CN101033788A - 蜗轮减速器及电力转向装置 - Google Patents

Abstract

在一种用于降低传递到蜗杆的旋转运动并将降低的旋转运动传递到蜗轮上的蜗轮减速器中，该蜗轮减速器由蜗杆和蜗轮构成，在蜗杆的外围上形成有螺纹面，在蜗轮的外围表面上形成有蜗轮齿，该蜗轮齿与蜗杆的螺纹面啮合，蜗轮齿被形成使得蜗轮的导程角小于蜗杆的导程角。

Description

蜗轮减速器及电力转向装置

技术领域

本发明涉及一种蜗轮减速器(worm reducer)，用于降低传递到蜗杆(worm)的旋转运动并将降低的旋转运动传递到蜗轮上，和一种具有这种蜗轮减速器的电力转向装置。

背景技术

近年来，车辆具有了电力转向装置，用于通过减速机构降低作为用于转向辅助的驱动源的电动马达的旋转运动，并将降低的旋转运动传递到转向机构，来帮助转向。这种电力转向机构采用了蜗轮减速器，它作为减速机构由蜗杆和蜗轮构成，通过电动马达，将转向辅助作用力传递到转向轴上。

图9是显示现有蜗轮减速器的视图。图9(a)是显示蜗杆的视图，图9(b)是显示蜗轮的周围表面的视图。在图9(a)中，在金属制成的蜗杆110的外围上形成若干螺纹面112，从蜗杆110的外围表面111突出。另一方面，在图9(b)中，在合成树脂制成的蜗轮120的周围表面上形成若干蜗轮齿121，这些蜗轮齿121与蜗杆110的螺纹面112啮合。作为电力转向装置所使用的的减速机构的蜗轮减速器，它必须具有不会自锁、能够反向操作的结构，它提供了较大的蜗杆110和蜗轮120的导程角(lead angle)。

而且，在现有的蜗轮减速器中，如图9(b)所示，蜗轮120周围表面上的蜗轮齿121通常用如图10所示的滚刀130形成。该滚刀130具有切割刃132，每个切割刃132具有用于在外围切出齿来的切口131。蜗轮120的周围表面通过切割刃132而被切出齿来，从而形成蜗轮齿121。

如果用于形成蜗轮齿121的滚刀130的直径D1与和蜗轮120啮合的蜗杆110的直径D2相等，则蜗杆110和蜗轮120之间的啮合接触面积较大。当滚刀130的直径D1变得大于蜗杆110的直径D2时，啮合接触面积变小。为此，一般的，在需要高持久性的蜗轮减速器的情况下，蜗杆110和蜗轮120之间的啮合接触面积增加，以减小负载于齿面上的表面压力。

但是，近年来，在现有的蜗轮减速器中，如图9所示，构成蜗轮120的合成树脂的强度增大，从而提高了持久性。相应的，蜗杆110的强度出现了不足。蜗杆110的强度可以通过增加蜗杆110的直径D2来增加。但是，在现有的蜗轮减速器中，考虑到结构，难以增加蜗杆110的直径D2，同时保持预定的蜗轮120的轮径和能够反向操作的蜗杆110的导程角。

而且，希望用于形成蜗轮120的蜗轮齿121的滚刀130具有与蜗杆110相同的直径，以便增加蜗杆110和蜗轮120之间的啮合接触面积。在此情况下，滚刀130的切割刃132(具有切口131)强度较弱，而且可能会断裂。因此，在现有的蜗轮减速器中，考虑到强度，在制造蜗轮120的齿面时，需要滚刀120具有大于蜗杆110直径的直径。这样，如上所述，由于滚刀130的直径D1变得大于蜗杆110的直径，因此蜗杆110和蜗轮120之间的啮合接触面积减小。这有利地导致了负载于齿面上的压力增加。

而且，现有的蜗轮减速器为直角式的，其中电动马达转轴的轴线同轴地连接于蜗杆110上，且蜗轮120压配于其中的转向轴的轴线，这两条轴线以非交叉状态彼此成直角。因此，限制了电动马达的安装布局。而且，在近年来电力转向装置的高输出功率的进步下，与蜗杆110的螺纹面112啮合的蜗轮齿121需要具有高强度。然而，在现有的直角式蜗轮减速器中，难以保证蜗轮齿121的足够强度。

