CN102648118A - 用于机动车齿轮齿条转向机构的带间隙补偿的推压装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种包括旋转的垫（10）的推压装置（8），垫（10）的内边缘（11）相对于外边缘（12）为偏心的且被应用到齿条（3）的后部（9），以便将齿条（3）的后部推向转向齿轮（5）的齿。间隙补偿机构（17）包含推力构件（19），通过插入在所述推力构件与固定于垫（10）的支座（13）上的元件（23）之间的压缩弹簧（20）将推力构件（19）压靠在垫（10）的径向臂（18）上。可动止挡器（21）相对于元件（23）以可转动的方式安装，可动止挡器（21）包括齿状物，该齿状物具有与推力构件（19）的凹槽相配合的错列齿轮齿。止挡器（21）通过扭转弹簧（22）连接到元件（23）。凹槽与错列齿相继配合。

Description

用于机动车齿轮齿条转向机构的带间隙补偿的推压装置

概括而言，本发明涉及机动车的齿轮齿条转向机构。更具体而言，本发明涉及所谓的“推力线”装置，或者更简单地称为此种转向机构的“推压器”，其功能是保持齿条与转向齿轮的啮合同时对齿啮合缺陷进行补偿，此装置有利于齿轮在齿轮齿条转向系统壳体内的安装。再进一步具体而言，本发明涉及一种所谓的“偏心”推压器，该推压器配有用于对齿轮与齿条之间间隙进行自动补偿的系统。

在机动车齿轮齿条转向系统中，转向齿轮以可转动方式连接至转向柱，使用车辆的方向盘进行操作，经常要借助于液压或电动助力系统。转向齿轮与在转向齿轮箱内以滑动方式纵向安装的齿条相啮合。齿条位于箱体之外的两端分别与两个转向横拉杆相联结，继而分别与车辆的左、右转向轮相关联。由此，由转向柱传给齿轮的转向轮以某一方向进行的转动被转变为所述齿条的相应平移运动，所述齿条的相应平移运动通过转向横拉杆实现转向轮向左或向右转的取向。

在此类转向系统中，通过横拉杆连接至车辆前轮的齿轮齿条机构根据车辆所行驶的道路，会承受载荷、冲击和振动的传递。由于横拉杆与齿条所形成的角度的原因，可能会在齿条上产生载荷，使之存在被移离齿轮的风险。鉴于此，通常由所谓的“推压器”装置将齿条持续压靠在齿轮上，推压器弹性地作用在齿轮区域中的齿条背面，使该齿条的齿形紧紧压靠住齿轮。由于所述推压器的原因，齿条与齿轮的啮合缺陷得以补偿，且所述推压器还可确保齿条的导向，同时对该齿条在转向齿轮箱内的滑动力进行控制。

在其最常见的实施方式中，推压装置包含推压器，严格而言，所述推压器是沿基本垂直于齿条纵向轴线的方向以平移方式安装的刚性件，并由弹性装置压向齿条背面，以便由具备合适形状、尤其为凹形外形的端部在齿条背面施压，所述端部通常由摩擦垫制成，以便在所述摩擦垫与齿条之间具备较低的摩擦系数。所述弹性装置可由螺旋弹簧单独构成，也可由金属或弹性橡胶垫圈构成，抑或由这样的弹性元件结合而成。这些弹性装置压在调整螺钉上，由此可以调整推压器的回撤量，由此体现推压器的行程末端止挡器。

如前所示，这种装置可以实现齿轮与齿条之间的永久接触，同时可补偿这些组件的齿形啮合缺陷。由于弹性装置在调整螺钉与推压器之间的作用，也可以在齿轮、齿条和摩擦垫的运行中对磨损进行补偿，但对于回撤(即推压器与由其调整螺钉所形成的止挡器之间的间隙)，则会被增加一个等于这三个组件累计磨损量的值。

所述推压器的主要缺点，以及增加未被补偿的回撤量的影响，是在车辆在恶劣路面上行驶时可能出现噪音，且齿轮与齿条的齿接触区内的弯矩会增加，特别是在满载运行情况下。此推压装置的另一个缺点是它需要在装配线上进行昂贵的调整工作。

推压装置还有已知的不同的设计，称为“偏心式”推压器，例如US6247375B1、FR 2219868、EP 0770538A2和US 2008/0190229A1号专利中所述。在此类装置中，回转垫包含将齿条向齿轮推的偏心部分，该旋转垫被安装在壳体内，绕平行于机柜纵轴的轴线转动。此垫的内边缘相对外边缘为偏心的，使得当它在壳体内转动时，其偏心部分形成被压靠在齿条背面的台阶，将齿条推向齿轮的轮齿，以保持其啮合。

