CN104015786B - 滚珠丝杆型电动助力转向装置 - Google Patents

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Abstract

滚珠丝杆型电动助力转向装置。一种齿条传动的辅助动力转向装置防止滚珠螺母和螺母轮由于滑动而空转，并且在传动皮带由马达的驱动而操作时提高耐用性，并且在螺母轮和滚珠丝杆转动的同时齿条滑动时将通过齿条、滚珠丝杆及螺母轮传递的振动和噪声减到最小，由此向驾驶员提高舒适的转向感觉。

Description

滚珠丝杆型电动助力转向装置
技术领域
本发明涉及滚珠丝杆型电动助力转向装置，并且更具体地，涉及滚珠丝杆型电动助力转向装置，该装置防止载荷集中在位于滚珠螺母的最外侧的内周螺旋槽内的滚珠上并使滚珠螺母弯曲，由此防止滚珠螺母和滚珠的耐用性发生劣化。
背景技术
一般的电动助力转向装置包括从方向盘延伸到两个车轮的转向系统以及用于向该转向系统提供辅助转向力的辅助动力机构。
该辅助动力机构包括：扭矩传感器，该扭矩传感器用于检测由驾驶员施加于方向盘的转向扭矩并输出与检测到的转向扭矩成比例的电信号；电子控制单元（ECU），该电子控制单元用于基于从该扭矩传感器传输来的电信号产生控制信号；马达，该马达用于基于从电子控制单元传输来的控制信号产生辅助转向力；以及带式动力传递单元，该带式动力传递单元用于经由皮带将马达产生的辅助动力传递到齿条。
作为辅助动力机构的滚珠丝杆型电动助力转向装置可以包括返回管型、偏转器型、端盖型等。
图1是示意性地例示根据相关技术的滚珠丝杆型电动助力转向装置的截面图，图2是示意性地例示根据相关技术的滚珠丝杆型电动助力转向装置的一部分的截面图。
如图所例示，根据相关技术的齿条传动的辅助动力转向装置包括：驱动单元120，该驱动单元120用于产生由电子控制单元（ECU）控制的动力，电子控制单元通过安装在转向柱110的顶端的扭矩传感器111来确定方向盘113的转向程度；齿条130，该齿条130用于使连接到车轮的系杆133根据方向盘113的转向程度而移动；以及从动单元140，该从动单元140用于将驱动单元120的接收旋转力转换为轴向移动力并接着将该轴向移动力传输到齿条130。
这里，驱动单元120包括：由电子控制单元（ECU）控制的电马达121；驱动皮带轮123，该驱动皮带轮123连接到电马达121的轴；以及驱动皮带125，该驱动皮带125绕在驱动皮带轮123上。
从动单元140还包括：滚珠螺母141，该滚珠螺母141支承围绕齿条130的齿条壳体内的齿条130；以及从动皮带轮143，该从动皮带轮143连接到滚珠螺母141的外周表面。
与马达121的轴相连接的驱动皮带轮123和与滚珠螺母141相连接的从动皮带轮143彼此平行地布置，传动皮带125安装在驱动皮带轮123和从动皮带轮143上以将电马达121的转动力输送到齿条130，并且齿条130通过滚珠螺母141的操作而向左侧和右侧移动以产生辅助转向力。
具有哥特式拱形截面的内周螺旋槽201螺旋形地形成在滚珠螺母141的内周表面上，具有哥特式拱形截面的外周螺旋槽203螺旋形地形成在齿条130的外周表面上，滚珠插入在内周螺旋槽201与外周螺旋槽203之间。在滚珠201与内周螺旋槽201和外周螺旋槽203相接触时，滚珠210沿内周螺旋槽201和外周螺旋槽203移动，从一侧滚动到相对侧，并且循环通过形成在端盖220与分别连接到滚珠螺母141的内周表面的两侧的滚珠螺母141之间的滚珠循环通道205。
在根据相关技术的齿条传动的辅助动力转向装置中，由于沿内周螺旋槽201移动的滚珠的中心半径（R，即，从滚珠螺母的轴线到滚珠的中心的距离）通常是相同地地形成的，并且载荷集中在位于滚珠螺母的纵向的最外侧的内周螺旋槽内的滚珠上并使滚珠螺母弯曲，由此造成滚珠螺母和滚珠的耐用性劣化。
此外，在内周螺旋槽与端盖彼此相交的位置处，在内周螺旋槽与端盖的入口之间（即，滚珠从内周螺旋槽脱出并进入端盖的部分）具有台阶，由此造成在沿内周螺旋槽从一侧移动到另一侧的滚珠进入端盖的入口时会产生噪声和振动。
