專利名稱：汽車轉向器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種機械式汽車轉向器。
背景技術：
轉向器是汽車上的重要總成之一，它的主要作用是改變或者保持汽車的行駛方向，其性 能好壞更是衡量汽車操控穩(wěn)定性的重要標志之一。目前實際中采用的主要結構形式有循環(huán)球 式和齒輪齒條式，而齒輪齒條式轉向器更是由于結構簡單、輕巧，操縱靈敏性高，在各類輕
型客(貨)車、轎車、suv等類型的汽車中得到了廣泛的應用。通常，汽車向左轉彎時，其
處于左側的轉向車輪稱之為內輪，處于右側的轉向車輪稱之為外輪；相應的，汽車在向右轉 彎時，其處于右側的轉向車輪稱之為內輪，處于左側的轉向車輪稱之為外輪。理論上，為了 使得汽車轉向時的所有車輪均做純滾動，不發(fā)生額外的磨損，內輪、外輪、兩后輪三者的中
心延長線必須相交于一點(如圖2所示)，為此，內、外轉向輪的轉角應該是不相同的，它們
必須實時地滿足阿克曼曲線(如圖l所示)。但是現(xiàn)有的齒輪齒條式轉向器(包括轉向拉桿) 和循環(huán)球式轉向器均不能使得汽車轉向時內、外轉向輪的轉角滿足阿克曼曲線，那么汽車轉 向時就有某個或者某幾個車輪處于邊滾動邊滑動的狀態(tài)，這樣必然加速了輪胎的磨損，使輪 胎的壽命大大降低。還有，要使得目前汽車轉向器滿足變傳動比的要求比較困難，就是當汽
車小角度轉向時，傳動比要小一些，汽車的轉向靈敏度要大一些；當汽車大角度轉向時，傳 動比要大一些，方向盤操縱力要小一些。
但是現(xiàn)有的齒輪齒條式轉向器(包括轉向拉桿)和循環(huán)球式轉向器均不能使得汽車轉向 時內、外轉向輪的轉角滿足阿克曼曲線，那么汽車轉向時就有某個或者某幾個車輪處于邊滾 動邊滑動的狀態(tài)，這樣必然加速了輪胎的磨損，使輪胎的壽命大大降低。
還有，為了提高汽車高速時的操控穩(wěn)定性和安全性，希望汽車轉向器的傳動比(相當于 方向盤的轉角與車輪轉向角度的比值)是可變的。具體說，就是當汽車小角度轉向時，傳動 比要小一些，汽車的轉向靈敏度要大一些；當汽車大角度轉向時，傳動比要大一些，汽車的 轉向靈敏度要小一些，方向盤操縱力要小一些。但是這樣就會使齒條的加工難度變大，所以 在齒輪齒條轉向器中應用不多，在循環(huán)球式轉向器中也不常見。
現(xiàn)有齒輪齒條式轉向器的結構簡圖如圖3和圖4所示主要由左轉向拉桿104、左防塵套 106、轉向輸入軸107 (可與小齒輪116加工為一體)、轉向器殼體108、右防塵套109、右轉向拉桿111、齒條115、小齒輪116等零件組成。左轉向拉桿104的一端連接球頭銷103，另 一端連接球頭105。右轉向拉桿111的一端連接球頭銷112，另一端連接球頭110。
左轉向拉桿104的左端與左轉向節(jié)102用球頭銷103鉸接，右端與齒條115用球頭105 鉸接。左防塵套106左端和左轉向拉桿104連接，左防塵套106的右端和轉向器殼體108連 接。轉向輸入軸107與小齒輪116固定連接并裝入轉向器殼體108中，齒條115穿過轉向器 殼體108并與小齒輪116嚙合。轉向器殼體108與副車架或車身固定連接(圖中未畫出副車 架與車身)。右防塵套109的左端和轉向器殼體108固定連接，右防塵套109的右端和右轉向 拉桿lll固定連接。右轉向拉桿111的左端與齒條115用球頭110鉸接，右端與右轉向節(jié)113 用球頭銷112鉸接。
