管柱式电动助力转向装置的制作方法

本发明属于汽车技术领域，涉及一种管柱式电动助力转向装置。

背景技术：

在现代工业中，可靠的电机驱动技术日益应用，广泛应用于机床数控系统和自动化设备中。电驱动，绿色环保，可以获得满意的力矩、位置、速度等控制性能。尤其在汽车行业，如汽车转向助力。电动助力日益完善，逐渐取代传统的液压转向助力。

电动助力(EPS)相比液压助力(HPS)，耗能更低。已经广泛应用于低耗能汽车上，尤其是纯电动汽车，EPS系统为其最佳选择。电动助力可以减轻驾驶员的操作力。电动助力(EPS)系统可以通过软件(ECU)的控制，使汽车在各种速度下都能得到满意的转向助力，改善汽车操纵的稳定性。EPS系统以车辆电源为能源，只要电源电力充足，即可产生助力。

技术实现要素：

本发明针对上述问题，提供一种管柱式电动助力转向装置，该转向装置能耗低，可以有效提高汽车转向操纵的稳定性。

按照本发明的技术方案：一种管柱式电动助力转向装置，包括电机，电机输出端连接减速机构，其特征在于：电机轴为轴向贯通的中空结构，电机轴延伸至减速机构中；所述减速机构包括转动设置于电机轴输出端的空心输出轴，方向盘柱转动设置于电机轴内孔中，方向盘柱下端与空心输出轴联动，电机轴轴径表面偏心部紧配合设置第一轴承，摆线盘配合设置于第一轴承外圈，空心输出轴内端面的摆线槽与摆线盘一侧表面的摆线槽通过第一钢球配合；电机底部端面依次设置单面槽盘、间隙调整垫，减速机外壳压紧于间隙调整垫上，并与电机紧固连接，减速机外壳与空心输出轴轴向通过推力轴承支撑间隔，减速机外壳与空心输出轴的径向通过油封密封；减速机外壳内腔中、对应于单面槽盘与摆线盘之间设置双面槽盘，所述双面槽盘两侧表面的条形槽分别通过第二钢球与单面槽盘、摆线盘上的条形槽相配合。

作为本发明的进一步改进，所述方向盘柱上套设自润滑套，自润滑套紧配合于电机轴内孔中。

作为本发明的进一步改进，所述方向盘柱通过键或张紧套与空心输出轴固定连接。

作为本发明的进一步改进，所述空心输出轴通过第二轴承与第三轴承转动支撑于电机轴上或者空心输出轴通过一个双列球轴承转动支撑于电机轴上。

作为本发明的进一步改进，所述摆线槽盘的中心线满足摆线方程：

X＝R*cos(t)+e*cos(N*t)，Y＝R*sin(t)-e*sin(N*t)；

空心输出轴的端面摆线槽满足的摆线方程为：

X＝R*cos(t)-e*cos(N*t)，Y＝R*sin(t)-e*sin(N*t)，

其中X为曲线上某一点的横坐标，Y为相应点的纵坐标，

N为内外摆线啮合时啮合点的数量，

e为偏心距，t为摆线上任意一点与坐标原点连线与X轴之间的夹角，

R为生成摆线的基圆半径；

角度t的取值范围为0°～360°，R＝摆线盘半径*(0.6～0.85)，N＝2*减速比+1，e的取值范围为0.5～3；双面槽盘、摆线盘及单面槽盘上的条形槽布置结构相同，其中单面槽盘上、对应于通孔上下两端分别设置上排条形槽、下排条形槽、左列条形槽、右列条形槽，上排条形槽下方两端分别设置两个条形槽，下排条形槽上方两端分别设置两个条形槽，所述上排条形槽、下排条形槽均包括四个条形槽，左列条形槽、右列条形槽均包括三个条形槽；双面槽盘两面的结构相差90度；所述摆线槽、条形槽的横截面均为圆弧，该圆弧与第一钢球、第二钢球相配合。

