CN212556480U - 齿轮齿条转向器的超磁致伸缩间隙调节装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种齿轮齿条转向器的超磁致伸缩间隙调节装置，包括转向器壳体、齿轮齿条组件以及支撑轭，转向器壳体设有与齿条对应的间隙调节腔，支撑轭活动安装于间隙调节腔并抵靠齿条背面，转向机构间隙调节装置还包括磁致伸缩激励器总成以及弹性预载组件，磁致伸缩激励器总成包括激励线圈、磁致伸缩棒，间隙调节腔的下口部安装有调节螺塞，弹性预载组件对磁致伸缩棒施加预载力。本实用新型根据路面和车体振动情况，改变激励线圈内通入的电流，从而改变磁场强度，利用超磁致伸缩材料在不同强度磁场下伸长长度不同的特性，实现了弹性体预载力与齿轮齿条间隙的实时调整。

Description

齿轮齿条转向器的超磁致伸缩间隙调节装置

技术领域

本实用新型属于汽车零部件技术领域，尤其涉及转向机构。

背景技术

转向器是转向***中的减速传动装置，一般有1-2级减速传动副；根据传动副的结构形式不同，转向器可以分为很多种类，目前在汽车上广泛采用的有齿轮齿条式、循环球—齿条齿扇式以及循环球—曲柄指销式等几种。其中，齿轮齿条式转向器是最常见的转向器类型；齿轮齿条式转向器中作为传动副主动件的转向齿轮安装在壳体中，与水平布置的转向齿条啮合。弹簧通过压块将齿条压靠在转向齿轮上，以保证无间隙啮合。工作时，转向齿条的中部与转向拉杆托架联接，转向左、右横拉杆与转向节臂相连。当转动转向盘时时，转向齿轮转运，使与之啮合的转向齿条沿轴向移动，从而使左右横拉杆带动大左右转向节转运，使转向轮偏转，实现汽车转向。

目前齿轮齿条转向器所采用的消隙装置主要用于消除齿轮和齿条磨损后产生的间隙，其基本原理是通过弹簧预载力压紧齿条，从而保证齿轮和齿条的间隙恒定。弹簧压紧装置有效解决了齿轮齿条磨损后间隙增大的问题；但是，车辆在实际行驶时路面情况复杂，而当前消隙机构所产生的弹簧预载力又无法在车辆行驶过程中实时调节，偏大的预载力会加速转向***的磨损，并导致转向沉重；偏小的预载力又会导致车辆在粗糙路面上行驶时的异响问题。随着车辆噪声控制要求的提升，当前的转向机构间隙调节装置已经无法满足需要。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题就是提供一种齿轮齿条转向器的超磁致伸缩间隙调节装置，有效补偿由于齿轮和齿条正常工作磨损而造成的间隙的同时，可以在车辆行驶过程中实时调节预载力。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：齿轮齿条转向器的超磁致伸缩间隙调节装置，包括转向器壳体、齿轮齿条组件以及支撑轭，所述齿轮齿条组件包括齿轮以及与齿轮啮合的齿条，所述转向器壳体设有与齿条对应的间隙调节腔，所述支撑轭活动安装于间隙调节腔并抵靠齿条背面，所述转向机构间隙调节装置还包括磁致伸缩激励器总成以及弹性预载组件，所述磁致伸缩激励器总成包括激励器壳体、位于激励器壳体内的激励线圈、嵌套于激励线圈中的磁致伸缩棒，所述磁致伸缩棒的上端与支撑轭抵接，下端与激励器壳体底部抵接，所述间隙调节腔的下口部安装有调节螺塞，所述弹性预载组件的上端与激励器壳体抵接，下端与调节螺塞抵接，所述弹性预载组件经激励器壳体对磁致伸缩棒施加预载力。

优选的，所述支撑轭设有与齿条背面弧形部对应的弧形槽，所述弧形槽表面设有减磨缓震层。

优选的，所述支撑轭的下部设有支撑槽，所述磁致伸缩棒上端伸入支撑槽并与支撑槽顶壁相抵。

优选的，所述支撑轭的外圆柱面上安装有至少一个与间隙调节腔内壁配合的密封圈。

优选的，所述弹性预载组件为碟簧组件。

优选的，所述碟簧组件包括两组碟簧，每组碟簧由两片叠合并联的碟簧组成，两组碟簧以对合串联的方式相连。

优选的，所述磁致伸缩激励器总成还包括封闭激励器壳体开口的激励器顶盖以及活动嵌套于磁致伸缩棒外的线圈骨架，所述激励线圈绕制在线圈骨架，且装配在激励器壳体内部并由激励器顶盖压紧。