工作原理如圖5所示當汽車向左轉彎時，轉向輸入軸107和小齒輪116接受來自經過 轉向管柱傳來的方向盤操縱力，此操縱力驅動小齒輪116逆時針旋轉，小齒輪116驅動齒條 115向右運動，齒條115帶動左轉向拉桿104向右運動，從而左轉向拉桿104帶動左轉向節(jié) 102繞主銷101逆時針旋轉一個角度，同樣地，齒條115帶動右轉向拉桿111向右運動，從而 右轉向拉桿111帶動右轉向節(jié)113繞主銷114逆時針旋轉一個角度。這樣，就使得固定連接于 左、右轉向節(jié)102、 113的左、右車輪(圖中未畫出車輪)繞著主銷101、 114向左旋轉一個 角度，完成了汽車左轉彎的操作。汽車右轉彎時，各個零件的運動情況正好與作轉彎時完全 相反。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種新型汽車轉向器結構，這種結構可以使汽車轉向時 的車輪轉角滿足阿克曼曲線。
本發(fā)明采用以下技術方案 一種汽車轉向器，包括左、右轉向拉桿、轉向器殼體、轉向 輸入軸和固連在轉向輸入軸上的小齒輪，還包括 一凸輪，凸輪中央設有一與所述小齒輪嚙 合的內齒圈，內齒圈的中心可轉動地連接在所述轉向器殼體上，內齒圈的外圍設有一段左側 曲線槽和一段右側曲線槽； 一根左推桿，左推桿的一端設有左銷軸，左銷軸插入左側曲線槽 內，左推桿的另一端與左轉向拉桿相鉸接； 一根右推桿，右推桿的一端設有右銷軸，右銷軸 插入右側曲線槽內，右推桿的另一端與右轉向拉桿相鉸接。
優(yōu)選地，所述左側曲線槽和右側曲線槽關于一個中心平面左右對稱。 優(yōu)選地，所述左側曲線槽和右側曲線槽相互連接，組成一環(huán)形槽。
優(yōu)選地，左推桿與左轉向拉桿通過球頭相鉸接；右推桿與右轉向拉桿通過球頭相鉸接。優(yōu)選地，所述左側曲線槽和右側曲線槽互不相連，為兩個獨立的半環(huán)形槽。 本發(fā)明采用了小齒輪-內齒圈機構和凸輪機構，凸輪上具有不規(guī)則的曲線凹槽，該曲線凹 槽的形狀根據滿足內、外側車輪轉角角度關系的阿克曼曲線設計。轉向器工作，小齒輪帶動 內齒圈，繼而帶動凸輪運動，軸銷在凹槽內沿著凹槽的軌跡移動，帶動拉桿機構一起運動， 就實現(xiàn)了車輪轉向，且左右轉向車輪的轉角符合阿克曼曲線，均做純滾動運動，減少了輪胎 在轉向時的非正常磨損，使得輪胎壽命大大提高。并且，只要合理地設計曲線凹槽的形狀， 就可以使轉向器也能夠實現(xiàn)可變傳動比，當汽車小角度轉向時，傳動比要小一些，汽車的轉 向靈敏度要大一些；當汽車大角度轉向時，傳動比要大一些，汽車的轉向靈敏度要小一些， 操縱力小一些，從而提高了汽車行駛時的操控穩(wěn)定性與安全性。


圖l是現(xiàn)有轉向器的車輪轉角曲線與理論轉角曲線(阿克曼曲線)的對比示意圖。
圖2是汽車轉向原理示意圖。
圖3是現(xiàn)有齒輪齒條式轉向器主視圖。
圖4是現(xiàn)有齒輪齒條式轉向器俯視圖。
圖5是現(xiàn)有齒輪齒條式轉向器工作時的示意圖。
圖6是本發(fā)明一種汽車轉向器的示意圖。
圖7是圖6中凸輪安裝部位的局部放大圖。
圖8是圖7中沿A-A向的局部剖視圖。
圖9是本發(fā)明轉向器工作時的示意圖。
圖10是本發(fā)明中的左推桿21和左銷軸20的裝配示意圖。
