CN104640761A - 用于将齿条压紧到小齿轮上的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于将齿条(14)压紧到小齿轮(16)上的装置(18)，该装置具有一个壳体(12)、一个在该壳体(12)中沿压紧轴线(X)可移动地引导的压力件(20)、一个沿轴向可固定在所述壳体(12)上的支承元件(22)以及多个沿径向被加载的楔形体(24)，所述楔形体分别支撑在压力件(20)上以及在支承元件(22)上并且沿轴向远离支承元件(22)地加载压力件(20)，其中，所述压力件(20)在朝向支承元件(22)的一侧上构造为截锥和/或所述支承元件(22)在朝向压力件(20)的一侧上构造为截锥，并且设置有至少三个沿周向(26)均匀分布的楔形体(24)。

Description

用于将齿条压紧到小齿轮上的装置
技术领域
本发明涉及一种用于将齿条压紧到小齿轮上的装置，该装置具有一个壳体、一个在该壳体中沿着压紧轴线可移动地引导的压力件、一个沿轴向可固定在壳体上的支承元件以及多个沿径向被加载的楔形体，所述楔形体分别支撑在压力件上以及在支承元件上并且沿轴向远离所述支承元件地加载所述压力件。
背景技术
由现有技术已知用于车辆的齿条式转向机构的不同实施方案。基于齿条式转向机构的作用原理，所有齿条式转向机构具有转向传动机构，该转向传动机构具有齿条和小齿轮，其中，小齿轮与齿条的制齿区域啮合。在此，经由转向盘施加到转向轴和小齿轮上的旋转力转化为齿条法向力并且传递给车辆的可转向的车轮。目前，齿条式转向机构通常构造为液压式、电液式或电力式助力转向机构，该助力转向机构在转向过程中辅助车辆驾驶员。
由于在转向传动机构中有时出现相当大的力，所以很早就已发现必须采取特殊的预防措施以使齿条尽可能无间隙地与小齿轮保持啮合。否则存在如下危险，即，通过齿条横向于齿条纵向地变形，使得该齿条在受负荷的情况下运动离开小齿轮。在此，至少会发生转向机构中的间隙不希望地增大，在极端情况下甚至会发生转向机构的滑转。
为了阻止这点，在小齿轮的区域中通常使用压力件，该压力件以尽可能恒定的压紧力将齿条向小齿轮加载。对希望的压紧力的调节、对由于在转向过程中出现的在压力件和齿条之间的滑动摩擦而产生的磨损现象的考虑以及在车辆运行期间扰人的啪嗒噪声的避免在此构成对于齿条式转向机构的压紧装置的最大挑战。
在同类的US 7,654,166 B2中已经描述一种用于齿条式转向机构的压紧装置，该压紧装置在车辆运行中基本上无间隙地并且进而特别低噪声地工作以及此外允许对压力件的压紧力的调节。
为了使压紧装置保持基本上无间隙，设置有两个分开的楔形体，但是所述装置的装配(尤其所述楔形体相对于压力件的径向取向和对中)以及经由两个倾斜的楔形面沿轴向方向对压力件的精确加载被证明是费事的。偏心地或未正好沿轴向取向地加载压力件可能导致压紧装置卡住并且进而导致在转向过程中转向盘不希望的“猛冲”。
发明内容
本发明的任务在于，提供一种压紧装置，该压紧装置以特别小的装配费用确保精确地并且均匀地沿轴向方向加载压力件。
根据本发明，该任务通过一种文首提及类型的装置解决，其中，所述压力件在朝向所述支承元件的一侧上构造为截锥和/或所述支承元件在朝向所述压力件的一侧上构造为截锥，其中，设置有至少三个沿周向均匀分布的楔形体。由于压力件和/或支承元件在轴向端部上的截锥形地构造以及由于所述至少三个均匀分布的楔形体，楔形体关于压紧轴线得以沿径向对中。在此，压力件一方面沿径向方向可靠地朝向压紧轴线对中，其中，径向的力分量在对中的位置中相互抵消，并且压力件另一方面沿轴向方向均匀地向齿条加载。在此，截锥形的一侧尤其构造为“直”截锥，即构造为底面和顶面平行并且同中心地设置的截锥。
优选地，所述压紧装置的楔形体由塑料制成。由于在选择适当的塑料时可以毫无问题地吸收出现的负荷，所以塑料实施方案在重量、制造成本和可适配的造型方面提供优势。