优选的，所述激励器壳体的底部设有凸柱，所述调节螺塞设有滑动孔，所述碟簧组件的内孔嵌套于凸柱，所述凸柱滑动伸入滑动孔。

优选的，所述激励器壳体的外圆柱面上安装有至少一个密封圈。

本实用新型采用的技术方案，具有如下有益效果：

磁致伸缩棒通过磁致伸缩，长度增加，并经由激励器壳体挤压弹性预载组件，弹性预载组件形变增大，并产生更大的预载力，弹性预载组件增加的预载力经由激励器总成和支撑轭传递，从而进一步压紧齿条，减小齿条与齿轮之间的间隙，可以有效补偿由于齿轮和齿条正常工作磨损而造成的间隙。

由于预载力过大会改变驾驶员转向手感，而预载力过小又无法避免异响问题，因此根据路面和车体振动情况，改变激励线圈内通入的电流，从而改变磁场强度，利用超磁致伸缩材料在不同强度磁场下伸长长度不同的特性，实现了弹性体预载力与齿轮齿条间隙的实时调整，在保证车辆行驶在良好铺装路面时转向灵活的基础上，同时避免了颠簸路面上转向机构异响问题的发生。

由于碟簧组有两组叠合并联的碟簧组合而成，碟簧之间的接触面产生相对位移并相互摩擦，通过摩擦阻尼耗散能量，衰减振动。

由于支撑轭第一密封圈和支撑轭第二密封圈，以及激励器第一密封圈和激励器第二密封圈均为紧配安装，因而产生与支撑轭运动方向相反的摩擦力，通过摩擦阻尼耗散能量，衰减振动。

本实用新型的具体技术方案及其有益效果将会在下面的具体实施方式中结合附图进行详细的说明。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步描述：

图1为齿轮齿条转向器的超磁致伸缩间隙调节装置结构示意图；

图2为支撑轭总成的结构示意图；

图3为激励器总成的结构示意图。

图中：转向器壳体1、齿轮轴2、齿条3、支撑轭总成4、磁致伸缩激励器总成5、接插件6、固定螺母7、调节螺塞8、碟簧组件9、第一支撑轴承10、第二支撑轴承11、支撑轭401、减磨缓震层402、透气孔403、支撑槽404、支撑轭第一密封圈405、支撑轭第二密封圈406、激励器顶盖501、激励器壳体502、凸柱5021、定位槽5022、激励线圈503、线圈骨架504、出线孔505、磁致伸缩棒506、激励器第一密封圈507、激励器第二密封圈508。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本实用新型。例如下述的“上”、“下”等指示方位或位置关系的词语仅基于附图所示的方位或位置关系，仅为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置/元件必须具有特定的方位或以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

本领域技术人员可以理解的是，在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互组合。

实施例一

参考图1至图3所示，齿轮齿条转向器的超磁致伸缩间隙调节装置，其包括转向器壳体1、齿轮轴2、齿条3、支撑轭总成4、磁致伸缩激励器总成5、接插件6、固定螺母7、调节螺塞8、碟簧组件9、第一支撑轴承10、第二支撑轴承11。

其中，齿轮轴2一端连接第一支撑轴承10，齿轮轴2另一端连接第二支撑轴承11，齿轮轴2经由第一支撑轴承10和第二支撑轴承11装配在转向器壳体1的水平空腔内。在本实施例中，齿轮轴2上一体成型有齿轮，当然，可以理解的是，齿轮轴与齿轮也可以采用分体结构。

齿条3带齿一面与齿轮轴2上的齿轮相啮合，齿条3另一面与支撑轭总成4配合。所述转向器壳体1在齿条3下方对应设有与水平空腔贯通的间隙调节腔，间隙调节腔下口部贯通转向器壳体底面，支撑轭总成4、磁致伸缩激励器总成5、碟簧组件9和调节螺塞8顺次装配在转向器壳体1的间隙调节腔内。调节螺塞8螺纹旋合于间隙调节腔的下口部，调节螺塞8经由碟簧组件9和磁致伸缩激励器总成5压紧支撑轭总成4，固定螺母7从调节螺塞10下端螺纹部旋入并压紧在转向器壳体1下端。接插件6穿过并固定在转向器壳体1侧面接插件安装孔内，通过接插件6连接电源。

