电动转向管柱涡轮蜗杆机构、电动转向系统及车辆的制作方法

1.本发明涉及车辆转向领域，尤其是涉及一种电动转向管柱涡轮蜗杆机构、电动转向系统及车辆。


背景技术：

2.随着汽车技术的快速发展，电动化、智能化汽车逐渐普及。传统的液压转向系统无法满足电动化、智能化、节能要求，已逐渐被淘汰。现在市场上的大部分乘用车车型均采用电动助力转向系统(eps)。eps转向系统可分为管柱助力式转向系统(ceps)、齿轮助力式转向系统(peps)以及齿条助力式转向系统(reps)。peps与reps系统由于减速机构位于驾驶室外，颠簸路系统产生的噪音(rattle噪音)驾驶员不易感知，nvh表现好，但成本较高。ceps由于占用空间小，易布置，成本相对较低，优势明显。目前国内大部分中国品牌乘用车均采用ceps系统。ceps布置在驾驶室内，颠簸路面产生的rattle噪音，驾驶员极易感知，降低舒适性。
3.相关技术中，电动转向管柱涡轮蜗杆机构绝大多数采用的间隙补偿机构，只能出厂的时候调整间隙，而对耐久之后的磨损无法补偿，且设计复杂，工艺不易控制，效果不好。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明在于提出一种电动转向管柱涡轮蜗杆机构，可使得新车与耐久后的转向系统在颠簸路评价rattle噪音表现良好，且设计简单，易于控制。
5.本发明还提出一种具有上述电动转向管柱涡轮蜗杆机构的电动转向管柱涡轮蜗杆机构。
6.本发明还提出一种具有上述电动转向系统的车辆。
7.根据本发明第一方面的电动转向管柱涡轮蜗杆机构，包括：壳体；涡轮和蜗杆，所述涡轮和所述蜗杆设在所述壳体内，所述涡轮和所述蜗杆啮合相连，所述蜗杆的两端分别通过第一轴承和第二轴承与所述壳体相连；电机轴，所述电机轴可转动地设在所述壳体内，所述电机轴的输出端设有联轴器组件，所述联轴器组件与所述蜗杆的穿过所述第一轴承的一端相连，所述电机轴与所述蜗杆偏心设置且邻近所述涡轮；弹性件，所述弹性件与所述壳体相连，所述第二轴承安装于所述弹性件，所述弹性件被构造成适于向所述第二轴承提供朝向所述涡轮的作用力。
8.根据本发明第一方面的电动转向管柱涡轮蜗杆机构，通过使得电机轴与蜗杆偏心且邻近涡轮，且弹性件被构造成适于向第二轴承提供朝向涡轮的作用力，从而可向蜗杆的一端施加朝向涡轮方向的作用力，蜗杆的另一端存在远离涡轮的趋势，由于作用力与反作用力，弹性件会对第二轴承施加一个朝向涡轮方向的作用力，从而可减小涡轮和蜗杆之间的间隙，进而使得新车与耐久后的转向系统在颠簸路评价rattle噪音表现良好，且设计简单，易于控制。
9.在本发明的一些实施例中，所述联轴器组件包括：第一轮毂、第二轮毂和联轴器，所述第一轮毂设于所述电机轴的输出端，所述第二轮毂设于所述蜗杆的一端，所述第一轮毂和所述第二轮毂之间通过联轴器相连。
10.在本发明的一些实施例中，所述第二轮毂设有固定孔，螺纹紧固件穿过所述固定孔与所述蜗杆相连。
11.在本发明的一些实施例中，所述第一轮毂的外周壁上设有多个第一配合凸起，所述第二轮毂的外周壁设有多个第二配合凹槽，所述联轴器的内周壁设有适于与多个所述第一配合凸起和所述多个第二配合凸起一一对应配合的多个配合凹槽，所述第一配合凸起和所述第二配合凸起在所述联轴器的轴向方向上间隔开排布。
12.在本发明的一些实施例中，所述弹性件包括：外圈，所述外圈与所述壳体相连；内圈，所述内圈位于所述外圈内，所述内圈和所述外圈之间存在间隙；安装销，所述安装销穿过所述外圈与所述内圈相连。
13.在本发明的一些实施例中，所述外圈的内周壁设有第一凸起部，所述第一凸起部与所述内圈抵接，所述安装销穿过所述第一凸起部与所述内圈相连。
14.在本发明的一些实施例中，所述内圈的外周壁设有第二凸起部，所述第二凸起部与所述外圈的内周壁抵接，所述安装销穿过所述外圈与所述第二凸起部相连。
15.在本发明的一些实施例中，所述安装销为塑料件。
16.根据本发明第二方面的转向系统，包括：根据本发明第一方面的电动转向管柱涡轮蜗杆机构。
17.根据本发明第二方面的转向系统，通过设置上述第一方面的电动转向管柱涡轮蜗杆机构，可减小涡轮和蜗杆之间的间隙，进而使得新车与耐久后的转向系统在颠簸路评价rattle噪音表现良好，有利于提高转向系统的整体性能。
