CN102458960A - 齿条式转向机构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种齿条式转向机构(10)，其包括：具有纵轴线(X)的齿条(20)；齿条壳体(32)，在该齿条壳体中所述齿条(20)在两个终端止挡之间轴向可移动地导引；以及终端止挡-阻尼组件(30)，该终端止挡-阻尼组件包括至少一个挡环(34，36)和至少一个弹性的压缩体(38)，其中，所述压缩体(38)环绕所述齿条(20)并且其弹簧/阻尼段在非负载状态下具有一轴向长度(x1)。所述挡环(34，36)具有相对所述压缩体(38)在径向上居于内部的、环绕的轴向导向凸起(40)，该导向凸起具有一轴向长度(x2)，该轴向长度比所述压缩体(38)的弹簧/阻尼段的所述轴向长度(x1)小。

Description

齿条式转向机构
技术领域
本发明涉及一种车辆用齿条式转向机构，其包括：具有纵轴线的齿条；齿条壳体，在该齿条壳体中所述齿条在两个终端止挡之间轴向可移动地导引；以及终端止挡-阻尼组件，该终端止挡-阻尼组件包括至少一个挡环和至少一个弹性的压缩体，其中所述压缩体环绕所述齿条并且其弹簧/阻尼段在非负载状态下具有一轴向长度。所述挡环具有相对所述压缩体在径向上居于内部的、环绕的轴向导向凸起，该导向凸起具有一轴向长度。
背景技术
例如由WO 03/029067 A1已知具有权利要求1前序部分特征的一种这样的齿条式转向机构。在此，所述终端止挡-阻尼组件具有两个为了构成法兰而被弯折的衬套和弹性挠曲材料，其中，对插在一起的衬套和其法兰构成一个类似空心圆柱形的腔室，该腔室完全包围所述弹性挠曲材料。所述衬套之一被牢固地固定安装在壳体中，而另一个衬套却能够相对齿条轴线作轴向运动，因此所述弹性挠曲材料在终端止挡的范围内被压缩，且使所述终端止挡受到阻尼。在所述转向机构的一个实施方案中，被牢固地固定安装在所述壳体中的衬套也可以成一体地整合于所述壳体中。
对于齿条式转向机构的终端止挡阻尼，原则上努力追求的是，使所述阻尼组件尽可能构造简单，并且能够在结构空间需求小的情况下以最少的费用装配起来。另外特别重要的是，设置有弹性的压缩体的所述阻尼组件具有适当的阻尼特性曲线或者弹性特性曲线。
在所述WO 03/029067 A1中，所述终端止挡-阻尼组件具有非常陡直的特性曲线。因此所述终端止挡相当硬，这会导致高的部件负荷，且经过长时间的使用后也可能会造成对所述齿条式转向机构的损伤。
与此相对，EP 1 777 138 A1公开了一种齿条式转向机构用的终端止挡-阻尼组件，在该终端止挡-阻尼组件中，弹性的压缩体被串接起来。由所述压缩体的这种串接以及近乎无限的变形可能性产生一种很平缓的特性曲线，就是说一种相当柔软的终端止挡。为了产生足够的阻尼所述齿条的反作用力，相应地需要大的变形行程。因此所述阻尼组件占用了不合乎要求的大的结构空间，以及，由于所述压缩体与其相互间的稳定元件的串接，还产生可观的制造费用。
发明内容
本发明的目的是，提供一种带有终端止挡-阻尼组件的齿条式转向机构，该终端止挡-阻尼组件构造简单且装配费用低，以及此外可提供很好地调节所期望的阻尼特性曲线或弹性特性曲线的可能性。
所述目的通过开头所述的齿条式转向机构得以实现，在该齿条式转向机构中，所述导向凸起的轴向长度比所述压缩体的弹簧/阻尼段的轴向长度小。与完全被封罩在所述终端止挡-阻尼组件中的压缩体相比，由此对于所述压缩体产生了更自由的变形可能性。例如，能够以低费用通过所述导向凸起的轴向长度的变化对所述压缩体用的变形空间进行调节。所述压缩体具有一个弹簧/阻尼段，该弹簧/阻尼段被设置在两个支承面之间，它们一方面配置于所述齿条壳体，另一方面配置于所述齿条，并且相对彼此进行轴向运动。所述压缩体的所述弹簧/阻尼段具有一个轴向长度，与WO 03/029067相反，该轴向长度比所述导向凸起的轴向长度大。当齿条不对所述弹簧/阻尼段施加外力时，所述压缩体的弹簧/阻尼段就处于非负载状态。尽管如此还是可以在预力作用下装入所述压缩体。