发明内容
因此，本发明旨在解决在现有技术中出现的上述问题，并且本发明的目的在于提供一种滚珠丝杆型电动助力转向装置，其能够防止载荷集中在位于滚珠螺母的最外侧的内周螺旋槽内的滚珠上并使滚珠螺母弯曲，由此防止滚珠螺母和滚珠的耐用性劣化。
为了实现上述目的，提供了一种滚珠丝杆型电动助力转向装置，该滚珠丝杆型电动助力转向装置包括：齿条，所述齿条具有在其外周表面上的螺旋形外周螺旋槽；滚珠螺母，该滚珠螺母经由滚珠与齿条联接（couple），并且具有在其外周表面上的与所述外周螺旋槽相对应的内置螺旋槽以及在所述内周螺旋槽与所述外周螺旋槽之间轴向地穿过的滚珠循环通道；以及端盖，该端盖分别与所述滚珠螺母的两个内周表面联接，并且具有滚珠移动通道，其中，所述滚珠移动通道的一侧穿过所述滚珠循环通道，并且所述滚珠移动通道的另一侧穿过所述外周螺旋槽和所述内周螺旋槽，其中，所述内周螺旋槽的所述滚珠的中心半径向着所述滚珠移动通道的入口逐渐增大，并且从所述内周螺旋槽的中心轴到最外侧的距离从所述滚珠螺母的中心到其两侧逐渐增大。
根据本发明实施方式的滚珠丝杆型电动助力转向装置防止载荷集中在位于滚珠螺母的最外侧的内周螺旋槽内的滚珠上并使滚珠螺母弯曲，由此防止滚珠螺母和滚珠的耐用性劣化。
此外，根据本发明实施方式的滚珠丝杆型电动助力转向装置将滚珠螺母的内周螺旋槽连接到端盖的入口且不造成台阶，这防止了在滚珠螺母内循环的滚珠的移动通道突然改变，由此减少了噪声和振动的产生。
附图说明
本发明的上述目的和其它目的、特征和优点将在下面结合附图进行的描述中变得明显，在附图中：
图1是示意性例示根据相关技术的滚珠丝杆型电动助力转向装置的截面图；
图2是示意性例示根据相关技术的滚珠丝杆型电动助力转向装置的一部分的截面；
图3是例示根据本发明实施方式的滚珠螺母的立体图；
图4是图3的截面图和局部透视图；
图5是在W方向上观看图4的滚珠螺母的图；
图6是根据图5的线条A-A’、B-B’、C-C’的截面图；
图7是例示滚珠螺母的内周螺旋槽的半径的示例性实施方式的图；
图8是将施加到相关技术的滚珠螺母中的滚珠的载荷与本发明的实施方式进行比较的图；
图9是根据本发明另一个实施方式的滚珠螺母的截面图；以及
图10是例示从滚珠螺母的中心轴线到内周螺旋槽的最外侧的距离的示例性实施方式的图。
具体实施方式
此后，将参照附图对本发明的示例性实施方式进行描述。在以下描述中，应当注意的是，如果说明书中将一个部件描述为“连接”、“联接”或“连结”到另一个部件，可存在“连接”、“联接”和“连结”在第一和第二部件之间的第三部件，尽管第一部件可以直接地连接、联接或连结到第二部件。
图3是例示根据本发明实施方式的滚珠螺母的立体图。图4是图3的截面图和局部透视图。图5是在W方向上观看图4的滚珠螺母的图。图6是根据图5的线条A-A’、B-B’、C-C’的截面图。图7是例示滚珠螺母的内周螺旋槽的半径的示例性实施方式的图。图8是将施加到相关技术的滚珠螺母中的滚珠的载荷与本发明的实施方式进行比较的图。图9是根据本发明另一个实施方式的滚珠螺母的截面图。图10是例示从滚珠螺母的中心轴线到内周螺旋槽的最外侧的距离的示例性实施方式的图。
如图所例示，根据本发明的滚珠丝杆型电动助力转向装置包括：齿条130，该齿条130具有在其外周表面上的螺旋形的外周螺旋槽203；滚珠螺母300，其经由滚珠210联接到齿条130，并且具有在其外周表面上的与外周螺旋槽203相对应的螺旋形的内周螺旋槽301和滚珠循环通道205，该滚珠循环通道205在内周螺旋槽203和外周螺旋槽301之间轴向地穿过；端盖320，其分别与滚珠螺母300的两个内周表面联接，并且具有滚珠移动通道310，其中，该滚珠移动通道310的一侧与滚珠循环通道205接触，另一侧与外周螺旋槽203和内周螺旋槽301接触，其中，内周螺旋槽301的滚珠的中心半径（R1、R2、R3）向着滚珠移动通道310的入口而逐渐增大。
