CN103237711B - 转向装置 - Google Patents

Abstract

一种转向装置具有：小齿轮轴，该小齿轮轴将方向盘的旋转传递到齿条轴；轴承，该轴承内嵌在壳体上，将小齿轮轴的一端可旋转地支承在壳体上，并且承载作用在小齿轮轴上的径向负荷和推力负荷；和挡圈，该挡圈内嵌在设置在壳体的内周面上的环形沟槽上并具有C形部和由该C形部的两对向端限定的开口，该C形部与轴承的外圈的端面接触，由此将轴承的外圈固定在壳体上。挡圈以使得当从小齿轮轴的轴向看去时开口朝向齿条齿的方式内嵌在环形沟槽上。

Description

转向装置

技术领域

本发明涉及一种转向装置，具体涉及一种适合防止当通过施加在小齿轮轴上的负荷在由锥形卡环固定的轴承的外圈与壳体之间形成间隙时产生异常噪音的齿条-小齿轮型转向装置。

背景技术

在齿条-小齿轮型转向装置中，经由拉杆改变车轮的转向角的齿条轴以能够往复移动的方式被支承在转向齿轮组件的壳体上，并且将方向盘的旋转传递到齿条轴的小齿轮轴通过轴承被可旋转地支承在壳体上。

在这种齿条-小齿轮型转向装置中，小齿轮轴可由于在转向操作时施加在小齿轮轴上的负荷而沿径向或推力方向移动，由此产生异常噪音或改变转向力。鉴于这一点，小齿轮轴借以被可旋转地支承的轴承被固定在壳体上，从而相对于径向和推力方向固定小齿轮轴，以防止产生异常噪音的产生和转向力的变化。

通过环形螺母来固定轴承在增加轴承相对于径向和推力方向的刚性方面是优选的。然而，这导致转向齿轮组件尺寸扩大的问题，因为需要用于容纳环形螺母的空间。

利用用作紧固环的锥形卡环预先装载轴承引起低成本和轻重量并且允许转向齿轮组件的尺寸的缩小，因为用于容纳锥形卡环的空间可以较小。然而，通过锥形卡环来固定轴承导致轴承相对于径向和推力方向的低刚性。

因此，在转向时施加在小齿轮轴上的负荷将沿轴向向上迫压锥形卡环或使其倾斜，由此小齿轮轴将沿推力方向移位而在轴承的外圈与壳体之间形成间隙。于是，小齿轮与齿条的啮合位置从正确位置移位，从而产生类似于敲击噪音的异常噪音。

在日本专利申请特开No.2010-038254中公开的齿条-小齿轮型转向装置中，以有规则的间隔在锥形卡环的倾斜面上设置有多个圆锥形突起。此外，在环形沟槽的倾斜面上设置有环形沟槽，该环形沟槽设置在壳体的内周面上并且锥形卡环装配在该环形沟槽中。因而，当外力沿轴向作用在锥形卡环上而使锥形卡环的直径缩小预定量时，锥形卡环上的突起与环形沟槽的内壁相接合。这防止了锥形卡环的直径比所述预定量多地缩小并限制锥形卡环在轴向上的位移。然而，日本专利申请特开No.2010-038254中公开的齿条-小齿轮型转向装置的锥形卡环和环形沟槽的形状复杂。这导致难以加工和增加了制造成本的问题。

现有技术文献

专利文献：日本专利申请特开No.2010-038254

发明内容

本发明要解决的问题

本发明的一个目的是提供一种齿条-小齿轮型转向装置，其中在不增加制造成本的情况下防止出现当小齿轮和齿条齿的啮合位置由于作用在小齿轮轴上的负荷而移位时可能产生的异常噪音。