在用于将齿条压紧到小齿轮上的装置的一种实施方式中，所述楔形体可相对彼此运动并且优选通过柔性的联接元件相互连接。通过将各楔形体连接，减少单个构件的数量并且显著地降低用于压紧装置的装配费用。
在这种实施方式中，尤其两个沿周向相邻的楔形体可以分别通过一个柔性的联接元件连接。这提供一种简单的可能性：所有楔形体可相对彼此定位、但又维持单独的径向可运动性。
特别优选地，楔形体与联接元件一件式地构造并且构成一个楔形体单元。该楔形体单元尤其能够以少的费用由塑料制成并且此外无需预装配，在该预装配中必须将各个楔形体经由分开的联接元件相互连接。
在压紧装置的另一种实施方式中，沿轴向在支承元件和压力件之间设置有沿轴向方向弹性的元件、尤其碟形弹簧或橡胶板。由此，例如能够补偿齿条式转向机构的部件中的制造公差，而在转向操纵期间压力件不会以不希望的方式阻碍齿条的运动。
此外，优选设置有弹簧元件，该弹簧元件关于压紧轴线沿径向加载各楔形体。通过该弹簧元件，一方面能够以简单的方式实现压力件关于压紧轴线的自对中并且另一方面通过楔形体的径向移动补偿出现的压力件磨损。
例如，弹簧元件可以围绕、尤其包围各楔形体并且对各楔形体沿径向向内地、即朝向彼此地加载。这能实现简单地制造楔形体或者说楔形体单元以及不复杂地将弹簧元件装配在楔形体上。
在一种特定的实施方案中，弹簧元件沿轴向伸出超过楔形体、沿轴向弹性地构造并且沿轴向支撑在支承元件上。因此，弹簧元件、优选由橡胶材料或类似弹性材料构成的O形环不仅保证楔形体的径向加载，而且保证在压紧装置内部的无间隙的轴向弹性。
在压紧装置的另一种实施方式中，沿径向从内向外观察，楔形体沿轴向方向楔形地扩宽。为了减小单位面积压力，沿径向从内向外观察，楔形体也可以沿周向扩宽并且构成扇形的楔形体。
另外，本发明也包括一种用于机动车的齿条式转向机构，其具有壳体、可移动地支承在壳体中的齿条、啮合到该齿条中的小齿轮和上面所描述的装置，该装置将齿条向小齿轮加载。
附图说明
本发明的其他特征和优点由下文中参考附图对优选实施方式的说明得出。附图中示出：
图1示出具有根据本发明的压紧装置的齿条式转向机构在装配状态下的细节剖视图；
图2示出具有根据本发明的压紧装置的齿条式转向机构在使用状态下的细节剖视图；
图3示出根据图2的压紧装置在使用期限开始时的剖视图A-A；
图4示出根据图2的压紧装置接近使用期限结束时的剖视图A-A；
图5示出图2中的齿条式转向机构的细节剖视图，该齿条式转向机构具有根据本发明的按照一种备选实施方式的压紧装置；
图6示出图1中的齿条式转向机构的细节剖视图，该齿条式转向机构具有根据本发明的按照另一种备选实施方式的压紧装置；
图7示出图2中的齿条式转向机构的细节剖视图，该齿条式转向机构具有根据本发明的按照又一种备选实施方式的压紧装置；
图8示出图7中的齿条式转向机构的细节剖视图，该齿条式转向机构具有根据本发明的按照再一个备选实施方式的压紧装置；
图9示出根据图7和8的压紧装置在使用期限开始时的剖视图A-A；和
图10示出根据图7和8的压紧装置接近使用期限结束时的剖视图A-A。
具体实施方式
图1和2示出用于机动车的齿条式转向机构10的局部，该齿条式转向机构具有一个壳体12、一个可纵向移动地支承在壳体12中的齿条14、一个啮合到齿条14中的小齿轮16和一个压紧装置18，该压紧装置将齿条14向小齿轮16加载。在此，压紧装置18根据图1在装配状态下示出并且根据图2在使用状态下示出。
压紧装置18的壳体12在当前情况下与齿条式转向机构10的壳体12一件式地构造。然而备选地，压紧装置18也可以具有一个分开的壳体，该分开的壳体便固定在齿条式转向机构10的壳体上。
