CN101832363A - 章动型齿轮装置、传动比可变机构以及车辆用操舵装置 - Google Patents

章动型齿轮装置、传动比可变机构以及车辆用操舵装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供章动型齿轮装置、传动比可变机构以及车辆用操舵装置。本章动型齿轮装置具有：绕第一轴线(Z1)旋转的轴心固定齿轮(211)和以相对于第一轴线(Z1)倾斜的状态摆动的轴心摆动齿轮(212)。一方的齿轮(211)的多个销(77)，关于销的长度方向(X5)，在规定长度(X2)的卡合区域(771、803)，与另一方的齿轮(212)的多个齿槽(80)卡合。在销的中心轴线(J1)的对应区间(J11)内的任意的点(P2)与第一轴线(Z1)的距离为rCO，任意的点(P2)与第二轴线(Z2)的距离为rFO，轴心固定齿轮的销的数量为ZC，轴心摆动齿轮的齿槽的数量为ZF时，公式rCO/rFO＝ZC/ZF成立。

Description

章动型齿轮装置、传动比可变机构以及车辆用操舵装置
技术领域
本发明涉及章动型齿轮装置、传动比可变机构以及车辆用操舵装置。
背景技术
以往提出有具备进行摆动运动的齿轮的章动型齿轮装置(例如，参照专利文献1、2、3)。在专利文献1中，章动型齿轮装置适用于包括能够改变方向舵偏角比的传动比可变机构的车辆用操舵装置。另外，在专利文献2、3中，章动型摆动齿轮装置适用于变速装置。
章动型摆动齿轮装置具有：相互对置的第一和第四齿轮、配置在第一和第四齿轮之间且相对于第一和第四齿轮倾斜的章动齿轮。章动齿轮具有：与第一齿轮啮合的第二齿轮、和与第四齿轮啮合的第三齿轮。更具体而言，第一齿轮和第二齿轮的啮合，是设置于第一齿轮的销与设置于第二齿轮的齿槽的啮合。
专利文献1：日本特开2006-82718号公报
专利文献2：日本特开2005-351384号公报
专利文献3：日本特开2006-46405号公报
然而，在车辆用操舵装置中，要求抑制振动及噪声的产生。另外，在变速装置中也同样，要求抑制振动及噪声的产生。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种能够有效地抑制振动及噪声的产生的章动型齿轮装置、传动比可变机构以及车辆用操舵装置。
本申请的发明人得出以下见解，即：使构成齿的销进行三次元的摆动运动，在该三次元的摆动运动中，当绕与销的中心轴线平行的轴线的摆动运动量大时，则销在进出齿槽时的振动变大，这是成为噪声的原因。因此，本申请的发明人想到，通过以能够抑制销的上述摆动运动的量的方式，将一对齿轮的各要素最佳化来抑制振动和噪声的产生。由此，完成了本申请发明。
另外，下述英数字表示后述实施方式的对应构成要素的参照符号，然而不是利用这些符号来限定权利要求的范围。
本发明的章动型齿轮装置78、88、89，其特征在于，具备：轴心固定齿轮211、214，其在第一轴线Z1上具有中心轴线Z31、Z34并能够绕该第一轴线旋转；轴心摆动齿轮212、213，其在以相对于第一轴线Z1倾斜的状态摆动的第二轴线Z2上具有中心轴线Z32、Z33，并能够绕该第二轴线旋转。
轴心固定齿轮211、214以及轴心摆动齿轮212、213中一方的齿轮211、214，具有：在一方齿轮的侧面70、73以一方齿轮的中心轴线为中心呈放射状排列的多个保持槽79、109；和分别被各保持槽保持而构成一方齿轮的齿的销77、87。
销77、87与在轴心固定齿轮211、214以及轴心摆动齿轮212、213中另一方齿轮的侧面71、72以另一方齿轮的中心轴线为中心呈放射状排列的齿槽80、110啮合。
相互啮合的销77、87以及齿槽80、110，关于销77、87的长度方向X5在规定长度的卡合区域771、803卡合。
销77、87的中心轴线J1，从销77、87的径向R5观察时，包括与卡合区域771、803对应的对应区间J11。在将对应区间J11内的销77、87的中心轴线上的任意的点P2与第一轴线Z1的距离设为rCO，将任意的点与第二轴线Z2的距离设为rFO，将一方的齿轮的销77、87的数量设为ZC，将另一方的齿轮的齿槽80、110的数量设为ZF时，下列公式(1)：rCO/rFO＝ZC/ZF成立。
根据本发明，在上述一方的齿轮与另一方的齿轮相互啮合旋转时，由于在销77、87的三次元摆动运动中，绕与销77、87的中心轴线平行的轴线的摆动运动的量变小，因此销77、87进出齿槽80、110时的振动变小。其结果能够抑制章动型齿轮装置的振动以及噪声的产生。
另外，公式(1)的距离rCO可以是实测值，也可以是用实测值或目标值通过计算求出的计算值。距离rFO也同样，根据这些距离rCO和距离rFO，计算公式(1)左边的r比(r比＝rCO/rFO)，只要计算出的r比与齿数比一致即可。此时可以说公式(1)成立。
例如，参照图8的示意图，在将第一轴线Z1与第二轴线Z2所成的角度设为λ，将沿着第一轴线Z1延长的方向上第一轴线Z1和第二轴线Z2的交点P1与任意的点P2的距离设为ARC，将沿着第二轴线Z2延长的方向上交点P1与任意的点P2的距离设为ARF时，下述公式(2)、(3)成立。
ARF＝ARC×cosλ-rCO×sinλ    ……(2)
rFO＝rCO×cosλ-ARC×sinλ    ……(3)
作为章动型齿轮装置的各要素(目标值或测量值)，有时给出角度λ、距离rCO以及距离ARF(或者距离ARC)。此时，用公式(2)、(3)和给出的各要素，即角度λ、距离rCO、距离ARF(或者距离ARC)，就能够求出距离rFO，进而能够求出公式(1)左边的r比。
在章动型齿轮装置78、88、89中，具有多个保持槽79、109和销77、87的齿轮可以是轴心固定齿轮211、214，也可以是轴心摆动齿轮212、213。