解决问题的手段

上述目的可以通过以下手段来实现。根据本发明，提供了一种转向装置，所述转向装置包括：壳体；齿条轴，所述齿条轴以能够往复移动并经由拉杆改变车轮的转向角的方式被支承在上述壳体上；小齿轮轴，所述小齿轮轴与方向盘连结，具有与上述齿条轴的齿条齿啮合的小齿轮，并且将方向盘的旋转传递到上述齿条轴；第一轴承，所述第一轴承内嵌（从内部装配）在上述壳体上，将上述小齿轮轴的一端可旋转地支承在壳体上，并且承载作用在上述小齿轮轴上的径向负荷和推力负荷；第二轴承，所述第二轴承内嵌在上述壳体上，将上述小齿轮轴的另一端可旋转地支承在壳体上，并且承载作用在上述小齿轮轴上的径向负荷；和挡圈，所述挡圈内嵌在设置在上述壳体的内周面上的环形沟槽上并具有C形部和由该C形部的两个对向的端部限定的开口，上述C形部与上述第一轴承的外圈的端面接触，由此将第一轴承的外圈固定在上述壳体上，其中，上述挡圈以当从上述小齿轮轴的轴向看去时上述开口朝向上述齿条齿的方式内嵌在上述壳体的环形沟槽上。

在根据本发明的转向装置的优选模式中，当从上述小齿轮轴的轴向看去时，假设θ是上述开口相对于平行于上述齿条轴的轴线并经过上述小齿轮的中心的中心轴线的角度，并假设α是上述齿条齿的压力角，则上述角度θ在通过分别从上述中心轴线的一个和另一个方向以角度α绕小齿轮的中心朝齿条轴倾斜的两个方向界定的角度范围之中位于小齿轮轴侧的角度范围内。

本发明的有利效果

根据本发明，即使当大的力矩M通过施加在小齿轮轴上的负荷而作用在挡圈上时，也可以防止发生挡圈相对于小齿轮轴的倾斜和小齿轮轴沿轴向的移位。因此，可以将小齿轮与齿条齿的啮合位置维持在适当位置，并因此可以防止异常噪音的产生和转向力的变化。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的柱助力式齿条-小齿轮型转向装置的总体透视图。

图2是示出了根据本发明的一个实施例的转向齿轮的齿条和小齿轮的啮合部的纵向截面图。

图3是在图2的线III-III上截取的截面图。

图4是在图2的线IV-IV上截取的截面图，示出了在小齿轮沿顺时针方向旋转时作用齿条齿和小齿轮的啮合部中的齿面上的负荷。

图5是在图2的线IV-IV上截取的截面图，示出了在小齿轮沿逆时针方向旋转时作用在齿条齿和小齿轮的啮合部中的齿面上的负荷。

具体实施方式

图1是根据本发明的一个实施例的柱辅助式齿条-小齿轮型动力转向装置的总体透视图。如图1所示，根据本发明实施例的柱辅助式齿条-小齿轮型动力转向装置向转向轴施加由附装在转向柱105的中间部上的马达102产生的转向辅助力以便减轻操作方向盘101的手劲。转向轴的旋转被传递到中间轴106以经由小齿轮轴107使齿条-小齿轮型转向齿轮组件103的齿条轴往复移动，从而经由拉杆104转动转向轮。

图2是示出了根据本发明实施例的转向齿轮的齿条和小齿轮的啮合部的纵向截面图。图3是在图2的线III-III上截取的截面图。图4是在图2的线IV-IV上截取的截面图，示出了在小齿轮沿顺时针方向旋转时作用在齿条齿和小齿轮的啮合部中的齿面上的负荷。图5是在图2的线IV-IV上截取的截面图，示出了在小齿轮沿逆时针方向旋转时作用在齿条齿和小齿轮的啮合部中的齿面上的负荷。

根据本发明实施例的转向齿轮组件103安装在车体的框架例如图中未示出的前副框架上。齿条轴31以齿条轴31可以沿垂直于图2的图纸平面的车辆宽度方向滑动的方式内嵌在转向齿轮组件103的壳体21中。球窝接头（未示出）通过螺纹接合分别被附装在齿条轴31关于车辆宽度方向的两端上，并且联接到球窝接头的拉杆104、104（参见图1）经由转向节臂（未示出）连接到车轮。

