CN112606898A - 一种轴式电动助力转向装置及机动车 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种轴式电动助力转向装置及机动车，该装置包括一端用于与方向盘抗扭连接的第一小齿轮轴、齿条、第二小齿轮轴、第三小齿轮轴和设置有控制器的电动组件，其中，齿条的第一端设置有第一齿段，齿条的第二端设置有第二齿段，且第一齿段和第二齿段分别位于齿条的两侧，第一齿段与第一小齿轮轴的另一端啮合，第二小齿轮轴的第三齿段与第二齿段啮合，第三小齿轮轴的第四齿段与第二齿段啮合，第三小齿轮轴和所述第二小齿轮轴同步传动连接，电动组件的输出端与第二小齿轮轴传动连接，控制器和扭矩传感器连接。本发明提供的转向装置对布置空间要求小；并且提高了齿条的抗拉压和抗弯曲强度，延长齿条使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于机动车转向装置技术领域，尤其涉及一种轴式电动助力转向装置及机动车。
背景技术
电动助力转向装置是一种依靠电机提供辅助扭矩的动力转向装置，转向轴(小齿轮轴)上设置有转矩传感器，当转向轴转动时，转矩传感器把输入轴和输出轴在扭杆作用下产生的相对转动角位移变成信号传给控制器，控制器根据转矩传感器的信号来控制电机的转动方向及助力电流大小，而且将控制指令输送给电机，驱动电机转动，电机将输出的扭矩传递给齿条，从而推动与齿条连接的转向拉杆，为转向提供转向助力。
目前，电动助力转向装置通过在齿条的助力端两侧分别布置一个小齿轮轴来进行驱动，但是这种结构要求布置空间大，且装配工艺复杂，不利于在有限的空间内进行布置来降低生产制造成本。
发明内容
本发明提供了一种轴式电动助力转向装置及机动车，以节省布置空间，降低生产制造成本。
一方面，本发明提供了一种轴式电动助力转向装置，所述装置包括：
固定于车架上的壳体；
一端用于与方向盘抗扭连接的第一小齿轮轴，所述第一小齿轮轴上设置有扭矩传感器；
具有第一端和第二端的齿条，所述齿条的第一端设置有第一齿段，所述齿条的第二端设置有第二齿段，所述第一齿段和所述第二齿段分别位于所述齿条的两侧，所述第一齿段与所述第一小齿轮轴的另一端啮合，所述齿条的第一端和第二端分别与使车轮转向的转向拉杆连接；
可转动的连接在所述壳体上的第二小齿轮轴，所述第二小齿轮轴具有第三齿段，所述第三齿段与所述第二齿段啮合；
可转动的连接在所述壳体上的第三小齿轮轴，所述第三小齿轮轴具有第四齿段，所述第四齿段与所述第二齿段啮合，所述第三小齿轮轴和所述第二小齿轮轴同步传动连接；
设置有控制器的电动组件，所述电动组件的输出端与所述第二小齿轮轴传动连接，所述控制器和所述扭矩传感器连接，所述电动组件固定在所述壳体上。
进一步地，所述第二小齿轮轴具有第一连接段，所述第三小齿轮轴具有第二连接段，所述第一连接段和所述第二连接段通过皮带连接。
进一步地，所述第一连接段以及所述第二连接段上均设置有第一啮齿，所述皮带内侧设置有与两个所述第一啮齿啮合的第二啮齿。
进一步地，所述皮带包括由内到外依次设置的第一层、第二层和第三层，所述第一层的材质为尼龙，所述第二层的材质为玻璃纤维，所述第三层的材质为丁腈橡胶和三元乙丙橡胶的混合物。
进一步地，所述装置还包括固定于所述壳体上的第一齿段间隙调整组件以及固定于所述壳体上的第二齿段间隙调整组件，所述第一齿段间隙调整组件与所述齿条背离第一齿段的一侧接触，所述第二齿段间隙调整组件与所述齿条背离第二齿段的一侧接触。
进一步地，所述装置还包括固定在所述壳体上的减速组件，所述电动组件的输出端通过所述减速组件和所述第二小齿轮轴传动连接。
进一步地，所述减速组件包括蜗杆和涡轮盘，所述蜗杆的一端与所述电动组件传动连接，所述蜗杆上的螺旋齿与涡轮盘的齿轮啮合，所述涡轮盘固定套装在所述第二小齿轮轴上。
进一步地，所述电动组件包括至少一个电动机，通过所述控制器对所述电动机进行控制。