在2008年11月6日以本申请人名义提交、2010年5月7日以FR2938034编号发布的08.06207号法国专利申请中所述的偏心式推压器的一种具体实施方式中，旋转垫被旋转安装在支承壳体上，继而以滑动安装方式安装在转向齿轮箱内，其方向平行于齿条的齿形啮合面，而垂直于齿条的纵轴。诸如压缩弹簧的弹性元件被置于滑动壳体壁与旋转垫之间，以便以预定义方向压迫处于旋转中的该垫。诸如O形环的另一种弹性元件被置于滑动壳体与固定部分之间，例如转向齿轮箱。该垫包含一个径向臂，压缩弹簧的作用力施加于其上。该垫具备弓形“角”形状，使装置可以特别紧凑。

然而，此偏心式推压装置通常不具备坚固且不可更改的系统，只能实现微小的运行间隙以吸收轮齿的间隙。

因此本发明旨在提供一种偏心式推压器的改进实施方式，尤其具备自动间隙补偿功能，回撤量受控。

为此，本发明涉及一种用于机动车齿轮齿条转向的偏心式推压装置，该推压装置包含内边缘相对于外边缘为偏心的弓形垫，该垫通过弹簧装置沿一个方向转动，并被布置成受其偏心内边缘而压靠在齿条后部，以便将齿条背面推向转向齿轮的齿轮齿，该垫以可转动方式安装在支座上，且所述弹簧装置被布置于所述支座上且优选在平行于齿条的齿状物的平面内作用在固定于所述垫上的径向臂上，所述偏心式推压装置的特征在于它包括间隙补偿机构，所述机构包含推力构件，所述推力构件以平动方式安装在支座上，但相对所述支座的转动则被固定，并由插入在所述推力构件与支座或固定于支座上的元件之间的压缩弹簧压靠在垫的径向臂上，而可动止挡器则以与压缩弹簧同轴且相对于支座或固定于支座上的元件以可转动的方式安装，所述可动止挡器在其最接近所述垫的端部被提供有至少一个齿状物，所述齿状物带有与在推力构件上形成的至少一个凹槽相配合的错列齿轮齿，反之亦然，所述可动止挡器通过扭转弹簧连接至所述支座或固定于所述支座上的元件，使得所述凹槽能够与所述或每个齿状物的错列齿轮齿相继配合。

有利的是，所述可动止挡器配有至少两个带有错列齿轮齿的齿状物，布置于相同数量的扇区上，例如两个在直径地相对设置的齿状物，每个占有180°的扇区，而所述推力构件则包含与这些齿状物配合的相同数量的凹槽，以使所述机构稳定。

推力构件能够包含两个在直径地相对设置的纵向凹槽，所述纵向凹槽与在所述支座的相对表面上设置的两个相应的肋状物配合，以确保所述推力构件的平移导向和转动固定。

由此所述偏心式推压器配有间隙补偿机构，通过从可动止挡器的错列齿轮齿的一个齿到另一个齿的“阈值”起作用，这样可以减小运行间隙。所述机构的组件还可确保偏心式推压器的基本运行：推力构件是将压缩弹簧施加的推力传递给垫的部件，继而压缩弹簧压靠所述推力构件，以形成保持齿条与齿轮接触的力。

在正常运行中，在两次间隙调整之间，所述机构的配置是推力构件的凹槽与可动止挡器的齿轮齿抵靠接触，所述接触由扭转弹簧加以保持。在发生磨损后，以及在压缩弹簧的作用下，当间隙超出某一特定值而使推力构件凹槽与可动止挡器的齿状物的齿轮齿之间不再有任何接触时，扭转弹簧将转动所述可动止挡器，直至推力构件的凹槽与沿可动止挡器的齿状物的齿轮齿之间形成新的接触。由此间隙被降低至一个较小的值，等等。

阅读以下说明，并参照作为示例给出、显示本偏心式推压装置的一种实施方式的所附简图，将可更好地理解本发明。

图1为配有根据本发明的偏心式推压装置的助力转向系统的外形图；

图2为沿图1中II-II面即垂直于齿条纵轴并穿过偏心式推压装置的平面的横截面图；

图3为此推压装置的分解透视图；

图4以分解透视图显示出包括其各种组件的推压装置的间隙补偿机构；

图5为间隙补偿机构的可动止挡器被放大到较大比例的透视图；

图6为可动止挡器的另一个透视图，显示出与齿状物相对的端部；

图7为间隙补偿机构承载部件的透视图；

图8为所述机构的推力构件的透视图；

图9和10为呈现间隙补偿机构运行情况的简图；

图11为类似于前图的简图，显示出与可动止挡器的齿状物相关的替代方案。

图1所示为一种用于机动车的助力转向系统，其具有作用于转向齿轮上的辅助系统。转向系统包含沿纵轴A延伸的转向齿轮箱2。以滑动方式安装在转向齿轮箱2内的为齿条3，其端部离开壳体2的端部，并与转向横拉杆(此处未示出)联结。助力电机4通过一个减速齿轮联结至与齿条3的齿状物6(另见于图2)啮合的转向齿轮5。附图标记7表示被连接至转向齿轮5的输入轴，转向柱(未示出)也与此输入轴联结，使用车辆的转向轮对输入轴进行操作。

