阅读说明：本技术 一种转向系统涡轮蜗杆减速机构间隙补偿机构 (Steering system turbine worm reduction gears clearance compensation mechanism ) 是由 汪朋 唐学东 柳强 胡俊生 李海亮 于 2021-08-17 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种转向系统涡轮蜗杆减速机构间隙补偿机构,包括输出轴、滑套、涡轮及螺旋弹簧；输出轴包括输出轴本体,在输出轴本体用于安装涡轮的位置的表面设置有多个轴向滑槽,相邻两个轴向滑槽之间形成间隔筋,在输出轴上靠近大端侧设置有法兰,在法兰与轴向滑槽相对的表面设置有法兰凹槽；滑套套于输出轴的轴向滑槽处,涡轮套于滑套上；在涡轮靠近法兰的一侧设置有涡轮凹槽,螺旋弹簧设置于涡轮凹槽与法兰凹槽之间。本技术方案通过涡轮补偿技术,在涡轮与输出轴之间通过滑套连接,在传递扭矩的同时推动涡轮移动,改变啮合点,使得补偿力的作用点位于涡轮上,从而削除涡轮磨损带来的影响。(The invention relates to a clearance compensation mechanism of a worm gear and worm speed reducing mechanism of a steering system, which comprises an output shaft, a sliding sleeve, a worm gear and a spiral spring, wherein the output shaft is connected with the sliding sleeve; the output shaft comprises an output shaft body, a plurality of axial sliding grooves are formed in the surface of the position, used for mounting the turbine, of the output shaft body, spacing ribs are formed between every two adjacent axial sliding grooves, a flange is arranged on the side, close to the large end, of the output shaft, and a flange groove is formed in the surface, opposite to the axial sliding grooves, of the flange; the sliding sleeve is sleeved at the axial sliding chute of the output shaft, and the turbine is sleeved on the sliding sleeve; a turbine groove is formed in one side, close to the flange, of the turbine, and the spiral spring is arranged between the turbine groove and the flange groove. This technical scheme passes through turbine compensation technique, is connected through the sliding sleeve between turbine and output shaft, promotes the turbine and removes when transmission moment of torsion, changes the mesh point for the action point of compensation force is located the turbine, thereby eliminates the influence that turbine wear brought.)

一种转向系统涡轮蜗杆减速机构间隙补偿机构

技术领域

本发明属于转向系统的涡轮蜗杆技术领域，具体涉及一种转向系统涡轮蜗杆减速机构间隙补偿机构。

背景技术

随着技术进步和环境保护的压力，电子助力式转向系统成为汽车的标配。电子助力式转向系统通过电机给转向系统提供助力，替代传统液压油提供助力，可以减少维修过程中油液污染，且维修方便。对于管柱助力式转向系统，电机通过联轴器与蜗杆连接，电机驱动蜗杆转动，蜗杆驱动涡轮转动。通过涡轮蜗杆减速增扭机构将电机扭矩作用在管柱输出轴上。电机输出的扭矩最终作用在转向柱上，与驾驶员的操作力叠加后经过传动装置作用在转向机上，最终转化为驱动车轮运动的力。

由于涡轮蜗杆减速机构减速比大，传递的力矩大，因涡轮材质通常为尼龙，因此涡轮齿面不可避免的存在齿面磨损，齿面磨损后涡轮蜗杆的啮合位置处的啮合间隙变大，较大的啮合间隙是导致转向系统异响的根本原因。

由于涡轮齿形为斜齿，啮合部位通常为齿面中心位置，齿面远离中心位置处因不参与啮合而不会磨损。现在转向系统普遍采用涡轮蜗杆间隙补偿机构，通过给蜗杆施加作用力，让蜗杆向涡轮产生一个位移，从而将蜗杆推向涡轮，实现间隙补偿作用。

现阶段普遍采用的涡轮蜗杆间隙补偿机构作用原理是，蜗杆小端做成浮动形式，通过在蜗杆小端安装一个螺旋弹簧01，螺旋弹簧一直处于压缩状态，持续提供推力，将蜗杆推向涡轮端，实现间隙补偿。

如图1所示，间隙补偿力F的作用点位于蜗杆小端位置，该结构简单，易于实现。但由于此时蜗杆类似一个杠杆，涡轮蜗杆啮合部位，位于杠杆中间，即蜗杆的中间部位，该处实际的间隙补偿值只有小端的螺旋弹簧01位移的一半，使得间隙补偿效果不能完全发挥出来。

