CN103228520A - 辊支承的齿轮齿条式导向装置 - Google Patents

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Abstract

用于机动车的齿轮齿条式转向装置，具有转向装置壳体（1），转向小齿轮（2）可转动地支承在所述转向装置壳体中，并且所述转向小齿轮与沿纵轴线（5）的方向可移动地支承在所述转向装置壳体（1）中的齿条（4）的齿段（3）啮合，其中，所述齿段（3）的朝向所述转向小齿轮（2）的上侧构成平坦的面，其中，所述齿条（4）具有两个导向面（9），所述两个导向面是平坦的，并且所述两个导向面定向为相对于所述齿段（3）的面法线成锐角的，并且其中，在所述齿条（4）的两侧上分别设有与所述导向面（9）贴靠的至少一个导向辊（11），其中，从与所述齿条的齿部啮合点来看，两个导向辊（11）分别设置在小齿轮的左侧和右侧上。

Description

辊支承的齿轮齿条式导向装置
技术领域
本发明涉及一种用于机动车的、具有权利要求1的前序部分所述特征的齿轮齿条式转向装置。
背景技术
齿轮齿条式转向装置通常具有转向装置壳体，齿条沿轴向可纵向移动地支承在所述转向装置壳体中。齿条具有与转向小齿轮的齿部啮合的齿段。在齿条的自由端上固定有转向横拉杆，所述转向横拉杆与相关的轴线的可转向的转向节以及轮连接。力和力矩作用到齿条上。由驾驶员经由转向轴引入转向小齿轮中的扭矩造成沿轴向方向作用到齿条上的力。然后所述力用于使已转向的轮枢转。齿部的齿面产生另一力，所述另一力基本上垂直于齿条齿部的平面作用，并且所述另一力将两个齿部部件挤压开。转向横拉杆相对于轴向方向成一定角地作用在齿条上。因此，由所述轮作用到转向装置上的反作用力引起作用到齿条上的弯曲力矩。最终，扭矩也能够围绕齿条的纵轴线作用，所述扭矩能够造成齿部内的转动。
存在不同的结构上的解决方案用于吸收上述力的不期望的作用。由小齿轮啮合到齿段中引起的、垂直于齿部平面发生的力通过压力件吸收，所述压力件将齿条压向小齿轮。这样的压力件能够设有减少滑动的覆层或涂层，以便将转向装置内的摩擦保持为低的。例如从专利US5.983.742中尤其还已知的是下述解决方案，在所述解决方案中利用辊来支撑齿条。所述辊借助其支承轴线平行于齿段的平面布置。借助所述布置不能够吸收围绕齿条的纵轴线的扭矩。还已知的是具有三角形或Y形轮廓的齿条。从专利US 4.215.591中已知一种三角形齿条轮廓。在此，齿条通过具有平行于齿段定向的支承轴线的辊被挤压入齿部中。围绕齿条的纵轴线的扭矩通过楔形支撑元件抵消。所述支撑元件在齿条的相应的贴靠面的区域中产生摩擦。
在专利文献EP 0 463 891 B1中示出最接近的现有技术。该文献示出具有Y形齿条的转向装置，所述Y形齿条经由具有倾斜于齿段的面法线定向的支承轴线的辊支撑在背离于齿段的背侧区域中。所述辊支承在支承元件中，所述支承元件经由压力弹簧被挤压开。在支承有支承元件的圆柱形壳体中，由此产生挤压齿条使其与转向小齿轮啮合的杠杆作用。借助所述构造对于围绕所述齿条的纵轴线的扭矩不能够有效地实现扭矩支撑。
上述技术解决方案没能实现，齿条的弯曲通过来自转向横拉杆的以非轴线平行的方式引入的反作用力来吸收。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于机动车的齿轮齿条式转向装置，在所述齿轮齿条式转向装置中可实现齿条在齿部啮合区域中的低摩擦的引导、关于围绕所述齿条的纵轴线的扭矩的扭矩支撑以及相对于弯曲力的支撑。
所述目的由具有权利要求1的特征的齿轮齿条式转向装置来实现。
