CN101223073A - 用于齿轮齿条式转向组件的齿条衬套 - Google Patents

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CN101223073A CNA2006800260290A CN200680026029A CN101223073A CN 101223073 A CN101223073 A CN 101223073A CN A2006800260290 A CNA2006800260290 A CN A2006800260290A CN 200680026029 A CN200680026029 A CN 200680026029A CN 101223073 A CN101223073 A CN 101223073A
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Abstract

一种齿条衬套和一种包括该齿条衬套的、用于车辆中的齿轮齿条式转向组件。该转向组件可以包括：壳体，该壳体具有带有管形端部的管形齿条部分；齿条，该齿条安装在管形齿条部分中，并延伸出在管形端部之外；以及齿条衬套，该齿条衬套环绕齿条安装在齿条部分中。该齿条衬套包括大致环形的主体部分，该主体部分具有：绕轴线定中心的大致圆柱形的内表面，该内表面用于支承齿条；以及绕轴线定中心的外表面，该外表面包括适于接合壳体的管形端部的大致圆柱形的主表面；以及第一端和相对的第二端。齿条衬套可以包括多个孔，这些孔在主体内从第一端朝着第二端轴向延伸通路的一部分。该齿条衬套还可以包括多个槽道，这些槽道平行于轴线延伸，且凹入在外表面中，并且在周向上环绕外表面间隔开。

Description

用于齿轮齿条式转向组件的齿条衬套
技术领域
本发明大致涉及汽车转向系统，特别是涉及用于齿轮齿条式转向组件的齿条衬套。
背景技术
用于车辆中的普通液压齿轮齿条式动力转向组件包括齿条，该齿条轴向延伸通过液压壳体内部的液压腔室。齿条的端部从壳体的各端轴向向外凸出，并与连接到可转向车轮上的转向连杆连接。活塞固定在液压腔室内的齿条上。车辆方向盘的旋转驱动液压阀，并使得压力下的液压流体作用在活塞上。由液压流体施加的力使得活塞在壳体内运动，从而使得齿条轴向运动。齿条的轴向运动使得转向连杆运动，该转向连杆再使得相应车轮转向。
为了防止液压流体流出壳体，需要密封壳体的端部(齿条通过该端部凸出)。还希望能够支持齿条在壳体内进行轴向运动，而不会损失密封的完整性。衬套-密封组件大致用于该目的。还已知通过安装在壳体外部的波纹管来封闭壳体的端部，以便防止水汽、灰尘或其它污染物进入和干涉齿条的工作。
已知机械加工或铸造金属衬套使用内部衬垫来支承齿条和使用外部O形环来密封壳体。特别是，这些金属齿条衬套能够承受在车辆工作过程中在衬套上引起的侧负载。但是这样的衬套组件可能比所希望的更昂贵，且需要用于衬套组件的这些单独部件。也可以使用模制塑料齿条衬套。尽管这些塑料衬套比金属衬套更有成本效益，但是它们不能接收可能在车辆的工作过程中在衬套中引起的较高侧负载。
此外，具有大致矩形形状截面的轴向延伸空隙部分(也称为省金属料型芯)已经包含于齿条衬套的本体中。尽管这些空隙部分有助于降低齿条衬套组件的总重量，但是这些空隙部分的拐角将在衬套中产生应力升高部分。
因此，希望有一种用于齿轮齿条式转向组件的齿条衬套，它克服了现有技术的缺点。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种齿条衬套，用于齿轮齿条式转向组件中的壳体的齿条部分，其中，该齿条部分包括绕轴线定中心的管形端部。所述齿条衬套包括大致环形的主体部分，该主体部分具有：绕轴线定中心的大致圆柱形的内表面，该内表面适于支承齿条；以及绕轴线定中心的外表面，该外表面包括大致圆柱形的主表面，该主表面适于与管形端部啮合。还有，多个槽道平行于轴线延伸，它们凹入在外表面中且在周向上环绕外表面间隔开。
