CN102666252A - 齿轮齿条式转向机构的碰撞缓冲装置 - Google Patents

Abstract

提供一种碰撞吸收能高的齿轮齿条式转向机构的碰撞缓冲装置。齿轮齿条式转向装置(10)的碰撞缓冲装置(1)的特征在于，具备：齿条轴(11)；齿条外壳(12)；设于齿条轴的端部的限位部(20)；设于齿条外壳，通过与限位部(20)抵接而设定齿条轴的行程末端位置的限位止动部(40)；设于齿条轴上的台阶部(19)；设于齿条外壳的扩径部(41)的底壁部(42)；呈筒状外装于齿条轴，且在限位部(20)与限位止动部(40)接近时，被台阶部和底壁部沿轴线(A)方向按压的弹性构件(30)，弹性构件(30)在其外周面(30A)及内周面(30B)的两个面上具有沿周向延伸设置的槽部(31、32)。

Description

齿轮齿条式转向机构的碰撞缓冲装置

技术领域

本发明涉及车辆的齿轮齿条式转向机构的碰撞缓冲装置，更详细而言，涉及对齿条轴在行程末端位置被止动时的碰撞进行缓冲的技术。

背景技术

车辆的齿轮齿条式转向机构具备：齿轮、具有与齿轮啮合的齿条的齿条轴，将驾驶员进行的方向盘的旋转操作变换为齿条轴的车宽方向的直线运动，使车轮的转向角变化。该齿条轴的可动范围的终端位置、即行程末端位置通过设于齿条轴端部的齿条末端部与支承齿条轴的齿条外壳相抵接来设定。为了抑制此时的齿条末端部与齿条外壳的碰撞音，在齿条末端部与齿条外壳之间安装缓冲构件。作为缓冲构件的一例，将圆筒状的弹性体外装于齿条轴，使该弹性体在齿条末端部和齿条外壳之间被压缩(例如，专利文献1)。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平8-133102号公报

为了提高如专利文献1那样的弹性体的碰撞吸收能(碰撞缓冲能)，考虑有增大弹性体的截面积而增大弹性体的弹性常数的方法、加长弹性体的轴线方向长度而增大变形行程的方法。然而，弹性体的截面积因齿条外壳的大小而受限制，因此，可变更范围小。另一方面，若加长弹性体的轴线方向长度，则沿弹性体的轴线方向施加压缩负载之际，存在弹性体容易压曲(即，向圆筒的径向外侧大幅挠曲)，难以发挥所期望的碰撞吸收能的问题。

发明内容

本发明是鉴于以上问题而提出的，其目的在于，提供一种碰撞吸收能高的齿轮齿条式转向机构的碰撞缓冲装置。

为了解决上述课题，本发明提供一种齿轮齿条式转向机构(10)的碰撞缓冲装置(1)，其特征在于，具备：齿轮齿条式转向机构的齿条轴(11)；齿条外壳(12)，其将所述齿条轴支承为可沿其轴线方向移动；限位部(20)，其设于所述齿条轴的端部；限位止动部(40)，其设于所述齿条外壳，通过与所述限位部抵接而设定所述齿条轴的行程末端位置；第一按压部(19)，其设于所述齿条轴；第二按压部(42)，其设于所述齿条外壳；弹性构件(30)，其呈筒状且外装于所述齿条轴，在所述限位部接近所述限位止动部之际，被所述第一按压部和所述第二按压部沿所述齿条轴的轴线方向按压，所述弹性构件在其外周面(30A)及内周面(30B)的两面具有沿周向延伸设置的槽部(31，32)。

根据该结构，当对弹性构件施加沿齿条轴的轴线方向的负载时，在弹性构件的形成有槽部的部分，先于压缩变形，发生填埋槽部的弯曲变形。因此，能够使直至产生压缩变形引起的弹性构件的压曲为止的弹性构件的变形行程增大，能够增大可吸收的能量。即，能够抑制弹性构件的压曲的同时，提高碰撞吸收能。

