本實(shí)用新型屬于汽車技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。

背景技術(shù)：

汽車是一種性能要求高，負(fù)荷變化大的運(yùn)輸工具。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為汽車的關(guān)鍵部件之一，更需要了解和掌握。汽車轉(zhuǎn)向器又名轉(zhuǎn)向機(jī)、方向機(jī)，它是汽車轉(zhuǎn)向系中最重要的部件，對(duì)它進(jìn)行深入的研究便顯得意義重大。它的作用是:增大轉(zhuǎn)向盤傳到轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的力和改變力的傳遞方向。

此次設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)向器是循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，主要由螺桿、螺母、鋼球、轉(zhuǎn)向器殼體等組成。因螺母與螺桿之間沒有滑動(dòng)摩擦，只有鋼球與螺桿及螺母之間的滾動(dòng)摩擦，所以循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器具有較高的傳動(dòng)效率，由于有結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，轉(zhuǎn)向靈敏度不如齒輪齒條式的眾多缺點(diǎn)，因此逐漸被齒輪齒條式取代。但隨著動(dòng)力轉(zhuǎn)向的應(yīng)用以及道路行駛條件的改善，汽車車速的提高，需要在高速時(shí)有較好的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性，必須使轉(zhuǎn)向器具有較高的剛度。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器由于通過大量鋼球的滾動(dòng)接觸來傳遞轉(zhuǎn)向力，具有較大的強(qiáng)度和較好的耐磨性。并且該轉(zhuǎn)向器可以被設(shè)計(jì)成具有等強(qiáng)度結(jié)構(gòu)，特別是變速比結(jié)構(gòu)具有較高的剛度，適宜高速車輛采用，這也是它采用廣泛的原因之一。

為了能從根本上有效的解決這些問題，需要建立一套完整的從設(shè)計(jì)到分析的預(yù)評(píng)估平臺(tái)，對(duì)循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器進(jìn)行全面的設(shè)計(jì)及分析。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

目的：通過對(duì)于循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器的改造與創(chuàng)新，通過回收汽車車輪跳動(dòng)的能量，增加了液壓助力系統(tǒng)，改善循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，使其更具有能耗低，轉(zhuǎn)向靈敏度更好的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)方案如下：

一種循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器，包括能量回收裝置、能量轉(zhuǎn)化裝置、循環(huán)球轉(zhuǎn)向裝置，具體結(jié)構(gòu)包括：

能量回收裝置由第一齒輪4，第一棘輪5，齒條6，第二齒輪7，第二棘輪8，第三齒輪9，行星齒輪10，第四齒輪11，支架12,液壓泵13組成，其中第一棘輪5和第二棘輪8在同一豎直線上，同時(shí)與齒條6相互嚙合；第一棘輪5與第一齒輪4通過一根橫軸連接成一體，保持同步運(yùn)動(dòng)；第二棘輪8與第三齒輪9也通過一根橫軸連接成一體，保持同步運(yùn)動(dòng)；第二齒輪7與第三齒輪9相互嚙合，通過第二齒輪將第三齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩方向進(jìn)行改變；再由第一齒輪4與第三齒輪9與行星齒輪10相互嚙合，通過行星齒輪10轉(zhuǎn)速提高；再由行星齒輪10通過一根橫軸與第四齒輪11連接成一體，保持同步運(yùn)動(dòng)；第四齒輪11和液壓泵13上的齒輪相互嚙合；

能量轉(zhuǎn)化裝置由液壓泵13，轉(zhuǎn)向器21，轉(zhuǎn)向搖臂22，蓄能器23，液壓管24，液壓缸25組成，其中液壓泵13、蓄能器23與液壓缸25通過液壓管24依次連接，液壓缸25與轉(zhuǎn)向搖臂22通過螺栓連接成一體。

循環(huán)球轉(zhuǎn)向裝置由蝸桿18，金屬塊19，螺桿20組成，其中蝸桿18裝在金屬塊19螺紋孔內(nèi)，金屬塊19外圍有切入的輪齒，這些輪齒與驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向搖臂的齒輪相結(jié)合；方向盤連接在類似螺栓的螺桿20上，螺桿20則插在金屬塊的孔內(nèi)，螺桿20并不直接與金屬塊19上的螺紋結(jié)合在一起，所有螺紋中都填滿了滾珠軸承。

首先能量回收裝置從汽車輪胎上下運(yùn)動(dòng)過程中回收能量，并通過液壓泵將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓能。