根据本发明的另一方面，提供了一种齿条衬套，用于齿轮齿条式转向组件中的壳体的齿条部分，其中，齿条部分包括绕轴线定中心的管形端部。齿条衬套包括大致环形的主体部分，该主体部分具有：绕轴线定中心的大致圆柱形内表面，该内表面适于支承齿条；绕轴线定中心的外表面，该外表面包括大致圆柱形的主表面，该主表面适于与管形端部啮合；以及第一端和相对的第二端。它还包括多个孔，这些孔在主体内从第一端朝着第二端轴向延伸通路的一部分，其中，各孔为圆柱形形状。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于车辆的齿轮齿条式转向组件，它包括：壳体，该壳体具有带有管形端部的管形齿条部分；齿条，该齿条安装在管形齿条部分中，并延伸出在管形端部之外；以及齿条衬套。该齿条衬套包括大致环形的主体部分，该主体部分具有：绕轴线定中心的大致圆柱形内表面，该内表面支承齿条；以及绕轴线定中心的外表面，该外表面包括安装在管形端部中的大致圆柱形主表面；以及第一端和相对的第二端。齿条衬套还包括多个孔，这些孔在主体内从第一端朝着第二端轴向延伸通路的一部分。该齿条衬套还包括多个槽道，这些槽道平行于轴线延伸，且凹入在外表面中，并且在周向上环绕外表面间隔开。
本发明有利地提供了重量轻和具有成本效益的齿条衬套，它相对容易制造和装配。
本发明实施例的另一优点是齿条衬套组件足够坚固，以便承受它在车辆工作过程中可能遇到的各种高负载状态，同时保持与齿条壳体和齿条的良好密封特征。
附图说明
图1是本发明的齿轮齿条式转向组件的示意图。
图2是图1的齿轮齿条式转向组件的第一端的一部分的示意图，但是没有显示波纹管或转向连杆。
图3是本发明第一实施例的齿条衬套的透视图。
图4是图3的齿条衬套的端视图。
图5是沿图4中的较长线5-5的剖视图。
图6是本发明第二实施例的齿条衬套的透视图。
图7是图6的齿条衬套的端视图。
图8是沿图7中的线8-8的剖视图。
图9是本发明第三实施例的齿条衬套的透视图。
图10是图9的齿条衬套的端视图。
图11是沿图10中的线11-11的剖视图，且O形环密封件显示为安装在衬套上。
具体实施方式
图1-2显示了转向组件的一部分，该转向组件总体以16表示，用于车辆(未示出)中。转向组件16通过在转向组件16一端的转向连杆18和在转向组件16另一端的类似转向连杆(未示出)而以已知方式与一对可转向车轮(未示出)连接。转向组件16包括：壳体20，该壳体20限定了纵向定向的齿条轴线22、小齿轮24以及齿条26，该齿条26具有与壳体20相同的齿条轴线。壳体20包括纵向延伸的齿条部分28以及横向延伸的小齿轮部分30。齿条26延伸穿过齿条部分28。小齿轮24位于壳体20的小齿轮部分30中，并以已知方式与齿条26啮合。波纹管32环绕和包围齿条26的、从壳体20伸出的部分。波纹管32以已知方式环绕壳体20安装并固定在该壳体20上，该波纹管32是柔性的，以允许小齿轮24相对于壳体进行伸缩运动，同时使灰尘和其它污染物保持在转向组件16之外。
壳体20的齿条部分28具有第一管形端部34和相对的第二管形端部36。齿条部分28在第一管形端部34处包括圆柱形的外表面38和大致圆柱形的内表面40。内表面40可以包括：扩口部分42，用于容易装配；止动件44；以及中心部分，该中心部分限定了流体腔室46。如本领域技术人员公知，活塞(未示出)在流体腔室46内部固定在齿条26上。当车辆方向盘(未示出)旋转时，在流体腔室46中的压力流体作用在活塞上，从而使得齿条26在壳体20中轴向运动。齿条26的这种轴向运动使得转向连杆18进行相应运动，因此使可转向车轮沿合适方向来转向。