在章动型齿轮装置78、88、89中也可以，轴心固定齿轮211、214是可绕第一轴线旋转的一对设置的第一轴心固定齿轮211和第二轴心固定齿轮214，轴心摆动齿轮212、213是可绕第一轴线旋转的一体形成的第一轴心摆动齿轮212和第二轴心摆动齿轮213，第一轴心固定齿轮211与第一轴心摆动齿轮212啮合，第二轴心固定齿轮214与第二轴心摆动齿轮213啮合。
根据该章动型齿轮装置，在具有第一和第二轴心固定齿轮211、214以及第一和第二轴心摆动齿轮212、213的章动型齿轮装置中，能够抑制振动和噪声。
销77、87例如可以是圆筒形状，也可以是圆锥台形形状。
一种传动比可变机构，使用了本发明的章动型齿轮装置，其特征在于，具备：设有轴心固定齿轮211、214中一方211的输入部件20；设有轴心固定齿轮211、214的另一方214的输出部件22；具有各轴心摆动齿轮212、213并容许输入部件20和输出部件22的差动旋转的中间部件391；用于驱动中间部件的电动机23，从输入部件20向输出部件22的传动比是可变的。根据该传动比可变机构，由于电动机驱动中间部件，因此能够改变输出部件的旋转角与输入部件的旋转角之比。
本发明的车辆用操舵装置1，能够使用本发明的传动比可变机构5来改变转舵角与操舵部件2的操舵角之比、即传动比，其特征在于，输入部件与操舵部件连结，输出部件与转向轮侧部件12连结。这样，由于能够改变传动比，因此能够根据车辆的行驶状态等，使对应操舵部件的操舵的转向轮的转舵量最佳化。例如，在进行车辆入库动作时等车辆停止时或低速行驶时，通过增大传动比就能够相对于操舵量增大转向轮的转向量，从而能够减少操舵部件的操作量。另外，当车辆在雪路等行驶时，能够利用传动比可变机构自动地进行逆转向操作即所谓的主动操舵。另外，在本说明书中的转舵角是指，重叠于操舵部件2的操舵角，从传动比可变机构5的输出部件输出的输出角。
参照附图通过以下叙述的实施方式的说明，能够进一步明确本发明的上述的、或者其他的优点、特征以及效果。
附图说明
图1是表示具备本发明的一个实施方式涉及的传动比可变机构的车辆用操舵装置的简略构成的示意图。
图2是表示图1的要部的更具体的构成的剖视图。
图3是图2的传动比可变机构及其周边的放大图。
图4是图3的传动比可变机构的要部的放大图。
图5是第一章动型齿轮装置的要部的立体图。
图6是沿着图4的VI-VI线的要部的剖视图。
图7是第一章动型齿轮装置的侧视图。
图8是第一章动型齿轮装置的示意图。
图9a是表示销和齿槽相对移动的轨迹的曲线图，表示公式(1)不成立的情况。横轴表示关于齿轮的旋转方向销相对于齿槽的相对移动量。纵轴表示关于齿槽的深度方向销相对于齿槽的相对移动量。
图9b是表示销和齿槽相对移动的轨迹的曲线图，表示公式(1)成立的情况。横轴表示关于齿轮的旋转方向销相对于齿槽的相对移动量。纵轴表示关于齿槽的深度方向销相对于齿槽的相对移动量。
图10是用于说明算式的第二齿轮的示意图。
图11是图10的第二齿轮的销的运动的说明图。
图中符号说明：1...车辆用操舵装置；2...操舵部件；4R、4L...转向轮；5...传动比可变机构；12...第二轴(转向轮侧部件)；20...输入部件；22...输出部件；23...传动比可变机构用电机(电动机)；70...第一齿轮的侧面；71...第二齿轮的侧面；72...第三齿轮的侧面；73...第四齿轮的侧面；77、87...销；78...第一章动型齿轮装置；79、109...保持槽；80、110...齿槽；88...第二章动型齿轮装置；89...第三章动型齿轮装置；211...第一齿轮(轴心固定齿轮、一方齿轮)；212...第二齿轮(轴心摆动齿轮、另一方齿轮)；213...第三齿轮(轴心摆动齿轮、另一方齿轮)；214...第四齿轮(轴心固定齿轮、一方齿轮)；391...内轮(中间部件)；771、803...卡合区域；J1...销的中心轴线；J11...对应区域；P2...任意的点；R5...销的径向；rCO...任意的点与第一轴线的距离；rFO...任意的点与第二轴线的距离；X2...规定长度；X5...销的长度方向；Z1...第一轴线；Z2...第二轴线；Z31...第一齿轮的中心轴线；Z32...第二齿轮的中心轴线；Z33...第三齿轮的中心轴线；Z34...第四齿轮的中心轴线。
具体实施方式
在本实施方式中，基于章动型齿轮装置适用于车辆用操舵装置的传动比可变机构的情况进行说明。另外，本发明的章动型齿轮装置还能够用于车辆用操舵装置的传动比可变机构以外的用途。
图1是表示适用了本发明的一个实施方式涉及的章动型齿轮装置的车辆用操舵装置的简略构成的示意图。参照图1，车辆用操舵装置1，是利用转向轴3等将施予方向盘等操舵部件2的操舵扭矩分别赋予左右转向轮4L、4R进行转向的装置。该车辆用操舵装置1，具有能够改变转舵角θ2与操舵部件2的操舵角θ1之比即传动比θ2/θ1的VGR(Variable GearRatio)功能。
车辆用操舵装置1，具有操舵部件2和与操舵部件2连接的转向轴3。转向轴3，包括相互同轴配置的第一、第二及第三轴11、12、13。第一～第三轴11～13的各中心轴线，也是该第一～第三轴11～13的旋转轴线。
在第一轴11的一端，可一同旋转地连结有操舵部件2。第一轴11的另一端与第二轴12的一端，经由传动比可变机构5可差动旋转地连结。第二轴12与第三轴13，经由扭杆14在规定的范围内可弹性地相对旋转，并且可传递动力地连结。
第三轴13，经由万向联轴器7、中间轴8、万向联轴器9以及转向机构10等，与转向轮4L、4R连接。
转向机构10，具有：与万向联轴器9连接的小齿轮轴15、和作为向车辆的左右方向延伸的转向轴的齿条轴16，该齿条轴16具有与小齿轮轴15顶端的小齿轮15a啮合的齿条16a。在齿条轴16的一对端部分别通过转向横拉杆17L、17R与转向节臂18L、18R连结。