上述目的还通过一种齿条式转向机构得以实现，该齿条式转向机构包括：具有纵轴线的齿条；齿条壳体，在该齿条壳体中所述齿条可轴向移动地被收纳在两个终端止挡之间；终端止挡-阻尼组件，该终端止挡-阻尼组件包括至少一个挡环和至少一个弹性的压缩体；和导套，该导套用来引导可移动的齿条并且设置在所述齿条壳体的一凹部中。所述挡环将所述导套轴向固定在所述齿条壳体内。用于引导所述可移动的齿条的这样的导套特别是必须被设置在配有该齿条式转向机构的车辆的副驾驶员一侧。根据本发明，为了将所述导套轴向固定在所述齿条壳体内，使用了所述终端止挡-阻尼组件的挡环。准确地说，因为出于制造公差的原因不可能完全消除最小相对运动，所以所述导套在通常的公差范围内被固定在所述齿条壳体中。尽管如此以下情况还是对此忽略不计。所述挡环相对所述导套被轴向错开地设置并构成用于所述导套的止挡。优选地，所述挡环在其装配后沿轴向固定所述导套并且与其持久贴靠。由于可以省略用于固定所述导套的单独的机构措施，所述终端止挡-阻尼组件的作为所述导套的固定工具的附加功能简化了所述齿条壳体的构造。此外，所述导套和所述终端止挡-阻尼组件的装配也变得特别简单易行。
所述终端止挡-阻尼组件优选是固定在所述齿条壳体上。
在一个优选的实施方式中，所述终端止挡-阻尼组件被收纳在壳体开口中并且通过压配合(过盈配合)安置于所述齿条壳体中。这种情况下能够以非常低的费用对所述终端止挡-阻尼组件进行装配，以及必要时实现对所述导套进行固定。
所述压缩体，尤其是其阻尼段，可以是具有基本上呈梯形的环形横截面的环状物。通过环形形状，能够在周向上达到均匀的单位面积压力，并且，通过所述呈梯形的横截面能够特别有益地调定一种渐进特性曲线。
所述压缩体优选由弹性体材料构成。
在一个实施方式中，所述挡环借助形状锁合连接被固定在所述弹性的压缩体上，其中，所述形状锁合连接优选作为卡锁连接或者卡扣连接得以实现。这样，所述终端止挡-阻尼组件的各零部件可以说是通过举手之劳便组合成了一个结构单元。
在另一个实施方式中，所述弹性的压缩体被预先硫化接合在至少一个挡环上。在这种情况下有益的是，在仅仅一个作业步骤中就完成所述压缩体的制造和所述压缩体在所述挡环上的固定。硫化接合和形状锁合当然也可以成为联合固定方案。
在所述齿条式转向机构的一个特别优选的实施方式中，所述终端止挡-阻尼组件具有多个挡环，其中之一作为所述终端止挡-阻尼组件用的固定环，并且另一个挡环至少在轴向的终端止挡中在端面与所述齿条或者一个中间件相接触。
所述阻尼段特别是处于两个挡环之间，从而，其相对的与所述压缩体的接触面之间的间距便确定了所述阻尼段的所述轴向长度。
附图说明
本发明的其他特征和优点参见从属权利要求和下文中借助所附附图对优选实施方式的阐述。附图中：
图1为本发明的齿条式转向机构的示意图；
图2为图1所示齿条式转向机构的区域“A”的细节剖视图；
图3为组装前本发明的齿条式转向机构的终端止挡-阻尼组件；和
图4为组装后的根据图3的终端止挡-阻尼组件。
具体实施方式
图1示出的是车辆用齿条式转向机构10。在所示实施例中，所述齿条式转向机构10是一种电动液压车辆转向系统的组成部分，在该车辆转向系统中，方向盘12通过转向轴14而与伺服阀16和小齿轮18相连接。所述小齿轮18与齿条20啮合，从而使施加在所述方向盘12上的手动转向力被加载到该齿条上。另外设置有液压的调整工作缸22，该工作缸能够以公知的方式和方法给所述齿条20加载液压转向力。