小齿轮轴107具有设置在下端附近的部分中的小齿轮41。小齿轮轴107在小齿轮41上方的轴部42经由用作第一轴承的滚珠轴承51被可旋转地支承在壳体21上。滚珠轴承51承载作用在小齿轮轴107上的径向负荷和推力负荷。轴部42具有小于小齿轮41的直径并且关于竖直方向邻近小齿轮41，其间有台肩44。小齿轮轴107在轴部42上方的部分设置有沿其圆周延伸的沟槽43。环52通过模锻被固定地附装在沟槽43上。环52和小齿轮轴107的台肩44从上方和下方将滚珠轴承51的内圈保持在其间。

滚珠轴承51的外圈内嵌在设置在壳体21中的圆柱形孔22中。圆柱形孔22的内周面在滚珠轴承51上方的部分设置有环形沟槽23。用作挡圈的锥形卡环53装配在环形沟槽23中。如图3所示，锥形卡环53具有C形部532和由该C形部532的两个对向的端部限定的开口531。滚珠轴承51的外圈以其关于轴向的上端面被锥形卡环53的C形部532沿轴向向下迫压，使得滚珠轴承51的外圈被固定在壳体21上。锥形卡环53在C形部532关于径向被弹性地压缩的状态下装配在环形沟槽23中。因此，在锥形卡环53装配在环形沟槽23中的状态下，沿径向延伸方向偏压锥形卡环53的力始终作用在锥形卡环53上。锥形卡环53和环形沟槽23均在上侧具有倾斜面，该倾斜面随着其径向向外延伸而越来越接近滚珠轴承51的方式倾斜。通过上述结构，在锥形卡环53装配在环形沟槽23中时，锥形卡环53沿径向膨胀并且通过楔效应关于轴向向下迫压滚珠轴承51的外圈。因此，滚珠轴承51的外圈与锥形卡环53之间的间隙和滚珠轴承51的外圈与壳体21的圆柱形孔22的底部之间的间隙被消除，并且滚珠轴承51的外圈被固定在锥形卡环53与壳体21的圆柱形孔22的底部之间。

小齿轮轴107在小齿轮41下方的轴部45经由用作第二轴承的滚针轴承54被可旋转地支承在壳体21上。滚针轴承54仅承载作用在小齿轮轴107上的径向负荷。小齿轮轴107的旋转经由小齿轮41被传递到齿条轴31的齿条齿32，以经由联接到齿条轴31的如图1所示的拉杆104、104改变转向轮的取向。

壳体21设置有具有圆形截面并沿图2中的水平方向或关于车体的大致前后方向延伸的引导孔24。圆柱形齿条引导件61以齿条引导件61可以沿图2中的水平方向滑动的方式在内部装配在引导孔24中。齿条引导件61设置有具有与齿条轴31的凸圆柱形外周面33的曲率基本上相等的曲率的凹圆柱形面62。凹圆柱形面62与齿条轴31的外周面33接触，以将齿条引导件61压靠在齿条轴31的外周33上。

调节盖63螺纹接合到引导孔24的右端。调节盖63与齿条引导件61之间设置有螺旋弹簧64。调节盖63转动以适当调节其螺纹接合在引导孔24中的距离，从而经由螺旋弹簧64将齿条引导件61压向齿条轴31并且将齿条引导件61压靠在齿条轴31的外周33上。因而，消除了小齿轮41与齿条轴31的啮合侧隙以允许齿条轴31的顺滑移动。

中空圆柱形盖71的下端处的圆柱形嵌合部711被压合在设置于壳体21中的圆柱形孔22中。设置在圆柱形嵌合部711的上部上的凸缘712的下端面713邻接壳体21的上端面25，以关于竖直方向相对于壳体21定位盖71。

盖71向上延伸以覆盖小齿轮轴107的上部。固定地附装在盖71的上端上的橡胶垫72邻接车体的搁脚板73以防止盖71的向上移位。垫72吸收由于在车辆行驶期间的振动而导致的壳体21的移位以缓和冲击，并防止灰尘和外部物质进入壳体21与小齿轮轴107之间的间隙。