而且，在现有的蜗轮减速器中，其中蜗轮120的齿面采用具有大于蜗杆110直径的直径的滚刀130制成，因此滚刀130的导程角与蜗杆110的不同。因此，以它们校正的角度进行切割齿，使得蜗轮120的导程角在节距点处适合于蜗杆110的导程角。然而，在这些蜗杆110和蜗轮120中，担心在除了节距点的区域处产生干扰。为了避免在除了节距点的区域产生干扰，提出了一种采用蜗轮的倾斜交叉式的蜗轮减速器，其中蜗轮齿121的切削痕迹在齿线上保持不变。但是，在此情况下，相互啮合的区域处的接触为点接触，且因此啮合区域的表面压力变得较高。结果，将降低蜗轮减速器的持久性。

发明内容

根据以上情况，已经实现了本发明。本发明的目的是提供一种蜗轮减速器，通过在增加的模数(module)下提高强度，同时保持能反向操作的蜗杆的导程角和蜗杆与蜗轮之间的中心距，该蜗轮减速器能够在尺寸减小上有所改进并且能够提高寿命；和一种具有这种蜗轮减速器的电力转向装置。

为了实现上述目的，根据本发明第一方面，提供了一种蜗轮减速器，包括：

蜗杆，在其外周围表面上具有螺纹面；和

蜗轮，具有在其周围表面上形成的蜗轮齿，该蜗轮齿与蜗杆的螺纹面啮合，

其中蜗杆的旋转运动被降低并传递到蜗轮上，且

蜗轮的导程角小于蜗杆的导程角。

根据本发明第二方面，如本发明第一方面所述，优选地，通过使用具有加工螺纹面的加工电镀蜗杆，蜗轮齿被形成在蜗轮的周围表面上，

加工螺纹面的形状与蜗杆的形状相同，且

磨粒被电镀在加工螺纹面上。

根据本发明第三方面，如本发明第一方面所述，优选地，通过使用具有加工螺纹面的加工电镀蜗杆，蜗轮齿被形成在周围表面上，

磨粒被电镀在加工螺纹面上，

加工螺纹面的齿形与蜗杆的螺纹面相同，且

加工螺纹面的齿顶圆的直径和齿基圆的直径比蜗杆的螺纹面的大。

根据本发明第四方面，提供了一种电力转向装置，包括：

根据权利要求1的蜗轮减速器；

具有连接于蜗杆的旋转轴的电动马达；和

转向轴，其外周围被压配到压配的蜗轮上。

其中电动马达的旋转运动被降低并通过蜗杆和蜗轮传递到转向轴上，从而便于转向操作。

在根据本发明的蜗杆中，由于蜗轮齿形成为使蜗轮的导程角小于蜗杆的导程角，因此对于蜗杆的每次转动，能够减小蜗轮的导程(节距)量。由此，在蜗杆和蜗轮之间的中心距离和蜗轮减速器的减速比固定的情况下，蜗轮齿的模数能够比现有的蜗轮减速器增加。结果，能够实现蜗杆和蜗轮的高强度。另一方面，在蜗轮减速器的减速比和蜗轮齿的模数固定的情况下，蜗杆和蜗轮之间的中心距离能够比现有的蜗轮减速器减小。由此，能够减小蜗轮减速器的尺寸。

而且，在根据本发明的蜗轮减速器中，利用加工电镀蜗杆，在蜗轮的周围表面上形成蜗轮齿，其中磨粒被电镀在另一蜗杆的螺纹面上，该该另一螺杆与和蜗轮结合的蜗杆的形状相同。这样，由于在除了蜗轮齿的节距点的区域的导程角也能够匹配，因此能够避免干扰，而且还能够形成在蜗轮齿和螺纹面之间有较大接触面积的齿面。结果，能够避免干扰，而且不会增加表面压力，从而能够提高蜗轮的持久性和防磨性，由此防止了蜗轮减速器的寿命减小。

另外，可以采用加工电镀蜗杆，其中磨粒被电镀在另一蜗杆的螺纹面上，该另一螺杆的齿面形状与和蜗轮结合的蜗杆中的齿面形状相同，且该另一螺杆的齿顶圆和齿基圆的直径比和蜗轮结合的蜗杆的大。由此，可以获得如下优点，与当加工电镀蜗杆的形状与和蜗轮结合的蜗杆的形状相同时获得的优点一样。另外，当要被致动啮合的蜗杆与蜗轮结合时，能够获得齿尖间隙。结果，能够应付尺寸误差和长期的磨损，而且能够提高传动效率。

