CN206146646U - 一种循环球式转向器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种循环球式转向器，包括能量回收装置，能量转化装置和转向器等。首先是用一个能量回收装置回收汽车的上下运动产生的振动的能量并将其转换成液压能，接着将液压泵收集到的能量储存在蓄能器当中，当转向器有需要时，通过蓄能器释放能量给液压缸，用液压缸推动转向摇臂，帮助转向器转向，从而解决了循环球式转向器转向灵敏度不足的问题。

Description

一种循环球式转向器

技术领域

本实用新型属于汽车技术领域，具体涉及一种循环球式转向器。

背景技术

汽车是一种性能要求高，负荷变化大的运输工具。转向系统作为汽车的关键部件之一，更需要了解和掌握。汽车转向器又名转向机、方向机，它是汽车转向系中最重要的部件，对它进行深入的研究便显得意义重大。它的作用是:增大转向盘传到转向传动机构的力和改变力的传递方向。

此次设计的转向器是循环球式转向器，主要由螺杆、螺母、钢球、转向器壳体等组成。因螺母与螺杆之间没有滑动摩擦，只有钢球与螺杆及螺母之间的滚动摩擦，所以循环球式转向器具有较高的传动效率，由于有结构复杂，成本高，转向灵敏度不如齿轮齿条式的众多缺点，因此逐渐被齿轮齿条式取代。但随着动力转向的应用以及道路行驶条件的改善，汽车车速的提高，需要在高速时有较好的转向稳定性，必须使转向器具有较高的刚度。循环球式转向器由于通过大量钢球的滚动接触来传递转向力，具有较大的强度和较好的耐磨性。并且该转向器可以被设计成具有等强度结构，特别是变速比结构具有较高的刚度，适宜高速车辆采用，这也是它采用广泛的原因之一。

为了能从根本上有效的解决这些问题，需要建立一套完整的从设计到分析的预评估平台，对循环球式转向器进行全面的设计及分析。

实用新型内容

目的：通过对于循环球式转向器的改造与创新，通过回收汽车车轮跳动的能量，增加了液压助力系统，改善循环球式转向器，使其更具有能耗低，转向灵敏度更好的优点。

技术方案如下：

一种循环球式转向器，包括能量回收装置、能量转化装置、循环球转向装置，具体结构包括：

能量回收装置由第一齿轮4，第一棘轮5，齿条6，第二齿轮7，第二棘轮8，第三齿轮9，行星齿轮10，第四齿轮11，支架12,液压泵13组成，其中第一棘轮5和第二棘轮8在同一竖直线上，同时与齿条6相互啮合；第一棘轮5与第一齿轮4通过一根横轴连接成一体，保持同步运动；第二棘轮8与第三齿轮9也通过一根横轴连接成一体，保持同步运动；第二齿轮7与第三齿轮9相互啮合，通过第二齿轮将第三齿轮传递的转矩方向进行改变；再由第一齿轮4与第三齿轮9与行星齿轮10相互啮合，通过行星齿轮10转速提高；再由行星齿轮10通过一根横轴与第四齿轮11连接成一体，保持同步运动；第四齿轮11和液压泵13上的齿轮相互啮合；

能量转化装置由液压泵13，转向器21，转向摇臂22，蓄能器23，液压管24，液压缸25组成，其中液压泵13、蓄能器23与液压缸25通过液压管24依次连接，液压缸25与转向摇臂22通过螺栓连接成一体。

循环球转向装置由蜗杆18，金属块19，螺杆20组成，其中蜗杆18装在金属块19螺纹孔内，金属块19外围有切入的轮齿，这些轮齿与驱动转向摇臂的齿轮相结合；方向盘连接在类似螺栓的螺杆20上，螺杆20则插在金属块的孔内，螺杆20并不直接与金属块19上的螺纹结合在一起，所有螺纹中都填满了滚珠轴承。