其次，將液壓泵轉(zhuǎn)化出來的能量通過蓄能器儲(chǔ)存起來，當(dāng)有需要時(shí)，通過蓄能器釋放能量給液壓缸工作。

最后，當(dāng)汽車轉(zhuǎn)向時(shí)，轉(zhuǎn)向器工作，同時(shí)蓄能器釋放能量，作用于液壓缸，液壓缸推動(dòng)轉(zhuǎn)向搖臂，幫助轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向。

有益效果

本發(fā)明主要是能解決汽車循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向靈敏度不足的缺陷。它具有節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，主要是因?yàn)樗娜磕芰縼碓从谄囓囕喬鴦?dòng)時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)能量。

附圖說明

圖1為循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器整體結(jié)構(gòu)圖；1-能量回收裝置，2-轉(zhuǎn)向器，3-能量轉(zhuǎn)化裝置。

圖2為能量回收裝置方案圖；4-第一齒輪，5-第一棘輪，6-齒條，7-第二齒輪，8-第二棘輪，9-第三齒輪，10-行星齒輪，11-第四齒輪，12-支架,13-液壓泵。

圖3為棘輪安裝圖；14-第一棘輪外圈，15-第一棘輪內(nèi)圈，16- 第二棘輪外圈，17-第二棘輪內(nèi)圈。

圖4為循環(huán)球轉(zhuǎn)向器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；18-蝸桿，19-金屬塊，20-螺桿。

圖5為能量轉(zhuǎn)化裝置，13-液壓泵，21-轉(zhuǎn)向器，22-轉(zhuǎn)向搖臂，23-蓄能器，24-液壓管，25-液壓缸。

具體實(shí)施方式

下面對(duì)照附圖，通過對(duì)實(shí)施例的描述，對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，目的是幫助本領(lǐng)域的技術(shù)人員對(duì)實(shí)用新型的構(gòu)思、技術(shù)方案有更完整、準(zhǔn)確和深入的理解，并有助于其實(shí)施。

參見圖1進(jìn)行說明，總的來說就是，本文設(shè)計(jì)的循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器是這樣工作的——本次設(shè)計(jì)主要是為了解決循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向靈敏度不足的缺陷，因此主要的設(shè)計(jì)部分是通過回收汽車車輪振動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的能量，通過機(jī)械裝置回收能量，再運(yùn)用液壓缸對(duì)轉(zhuǎn)向器進(jìn)行輔助轉(zhuǎn)向，改善轉(zhuǎn)向器靈敏度。下面對(duì)其進(jìn)行具體的說明。

如圖2所示，能量回收裝置包括設(shè)置于支架上的齒條6、豎直設(shè)置于支架上的第一棘輪5和第二棘輪8，豎直設(shè)置于支架上的第一齒輪4，第三齒輪9，及用于改變齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向的第二齒輪7，用于加速的行星齒輪10，用于最終轉(zhuǎn)矩輸出的第四齒輪11及能量轉(zhuǎn)化的液壓泵13；其中第一棘輪5和第二棘輪8在同一豎直線上，同時(shí)與齒條6相互嚙合；第一棘輪5與第一齒輪4通過一根橫軸連接成一體，保持同步運(yùn)動(dòng)；第二棘輪8與第三齒輪9也通過一根橫軸連接成一體，保持同步運(yùn)動(dòng)；第二齒輪7與第三齒輪9相互嚙合，通過第二齒輪將第三齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩方向進(jìn)行改變；再由第一齒輪4與第三齒輪9與行星齒輪10相互嚙合，通過行星齒輪10轉(zhuǎn)速提高；再由行星齒輪10通過一根橫軸與第四齒輪11連接成一體，保持同步運(yùn)動(dòng)；通過第四齒輪11和液壓泵13上的齒輪相互嚙合，將采集到的振動(dòng)能量收集起來。

在棘輪的安裝傳動(dòng)中，如圖3，其中第一棘輪5和第二棘輪8在同一豎直線上，同時(shí)與齒條6相互嚙合；第一棘輪5與第一齒輪4通過一根橫軸連接成一體，保持同步運(yùn)動(dòng)；第二棘輪8與第三齒輪9也通過一根橫軸連接成一體，保持同步運(yùn)動(dòng)。考慮到能量轉(zhuǎn)化是通過液壓泵13進(jìn)行轉(zhuǎn)化的，而齒條6是做上下升降運(yùn)動(dòng)的，因此通過增加第二齒輪7來改變轉(zhuǎn)矩的方向，讓第一齒輪4與第二齒輪7與行星齒輪10相互嚙合，保證行星齒輪10單向運(yùn)轉(zhuǎn)。

