CN101155721A - 齿轮齿条式转向设备 - Google Patents

Abstract

齿轮齿条式转向设备10包括连接于转向轴的小齿轮轴11，与该小齿轮啮合的齿条轴12，以及具有适于在该齿条轴12的背面上滚动的金属滚子16，并且适于经由该金属滚子16支撑该齿条轴12的齿条导块14，其中该金属滚子16具有在圆周方向部分地固定于其滚动接触表面29的弹性元件32，因而该金属滚子16在滚动接触表面29的金属部分和该弹性元件32两者处与该齿条轴12的背面接触。通过这种结构，能够抑制不正常噪声的产生，并且能够实现增加车辆的驱动稳定性。

Description

齿轮齿条式转向设备

技术领域

本发明涉及齿轮齿条式转向设备(rack and pinion steering gear)，例如，使用在诸如机动车辆的车辆的转向系统中。

背景技术

齿轮齿条式转向系统是例如包括连接于通过操纵转向盘转动的转向轴的小齿轮，和与该小齿轮啮合以沿着与该小齿轮的旋转轴线相交的轴向直线移动的齿条轴，从而车轮依靠齿条轴的直线运动转向。

借助于操作转向盘分离力作用在齿条轴与小齿轮啮合的啮合部分的小齿轮的齿面和齿条轴的齿面之间，因此齿条轴倾向于与小齿轮分离因而在啮合部分产生间隙。但是齿条轴通过齿条导块向小齿轮轴偏置，该齿条导块设置在横过该齿条轴的小齿轮的相对侧上，因此设计防止在啮合部分产生间隙。

在类似这种齿轮齿条式转向设备中，有两种类型：滑动接触型和滚动接触型，在滑动接触型中，齿条导块和齿条轴相互成滑动接触，在滚动接触型中，滚子设置在齿条导块和齿条轴之间。

作为滚动接触型齿轮齿条式转向设备的一个例子，有一种已知的齿轮齿条式转向设备，其中齿条导块由在齿条轴的背面上滚动的滚子和以滚动方式支撑该滚子的壳体构成，并且对滚子的滚动接触表面、滚子旋转轴的表面以及滚子壳体支撑侧的表面进行表面硬化处理(例如，参考专利文献1)。此外，作为齿轮齿条式转向设备的另一个例子，有一种已知的齿轮齿条式转向设备，其中滚子用树脂材料涂敷(例如，参考专利文献2)。

专利文献1：日本专利未审查公开No.JP-A-2004-322716

专利文献2：日本专利未审查公开No.JP-A-2002-079946

发明内容

本发明要解决的问题

在常规的滚动接触型齿轮齿条式转向设备中，通常的实践是，由于功能性的便利，齿条轴、滚子、滚子的旋转轴以及滚子壳体用金属制造，并且因此，构成部件之间的接触是金属接触。

当车辆行驶时，由于道路表面的不规则，车辆的车轮产生侧向摆动，因而齿条轴沿着其轴向微小地振动，在齿条轴、滚子、滚子的旋转轴和滚子壳体之间的接触是金属接触的情况下，齿条轴的振动能量很难被抑制。由于这个原因，微小的振荡很容易发生在小齿轮和齿条轴之间的啮合部分、齿条轴和滚子之间的接触部分以及滚子圆周上的部分，导致产生不正常的振动噪声。

在上述专利文献2中所公开的齿轮齿条式转向设备中，通过用树脂材料涂敷滚子来防止齿条轴和滚子之间的金属接触。但是，在该情况下，包括从齿条轴施加于齿条导块的分离力的所有载荷由树脂材料承受，这是关于引起树脂材料早期蠕变(creep)的原因。

此外，在专利文献2中，公开了一种结构，其中与齿条轴接触的滑动接触部分设置在齿条导块基底上，以便散布从齿条轴向齿条导块施加的载荷，从而帮助树脂材料承受载荷。但是，在滚动接触型齿轮齿条式转向设备中，初始的目标是在齿条轴和齿条导块之间设置滚子以实现滚动接触，以便实现减小该齿条轴和齿条导块之间的阻力和磨损，因此，给出通过提供滑动接触部分不能实现有关目标的原因。