首先能量回收装置从汽车轮胎上下运动过程中回收能量，并通过液压泵将机械能转化为液压能。

其次，将液压泵转化出来的能量通过蓄能器储存起来，当有需要时，通过蓄能器释放能量给液压缸工作。

最后，当汽车转向时，转向器工作，同时蓄能器释放能量，作用于液压缸，液压缸推动转向摇臂，帮助转向器转向。

有益效果

本发明主要是能解决汽车循环球式转向器转向灵敏度不足的缺陷。它具有节能环保的优点，主要是因为它的全部能量来源于汽车车轮跳动时产生的振动能量。

附图说明

图1为循环球式转向器整体结构图；1-能量回收装置，2-转向器，3-能量转化装置。

图2为能量回收装置方案图；4-第一齿轮，5-第一棘轮，6-齿条，7-第二齿轮，8-第二棘轮，9-第三齿轮，10-行星齿轮，11-第四齿轮，12-支架,13-液压泵。

图3为棘轮安装图；14-第一棘轮外圈，15-第一棘轮内圈，16- 第二棘轮外圈，17-第二棘轮内圈。

图4为循环球转向器内部结构图；18-蜗杆，19-金属块，20-螺杆。

图5为能量转化装置，13-液压泵，21-转向器，22-转向摇臂，23-蓄能器，24-液压管，25-液压缸。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对实用新型的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。

参见图1进行说明，总的来说就是，本文设计的循环球式转向器是这样工作的——本次设计主要是为了解决循环球式转向器转向灵敏度不足的缺陷，因此主要的设计部分是通过回收汽车车轮振动时产生的能量，通过机械装置回收能量，再运用液压缸对转向器进行辅助转向，改善转向器灵敏度。下面对其进行具体的说明。

如图2所示，能量回收装置包括设置于支架上的齿条6、竖直设置于支架上的第一棘轮5和第二棘轮8，竖直设置于支架上的第一齿轮4，第三齿轮9，及用于改变齿轮转动方向的第二齿轮7，用于加速的行星齿轮10，用于最终转矩输出的第四齿轮11及能量转化的液压泵13；其中第一棘轮5和第二棘轮8在同一竖直线上，同时与齿条6相互啮合；第一棘轮5与第一齿轮4通过一根横轴连接成一体，保持同步运动；第二棘轮8与第三齿轮9也通过一根横轴连接成一体，保持同步运动；第二齿轮7与第三齿轮9相互啮合，通过第二齿轮将第三齿轮传递的转矩方向进行改变；再由第一齿轮4与第三齿轮9与行星齿轮10相互啮合，通过行星齿轮10转速提高；再由行星齿轮10通过一根横轴与第四齿轮11连接成一体，保持同步运动；通过第四齿轮11和液压泵13上的齿轮相互啮合，将采集到的振动能量收集起来。

在棘轮的安装传动中，如图3，其中第一棘轮5和第二棘轮8在同一竖直线上，同时与齿条6相互啮合；第一棘轮5与第一齿轮4通过一根横轴连接成一体，保持同步运动；第二棘轮8与第三齿轮9也通过一根横轴连接成一体，保持同步运动。考虑到能量转化是通过液压泵13进行转化的，而齿条6是做上下升降运动的，因此通过增加第二齿轮7来改变转矩的方向，让第一齿轮4与第二齿轮7与行星齿轮10相互啮合，保证行星齿轮10单向运转。

其中棘轮的结构有很多形式，可以是类似于现有技术的内啮合棘轮，也可以采用其他结构。在本设计中，棘轮的结构可以分为内外圈，内外圈处于同一个中心位置，当外圈按设计的方向正向转动时，推动内圈同时转动，同理，若内圈正向转动也可推动外圈转动；当外圈反向转动时，由于内圈在径向上有一定的缩放弹性，因此此时内圈不转动，同理，若内圈反向转动时也不会带动外圈旋转。正式运用这个原理，通过不同方向的棘轮内外圈旋转，保证了在齿条上下不同运动时，行星齿轮也能单向旋转。