其中棘輪的結(jié)構(gòu)有很多形式，可以是類似于現(xiàn)有技術(shù)的內(nèi)嚙合棘輪，也可以采用其他結(jié)構(gòu)。在本設(shè)計(jì)中，棘輪的結(jié)構(gòu)可以分為內(nèi)外圈，內(nèi)外圈處于同一個(gè)中心位置，當(dāng)外圈按設(shè)計(jì)的方向正向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，推動(dòng)內(nèi)圈同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，同理，若內(nèi)圈正向轉(zhuǎn)動(dòng)也可推動(dòng)外圈轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)外圈反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于內(nèi)圈在徑向上有一定的縮放彈性，因此此時(shí)內(nèi)圈不轉(zhuǎn)動(dòng)，同理，若內(nèi)圈反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)也不會(huì)帶動(dòng)外圈旋轉(zhuǎn)。正式運(yùn)用這個(gè)原理，通過不同方向的棘輪內(nèi)外圈旋轉(zhuǎn)，保證了在齒條上下不同運(yùn)動(dòng)時(shí)，行星齒輪也能單向旋轉(zhuǎn)。

其中第一棘輪5的旋轉(zhuǎn)正方向與第二棘輪8的旋轉(zhuǎn)正方向相反，通過加裝第二齒輪來改變由第三齒輪傳來的轉(zhuǎn)矩，通過這兩個(gè)關(guān)鍵部位的不同，使得傳遞給行星齒輪10的轉(zhuǎn)動(dòng)方向始終保持同一方向。

當(dāng)齒條6向上運(yùn)動(dòng)是，齒條6帶動(dòng)嚙合的第二棘輪外圈16順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，此時(shí)旋轉(zhuǎn)方向?yàn)榈诙?的正方向，故帶動(dòng)第二棘輪內(nèi)圈17順時(shí)針旋轉(zhuǎn)；由于第二棘輪內(nèi)圈17與第三齒輪9通過一根橫軸連接，保持同步運(yùn)動(dòng)，因此第三齒輪9也順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，此時(shí)與第三齒輪9相互嚙合的第二齒輪7則做逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，故與第二齒輪7相互嚙合的行星齒輪10做順時(shí)針旋轉(zhuǎn)；由于第一齒輪4也與行星齒輪10相互嚙合，故第一齒輪也做逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)；且第一齒輪4與第一棘輪內(nèi)圈15通過一根橫軸連接，保持同步運(yùn)動(dòng)，因此第一棘輪內(nèi)圈也做逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，第一棘輪內(nèi)圈15做逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)為第一棘輪5的反向運(yùn)動(dòng)，故第一棘輪外圈14不跟隨第一棘輪內(nèi)圈15的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)；與此同時(shí)，由于齒條6的向上運(yùn)動(dòng)也帶動(dòng)第一棘輪外圈14做順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，與第一棘輪內(nèi)圈15做相對(duì)方向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，不產(chǎn)生干涉；因此此時(shí)的行星齒輪10的轉(zhuǎn)動(dòng)單由齒條6向上運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)第二棘輪8轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的。

當(dāng)齒條6由上向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于要保證行星齒輪一直是單向旋轉(zhuǎn)，故行星齒輪10應(yīng)繼續(xù)保持順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，且第一齒輪4，第二齒輪7，第三齒輪9，第一棘輪內(nèi)圈15及第二棘輪內(nèi)圈17的旋轉(zhuǎn)方向都保持不變；此時(shí)，齒條6與第一棘輪外圈14相互嚙合，并帶動(dòng)第一棘輪外圈14做逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，且旋轉(zhuǎn)方向恰為第一棘輪的正方向，故帶動(dòng)第一棘輪內(nèi)圈15做逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，與之前齒條6向上運(yùn)動(dòng)時(shí)旋轉(zhuǎn)方向一致，故行星齒輪10也繼續(xù)保持順時(shí)針旋轉(zhuǎn)；與此同時(shí)，齒條6帶動(dòng)第二棘輪外圈16做逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，與第一棘輪內(nèi)圈15相對(duì)方向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，不產(chǎn)生干涉；因此此時(shí)的行星齒輪10的轉(zhuǎn)動(dòng)單由齒條6向上運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)第一棘輪4轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的。

綜上所述，無論齒條6向上還是向下運(yùn)動(dòng)都將會(huì)有一個(gè)棘輪被帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動(dòng)行星齒輪10旋轉(zhuǎn)，并且始終保持向同一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)。