根据上述构成，操舵部件2的旋转，经由转向轴3等而传递至转向机构10。在转向机构10中，小齿轮15a的旋转被转换为齿条轴16的轴方向的运动。齿条轴16的轴方向的运动，经由各转向横拉杆17L、17R而传递到对应的转向节臂18L、18R，从而使该转向节臂18L、18R分别转动。由此，能够分别对各转向节臂18L、18R所连结的对应的转向轮4L、4R进行转向。
传动比可变机构5，用于改变转向轴3的第一和第二轴11、12间的旋转传动比(传动比θ2/θ1)，其为章动齿轮机构。该传动比可变机构5包括：设置于第一轴11的另一端的输入部件20、设置于第二轴12的一端的输出部件22、以及作为介于输入部件20和输出部件22之间的中间部件的一个轨道轮单元39。
输入部件20可传递转矩地与操舵部件2和第一轴11连结。输出部件22与作为转向轮侧部件的第二轴12可传递转矩地连结。输出部件22经由第二轴12和转向机构10等与转向轮4L、4R连接。
输入部件20绕该输入部件20的中心轴线可旋转地被支承。输出部件22绕该输出部件22的中心轴线可旋转地被支承。输入部件20的中心轴线和输出部件22的中心轴线与第一轴线Z1一致。
上述轨道轮单元39构成滚珠轴承，包括作为第一轨道轮的内轮391、作为第二轨道轮的外轮392、介于内轮391与外轮392间的滚珠等转动体393。
作为转动体393，除滚珠以外也可以用圆筒滚柱、针状滚柱、锥形滚柱。另外，转动体393可以单列配置，也可以多列配置。当为多列时，适于防止内轮391相对于外轮392倾倒。作为多列配置可以示例多列向心止推轴承。
内轮391可差动旋转地连结输入部件20和输出部件22。内轮391和外轮392，具有相对于第一轴线Z1倾斜的共同的中心轴线。内轮391能够绕该内轮391的中心轴线旋转。内轮391的中心轴线与第二轴线Z2一致。第二轴线Z2，相对于第一轴线Z1形成规定的倾斜角度而倾斜，如后所述以相对于第一轴线Z1倾斜的状态摆动。
内轮391，经由转动体393可旋转地支承于外轮392，由此能够绕第二轴线Z2旋转。另外，内轮391随着电动机即传动比可变机构用电动机23被驱动而能够绕第一轴线Z1旋转，其中该电动机是用于驱动外轮392的致动器。内轮391和外轮392能够绕第一轴线Z1进行哥氏运动(摆头运动)。
传动比可变机构用电动机23，配置在轨道轮单元39的径向外侧。传动比可变机构用电动机23的中心轴线与第一轴线Z1一致。传动比可变机构用电动机23，通过改变外轮392绕第一轴线Z1的转速，来改变传动比θ2/θ1。
传动比可变机构用电动机23例如由无刷电动机构成，包括：转子231，其用于保持轨道轮单元39的外轮392；定子232，其包围该转子231并且被固定于作为转向柱的壳体24。转子231绕第一轴线Z1旋转。
车辆用操舵装置1，具有用于向转向轴3施予转向辅助力的转向辅助力施予机构19。转向辅助力施予机构19包括：作为与传动比可变机构5的输出部件22连接的输入轴的上述第二轴12；作为与转向机构10连接的输出轴的上述第三轴13；检测传递到第二轴12与第三轴13之间的转矩的后述的转矩传感器44；作为转向辅助用的驱动器的转向辅助用电动机25；介于转向辅助用电动机25和第三轴13之间的减速机构26。
转向辅助用电动机25，由无刷电动机等电动机构成。该转向辅助用电动机25的输出，经由减速机构26而传递到第三轴13。
减速机构26，例如由蜗轮机构构成，包括：作为驱动齿轮的蜗杆轴27，其与转向辅助用电动机25的输出轴25a连结；作为从动齿轮的蜗轮28，其与蜗杆轴27啮合并且与第三轴13可一同旋转地连结。另外，减速机构26，不限于蜗轮机构，也可以使用平行轴齿轮机构等其他的齿轮机构。上述平行轴齿轮机构例如，包括相互啮合的一对正齿轮，也可以代替正齿轮而使用斜齿轮。
传动比可变机构5和转向辅助力施予机构19，配置于壳体24。壳体24，配置在车辆的乘客室(驾驶室)内。另外，也可以以包围中间轴8的方式来配置壳体24，还可以配置在车辆的发动机室内。
传动比可变机构用电动机23和转向辅助用电动机25的驱动，分别由包括CPU、RAM以及ROM的控制部29控制。控制部29，经由驱动电路40与传动比可变机构用电动机23连接，并且经由驱动电路41与转向辅助用电动机25连接。
在控制部29上分别连接有：转向角传感器42、用于检测传动比可变机构用电动机23的旋转角的由电动机分解器构成的旋转角检测传感器43、作为转矩检测单元的转矩传感器44、转向角传感器45、车速传感器46以及偏航速率传感器47。
从转向角传感器42向控制部29输入关于第一轴11的旋转角的信号，作为操舵部件2从直行位置起操作的操作量、即与操舵角θ1对应的值。
从旋转角检测传感器43向控制部29输入关于传动比可变机构用电动机23的转子231的旋转角θr的信号。
从转矩传感器44向控制部29输入关于作用于第二和第三轴12、13间的转矩的信号，作为与作用于操舵部件2的转舵扭矩T对应的值。
从转向角传感器45向控制部29输入关于第三轴13的旋转角的信号，作为与转舵角θ2对应的值。
从车速传感器46向控制部29输入关于车速V的信号。
从偏航速率传感器47向控制部29输入关于车辆的偏航角速度γ的信号。
控制部29，基于上述各传感器42～47的信号等，来控制传动比可变机构用电动机23和转向辅助用电动机25的驱动。
根据上述构成，传动比可变机构5的输出，经由转向辅助力施予机构19而传递到转向装置10。更具体而言，输入操舵部件2的转舵扭矩，经由第一轴11输入传动比可变机构5的输入部件20，并从输出部件22传递到转向辅助力施予机构19的第二轴12。
