管柱式電動助力轉向裝置的制作方法

本發明屬于汽車技術領域，涉及一種管柱式電動助力轉向裝置。

背景技術：

在現代工業中，可靠的電機驅動技術日益應用，廣泛應用于機床數控系統和自動化設備中。電驅動，綠色環保，可以獲得滿意的力矩、位置、速度等控制性能。尤其在汽車行業，如汽車轉向助力。電動助力日益完善，逐漸取代傳統的液壓轉向助力。

電動助力(EPS)相比液壓助力(HPS)，耗能更低。已經廣泛應用于低耗能汽車上，尤其是純電動汽車，EPS系統為其最佳選擇。電動助力可以減輕駕駛員的操作力。電動助力(EPS)系統可以通過軟件(ECU)的控制，使汽車在各種速度下都能得到滿意的轉向助力，改善汽車操縱的穩定性。EPS系統以車輛電源為能源，只要電源電力充足，即可產生助力。

技術實現要素：

本發明針對上述問題，提供一種管柱式電動助力轉向裝置，該轉向裝置能耗低，可以有效提高汽車轉向操縱的穩定性。

按照本發明的技術方案：一種管柱式電動助力轉向裝置，包括電機，電機輸出端連接減速機構，其特征在于：電機軸為軸向貫通的中空結構，電機軸延伸至減速機構中；所述減速機構包括轉動設置于電機軸輸出端的空心輸出軸，方向盤柱轉動設置于電機軸內孔中，方向盤柱下端與空心輸出軸聯動，電機軸軸徑表面偏心部緊配合設置第一軸承，擺線盤配合設置于第一軸承外圈，空心輸出軸內端面的擺線槽與擺線盤一側表面的擺線槽通過第一鋼球配合；電機底部端面依次設置單面槽盤、間隙調整墊，減速機外殼壓緊于間隙調整墊上，并與電機緊固連接，減速機外殼與空心輸出軸軸向通過推力軸承支撐間隔，減速機外殼與空心輸出軸的徑向通過油封密封；減速機外殼內腔中、對應于單面槽盤與擺線盤之間設置雙面槽盤，所述雙面槽盤兩側表面的條形槽分別通過第二鋼球與單面槽盤、擺線盤上的條形槽相配合。

作為本發明的進一步改進，所述方向盤柱上套設自潤滑套，自潤滑套緊配合于電機軸內孔中。

作為本發明的進一步改進，所述方向盤柱通過鍵或張緊套與空心輸出軸固定連接。

作為本發明的進一步改進，所述空心輸出軸通過第二軸承與第三軸承轉動支撐于電機軸上或者空心輸出軸通過一個雙列球軸承轉動支撐于電機軸上。

作為本發明的進一步改進，所述擺線槽盤的中心線滿足擺線方程：

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

空心輸出軸的端面擺線槽滿足的擺線方程為：

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

其中X為曲線上某一點的橫坐標，Y為相應點的縱坐標，

N為內外擺線嚙合時嚙合點的數量，

e為偏心距，t為擺線上任意一點與坐標原點連線與X軸之間的夾角，

R為生成擺線的基圓半徑；

角度t的取值范圍為0°～360°，R＝擺線盤半徑*(0.6～0.85)，N＝2*減速比+1，e的取值范圍為0.5～3；雙面槽盤、擺線盤及單面槽盤上的條形槽布置結構相同，其中單面槽盤上、對應于通孔上下兩端分別設置上排條形槽、下排條形槽、左列條形槽、右列條形槽，上排條形槽下方兩端分別設置兩個條形槽，下排條形槽上方兩端分別設置兩個條形槽，所述上排條形槽、下排條形槽均包括四個條形槽，左列條形槽、右列條形槽均包括三個條形槽；雙面槽盤兩面的結構相差90度；所述擺線槽、條形槽的橫截面均為圓弧，該圓弧與第一鋼球、第二鋼球相配合。