圖11是本發(fā)明中的凸輪17的三維示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的結構簡圖如圖6所示主要包括左轉向節(jié)2、左轉向拉桿4、左防塵套6、左推 桿21、左銷軸20、軸7、轉向器殼體8、右銷軸16、右推桿15、右防塵套9、右轉向拉桿11、 右轉向節(jié)13、凸輪17 (包括內齒圈23)、轉向輸入軸18 (可與小齒輪19加工為一體)、小齒 輪19等零件組成。
結合圖6、圖7、圖8、圖ll，凸輪17的中心加工形成內齒圈23，與小齒輪19嚙合，內齒圈的中心通過軸7可轉動地連接在轉向器殼體8上。凸輪17的端面上、在內齒圈23的外 圍刻有一圈環(huán)形凹槽22，它包括一段左側曲線槽221和一段右側曲線槽222 (如圖7所示)， 左側曲線槽221和右側曲線槽222關于一個中心平面B左右對稱。凹槽22對于本發(fā)明非常關 鍵，實際上轉向器能否使得左右轉向車輪在轉向時的轉角滿足阿克曼曲線和實現(xiàn)轉向器的的 變傳動比要求，完全是靠凹槽22的軌跡曲線(也就是左側曲線槽221和右側曲線槽222的形 狀)決定的。
左轉向拉桿4的一端通過球頭銷3與左轉向節(jié)2連接，另一端通過球頭5與左推桿21連 接。右轉向拉桿11的一端通過球頭銷12與右轉向節(jié)13連接，另一端通過球頭10與右推桿 15連接。左防塵套6左端和左轉向拉桿4固定連接，左防塵套6的右端和轉向器殼體8固定 連接。軸7與凸輪17固定連接并裝入轉向器殼體8中，凸輪17可繞軸7轉動。左銷軸20固 定在左推桿21的右端，見圖10，左推桿21的右端插入轉向器殼體8內，左銷軸20插入凸輪 的左側曲線槽221內，并可以沿左側曲線槽221的曲線軌跡滑動。相應地，右銷軸16固定在 右推桿15的左端，右推桿15的左端插入轉向器殼體8內，右銷軸16插入凸輪的右側曲線槽 222內，并可以沿右側曲線槽222的曲線軌跡滑動。轉向器殼體8與副車架或車身(圖中未示 出)固定連接。右防塵套9的左端和轉向器殼體8固定連接，右防塵套9的右端和右轉向拉 桿11固定連接。轉向輸入軸18和小齒輪19固定連接并裝入轉向器殼體8中，小齒輪19與 凸輪17中的內齒圈23嚙合。圖中為了明了清晰，略去了軸承、螺栓螺母、左、右推桿的導 向套和密封圈等零件。所述的左、右防塵套6、 9的材料可以為橡膠、塑料、熱塑性彈性體等 彈性材料，其它零件的材料不做限制，可以用鋼鐵、鋁等金屬材料制作，也可以是陶瓷等非 金屬材料，只要能夠滿足功能要求即可。文中所述的"固定連接(或固連)"方式不做限制， 可以為螺紋連接、焊接、鉚接、粘合等方式。
本發(fā)明的工作原理如圖9所示當汽車向左轉彎時，轉向輸入軸18和小齒輪19接受來 自經過轉向管柱傳來的方向盤操縱力，此操縱力驅動小齒輪19逆時針旋轉，小齒輪19驅動 凸輪17逆時針旋轉，凸輪17上的左側曲線槽221在與左銷軸20相對滑動的過程中拉動左推 桿21向右運動，從而左轉向拉桿4帶動左轉向節(jié)2繞主銷1逆時針旋轉一個角度；同時，右 側曲線槽222在與右銷軸16相對滑動的過程中推動右推桿15向右運動，從而右轉向拉桿11 蒂動右轉向節(jié)13繞主銷14也逆時針旋轉一個角度。這樣，就使得固定連接于左、右轉向節(jié)2、 13上的左、右轉向車輪(圖中未畫出車輪)繞著主銷l、 14向左旋轉一個角度，完成了汽車 左轉彎的操作。汽車右轉彎時，各個零件的運動情況正好與左轉彎時完全相反。
