用于转向系统蜗轮蜗杆减速装置的蜗轮及减速装置的制作方法

本实用新型属于汽车转向技术领域，具体涉及一种用于转向系统蜗轮蜗杆减速装置的蜗轮及减速装置。

背景技术：

汽车在正常行驶中，左转弯、右转弯，直线行驶是汽车最常见的三种基本运动动作。为保证汽车平稳行驶，汽车转向轮之间有一套机构来完成汽车行驶轨迹，这套完成汽车灵活改变行驶方向的机构称为汽车的转向系统，它通过刚性或柔性方式连接到汽车驾驶室的方向盘，直接由驾驶员控制。在国内，商用车、大巴车、大型皮卡、工程车辆多采用的循环球式液压助力转向器。轻型客车、小型皮卡、商务车、轿车、微车多采用齿轮齿条助力转向器。齿轮齿条助力转向器根据助力型式又有较详细的分类，如纯液压助力的hps、液压助力带电控元件的e-hps、纯电动管柱式助力的c-eps、纯电动齿轮式助力的sp-eps/dp-eps、纯电动齿条式助力的r-eps、以及纯手动无助力的机械转向器ms等。以上转向器系统均是以齿轮齿条机械传动为原型，在此基础上增加不同助力型式的转向系统。

纯电动助力转向系统(eps)，依靠汽车提供电能，驱动电动马达提供源动力，通过一套减速装置，将电动马达高转速、低扭矩特性转化为高扭矩、低转速的扭矩输出，给车轮提供转向所需的推动力，从而使驾驶员获得轻便，舒适的驾驶感受。应用于纯电动助力转向系统的减速装置，在纯电动管柱式助力的c-eps、纯电动齿轮式助力的sp-eps/dp-eps类型中，通常采用蜗轮蜗杆减速装置。对于蜗轮蜗杆减速装置中，在常规设计时，蜗杆为主动轮，连接电机，具有高转速，低扭矩，零件小巧的特性，为了更好的使蜗杆零件获得耐磨性和足够的强度，蜗杆材料通常采用钢，再通过热处理提高蜗杆零件啮合齿形的局部强度。而蜗轮作为从动轮，连接转动车轮的转向器，具有低转速，高扭矩，零件大的特性；同时为了获得传动时更低的摩擦阻力和降噪性，蜗轮材料啮合齿形区域通常选用尼龙，芯部区域为钢材的复合结构设计。使用模具，将高温融化的液态尼龙与芯部钢材熔接后冷却成型，是一个复合材质的个体零件。

随着汽车的发展和人们生活品质的提高，中大型suv和新能源汽车占据了乘用车市场主流；从而汽车自身重量也随之增加。相配套的电动转向系统的功率输出需求也随之相应提升。蜗轮蜗杆减速装置在电动助力转向系统中是不可缺少的组成部分，蜗轮蜗杆减速装置在对能量的转换过程中啮合齿面不断的磨损，导致齿部啮合区间隙不断增大。当蜗轮蜗杆啮合间隙增大到一定程度，汽车行驶在颠簸不平的路面时，颠簸路面对车轮产生冲击的同时经常伴随蜗轮蜗杆减速装置的蜗轮蜗杆齿形碰撞，会伴随连续的“咯噔咯噔…”噪音，会给驾驶带来极为反感的驾驶感受，对驾驶员的舒适性产生极大影响。常常会遭到客户的投诉，对企业直接经济影响和品牌的负面影响极大。通过装车实际效果，电动转向管柱此类噪音的产生由蜗轮蜗杆齿形啮合处磨损后产生啮合间隙导致。常规工艺和机构很难消除或延缓减速装置蜗轮蜗杆的磨损达到设计目的。

常规蜗轮因为的定尺寸齿圈与定齿蜗杆配合，在装配时为了获得更好的蜗轮蜗杆齿形啮合状态和舒适性，三者零件之间的配合关系不能出现间隙配合，也不能出现过大的过盈配合。蜗轮蜗杆过盈配合，过盈后在噪音舒适性方面能够得到改善，但蜗轮蜗杆中心距过盈，齿形啮合区域很紧，导致传动时啮合波动大，阻力大，机械效率下降。这样的产品装车后，就会出现回正不良、手感沉重等驾驶感受，同样不被客户或消费者所接受。

因蜗轮齿形，蜗杆齿形和主体外壳的加工复杂性，通过加工过程控制产品一致性根本难以实现；目前对于常规蜗轮蜗杆减速装置普遍采用的是通过对主体外壳、蜗轮、蜗杆三者的齿部配合相关参数全检，并进行分组选配的工艺保证；尺寸检查精度控制级别达到0.001mm级；生产过程一致性控制保证十分不易。