考虑到上述情况提出本发明，并且本发明的目的是提供一种滚动接触型齿轮齿条式转向设备，其能够抑制不正常噪声的产生，并且实现车辆驱动稳定性的增加。

考虑到实现上述目的，根据本发明，提供一种齿轮齿条式转向设备，包括连接于转向轴的小齿轮轴，与该小齿轮啮合的齿条轴，以及具有适于在该齿条轴的背面上滚动的金属滚子的齿条导块，并且该齿条导块经由该金属滚子支撑该齿条轴，其中该金属滚子具有沿着圆周方向部分地固定于其滚动接触表面的弹性元件，并且该金属滚子在该滚动接触表面的金属部分和该弹性元件两者处与该齿条轴的背面接触。

根据该结构，弹性元件设置在被施加最大振动能量的齿条轴和金属滚子之间，使得齿条轴的振动能量能够被该弹性元件吸收。通过这种结构，对金属滚子和位于其圆周上的部件的振动传递被抑制，以便减小不正常噪声，否则通过在小齿轮和齿条轴之间的啮合部分、齿条轴和金属滚子以及位于该金属滚子圆周上的部件之间的接触部分的微小振动引起该不正常噪声。结果，能够为包括驾驶员的乘员提供舒适的内部环境。

此外，当通过操作转向盘而小齿轮转动并且齿条轴沿着其轴向开始其直线运动时，齿条轴进行这种运动，同时压靠金属滚子上的弹性元件，并且转向力也用于压紧该弹性元件。因此，在转向操作范围内，其中转向盘通过例如来自例如直线向前行驶状态的微小的转向角被操作，转向盘的操作和车轮的运动之间的关系不是从0(零)线性地上升，而是以二次曲线形状的方式上升，因而，相对于转向盘的操作，车轮的运动不会变得太激烈，以便能够获得较少疲劳驾驶的稳定性。

而且，包括从齿条轴向齿条导块施加的在小齿轮和齿条轴之间的啮合部分的分离力的载荷不仅能够由滚子的弹性元件，而且也可以由该滚子的滚动接触表面的金属部分承受，因而能够防止该弹性元件的早期蠕变，并且当过分的载荷被输入时能够减少该弹性元件损坏的可能性。结果，上述效果能够持续很长的时间。

本发明的优点

根据本发明的齿轮齿条式转向设备，不仅能够抑制不正常的噪声的产生，而且能够实现增加驱动的稳定性。

附图说明

图1是示出根据本发明的齿轮齿条式转向设备的实施例的剖视图；

图2是图1中所示的齿轮齿条式转向设备中的金属滚子的放大剖视图；

图3是图1中所示的齿轮齿条式转向设备的第一修改例子的金属滚子的放大剖视图；以及

图4是图1中所示的齿轮齿条式转向设备的第二修改例子的金属滚子的放大剖视图。

附图标记的说明

10齿轮齿条式转向设备

11小齿轮

12齿条轴

14齿条导块

16金属滚子

32弹性元件

具体实施方式

下面，将根据附图详细描述本发明的优选实施例。

图1是示出根据本发明的齿轮齿条式转向设备的实施例的剖视图，而图2是图1中所示的齿轮齿条式转向设备中的金属滚子的放大的剖视图。

如图1所示，本发明实施例的齿轮齿条式转向设备10包括连接于依靠操作转向盘而转动的转向轴的小齿轮轴11，和与该小齿轮啮合的齿条轴12。该小齿轮11和齿条轴12两者均容纳在壳体13内。

该小齿轮11由轴承20、21以可旋转方式支撑，该轴承20、21以这样的方式设置，即使得其沿着小齿轮11的轴向相互间隔开并且与转向轴一起转动。该齿条轴12以这样的方式设置，即使得其轴向与小齿轮11的轴向交叉，并且以使得沿着其轴向直线往复运动的方式支撑在壳体13中。齿条轴12的两端连接于未示出的连杆(link)机构，用于转向车轮。