进一步地，所述第一小齿轮轴的齿轮为斜齿轮。另一方面，本发明还提供了一种机动车，所述机动车包括上述的一种轴式电动助力转向装置。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明提供了一种轴式电动助力转向装置及机动车，该装置包括固定于车架上的壳体、第一小齿轮轴、具有第一端和第二端的齿条、第二小齿轮轴、第三小齿轮轴和设置有控制器的电动组件，当驾驶员转动方向盘转向时，驱动第一小齿轮轴转动，此时第一小齿轮轴上的扭矩传感器将转向信号传递给控制器，控制器接收到转向信号后，将会驱动电动组件转动，转动的电动组件驱动与其传动连接的第二小齿轮轴转动，从而使与第二小齿轮轴同步传动连接的第三小齿轮轴也同步转动，这样，位于齿条同侧的第二小齿轮轴和第三小齿轮轴可以共同驱动齿条沿齿条长度方向移动，以使与齿条连接的转向拉杆驱动车轮转向。
现有技术在齿条两侧设置两个小齿轮轴，且通过一组齿轮盘实现两个小齿轮轴之间的传动，这种结构需要占用较大的布置空间，且降低了齿条的抗拉压和抗弯曲能力，而在在本发明中，第二小齿轮轴和第三小齿轮轴位于齿条同侧，在第二小齿轮轴和第三小齿轮轴的直径尺寸不变的情况下，这种结构明显的布置空间要求小，有利于降低生产制造成本；并且齿条单侧开齿可以提高齿条的抗拉压和抗弯曲强度，延长齿条的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的一种轴式电动助力转向装置结构示意图；
图2为图1中第一小齿轮轴和齿条传动连接的结构示意图；
图3为图1中的一种轴式电动助力转向装置中的助力端结构示意图；
图4为图1中的第二小齿轮轴、第三小齿轮轴和皮带的结构示意图；
图5为图1中的第二小齿轮轴和第三小齿轮轴传动连接的结构示意图。
图1-5中，1-第一小齿轮轴；2-第二小齿轮轴，2.1-第一连接段，2.2-第一限位凸台，2.3-第三齿段；3-第三小齿轮轴，3.1-第二连接段，3.2-第二限位凸台，3.3-第四齿段；4-皮带，4.1-第二啮齿；5-壳体；6-齿条，6.1-第一齿段，6.2-第二齿段；7-电动组件；8-减速组件，8.1-蜗杆，8.2-涡轮盘；9-扭矩传感器；10-第一齿段间隙调整组件；11-第二齿段间隙调整组件；12-深沟球轴承；13-滚针轴承。
具体实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
本发明实施例提供的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
本发明实施例提供了一种轴式电动助力转向装置，结合图1-5，该装置固定于车架上的壳体5、第一小齿轮轴1、齿条6、第二小齿轮轴2、第三小齿轮轴3和电动组件7。
其中，第一小齿轮轴1的一端用于与方向盘抗扭连接，且在第一小齿轮轴1上还设置有扭矩传感器9；齿条6具有第一端和第二端，且齿条6的第一端设置有第一齿段6.1，齿条6的第二端设置有第二齿段6.2，第一齿段6.1和第二齿段6.2分别位于齿条6的两侧，第一齿段6.1与第一小齿轮轴1的另一端啮合，且齿条6的第一端和第二端分别与使车轮转向的转向拉杆连接；第二小齿轮轴2可转动的连接在壳体5上，第二小齿轮轴2还具有第三齿段2.3，且第三齿段2.3与第二齿段6.2啮合；第三小齿轮轴3可转动的连接在壳体5上，第三小齿轮轴3具有第四齿段3.3，且第四齿段3.3与第二齿段6.2啮合，同时第三小齿轮轴3和第二小齿轮轴2同步传动连接；电动组件7设置有控制器，且电动组件7的输出端与第二小齿轮轴2传动连接，同时控制器和扭矩传感器9连接，电动组件7固定在壳体5上。
当驾驶员转动方向盘转向时，会驱动第一小齿轮轴1转动，此时第一小齿轮轴1上的扭矩传感器9将转向信号传递给控制器，控制器接收到转向信号后，将会驱动电动组件7转动，转动的电动组件7驱动与其传动连接的第二小齿轮轴2转动，从而使与第二小齿轮轴2同步传动连接的第三小齿轮轴3也同步转动，这样，位于齿条6同侧的第二小齿轮轴2和第三小齿轮轴3可以共同驱动齿条6沿齿条6长度方向移动，以使与齿条6连接的转向拉杆驱动车轮转向。相对于在齿条两侧分别设置小齿轮轴的现有技术，在本发明中，第二小齿轮轴2和第三小齿轮轴3位于齿条6同侧，且共同驱动齿条6，因此第二小齿轮轴2和第三小齿轮轴3的齿轮加工参数一致，且直径尺寸与现有技术基本相同，这种结构明显占用布置空间小，有利于降低生产制造成本；并且齿条6单侧开齿可以提高齿条的抗拉压和抗弯曲强度，延长齿条6的使用寿命。