传递到第二轴12的转舵扭矩，传到扭杆14和第三轴13，并与来自转向辅助用电动机25的输出一起，经由中间轴8等而传递到转向装置10。
图2是表示图1的要部的更具体的构成的剖视图。参照图2，壳体24例如是将铝合金等金属形成为筒状而成的，包括第一壳体51、第二壳体52以及第三壳体53。在该壳体24内，容纳有第一轴承31、第二轴承32、第三轴承33、第四轴承34、第五轴承35、第六轴承36、第七轴承37(简化图示)。例如，第一～第七轴承31～37分别是滚动轴承。更具体而言，第一～第五轴承31～35以及第七轴承37，分别是推力角接触球轴承。第六轴承36是针状滚柱轴承。
第一壳体51形成筒状，构成容纳作为差动机构的传动比可变机构5的差动机构壳体，并且构成容纳传动比可变机构用电动机23的电动机壳体。第一壳体51的一端，被端壁部件54覆盖。第一壳体51的一端与端壁部件54，用螺栓等止动件55相互固定。在第一壳体51另一端的内周面56，嵌合有第二壳体52的一端的环状凸部57。该第一和第二壳体51、52，用螺栓等止动件(未图示)相互固定。
第二壳体52形成筒状，构成容纳转矩传感器44的传感器壳体和容纳旋转角检测传感器43的分解器壳体。在第二壳体52另一端的外周面59嵌合着第三壳体53的一端的内周面60。
第三壳体53形成筒状，构成容纳减速机构26的减速机构壳体。在第三壳体53的另一端设有端壁部61。端壁部61形成环状。由端壁部61堵塞第三壳体53的另一端。
图3是图2的传动比可变机构5及其周边的放大图。参照图3，传动比可变机构5的输入部件20、输出部件22以及轨道轮单元39的内轮391，分别形成环状。
输入部件20与内轮391，通过相互啮合的第一齿轮211和第二齿轮212，可传递动力地相互连结。内轮391与输出部件22，通过相互啮合的第三齿轮213和第四齿轮214，可传递动力地相互连结。
输入部件20具有第一齿轮211。第一齿轮211包括：作为齿轮主体的输入部件主体201；保持于输入部件主体201的多个销77；将多个销77保持于输入部件主体201用的内保持器75和外保持器76。
另外，输入部件20具有配置在输入部件主体201的径向内侧、可与输入部件主体201一同旋转的筒状部件202。输入部件主体201和筒状部件202使用单一的材料一体地形成。
第一轴11的另一端，插入筒状部件202的插通孔202a。作为传动比可变机构5的输入轴的第一轴11的另一端和筒状部件202，例如通过锯齿状卡合可传递转矩地连结。
输出部件22具有第四齿轮214。第四齿轮214包括：作为齿轮主体的输出部件主体221；保持于输出部件主体221的多个销87；将多个销87保持于输出部件主体221用的内保持器85和外保持器86。
输出部件22具有配置在输出部件主体221的径向内侧、可与输出部件主体221一同旋转的筒状部件222。输出部件主体221和筒状部件222使用单一的材料一体地形成。
第二轴12的一端，插入输出部件22的筒状部件222的插通孔222a。作为传动比可变机构5输出轴的第二轴12的中间部和输出部件22，例如通过锯齿状卡合可传递转矩地连结。
轨道轮单元39的内轮391，整体使用单一的部件一体地形成，且配置在输入部件20和输出部件22之间。内轮391具有：与输入部件20的第一齿轮211成对的第二齿轮212、和与输出部件22的第四齿轮214成对的第三齿轮213。内轮391具有关于该内轮391的轴方向的第一端部391a和第二端部391b。第一端部391a，形成为第二齿轮212的齿轮主体。第二端部391b形成为第三齿轮213的齿轮主体。第一和第二端部391a、391b，相互的轴线一致，能够绕作为该一致的轴线的第二轴线Z2一同旋转。
外轮392以压入传动比可变机构用电动机23的转子231内周上形成的倾斜孔63中的状态被固定。外轮392与转子231绕第一轴线Z1一同旋转。随着转子231绕第一轴线Z1的旋转，轨道轮单元39进行哥氏运动。
另外，在本实施方式中，基于如上所述构成的轨道轮单元39进行了说明，然而也可以是如下的构成。即，外轮392，将输入部件20和输出部件22可差动旋转地连结起来，并且内轮391可与传动比可变机构用电动机23的转子231一同旋转地连结。此时，轨道轮单元39为内轮支承型。另外，第二齿轮212和第三齿轮213设置在作为中间部件的外轮392的侧面。
图4是图3的传动比可变机构5的要部的放大图。参照图4，第一齿轮211的中心轴线Z31与输入部件20的中心轴线一致，也与第一轴线Z1一致。第一齿轮211能够绕该第一齿轮211的中心轴线Z31旋转。
第四齿轮214的中心轴线Z34与输出部件22的中心轴线一致，也与第一轴线Z1一致。第四齿轮214能够绕该第四齿轮214的中心轴线Z34旋转。
第二齿轮212的中心轴线Z32与第二轴线Z2一致。第二齿轮212能够绕该第二齿轮212的中心轴线Z32旋转。
第三齿轮213的中心轴线Z33与第二轴线Z2一致。第三齿轮213能够绕该第三齿轮213的中心轴线Z33旋转。
第二齿轮212的中心轴线Z32和第三齿轮213的中心轴线Z33，在相对于第一轴线Z1倾斜的状态下，能够绕第一轴线Z1转动。因此，也将第二齿轮212和第三齿轮213称作轴心摆动齿轮。
与此相对，第一齿轮211的中心轴线Z31和第四齿轮214的中心轴线Z34既不转动也不位移。因此，也将第一齿轮211和第四齿轮214称作轴心固定齿轮。
由第一齿轮211和能够与该第一齿轮211可传递动力地啮合的第二齿轮212构成第一章动型齿轮装置78。另外，由第三齿轮213和能够与该第三齿轮213可传递动力地啮合的第四齿轮214构成第二章动型齿轮装置88。此外，由第一章动型齿轮装置78和第二章动型齿轮装置88形成第三章动型齿轮装置89。
第三章动型齿轮装置89的输入部件20和输出部件22，各自的中心轴线一致，且隔着内轮391的第一端部391a和第二端部391b配置。