本发明的另一侧面的特征在于，形成于所述弹性构件的所述外周面的所述槽部和形成于所述弹性构件的所述内周面的所述槽部在所述齿条轴的轴线方向上交替配置。

根据该结构，在弹性构件的形成有各槽部的部分产生的弯曲变形的方向在弹性构件的轴线方向上交替反向，因此，能够抑制弹性构件向一个方向大幅弯曲的情况。

本发明的另一侧面的特征在于，所述槽部相对于所述弹性构件的轴线以螺旋状连续地延伸设置。

根据该结构，当将形成有槽部的弹性构件通过注射成型等形成之际，容易从成形模取出弹性构件。

本发明的另一侧面的特征在于，所述齿条外壳呈两端部开口的筒状，在其开口端的内周面侧遍及全周具有扩径部(41)，所述弹性构件在所述限位部接近所述限位止动部之际，配置在所述扩径部内。

根据该结构，当对弹性构件施加沿齿条轴的轴线方向的负载时，弹性构件被齿条轴和扩径部限制向径向的变形，从而抑制压曲。

发明效果

根据如上构成的结构，能够提高齿轮齿条式转向机构的碰撞缓冲装置的碰撞吸收能。

附图说明

图1是表示齿轮齿条式转向机构的简要说明图。

图2是沿图1的II-II的剖视图。

图3是表示实施方式涉及的碰撞缓冲装置的局部剖视图。

图4表示实施方式涉及的碰撞缓冲装置的弹性构件，(A)是侧面图、(B)是剖视图、(C)是放大剖视图。

图5是表示实施方式涉及的碰撞缓冲装置的动作的说明图。

图6是表示实施方式涉及的碰撞缓冲装置的弹性构件的弹性常数变化的图表。

图7是表示一部分变形的实施方式涉及的碰撞缓冲装置的弹性构件的剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图详细说明将本发明应用于车辆的齿轮齿条式转向机构的碰撞缓冲装置的一实施方式。本实施方式涉及的碰撞缓冲装置1设于齿轮齿条式转向装置10，且对后述的齿条轴11到达行程末端位置时的碰撞进行吸收(缓冲)。在以下说明中，以车辆的前进方向作为前方，以朝向前方时的左右方向分别作为左方及右方，且将铅直方向作为上下方向来说明。

<齿轮齿条式转向装置的简要结构>

如图1所示，齿轮齿条式转向装置10包括具有齿轮74和齿条轴11的齿轮齿条机构76，所述齿轮74经由转向轴72可一体旋转地连结于方向盘71，所述齿条轴11与该齿轮74啮合而能够在车宽方向上往复移动。齿条轴11支承于齿条外壳12，在其两端经由转向横拉杆14连结左右前轮78的转向节79，根据方向盘71的手动旋转操作而使左右前轮78转向。电动机73的驱动力经由与齿轮74一起收容在齿轮箱80内的蜗杆副81向转向轴72输入。

电动机73通过转向控制装置(EPS ECU)83控制。在该转向控制装置83输入有检测方向盘71的转向角的转向角传感器84、检测作用于齿轮74的手动转向转矩的转向转矩传感器85、检测车速的车速传感器86等的输出信号，根据这些信号以产生所需的辅助转向力的方式控制电动机73。

图2是将图1所示的齿轮箱80沿II-II线剖开示出的剖视图。该齿轮箱80的齿轮箱外壳90内收纳有蜗杆副81、齿轮齿条机构76和转向转矩传感器85，该蜗杆副81将电动机73的驱动力减速后向转向轴72传递；齿轮齿条机构76将转向轴72的旋转运动变换为齿条轴11的直线运动；转向转矩传感器85检测作用于转向轴72的转向转矩。

蜗杆副81具有与电动机73的输出轴同轴连结的蜗杆91和以外装于转向轴72的状态同轴固定的蜗轮92，将电动机73的驱动力输入到作为驱动齿轮的蜗杆91而使作为从动齿轮的蜗轮92转动。

此外，蜗杆91在以齿底圆为外周的芯部93的周围具备1条齿94，由金属材料(例如碳素钢等)形成。通过如此使用1条齿94而使蜗轮92的齿数直接成为减速比，从而获得大的减速比，即使转矩小的电动机73也能够获得大的增强转矩。

另一方面，蜗轮92具备：与转向轴72结合的芯体部95；以包围该芯体部95的周围的方式形成，且在外周排列有齿96的环状的齿形成部97。芯体部95由金属材料形成，齿形成部97由合成树脂材料(例如，聚酰胺树脂等)形成，齿形成部97通过镶嵌成型等与芯体部95一体结合。