在转向齿轮5附近配有一个推压装置，其整体以附图标记8标示，用以将齿条3的齿状物6压靠在齿轮5上，推压装置8在图2及后续图中被详细示出。

推压装置8被置于齿条3的后侧9，换言之即与该齿条3的齿状物6相对，也与齿轮5相对，此推压装置8被置于转向齿轮箱2的相应部分内。

“偏心”式的推压装置8包含作为主要组件的垫10，此垫为具有圆形型面的零件，更特别地为具有“角”形状的弓形零件。垫10具有圆弧的内边缘11，其相对同样为圆弧的外边缘12为偏心。垫10的由此而偏心的内边缘11形成压靠住齿条3的后部9的台阶。

垫10在支座13上安装并导向，支座13则安装在转向齿轮箱2的所考虑部分内，支座13的配置在图3中清晰可见。此支座13包含弓形的托架14，垫10的外边缘12以滑动方式压在其上。在一端，支座13具有啮合在所述壳体部分的相应凹槽16内的矩形突起15。

垫10在图中为单体件，但它也可由采用不同材料的两个或多个零件制成，垫10被调整为一方面与齿条3、另一方面与支座13进行滑动式接触。可以考虑在支座13的托架14上引导垫10的各种方法，以便在垫10与支座13之间形成转动连接。

通过施加推力的方式将垫10设定为相对支座13转动，推力通过间隙补偿机构17施加在被垫10包含的径向臂18上。间隙补偿机构17的细节在图2以及图4及后续图中示出。

间隙补偿机构17由5个主要元件组成，即：推力构件19、压缩弹簧20、可动止挡器21、扭转弹簧22和承载部件23，所有各元件均同轴布置。

仅在图7中示出的承载部件23被连接至支座13上与突起15相对的部分，以使承载部件23与支座13之间在运行中没有相对运动。

可动止挡器21通常为圆柱体且中间为中空的(见图5)，以相对于其所配合的承载部件23以转动方式安装。在其离开承载部件23的端部处，可动止挡器21具有两个错列齿状物24，它们分别在两个180°扇区上延伸。每个齿状物24包含一系列齿轮齿25。

在其与齿状物24相对的端部(见图6)，可动止挡器21具有用于容纳扭转弹簧22的一端的壳体26。扭转弹簧22的另一端被容纳在承载部件23上的紧固区27内(见图7)。

仅在图8中示出的推力构件19通常为圆柱体。它包含两个在直径上相对设置的纵向凹槽28，凹槽28与支座13相对表面上的肋状体29配合(同样见图2)，以引导所述推力构件19的平移，同时使之无法转动。在安装位置，推力构件19被压靠在垫10的径向臂18上。推力构件19还包含两个在直径上相对的凹槽(notch)30，用于分别与可动止挡器21的齿状物24的齿轮齿25中的一个进行配合。

在图示示例中，在间隙补偿机构17的安装位置，压缩弹簧20位于可动止挡器21之外。压缩弹簧20的一端压在承载部件23上，而另一端则压靠在推力构件21上。扭转弹簧22被容纳在可动止挡器21的中心凹进处；此扭转弹簧22的一端钩接至所述可动止挡器21的壳体26内，而另一端则被固定至承载部件23的紧固区27内。

在正常运行中，如图9所示，间隙补偿机构17的配置是这样的：推力构件19的每个凹槽30与可动止挡器18的齿状物24的齿轮齿25的壁抵靠接触，该接触由沿箭头F1方向作用的扭转弹簧22加以保持。压缩弹簧20沿箭头F2轴向方向作用的推力施加在推力构件19上，该推力构件19将推力传递给垫10，使齿条3与转向齿轮5保持接触。这种运行状态在处于最小间隙值J1与最大间隙值J2之间的任何间隙J值下均被保持。

当间隙J超过最大间隙值J2时，由于磨损变得相对较显著，推力构件19的凹槽30与可动止挡器21的齿轮齿25之间的接触不再存在(见图10)。此时，扭转弹簧22转动可动止挡器21，直至推力构件19的每个凹槽30与可动止挡器21的齿状物24的后续齿轮齿25之间出现新的接触。由此，间隙J已被减至最小间隙值J1，间隙补偿机构17回到图9的配置，但是与每个错列齿状物24的下一个“更高”的齿轮齿25相接触。