具体的，第二小齿轮轴2和第三小齿轮轴3的轴线为平行设置。
进一步地，结合图3，第二小齿轮轴2可以具有第一连接段2.1，第三小齿轮轴3可以具有第二连接段3.1，且第一连接段2.1和第二连接段3.1可以通过皮带4连接，以实现第三小齿轮轴3和第二小齿轮轴2的同步传动连接，从而可以共同驱动齿条6沿着齿条长度方向移动，从而使转向拉杆驱动车轮转向。相比于现有技术中通过一组齿轮盘实现位于齿条两侧的第二小齿轮轴和第三小齿轮轴之间的传动，采用皮带4实现第二小齿轮轴2和第三小齿轮轴3的传动连接还具有比齿轮传动连接噪音小的优点。
为了提高第二小齿轮轴2和第三小齿轮轴3之间的力矩传递效率，该皮带4可以包括由内到外依次设置的第一层、第二层和第三层，其中，第一层的材质为尼龙材质构成，第二层的材质为玻璃纤维，第三层的材质为NBR(丁腈橡胶)和EPDM(三元乙丙橡胶)的混合物，，这种结构的皮带可保证传动强度并能自适应消除皮带与第二小齿轮轴2和第三小齿轮轴3的啮合间隙。第一连接段2.1和第三齿段2.3可以相邻设置，二者之间的第二小齿轮轴2上还可以设置皮带限位凸台，防止工作中皮带跑偏。同理，第二连接段3.1和第四齿段3.3可以相邻设置，二者之间的第三小齿轮轴3也可以设置限位凸台，防止工作中皮带跑偏。
具体的，结合图3，为了进一步的增强传动摩擦力，第一连接段2.1以及第二连接段3.1上均可以设置有第一啮齿，皮带4的第一层设置有与两个第一啮齿啮合的第二啮齿4.1，以完成第二小齿轮轴2和第三小齿轮轴3同步传动连接。进一步地，该装置还可以包括固定于壳体5上的第一齿段间隙调整组件10以及固定于壳体5上的第二齿段间隙调整组件11，其中，第一齿段间隙调整组件10与齿条6背离第一齿段6.1的一侧接触，可以自适应调整以消除第一齿段6与第一小齿轮轴1之间的啮合间隙,且第二齿段间隙调整组件11与齿条6背离第二齿段6.2的一侧接触，可以自适应调整以消除第二齿段6.2与第二小齿轮轴2以及第三小齿轮轴3之间的啮合间隙。第一齿段间隙调整组件10和第二齿段间隙调整组件11均可以是公开号为CN107226127A的专利公开的转向器间隙调整机构,也可以是任何可以实现本发明功能的其他间隙调整机构,在此不作具体限定。
进一步地，结合图3，该装置还可以包括固定在壳体5上的减速组件，且减速组件分别与电动组件7和第二小齿轮轴2传动连接，以降低减速组件传递给第二小齿轮轴2的转速。
具体的，该减速组件可以包括蜗杆8.1和涡轮盘8.2，其中，蜗杆8.1的一端与电动组件传动连接，蜗杆8.1上的螺旋齿与涡轮盘8.2的齿轮啮合，并且涡轮盘8.2固定套装在第二小齿轮轴2上。除上述的包括蜗杆8.1和涡轮盘8.2的减速组件，本发明还可以使用其他可以实现降低电动组件转速的减速组件，在此不作具体限定。
更具体的，结合图5，第二小齿轮轴2靠近第一连接段2.1的一端可以通过滚针轴承13过盈配合的安装在壳体上，第二小齿轮2远离第一连接段2.1的一端可以通过滚针轴承13过盈配合的安装在壳体5上，同理的，第三小齿轮轴靠近第二连接段的一端也可以通过滚针轴承13过盈配合的安装在壳体5上，第三小齿轮轴远离第二连接段的一端也通过滚动轴承13过盈配合的安装在壳体5上。当然，第二小齿轮2和第三小齿轮轴3两端的可转动连接也可以使用其他能实现本发明用途的连接方法，在此不作具体限定。
更具体的，电动组件可以包括至少一个电动机，通过控制器对电动机进行控制，在实际运行时，控制器收到扭矩传感器9的转向信号后，就会驱动电动机转动。例如，控制器可以是公开号为CN106067746A专利公开的电机控制器，也可以是其他可以实现本发明功能的控制器，在此不作具体限定。扭矩传感器可以对各种旋转或非旋转机械部件上对扭转力矩感知的检测，在本发明中扭矩传感器可以感知第一小齿轮轴的扭转力矩，然后将扭力的物理变化转换成精确的电信号，传递给控制器，例如其可以是公开号为CN108291850B的专利公开的扭矩传感器，也可以是任何可以实现本发明功能的扭矩传感器，在此不作具体限定。
更具体的，第一小齿轮轴1的齿轮可以为斜齿轮。