用于将齿条14压紧到小齿轮16上的装置18包括一个壳体12、一个在壳体12中沿着压紧轴线A可移动地引导的压力件20、一个可沿轴向固定在壳体12上的支承元件22以及多个沿径向被加载的楔形体24，这些楔形体分别支撑在压力件20上以及在支承元件22上并且沿轴向远离支承元件22地朝向齿条14加载压力件20。压力件20在朝向支承元件22的一侧上构造为截锥，具体而言构造为“直”截锥，在该“直”截锥中圆形的底面相对于圆形的顶面平行地并且同中心地设置。楔形体24贴靠在截锥形压力件区段的周面上，其中，在当前实施例中设置有六个沿周向26均匀分布的楔形体24(参见图3和4)。
压紧轴线A相对于齿条轴线Z基本上垂直地、即沿径向地延伸。此外，小齿轮16和压力件20这样设置在齿条14的对置的两侧，使得小齿轮16的旋转轴线R和压紧装置18的压紧轴线A相交。然而在备选实施方式中，压紧轴线A和齿条轴线Z也可以相互错开。
图3和4分别示出根据2的压紧装置18的剖视图A-A。在此清楚的是，各个楔形体24通过柔性的联接元件28相互连接，但还仍可相对彼此运动。具体而言，联接元件28分别将两个沿周向26相邻的楔形体24连接。
在当前情况下，楔形体24和联接元件28由塑料制成地一件式地构造为楔形体单元30。
该一件式构造的楔形体单元30在很大程度上简化了压紧装置18的装配，因为不必将各楔形体24单独地定位在壳体12中。
压紧装置18还包括一个弹簧元件32，该弹簧元件关于压紧轴线A沿径向向内加载各楔形体24。在根据图1至4的实施例中，弹簧元件32是一个由金属、尤其弹簧钢构成的卡紧环，该卡紧环具有两个螺旋圈并且包围各楔形体24。
不言而喻，卡紧环也可以构造为C形弹簧。但为了持久地提供足够大的并且基本上恒定的径向力，优选使用具有两个或更多个螺旋圈的卡紧环。备选于卡紧环也可以使用管状弹簧。
下面借助图1至4说明所示出的压紧装置18的作用方式和优点：
在根据图1的压紧装置18的装配状态下，压力件20和各楔形体24或者说楔形体单元30设置在壳体12的一个开口33中，其中，至少压力件20关于压紧轴线A沿径向方向配合精确地、但可沿轴向移动地容纳在壳体开口33中。
在插入楔形体单元30时弹簧元件32已经被装配并且沿径向向内加载楔形体24。但为了在装配压紧装置18时首先还要阻止各个楔形体24的径向移动，设置有一个装配销34，该装配销沿轴向延伸穿过楔形体单元30，从而各楔形体24沿径向支撑在装配销34上。
此外，装配销34延伸到压力件20的另外截锥形构造的端面的空隙部36中并且由此确保压力件20和楔形体单元30在装配状态下关于压紧轴线A同中心地设置。
最后，将支承元件22引导到壳体开口33中并且沿轴向固定在壳体12上。可选地，支承元件22在此可以这样固定，使得它已经施加一定的轴向预紧力，以便经由楔形体单元30和压力件20对齿条14向小齿轮16加载力。
在所示出的实施例中，支承元件22是一个支承盖，其中，支承盖的外螺纹啮合到壳体开口33的内螺纹中，以便支承元件22沿轴向固定在壳体12上。在这种情况下，希望的轴向定位可毫无问题地调节。
支承元件22根据图1具有一个装配开口38，装配销34沿轴向向壳体12的外部延伸穿过该装配开口。最后，将装配销34经由装配开口38沿轴向从压紧装置18拉出，以便激活压紧装置18，即，将该压紧装置从装配状态转换到其根据图2的使用状态中。
在移除装配销34之后，楔形体24基于弹簧元件32的弹簧力沿径向向内运动，从而形成周向间隙40，该周向间隙的径向尺寸在图2中用d标明。由于设置有至少三个均匀分布在周边上的楔形体24，所以自动地发生楔形体单元30和压力件20之间的径向对中。同时，通过截锥的周面和楔形体24的贴靠在该周面上的斜面产生可预先确定的轴向压紧力F压紧。这个压紧力F压紧例如能够通过周面和斜面相对于压紧轴线A的角度、弹簧元件32的径向弹簧力以及楔形体24和压力件20之间的或者楔形体24和支承元件22之间的摩擦系数调节。