18.根据本发明第三方面的车辆，包括：根据本发明第二方面的电动转向系统。
19.根据本发明第三方面的车辆，通过设置上述第二方面的电动转向系统，有利于提高车辆的整体性能。
20.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
21.图1是根据本发明一个实施例的电动转向管柱涡轮蜗杆机构的示意图；
22.图2是根据本发明一个实施例的电动转向管柱涡轮蜗杆机构的剖视示意图；
23.图3是根据本发明一个实施例的电机轴的输出端的结构示意图；
24.图4是根据本发明一个实施例的第一轴承的等轴视图；
25.图5是根据本发明一个实施例的第二轴承的等轴视图；
26.图6是根据本发明一个实施例的螺纹紧固件的等轴视图；
27.图7是根据本发明一个实施例的联轴器的等轴视图；
28.图8是根据本发明一个实施例的第一轴承的结构示意图；
29.图9是根据本发明一个实施例的蜗杆的结构示意图；
30.图10是根据本发明一个实施例的弹性件的结构示意图；
31.图11是根据本发明一个实施例的弹性件的正视图；
32.图12是是根据本发明一个实施例的第二轴承的结构示意图；
33.图13是根据本发明一个实施例的蜗杆、第一轴承、第二轴承和弹性件的装配示意图；
34.图14是根据本发明一个实施例的壳体的结构示意图；
35.图15是根据本发明一个实施例的电动转向管柱涡轮蜗杆机构的局部放大图。
36.附图标记：
37.电动转向管柱涡轮蜗杆机构100；
38.壳体10；第一安装腔11；第二安装腔12；
39.涡轮20；蜗杆30；第一轴承40；第二轴承50；
40.电机轴60；外花键61；
41.联轴器组件70；第一轮毂71；第一配合凸起711；内花键712；第二轮毂72；第二配合凸起721；固定孔722；联轴器73；配合凹槽731；螺纹紧固件74；
42.弹性件80；外圈81；第一凸起部811；内圈82；第二凸起部812；安装销83。
具体实施方式
43.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
44.下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。
45.下面参考图1
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图15描述根据本发明实施例的电动转向管柱涡轮蜗杆机构100、电动转向系统及车辆。
46.参照图1
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图2所示，根据本发明第一方面实施例的电动转向管柱涡轮蜗杆机构100，可以包括壳体10、涡轮20、蜗杆30、第一轴承40、第二轴承50、电机轴60、联轴器组件70和弹性件80。
47.参照图1
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图2所示，涡轮20和蜗杆30设在壳体10内，涡轮20和蜗杆30啮合相连，蜗杆30的两端分别通过第一轴承40和第二轴承50与壳体10相连，例如，壳体10设有第一安装腔11和第二安装腔12(参照图14)，第一安装腔11与第二安装腔12相连通，涡轮20设于第一安装腔11，蜗杆30设于第二安装腔12。
48.参照图2和图3所示，电机轴60可转动地设在壳体10内，电机轴60的输出端设有联轴器组件70，联轴器组件70与蜗杆30的穿过第一轴承40的一端相连，电机轴60与蜗杆30偏心设置且邻近涡轮20，换言之，电机轴60的转动中心线和蜗杆30的转动中心线不在同一条直线上，且电机轴60的中心轴线位于蜗杆30的中心轴线的靠近涡轮20的一侧。可以理解的是，在驾驶员打方向时，电机轴60提供助力，通过联轴器组件70传递至蜗杆30，再通过涡轮
20将助力传递至转向轴，从而辅助驾驶员转向，关于电动转向管柱涡轮蜗杆机构100辅助转向的操作和工作原理对本领域技术人员是已知的，本发明对此不再详述。