作為本發明的進一步改進，所述減速機外殼、間隙調整墊、單面槽盤與電機之間通過固定螺栓緊固連接。

作為本發明的進一步改進，所述空心輸出軸下端軸徑表面設置第一編碼器，第一編碼器通過鋁環限位固定。

作為本發明的進一步改進，所述電機包括設置于電機殼內的電機繞組，電機轉子套設于電機軸上并置于電機繞組內圈，所述電機轉子兩端分別通過電機軸承一、電機軸承二限位固定，電機軸承二安裝于電機前端蓋上，電機前端蓋固定連接于電機殼上，電機軸承一上端面設置電機編碼器，電機編碼器與電機軸同步轉動，電機編碼器外圈設置彈性墊，彈性墊一端壓緊于電機軸承一外圈，另一端頂緊于電機殼上。

本發明的技術效果在于：1)行星鋼球減速機構可以反向運轉(反向運轉不會和渦輪蝸桿減速機構一樣鎖止)，意味著無須離合裝置，使得機構可靠性更好。2)電機與減速機構采用貫通式空心設計，轉向柱可以直接穿入。絲毫不影響轉向柱的結構，轉向柱強度不受影響，制造工藝不受影響。同時可以毫不費力的加裝于目前使用HPS的車輛。3)電機與減速機構一體化設計，結構緊湊，易于整車布置和裝配，行星鋼球減速機構零件加工簡單，成本低廉。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖。

圖2為本發明中電機軸的結構示意圖。

圖3為本發明中空心輸出軸內端面結構示意圖。

圖4為本發明中雙面槽盤的示意圖。

圖5為圖4的A-A剖視圖。

圖6為圖4的后視圖。

圖7為本發明中單面槽盤的示意圖。

圖8為圖7的B-B剖視圖。

圖9為本發明的使用狀態示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步的說明。

圖1中，包括空心輸出軸1、第一編碼器2、減速機外殼3、推力軸承4、第一軸承5、第二鋼球6、單面槽盤7、固定螺栓8、電機前端蓋9、電機繞組10、自潤滑套11、電機軸承一12、電機編碼器13、彈性墊14、方向盤柱15、電機軸16、電機轉子17、電機軸承二18、間隙調整墊19、雙面槽盤20、擺線盤21、第一鋼球22、第二軸承23、油封24、第三軸承25、鋁環26、張緊套27、車輪28、固定支架29、偏心部30、端面擺線槽31等。

如圖1所示，本發明是一種管柱式電動助力轉向裝置，包括電機，電機輸出端連接減速機構，電機軸16為軸向貫通的中空結構，電機軸16延伸至減速機構中；所述減速機構包括轉動設置于電機軸16輸出端的空心輸出軸1，方向盤柱15轉動設置于電機軸16內孔中，方向盤柱15下端與空心輸出軸1聯動，電機軸16軸徑表面偏心部30緊配合設置第一軸承5，擺線盤21配合設置于第一軸承5外圈，空心輸出軸1內端面的擺線槽與擺線盤21一側表面的擺線槽通過第一鋼球22配合；電機底部端面依次設置單面槽盤7、間隙調整墊19，減速機外殼3壓緊于間隙調整墊19上，并與電機緊固連接，減速機外殼3與空心輸出軸1軸向通過推力軸承4支撐間隔，減速機外殼3與空心輸出軸1的徑向通過油封24密封；減速機外殼3內腔中、對應于單面槽盤7與擺線盤21之間設置雙面槽盤20，所述雙面槽盤20兩側表面的條形槽分別通過第二鋼球6與單面槽盤7、擺線盤21上的條形槽相配合。

