一种辅助回正及极限阻尼式转向器 【技术领域】
本发明涉及汽车转向系统，具体涉及一种汽车辅助回正及极限阻尼消声机构齿条转向器。
背景技术
目前，每年市场上都有新车型不断推出，对于同一个汽车设计制造厂来说，一些同级别车型的底盘基本上都是通用，只有其他系统或底盘的某些参数上作适量调整，其间很多新车在研发中均会遇到由于整车的配置、轴荷、轴距或发动机等的变动而造成整车其中的某项性能或多或少的改变。
试验数据显示转向轮定位参数、轴荷、转向系统配置都会较大的影响整车的回正性，因为受到设计、验证、改动成本等外部条件的限制，在整车做小改动的情况下，回正性能会在一定的范围内损失。如果分为助力转向系统和机械转向系统两种配置，在整车设计中就必须兼顾两种配置来设计转向器的参数，通用性差。
在齿轮齿条液压助力转向系统中，由于其回正时转向液的流动，使系统的阻尼加大，摩擦加剧也存在转向回正性能较无助力系统差的特性。
在电动助力转向系统中，通过电机控制策略，可以使回正性能得到一定的补偿。但是由于转向器可靠性能的高要求，使得内部机构间运动副的摩擦力控制要求提高。
同时由于各个车型方向盘转动的总圈数都不一样，所以在操作过程中，会出现齿条在极限位置时的金属冲击，产生噪音，影响整车的舒适性。特别对于机械转向器而言，严重时会影响转向器的使用寿命。
图1所示的现有技术的齿轮齿条转向器结构，包括齿条11、限位块12、齿条衬套13、转向器壳体14、内球头总成15，齿条防尘罩16。这种转向器就是通过齿条和小齿轮来传递扭矩，正向传递是驾驶者将属于给转向盘的扭矩通过传动从小齿轮输入，经过齿轮齿条的啮合，转化为齿条的轴向移动输出，起到传递扭矩的功能；其在反向传动时，即整车回正时，则通过齿条输入带动小齿轮转动；这种转向器对转向系统的阻尼影响是通过各运动副的摩擦力来实现，例如齿条和齿条支撑座间的滑动摩擦力、小齿轮和齿条间的啮合阻力、齿条和齿条衬套的滑动摩擦力等。这些结构一旦确定就不易改变，且间隙调节范围非常有限，另外一致性难以控制。所以，可以说现有技术齿轮齿条转向器基本不具备进行转向辅助回正的功能，同时极限位置的金属撞击声，同样不可避免。
【发明内容】
针对现有技术的不足，本发明提供一种辅助回正及极限阻尼式转向器，该转向器具备增加整车转向回正时的回正力、对转向系统阻尼进行适时调节的功能。
本发明公开了一种辅助回正及极限阻尼式转向器，包括齿条、限位块、齿条衬套、转向器壳体、内球头总成以及齿条防尘罩，齿条装于壳体中，部分齿条伸出壳体，限位块与壳体前端内螺纹孔螺纹连接配合，齿条衬套与限位块相邻且与壳体内孔过盈配合，齿条衬套同齿条气密性配合，内球头总成前端与齿条内孔螺纹连接，其特征在于，还包括弹簧座和螺旋弹簧，弹簧座过盈压装入壳体内，弹簧座与齿条间隙配合，螺旋弹簧位于内球头总成的内球头座与弹簧座之间。内球头座和螺旋弹簧座之间形成一个密封腔体，通过齿条上的通孔进行左右腔体内的气体交换。
进一步，所述弹簧座具有弹簧安装槽和齿条行程限位面，齿条行程限位面对内球头座进行限位，控制齿条的运动行程。齿条行程限位面上具有细小的波纹，以减少齿条行程限位面与内球头座的接触面积。所述弹簧座为塑料材质。
采用上述结构，一方面可以增加整车转向回正时的回正力，弥补由于齿条轴向力增加造成的转向器总成齿条移动力；另一方面改善了转向极限位置的手感，在转向极限位置进行缓冲，可以消除极限位置的发出的金属碰撞声。
【附图说明】
图1：现有的齿轮齿条转向器右侧结构示意图；
图2：本发明转向器右侧横拉杆处的结构示意图；
图3：本发明的结构原理图；
图4：弹簧座结构视图。
图中：1、11-齿条；
2、12-限位块；
3、13-齿条衬套；
4、14-转向器壳体；
5、15-内球头总成；
6、16-齿条防尘罩；
7-弹簧座；
8-螺旋弹簧；
9-通孔；
10-密封腔体；
17-弹簧安装槽；
18-齿条行程限位面。
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明进行具体描述。
转向器在左右两侧的横拉杆处结构对称，图2示出了转向器右侧横拉杆处的结构，转向器具体包括齿条1、限位块2、齿条衬套3、转向器壳体4、内球头总成5、齿条防尘罩6、弹簧座7以及螺旋弹簧8。齿条1装于壳体4中，部分齿条伸出壳体，限位块2与壳体4前端内螺纹孔螺纹连接配合，齿条衬套3与限位块2相邻且与壳体4内孔过盈配合，齿条衬套4同齿条1气密性配合，内球头总成5前端与齿条1内孔螺纹连接。弹簧座7过盈压装入壳体4内，弹簧座7与齿条1间隙配合，螺旋弹簧8位于内球头总成5的内球头座与弹簧座7之间。转向器左右两个内球头座和左右两个螺旋弹簧座7分别套装有左、右螺旋弹簧8，这样左右形成两个密封腔体10，通过齿条上的通孔9进行左右腔体内的气体交换。
在转向盘没有转角输入时，齿条处于中间平衡位置，参见图3，此时活塞所受左右弹簧力相等，实现平衡；当有方向盘转角输入时，转向器小齿轮通过齿轮齿条的啮合，使齿条产生相应的轴向移动，这样同齿条连接的活塞一旦偏离平衡位置，左右地弹簧将产生不等的作用力，假设活塞移动X，则活塞受到的弹簧力为：(沿齿条轴向)
F＝F1-Fr＝k*(ΔX+x)-k*(ΔX+x)＝2kx
其中F1表示左弹簧力，Fr表示右弹簧力，k表示弹性系数。即一旦活塞偏离平衡位置xmm，弹簧将产生2kx的回正力，回正力在转向完成后会促使齿条回到中间平衡位置，利用此特性可实现转向器辅助回正功能。同时，在整车转向轮受到路面的突然冲击或者侧向力作用时，齿条会产生左右的小移动，本发明由于上述增加的左右弹簧的作用，对于出现的齿条小位移可以起到很好的抑制作用。
本发明中，对弹簧座结构进行了优化，具体如图4所示。
弹簧座具有弹簧安装槽17和齿条行程限位面18，一方面齿条行程限位面18对内球头座5进行限位，从而控制齿条11的运动行程，满足整车转向要求；另一方面，齿条行程限位面18上具有细小的波纹，能够在结构上减少了与内球头座5的接触面积，同时有弹簧对系统的阻尼作用；进一步用塑料材质替代金属材质，可以有效避免齿条在极限位置冲击产生的金属噪音，提高了驾驶的舒适性。
螺旋弹簧的设计，是本发明的关键件，其可控制回正力矩大小，实现转向时储存能量，回正时释放能量。