第一齿轮211具有侧面70。侧面70设置在输入部件20的轴向端部。另外，第四齿轮214具有侧面73。侧面73设置在输出部件22的轴向端部。
内轮391具有第二齿轮212的侧面71和第三齿轮213的侧面72。第二齿轮212的侧面71和第三齿轮213的侧面72，在内轮391的轴线方向上相互对置。第二齿轮212的侧面71形成为内轮391的第一端部391a的一部分，与第一齿轮211的侧面70相对置。第三齿轮213的侧面72形成为内轮391的第二端部391b的一部分，与第四齿轮214的侧面73相对置。
图5是第一章动型齿轮装置78的要部的立体图。参照图4和图5，第一齿轮211具有：形成于该第一齿轮211的侧面70的多个保持槽79、保持于各保持槽79的多个销77。
第二齿轮212包括：形成于该第二齿轮212的侧面71且与对应的销77卡合的多个齿槽80。齿槽80和销77能够相互配合。
保持槽79和销77，在侧面70中横亘输入部件20的周向的全体区域以等间隔配置在输入部件20的周向。
齿槽80在侧面71中横亘内轮391的周向的全体区域以等间隔配置在内轮391的周向。
保持槽79和销77分别配置有例如38个。齿槽80的数量与销77的数量不同，例如是比销77的数量多的40个。另外，轴心固定齿轮的齿数少于轴心摆动齿轮的齿数。
各销77，用于形成第一齿轮211的齿81，例如是形成圆柱状的针状滚柱。这些销77以第一齿轮211的中心轴线Z31为中心放射状配置。各销77的一半，从对应的保持槽79突出而形成截面半圆形形状。该突出的一半作为第一齿轮211的齿81。各销77中第一齿轮211的径向R1的外端77a，统一被环状的外保持器76保持，第一齿轮211的径向R1的内端77b，统一被环状的内保持器75保持。
各销77，借助该外保持器76和内保持器75，在与输入部件主体201的保持槽79接触的状态下被保持。外保持器76和内保持器75分别由具有弹性的部件、例如合成树脂形成，并被安装于输入部件主体201。
参照图5，保持槽79以第一齿轮211的中心轴线Z31为中心呈放射状且细长地形成，且关于第一齿轮211的径向在侧面70的全体区域内延伸，并在第一齿轮211的周向上以等间隔配置。保持槽79的数量与销77的数量相等，在各保持槽79中保持有销77。另外，内保持器75和外保持器76在图5中未图示。
齿槽80，以第二齿轮212的中心轴线Z32为中心呈放射状且细长地形成，关于第二齿轮212的径向(也是内轮391的径向)在侧面71的全体区域内延伸，并在第二齿轮212的周向上以等间隔配置。齿槽80的数量与销77的数量为不同的数。可以根据销77的数量与齿槽80的数量之差，在输入部件主体201与内轮391之间进行变速。
再次参照图4，由于内轮391的第二轴线Z2相对于输入部件20的第一轴线Z1只以规定角度λ倾斜，因此第一齿轮211的多个销77中的一部分销77和第二齿轮212的多个齿槽80中的一部分齿槽80相互啮合。
图6是沿着图4的VI-VI线的要部的剖视图。图6表示与齿槽80啮合的销77的长度方向正交的截面。参照图5和图6，销77的外周面由圆筒面形成。销77外周面的直径关于沿着销77的中心轴线J1的方向为不变。
齿槽80，形成截面凹弯曲形状的管状并延伸。另外，在与销77的中心轴线正交的截面内，齿槽80的内面，例如为所谓的四点接触(ゴシクア一ク)形状。齿槽80的底801为尖锐的形状。齿槽80的底801与销77相互不接触。另外，齿槽80的截面形状，横亘齿槽80的长度方向的全体区域具有相同形状。齿槽80包括隔着底801且在第二齿轮212的周向上排列的一对的接触部分802。在销77的突出端到达齿槽80的最深处时，一对接触部分802能够分别与销77的外周面接触。各接触部分802由圆弧面形成。该圆弧面的曲率半径大于销77的外周面的半径。
参照图4，第三齿轮213除以下方面外，与第二齿轮212为相同构成。另外，第四齿轮214除以下方面外，与第一齿轮211为相同构成。即，第四齿轮214设置于输出部件22。另外，第三齿轮213设置在内轮391的第二端部319b上。另外，第三齿轮213和第四齿轮214的齿数差与第一齿轮211和第二齿轮212的齿数差不同。例如，在本实施方式中，第一齿轮211和第二齿轮212的齿数差大于第三齿轮213和第四齿轮214的齿数差，然而反过来也可以。
另外，第三齿轮213的侧面72具有多个齿槽110。齿槽110与上述齿槽80同样地形成。
第四齿轮214的侧面73具有：多个保持槽109、多个销87、用于保持销87的内保持器85及外保持器86。保持槽109与第一齿轮211的保持槽79为相同的构成。销87与第一齿轮211的销77相同地构成。内保持器85和外保持器86与内保持器75和外保持器76相同地构成。
第三齿轮213和第四齿轮214的啮合状态，与第一齿轮211和第二齿轮212的啮合状态相同。省略对第三齿轮213和第四齿轮214的详细说明，然而第三齿轮213和第四齿轮214也能够获得与第一齿轮211和第二齿轮212的关系获得的作用及效果。以下，基于第一齿轮211和第二齿轮212的关系进行说明。
参照图3，传动比可变机构用电动机23的转子231包括：沿轴方向S延伸的筒状的转子芯112。
在本实施方式中，支承轨道轮单元39的外轮392的转子芯112，经由第一轴承31可旋转地支承输入部件20的筒状部件202，并且经由第三轴承33可旋转地支承输出部件22的筒状部件222。
另外，第一轴承31的外轮通过转子芯112的台阶部在轴向上被定位。第三轴承33的外轮通过转子芯112的台阶部在轴向上被定位。轨道轮单元39的外轮392通过转子芯112的台阶部在轴向上被定位。由此，限制外轮392、输入部件20、输出部件22相互在轴向上的相对移动。