因为齿条具有两个导向面，所述两个导向面基本上是平坦的，并且所述两个导向面定向为相对于齿段的面法线成锐角的，并且因为在齿条的两侧上设有与导向面贴靠的导向辊，其中，导向辊的转动轴线定向为相对于到齿段上的面法线成0度-20度的角，所以挤压所述齿条使其与转向小齿轮啮合。同时吸收齿条的横向于纵轴线的运动，如其通过弯曲力产生的运动。齿条沿其高度轴线的最小运动明显减少，所述最小运动尤其在小齿轮的由于齿部几何形状的齿面变化而发生的转动方向改变时产生。此外，齿条的几乎平行于面法线定向的平坦的面基于其沿面法线的高度可实现齿条相对于围绕齿条的纵轴线作用的扭矩的支撑。通过所述构造实现了，支承辊在没有滑动摩擦的情况下既能够吸收沿面法线的、横向于面法线的以及横向于纵向方向所产生的力，也能够吸收围绕所述齿条的纵轴线所产生的力矩。这实现了齿条的能够特别承受负载的且在此低摩擦的导向。在此，齿条也能够沿纵向方向与齿部啮合部成一定距离地引导，以至于缩小了在导向小齿轮的临近区域中的所需要的结构空间。此外，当支承辊构成为锥形辊并且能够调节支承轴线的位置时，能够进行导向的调节。优选的是，支承轴线能够经由螺纹沿轴线方向定位，其中，所述锥形辊经由垫片轴向支撑。所述垫片能够附加地设有弹簧机构，所述弹簧机构将辊沿轴向方向预张紧，以至于所述辊被压向齿条的相应的导向面。
在此，在将齿段的各个齿的头部相互连接的平坦的面上的垂直线理解为面法线。
优选使用三个导向辊，其中，两个导向辊彼此相对置地设置，并且另一导向辊成一定距离地相对于所述齿条的轴向方向设置在所述齿条的一侧上。第三导向辊能够附加地抵消弯曲力。
在另一特别有利的实施形式中使用两个导向辊，其中，两个导向辊彼此相对置地设置。在此，导向辊的位置根据在试验中确定的最大弯曲应力限定。
在另一特别有利的实施形式中使用以其它方式定位的两个导向辊，其中，两个导向辊彼此相对置地设置，并且其中，转向小齿轮定位在所述辊之间。
在齿轮齿条式转向装置的两个常见的实施方案中，吸收围绕所述齿条的纵轴线作用的扭矩是特别有利的，即一方面在具有中心量取器（Mittenabgriff）的转向装置中，其中转向横拉杆安装在纵轴线外，并且另一方面在机电助力转向装置中，其中经由螺杆传动装置将助力直接引入到所述齿条中。两个实施方案倾向于产生明显的和相应地破坏性的扭矩。
附图说明
下面借助于附图详细说明本发明的实施例。附图示出：
图1示出齿轮齿条式转向装置在导向辊的区域中的横截面视图；
图2示出图1中的部分的放大视图；
图3以俯视图示出具有三个导向辊的齿轮齿条式转向装置的一个实施形式的示意图；
图4以俯视图示出具有四个导向辊的齿轮齿条式转向装置的一个实施形式的示意图；
图5以俯视图示出具有三个导向辊的齿轮齿条式转向装置的另一实施形式的示意图；
图6以俯视图示出具有两个导向辊的齿轮齿条式转向装置的一个实施形式的示意图；
图7以俯视图示出具有两个导向辊的齿轮齿条式转向装置的另一实施形式的示意图；
图8以俯视图示出具有两个导向辊的齿轮齿条式转向装置的第三实施形式的示意图；以及
图9以俯视图示出具有导向辊的齿轮齿条式转向装置的第四实施形式的示意图。
具体实施方式
在图1中示出具有转向装置壳体1的转向传动装置的横截面视图。小齿轮轴2可转动地支承在转向装置壳体1中。在齿部3的区域中，小齿轮轴2与齿条4啮合，并且齿条4沿朝向垂直于绘图面的纵轴线5的方向可移动地支承在转向装置壳体1中。为了进一步说明而提出，说明各个构件相对于轴线的位置。除了纵轴线5示出转向小齿轮2的转动轴线6，所述转动轴线在绘图面中延伸。同样在绘图面中延伸的是支承栓8的纵轴线7，其中，所述纵轴线7垂直于转动轴线6且垂直于纵轴线5延伸。
齿条4在所示出的区域中设有齿段3，所述齿段以已知的方式构造在齿条的朝向转向小齿轮2的侧上。齿段3是例如平坦的面。从齿段3起，齿条4在其外周的方向上设有两个彼此成锐角倾斜的导向面9，紧接着，所述导向面按照梯形的形式在与齿段3的接合处彼此汇聚地延伸。导向面9的背离齿段3的端部经由弧形外周区域10相互连接。所述外周区域也能够具有任意其它轮廓。齿条4在所述区域中的横截面构型大致相当于等腰梯形，其中平行的侧是倒圆的并且在一侧上设有齿段3。