基本上圆形的齿条导块14设置在与横过齿条轴12的小齿轮11相对的一侧上。该齿条导块14以向前朝着和向后离开该齿条轴12移动的方式容纳在设置于该壳体13中的基本圆柱形的空间(齿条导块容纳空间)15内。

滚子容纳空间22凹形地设置在面向齿条12侧的该齿条导块14的远端部分。在齿条轴12的背面上滚动的金属滚子16和其旋转轴17容纳在滚子容纳空间22内。该旋转轴17以这样的方式设置，即使得其轴向以直角与该齿条轴12直线移动的方向交叉，并且在其两端处固定地支撑在该滚子容纳空间22的肩部23上。该金属滚子16利用设置在该旋转轴17和其自身之间的多个滚针24，可旋转地安装于该旋转轴17。

齿条导块14的近端部分以密封开口的方式，由拧入该齿条导块容纳空间15的开口中的调节螺钉26经由弹簧件25压紧挡住。该弹簧件25的弹性力通过调节该调节螺钉26的拧入量来调节。接受该弹簧25的弹性力的齿条导块14适于被向着该齿条轴12推动，以便通过金属滚子16将齿条轴12偏置抵靠小齿轮11。注意，诸如圆锥形盘簧的储存弹性推力的部件可以用作该弹簧件25。利用锁紧螺母28将该调节螺钉26设置并固定于壳体13。

齿条轴12、齿条导块14、金属滚子16以及该金属滚子的旋转轴17全都用诸如包括铬钢的特种钢制造。

此外，参考图2，金属滚子16的外圆周表面(滚动接触表面)29以这样的方式形成，即使得与齿条轴12的背面形成为围绕接触，该齿条轴12的截面弯曲为圆弧形形状。此外，具有基本矩形截面的凹槽31以在其整个圆周上延伸的方式设置在该滚动接触表面的轴向中心部分，并且该弹性元件32配合在凹槽31中。该弹性元件32以这样的状态从该滚动接触表面29隆起，即使得该弹性元件32配合在凹槽31中。此外，该弹性元件32用具有弹性的橡胶或合成树脂形成为环形形状，并且在该弹性元件32用例如橡胶形成的情况下，该弹性元件32利用粘接、烘烤或其组合方式圆周地固定到该凹槽31。

在如上所述构造的齿轮齿条式转向设备10中，小齿轮轴11随着转向盘被操作而转动，并且小齿轮11的转动被转换成齿条轴12的直线运动，因而，车轮依靠该齿条轴12的线性运动而转向。当这发生时，分离力在小齿轮11和齿条轴12相啮合的啮合部分27处作用在小齿轮11的齿面和齿条轴12的齿面之间，因而齿条轴12倾向于与小齿轮11分离以产生间隙(backlash)。但是，齿条轴12被接受弹簧件25的弹性力的齿条导块14向着小齿轮11而偏置，因此，防止在啮合部分27产生间隙。

在这里，虽然分离力经由齿条轴12作用在齿条导块14上，但是，齿条导块14接受弹簧件25的弹性力，因而被向着齿条轴12推动，因此，从滚动接触表面29隆起的弹性元件32在金属滚子16和齿条轴12之间的接触部分处弹性地变形。依靠该弹性元件32的变形，该金属滚子16在该滚动接触表面29的金属接触部分处和该弹性元件32处与齿条轴12的背面接触。

虽然在根据该实施例的齿轮齿条式转向设备中，在车辆行驶时由于道路表面的不规则引起车轮侧向振动，因此引起齿条轴12沿着其轴向微小地振动，但是，由于弹性元件32设置在被施加最大振动能量的齿条轴12和金属滚子16之间，并且该弹性元件32从该金属滚子16的外圆周表面(滚动接触表面)29上隆起，齿条轴12的振动能量能够被该弹性元件32吸收，因此，振动对金属滚子16和设置在其上的部件的传递被抑制，以便减小否则由于在小齿轮11和齿条轴12之间的啮合部分27、在齿条轴12和金属滚子16以及设置在该金属滚子16的圆周上的部件之间的接触部分的微小振动所产生的不正常的噪声。结果，能够为包括驾驶员在内的乘员提供舒适的内部环境。