为了阻止污染物进入压紧装置18中，在移除装配销34之后将一个装配塞42(例如橡胶塞)夹紧到装配开口38中，以便基本上密封地封闭装配开口38。
图3示出处于使用状态下的压紧装置18在使用期限开始时的横剖视图A-A。周向间隙40在此保证，在转向操作时压紧装置18不阻碍齿条14沿着其齿条轴线Z运动。如果在转向操作期间(例如由于齿条式转向机构10的部件中的制造公差)齿条14在压紧轴线A的方向上对压紧装置18施加力FZS，该力超过压紧装置18的压紧力F压紧，则压力件20沿轴向朝向支承元件22运动，其方式是，楔形体24克服弹簧元件32的弹簧力沿径向向外移动。周向间隙40的径向尺寸d在此表示楔形体24的最大移动位移。换言之，壳体12构成沿径向向外限制楔形体24移动的止挡。特别优选地，弹簧元件32容纳在楔形体24或者说楔形体单元30的环绕的槽44中，从而楔形体24或者说楔形体单元30比弹簧元件32沿径向向外延伸得更远。由此，弹簧元件32沿轴向固定，并且在沿径向运动抵靠到壳体12上时产生较小的止挡噪音。
只要由齿条14在压紧轴线A的方向上作用的力FZS一下降到压紧力F压紧之下，楔形体24就通过弹簧元件32又运动到所述楔形体的根据图3的位置中。
图4示出处于使用状态下的压紧装置18接近使用期限结束时的横剖视图A-A。压力件20的轴向尺寸在这个时间点已经由于在使用期限期间出现的磨损而减小。为了保持获得希望的压紧力F压紧并且在压紧装置18中不产生轴向间隙，随着磨损增大，弹簧元件32对各楔形体24越来越彼此相向地、即沿径向向内地加载。
沿径向从内向外观察，楔形体24沿轴向方向楔形地扩宽(见图1和2)。然而此外，沿径向从内向外观察，楔形体24也沿周向26扩宽并且构成根据图3和4的扇形的楔形体24，以便降低单位面积压力并且进而还有材料应力。
在图5至8中示出压紧装置18的备选实施方式。但是，由于这些实施方案在它们的基本构造和一般作用方式方面基本上相应于根据图1至4的压紧装置18，所以与此有关地参阅上述说明并且下面仅仅探讨实施方式的区别。在这里，仅借助一种特定的实施方式解释的各个特征也可以与其他实施方式以富有意义的方式组合。
图5示出具有一个压紧装置18的齿条式转向机构10的局部，该压紧装置与根据图2的实施方式的区别仅仅在于，不是压力件20在朝向支承元件22的一侧上构造为截锥，而是支承元件22在朝向压力件20的一侧上构造为截锥。楔形体单元30相应地相反地构造。
当然也可设想的是，将根据图2和5的实施方式组合。在这种情况下，不仅压力件20在朝向支承元件22的一侧上构造为截锥，而且支承元件22在朝向压力件20的一侧上构造为截锥。楔形体24便在轴向的两侧上分别具有互补的、倾斜的楔形面。
图6示出具有一个备选的压紧装置18的齿条式转向机构10的局部。与上述实施方式不同地，压紧装置18的弹簧元件32在这里构造为O形环，其中，O形环例如由塑料制成。
此外，沿轴向在支承元件22和压力件20之间、具体而言在支承元件22和楔形体24之间设置有沿轴向方向弹性的元件46。该弹性的元件46根据图6是橡胶板，该橡胶板增大在楔形体24和支承元件22之间的摩擦。在过载情况下，即当力FZS在压紧轴线X的方向上升高超过希望的压紧力F压紧时，压力件20朝向支承元件22的运动首先通过弹性元件46的轴向压缩实现。楔形体24相对于支承元件22沿径向向外的移动仅还在很小的程度上可以通过使弹性元件46相应地变形来实现。
在图7中可观察到具有另一个备选的压紧装置18的齿条式转向机构10的局部。根据图7的压紧装置18与根据图6的实施方式的区别仅仅在于，弹性元件46构造为碟形弹簧。通过该碟形弹簧，压力件20和支承元件22之间的摩擦相对于根据图2的实施方式没有或者仅仅在小范围内增大。因此，在过载时，压力件20朝向支承元件22的轴向运动不仅基于碟形弹簧的轴向变形发生，而且基于楔形体24相对于支承元件22的径向移动发生。