支撑轭总成4包括支撑轭401、减磨缓震层402、支撑轭第一密封圈405、支撑轭第二密封圈406。其中，所述支撑轭401设有与齿条背面弧形部对应的弧形槽，减磨缓震层402涂覆在弧形槽的表面，并与齿条背面弧形部抵接。支撑轭第一密封圈405和支撑轭第二密封圈406顺次装配在支撑轭401的外侧圆柱面上，支撑轭401的轴线上设有透气孔403和支撑槽404，其中透气孔403贯穿支撑轭401和减磨缓震层402，支撑槽404位于支撑轭401与激励器总成5接触一侧，并与透气孔403连通。其中，减磨缓震层402可以采用聚四氟乙烯(PTFE)等材质制成，或者其他现有技术。为了磁致伸缩棒晃动，其与支撑轭凹槽的配合间隙设计的很小，如果不设透气孔，当磁致伸缩棒***支撑轭凹槽时，可能由于内部压力导致安装困难，开设透气孔避免了这一问题。

参考图1和图3所示，磁致伸缩激励器总成5包括激励器顶盖501、激励器壳体502、激励线圈503、线圈骨架504、磁致伸缩棒506、激励器第一密封圈507、激励器第二密封圈508。其中，绕制有激励线圈503的线圈骨架504装配在激励器壳体502内部并经由激励器顶盖501压紧，磁致伸缩棒506位于激励器壳体502轴线并穿过线圈骨架504和激励器顶盖501，激励器第一密封圈507和激励器第二密封圈508顺次装配在激励器壳体502的外圆柱面上，激励器壳体502下端还设有用于通过激励线圈503导线的出线孔505，从出线孔505引出的导线与接插件6连接。

由于支撑轭第一密封圈405和支撑轭第二密封圈406，以及激励器第一密封圈507和激励器第二密封圈508均为紧配安装，因而产生与支撑轭4运动方向相反的摩擦力，通过摩擦阻尼耗散能量，衰减振动。

所述碟簧组件9包括两组碟簧，每组碟簧由两片叠合并联的碟簧组成，两组碟簧以对合串联的方式相连。由于碟簧组件9有两组叠合并联的碟簧组合而成，碟簧之间的接触面产生相对位移并相互摩擦，通过摩擦阻尼耗散能量，衰减振动。

当然，本领域技术人员可以理解的是，作为上述碟簧组件的变形，也可以采用其他弹簧或者类似弹性件作为弹性预载组件进行替换。为了确保超磁致伸缩材料的输出特性，弹簧应当具有变刚度特性，同时在弹簧的力-位移曲线中，有一段相对平缓，因此优选采用碟簧，而且碟簧可以节省空间。

上述结构中，激励器壳体的底部设有向下凸出的凸柱5021，激励器壳体的底部上表面设有定位槽5022，磁致伸缩棒上端伸入支撑槽404并与支撑槽顶壁相抵，下端抵入定位槽5022。所述调节螺塞8设有滑动孔，所述碟簧组件的内孔嵌套于凸柱5021，所述凸柱5021滑动伸入滑动孔。

实施例二

基于超磁致伸缩的转向机构间隙主动调节方法包括以下步骤：

1)当车辆行驶入非铺装路面等颠簸路面时，此时由于传导至转向机构的振动加大，为了避免转向***异响，齿条3需要更大的预载力压紧在齿轮轴2的齿轮上，首先向激励线圈503内通入电流；

2)激励线圈503通入的电流在磁致伸缩激励器总成5的轴线位置产生磁场；

3)位于磁致伸缩激励器总成5轴线上的磁致伸缩棒506在磁场的作用下发生磁致伸缩，由于超磁致伸缩材料的特性，位于磁致伸缩激励器总成5轴线上的磁场无论方向正反，磁致伸缩棒506的长度均会增加，因此无须定义步骤1)中的磁场方向；

4)伸长的磁致伸缩棒503经由激励器壳体502挤压碟簧组件9，碟簧组件9形变增大，并产生更大的预载力；

5)碟簧组件9增加的预载力经由磁致伸缩激励器总成5和支撑轭总成4传递，从而进一步压紧齿条3，减小齿条3与齿轮轴2齿轮之间的间隙，从而避免在颠簸路面上转向***因为间隙发生磕碰，造成异响；

6)由于预载力过大会改变驾驶员转向手感，而预载力过小又无法避免异响问题，因此根据路面和车体振动情况，改变激励线圈503内通入的电流，进而实现碟簧组件9预载力大小和齿轮轴2上齿轮与齿条3之间间隙的实时调节；

