮齿条式和循环球式变速器设计，变速器24需要的车内封装空间更小。

在替代实施例中，助力轴46上的第二蜗杆66和转向盘轴28上的蜗轮62可由滚珠螺母蜗杆74和滚珠轨道蜗轮76所代替。滚珠螺母蜗杆74和滚珠轨道蜗轮76可进一步提高系统的效率，从而允许变速器24和/或致动器42更小。

参照图5，示出的滚珠螺母蜗杆74具有部分设置在螺旋通道80内部并环绕螺旋通道80的多个滚珠78。滚珠螺母蜗杆74的滚珠与沿着滚珠轨道蜗轮76的外圆周表面84形成的多个等间距凹形滚珠容纳压痕82相啮合。至少一个滚珠86同时设置在螺旋通道80与其中一个滚珠容纳压痕82中。当旋转助力轴46时，该至少一个同设置滚珠86沿助力轴46的轴线68的方向随着螺旋通道80移动。当同设置滚珠86随着螺旋通道80旋转时，具有同设置滚珠86的压痕82也旋转。压痕82的旋转使得滚珠轨道蜗轮和转向盘轴28旋转。滚珠轨道蜗轮76的旋转使得相邻压痕82与多个滚珠78中的另一滚珠对齐，然后重复进行上述过程。

滚珠螺母蜗杆74和滚珠轨道蜗轮共用提供两个部件之间的接触的多个滚珠78。滚珠78提供了蜗杆74与蜗轮76之间的承载物，这样减少了摩擦并增加了传递动力的表面积。滚珠78使滚珠螺母蜗杆74与滚珠轨道蜗轮76彼此间隔开，这样使得两者互不接触。同设置滚珠86会在滚珠螺母蜗杆74和滚珠轨道蜗轮76的两个接触面之间滚动。同设置滚珠86的滚动提供了同设置滚珠86与每个表面之间的大致的静摩擦接触，这与轮胎在地面上的滚动非常类似，从而在蜗杆与蜗轮之间产生极少动摩擦或零动摩擦。

参照图6与图7，所示滚珠螺母蜗杆74移除了大部分滚珠78。滚珠螺母蜗杆74具有外表面88，且螺旋通道80可形成在滚珠螺母蜗杆74的外表面88内。螺旋通道80具有近端90和远端92。螺旋通道80为部分圆形并环绕多个滚珠78的一部分，这样将滚珠78保持在滚珠螺母蜗杆74上。螺旋通道80的截面的深度可大于滚珠78的半径但小于滚珠78的直径，从而使得滚珠78突出于滚珠螺母蜗杆74的表面88且同设置在滚珠轨道蜗轮76上的滚珠容纳凹痕82内（参见图5）。该部分圆形形状包含具有哥特式拱形部96的半圆形底部94，哥特式拱形部96从半圆形底部94的每个边缘伸出。相对的哥特式拱形部96的横截面间距可小于滚珠78的直径，使得滚珠78不会径向离开螺旋通道80。螺旋通道80的横截面直径可大于滚珠78的直径，从而使得滚珠78能够围绕螺旋通道80在近端90与远端92之间来回滑动和滚动。

滚珠螺母蜗杆74还具有连接螺旋通道80的近端90与远端92的内部通道98。内部通道98轴向穿过滚珠螺母蜗杆74。内部通道98为多个滚珠78穿过内部通道98并围绕螺旋通道80从近端90行进至远端92（反之亦然）提供了循环路径。内部通道98还可与滚珠装载槽100连通。多个滚珠78可通过滚珠装载槽100装载到滚珠螺母蜗杆74内，这样多个滚珠78填充了内部通道98和螺旋通道80。一旦滚珠螺母蜗杆74装满滚珠78，则可将帽状件102设置在滚珠装载槽100中，从而将多个滚珠78保持在滚珠螺母蜗杆74中。