而且，在根据本发明的电力转向装置中，采用了上述的蜗轮减速器，作为将用于转向辅助的电动马达的旋转运动传递到转向机构的减速机构。这样，可以防止设备的寿命减小。另外，由于减速机构的尺寸减小了，因此可以提高设备布局的灵活性。

附图说明

图1为说明根据本发明实施例的电力转向装置的示意结构的视图；

图2为根据本发明实施例的电力转向装置中的减速机构主要部分的截面图；

图3A为显示根据本发明实施例的蜗轮减速器的蜗杆的视图；

图3B为显示本发明实施例的蜗轮减速器的蜗轮周围表面的视图；

图4为显示根据本发明实施例的蜗轮减速器的蜗杆和蜗轮的组合状态的俯视图；

图5为显示在蜗轮减速器的减速比和蜗杆与蜗轮之间的中心距离固定的情况下，蜗杆和蜗轮的轴交角和蜗轮的模数之间关系的视图；

图6为显示在蜗轮减速器的减速比和蜗轮的模数固定的情况下，蜗杆和蜗轮的轴交角和蜗杆与蜗轮之间的中心距离之间关系的视图；

图7为显示用于加工本发明蜗轮减速器的蜗轮的蜗轮齿的加工工具的视图；

图8A为显示本发明的蜗轮减速器中的蜗轮和蜗杆之间的轴交角的视图；

图8B为显示本发明的蜗轮和电镀蜗杆之间的轴交角的视图；

图8C为显示蜗轮和已知滚刀之间的轴交角的视图；

图9A为显示现有技术的蜗轮减速器中的蜗杆的视图；

图9B为显示现有技术的蜗轮减速器中的蜗轮的周围表面的视图；和

图10为显示用于加工现有技术蜗轮减速器的蜗轮上的蜗轮齿的加工工具的视图。

具体实施方式

现在将参照附图给出本发明实施例的说明。

图1为说明根据本实施例的立式电力转向装置示意构造的视图。在图1中，方向盘1的立轴2通过万向节3、4以及齿条机构5与转向轮6、6的拉杆7、7相连接。立轴2具有结合在壳体8内的减速机构(或蜗轮减速器)9。有电动马达10连接到壳体8上，用于转向辅助，它通过减速机构9与立轴2相连接。

图2为根据本实施例的电力转向装置中的减速机构9的主要部分的截面图。在图2中，壳体8结合了蜗轮12，该蜗轮12被压配在从柱身2伸出的转向轴11的外围上，并将蜗杆14同轴地结合到电动马达10的旋转轴13上，以便与蜗轮12啮合。也就是，根据本实施例的电力转向装置的减速机构9是这样的蜗轮减速机构9，它由蜗轮12和蜗杆14构成，其中将通过蜗杆14和蜗轮12减小的电动马达10的旋转运动传递到转向轴11。

将参照图3至8给出关于根据本实施例的蜗轮减速器9的说明。

图3为显示根据本实施例的蜗轮减速器的视图。图3(a)为显示蜗轮减速器9的蜗杆14的视图。图3(b)为显示蜗轮减速器9的蜗轮12周围表面的视图。图4为显示根据本实施例的蜗轮减速器9的蜗杆14和蜗轮12结合状态的俯视图。

在图3(a)中，在金属制成的蜗杆14的外围上，形成有若干螺纹面16，它们从蜗杆14的外围表面处突出。另一方面，在图3(b)中，在合成树脂制成的蜗轮12的周围表面上，形成有若干蜗轮齿17，它们与蜗杆14的螺纹面16啮合。在根据本实施例的蜗轮减速器9中，蜗轮12的导程角小于蜗杆14的导程角。如图4所示，蜗杆14和蜗轮12彼此结合，处于它们的轴线彼此倾斜交叉的状态下。

图5为显示蜗杆和蜗轮的轴交角和蜗轮的模数之间关系的图表，其中蜗轮减速器的减速比和蜗轮与蜗杆之间的中心距离是固定的。在该图表中，可以看到，蜗轮的模数随着轴交角的增加而增大。因此，在根据本实施例的蜗轮减速器9中，由于蜗轮12的导程角小于蜗杆14的导程角，因此能够减小蜗杆14的每次转动的蜗轮12的导程量(节距量)。由此，可以增加蜗轮12的最大模数。结果，可以实现蜗轮12和蜗杆14的高强度。