随着小齿轮41如图4中通过箭头411所示当从小齿轮轴107的一个轴向看去时沿顺时针方向转动，在齿条齿32与小齿轮41的啮合部中，小齿轮41的齿面沿特定方向迫压齿条齿32。由小齿轮41的齿面施加在齿条齿32上的迫压力作用在小齿轮41和齿条齿32的齿面的共同法线V1的方向D1上。共同法线V1以与齿条齿32的压力角α相等的角度相对于齿条齿32的节线321倾斜。在此状态下，负荷沿与箭头D1相反的方向作用在小齿轮41的齿面上。该负荷沿啮合部中的齿面的共同法线V1作用。通过该负荷，在与箭头D1相反的方向上的负荷F1整体作用在小齿轮41上，如图4所示。

另一方面，随着小齿轮41如图5中通过箭头412所示当从小齿轮轴107的一个轴向看去时沿逆时针方向转动，在齿条齿32与小齿轮41的啮合部中，小齿轮41的齿面沿特定方向迫压齿条齿32。由小齿轮41的齿面施加在齿条齿32上的迫压力作用在小齿轮41和齿条齿32的齿面的共同法线V2的方向D2上。共同法线V2以与齿条齿32的压力角α相等的角度相对于齿条齿32的节线321倾斜。在此状态下，负荷沿与箭头D2相反的方向作用在小齿轮41的齿面上。该负荷沿啮合部中的齿面的共同法线V2作用。通过该负荷，在与箭头D2相反的方向上的负荷F2整体作用在小齿轮41上，如图5所示。

如上所述，作用在小齿轮41的啮合部中的齿面上的负荷的方向根据小齿轮41的转动方向改变。换言之，整体作用在小齿轮上的负荷的方向根据小齿轮41的转动方向在上述负荷F1的方向或上述负荷F2的方向之间改变。如图3所示，第一中心轴线47定义为经过小齿轮41的中心46并且当从小齿轮轴107的一个轴向看去时平行于齿条轴31的轴向的直线。于是，负荷F1和F2的方向如下取向。负荷F1的方向绕小齿轮41的中心46以角度α在小齿轮41的中心46关于车辆宽度方向的一侧、即在图3中的上侧背离齿条轴31从中心轴线47倾斜。另一方面，负荷F2的方向绕小齿轮41的中心46以角度α在小齿轮41的中心46关于车辆宽度方向的另一侧、即在图3中的下侧背离齿条轴31从中心轴线47倾斜。

通过负荷F1、F2，趋于使小齿轮41背离齿条轴31弯曲的弯曲负荷作用在小齿轮轴107上，并且弯曲力矩M如图2所示沿大致向上的方向作用在滚珠轴承51和锥形卡环53上。换言之，大力矩M作用在滚珠轴承51和锥形卡环53中当从小齿轮轴107的一个轴向看去时在与齿条轴31相反的一侧的部分上。另一方面，弯曲力矩M对滚珠轴承51和锥形卡环53在齿条轴31附近的部分的影响小。该弯曲力矩M使滚珠轴承51和锥形卡环53相对于小齿轮轴107的中心轴线倾斜。锥形卡环53的刚性在开口531附近的部分中最低且在C形部532的位于与开口531相反的位置、也就是与开口531具有180度的角度差的位置的部分中最高。

如图3所示，锥形卡环53的开口531以使由负荷F1、F2产生的力矩M的影响最小化的角度装配在环形沟槽23上。具体而言，锥形卡环53以开口531位于第一中心轴线47的齿条轴31侧和经过小齿轮41的中心46并且当从小齿轮轴的一个轴向看去时垂直于中心轴线47的第二中心轴线48上的方式装配在环形沟槽23上。