作为本发明的进一步改进，所述减速机外壳、间隙调整垫、单面槽盘与电机之间通过固定螺栓紧固连接。

作为本发明的进一步改进，所述空心输出轴下端轴径表面设置第一编码器，第一编码器通过铝环限位固定。

作为本发明的进一步改进，所述电机包括设置于电机壳内的电机绕组，电机转子套设于电机轴上并置于电机绕组内圈，所述电机转子两端分别通过电机轴承一、电机轴承二限位固定，电机轴承二安装于电机前端盖上，电机前端盖固定连接于电机壳上，电机轴承一上端面设置电机编码器，电机编码器与电机轴同步转动，电机编码器外圈设置弹性垫，弹性垫一端压紧于电机轴承一外圈，另一端顶紧于电机壳上。

本发明的技术效果在于：1)行星钢球减速机构可以反向运转(反向运转不会和涡轮蜗杆减速机构一样锁止)，意味着无须离合装置，使得机构可靠性更好。2)电机与减速机构采用贯通式空心设计，转向柱可以直接穿入。丝毫不影响转向柱的结构，转向柱强度不受影响，制造工艺不受影响。同时可以毫不费力的加装于目前使用HPS的车辆。3)电机与减速机构一体化设计，结构紧凑，易于整车布置和装配，行星钢球减速机构零件加工简单，成本低廉。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明中电机轴的结构示意图。

图3为本发明中空心输出轴内端面结构示意图。

图4为本发明中双面槽盘的示意图。

图5为图4的A-A剖视图。

图6为图4的后视图。

图7为本发明中单面槽盘的示意图。

图8为图7的B-B剖视图。

图9为本发明的使用状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

图1中，包括空心输出轴1、第一编码器2、减速机外壳3、推力轴承4、第一轴承5、第二钢球6、单面槽盘7、固定螺栓8、电机前端盖9、电机绕组10、自润滑套11、电机轴承一12、电机编码器13、弹性垫14、方向盘柱15、电机轴16、电机转子17、电机轴承二18、间隙调整垫19、双面槽盘20、摆线盘21、第一钢球22、第二轴承23、油封24、第三轴承25、铝环26、张紧套27、车轮28、固定支架29、偏心部30、端面摆线槽31等。

如图1所示，本发明是一种管柱式电动助力转向装置，包括电机，电机输出端连接减速机构，电机轴16为轴向贯通的中空结构，电机轴16延伸至减速机构中；所述减速机构包括转动设置于电机轴16输出端的空心输出轴1，方向盘柱15转动设置于电机轴16内孔中，方向盘柱15下端与空心输出轴1联动，电机轴16轴径表面偏心部30紧配合设置第一轴承5，摆线盘21配合设置于第一轴承5外圈，空心输出轴1内端面的摆线槽与摆线盘21一侧表面的摆线槽通过第一钢球22配合；电机底部端面依次设置单面槽盘7、间隙调整垫19，减速机外壳3压紧于间隙调整垫19上，并与电机紧固连接，减速机外壳3与空心输出轴1轴向通过推力轴承4支撑间隔，减速机外壳3与空心输出轴1的径向通过油封24密封；减速机外壳3内腔中、对应于单面槽盘7与摆线盘21之间设置双面槽盘20，所述双面槽盘20两侧表面的条形槽分别通过第二钢球6与单面槽盘7、摆线盘21上的条形槽相配合。