滚珠螺母蜗杆74和滚珠轨道蜗轮76（参见图5）将来自致动器42的助力从助力轴46传送至转向盘轴28，这样增加了输送至扇形齿轮轴26的功率。当驾驶员转动车辆上的转向盘30时，致动器42可接收来自控制器38的信号44以提供助力。滚珠螺母蜗杆74和滚珠轨道蜗轮76提供了高效的齿轮组，其允许使用较小的致动器来提供等量的助力。传动装置的上述组合通过使用具有1600W的最大助力的致动器42可在扇形齿轮轴26上产生800W或更大的可用额外功率。

尽管上文描述了示例性实施例，但并不意味着这些实施例描述了所公开装置和方法的所有可能形式。并且，本说明书里的词语仅仅是描述性词语而非限制性词语，并且应当理解，在不背离所请求保护的本实用新型的精神和范围的情况下可进行多种变化。可将实施不同实施例的部件组合在一起，以形成所公开概念的其他实施例。

Claims (10)

1.一种动力转向系统，其特征在于，包括：

转向盘轴，具有同轴设置在其上的第一蜗杆和蜗轮；

助力轴，具有同轴设置在其上并与所述蜗轮啮合的第二蜗杆；以及

扇形齿轮轴，具有与所述第一蜗杆啮合的齿轮段。

2.根据权利要求1所述的动力转向系统，其特征在于，所述第二蜗杆为滚珠螺母蜗杆，且所述蜗轮为滚珠轨道蜗轮。

3.根据权利要求2所述的动力转向系统，其特征在于，所述滚珠螺母蜗杆形成围绕外表面的螺旋通道，且所述滚珠螺母蜗杆还包括部分设置在所述螺旋通道中的多个滚珠。

4.根据权利要求3所述的动力转向系统，其特征在于，所述螺旋通道具有近端和远端，且所述滚珠螺母蜗杆形成穿过所述滚珠螺母蜗杆且连接所述近端和所述远端的内部通道，所述内部通道为所述多个滚珠穿过所述螺旋通道并从所述近端穿过所述内部通道到达所述远端提供了循环路径。

5.根据权利要求3所述的动力转向系统，其特征在于，所述螺旋通道为具有半圆形底部和从所述半圆形底部的每个边缘伸出的哥特式拱形部的部分圆形，所述哥特式拱形部部分地围绕着部分设置在所述螺旋通道中的所述多个滚珠，从而将所述多个滚珠保持在所述螺旋通道内。

6.根据权利要求3所述的动力转向系统，其特征在于，部分地设置在所述螺旋通道中的所述多个滚珠中的至少一个与所述滚珠轨道蜗轮接触。

7.根据权利要求3所述的动力转向系统，其特征在于，所述滚珠轨道蜗轮沿着所述滚珠轨道蜗轮的外圆周形成多个等间距的凹形滚珠容纳压痕，并且所述多个滚珠中的至少一个部分地设置在至少一个所述凹形滚珠容纳压痕中。

8.根据权利要求1所述的动力转向系统，其特征在于，还包括壳体，其中，所述第一蜗杆与所述齿轮段的啮合、所述第二蜗杆与所述蜗轮的啮合及所述转向盘轴、所述助力轴和所述扇形齿轮轴的相应部分至少部分地设置在所述壳体中。

9.一种助力转向变速器，其特征在于，包括：

壳体，至少部分地包围转向盘轴和助力轴，所述转向盘轴具有与设置在扇形齿轮轴上的齿轮段相连接的第一蜗杆，所述助力轴具有与设置在所述转向盘轴上的蜗轮相连接的第二蜗杆，其中，施加于所述助力轴的动力分别借助于所述第二蜗杆与所述蜗轮的连接和所述第一蜗杆与所述齿轮段的连接通过所述转向盘轴传送至所述扇形齿轮轴。

10.一种助力转向装置，其特征在于，包括：

具有蜗杆的助力轴，所述蜗杆形成有螺旋通道，并且多个滚珠部分地设置在所述螺旋通道中；以及

具有蜗轮的转向盘轴，所述蜗轮形成有多个滚珠容纳压痕，其中，所述多个滚珠中的至少一个至少部分地同时设置在所述螺旋通道中和其中一个所述滚珠容纳压痕中，从而使得助力从所述助力轴传输给所述转向盘轴。