49.参照图15所示，弹性件80与壳体10相连，第二轴承50安装于弹性件80，弹性件80被构造成适于向第二轴承50提供朝向涡轮20的作用力。
50.需要说明的是，发明人在实际研究中发现，涡轮与蜗杆、联轴器组件、第一轴承、第二轴承等机构内部均存在间隙。上述机构内部间隙值过小，会导致电动转向管柱涡轮蜗杆机构空载转动力矩值大，打方向不顺畅等问题。间隙值过大，会导致打方向“咯噔”异响及颠簸路rattle(敲击)噪音等问题。
51.为了解决打方向“咯噔”异响及颠簸路rattle噪音等问题，在本申请中(参照图15)，通过使得电机轴60与蜗杆30偏心且邻近涡轮20，电机轴60可通过联轴器组件70向蜗杆30的一端施加朝向涡轮20方向的作用力，则蜗杆30的另一端存在远离涡轮20的趋势，弹性件80受压而产生形变，由于作用力与反作用力，弹性件80会对第二轴承50施加一个朝向涡轮20方向的作用力，即蜗杆30的两端均存在朝向涡轮20中心的作用力，换言之，电机轴60和弹性件80共同作用以提供预压力，从而可使蜗杆30与涡轮20紧密贴合，可减小涡轮20和蜗杆30之间的间隙，在耐久后预压力仍然存在，因而性能衰减很小，规避了耐久前与耐久后颠簸路面rattle噪音，进而使得新车与耐久后的转向系统在颠簸路评价rattle噪音表现良好，且设计简单，易于控制。
52.有鉴于此，根据本发明第一方面实施例的电动转向管柱涡轮蜗杆机构100，通过使得电机轴60与蜗杆30偏心且邻近涡轮20，且弹性件80被构造成适于向第二轴承50提供朝向涡轮20的作用力，从而可向蜗杆30的一端施加朝向涡轮20方向的作用力，蜗杆30的另一端存在远离涡轮20的趋势，由于作用力与反作用力，弹性件80会对第二轴承50施加一个朝向涡轮20方向的作用力，从而可减小涡轮20和蜗杆30之间的间隙，进而使得新车与耐久后的转向系统在颠簸路评价rattle(敲击)噪音表现良好，且设计简单，易于控制。
53.在本发明的一些实施例中，参照图4
‑
图7所示，联轴器组件70包括：第一轮毂71、第二轮毂72和联轴器73，第一轮毂71设于电机轴60的输出端，第二轮毂72设于蜗杆30的一端，第一轮毂71和第二轮毂72之间通过联轴器73相连。由此，结构简单，便于实现电机轴60和蜗杆30偏心设置，且安装方便，有利于提高生产效率。例如，参照图3和图4所示，电机轴60设有外花键61，第一轮毂71设有适于与外花键61配合的内花键712，由此安装方便，连接可靠。
54.在本发明的一些可选的实施例中，参照图5和图6所示，第二轮毂72设有固定孔722，螺纹紧固件74穿过固定孔722与蜗杆30相连。可以理解的是，螺纹紧固件74具有结构简单、易于装配的优点，通过螺纹紧固件74以实现第二轮毂72与蜗杆30的紧密连接。此外，在保证第二轮毂72与蜗杆30连接强度的同时还可以降低成本。可选地，螺纹紧固件74可以为螺钉、螺栓或者螺柱。
55.在本发明的一些可选的实施例中，参照图4
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7和图15所示，第一轮毂71的外周壁上设有多个第一配合凸起711，第二轮毂72的外周壁设有多个第二配合凸起721，联轴器73的内周壁设有适于与多个第一配合凸起711和多个第二配合凸起721一一对应配合的多个配合凹槽731，第一配合凸起711和第二配合凸起721在联轴器73的轴向方向上间隔排布。由此，便于实现第一轮毂71、第二轮毂72和联轴器73之间的装配，且有利于增大第一轮毂71、第二轮毂72和联轴器73之间的接触面积，有利于提高联轴器组件70工的可靠性。可选地，参
照图4
‑
图5所示，多个第一配合凸起711在第一轮毂71的外周壁上均匀间隔开排布，多个第二配合凸起721在第二轮毂72的外周壁上均匀间隔开排布。
56.在本发明的一些实施例中，参照图10
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图11所示，弹性件80可以为具备一定弹性的轴承衬套，弹性件80包括：外圈81、内圈82和安装销83，外圈81与壳体10相连，内圈82位于外圈81内，内圈82和外圈81之间存在间隙，安装销83穿过外圈81与内圈82相连。由此，可使得外圈81和内圈82之间存在弹力，且结构简单，易于生产制造。当然，本发明不限于此，弹性件80也其他结构，例如，弹性件80也可以形成为弹簧，弹簧连接在壳体10和第二轴承50之间，只要弹性件80被构造成适于向第二轴承50提供朝向涡轮20的作用力即在本发明的保护范围之内。