行星齒輪10和第四齒輪中間通過一根橫軸相互連接，保證將經(jīng)過行星齒輪加速之后的轉(zhuǎn)通過中間的橫軸傳遞給第四齒輪。

第四齒輪直接與液壓泵上的齒輪相互嚙合，實(shí)現(xiàn)將最開始的汽車車輪振動(dòng)通過不同的齒輪嚙合傳遞，通過行星齒輪的增速作用，最終將能量回收到液壓泵上，驅(qū)動(dòng)液壓泵工作，從而將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓能。

循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器有一蝸桿，我們可以將此轉(zhuǎn)向器想象為兩部分，如圖4所示。第一部分是帶有螺紋孔的金屬塊，此金屬塊外圍有切入的輪齒，這些輪齒與驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向搖臂的齒輪相結(jié)合。方向盤連接在類似螺栓的螺桿上，螺桿則插在金屬塊的孔內(nèi)。轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤時(shí)，它便會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)螺栓。由于螺栓與金屬塊之間相對(duì)固定，因此旋轉(zhuǎn)時(shí)，它不會(huì)像普通螺栓那樣鉆入金屬塊中，而是帶動(dòng)金屬塊旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)車輪的齒輪。

螺栓并不直接與金屬塊上的螺紋結(jié)合在一起，所有螺紋中都填滿了滾珠軸承，當(dāng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，這些滾珠將循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)。滾珠軸承有兩個(gè)作用：第一，減少齒輪的摩擦和磨損；第二，減少齒輪的溢出。如果齒輪溢出，則會(huì)在轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤時(shí)感覺到。而如果轉(zhuǎn)向器中沒有滾珠，輪齒之間會(huì)暫時(shí)脫離，從而造成方向盤松動(dòng)。循環(huán)球式系統(tǒng)中的動(dòng)力轉(zhuǎn)向工作原理與齒條齒輪式系統(tǒng)類似。其輔助動(dòng)力也是通過向金屬塊一側(cè)注入高壓液體來提供的。汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對(duì)汽車的行駛安全至關(guān)重要，因此汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的零件都稱為保安件。循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器是目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)型式之一，一般有兩級(jí)傳動(dòng)副，第一級(jí)是螺桿螺母?jìng)鲃?dòng)副，第二級(jí)是齒條齒扇傳動(dòng)副。為了減少轉(zhuǎn)向螺桿轉(zhuǎn)向螺母之間的摩擦，二者的螺紋并不直接接觸，其間裝有多個(gè)鋼球，以實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)摩擦。轉(zhuǎn)向螺桿和螺母上都加工出斷面輪廓為兩段或三段不同心圓弧組成的近似半圓的螺旋槽。二者的螺旋槽能配合形成近似圓形斷面的螺旋管狀通道。螺母?jìng)?cè)面有兩對(duì)通孔，可將鋼球從此孔塞入螺旋形通道內(nèi)。轉(zhuǎn)向螺母外有兩根鋼球?qū)Ч?，每根?dǎo)管的兩端分別插入螺母?jìng)?cè)面的一對(duì)通孔中。導(dǎo)管內(nèi)也裝滿了鋼球。這樣，兩根導(dǎo)管和螺母內(nèi)的螺旋管狀通道組合成兩條各自獨(dú)立的封閉的鋼球“流道”。

轉(zhuǎn)向螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過鋼球?qū)⒘鹘o轉(zhuǎn)向螺母，螺母即沿軸向移動(dòng)。同時(shí)，在螺桿及螺母與鋼球間的摩擦力偶作用下，所有鋼球便在螺旋管狀通道內(nèi)滾動(dòng)，形成“球流”。在轉(zhuǎn)向器工作時(shí)，兩列鋼球只是在各自的封閉流道內(nèi)循環(huán)，不會(huì)脫出。

能量轉(zhuǎn)化裝置主要是將之前由齒輪傳動(dòng)收集到的液壓能由液壓泵傳輸?shù)叫钅芷鳟?dāng)中，加以儲(chǔ)存，當(dāng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有需要轉(zhuǎn)向的時(shí)候，通過蓄能器釋放液壓能給液壓缸，通過液壓缸作用于與轉(zhuǎn)向搖臂上，對(duì)轉(zhuǎn)向搖臂施加一個(gè)額外的液壓力，幫助轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向，從而幫助汽車平穩(wěn)，靈敏的進(jìn)行轉(zhuǎn)向。