<碰撞缓冲装置的结构>

图3是表示沿车宽方向延伸设置的齿轮齿条式转向装置10的右端的图。齿条轴11为截面呈圆形状的轴构件，且在呈圆筒状的齿条外壳12的内部经由环状的衬套13被支承为能够沿齿条轴11的轴线A方向滑动移动。齿条外壳12以沿车宽方向延伸设置的方式安装于车身(未图示)，齿条轴11沿车宽方向(左右方向)延伸设置，且能够沿车宽方向滑动移动。齿条轴11在其车宽方向的中间部具备沿轴线A方向排列设置的齿条(未图示)，齿条与齿轮74啮合。

在齿条轴11的端部安装有连结转向横拉杆14与齿条轴11的球窝接头15的球窝接头外壳16。在齿条轴11的端面形成有内螺纹部17，在球窝接头外壳16突出设置外螺纹部18，通过内螺纹部17与外螺纹部18螺合，将球窝接头外壳16固定于齿条轴11的端部。球窝接头外壳16比齿条轴11在径向上宽度宽，在齿条轴11与球窝接头外壳16的接合部，球窝接头外壳16形成有遍及齿条轴11的全周向径向外侧突出的台阶部(第一按压部)19。

另外，球窝接头外壳16在比构成台阶部19的部分还靠向车宽方向外侧具备比台阶部19还向径向外方突出的限位部20。在限位部20的车宽方向内侧的部分形成有与轴线A垂直的止动面20A。

在球窝接头外壳16的内部，将球头销22的球状的头部22A支承为旋转自如。球头销22的轴部与转向横拉杆14的一端连结。转向横拉杆14的另一端与支承车轮的转向节79连结，与齿条轴11的动作对应而使车轮的转向角变化。

在齿条轴11的外周部外装有圆筒状的弹性构件30。弹性构件30由可弹性变形的树脂材料形成。弹性构件30的内径与齿条轴11的直径大致一致，内周面30B(参照图4)与齿条轴11的外周面滑动相接。弹性构件30的车宽方向外侧(图中的右侧)的端面与球窝接头外壳16的台阶部19抵接。

如图4A所示，在弹性构件30的外周面30A等间隔地形成有沿弹性构件30的圆周方向延伸设置的四个环状的外周槽部31。另外，图4B所示，在弹性构件30的内周面30B等间隔地形成有沿弹性构件30的圆周方向延伸设置的五个环状的内周槽部32。外周槽部31与内周槽部32在弹性构件30的轴线B方向上交替配置。此外，外周槽部31与内周槽部32的数目并没有限定为图示的数目，可以进行增减。

如图4C放大示出的那样，外周槽部31及内周槽部32的横截面形状分别呈三角形状。外周槽部31具备从构成三角形的顶点的底部沿径向倾斜且延伸到外周面30A的两个倾斜面31A、31B。同样地，内周槽部32具备从构成三角形的顶点的底部沿径向倾斜且延伸到内周面30B的两个倾斜面32A、32B。此外，外周槽部31及内周槽部32的横截面形状并没有限定于三角形状，也可以为例如圆弧状。

在齿条外壳12的车宽方向外侧的端部(右端)形成有构成与齿条轴11的轴线A垂直的平面的限位止动部40。在齿条外壳12的端部的内周面形成有扩径部41。扩径部41的车宽方向外侧部分与齿条外壳12的右端面连通，且在车宽方向内侧部分具备构成与齿条轴11的轴线A垂直的面的底壁部(第二按压部)42。扩径部41的内径形成为比弹性构件30的外径和台阶部19的外径大，弹性构件30及台阶部19能够进入扩径部41内。

在齿条外壳12的端部及转向横拉杆14安装有齿条防护罩45的各端部。齿条防护罩45为通过弯曲变形而能够伸缩的波纹状构件，该齿条防护罩45的一端通过软管固定带46与齿条外壳12的外周部连结，另一端嵌合固定于在转向横拉杆14上形成的槽部47。