所述齿条20在其轴向端部通过转向横拉杆24与车辆的可以转向的车轮26耦联，其中，所述齿条20通过相应的各一个万向球接头28与转向横拉杆24相连接。在齿条20与转向横拉杆24之间的连接区域“A”内，在齿条壳体32上设置有用于所述齿条20的终端止挡，其中通过所述终端止挡限定了最大转向回转。在直到所述终端止挡为止的转向运动中所述齿条式转向机构10中产生很高的机械应力。为了防止损伤转向机构，因此通常在所述终端止挡的范围内设置阻尼。
在图2中示出的是一个特别有益的终端止挡-阻尼组件30，该图示出的是图1中的连接区域“A”的细节剖视图。
根据图2，所述齿条式转向机构10包括：所述齿条20，该齿条具有纵轴线X；齿条壳体32，在该齿条壳体中，所述齿条20在两个终端止挡之间可轴向移动地导引；以及所述终端止挡-阻尼组件30，该终端止挡-阻尼组件包括两个挡环34、36和一个弹性的压缩体38。
所述压缩体38包围所述齿条20。当所述齿条20未处于所述终端止挡中时，这样在这种非负载状态中所述压缩体38、确切地说是所述压缩体38处于所述挡环34、36的彼此面对的端面之间的弹簧/阻尼段具有一轴向长度x1(参见图3)。
所述挡环34具有一个相对所述压缩体38在径向上居于内部的、环绕的轴向导向凸起40，该导向凸起具有一轴向长度x2，其中，所述导向凸起40的轴向长度x2小于所述弹簧/阻尼段的轴向长度x1(同样参见图3和4)。
所述挡环34的所述导向凸起40伸入一径向间隙42内，该径向间隙是在轴向由所述两个挡环34、36、以及在径向由所述压缩体38和所述齿条20界定构成。
作为选择或者对所述挡环34上的导向凸起40的补充，在一种(未示出的)实施变型方案中也考虑在所述挡环36上设置一个轴向导向凸起40，该导向凸起伸入所述齿条20与所述压缩体38之间的径向间隙42内。
根据图2，所述齿条式转向机构10另外还包括一个导套44，该导套被设置在所述齿条壳体32的凹部46中，并用来引导可移动的齿条20，其中，所述终端止挡-阻尼组件30的挡环36将所述导套44轴向地固定在所述齿条壳体32内。这样，与传统的齿条式转向机构相比，大大简化了所述导套44在所述齿条壳体32中的装配。在齿条壳体32中只需设置一个在装配所述终端止挡-阻尼组件30之前将所述导套44推入其内的凹部46即可。所述齿条壳体32的这个加工简单的凹部46在对立于所述挡环36的一端具有一个台阶48，该台阶构成所述导套44的轴向止挡。
在所述终端止挡-阻尼组件30装配后，亦即被固定在所述齿条壳体32上后，所述导套44通过所述齿条壳体32的台阶48和所述终端止挡-阻尼组件30的挡环36在通常的公差范围内被轴向固定，也就是说，所述导套44被夹持在所述凹部46内。为了固定所述终端止挡-阻尼组件30，该终端止挡-阻尼组件被推入齿条壳体32的轴向壳体开口50，如图2所示，直到该终端止挡-阻尼组件通过压配合(过盈配合)安置于所述齿条壳体32中为止。为了能够形成这种压配合，挡环36在所述齿条壳体32中起到所述压缩体38的固定环的作用。因此所述终端止挡-阻尼组件30具有两个挡环34、36，其中之一作为所述终端止挡-阻尼组件30用的固定环36，另一个至少在所述齿条式转向机构10的轴向终端止挡中在端面与所述齿条20或者一个与所述齿条20紧固连接的中间件52相接触(参见图2)。其中，所述压缩体38的阻尼段是被设置在所述两个挡环34、36之间。
被构造为固定环的挡环36具有L形横截面，其中“L”的一条边沿径向延伸并且构成与所述压缩体38的接触面。“L”的另一条边成型于径向外侧，沿轴向延伸，并且构成了一个径向外部的、圆筒状的套筒段56。
在所述压缩体38上成型有所述挡环36用的轴向固定凸起54，其中该固定凸起54在外侧包围所述套筒段56。在此，与所述圆筒状壳体开口50的直径相比，这样地选择所述圆筒状的套筒段56的外径，即，当所述终端止挡-阻尼组件30处于装配位置中时(参见图2)所述固定凸起54被径向地夹紧在所述齿条壳体32与所述套筒段56之间。在此情况下，通常由金属、优选由钢材构成的所述挡环36提供必要的压紧力，以及，所述固定凸起54提供所述挡环36与所述齿条壳体32之间的足够的附着接合。这样就保障了所述终端止挡-阻尼组件30被可靠地固定在所述齿条壳体32上。