转向组件16还包括齿条衬套组件50，该齿条衬套组件50环绕齿条26安装在第一管形端部34中，并绕齿条轴线22定中心。类似的衬套组件(未示出)可以位于壳体20的第二管形端部36处。齿条衬套组件50包括齿条衬套52，该齿条衬套52具有与锁定环56邻接的第一端54，该锁定环56通过保持线58而固定就位。锁定环56和保持线58可以是普通的，因此这里并不进一步介绍。环形密封件60安装在齿条衬套52的第二端62上的凹口74中，并以普通方式环绕齿条26密封，且该第二端62和密封件60限定了流体腔室46的一端。也可选择，当浮动齿条密封件(未示出)用于衬套组件50中时，凹口74可以省略，这能够稍微降低齿条衬套52的总长度。
图3-5更详细地显示了图1和2的齿条衬套52。齿条衬套52具有大致环形的主体63，该环形的主体63包括圆柱形的内表面64，当该圆柱形的内表面64相对于壳体20滑动时，该圆柱形的内表面64与齿条26匹配并且支承该齿条26。
齿条衬套52的主体63还包括外表面66，该外表面66具有大致圆柱形的主表面68，该外表面具有凹入在其内的多个在周向上间隔开的且轴向延伸的槽道70。例如，这些槽道可以为半圆柱形形状和大约四分之一毫米深。主表面68与壳体20的齿条部分28的内表面40匹配且密封该内表面40。槽道70从第一端54朝着第二端延伸通路的一部分，优选是从第一端54朝着第二端62延伸通路的大约百分之六十至八十。槽道70不从第一端54至第二端62延伸整个通路，以在本实施例中使得主表面68具有与壳体20的齿条部分28的内表面40密封啮合的连续的材料环。
齿条衬套52的主体63还可以包括扩大直径部分72，该扩大直径部分72从靠近衬套52的第一端54的外表面66径向向外伸出。该扩大直径部分72通过允许齿条衬套52插入壳体20中直到该扩大直径部分72抵靠壳体20中的止动件44而使得齿条衬套52相对于壳体20进行可靠的轴向定位。
优选是，齿条衬套52为模制部件，并可以注射模制至最终尺寸，而不需要在成形后的任何机械加工操作。衬套52可以由部分玻璃纤维填充的工程聚合物制成，该工程聚合物优选是大约百分之四十至六十五的玻璃填充聚苯硫醚，例如可由Fortron Industries购得的Fortron牌材料。如果需要，该材料也可以包括矿物填充物，以便提高它的各向同性。象这样的材料特别适合使得衬套52能够在转向组件16的工作过程中接收较大的侧负载。特别适用于齿条衬套52的材料的其它非限制性实例包括尼龙、尼龙6-6、尼龙4-6、尼龙2-12、聚对苯二甲酸乙二酯和聚对苯二甲酸丁二醇酯。
当衬套形成有光滑的圆柱形外表面时，用于形成该衬套52的优选材料(特别是相对坚固、硬的材料例如Fortron)可能产生裂纹或皱缩。这里，槽道70提高了齿条衬套52的尺寸能力(稳定性)和负载能力(控制表面接触)。
图6-8显示了齿条衬套152的第二实施例，该齿条衬套152可以用作用于图1和2的转向组件的齿条衬套组件的部件。在本实施例中，与第一实施例相对应的元件将有类似的元件标号，但是具有100的序列号。
齿条衬套152具有大致环形的主体163，该环形的主体163包括圆柱形的内表面164，当该圆柱形的内表面164相对于壳体20滑动时，该圆柱形的内表面与齿条26匹配并支承该齿条26。齿条衬套152的主体163还包括外表面166，该外表面具有大致圆柱形的主表面168，该外表面具有凹入在其内的多个在周向上间隔开的且轴向延伸的槽道170。主表面168包括在周向上定向的环形密封凹口76，密封件(未示出)安装在该密封凹口76中。第二端162可以包括凹口174，用于在其中接收环形密封件(图6-8中未示出)。也可选择，当使用浮动类型的齿条密封件时，密封凹口76和凹口174可以减少或取消，这可以稍微减小衬套152的总长度。