如以上那样，碰撞缓冲装置1由齿条轴11、齿条外壳12、球窝接头外壳16、弹性构件30构成。

<碰撞缓冲装置的作用>

参照图5，对齿条轴11到达行程末端位置时的碰撞缓冲装置1的动作及作用进行说明。此外，在图5中，为了便于说明，仅放大示出碰撞缓冲装置1的上半部。齿条轴11的行程末端位置(即，相对于齿条外壳12滑动移动的终端位置)通过球窝接头外壳16的限位部20的止动面20A与齿条外壳12的限位止动部40抵接来设定。

如图5A所示，在齿条轴11相对于行程末端位置离开充分的距离的情况下，成为弹性构件30位于扩径部41的外部，其车宽方向外侧的端部(右端)与台阶部19抵接的状态。当齿条轴11从该状态向左侧(图5A中空心箭头)移动时，弹性构件30与齿条轴11一起移动而进入扩径部41内，成为弹性构件30的车宽方向外侧的端部(左端)与扩径部41的底壁部42抵接的状态(参照图5B)。

当齿条轴11从图5B所示的状态向左方移动时，弹性构件30从轴线A方向的两端侧被台阶部19和底壁部42按压。由此，弹性构件30在形成有外周槽部31及内周槽部32的部分进行弯曲变形。即，在形成有外周槽部31的部分，外周槽部31的倾斜面31A和倾斜面31B接触而以填埋外周槽部31的方式弯曲，在形成有内周槽部32的部分，内周槽部32的倾斜面32A与倾斜面32B接触而以填埋内周槽部32的方式弯曲。从图5B所示的状态到弹性构件30弯曲而使所有的外周槽部31及内周槽部32被填埋的状态(参照图5C)为止，齿条轴11沿轴线A方向移动距离L1。换言之，通过以填埋外周槽部31及内周槽部32的方式使弹性构件30弯曲变形，从而，弹性构件30沿轴线A方向收缩距离L1。在成为图5C所示的状态时，台阶部19的车宽方向内侧(左端)的部分进入扩径部41内。

当齿条轴11从图5C所示的状态向左方移动时，弹性构件30从轴线A方向的两端侧被台阶部19和底壁部42按压而压缩变形。该弹性构件30的压缩变形持续到限位部20的止动面20A与齿条外壳12的限位止动部40抵接、即齿条轴11到达行程末端位置为止，弹性构件30沿轴线A方向被压缩距离L2。

如以上那样，在限位部20到达与限位止动部40抵接期间，弹性构件30弯曲变形距离L1，接着压缩变形距离L2，从而吸收齿条轴11到达行程末端位置时的碰撞能。在弹性构件30上形成外周槽部31及内周槽部32，而使弹性构件30能够弯曲变形，因此，能够使弹性构件30的变形行程加长距离L1，从而能够增大吸收能量。

图6表示本实施方式涉及的弹性构件30的弹性常数(图中的曲线100)和作为比较对象的弹性构件的弹性常数(图中的曲线101)。作为比较对象的弹性构件与本实施方式的弹性构件30相比，不具有外周槽部31及内周槽部32这一点不同，其他的材料及形状相同。如曲线100示出的那样，本实施方式的弹性构件30在轴线A方向上的变形量为0～L1之间，在外周槽部31及内周槽部32被弯曲变形，在变形量为L1～L1+L2之间被压缩变形。并且，在变形量达到L1+L2时压曲。另外，如曲线101所示，作为比较对象的弹性构件中，从变形的初期发生轴线A方向的压缩变形，当轴线A方向的变形量达到L2时，压缩变形量超过规定值而发生压曲。即，本实施方式的弹性构件30能够比作为比较对象的弹性构件多吸收图中带剖面线部分的面积的能量。

另外，在本实施方式的碰撞缓冲装置1中，当弹性构件30的距离L1的弯曲变形结束时，台阶部19进入扩径部41内，弹性构件30的外周部被扩径部41覆盖(参照图5C)，因此，弹性构件30向外方鼓起的压曲被抑制。另外，本实施方式的弹性构件30与不具备外周槽部31和内周槽部32的弹性构件相比，能够使填充率小，因此，能够使向半径方向的鼓出量小。因此，能够使扩径部41的内周面和弹性构件30的外周面30A的间隔变小。

另外，由于弹性构件30的外周槽部31和内周槽部32在齿条轴11的轴线A方向上交替配置，从而使弹性构件30的弯曲变形的方向相抵，即使弹性构件30弯曲变形距离L2，也能够大致沿齿条轴11的轴线A方向延伸。