图8示出具有再一个备选的压紧装置18的齿条式转向机构10的局部。与根据图6和7的实施方式类似地，弹簧元件32制成为由塑料、尤其橡胶构成的O形环，但在这种情况下O形环沿轴向伸出超过楔形体24、沿轴向是弹性的并且沿轴向支撑在支承元件22上。
由此，构造为O形环的弹簧元件32与其他实施方式类似地沿径向向内加载各楔形体24，以便提供基本上恒定的压紧力F压紧和磨损补偿。但由于根据图8的弹簧元件32沿轴向是弹性的并且沿轴向伸出超过楔形体24，所以该弹性元件同时承担压紧装置18的弹性元件46的功能(参见6和7)。因此，可以省去这样的弹性元件46。
图9和10与图3和4类似地示出压紧装置18的横剖视图A-A，但在图9和10中的弹簧元件32构造为由塑料构成的O形环并且不构造为由金属构成的卡紧环。

Claims (11)

1.用于将齿条(14)压紧到小齿轮(16)上的装置，该装置具有一个壳体(12)、一个在该壳体(12)中沿着压紧轴线(A)可移动地引导的压力件(20)、一个沿轴向可固定在所述壳体(12)上的支承元件(22)以及多个沿径向被加载的楔形体(24)，所述楔形体分别支撑在压力件(20)上以及在支承元件(22)上并且沿轴向远离所述支承元件(22)地加载所述压力件(20)，其特征在于，所述压力件(20)在朝向支承元件(22)的一侧上构造为截锥和/或所述支承元件(22)在朝向压力件(20)的一侧上构造为截锥，并且设置有至少三个沿周向(26)均匀分布的楔形体(24)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述楔形体(24)由塑料制成。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述楔形体(24)能相对彼此运动并且优选通过柔性的联接元件(28)相互连接。
4.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，两个沿周向(26)相邻的楔形体(24)分别通过一个柔性的联接元件(28)连接。
5.根据权利要求3或4所述的装置，其特征在于，所述楔形体(24)和所述联接元件(28)一件式地构造。
6.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，沿轴向在所述支承元件(22)和所述压力件(20)之间设置有沿轴向方向弹性的元件(46)、尤其碟形弹簧或橡胶板。
7.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，设置有弹簧元件(32)，该弹簧元件关于压紧轴线(A)沿径向加载各所述楔形体(24)。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述弹簧元件(32)围绕并且沿径向向内加载各所述楔形体(24)。
9.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述弹簧元件(32)沿轴向伸出超过所述楔形体(24)、沿轴向是弹性的并且沿轴向支撑在支承元件(22)上。
10.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，沿径向从内向外观察，所述楔形体(24)沿轴向方向楔形地扩宽。
11.用于机动车的齿条式转向机构，具有壳体(12)、可移动地支承在壳体(12)中的齿条(14)、啮合到齿条(14)中的小齿轮(16)和根据上述权利要求中任一项所述的装置(18)，该装置将齿条(14)向小齿轮(16)加载。
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