另外，转子芯112被在轴方向S隔着上述第一和第三轴承31、33的第二和第四轴承32、34，双支承。
第二轴承32，保持于在第一壳体51的一端的内径部形成的环状凸部114。第四轴承34，保持于在第二壳体52的另一端的内径部形成的环状的延伸部115。
环状的延伸部115，形成为从设在第二壳体52的另一端的隔壁部116向轴方向S的一方S1侧延伸的筒状，且插入转子芯112的内部。
图7是第一章动型齿轮装置78的侧视图。参照图7，第一齿轮211的多个销77与第二齿轮212的多个齿槽80相互同时卡合。另一方面，由于同时相互卡合的销77和齿槽80有多对，因此易产生销77和齿槽80的干涉。当产生该干涉时，会在周向上产生振动和噪声。
在本实施方式中，为了能够抑制上述干涉的产生，以使后述的公式(1)成立的方式，构成第一章动型齿轮装置78。
另外，在第二章动型齿轮装置88中，也同样以使公式(1)成立的方式构成。另外，在第三章动型齿轮装置89中，优选用第一及第二章动型齿轮装置78、88两者使公式(1)成立，然而也可以用第一及第二章动型齿轮装置78、88中的一个使公式(1)成立。以下，基于第一章动型齿轮装置78进行说明。
图8是第一章动型齿轮装置78的示意图。参照图8，在章动型齿轮装置78中，相互啮合的销77和齿槽80关于销77的长度方向X5在规定长度X2的卡合区域771、803卡合。卡合区域771位于销77的外周面。卡合区域803位于齿槽80的内面。
销77的中心轴线J1包括在销77的径向R5上与卡合区域771、803对应的对应区间J11。在将对应区间J11内的销77的中心轴线J1上的任意点P2与第一轴线Z1的距离设为rCO，将任意点P2与第二轴线Z2的距离设为rFO，将第一齿轮211的销77的数量设为ZC，将第二齿轮212的齿槽80的数量设为ZF时，下列公式(1)：rCO/rFO＝ZC/ZF...(1)成立。
根据本发明，在作为上述一个齿轮的第一齿轮211与作为另一个齿轮的第二齿轮212相互啮合旋转时，由于在销77的三次元摆动运动中，绕与销77的中心轴线J1平行的轴线的摆动运动的量变小，因此能减小销77进出齿槽80时的振动。其结果能够抑制第一章动型齿轮装置78的振动以及噪声的产生。
公式(1)的距离rCO可以是实测值，也可以是用实测值或目标值通过计算求出的计算值。距离rFO也同样，根据这些距离rCO和距离rFO，计算公式(1)左边的r比(r比＝rCO/rFO)，只要计算出的r比与齿数比一致即可。此时可以说公式(1)成立。
例如，在将第一轴线Z1与第二轴线Z2所成的角度设为λ，将沿着第一轴线Z1延长的方向上第一轴线Z1和第二轴线Z2的交点P1与任意点P2的距离设为ARC，将沿着第二轴线Z2延长的方向上交点P1与任意点P2的距离设为ARF时，下述公式(2)、(3)成立。
ARF＝ARC×cosλ-rCO×sinλ    ……(2)
rFO＝rCO×cosλ-ARC×sinλ    ……(3)
例如，作为第一章动型齿轮装置78的第一和第二齿轮211、212的各要素(目标值或测量值)，有时给出角度λ、距离rCO以及距离ARF(或者距离ARC)。此时，用公式(2)、(3)和给出的各要素，即角度λ、距离rCO、距离ARF(或者距离ARC)，就能够求出距离rFO，进而能够求出公式(1)左边的r比。
例如，上述任意的点P2包含于一同包括第一轴线Z1和第二轴线Z2的平面P12(参照图6)。更具体而言，上述的任意的点P2在销77的中心轴线J1上，配置在对应区间J11的中央位置。此时，能够有效地抑制振动。
在公式(1)成立时，通过上述任意的点P2并沿着以第一轴线Z1为中心的圆测量时的第一齿轮211的销77的齿距，与通过上述任意的点P2并沿着以第二轴线Z2为中心的圆测量时的第二齿轮212的齿槽80的齿距，彼此相等。
换而言之，通过以使公式(1)成立的方式设定各要素(例如距离rCO、距离rFO)，从而能够可靠并且容易地实现使第一齿轮211和第二齿轮212的齿的齿距彼此相等。因此，能够可靠并且容易地实现降低第一章动型齿轮装置78的振动和噪声。
另外，在以往的章动型齿轮装置中，不太重视第一和第二齿轮的齿的间距。其结果，例如，在上述各要素的设定中，由于没有以使公式(1)成立的方式进行设定，因此第一和第二齿轮的齿的齿距相互不同。其结果，成为上述振动和噪声的原因。
另外，考虑采用能够抑制振动的销或者齿槽形状。由于这样的形状复杂因此加工困难，并且使制造成本升高。与此相对，在本实施方式中，为了抑制振动的产生而将一对齿轮的各要素设定为使上述公式(1)成立的值，因此能够将销和齿槽的形状简化。因此，能够降低制造成本。而且能够抑制振动和噪声的产生。
另外，具体地说明上述公式(1)成立带来的效果。即，考虑相互啮合的特定的销77和齿槽80的相对移动。
利用后述的公式(4)求出公式(1)成立时，销77相对于齿槽80相对移动的轨迹。另外，同样求出公式(1)不成立时，销77相对于齿槽相对移动的轨迹。
图9a、图9b是表示销和齿槽相对移动的轨迹的计算结果的曲线图，图9a表示公式(1)不成立的以往的情况，图9b表示公式(1)成立的本实施方式的情况。图9a、图9b的横轴表示关于齿轮的旋转方向销相对于齿槽的相对移动量。图9a、图9b的纵轴表示关于齿槽的深度方向销相对于齿槽的相对移动量。另外图9a、图9b的曲线是通过计算求出表示销相对于齿槽的中心位置的点，并用线连结求出的点，用点G0图示销的中心最接近于齿槽底时的销的中心位置。
根据图9a和图9b的曲线图，在销77进出对应的齿槽80时，在齿槽80的深度方向(相当于曲线的纵向)进行相对移动，并且在第一齿轮211(也可以是第二齿轮212)的旋转方向(在曲线图中相当于横方向)进行相对移动。