为了克服上述的问题，现采用另一种补偿形式，如图2所示，其作用原理是，蜗杆小端做成浮动形式，通过在涡轮蜗杆壳体上固定一个‘L’形的薄片弹簧02，弹簧末端折弯部分伸入到蜗杆腔内，抵住蜗杆小端，持续提供推力，将蜗杆推向涡轮端，实现间隙补偿。其也是通过在蜗杆小端施加一个作用力，从而实现间隙补偿的目的。如专利号ZL 2016 10852796.2、ZL 2016 2 1082539.7及ZL 2017 2 0211613.9等。虽然有间隙补偿机构，但使用一段时间后，仍然存在松旷异响的情况。

发明内容

本发明的目的是提供一种转向系统涡轮蜗杆减速机构间隙补偿机构，采用浮动涡轮的方式，以解决现涡轮蜗杆间隙补偿机构使用一段时间后，仍然存在松旷异响的情况，补偿效果不理想的问题。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种转向系统涡轮蜗杆减速机构间隙补偿机构，包括输出轴、滑套、涡轮及螺旋弹簧；

所述输出轴包括输出轴本体，在所述输出轴本体用于安装涡轮的位置的表面设置有多个轴向滑槽，相邻两个轴向滑槽之间形成间隔筋，在输出轴上靠近大端侧设置有法兰，在法兰与轴向滑槽相对的表面设置有法兰凹槽；

所述滑套套于输出轴的轴向滑槽处，涡轮套于滑套上；

在涡轮靠近法兰的一侧设置有涡轮凹槽，螺旋弹簧设置于涡轮凹槽与法兰凹槽之间。

进一步的，所述滑套由滑套外圈和滑套内圈组成，滑套内圈与输出轴的滑槽及间隔筋组成的形状相配合，滑套外圈的形状与涡轮内圈的形状相配合。

进一步的，在滑套的表面分别镶入金属滚针和金属滚珠后，套于输出轴上，滑套通过金属滚针和金属滚珠与输出轴接触。

进一步的，金属滚针与金属滚珠在滑套的周圈上间隔设置。

进一步的，法兰与输出轴本体为一体结构。

进一步的，在涡轮安装于输出轴后，螺旋弹簧处于压缩状态。

本发明的有益效果是：

本技术方案通过涡轮补偿技术，相比于现蜗杆间隙补偿机构，本技术在涡轮与输出轴之间通过滑套连接，在传递扭矩的同时推动涡轮移动，改变啮合点，使得补偿力的作用点位于涡轮上，从而削除涡轮磨损带来的影响。

附图说明

图1为传统螺旋弹簧蜗杆补偿结构示意图；

图2为传统薄片弹簧蜗杆补偿结构示意图；

图3为本发明补偿机构输出轴结构示意图；

图4为图3的A-A剖视图；

图5为滑套侧视图；

图6为镶有金属滚针和金属滚珠的滑套示意图；

图7为涡轮侧视图；

图8为涡轮的B-B剖视图；

图9为图8的C处放大图；

图10为输出轴与滑套组装图；

图11为输出轴、滑套及涡轮组装图；

图12为本发明涡轮蜗杆间隙补偿机构原理示意图；

图13为本发明涡轮蜗杆间隙补偿机构截面图。

附图标记说明

01、螺旋弹簧，02、薄片弹簧，1、输出轴，11、输出轴本体，12、涡轮安装部位，13、轴向滑槽，14、间隔筋，15、法兰，16、法兰凹槽，2、滑套，21、滑套内圈，22、滑套外圈，3、金属滚针，4、金属滚珠，5、涡轮，51、涡轮的内圈，52、涡轮凹槽，6、螺旋弹簧。