另外如图9和10所示，有利的是，至少一个错列齿状物24的齿轮齿25具有整体上为三角形的型面。由于这种配置，在可动止挡器21的转动中，垫10在空转位置可以有稍稍一点回撤，这使得在齿条3与转向齿轮5之间可以获得间隙，以吸收这些元件的齿形啮合缺陷。

图11所示为错列齿状物24的齿轮齿25的一种替代形式。此处保持三角形外观的齿轮齿25包含凹凸起伏部和/或凹槽31，供凹槽30嵌入，以使可动止挡器21在空闲位置保持稳定。

最后，以未示出的方式，支座13可以安装在装入有一个或多个能够吸收噪音和振动的密封件的相应壳体部分内。

按照所附权利要求书的限定，以下方面不会超出本发明的范围：

-改动可动止挡器的齿状物的细节；

-使用任何等效的布置方式，尤其在间隙补偿机构内，零件的位置可以颠倒，例如在可动止挡器外部安置直径较大的扭转弹簧，而在可动止挡器内部安置直径较小的压缩弹簧，或者在推力构件上形成有其他错列齿状物，以及在可动止挡器上带有凹槽；

-对所有类型的转向系统即手动转向、助力转向和液压助力转向使用此类推压装置。

Claims (7)

1.一种用于机动车齿轮齿条转向机构的偏心式推压装置，所述推压装置(8)包含弓形垫(10)，所述弓形垫(10)的内边缘(11)相对于外边缘(12)为偏心的，所述垫(10)在弹簧装置作用下沿一个方向转动，并被布置成通过其偏心内边缘(11)而压靠齿条(3)的后部(9)，以便将齿条(3)向转向齿轮(5)的齿轮齿推回，所述垫(10)以可转动方式安装在支座(13)上，且所述弹簧装置布置于支座(13)处且优选地在与齿条(3)的齿状物(6)平行的平面内作用在固定至所述垫(10)上的径向臂(18)上，

所述偏心式推压装置(8)的特征在于，

它包括间隙补偿机构(17)，所述间隙补偿机构(17)包含推力构件(19)，所述推力构件(19)以平动方式安装在所述支座(13)上，但不可相对所述支座(13)转动，并在压缩弹簧(20)的作用下压靠在所述垫(10)的径向臂(18)上，其中，所述压缩弹簧(20)插入在所述推力构件(19)与所述支座(13)或与固定至所述支座(13)的元件(23)之间，而可动止挡器(21)则以与压缩弹簧(20)同轴且相对于支座(13)或固定于支座的元件(23)以可转动的方式安装，所述可动止挡器(21)在其最接近于所述垫(10)的端部被提供有至少一个齿状物(24)，所述齿状物(24)带有与形成在推力构件(19)上的至少一个凹槽(30)相配合的错列齿轮齿(25)，或者齿状物(24)带有与形成在推力构件(19)上的错列齿轮齿相配合的至少一个凹槽，所述可动止挡器(21)通过扭转弹簧(22)连接至所述支座(13)或连接至相对于所述支座(13)固定的元件(23)，使得所述凹槽(30)能够与所述或每个齿状物(24)的错列齿轮齿(25)相继配合。

2.如权利要求1所述的偏心式推压装置，其特征在于，所述可动止挡器(21)配有至少两个带有错列齿轮齿(25)的齿状物(24)，所述齿状物(24)布置于相同数量的扇区上，例如两个在直径上相对设置的齿状物(24)，每个占有180°的扇区，而所述推力构件(19)则包含与这些齿状物(24)配合的相同数量的凹槽(30)，以使所述机构稳定。

3.如权利要求1或2所述的偏心式推压装置，其特征在于，所述推力构件(19)包含两个在直径地相对设置的纵向凹槽(28)，所述纵向凹槽(28)与所述支座(13)相对的表面上设有的两个相应的肋状物(29)配合，以确保对所述推力构件(19)的平移引导和转动固定。

4.如权利要求1至3中任一项所述的偏心式推压装置，其特征在于，所述压缩弹簧(20)位于所述可动止挡器(21)之外，并承载在固定于所述支座(13)的承载部件(23)上，所述可动止挡器(21)以可相对于所述承载部件(23)转动的方式安装。

5.如权利要求4所述的偏心式推压装置，其特征在于，所述可动止挡器(21)的中心为中空的，中心凹进处容纳所述扭转弹簧(22)，所述扭转弹簧(22)一端固定至所述可动止挡器(21)，另一端固定至所述承载部件(23)。

6.如权利要求1至5中任一项所述的偏心式推压装置，其特征在于，至少一个错列齿状物(24)的齿轮齿(25)具有基本为三角形的型面。

7.如权利要求1至6中任一项所述的偏心式推压装置，其特征在于，所述错列齿状物(24)的齿轮齿(25)带有凹凸起伏部和/或凹槽(31)，供相应的凹槽(30)嵌入。

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