在所示出的区域中，齿条4的引导一方面通过将齿段3尽可能无间隙地啮合到转向小齿轮2中实现，并且另一方面经由紧贴到导向面9上的两个锥形辊11实现。锥形辊11分别经由轴套12支承在各一个支承栓8上。支承栓8又构造为螺钉，其具有螺钉头13，所述螺钉头在外部设有螺纹14，并且所述螺钉头被拧入转向装置壳体1中。支承栓8在其自由端上基本上无间隙地插入转向装置壳体的孔15中，并且所述支承栓分别设有密封环16。
锥形辊11借助于轴套12支承到支承栓8上。所述锥形辊在导向面9的区域中引导齿条4。为了也能够沿轴线7的方向将挤压齿条4使其与转向小齿轮2啮合的力施加到齿条4上，并且为了能够吸收挤压齿条4使其齿段3远离转向小齿轮2的力，沿轴向方向在锥形辊11和螺钉头13之间设有垫片17。所述垫片17接收所描述的力。在这个实施例中，垫片17还预张紧到锥形辊11上，更确切地说通过弹簧18预张紧，所述弹簧分别位于螺钉头13的凹槽中并且挤压垫片17使其远离螺钉头13压向锥形辊11。
在所述转向装置中未设有在传统的机动车转向装置中将齿条压向转向小齿轮的压力件。
为了安装，齿条4与转向小齿轮2啮合。因此支承栓8配备有锥形辊11和垫片17，并且所述支承栓被引入孔15中。然后，通过操纵螺钉头13，锥形辊11被压向齿条4，直至所述锥形辊与导向面9无间隙地贴靠，并且齿段3也无间隙地啮合到转向小齿轮2中。在此，调节这样地进行，使得引导保持低摩擦。齿条沿着轴线6的位置能够通过将支承栓8以不同深度地拧入相应的孔中来调节。根据间隙调节和位置调节，螺钉能够经由适宜的措施以确保防止转动。
一个未示出的实施形式设置用于支承锥形辊，使得滑动轴套抗扭地设置到支承栓8上，并且使得在滑动轴套和支承栓8之间设置有缓冲层，例如弹性体层，所述弹性体层能够吸收和缓冲作用到锥形辊11上的力。在这个实施形式中能够弃用锥形辊11的上述轴向弹簧加载。此外，所述实施方式在工作时是特别低噪声的。
在已示出的实施例中，锥形辊11的表面相对于其轴线7的角约为7度。与此相应地，导向面9相对于齿条4的对称平面的角也选择为7度。锥形辊11的表面能够不同于严格几何形状上的锥形形状还构成为略微凸起的，更准确地说锥形辊的壳面的母线能够是弯曲凸起的，以至于在锥形辊11的整个轴向长度上不产生锥形辊11到导向面9上的线形贴靠。替选地，锥形辊11能够构造有严格的截锥形几何形状，而导向面9在锥形辊11所贴靠的区域中构造为略微凸起的。所述实施方式降低了转向装置的总的摩擦，这体现在齿条的降低的推过力。这在朝向转向小齿轮2回弹的情况下也改善了齿条的响应行为、转向感觉。辊的几何形状的设计取决于不同的车辆参数，以及取决于转向运动学和小齿轮/齿条连接部的齿部几何形状，以至于锥形辊11的壳面的角的值能够为直至40度。
所示出的实施形式由于彼此平行地构成的孔15能够相对简单地制造，并且能够设有其它实施形式，即锥形辊11的转动轴线不彼此平行地定向，而是同样成一定角地延伸，所述角例如能够位于0度和20度之间。锥形辊11的锥角能够根据应用而采用其它值。所述值例如能够位于3度和40度之间。
在图2中放大地示出围绕图1中的锥形辊的区域。
在图3中以俯视图示出示意的转向装置。所述视图用于图解说明作用到转向传动装置上的力。传动装置壳体1、转向小齿轮2和齿条4仅示意性地示出。图中可见的是，锥形辊11设置在转向小齿轮2到齿条4中的啮合部旁。第三锥形辊20能够相对于转向小齿轮2与锥形辊11相对置，以便更刚性地构成所述支承。
示意性地示出的转向横拉杆21设置在齿条4的端部上。用F标识作用到转向横拉杆21上的力。所述力F造成齿条4的弯曲，如其用虚线22图解示出的。齿条4的弯曲在机动车工作时位于百分之几至十分之几毫米的范围中。锥形辊11和20设置和适用于特别良好地吸收所述弯曲，并且在此将在转向传动装置中的总摩擦保持为低的。
在图4中以俯视图图解示出具有四个导向辊的齿轮齿条式转向装置的实施形式的示意图。所述实施方式可实现齿条4的特别刚性的引导。
在图5中以俯视图图解示出具有三个导向辊的齿轮齿条式转向装置的另一实施形式的示意图。所述实施方式可实现在特定的轴向几何形状的情况下期待的偏转的区域中的引导。
在图6中以俯视图图解示出具有两个导向辊的齿轮齿条式转向装置的一个实施形式的示意图。所述实施方式可实现齿条4的特别低摩擦的引导。