以上，对具体实施方式的说明结束，但本发明没有限定于上述实施方式，可以广泛地实施变形。例如，如图7所示，可以使弹性构件30的外周槽部61及内周槽部62分别相对于轴线B螺旋状形成。根据该结构，当将形成有各槽部61、62的弹性构件30通过注射成型等形成时，容易将弹性构件30从成形模取出。另外，在实施方式中，将台阶部19及限位部20形成在球窝接头外壳16上，但也可以对齿条轴11的端部进行加工而形成，或者可以形成在与球窝接头外壳16不同的其他构件上。另外，也可以省略台阶部19，使弹性构件30的端面直接与限位部20抵接。

符号说明

1...碰撞缓冲装置、10...齿轮齿条式转向装置、11...齿条轴、12...齿条外壳、15...球窝接头、16...球窝接头外壳、19...台阶部(第一按压部)、20...限位部、30...弹性构件、30A...外周面、30B...内周面、31，61...外周槽部、32，62...内周槽部、40...限位止动部、41...扩径部、42...底壁部(第二按压部)、A...齿条轴的轴线、B...弹性构件的轴线。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.(修改后)一种齿轮齿条式转向机构的碰撞缓冲装置，其特征在于，具备：

齿轮齿条式转向机构的齿条轴；

齿条外壳，其将所述齿条轴支承为可沿其轴线方向移动；

限位部，其设于所述齿条轴的端部；

限位止动部，其设于所述齿条外壳，通过与所述限位部抵接而设定所述齿条轴的行程末端位置；

第一按压部，其设于所述齿条轴；

第二按压部，其设于所述齿条外壳；

弹性构件，其呈筒状外装于所述齿条轴，在所述限位部接近所述限位止动部时，被所述第一按压部和所述第二按压部沿所述齿条轴的轴线方向按压，

所述弹性构件在其外周面及内周面这两个面上具有沿周向延伸设置的槽部，

形成于所述弹性构件的所述外周面的所述槽部和形成于所述弹性构件的所述内周面的所述槽部配置在所述弹性构件的轴线方向上不同的位置。

2.根据权利要求1所述的碰撞缓冲装置，其特征在于，

形成于所述弹性构件的所述外周面的所述槽部和形成于所述弹性构件的所述内周面的所述槽部在所述弹性构件的轴线方向上交替配置。

3.(修改后)根据权利要求1所述的碰撞缓冲装置，其特征在于，

所述槽部相对于所述弹性构件的轴线以螺旋状连续地延伸设置。

4.(修改后)根据权利要求1所述的碰撞缓冲装置，其特征在于，

所述齿条外壳呈端部开口的筒状，在其开口端的内周面侧全周具有扩径部，

所述弹性构件在所述限位部接近所述限位止动部时，配置到所述扩径部内。

Claims (4)

1.一种齿轮齿条式转向机构的碰撞缓冲装置，其特征在于，具备：

齿轮齿条式转向机构的齿条轴；

齿条外壳，其将所述齿条轴支承为可沿其轴线方向移动；

限位部，其设于所述齿条轴的端部；

限位止动部，其设于所述齿条外壳，通过与所述限位部抵接而设定所述齿条轴的行程末端位置；

第一按压部，其设于所述齿条轴；

第二按压部，其设于所述齿条外壳；

弹性构件，其呈筒状外装于所述齿条轴，在所述限位部接近所述限位止动部时，被所述第一按压部和所述第二按压部沿所述齿条轴的轴线方向按压，

所述弹性构件在其外周面及内周面这两个面上具有沿周向延伸设置的槽部。

2.根据权利要求1所述的碰撞缓冲装置，其特征在于，

形成于所述弹性构件的所述外周面的所述槽部和形成于所述弹性构件的所述内周面的所述槽部在所述弹性构件的轴线方向上交替配置。

3.根据权利要求1或2所述的碰撞缓冲装置，其特征在于，

所述槽部相对于所述弹性构件的轴线以螺旋状连续地延伸设置。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的碰撞缓冲装置，其特征在于，

所述齿条外壳呈端部开口的筒状，在其开口端的内周面侧全周具有扩径部，

所述弹性构件在所述限位部接近所述限位止动部时，配置到所述扩径部内。

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