7)由于超磁致伸缩材料的特性，在撤除外界磁场后，内部残留的剩磁会导致磁致伸缩棒506无法缩回原有长度，因此当车辆驶离颠簸路面后，向激励线圈503短时间通入与步骤1)方向相反的电流，以消除磁致伸缩棒506内部的剩磁，使得磁致伸缩棒506恢复初始长度。

步骤1)中，检测车辆行驶入非铺装路面等颠簸路面的方法有两种：

1)直接检测整车振动：对于配备加速度传感器的车型，要求整车控制器VCU通过CAN信号传递给转向控制器ECU；如果整车不传递加速度信号，也可以直接在转向控制器上集成加速度传感器。振动监测的基本原理就是检测加速度，当加速度的均方根/能量增加到某一阈值后，就认为进入颠簸路面。

2)检测转向***的逆作用：当车辆行驶到颠簸路况时，转向***不可避免地出现逆作用(传递到驾驶员表现为打手)，这种逆作用可以被转向***的转矩和转角传感器捕获；同样，当上述由路面引起的转向逆作用达到某一阈值后，认为车辆驶入颠簸路面。

以上两种方法涉及到的阈值，预先确定，其获得是一个不断优化的标定过程，需要根据具体车型试验决定。

步骤6)中，在达到最大电流限制之前，振动越强度越大，激励线圈503内通入的电流越大，齿条压的越紧。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本实用新型包括但不限于上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本实用新型的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims (9)

1.齿轮齿条转向器的超磁致伸缩间隙调节装置，包括转向器壳体、齿轮齿条组件以及支撑轭，所述齿轮齿条组件包括齿轮以及与齿轮啮合的齿条，所述转向器壳体设有与齿条对应的间隙调节腔，所述支撑轭活动安装于间隙调节腔并抵靠齿条背面，其特征在于：所述间隙调节装置还包括磁致伸缩激励器总成以及弹性预载组件，所述磁致伸缩激励器总成包括激励器壳体、位于激励器壳体内的激励线圈、嵌套于激励线圈中的磁致伸缩棒，所述磁致伸缩棒的上端与支撑轭抵接，下端与激励器壳体底部抵接，所述间隙调节腔的下口部安装有调节螺塞，所述弹性预载组件的上端与激励器壳体抵接，下端与调节螺塞抵接，所述弹性预载组件经激励器壳体对磁致伸缩棒施加预载力。

2.根据权利要求1所述的齿轮齿条转向器的超磁致伸缩间隙调节装置，其特征在于：所述支撑轭设有与齿条背面弧形部对应的弧形槽，所述弧形槽表面设有减磨缓震层。

3.根据权利要求2所述的齿轮齿条转向器的超磁致伸缩间隙调节装置，其特征在于：所述支撑轭的下部设有支撑槽，所述磁致伸缩棒上端伸入支撑槽并与支撑槽顶壁相抵。

4.根据权利要求1所述的齿轮齿条转向器的超磁致伸缩间隙调节装置，其特征在于：所述支撑轭的外圆柱面上安装有至少一个与间隙调节腔内壁配合的密封圈。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的齿轮齿条转向器的超磁致伸缩间隙调节装置，其特征在于：所述弹性预载组件为碟簧组件。

6.根据权利要求5所述的齿轮齿条转向器的超磁致伸缩间隙调节装置，其特征在于：所述碟簧组件包括两组碟簧，每组碟簧由两片叠合并联的碟簧组成，两组碟簧以对合串联的方式相连。

7.根据权利要求6所述的齿轮齿条转向器的超磁致伸缩间隙调节装置，其特征在于：所述磁致伸缩激励器总成还包括封闭激励器壳体开口的激励器顶盖以及活动嵌套于磁致伸缩棒外的线圈骨架，所述激励线圈绕制在线圈骨架，且装配在激励器壳体内部并由激励器顶盖压紧。

8.根据权利要求7所述的齿轮齿条转向器的超磁致伸缩间隙调节装置，其特征在于：所述激励器壳体的底部设有凸柱，所述调节螺塞设有滑动孔，所述碟簧组件的内孔嵌套于凸柱，所述凸柱滑动伸入滑动孔。

9.根据权利要求7所述的齿轮齿条转向器的超磁致伸缩间隙调节装置，其特征在于：所述激励器壳体的外圆柱面上安装有至少一个密封圈。

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