图3示出的是在组装前所述终端止挡-阻尼组件30的剖视图。由于优选所述压缩体38在其制造中被直接预先硫化接合在所述挡环36上，所述固定环36和所述弹性的压缩体38已经构成了一个结构单元。这显示出下述优点，即，在仅仅一个作业步骤中就能够完成所述压缩体38的制造和其与所述挡环36的可靠而牢固的连接，从而大大地简化了所述终端止挡-阻尼组件30的制造。
在一个实施变型中所述挡环36也可以被硫化接合在所述固定凸起54中，也就是完全或者接近完全地被所述压缩体38的弹性体材料所包覆。
根据图2至4，所述压缩体38是一个优选由弹性体制成的、具有基本上呈梯形的环形横截面的环状物。通过这种梯形形状，可以用简单的方法调定所述终端止挡-阻尼组件30的阻尼特性曲线或者弹性特性曲线，特别是渐进特性曲线。由于径向间隙42和相对而言轴向短的导向凸起40之故，所述压缩体38具有足够的空间用于由轴向承载负荷所引起的变形。
首先上面已经阐述的轴向固定凸起54与所述压缩体38的梯形的环形横截面相连接，该固定凸起在外侧包围所述套筒段56。其次另一个用于所述挡环34的轴向固定凸起58与所述梯形的环形横截面的轴向相反的一侧相连接。其中，所述固定凸起58设计为弹性的卡环，该卡环在轴向引入所述挡环34时首先径向扩大，且在所述挡环34装配后的位置中(见图4)回缩至其初始位置。这样，所述挡环34便借助形状锁合连接、优选卡锁连接被固定在所述弹性的压缩体38上。
在图3和4中绘出了所述压缩体38的轴向长度x1以及所述挡环34上所述导向凸起40的轴向长度x2，其中可以清楚地看出：所述导向凸起40的所述轴向长度x2比所述压缩体38的梯形的弹簧/阻尼段的所述轴向长度x1小。这具有积极的效果：与通过终端止挡-阻尼组件30完全封罩相比，压缩体38具备更自由的变形可能性。这一点对调节所述终端止挡-阻尼组件30的所期望的特性曲线产生积极的影响。所述压缩体38的梯形横截面的具体尺寸以及所述导向凸起40的轴向长度对这个特性曲线起决定性的作用。
优选地，这样来选择所述导向凸起40的所述轴向长度x2，即，使其至多与最大限度压缩的所述压缩体38的(未被示出的)轴向长度x1′相当。在这种情况下，所述导向凸起40绝不会与所述挡环36的径向定向设置的L边搭接。这样，所述L边在所述终端止挡-阻尼组件30的装配状态中便能够沿径向如此程度地向内延伸，使得所述导套44能够被轴向固定在所述齿条壳体32中(参见图2)。
所述挡环34的内侧面与所述齿条20邻接得很近并且沿所述齿条20的周向看还能够至少部分地、可滑动地贴靠在所述齿条20上。在此情况下，所述导向凸起40具有如下优点，即，其形成一个较大的支承面，因而基本上排除了所述挡环34发生歪斜的可能性。
虽然应该使挡环34与齿条20之间能够实现滑动接触，但是应该防止固定环36与齿条20之间的接触，所以，所述挡环34的内径通常比所述固定环36的内径略小。所述固定环36的所述L边被恰好如此程度地朝向内侧导引，使其能够沿轴向方向可靠地固定导套44，但却不与所述齿条20发生接触。在这个区域内，仅仅是所述导套44承担齿条20相对于齿条壳体32的导向功能。

Claims (16)

1.齿条式转向机构，其包括：
具有纵轴线(X)的齿条(20)；
齿条壳体(32)，在该齿条壳体中所述齿条(20)在两个终端止挡之间轴向可移动地导引；以及
终端止挡-阻尼组件(30)，该终端止挡-阻尼组件包括至少一个挡环(34，36)和至少一个弹性的压缩体(38)，其中
所述压缩体(38)环绕所述齿条(20)并且其弹簧/阻尼段在非负载状态下具有一轴向长度(x1)，其中