此外，当通过操作转向盘，小齿轮11转动并且齿条轴12开始沿着其轴线的直线运动时，齿条轴12进行这样的运动，同时齿条轴12压靠在金属滚子16上的弹性元件32上，并且转向力也用于压紧该弹性元件32。因此，在转向盘通过如来自例如直线向前行驶状态的微小的转向角被操作的转向操作范围内，转向盘的操作和车轮的运动之间的关系不是从0(零)线性地上升，而是以二次曲线形状的方式上升，因而，因而，相对于转向盘的操作，车轮的运动不会变得太激烈，以便能够得到较少疲劳驾驶的稳定性。

此外，包括从齿条轴12向齿条导块14施加的在小齿轮11和齿条轴12之间的啮合部分27处的分离力的载荷不仅能够由该金属滚子16的弹性元件32，而且也可以由该金属滚子16的滚动接触表面29的金属部分承受，因而能够防止该弹性元件32的早期蠕变，并且当过分的载荷被输入时能够减少弹性元件32失效的可能性。结果，上述效果能够持续很长的时间。

本发明的优点

接着，参考图3，将描述齿轮齿条式转向设备10。图3是第一修改例子的金属滚子的放大剖视图。

如图3所示，在该修改的例子中，具有基本半圆形截面的凹槽33以在其整个圆周上延伸的方式设置在金属滚子16的轴向中心部分，并且O形环34配合在该凹槽33中。该O形环34以该O形环配合在该凹槽33中的方式从该滚动接触表面29隆起。

在这个修改例子中，现有的O形环应用于该弹性元件，因而能够减少齿轮齿条式转向设备的生产成本。

接着，参考图4，说明齿轮齿条式转向设备10的第二修改例子。

图4是第二修改例子中金属滚子的放大的剖视图。

如图4所示，在该修改例子中，每个具有基本半圆形的截面的凹槽35，35以这样的方式设置在金属滚子16的滚动接触表面29的轴端部分，即当在滚动接触表面29的整个圆周上延伸时使得其基本上在轴向相互对称，并且O形环36配合在每个凹槽35中。每个O形环36以该O形环36配合在该凹槽35中的方式从滚动接触表面29隆起。

在该修改例子中，可以增加弹性元件32和齿条轴12之间的接触面积，以便吸收该齿条轴12的更多的振动能量。具体说，在小齿轮11和齿条轴12的啮合部分27相对于该齿条轴12的轴向倾斜的情况下，根据该啮合部分27倾斜的程度，当沿着相对于该齿条轴12的轴向倾斜方向，在小齿轮11的齿面和齿条轴12的齿面之间产生分离力时，因为弹性元件32相对于该金属滚子16的轴向中心部分基本相互对称地设置在滚动接触表面29上，能够以很好的效率吸收由于分离力引起的振动能量。

注意，本发明不限于该实施例，因此能够适当地修改和改进。

本专利申请基于2005年4月4日提交的日本专利申请(No.20005-107732)，其内容接合于此以供参考。

Claims (3)

1.一种齿轮齿条式转向设备，包括：

连接于转向轴的小齿轮轴；

与该小齿轮啮合的齿条轴；以及

具有适于在该齿条轴的背面上滚动的金属滚子的齿条导块，并且该齿条导块经由该金属滚子支撑该齿条轴，其中

该金属滚子具有在圆周方向上部分地固定于其滚动接触表面的弹性元件，并且

该金属滚子在该滚动接触表面的金属部分和该弹性元件两者处与该齿条轴的背面接触。

2.根据权利要求1所述的齿轮齿条式转向设备，其中该弹性元件从该金属滚子的滚动表面隆起。

3.根据权利要求1或2所述的齿轮齿条式转向设备，其中该弹性元件相对于该金属滚子的轴向中心部分基本对称地设置。

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