方向盤柱15上套設自潤滑套11，自潤滑套11緊配合于電機軸16內孔中。

方向盤柱15通過鍵或張緊套27與空心輸出軸1固定連接。

空心輸出軸1通過第二軸承23與第三軸承25轉動支撐于電機軸16上或者空心輸出軸1通過一個雙列球軸承轉動支撐于電機軸16上。

擺線槽盤21的中心線滿足擺線方程：

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

空心輸出軸1的端面擺線槽31滿足的擺線方程為：

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

其中X為曲線上某一點的橫坐標，Y為相應點的縱坐標，

N為內外擺線嚙合時嚙合點的數量，

e為偏心距，t為擺線上任意一點與坐標原點連線與X軸之間的夾角，

R為生成擺線的基圓半徑；

角度t的取值范圍為0°～360°，R＝擺線盤半徑*(0.6～0.85)，N＝2*減速比+1，e的取值范圍為0.5～3；

雙面槽盤20、擺線盤21及單面槽盤7上的條形槽布置結構相同，其中單面槽盤7上、對應于通孔上下兩端分別設置上排條形槽7-1、下排條形槽7-2、左列條形槽7-3、右列條形槽7-4，上排條形槽7-1下方兩端分別設置兩個條形槽，下排條形槽7-2上方兩端分別設置兩個條形槽，所述上排條形槽7-1、下排條形槽7-2均包括四個條形槽，左列條形槽7-3、右列條形槽7-4均包括三個條形槽；雙面槽盤20兩面的結構相差90度；所述擺線槽、條形槽的橫截面均為圓弧，該圓弧與第一鋼球22、第二鋼球6相配合。

減速機外殼3、間隙調整墊19、單面槽盤7與電機之間通過固定螺栓8緊固連接。

空心輸出軸1下端軸徑表面設置第一編碼器2，第一編碼器2通過鋁環26限位固定。

電機包括設置于電機殼內的電機繞組10，電機轉子17套設于電機軸16上并置于電機繞組10內圈，所述電機轉子17兩端分別通過電機軸承一12、電機軸承二18限位固定，電機軸承二18安裝于電機前端蓋9上，電機前端蓋9固定連接于電機殼上，電機軸承一12上端面設置電機編碼器13，電機編碼器13與電機軸16同步轉動，電機編碼器13外圈設置彈性墊14，彈性墊14一端壓緊于電機軸承一12外圈，另一端頂緊于電機殼上。

本發明的工作過程如下：第一軸承5裝配在電機軸16上，同時軸在此處有一個偏心量e,可以形成偏心凸輪運動。即隨著電機軸16的旋轉，此偏心推動第一軸承5做偏心回轉。第一軸承5驅動擺線盤21做偏心回轉。擺線盤21運動受雙面槽盤20的約束，故擺線盤21做行星回轉運動。

本發明產品適于方向盤助力的電機選擇：電機的功率在150w--350w，其輸出扭矩在1.5NM--3NM，電機轉速1000RPM--2000RPM(帶載轉速)。

行星鋼球減速機構在協調物理尺寸，空間配合不同參數的曲線，可以將減速比設計成1:10到1:20。那么，實際在減速機構輸出軸端的扭矩從最小15NM到60NM。轉速在100--200RPM之間。

第一編碼器2和電機編碼器13，依照控制需求，可以只用其中的一個。第一編碼器2是在輸出端，電機編碼器13是安裝在電機軸端。

在使用時，電機外殼由固定支架29與車輛底盤相連結。車輪28直接穿入行星鋼球減速機構的空心軸并聯結輸出端。電機的扭矩通過鋼球行星減速機構得到放大，直接驅動一體軸的車輛。避免采用雙半軸分別驅動車輪，可以節省皮帶或齒輪、鏈條等傳動機構。也避免了削弱輪軸的強度，提高安全性。

本發明的工作原理如下：當方向盤柱15被駕駛人往某側旋轉時，方向盤柱15通過張緊套27漲緊組件帶動空心輸出軸1和第一編碼器2旋轉，此時編碼器給出方向盤柱15旋轉的方向和速度信號到控制器(ECU)，控制器(ECU)輸出控制電機的信號到電機，電機依照此信號和程序設定開始旋轉，那么偏心軸推動第一軸承5和擺線盤21回轉，此回轉運動通過第二鋼球6推動空心輸出軸1旋轉。這樣電機的輸出扭距得到放大通過鍵或張緊套27傳遞給方向盤柱15，順利轉向。如果沒有控制器給出的信號，電機處于待機狀態。等待下次信號。