齿条衬套152的主体还可以包括扩大直径部分172，该扩大直径部分在靠近衬套152的第一端154处从外表面166径向向外伸出。该扩大直径部分172通过允许齿条衬套152插入壳体20中直到该扩大直径部分172抵靠壳体20中的止动件44而使得齿条衬套152相对于壳体20进行可靠的轴向定位。
齿条衬套152还可以具有多个在周向上间隔开的、轴向延伸的圆柱形孔78，这些圆柱形孔78位于主体163中。圆柱形孔78降低了齿条衬套152的重量，同时还保持了充分的部件强度。圆柱形孔78从第一端154朝着齿条衬套152的第二端162只延伸通路的一部分。如果它们延伸通过整个通路，则环形密封件60将具有不完全的支承作用。优选是，这些圆柱形孔78从第一端154朝着齿条衬套152的第二端162延伸通路的大约百分之七十五。孔78为圆柱形形状，以避免应力升高部分(risers)，其它形状的孔例如具有大致矩形截面的孔可能产生应力升高部分。尽管在图3-5的衬套中没有显示出孔，但是第一实施例的齿条衬套也可以在需要时包括这些孔。
与第一实施例相同，优选是，齿条衬套152为模制部件，并可以由合适材料来注射模制，例如对于第一实施例的衬套所述的那些。
图9-11显示了齿条衬套252的第三实施例，该齿条衬套252可以用作用于图1和2的转向组件的齿条衬套组件的部件。在本实施例中，与第一或第二实施例相对应的元件将有类似的元件标号，但是有200的序列号。
齿条衬套252具有大致环形的主体263，该环形的主体263包括圆柱形的内表面264，当该圆柱形的内表面相对于壳体20滑动时，该圆柱形内表面与齿条26匹配且支承该齿条26。齿条衬套252的主体263还包括外表面266，该外表面具有大致圆柱形的主表面268，该外表面具有凹入在其内的多个在周向上间隔开的且轴向延伸的槽道270。主表面268包括在周向上定向的环形密封凹口276，O形环80(只在图11中示出)安装在该密封凹口276中。第二端262可以包括凹口274，用于在其中接收环形密封件(图9-11中未示出)。也可选择，当使用浮动类型的齿条密封件时，密封凹口276和凹口274可以减少或取消，这可以稍微减小衬套252的总长度。
齿条衬套252的主体263还可以包括扩大直径部分272，该扩大直径部分在靠近衬套252的第一端254处从外表面266径向向外伸出。该扩大直径部分272通过允许齿条衬套252插入壳体20中直到该扩大直径部分272抵靠壳体20中的止动件44而使得齿条衬套252相对于壳体20进行可靠的轴向定位。
齿条衬套252还可以具有第一组在周向上间隔开的轴向延伸的圆柱形孔278，这些圆柱形孔278位于主体263中。第一组圆柱形孔278从第一端254朝着齿条衬套252的第二端262延伸通路的一部分。第二组在周向上间隔开的轴向延伸的圆柱形孔82也位于主体263中。第二组圆柱形孔82从第二端262朝着齿条衬套252的第一端254只延伸通路的一部分。第一组中的孔278并不与第二组中的孔82连接，否则它们将使得密封凹口276下面的材料厚度减小超过所希望的程度。孔278、82为圆柱形形状，以避免应力升高部分。与第一实施例相同，优选是，齿条衬套252为模制部件，并可以由合适材料来注射模制，例如对于第一实施例的衬套所述的那些。
尽管已经详细介绍了本发明的特定实施例，但是本发明领域的技术人员应当知道由附加权利要求限定的、用于实现本发明的各种可选的设计和实施例。

Claims (20)

1.一种齿条衬套，用于齿轮齿条式转向组件中的壳体的齿条部分，其中，该齿条部分包括绕轴线定中心的管形端部，该齿条衬套包括：