57.例如，参照图13和图15所示，内圈82装配第二轴承50(参照图12)与蜗杆30相连，外圈81固定且与壳体10过盈配合。由于电机轴60线与蜗杆30偏心设计,蜗杆30的另一端的第二轴承50会有远离涡轮20中心的趋势，同时由于作用力与反作用力，内圈82由于弹力作用，会向涡轮20盘中心方向施加一个作用力。即蜗杆30两端均存在向涡轮20中心的作用力，从而达到本发明的目的。外圈81和内圈82之间存在间隙，在颠簸路面时，内圈82会绕着支点摆动，外圈81和内圈82之间间隙值不能过大，否则会导致rattle噪音，经多次路试验证证明，外圈81和内圈82之间的间隙值小于某一值时，耐久前与耐久后，均不会存在rattle噪音。需要说明的是，外圈81和内圈82之间的间隙值大于0，关于外圈81和内圈82之间的间隙的具体数值可以根据电动转向管柱涡轮蜗杆机构100的规格型号调整设置，本发明对此不作具体限制。
58.在本发明的一些实施例中，参照图11所示，外圈81的内周壁设有第一凸起部811，第一凸起部811与内圈82抵接，安装销83穿过第一凸起部811与内圈82相连。由此，可以减少外圈81与内圈82之间的接触面积，保证内圈82相对外圈81的变形能力。
59.在本发明的一些实施例中，参照图11所示，内圈82的外周壁设有第二凸起部812，第二凸起部812与外圈81的内周壁抵接，安装销83穿过外圈81与第二凸起部812相连。由此，可以减少外圈81与内圈82之间的接触面积，保证内圈82相对外圈81的变形能力。例如，在一些具体示例中，外圈81的内周壁设有第一凸起部811，内圈82的外周壁设有第二凸起部812，安装销83穿过第一凸起部811与第二凸起部812相连。
60.在本发明的一些实施例中，参照图11所示，安装销83为塑料件。可以理解的是，塑料件的机械性能较好，可以在满足内圈82和外圈81的结构牢固性能的前提下还可以使得内圈82相对外圈81具备一定的变形能力，同时作为塑料材质的安装销83具有良好的耐腐性能，使用的可靠性更高。可选地，在一些示例中，安装销83的中心轴线与涡轮20的中心轴线平行设置，从而有利于提高内圈82相对于外圈81的变形能力。
61.根据本发明第二方面实施例的转向系统，包括：根据本发明第一方面实施例的电动转向管柱涡轮蜗杆机构100。
62.根据本发明第二方面实施例的转向系统，通过设置上述第一方面实施例的电动转向管柱涡轮蜗杆机构100，可减小涡轮20和蜗杆30之间的间隙，进而使得新车与耐久后的转向系统在颠簸路评价rattle噪音表现良好，耐久后未发生明显性能衰减，有利于提高转向系统的整体性能。
63.根据本发明第三方面实施例的车辆，包括：根据本发明第二方面实施例的电动转
向系统。
64.根据本发明第三方面实施例的车辆，通过设置上述第二方面实施例的电动转向系统，有利于提高车辆的整体性能。
65.根据本发明实施例的车辆的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。
66.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
67.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
68.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
69.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
70.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
71.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。