其中第一棘轮5的旋转正方向与第二棘轮8的旋转正方向相反，通过加装第二齿轮来改变由第三齿轮传来的转矩，通过这两个关键部位的不同，使得传递给行星齿轮10的转动方向始终保持同一方向。

当齿条6向上运动是，齿条6带动啮合的第二棘轮外圈16顺时针旋转，此时旋转方向为第二棘轮8的正方向，故带动第二棘轮内圈17顺时针旋转；由于第二棘轮内圈17与第三齿轮9通过一根横轴连接，保持同步运动，因此第三齿轮9也顺时针旋转，此时与第三齿轮9相互啮合的第二齿轮7则做逆时针旋转，故与第二齿轮7相互啮合的行星齿轮10做顺时针旋转；由于第一齿轮4也与行星齿轮10相互啮合，故第一齿轮也做逆时针旋转；且第一齿轮4与第一棘轮内圈15通过一根横轴连接，保持同步运动，因此第一棘轮内圈也做逆时针旋转，第一棘轮内圈15做逆时针旋转为第一棘轮5的反向运动，故第一棘轮外圈14不跟随第一棘轮内圈15的转动而转动；与此同时，由于齿条6的向上运动也带动第一棘轮外圈14做顺时针旋转，与第一棘轮内圈15做相对方向旋转运动，不产生干涉；因此此时的行星齿轮10的转动单由齿条6向上运动带动第二棘轮8转动产生的。

当齿条6由上向下运动时，由于要保证行星齿轮一直是单向旋转，故行星齿轮10应继续保持顺时针旋转，且第一齿轮4，第二齿轮7，第三齿轮9，第一棘轮内圈15及第二棘轮内圈17的旋转方向都保持不变；此时，齿条6与第一棘轮外圈14相互啮合，并带动第一棘轮外圈14做逆时针旋转，且旋转方向恰为第一棘轮的正方向，故带动第一棘轮内圈15做逆时针旋转，与之前齿条6向上运动时旋转方向一致，故行星齿轮10也继续保持顺时针旋转；与此同时，齿条6带动第二棘轮外圈16做逆时针旋转，与第一棘轮内圈15相对方向旋转运动，不产生干涉；因此此时的行星齿轮10的转动单由齿条6向上运动带动第一棘轮4转动产生的。

综上所述，无论齿条6向上还是向下运动都将会有一个棘轮被带动旋转，从而驱动行星齿轮10旋转，并且始终保持向同一个方向旋转。

行星齿轮10和第四齿轮中间通过一根横轴相互连接，保证将经过行星齿轮加速之后的转通过中间的横轴传递给第四齿轮。

第四齿轮直接与液压泵上的齿轮相互啮合，实现将最开始的汽车车轮振动通过不同的齿轮啮合传递，通过行星齿轮的增速作用，最终将能量回收到液压泵上，驱动液压泵工作，从而将机械能转化为液压能。

循环球式转向器有一蜗杆，我们可以将此转向器想象为两部分，如图4所示。第一部分是带有螺纹孔的金属块，此金属块外围有切入的轮齿，这些轮齿与驱动转向摇臂的齿轮相结合。方向盘连接在类似螺栓的螺杆上，螺杆则插在金属块的孔内。转动方向盘时，它便会转动螺栓。由于螺栓与金属块之间相对固定，因此旋转时，它不会像普通螺栓那样钻入金属块中，而是带动金属块旋转，进而驱动转动车轮的齿轮。