具体实施方式

以下通过实施例来详细说明本发明的技术方案，以下的实施例仅是示例性的，仅能用来解释和说明本发明的技术方案，而不能解释为是对本发明技术方案的限制。

本技术方案的缩略语和关键术语定义

涡轮：常见的电子助力转向系统中，用于减速增扭的机构组件，与蜗杆配合使用。为保证传递可靠性，同时减轻零部件重量，涡轮材质为尼龙+玻纤；

蜗杆：常见的电子助力转向系统中，用于减速增扭的机构组件，与涡轮配合使用。蜗杆材质一般为合金钢。

蜗杆大端：蜗杆固定在涡轮蜗杆机构壳体内，蜗杆连接电机的一端，通常采用关节球轴承，该轴承确保蜗杆能绕球轴承球心摆动，这一端称为蜗杆大端。

蜗杆小端：蜗杆大端的另一侧，称为蜗杆小端。

转向柱输出轴：转向柱末端的输出轴，针对常见的管柱助力式转向系统，该输出轴与上述涡轮固定连接，电机通过蜗杆带动涡轮旋转，减速增扭，输出扭矩。

滑套：本发明专利提供的一种装置，该装置装配在上述转向柱输出轴和涡轮之间，可径向传递力和力矩，不能轴向受力或传递力矩。

弹簧:本发明专利提供的一种螺旋弹簧，通过该弹簧的弹力作用，可弥补涡轮蜗杆啮合产生的间隙。

本技术方案的思路来源

现有的涡轮蜗杆间隙补偿机构，在蜗杆小端安装一个弹簧，弹簧一直处于压缩状态，在整个生命周期内，持续提供推力，将蜗杆推向涡轮。由于推力的作用点位于蜗杆小端，而蜗杆与涡轮间隙产生的部位为涡轮蜗杆啮合部位，通常为蜗杆中间部位，因此间隙补偿的效果并不理想。

若加大蜗杆小端弹簧的弹力，理论上，涡轮蜗杆磨损后，弹簧残余弹力较大，能将蜗杆推向涡轮。但较大的弹力会导致涡轮蜗杆初期磨损加剧，可能造成涡轮蜗杆在使用过程中快速磨损，对转向产生负面影响。

本发明创造提出一种转向系统涡轮蜗杆间隙补偿机构，该机构采用浮动式的涡轮形式，涡轮可以轴向运动，同时能稳定的传递扭矩。浮动式的涡轮在弹簧弹力作用下，延涡轮轴线有微小移动，涡轮蜗杆啮合点发生微小的移动，保证涡轮蜗杆始终无间隙的啮合。

本发明提供一种涡轮蜗杆间隙补偿机构，该转向机构包含转向柱的输出轴，如图3和图4所示，输出轴1包括输出轴本体11，在本申请的输出轴本体的长度，外周及各部分的布局与现输出轴的结构基本相同，其改进是，在输出轴用于安装涡轮的位置的外周加工出多个轴向滑槽13，相邻两个轴向滑槽之间形成间隔筋14，轴向滑槽与间隔筋形成的形状用于同滑套配合，滑套2套在输出轴1上，能够沿输出轴的轴向滑动。在输出轴上靠近大端侧设置有法兰15，在法兰与轴向滑槽相对的表面设置有法兰凹槽16。

如图5和图6所示，本申请的滑套2由滑套外圈22和滑套内圈21组成，其中滑套内圈的形状与轴向滑槽与间隔筋组成的形状完全一致，确保滑套与输出轴正确配合，滑套安装于输出轴涡轮安装部位的位置。

本申请中的滑套作用是在打转向时，传递电机通过蜗杆驱动涡轮产生的扭矩，让电机的助力与驾驶员作用在方向盘上的手力耦合。

为了保证传递力矩的可靠性，在滑套的表面间隔嵌入金属滚针3和金属滚珠4，使用滚针和滚珠结合的结构形式，可以传递较大的力矩，同时兼具耐磨损性能。

在本申请中，滑套与输出轴通过金属滚针和金属滚珠接触，滑套可以保证蜗杆在输出轴方向上具备一定的位移量。

如图7至图9所示，本申请的涡轮5的整体结构与现涡轮结构基本相同，改进之处在于涡轮的内圈51形状与滑套的外圈形状完全一致，确保涡轮5与滑套2正确配合，传递力矩的同时，能提供轴向的位移量。在涡轮与输出轴的法兰相对的一侧设置有涡轮凹槽52。

本申请的安装如图10至图13所示，首先将螺旋弹簧6套于输出轴上，使得螺旋弹簧的一端进入到法兰凹槽内，将镶有金属滚针和金属滚珠的滑套套于输出轴的涡轮安装部位，再将涡轮套于滑套上，使得螺旋弹簧的另一端进入到涡轮凹槽内，并使得螺旋弹簧具有一定的压紧力。在工作过程中，螺旋弹簧一直处于被压缩状态，螺旋弹簧产生弹力，推动涡轮延轴向产生微小位移。由于涡轮轮齿的特殊性，涡轮延轴向运动后，将会始终与蜗杆保持紧密接触，消除摩擦产生的间隙。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。