图7以俯视图示出具有导向辊的齿轮齿条式转向装置的第四实施形式的示意图。所述实施方式可实现在转向装置壳体的自由端的区域中特别低摩擦地引导齿条4。
图8以俯视图示出具有导向辊的齿轮齿条式转向装置的第四实施形式的示意图。所述实施方式可实现齿条4的特别低摩擦的引导并且实现适配于受限的结构空间。
图9以俯视图示出具有导向辊的齿轮齿条式转向装置的第四实施形式的示意图。所述实施方式可实现齿条4的特别刚性的引导。所述实施方式可实现在进一步适配于转向装置壳体的自由端的区域中的受限制的空间关系的情况下低摩擦地引导齿条4。

Claims (16)

1.用于机动车的齿轮齿条式转向装置，具有转向装置壳体（1），转向小齿轮（2）能转动地支承在所述转向装置壳体中，并且所述转向小齿轮与能够沿纵轴线（5）的方向移动地支承在所述转向装置壳体（1）中的齿条（4）的齿段（3）啮合，其中，所述齿段（3）的朝向所述转向小齿轮（2）的上侧构成平坦的面，其中，所述齿条（4）具有两个导向面（9），所述两个导向面是平坦的，并且所述两个导向面定向为相对于所述齿段（3）的面法线成锐角，并且其中，在所述齿条（4）的两侧上分别设有与所述导向面（9）贴靠的至少一个导向辊（11），
其特征在于，从与所述齿条的齿部啮合点来看，两个所述导向辊（11）分别设置在小齿轮的左侧和右侧上。
2.如权利要求1所述的齿轮齿条式转向装置，其特征在于，在与相应的导向辊（11）相对置的左侧和/或右侧上设有另一导向辊（11）。
3.如前述权利要求之一所述的齿条，其特征在于，所述齿条（4）沿其纵轴线（5）与齿部啮合部成一定距离地引入所述导向辊（11）中。
4.如前述权利要求之一所述的齿轮齿条式转向装置，其特征在于，所述导向辊（11）构成为锥形辊。
5.如权利要求3所述的齿轮齿条式转向装置，其特征在于，所述导向辊（11）的所述转动轴线（7）定向为相对于所述面法线成0°到20°角，并且其中，尤其是附加地，所述锥形辊的锥角构成在3度和40度之间。
6.如前述权利要求之一所述的齿轮齿条式转向装置，其特征在于，所述导向辊（11）的所述支承轴线（7）由支承栓（8）构成，所述导向辊（11）的所述支承轴线（7）在其位置方面是可调节的。
7.如前述权利要求之一所述的齿轮齿条式转向装置，其特征在于，所述支承栓（8）能够经由螺纹（14）沿轴线方向定位。
8.如前述权利要求之一所述的齿轮齿条式转向装置，其特征在于，所述锥形辊（11）经由垫片（17）轴向支撑。
9.如权利要求8所述的齿轮齿条式转向装置，其特征在于，所述垫片（17）设计为盘式弹簧。
10.如前述权利要求之一所述的齿轮齿条式转向装置，其特征在于，所述垫片（17）设有弹簧机构（18），所述弹簧机构将所述导向辊（11）沿轴向方向预张紧。
11.如前述权利要求之一所述的齿轮齿条式转向装置，其特征在于，设有三个导向辊（11、20），其中，两个导向辊（11）相对于所述齿条（4）彼此相对置地设置，并且另一导向辊（20）与所述导向辊（11）成一定距离地相对于所述齿条的轴向方向设置在所述齿条（4）的一侧上。
12.如前述权利要求之一所述的齿轮齿条式转向装置，其特征在于，所述转向小齿轮（2）设置在所述导向辊（11）和第三导向辊（20）之间。
13.如前述权利要求之一所述的齿轮齿条式转向装置，其特征在于，所述转向小齿轮（2）设置在所述导向辊（11）之间。
14.如权利要求1所述的齿轮齿条式转向装置，其特征在于，所述导向辊（11）的所述转动轴线（7）定向为相对于所述面法线成0°到20°角。
15.如前述权利要求之一所述的齿轮齿条式转向装置，其特征在于，所述锥形辊（11）的壳面的母线构造为凸起的。
16.如前述权利要求之一所述的齿轮齿条式转向装置，其特征在于，所述导向面（9）的表面相对于在导向面（9）和辊（11）的辊外周面之间的接触面构造为凸起的。
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