为了便于说明，图4例示了为什么仅在滚珠螺母300的一侧设置端盖320。
在图1中，齿条130与系杆133联接，而系杆133与车轮131联接。齿条130接收由于驾驶员转动方向盘113而产生的转动力以直线地移动并转动车轮131。
在齿条130的外周表面的某些部分中形成有螺旋形的外周螺旋槽203，并且外周螺旋槽203的截面为哥特式拱形。
滚珠螺母300经由滚珠210与齿条130联接，与外周螺旋槽203相对应的螺旋形的内周螺旋槽301形成在滚珠螺母300的内周表面上，并且内周螺旋槽301的截面也是哥特式拱形。
在滚珠螺母300的外周表面上形成有向外侧径向突出的突出部303，滚珠螺母300的外周表面的一侧联接到支承滚珠螺母300的轴承（未示出），并且滚珠螺母300的外周表面的另一侧联接到驱动皮带轮123。驱动皮带轮123与图1中的电马达121的轴联接。从动皮带轮143和驱动皮带轮123联接到传动皮带125。
在滚珠螺母300上形成有滚珠循环通道205，其在内周螺旋槽与外周螺旋槽之间轴向地穿过。滚珠循环通道205的两侧分别连接到端盖320。
在内周螺旋包301上形成有凹槽305，该凹槽305具有向着外侧的包含润滑剂的中空形状。凹槽305的径向截面的面积向着滚珠移动通道310的入口逐渐减小，使得凹槽305不形成在端盖320的滚珠移动通道310的入口311附近。
此外，在内周螺旋槽301与端盖320的滚珠移动终端310的入口311彼此相交的位置处，内周螺旋槽301的滚珠的中心半径R3和端盖320的滚珠移动通道310的滚珠的中心半径彼此相等。
因为形成在内周螺旋槽301内的凹槽305的径向截面的面积向着端盖320的滚珠移动终端310的入口311而逐渐减小，使得凹槽305不形成在端盖320的滚珠移动通道310的入口311附近，所以内周螺旋槽301与滚珠移动通道310的入口311彼此连接且没有台阶。
因此，解决了位于内周螺旋槽与端盖的入口之间在它们彼此相交的位置处的台阶造成沿内周螺旋槽从一侧到相对侧移动的滚珠进入端盖的入口时产生噪声和振动的问题。
此外，内周螺旋槽301的滚珠到滚珠移动通道310的入口311的方向的中心半径（R1、R2、R3）向着滚珠移动通道310的入口311而逐渐增大。
根据相关技术，在内周螺旋槽301的、紧挨着端盖320的滚珠移动通道310的入口311的部分处，滚珠的中心半径通常与R1相等，而根据上述实施方式，在内周螺旋槽301的、与端盖320的滚珠移动通道310的入口311有一定距离的部分处，滚珠的中心半径逐渐增大，诸如R1<R2<R3。
内周螺旋槽的滚珠的中心半径逐渐增大的部分可以等于具有15°到70°的角α°的部分。
内周螺旋槽301的滚珠在滚珠移动通道310的入口311的方向上的中心半径的逐渐增大可以防止载荷集中在位于滚珠螺母300的最外侧处的内周螺旋槽301内的滚珠上并使滚珠螺母弯曲。
换言之，参照图8的（a），在根据相关技术的滚珠螺母141的情况下，滚珠的中心半径总体上相等，使得载荷集中在位于滚珠螺母141的纵向的最外侧的内周螺旋槽201内的滚珠210’上并使滚珠螺母141弯曲，由此造成滚珠201’和滚珠螺母141的耐用性劣化。
然而，参照图4、图5和图8的（b），在根据本发明实施方式的滚珠螺母300的情况下，内周螺旋槽301的滚珠在滚珠移动通道310的入口311的方向上的中心半径向着滚珠移动通道310的入口311逐渐增大，使得可以在位于内周螺旋槽301内的在滚珠螺母300的纵向的最外侧处的滚珠210’之间形成预定空间。因此，载荷并不仅集中在位于滚珠螺母300的纵向的最外侧处的内周螺旋槽301的滚珠210’上并使滚珠螺母300弯曲，而是分布在靠近纵向最外侧内周螺旋槽301的内周螺旋槽301内的滚珠210’上，由此防止了滚珠201’和滚珠螺母300的耐用性劣化。
此外，内周螺旋槽301的滚珠的中心半径可以向着端盖320的滚珠移动通道310的入口311线性地（I）或非线性地（II）逐渐增大。