螺栓并不直接与金属块上的螺纹结合在一起，所有螺纹中都填满了滚珠轴承，当齿轮转动时，这些滚珠将循环转动。滚珠轴承有两个作用：第一，减少齿轮的摩擦和磨损；第二，减少齿轮的溢出。如果齿轮溢出，则会在转动方向盘时感觉到。而如果转向器中没有滚珠，轮齿之间会暂时脱离，从而造成方向盘松动。循环球式系统中的动力转向工作原理与齿条齿轮式系统类似。其辅助动力也是通过向金属块一侧注入高压液体来提供的。汽车转向系统对汽车的行驶安全至关重要，因此汽车转向系统的零件都称为保安件。循环球式转向器是目前国内外应用最广泛的结构型式之一，一般有两级传动副，第一级是螺杆螺母传动副，第二级是齿条齿扇传动副。为了减少转向螺杆转向螺母之间的摩擦，二者的螺纹并不直接接触，其间装有多个钢球，以实现滚动摩擦。转向螺杆和螺母上都加工出断面轮廓为两段或三段不同心圆弧组成的近似半圆的螺旋槽。二者的螺旋槽能配合形成近似圆形断面的螺旋管状通道。螺母侧面有两对通孔，可将钢球从此孔塞入螺旋形通道内。转向螺母外有两根钢球导管，每根导管的两端分别插入螺母侧面的一对通孔中。导管内也装满了钢球。这样，两根导管和螺母内的螺旋管状通道组合成两条各自独立的封闭的钢球“流道”。

转向螺杆转动时，通过钢球将力传给转向螺母，螺母即沿轴向移动。同时，在螺杆及螺母与钢球间的摩擦力偶作用下，所有钢球便在螺旋管状通道内滚动，形成“球流”。在转向器工作时，两列钢球只是在各自的封闭流道内循环，不会脱出。

能量转化装置主要是将之前由齿轮传动收集到的液压能由液压泵传输到蓄能器当中，加以储存，当转向系统有需要转向的时候，通过蓄能器释放液压能给液压缸，通过液压缸作用于与转向摇臂上，对转向摇臂施加一个额外的液压力，帮助转向器转向，从而帮助汽车平稳，灵敏的进行转向。

Claims (1)

1.一种循环球式转向器，包括能量回收装置、能量转化装置、循环球转向装置，其特征在于：

能量回收装置由第一齿轮(4)，第一棘轮(5)，齿条(6)，第二齿轮(7)，第二棘轮(8)，第三齿轮(9)，行星齿轮(10)，第四齿轮(11)，支架(12),液压泵(13)组成，其中第一棘轮(5)和第二棘轮(8)在同一竖直线上，同时与齿条(6)相互啮合；第一棘轮(5)与第一齿轮(4)通过一根横轴连接成一体，保持同步运动；第二棘轮(8)与第三齿轮(9)也通过一根横轴连接成一体，保持同步运动；第二齿轮(7)与第三齿轮(9)相互啮合，通过第二齿轮将第三齿轮传递的转矩方向进行改变；再由第一齿轮(4)与第三齿轮(9)与行星齿轮(10)相互啮合，通过行星齿轮(10)转速提高；再由行星齿轮(10)通过一根横轴与第四齿轮(11)连接成一体，保持同步运动；第四齿轮(11)和液压泵(13)上的齿轮相互啮合；

能量转化装置由液压泵(13)，转向器(21)，转向摇臂(22)，蓄能器(23)，液压管(24)，液压缸(25)组成，其中液压泵(13)、蓄能器(23)与液压缸(25)通过液压管(24)依次连接，液压缸(25)与转向摇臂(22)通过螺栓连接成一体；

循环球转向装置由蜗杆(18)，金属块(19)，螺杆(20)组成，其中蜗杆(18)装在金属块(19)螺纹孔内，金属块(19)外围有切入的轮齿，这些轮齿与驱动转向摇臂的齿轮相结合；方向盘连接在类似螺栓的螺杆(20)上，螺杆(20)则插在金属块的孔内，螺杆(20) 并不直接与金属块(19)上的螺纹结合在一起，所有螺纹中都填满了滚珠轴承。