在本发明实施例中，如图3所示，角度θ或由中心轴线47与经过锥形卡环53的开口531的中心和小齿轮41的中心46的线形成的角度被设定为90度。具体而言，开口531位于当从小齿轮轴107的一个轴向看去时绕小齿轮41的中心46以90度从第一中心轴线47朝齿条轴31倾斜的位置。将开口531相对于中心轴线47的角度θ设定为90度是优选的，因为负荷F1、F2对锥形卡环53的力矩M的影响被最小化。开口531相对于中心轴线47的角度θ并不限于90度，而且其可以以处于图3所示的角度β的范围或由α＜θ＜（180度-α）表达的范围内的方式来设定。更具体地，当从小齿轮轴107的一个轴线方向看去时，假设将第一中心轴线47在车辆宽度方向关于小齿轮41的中心46的一侧的方向的角度称为0度，假设将从0度方向朝齿条轴31倾斜90度的角度称为90度，并且假设第一中心轴线47在车辆宽度方向的另一侧的方向的角度称为180度，则角度β的范围或θ的范围是通过从0度方向以角度α朝齿条轴31倾斜的方向和从180度方向以角度α朝齿条轴31倾斜的方向界定的角度范围之中较接近齿条轴31的角度范围。换言之，θ的范围是通过分别从第一中心轴线47的一个和另一个方向以角度α绕小齿轮41的中心46朝齿条轴31倾斜的两个方向界定的角度范围之中位于齿条轴31侧的角度范围。

通过上述布置结构，即使当大力矩M通过在行驶期间经由齿条轴31从车轮作用在小齿轮轴107上的负荷F1、F2或通过在转向期间施加至小齿轮轴107的负荷施加在锥形卡环53上时，也可以防止发生锥形卡环53相对于小齿轮轴107的倾斜和小齿轮轴107在轴向上的移位。因此，可以将小齿轮41和齿条齿32的啮合位置维持在适当位置，并因此可以防止异常噪音的产生和转向力的变化。在本发明实施例中，仅需将锥形卡环53装配在环形沟槽23上的角度设定为适当角度。因此，可以防止制造成本的增加。

虽然在上述实施例中已描述了本发明应用于在顶面上具有倾斜面的锥形卡环的示例性情形，但本发明可适用于具有平坦顶面的普通卡环。此外，虽然在上述实施例中已描述了本发明应用于柱辅助式齿条-小齿轮型动力转向装置的示例性情形，但本发明可适用于小齿轮辅助式齿条-小齿轮型动力转向装置或齿条-小齿轮型手动转向装置。

Claims (1)

1.一种转向装置，包括：

壳体；

齿条轴，所述齿条轴以能够往复移动并经由拉杆改变车轮的转向角的方式被支承在所述壳体上；

小齿轮轴，所述小齿轮轴与方向盘连结，具有与所述齿条轴的齿条齿啮合的小齿轮，并且将方向盘的旋转传递到所述齿条轴；

第一轴承，所述第一轴承内嵌在所述壳体上，将所述小齿轮轴的一端可旋转地支承在所述壳体上，并且承载作用在所述小齿轮轴上的径向负荷和推力负荷；和

第二轴承，所述第二轴承内嵌在所述壳体上，将所述小齿轮轴的另一端可旋转地支承在所述壳体上，并且承载作用在所述小齿轮轴上的径向负荷；

其特征在于，

挡圈内嵌在设置在所述壳体的内周面上的环形沟槽上并具有C形部和由所述C形部的两个对向的端部限定的开口，所述C形部与所述第一轴承的外圈的端面接触，由此将所述第一轴承的外圈固定在所述壳体上，

其中，所述挡圈以使得当从所述小齿轮轴的轴向看去时所述开口相对于所述小齿轮轴位于所述齿条轴侧的方式内嵌在所述壳体的环形沟槽上，并且

其中，当从上述小齿轮轴的轴向看去时，假设θ是所述开口的中心线相对于平行于所述齿条轴的轴线并经过所述小齿轮的中心的中心轴线的角度，并且假设α是所述齿条齿的压力角，则所述角度θ在由分别从所述中心轴线沿一个和另一个方向以角度α绕所述小齿轮的中心朝所述齿条轴倾斜的两个方向界定的位于所述小齿轮轴侧的角度(β)的范围内。