参照图9，根据本发明另一个实施方式的滚珠丝杆型的电动助力转向装置包括：齿条130，该齿条130具有在外周表面上的螺旋形的外周螺旋槽203；滚珠螺母900，滚珠螺母900经由滚珠310与齿条130联接，并且具有在外周表面上的与外周螺旋槽203相对应的螺旋形的内周螺旋槽901和滚珠循环通道205，滚珠循环通道205在内周表面与外周表面之间轴向地穿过；以及端盖320，其分别与滚珠螺母900的两个内周表面联接并且具有滚珠移动通道310，其中，滚珠移动通道310的一侧穿过滚珠循环通道205，并且其另一侧穿过外周螺旋槽203和内周螺旋槽901。根据本发明的另一个实施方式，滚珠螺母900的内周螺旋槽901是使从其中心轴线（A）到其最外侧的距离L可以从滚珠螺母900的中心（o）向其两侧逐渐增大。
当从滚珠螺母900的中心轴线（A）到内周螺旋槽901的距离L1、L2、L3从滚珠螺母900的中心（o）向其两侧逐渐增大时，从中心轴线（A）到内周螺旋槽901的最外侧的距离根据从滚珠螺母900的中心（o）到其两侧的距离（X）在轴的方向上线性地（i）或非线性（ii）地逐渐增大。
如果从滚珠螺母900的中心轴线（A）到内周螺旋槽901的最外侧的距离L1、L2、L3从滚珠螺母的中心（o）向其两侧逐渐增大，则形成在滚珠螺母900的内周螺旋槽901与齿条130的外周螺旋槽203之间的空间从滚珠螺母900的中部向其两侧逐渐增大。
从滚珠螺母900的中心轴线（A）到内周螺旋槽901的最外侧的距离L1、L2、L3从滚珠螺母的中心（o）向其两侧逐渐增大可以防止由于传递到齿条130的外力引起的偏折或弯曲导致滚珠螺母900弯曲时对轮齿隙（backlash）的影响而使载荷集中在滚珠螺母900的纵向方向上的最外侧的内周螺旋槽901内的滚珠210’上并使滚珠螺母900弯曲，由此使得滚珠210’和滚珠螺母900的耐用性得到增强。
换言之，随着从滚珠螺母900的中心轴线（A）到内周螺旋槽901的最外侧的距离L从滚珠螺母900的中心（o）向其两侧逐渐增大，滚珠螺母900的内周螺旋槽901与齿条203的外周螺旋槽203之间的空间也随之逐渐增大。因此，存在着很多备用空间，在这些空间中，滚珠210可以径向地移动，这使得载荷分布在靠近内周螺旋槽901的在滚珠螺母900的纵向方向上最外侧内的滚珠210’的附近的内周螺旋槽901内的滚珠201’上，由此使滚珠210’和滚珠螺母900的耐用性得到增强。
还存在着很多备用空间，在这些空间中，滚珠210可以在滚珠螺母900的内周螺旋槽901与齿条130的外周螺旋槽203之间移动，由此能够解决尽管改变了滚珠900与齿条130联接的对准位置但滚珠210’从一侧到相对侧的摩擦力仍然变得不均匀的问题。
当然，根据本发明另一实施方式的滚珠丝杆型电动助力转向装置901的情况如下，即，内周螺旋槽901具有凹槽305，凹槽305具有朝向外侧的包含润滑剂的中空形状。所述朝向外侧可以表示滚珠螺母900的径向外侧。
如上所述的凹槽305在内周螺旋槽901的距内周螺旋槽901的中心轴线（A）最远的最下侧部分上沿内周螺旋槽901形成。
本发明的这个实施方式可以防止载荷集中在位于滚珠螺母的最外侧的内周螺旋槽内的滚珠上并使滚珠螺母弯曲，由此防止滚珠和滚珠螺母的耐用性劣化。
此外，内周螺旋槽与端盖的滚珠移动通道的入口在没有台阶的情况下彼此接合，由此防止在滚珠螺母内循环的滚珠的移动通道突然改变，从而减小噪声和振动。
此外，尽管改变了滚珠螺母900与齿条130联接的对准位置，本发明的这个实施方式可以防止滚珠210’从一侧到相对侧的摩擦力变得不均匀。
即使上面描述了本发明的实施方式的全部部件被连接为单个单元或者被连接起来以作为当单元操作，本发明并不一定限于这样的实施方式。也就是说，在这些部件中，一个或更多个部件可以选择性地连接以作为单个或多个单元进行操作。