在公式(1)成立时(参照图9b)，与公式(1)不成立时(参照图9a)相比较，销关于曲线图的横轴的相对移动量相对较小。即，可以说对于旋转方向销77和齿槽80的相对位移量小。
另外，参照图9b，销77以规定的距离G4在齿槽80的深度方向上离开G0时，销77和齿槽80的卡合被解除。解除该卡合时的点G5有两个。求出两个点G5间的旋转方向的距离G1。同样，参照图9a，求出两个点G5间的旋转方向的距离G2。
该距离G1、G2越大，在相互啮合的销与齿槽之间越易产生旋转方向的振动。公式(1)成立时的距离G1小于公式(1)不成立时的距离G2。因此，可以说难以产生振动。
求图9a和图9b的曲线用的后述的公式(4)，是在章动型齿轮装置的第一齿轮211具有齿槽，第二齿轮212具有销的情况下，求第二齿轮212进行摆头运动时销的任意点的位置的公式。上述任意的点的位置，为通过图11的三个旋转运动使图10的点P3移动的点P5的位置。另外，在求销和齿槽的中心彼此的相对运动时，销和齿槽可以位于任意齿轮。
图10是说明第二齿轮的销的任意的点P3用的第二齿轮的示意图。图11是图10的第二齿轮的销的运动的说明图。另外，在图11中也图示了第二齿轮212摆头运动时销的外周上的任意的点的轨迹和该轨迹的包络线(用双点划线图示)。
参照图10，第二轴线Z2沿着坐标轴的Z轴。图示了P3是第二齿轮212的销的任意的点，且位于销的外周面上的情况。rR是表示任意的点P3用的变量，是任意的点P3与销的中心轴线J1的距离。在任意的点P3位于销的外周面上时，距离rR等于销的外周面的半径。λR是销的中心轴线J1相对于与第二轴线Z2正交的平面所成的角度。另外，θR是表示任意的点P3用的变量，是绕销的中心轴线J1的角度。d是表示任意的点P3用的变量，是沿着销的中心轴线J1的方向的销的中心P4与点P3的距离。rF3是位于销的中心轴线J1上的销的中心P4与第二轴线Z2的距离。BRF是关于第二轴线Z2延长的方向上述交点P1与销的中心P4的距离。
参照图11，从任意的点P3向点P5的三个旋转运动包括：以角度-φ绕Z轴的旋转、以角度λ绕X轴的旋转、以角度iφ绕Z轴的旋转。点P5的位置P05通过下述公式(4)获得。
P05＝M1·M2·M3·P03……(4)
在此，
P03＝[X0，Y0，Z0]
X0＝rR·sinθR
Y0＝d·cosλR+rR·sinλR·cosθR+rF3
Z0＝-d·sinλR+rR·cosλR·cosθR+BRF
另外，P03是销的任意的点P3的位置，X0是点P3的X坐标、Y0是点P3的Y坐标、Z0是点P3的Z坐标。另外，M1是用于求出使任意点以角度-φ绕Z轴旋转时的点的位置的矩阵，φ是函数。另外，M2是用于求出使任意点以角度λ绕X轴旋转时的点的位置的矩阵，λ是函数。另外，M3是用于求出使任意的点以角度iφ绕Z轴旋转时的点的位置的矩阵，iφ是函数。
另外，φ是第二齿轮212的摆头运动的旋转角度。另外，i是齿数比。在此，齿数比i＝ZF/ZC＝(输出齿数)/(输入齿数)。例如，输出齿数是第二齿轮212的齿数。输入齿数是第一齿轮211的齿数。
在公式(4)中，预先使rR＝0，求Y＝rCO，在预先使rF3＝rF0、rCO/rFO＝ZC/ZF时，得到图9b的曲线图。
另外，在公式(4)中，预先使rR＝0，求Y＝rCO，在预先使rF3＝rF0、rCO/rFO＝α·ZC/ZF(α＞1)时，得到图9a的曲线图。
参照图4，在本实施方式中，轴心固定齿轮设有一对，即，第一和第四齿轮211、214。一对齿轮211、214分别与作为轴心摆动齿轮的内轮391对应的侧面71、72啮合。此时，在具有两对轴心固定齿轮以及轴心摆动齿轮的第三章动型齿轮装置89中，能够抑制振动和噪声。
另外，本实施方式的传动比可变机构5使用本实施方式的第三章动型齿轮装置89。具备：设有作为一对轴心固定齿轮的一方的第一齿轮211的输入部件20、和设有作为一对轴心固定齿轮的另一方的第四齿轮214的输出部件22、设有作为轴心摆动齿轮的第二和第三齿轮212、213且允许输入部件20和输出部件22的差动旋转的中间部件的内轮391、用于驱动中间部件的传动比可变机构用的电动机23。此时，电动机23驱动上述中间部件，因此能够改变输出部件22的旋转角与输入部件20的旋转角之比。
参照图1，本实施方式的车辆用操舵装置1，利用传动比可变机构5能够改变转舵角与操舵部件2的操舵角之比、即传动比。输入部件20与操舵部件2连结，输出部件22与作为转向轮侧部件的第二轴12连结。
由此，通过改变传动比，就能够根据车辆的行驶状态等，使对应操舵部件2的操舵的转向轮的转舵量最佳化。例如，在进行车辆入库动作时等车辆停止时或低速行驶时，通过增大传动比就能够对应操舵量来增大转向轮的转向量，从而能够减少操舵部件的操作量。另外，当车辆在雪路等行驶时，能够利用传动比可变机构自动地进行逆转向操作即所谓的主动操舵。
参照图1和图2，VGR功能的动作如下。在传动比可变机构用电机23的转子231旋转，并且通过驾驶员保持操舵部件2来限制输入部件20的旋转时，通过使转子231绕第一轴线Z1旋转，由此轨道轮单元39进行所谓的哥氏运动。由此，内轮391使输入部件20和输出部件22相互逆旋转。然而，由于输入部件20的旋转被限制了，因此只有输出部件22旋转。
此时，在第一齿轮211与第二齿轮212之间存在第一齿数差，在第三齿轮213与第四齿轮214之间存在第二齿数差，第一齿数差与第二齿数差相互不同。由此，在轨道轮单元39的外轮392旋转1周时，内轮391以与第一齿数差对应的量旋转。此外，输出部件22以与第二齿数差对应的量旋转。其结果，传动比可变机构用电机23的转子231的旋转被减速而输出。
在传动比可变机构用电机23的转子231旋转，并且通过驾驶员对操舵部件2操舵而使输入部件20旋转时，输出部件22的旋转量，使在上述情况下(转子231旋转并且通过驾驶员保持操舵部件2而限制了输入部件20的旋转时)的旋转量上增加了输入部件20(操舵部件2)的旋转量的值。