另一方面，本发明实施例还提供了一种机动车，该机动车包括上述的一种轴式电动助力转向装置。
本发明提供的转向装置工作原理为：当驾驶员转动方向盘转向时，方向盘会驱动第一小齿轮轴转动，此时第一小齿轮轴上的扭矩传感器会感知转向信号，并将转向信号传递给电机组件上的控制器，控制器接收到转向信号后，就会驱动电动组件中的电机转动，转动的电机驱动与其传动连接的第二小齿轮轴转动，从而使与第二小齿轮轴同步传动连接的第三小齿轮轴也同步转动，这样，位于齿条同侧的第二小齿轮轴和第三小齿轮轴可以共同驱动齿条沿齿条长度方向移动，以使与齿条连接的转向拉杆驱动车轮转向。
相对于在齿条两侧设置两个小齿轮轴的现有技术，本发明提供的转向装置中第二小齿轮轴和第三小齿轮轴位于齿条同侧，第二小齿轮轴和第三小齿轮轴的齿轮加工参数一致，并通过皮带连接来共同驱动齿条，因此明显比齿条两侧分别设置第二小齿轮轴和第三小齿轮轴，且通过齿轮盘实现第二小齿轮轴和第三小齿轮轴传动连接的结构占用布置空间小，有利于降低生产制造成本；并且齿条单侧开齿可以提高齿条的抗拉压和抗弯曲强度，延长齿条的使用寿命。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种轴式电动助力转向装置，其特征在于，所述装置包括：
固定于车架上的壳体；
一端用于与方向盘抗扭连接的第一小齿轮轴，所述第一小齿轮轴上设置有扭矩传感器；
具有第一端和第二端的齿条，所述齿条的第一端设置有第一齿段，所述齿条的第二端设置有第二齿段，所述第一齿段和所述第二齿段分别位于所述齿条的两侧，所述第一齿段与所述第一小齿轮轴的另一端啮合，所述齿条的第一端和第二端分别与使车轮转向的转向拉杆连接；
可转动的连接在所述壳体上的第二小齿轮轴，所述第二小齿轮轴具有第三齿段，所述第三齿段与所述第二齿段啮合；
可转动的连接在所述壳体上的第三小齿轮轴，所述第三小齿轮轴具有第四齿段，所述第四齿段与所述第二齿段啮合，所述第三小齿轮轴和所述第二小齿轮轴同步传动连接；
设置有控制器的电动组件，所述电动组件的输出端与所述第二小齿轮轴传动连接，所述控制器和所述扭矩传感器连接,所述电动组件固定在所述壳体上。
2.根据权利要求1所述的一种轴式电动助力转向装置，其特征在于，所述第二小齿轮轴具有第一连接段，所述第三小齿轮轴具有第二连接段，所述第一连接段和所述第二连接段通过皮带连接。
3.根据权利要求2所述的一种轴式电动助力转向装置，其特征在于，所述第一连接段以及所述第二连接段上均设置有第一啮齿，所述皮带内侧设置有与两个所述第一啮齿啮合的第二啮齿。
4.根据权利要求3所述的一种轴式电动助力转向装置，其特征在于，所述皮带包括由内到外依次设置的第一层、第二层和第三层，其中，
所述第一层的材质为尼龙，所述第二层的材质为玻璃纤维，所述第三层的材质为丁腈橡胶和三元乙丙橡胶的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种轴式电动助力转向装置，其特征在于，所述装置还包括固定于所述壳体上的第一齿段间隙调整组件以及固定于所述壳体上的第二齿段间隙调整组件，所述第一齿段间隙调整组件与所述齿条背离第一齿段的一侧接触，所述第二齿段间隙调整组件与所述齿条背离第二齿段的一侧接触。
6.根据权利要求1所述的一种轴式电动助力转向装置，其特征在于，所述装置还包括固定在所述壳体上的减速组件，所述电动组件通过所述减速机组和所述第二小齿轮轴传动连接。
7.根据权利要求6所述的一种轴式电动助力转向装置，其特征在于，所述减速组件包括蜗杆和涡轮盘，所述蜗杆的一端与所述电动组件的输出端传动连接，所述蜗杆上的螺旋齿与涡轮盘的齿轮啮合，所述涡轮盘固定套装在所述第二小齿轮轴上。
8.根据权利要求1-7所述的一种轴式电动助力转向装置，其特征在于，所述电动组件包括至少一个电动机，通过所述控制器对所述电动机进行控制。
9.根据权利要求8所述的一种轴式电动助力转向装置，其特征在于，所述第一小齿轮轴的齿轮为斜齿轮。
10.一种机动车，其特征在于，所述机动车包括权利要求1-9任一项所述的一种轴式电动助力转向装置。
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