蜗轮蜗杆啮合齿在工作过程中的相互磨损是不可避免的，也是不可逆的现象。从大量的实验中我们得到，在常规的设计基础上，改善蜗轮蜗杆的齿形啮合润滑性能，改变零件材质和加工精度，只能延缓磨损，但还达不到预期目标。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种用于转向系统蜗轮蜗杆减速装置的蜗轮及减速装置，用于解决现有技术中因蜗轮蜗杆啮合齿部磨损产生间隙而导致的噪音问题。

为实现上述目的，本实用新型所采取的技术方案是：

一种用于转向系统蜗轮蜗杆减速装置的蜗轮，其特征在于：包括齿圈1、轮毂2和螺钉4，其中，

所述齿圈1上设有一圈第一通孔12；

所述轮毂2一侧设有与第一通孔12相匹配的圆螺母22；

所述圆螺母22上套有弹性圈5，并插在对应的第一通孔12内；所述螺钉4拧在圆螺母22内，将齿圈1和轮毂2固定连接。

进一步地，该蜗轮还包括端盖3，所述端盖3上设有与第一通孔12相对应的第二通孔31；所述端盖3和齿圈1将轮毂2夹在中间，所述螺钉4穿过第二通孔31，拧在圆螺母22内，将齿圈1、轮毂2和端盖3固定连接。

进一步地，所述齿圈1内侧轴向中部设有一环形肋11，一圈第一通孔12位于环形肋11上；所述轮毂2和端盖3位于齿圈1内侧并将环形肋11夹持，所述轮毂2和端盖3与齿圈1内侧还存在一定间隙。

进一步地，所述齿圈1与环形肋11为尼龙材质一体成型结构。

进一步地，所述轮毂2中心设有一回转轴心21，所述端盖3中心设有孔洞，所述回转轴心21插在该孔洞内。

进一步地，所述轮毂2与回转轴心21和圆螺母22为一体成型结构。

进一步地，所述弹性圈5的材料为聚氨酯。

进一步地，所述齿圈1为尼龙材质，所述轮毂2和端盖3为金属材质或者工程塑料。

一种转向系统蜗轮蜗杆减速装置，其特征在于：包括上述用于转向系统蜗轮蜗杆减速装置的蜗轮。

进一步地，该蜗轮蜗杆减速装置还包括蜗杆6，所述蜗杆6与所述蜗轮过盈配合，所述弹性圈5朝向蜗杆6的一侧处于压缩状态。

本实用新型的原理和有益效果：

(1)本实用新型的特点是提供一种具有调心特性的蜗轮组件结构，是将单体的蜗轮设计成多零件组装蜗轮总成部件。新的蜗轮总成部件尼龙齿圈和钢芯(轮毂)独立存在。齿圈和钢芯之间采用聚氨酯或其他种类的具有高强度、高弹性的橡胶零件进行柔性连接，弹性圈。本实用新型的蜗轮保留能够承受足够的扭转强度的前提下，在尼龙外圈和钢芯之间具备一定的径向相对弹性位移的特性，蜗轮中心钢芯与齿圈之间实现了径向弹性，就相当一个可变中心距的蜗轮。在减速装置的蜗轮和蜗杆中心距搭配时，蜗轮是可预压缩齿圈外径的，此时的齿圈与钢芯不同心，让连接着齿圈和钢芯的弹性圈始终处于压缩状态。当齿形啮合区域因长时间工作产生磨损时，蜗轮齿圈因弹性圈弹力的作用推动齿圈向蜗杆靠近，消除因磨损产生的间隙，使齿形啮合区始终处于完美啮合状态，从而补偿消除磨损产生的间隙，消除噪音，提升驾驶感受和舒适性，降低市场质量索赔风险，延长转向系统使用寿命的目的。

(2)本实用新型相对常规的一体式复合蜗轮，整体更加具有加工简易性。其一，新结构的引入，取消常规的减速机外壳主体、蜗轮、蜗杆三大件的选配工作，节省大量人力物力财力精力投入。其二，蜗轮的齿形加工是报废率极高的工序之一，本结构的蜗轮齿圈作为独立零件，可以单独进行齿形加工，其加工报废成本比常规蜗轮下降至少一半。其三，对于已经完成装配后，或售后的电动转向总成产品，蜗轮蜗杆的利用率提高，售后件蜗轮齿部有所磨损的产品，可以报废蜗轮齿圈，保留轮毂继续使用。其四，对于产品标准化有极大促进作用，一般专业转向器产品型号多，对于不同车型不同设计要求的产品，很多时候会产生设计新的设计方案对应，其中蜗轮是主要零件之一；本实用新型的结构，齿圈可单独设计多套不同模数、不同大小的蜗轮齿圈对应不同产品，而轮毂可以相对固定，能够极大程度的减少产品的多样化。