方向盘柱15上套设自润滑套11，自润滑套11紧配合于电机轴16内孔中。

方向盘柱15通过键或张紧套27与空心输出轴1固定连接。

空心输出轴1通过第二轴承23与第三轴承25转动支撑于电机轴16上或者空心输出轴1通过一个双列球轴承转动支撑于电机轴16上。

摆线槽盘21的中心线满足摆线方程：

X＝R*cos(t)+e*cos(N*t)，Y＝R*sin(t)-e*sin(N*t)；

空心输出轴1的端面摆线槽31满足的摆线方程为：

X＝R*cos(t)-e*cos(N*t)，Y＝R*sin(t)-e*sin(N*t)，

其中X为曲线上某一点的横坐标，Y为相应点的纵坐标，

N为内外摆线啮合时啮合点的数量，

e为偏心距，t为摆线上任意一点与坐标原点连线与X轴之间的夹角，

R为生成摆线的基圆半径；

角度t的取值范围为0°～360°，R＝摆线盘半径*(0.6～0.85)，N＝2*减速比+1，e的取值范围为0.5～3；

双面槽盘20、摆线盘21及单面槽盘7上的条形槽布置结构相同，其中单面槽盘7上、对应于通孔上下两端分别设置上排条形槽7-1、下排条形槽7-2、左列条形槽7-3、右列条形槽7-4，上排条形槽7-1下方两端分别设置两个条形槽，下排条形槽7-2上方两端分别设置两个条形槽，所述上排条形槽7-1、下排条形槽7-2均包括四个条形槽，左列条形槽7-3、右列条形槽7-4均包括三个条形槽；双面槽盘20两面的结构相差90度；所述摆线槽、条形槽的横截面均为圆弧，该圆弧与第一钢球22、第二钢球6相配合。

减速机外壳3、间隙调整垫19、单面槽盘7与电机之间通过固定螺栓8紧固连接。

空心输出轴1下端轴径表面设置第一编码器2，第一编码器2通过铝环26限位固定。

电机包括设置于电机壳内的电机绕组10，电机转子17套设于电机轴16上并置于电机绕组10内圈，所述电机转子17两端分别通过电机轴承一12、电机轴承二18限位固定，电机轴承二18安装于电机前端盖9上，电机前端盖9固定连接于电机壳上，电机轴承一12上端面设置电机编码器13，电机编码器13与电机轴16同步转动，电机编码器13外圈设置弹性垫14，弹性垫14一端压紧于电机轴承一12外圈，另一端顶紧于电机壳上。

本发明的工作过程如下：第一轴承5装配在电机轴16上，同时轴在此处有一个偏心量e,可以形成偏心凸轮运动。即随着电机轴16的旋转，此偏心推动第一轴承5做偏心回转。第一轴承5驱动摆线盘21做偏心回转。摆线盘21运动受双面槽盘20的约束，故摆线盘21做行星回转运动。

本发明产品适于方向盘助力的电机选择：电机的功率在150w--350w，其输出扭矩在1.5NM--3NM，电机转速1000RPM--2000RPM(带载转速)。

行星钢球减速机构在协调物理尺寸，空间配合不同参数的曲线，可以将减速比设计成1:10到1:20。那么，实际在减速机构输出轴端的扭矩从最小15NM到60NM。转速在100--200RPM之间。

第一编码器2和电机编码器13，依照控制需求，可以只用其中的一个。第一编码器2是在输出端，电机编码器13是安装在电机轴端。

在使用时，电机外壳由固定支架29与车辆底盘相连结。车轮28直接穿入行星钢球减速机构的空心轴并联结输出端。电机的扭矩通过钢球行星减速机构得到放大，直接驱动一体轴的车辆。避免采用双半轴分别驱动车轮，可以节省皮带或齿轮、链条等传动机构。也避免了削弱轮轴的强度，提高安全性。

本发明的工作原理如下：当方向盘柱15被驾驶人往某侧旋转时，方向盘柱15通过张紧套27涨紧组件带动空心输出轴1和第一编码器2旋转，此时编码器给出方向盘柱15旋转的方向和速度信号到控制器(ECU)，控制器(ECU)输出控制电机的信号到电机，电机依照此信号和程序设定开始旋转，那么偏心轴推动第一轴承5和摆线盘21回转，此回转运动通过第二钢球6推动空心输出轴1旋转。这样电机的输出扭距得到放大通过键或张紧套27传递给方向盘柱15，顺利转向。如果没有控制器给出的信号，电机处于待机状态。等待下次信号。