所述挡环(34，36)具有相对所述压缩体(38)在径向上居于内部的、环绕的轴向导向凸起(40)，该导向凸起具有一轴向长度(x2)；
其特征在于：所述导向凸起(40)的所述轴向长度(x2)比所述压缩体(38)的弹簧/阻尼段的所述轴向长度(x1)小。
2.齿条式转向机构，其包括：
具有纵轴线(X)的齿条(20)；
齿条壳体(32)，在该齿条壳体中所述齿条(20)在两个终端止挡之间轴向可移动地导引；
导套(44)，该导套用来导引可移动的所述齿条(20)并且是设置在所述齿条壳体(32)的一凹部(46)中；以及
终端止挡-阻尼组件(30)，该终端止挡-阻尼组件包括至少一个挡环(34，36)和至少一个弹性的压缩体(38)，其中
所述挡环(36)将所述导套(44)轴向地固定在所述齿条壳体(32)中。
3.如权利要求2所述的齿条式转向机构，其特征在于：所述压缩体(38)环绕所述齿条(20)并且其弹簧/阻尼段在非负载状态下具有一轴向长度(x1)，其中，所述挡环(34，36)具有相对所述压缩体(38)在径向上居于内部的、环绕的轴向导向凸起(40)，该导向凸起具有一轴向长度(x2)，该轴向长度比所述压缩体(38)的弹簧/阻尼段的所述轴向长度(x1)小。
4.如权利要求2或3所述的齿条式转向机构，其特征在于：所述齿条壳体(32)的所述凹部(46)在对立于所述挡环(36)的一端具有台阶(48)，该台阶起到所述导套(44)的轴向止挡的作用。
5.如前述权利要求之任一项所述的齿条式转向机构，其特征在于：所述终端止挡-阻尼组件(30)是固定在所述齿条壳体(32)上。
6.如前述权利要求之任一项所述的齿条式转向机构，其特征在于：所述终端止挡-阻尼组件(30)被收纳在一壳体开口(50)中并通过压配合安置于所述齿条壳体(32)中。
7.如前述权利要求之任一项所述的齿条式转向机构，其特征在于：所述压缩体(38)是一种具有基本上呈梯形的环形横截面的环状物。
8.如前述权利要求之任一项所述的齿条式转向机构，其特征在于：所述挡环(34，36)借助形状锁合连接被固定在所述弹性的压缩体(38)上。
9.如前述权利要求之任一项所述的齿条式转向机构，其特征在于：所述弹性的压缩体(38)被预先硫化接合在所述至少一个挡环(34，36)上。
10.如前述权利要求之任一项所述的齿条式转向机构，其特征在于：一个挡环(36)用作所述终端止挡-阻尼组件(30)在所述齿条壳体(32)中的固定环。
11.如前述权利要求之任一项所述的齿条式转向机构，其特征在于：所述终端止挡-阻尼组件(30)具有多个挡环(34，36)，其中之一用作所述终端止挡-阻尼组件(30)的固定环(36)，并且另一个挡环(34)至少在轴向的终端止挡中在端面与所述齿条(20)或者一个中间件(52)相接触。
12.如前述权利要求之任一项所述的齿条式转向机构，其特征在于：所述压缩体(38)的弹簧/阻尼段是设置在两个挡环(34，36)之间。
13.如权利要求11或12所述的齿条式转向机构，其特征在于：沿轴向方向在两个挡环(34，36)之间以及沿径向方向在所述压缩体(38)与所述齿条(20)之间设置有环绕的径向间隙(42)，所述导向凸起(40)伸入该径向间隙中。
14.如前述权利要求之任一项所述的齿条式转向机构，其特征在于：在所述压缩体(38)上构造有至少一个用于所述至少一个挡环(34，36)的轴向固定凸起(54，58)。
15.如权利要求14所述的齿条式转向机构，其特征在于：所述轴向固定凸起(54，58)在外侧贴靠于相应的挡环(34，36)的一个径向外部的、圆筒状的套筒段(56)上。
16.如权利要求15所述的齿条式转向机构，其特征在于：所述固定凸起(54)被径向地夹紧在所述齿条壳体(32)与所述套筒段(56)之间。
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