此外，词语“包括”表示可能存在一个或更多个相应的组件，除非做出明确相反的描述，否则应当理解为可以包括一个或更多个组件。除非另行限定，否则所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本领域的技术人员普遍理解的含义相同的含义。像在词典中限定的那样普遍使用的词语应当被解析为该词语具有与其在相关说明的上下文中的含义相等的含义，并且不应被以理想化或过度正式地解释，除非在本文中明确地做出这样的限定。
尽管为了说明的目的而描述了本发明的优选实施方式，但是本领域中的技术人员应当理解，在不背离在所附权利要求中公开的本发明的范围和精神的情况下，各种修改、增加和替换都是可能的。因此，本发明中公开的实施方式旨在例示本发明的技术想法，并且本发明的范围不受到实施方式的限制。应当按照等价于权利要求的包括在本发明的范围内的所有技术想法都属于本发明的方式，在所附权利要求的基础上解释本发明的范围。
相关申请的交叉引用
本申请要求于2013年2月28日提交的韩国专利申请No.10-2013-0022027和于2013年3月15日提交的韩国专利申请No.10-2013-0027655的优先权，此处以引证的方式并入其全部内容，就像在此进行了完整阐述一样。

Claims (8)

1.一种滚珠丝杆型电动助力转向装置，该滚珠丝杆型电动助力转向装置包括：
齿条，该齿条具有在外周表面上的螺旋形的外周螺旋槽；
滚珠螺母，该滚珠螺母经由滚珠与齿条联接，并且所述滚珠螺母具有在外周表面上的与所述外周螺旋槽相对应的螺旋形的内周螺旋槽以及滚珠循环通道，所述滚珠循环通道在所述内周螺旋槽和所述外周螺旋槽之间轴向地穿过；以及
端盖，该端盖分别与所述滚珠螺母的两个内周表面联接，并且所述端盖具有滚珠移动通道，其中，所述滚珠移动通道的一侧穿过所述滚珠循环通道，并且所述滚珠移动通道的另一侧穿过所述外周螺旋槽和所述内周螺旋槽，
其中，所述内周螺旋槽的滚珠的中心半径向着所述滚珠移动通道的入口逐渐增大，或者从所述内周螺旋槽的中心轴线到所述内周螺旋槽的最外侧的距离从所述滚珠螺母的中心到其两侧逐渐增大，以及
其中，所述内周螺旋槽具有凹槽，所述凹槽具有包含润滑剂的中空形状，并且，所述凹槽的径向截面的面积向着所述滚珠移动通道的入口逐渐减小。
2.根据权利要求1所述的滚珠丝杆型电动助力转向装置，其中，当所述内周螺旋槽的所述滚珠的中心半径向着所述滚珠移动通道的入口逐渐增大时，所述内周螺旋槽具有凹槽，所述凹槽具有包含润滑剂的中空形状。
3.根据权利要求2所述的滚珠丝杆型电动助力转向装置，其中，在所述内周螺旋槽的所述滚珠的所述中心半径逐渐增大的部分中形成的所述凹槽的所述径向截面的面积向着所述滚珠移动通道的所述入口逐渐减小。
4.根据权利要求3所述的滚珠丝杆型电动助力转向装置，其中，在所述内周螺旋槽和所述端盖的入口彼此相交的位置处，所述内周螺旋槽的所述滚珠的所述中心半径和所述滚珠移动通道的所述入口的所述中心半径彼此相等。
5.根据权利要求1所述的滚珠丝杆型电动助力转向装置，其中，当从所述内周螺旋槽的所述中心轴线到所述内周螺旋槽的所述最外侧的所述距离从所述滚珠螺母的中心向其两侧逐渐增大时，从所述内周螺旋槽的所述中心轴线到所述内周螺旋槽的所述最外侧的所述距离从所述滚珠螺母的中心向其两侧线性地逐渐增大。
6.根据权利要求1所述的滚珠丝杆型电动助力转向装置，其中，当从所述内周螺旋槽的所述中心轴线到所述内周螺旋槽的所述最外侧的所述距离从所述滚珠螺母的中心向其两侧逐渐增大时，从所述内周螺旋槽的所述中心轴线到所述内周螺旋槽的所述最外侧的所述距离从所述滚珠螺母的中心向其两侧非线性地逐渐增大。
7.根据权利要求5所述的滚珠丝杆型电动助力转向装置，其中，所述内周螺旋槽具有凹槽，所述凹槽具有朝向外侧的包含润滑剂的中空形状。
8.根据权利要求6所述的滚珠丝杆型电动助力转向装置，其中，所述内周螺旋槽具有凹槽，所述凹槽具有朝向外侧的包含润滑剂的中空形状。
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