图6为显示蜗杆和蜗轮的轴交角和蜗轮与蜗杆之间的中心距离之间关系的图表，其中蜗轮减速器的减速比和蜗轮的模数是固定的。在该图表中，可以看到，蜗杆与蜗轮之间的中心距离随着轴交角的增加而减小。由此，通过减小蜗杆14和蜗轮12之间的中心距离，还可以减小根据本实施例的蜗轮减速器9的尺寸。

图7为显示用于制造根据本实施例的蜗轮减速器9的蜗轮12的蜗轮齿17的加工工具的视图。图8为说明采用根据本实施例的加工工具时的轴交角与采用传统加工工具的滚刀130时的轴交角对照的视图。如图7所示，在本实施例中，采用了加工电镀蜗杆14A，作为用于制造蜗轮齿17的加工工具，其中在具有与蜗杆14相同形状的该加工电镀蜗杆的螺纹面16A上电镀有若干磨粒。

在采用传统滚刀130(参见图10)制造根据本实施例的蜗轮12的蜗轮齿17时，由于作为加工工具的滚刀130和蜗轮12之间的轴交角(图8(c))与实际结合起来的蜗杆14和蜗轮12之间的轴交角(图8(a))不同，因而看情况，无法避免除了啮合区域的节距点之外的区域中的干扰。然而，在本实施例中，由于蜗轮齿17是用具有与蜗杆14相同形状的加工电镀蜗杆14A制造的，因此作为加工工具的加工电镀蜗杆14A和蜗轮12之间的轴交角可以做得与实际结合起来的蜗杆14和蜗轮12之间的轴交角一致。于是，除了啮合区域中的节距点之外的区域中的导程角也能够彼此匹配。结果，可以避免干扰，而不会增加啮合区域上的表面压力，从而能够防止蜗轮减速器9的寿命减少。

另外，在本实施例中，采用了具有与蜗杆14形状相同的形状的蜗杆作为加工电镀蜗杆14A。但是，可以采用这样的蜗杆，而不限于上面的蜗杆，其中在另一蜗杆的螺纹面上电镀了若干磨粒，该另一蜗杆齿面(螺纹面)的形状与蜗杆14的相同，并且具有比蜗杆14的大的齿顶圆直径(图7中的d1)和齿基圆直径(图7中的d2)。由于此，可以获得当使用加工电镀蜗杆14A时所得到的相同优点。另外，当蜗杆14和蜗轮12结合时，能够获得齿尖间隙。结果，可以应付尺寸误差和长期磨损，而且能够提高传动效率。

本发明不应当限于这里说明的实施例，而是能够在不离开本发明精髓的情况下适当地变化。

Claims (4)

1.一种蜗轮减速器，包括：

蜗杆，在其外周围表面上具有螺纹面；和

蜗轮，具有在其周围表面上形成的蜗轮齿，该蜗轮齿与蜗杆的螺纹面啮合，

其中蜗杆的旋转运动被降低并传递到蜗轮上，且

蜗轮的导程角小于蜗杆的导程角。

2.根据权利要求1的蜗轮减速器，其中通过使用具有加工螺纹面的加工电镀蜗杆，该蜗轮齿被形成在蜗轮的周围表面上，

加工螺纹面的形状与蜗杆的形状相同，且

磨粒被电镀在加工螺纹面上。

3.根据权利要求1的蜗轮减速器，其中通过使用具有加工螺纹面的加工电镀蜗杆，蜗轮齿被形成在周围表面上，

磨粒被电镀在加工螺纹面上，

加工螺纹面的齿形与蜗杆的螺纹面相同，且

加工螺纹面的齿顶圆的直径和齿基圆的直径比蜗杆的螺纹面的大。

4.电力转向装置，包括：

根据权利要求1的蜗轮减速器；

具有连接于蜗杆的旋转轴的电动马达；和

转向轴，其外周围被压配到压配的蜗轮上。

其中电动马达的旋转运动被降低并通过蜗杆和蜗轮传递到转向轴上，从而便于转向操作。

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