大致环形的主体部分，该主体部分具有：绕所述轴线定中心的大致圆柱形的内表面，该内表面适用于支承齿条；以及绕所述轴线定中心的外表面，该外表面包括大致圆柱形的主表面，该主表面适用于与管形端部啮合；以及
多个槽道，这些槽道平行于所述轴线延伸，且凹入在所述外表面中，并且在周向上环绕外表面间隔开。
2.根据权利要求1所述的齿条衬套，其中：主体由部分玻璃纤维填充的聚合物制成。
3.根据权利要求2所述的齿条衬套，其中：聚合物为聚苯硫醚。
4.根据权利要求2所述的齿条衬套，其中：聚合物填充大约百分之四十至六十五的玻璃纤维。
5.根据权利要求1所述的齿条衬套，其中：主体包括第一端和相对的第二端，且所述多个槽道从第一端朝着第二端延伸通路的一部分。
6.根据权利要求1所述的齿条衬套，其中：主体包括第一端和第二端，外表面包括扩大直径部分，该扩大直径部分邻近第一端，并适用于邻接壳体的齿条部分中的止动件。
7.根据权利要求1所述的齿条衬套，其中：主体包括第一端和相对的第二端，并包括多个孔，这些孔在主体内从第一端朝着第二端延伸通路的一部分。
8.根据权利要求7所述的齿条衬套，其中：各孔为大致圆柱形形状。
9.根据权利要求1所述的齿条衬套，还包括：在周向上定向的环形凹口，所述环形凹口环绕外表面延伸，并适用于在其内接收密封件。
10.一种齿条衬套，用于齿轮齿条式转向组件中的壳体的齿条部分，其中，该齿条部分包括绕轴线定中心的管形端部，该齿条衬套包括：
大致环形的主体部分，该主体部分具有：绕所述轴线定中心的大致圆柱形的内表面，该内表面适用于支承齿条；绕所述轴线定中心的外表面，该外表面包括大致圆柱形的主表面，该主表面适用于与管形端部啮合；以及第一端和相对的第二端；以及
多个孔，这些孔在主体内从第一端朝着第二端轴向延伸通路的一部分，其中，各孔为圆柱形形状。
11.根据权利要求10所述的齿条衬套，还包括：多个第二孔，这些第二孔在主体内从第二端朝着第一端轴向延伸通路的一部分。
12.根据权利要求11所述的齿条衬套，还包括：多个槽道，这些槽道平行于所述轴线延伸，且凹入在外表面中，并且在周向上环绕外表面间隔开。
13.根据权利要求10所述的齿条衬套，还包括：多个槽道，这些槽道平行于所述轴线延伸，且凹入在外表面中，并且在周向上环绕外表面间隔开。
14.根据权利要求13所述的齿条衬套，其中：所述多个槽道从第一端朝着第二端延伸通路的一部分。
15.根据权利要求10所述的齿条衬套，其中：外表面包括扩大直径部分，该扩大直径部分邻近第一端，并适用于邻接壳体的齿条部分中的止动件。
16.根据权利要求10所述的齿条衬套，其中：主体由部分玻璃纤维填充的聚合物制成。
17.根据权利要求16所述的齿条衬套，其中：聚合物为聚苯硫醚。
18.一种用于车辆的齿轮齿条式转向组件，包括：
壳体，该壳体具有带有管形端部的管形齿条部分；
齿条，该齿条安装在管形齿条部分中，并延伸出在管形端部之外；以及
齿条衬套，该齿条衬套包括大致环形的主体部分，该主体部分具有：绕轴线定中心的大致圆柱形的内表面，该内表面用于支承齿条；以及绕所述轴线定中心的外表面，该外表面包括安装在管形端部中的大致圆柱形的主表面；以及第一端和相对的第二端；该齿条衬套还包括：多个孔，这些孔在主体内从第一端朝着第二端轴向延伸通路的一部分；以及多个槽道，这些槽道平行于所述轴线延伸，且凹入在外表面中，并且在周向上环绕外表面间隔开。
19.根据权利要求18所述的齿轮齿条式转向组件，其中：壳体的齿条部分包括邻近管形端部的止动件，且外表面包括邻近第一端的用于邻接止动件的扩大直径部分。
20.根据权利要求18所述的齿轮齿条式转向组件，还包括：多个第二孔，这些第二孔在主体内从第二端朝着第一端轴向延伸通路的一部分。
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