附图说明

图1为实施例中适用于转向系统蜗轮蜗杆减速装置的调心蜗轮的立体示意图。

图2为实施例中适用于转向系统蜗轮蜗杆减速装置的调心蜗轮的分解示意图。

图3为实施例中适用于转向系统蜗轮蜗杆减速装置的调心蜗轮的剖面示意图。

图4为实施例中转向系统蜗轮蜗杆减速装置的内部示意图。

图中：齿圈1，环形肋11，第一通孔12；轮毂2，回转轴心21，圆螺母22；端盖3，第二通孔31；螺钉4，弹性圈5。

具体实施方式

为了更好地理解本实用新型，下面结合实施例和附图对本实用新型的技术方案做进一步的说明。

如图1、2所示，用于转向系统蜗轮蜗杆减速装置的蜗轮，包括齿圈1、轮毂2、端盖3和螺钉4。

如图2、3所示，所述齿圈1内侧轴向中部设有一环形肋11，所述环形肋11上设有一圈第一通孔12，一圈第一通孔12布置成圆形，与齿圈1同心；所述齿圈1与环形肋11为一体成型结构。

所述轮毂2中心设有一回转轴心21，用于与蜗轮芯轴连接，所述轮毂2一侧设有与第一通孔12相匹配的圆螺母22，所述轮毂2与回转轴心21和圆螺母22为一体成型结构。

所述端盖3上设有与第一通孔12相对应的第二通孔31，所述端盖3中心设有孔洞，所述回转轴心21插在该孔洞内。

所述轮毂2和端盖3位于齿圈1内侧并将环形肋11夹持，所述轮毂2和端盖3与齿圈1内侧还存在一定间隙。所述圆螺母22上套有弹性圈5，并插在对应的第一通孔12内；所述螺钉4穿过第二通孔31，拧在圆螺母22内，将齿圈1、轮毂2和端盖3固定连接。

上述主要零件的材料：

轮毂2和端盖3的材料，首选是金属，也可以用高强度工程塑料，要保证强度的前提下，尽可能选择具备轻量化、一般耐温性、不易热变的低成本的材料进行应用。

齿圈的材料，可选用常规尼龙，也可采用加强型的尼龙；特点是主要兼顾满足齿部扭矩传递强度、耐磨损特性、降噪性以及自润滑性。

弹性圈的材料首选聚氨酯，也可选择其他橡胶种类，要求具备高弹性、高耐磨性、不易老化、高耐油性等特性。

如图4，一种转向系统蜗轮蜗杆减速装置，括上述用于转向系统蜗轮蜗杆减速装置的蜗轮和蜗杆6，所述蜗杆6与所述蜗轮过盈配合，所述弹性圈5朝向蜗杆6的一侧处于压缩状态。

如图4所示，a值为减速装置主体外壳内蜗轮蜗杆理论中心距，同时也是蜗轮蜗杆齿形设计啮合的理论中心距；正常情况下，受很多因素影响，主体外壳、蜗轮、蜗杆之间的搭配非常困难。但本实用新型的蜗轮完全可以将控制难度从0.001mm级别下降到0.1mm级别。

b值为轮毂2和端盖3与齿圈1内侧之间的间隙，即本实用新型蜗轮的调心适用范围，可根据常规减速装置市场售后的磨损数据，或台架磨损耐久实验为基础进行设计。假设常规蜗轮蜗杆经过市场或者实验台架的验证，磨损量用中心距体现，变化了0.15mm；那么b值则可以根据这一值为参考，同时考虑到工艺控制能力或其他因素，设计出b值，一般略大于磨损量。

本实用新型的原理及效果：

组装后的蜗轮，通过弹性圈5将齿圈1和轮毂2进行柔性连接，使得蜗轮的轮毂2和齿圈1之间具备一定的径向弹性位移特性，因此，蜗轮就具备了调心功能。

在减速装置的蜗轮和蜗杆中心距搭配时，蜗轮是可预压缩齿圈1外径的，此时的齿圈1与轮毂2不同心，让连接着齿圈1和轮毂2的弹性圈5始终处于压缩状态。当齿形啮合区域因长时间工作产生磨损时，齿圈1因弹性圈5弹力的作用推动齿圈1向蜗杆6靠近，消除因磨损产生的间隙，使齿形啮合区始终处于完美啮合状态，从而补偿消除磨损产生的间隙，消除噪音，提升驾驶感受和舒适性，降低市场质量索赔风险，延长转向系统使用寿命的目的。

蜗轮齿圈1在工作受力时，可能受到来自侧向分力；为保证齿圈1工作的稳定性，引入端盖3零件，对齿圈1进行限制，用螺钉4将轮毂2和端盖3拧紧固定，组装后的齿圈1只能在轮毂2和端盖3之间进行位移，达到调心目的。

以上说明仅为本实用新型的应用实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型申请专利范围所作的等效变化，仍属本实用新型的保护范围。