由此，在车辆以比较低的速度行驶时，能够增大操舵角θ1发挥辅助驾驶员操舵的功能。
另外，在车辆以比较高的速度行驶时，例如，通过比较操舵角θ1和车辆偏航角速度γ来判定车辆的举动。其结果，在根据操舵角θ1判定的车辆的举动与根据检测出的偏航角速度γ判定的车辆的举动不一致时，通过对传动比可变机构用电机23的转子231的旋转进行增速或减速，进行车辆的稳定性控制(姿势稳定控制)。另外，此时，以进行逆转向操作的方式控制传动比可变机构用电机23的驱动。
另外，本实施方式可以考虑以下的变形例。在以下的说明中，主要说明与上述实施方式的不同点。另外，对于其他构成省略说明，然而与上述实施方式同样，标记相同符号。
例如，在上述实施方式中，说明了在输入部件20的第一齿轮211设置保持槽79和销77，在内轮391的第二齿轮212设置齿槽80的情况，然而不限定于此。例如，可以在内轮391的第二齿轮212设置保持槽79和销77，在输入部件20的第一齿轮211设置齿槽80。同样，也可以在内轮391的第三齿轮213设置保持槽109和销87，在输出部件22的第四齿轮214设置齿槽110。
总之，轴心固定齿轮和轴心摆动齿轮中的一方齿轮，包括：在上述一方齿轮的侧面以上述一方齿轮的中心轴线为中心放射状排列的多个保持槽；和分别被各保持槽保持构成上述一方齿轮的齿的销。销在上述轴心固定齿轮和上述轴心摆动齿轮中另一方齿轮的侧面与以上述另一方齿轮的中心轴线为中心放射状排列的齿槽80啮合即可。
另外，虽未图示，然而可以使用圆锥台形形状的销和与该销的形状匹配的形状的齿槽，来代替销77和齿槽80。该齿槽的内面由圆锥面的一部分形成，可以与销的外周面线接触或者面接触。另外，随着接近具有销的齿轮的径向内侧，销的直径变小。另外，销77和保持槽79有时也可以由单一的部件一体地形成。对于销87和齿槽110也同样。
另外，有时可以考虑采用第一齿轮211的齿数与第二齿轮212的齿数相互为同数的情况、和第三齿轮213的齿数与第四齿轮214的齿数相互为同数的情况中的任意一种。此时，可以将公式(1)适用于齿数不同的一对齿轮。
另外，在上述各实施方式中，传动比可变机构5适用于转向轴3，然而也可以适用于中间轴8和小齿轮轴15。在这些情况下，输出部件22与转向轮侧部件(例如，上述实施方式中的第二轴12)连结，该转向轮侧部件在传递操舵力的传递路径中位于比输出部件22更靠近转向轮4L、4R。
另外，可以将本发明的传动比可变机构和章动型齿轮机构适用于车辆用操舵装置以外的其他的装置。例如，可以将本发明的传动比可变机构和章动型齿轮机构，适用于能够改变车辆车轮的束角的束角可变机构、或能够改变车辆车轮的外倾角的外倾角可变机构、能够改变车辆减震器的衰减力的衰减力可变机构等中。也可以将本发明的传动比可变机构和章动型齿轮机构适用于车辆用操舵装置以外的其他的一般的齿轮装置、具有一对轴心固定齿轮和轴心摆动齿轮的齿轮装置。以外，在权利要求书所记载的事项的范围内可以实施各种变更。

Claims (8)

1.一种章动型齿轮装置，其特征在于，具备：
轴心固定齿轮，其在第一轴线上具有中心轴线并能够绕该第一轴线旋转；
轴心摆动齿轮，其在以相对于上述第一轴线倾斜的状态摆动的第二轴线上具有中心轴线，并能够绕该第二轴线旋转；
上述轴心固定齿轮和上述轴心摆动齿轮中一方的齿轮，具有：在上述一方齿轮的侧面，以上述一方齿轮的中心轴线为中心呈放射状排列的多个保持槽；和分别被各保持槽保持而构成上述一方齿轮的齿的销，
上述销，与在上述轴心固定齿轮和上述轴心摆动齿轮中另一方齿轮的侧面以上述另一方齿轮的中心轴线为中心呈放射状排列的齿槽啮合，
相互啮合的上述销和上述齿槽，关于上述销的长度方向在规定长度的卡合区域卡合，
从上述销的径向观察时，上述销的中心轴线的与上述卡合区域对应的对应区间内的上述中心轴线上的任意的点与上述第一轴线的距离设为rCO，
上述任意的点与上述第二轴线的距离设为rFO，
上述一方齿轮的上述销的数量设为ZC，
上述另一方齿轮的上述齿槽的数量设为ZF时，下列公式成立，
rCO/rFO＝ZC/ZF。
2.根据权利要求1所述的章动型齿轮装置，其特征在于，
具有上述多个保持槽和销的齿轮，是上述轴心固定齿轮。
3.根据权利要求1所述的章动型齿轮装置，其特征在于，
具有上述多个保持槽和销的齿轮，是上述轴心摆动齿轮。
4.根据权利要求1所述的章动型齿轮装置，其特征在于，
上述轴心固定齿轮，是在上述第一轴线上具有中心轴线、一对设置的第一轴心固定齿轮和第二轴心固定齿轮，
上述轴心摆动齿轮，是在第二轴线上具有中心轴线、一体形成的第一轴心摆动齿轮和第二轴心摆动齿轮，
上述第一轴心固定齿轮与上述第一轴心摆动齿轮啮合，上述第二轴心固定齿轮与上述第二轴心摆动齿轮啮合。
5.根据权利要求1所述的章动型齿轮装置，其特征在于，
上述销为圆筒形状。
6.根据权利要求1所述的章动型齿轮装置，其特征在于，
上述销是圆锥台形形状。
7.一种传动比可变机构，使用了权利要求4所述的章动型齿轮装置，其特征在于，具备：
设有上述第一和第二轴心固定齿轮的一方的输入部件；设有上述第一和第二轴心固定齿轮的另一方的输出部件；具有上述第一和第二轴心摆动齿轮并容许上述输入部件和上述输出部件的差动旋转的中间部件；用于驱动上述中间部件的电动机，
从上述输入部件向上述输出部件的传动比是可变的。
8.一种车辆用操舵装置，能够使用权利要求7所述的传动比可变机构来改变转舵角与操舵部件的操舵角的之比、即传动比，其特征在于，
上述输入部件与上述操舵部件连结，上述输出部件与转向轮侧部件连结。
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