根據左、右輪轉角關系設計本轉向器中凸輪17上左側曲線槽221和右側曲線槽222的形狀，就能使得左、右轉向車輪的轉角實時地滿足阿克曼曲線，使汽車轉向時每個車輪均做純 滾動運動，輪胎壽命大大提高。并且轉向器也能夠實現(xiàn)當汽車小角度轉向時，轉向傳動比要 小一些，汽車的轉向靈敏度要大一些，當汽車大角度轉向時，轉向傳動比要大一些，操縱力 小一些這一變傳動比要求，提高了汽車行駛時的操控穩(wěn)定性與安全性。
本發(fā)明的汽車轉向器之所以能夠實現(xiàn)左、右轉向車輪在轉向時的轉角滿足阿克曼曲線(從 而提高輪胎的使用壽命)，還能滿足轉向器的的變傳動比要求，是因為本發(fā)明利用了凸輪上的 曲線槽來控制左、右推桿的運動距離，進而控制左、右車輪的轉向角度。而眾所周知，凸輪 機構可以實現(xiàn)任意軌跡的運動曲線，因此總能夠設計出一個凸輪，利用凸輪上的曲線槽形狀 配上合適的推桿機構，使得左右轉向車輪在轉向時的轉角」下好滿足阿克曼曲線(從而提高輪 胎的使用壽命)，還能滿足轉向器的的變傳動比要求。
在本實施例中，左側曲線槽221和右側曲線槽222相互連接構成了一個封閉的環(huán)形槽。 但可以很容易地理解，在左側曲線槽221和右側曲線槽222不是相互封閉的情況下，只要合 理設計它們的形狀，也可以使左、右車輪在轉向時的轉角正好滿足阿克曼曲線，也可以實施 本發(fā)明。
本發(fā)明不僅可以應用于各類汽車，而且可以應用于各類工程車輛、拖拉機等。
權利要求
1. 一種汽車轉向器，包括左、右轉向拉桿、轉向器殼體、轉向輸入軸和固連在轉向輸入軸上的小齒輪，其特征是還包括一凸輪，凸輪中央設有一與所述小齒輪嚙合的內齒圈，內齒圈的中心可轉動地連接在所述轉向器殼體上，內齒圈的外圍設有一段左側曲線槽和一段右側曲線槽；一根左推桿，左推桿的一端設有左銷軸，左銷軸插入左側曲線槽內，左推桿的另一端與左轉向拉桿相鉸接；一根右推桿，右推桿的一端設有右銷軸，右銷軸插入右側曲線槽內，右推桿的另一端與右轉向拉桿相鉸接。
2. 根據權利要求1所述的汽車轉向器，其特征是所述左側曲線槽和右側曲線槽關于一個中 心平面左右對稱。
3. 根據權利要求2所述的汽車轉向器，其特征是所述左側曲線槽和右側曲線槽相互連接， 組成一環(huán)形槽。
4. 根據權利要求1所述的汽車轉向器，其特征是左推桿與左轉向拉桿通過球頭相鉸接；右 推桿與右轉向拉桿通過球頭相鉸接。
5. 根據權利要求2所述的汽車轉向器，其特征是所述左側曲線槽和右側曲線槽互不相連， 為兩個獨立的半環(huán)形槽。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種汽車轉向器。包括左、右轉向拉桿、轉向器殼體、轉向輸入軸和小齒輪、左推桿、右推桿及一凸輪，凸輪中央設有一與小齒輪嚙合的內齒圈，內齒圈的中心可轉動地連接在轉向器殼體上，內齒圈的外圍設有一段左側曲線槽和一段右側曲線槽；左推桿的一端設有左銷軸，左銷軸插入左側曲線槽內，左推桿的另一端與左轉向拉桿相鉸接；右推桿的一端設有右銷軸，右銷軸插入右側曲線槽內，右推桿的另一端與右轉向拉桿相鉸接。本發(fā)明運用凸輪機構，使得左、右轉向車輪的轉角實時地滿足阿克曼曲線，使汽車轉向時每個車輪均做純滾動運動，減少了輪胎在轉向時的非正常磨損，使得輪胎壽命大大提高。并且也能夠實現(xiàn)可變傳動比，提高了操控穩(wěn)定性與安全性。
文檔編號B62D3/02GK101417669SQ20081020388
公開日2009年4月29日 申請日期2008年12月2日 優(yōu)先權日2008年12月2日
發(fā)明者平 張 申請人:上海汽車集團股份有限公司