CN104806634B - 衬套轴承的结构 - Google Patents

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Abstract

一种衬套轴承的结构，包括：衬套，槽形成在该衬套上；以及无端环形弹性部件，该无端环形弹性部件安装在所述衬套的所述槽中，并且支持齿条轴，其中所述衬套的内周面包括第一内周面和第二内周面，所述第一内周面与所述齿条轴的外周面滑动接触，所述齿条轴的所述外周面与齿条齿部的形成位置的相反地定位，在间隙插置在所述外周面和所述第二内周面之间的情况下，所述第二内周面面向所述齿条轴的所述外周面，并且形成在所述第一内周面形成范围内的所述槽具有比形成在所述第二内周面形成范围内的所述槽更浅的深度。

Description

衬套轴承的结构
技术领域
本发明涉及一种衬套轴承(bush bearing)的结构。
背景技术
在齿条和小齿轮转向装置中，与小齿轮的齿啮合的具有齿条齿部的齿条轴通过齿轮壳体经由衬套轴承可移动地支持。多种合成树脂制成的衬套轴承被提出作为所述衬套轴承。通常，合成树脂制的衬套轴承具有相对于齿条轴的紧固余量，并且可移动地支持齿条轴。
当衬套轴承具有相对于被支持的齿条轴大的紧固余量时，衬套轴承能够支持齿条轴，以在径向上维持预定的刚性。然而，当齿条轴过度紧固时，齿条轴具有高的滑动摩擦阻力，并且因此不能滑动。反之，当衬套轴承具有相对于被支持的齿条轴小的紧固余量时，齿条轴具有低的滑动摩擦阻力，并且具有符合要求的移动特性。然而，齿条轴可能具有大的中心偏移，或可能在衬套轴承和齿条轴之间产生间隙等。另外，在径向上的刚性支持弱化，并且当齿条轴移动时，导致在小齿轮的齿部和齿条齿部之间产生咔嗒噪声(齿轮咔嗒噪声)。
由于与蠕变和合成树脂的热史相关的应力消除导致在合成树脂制衬套轴承和齿轮轴之间产生间隙。相应地，在径向上的刚性支持弱化，产生咔嗒噪声(齿轮咔嗒噪声)。尤其是，当由于合成树脂的应力消除导致产生径向收缩时，合成树脂制的衬套轴承具有相对于齿条轴的增大的紧固余量，并且滑动摩擦阻力变高。当衬套支持齿条轴的整个圆周时，齿条齿部和衬套互相干涉，并且切割衬套。
专利文献1(JP-A-2007-9962)公开了一种衬套，该衬套具有：凹形或扁平形的内侧内周面；布置在比内侧内周面更远的径向上的外侧的外侧内周面；以及狭缝，该狭缝布置成对应于所述内侧内周面，并且衬套轴承由安装在衬套的周槽内的无端环形弹性部件构成。由于由无端环形弹性部件构成的衬套轴承安装在衬套的周槽内，衬套轴承能够支持齿条轴以在径向和衬套轴承远离小齿轮的齿的方向上维持预定的刚性，并且内侧内周面能够防止外力干扰致使衬套轴承朝着齿条轴的齿条齿部的相反方向位移。衬套轴承在齿条轴的轴向上的运动中具有低的摩擦阻力，并且能够可移动地支持齿条轴。另外，在外侧内周面和齿条轴的外周面之间形成间隙，齿条齿部形成齿条轴的外周面上。能够减轻与蠕变和合成树脂的热历史相关的应力消除的影响。
发明内容
如专利文献1所公开的，当合成树脂制衬套轴承具有设置在齿条轴的齿条齿部和衬套的内周面之间的间隙时，能够避免整个齿条轴被强力紧固的状态，并且能够利用低摩擦阻力被可滑动地支持。解决了衬套被齿条齿部切割的问题。可是，由于间隙的范围大于或等于180°，所以不能限制由于作用在齿条轴的齿条齿部上的外力导致的齿条轴从其位置上的偏移。相应地，齿条轴朝着间隙弯曲，从其位置上偏移，并且与齿轮壳体进行接触。
由于专利文献1公开的技术具有壳体和无端环形弹性部件之间设置有间隙的结构，因此齿轮壳体在一定程度上具有大内径，并且齿轮壳体的尺寸和重量增加。
做出本发明以解决上述问题，并且本发明的目的在于提供一种衬套轴承结构，在该衬套轴承结构中，防止齿条轴从其位置朝着齿条齿部形成的方向偏移，并且减小齿轮壳体的尺寸。
根据解决上述问题的本发明的一个方面，提供一种衬套轴承的结构，包括：衬套，槽部沿着周向形成在该衬套的外周面中；以及无端环形弹性部件，该无端环形弹性部件安装在所述衬套的所述槽部中，并且该无端环形弹性部件以齿条轴相对于齿轮壳体可滑动的方式支持所述齿条轴，其中，所述衬套的内周面包括第一内周面和第二内周面，所述第一内周面形成在绕所述衬套的轴心的大于180°的角度范围上，并且与所述齿条轴的外周面滑动接触，所述齿条轴的所述外周面与形成在所述齿条轴上的齿条齿部的形成位置相反地定位，所述第二内周面具有比所述第一内周面的直径大的直径，并且在间隙插置在所述齿条轴的所述外周面和所述第二内周面之间的情况下，所述第二内周面面向所述齿条轴的所述外周面，形成在所述第一内周面的形成范围内的所述槽部具有比形成在所述第二内周面的形成范围内的所述槽部更浅的深度，并且在所述无端环形弹性部件的与所述齿条齿部的所述形成位置相反地定位的那部分具有一径向变形余量的状态下，所述无端环形弹性部件与所述齿轮壳体的内周面紧密接触，所述径向变形余量比所述无端环形弹性部件的定位于所述齿条齿部的所述形成位置处的那部分的径向变形余量大。
根据所述衬套轴承的结构，与所述齿条轴的所述外周面紧密接触的所述第一内周面形成在绕所述衬套的轴心大于180°的角度范围上，并且因此外力等不能使所述齿条轴从所述齿条轴的位置朝着所述第二内周面偏移，该第二内周面通过间隙与所述齿条轴分离。
在所述无端环形弹性部件与所述齿条齿部的形成位置相反地定位的那部分具有一径向变形余量的状态下，所述无端环形弹性部件与所述齿轮壳体的所述内周面紧密接触，所述径向变形余量比所述无端环形弹性部件的定位于所述齿条齿的形成位置的那部分的径向变形余量大。相应地，所述衬套的在所述第一内周面的形成范围内的部分被强力推挤向所述齿轮壳体的所述内表面，而不是所述衬套的在所述第二内周面的形成范围内的部分被推挤向所述齿轮壳体的所述内表面。结果，不仅能够增加所述衬套的用于在所述第一内周面的形成范围内支持所述齿轮壳体的强度，还增加所述衬套的用于支持与所述第一内表面滑动接触的所述齿条轴的强度。
由于所述槽部的形成，在所述第二内周面的形成范围内所述衬套的强度可能减小，所述第二内周面的壁厚小于所述第一内周面的壁厚达所述间隙的尺寸。然而，形成在所述第二内周面的形成范围的内所述槽部具有大的槽部深度，并且因此能防止所述第二内周面的形成范围内的所述衬套的过度变形。
由于所述间隙存在于所述齿条齿部和所述第二内周面之间，所以所述齿条齿部和所述衬套不互相干涉。
由于采用了无端环形弹性部件与齿轮壳体的内周面紧密接触的结构，所以不存在如专利文献1中所描述的无端环形弹性部件和齿轮壳体之间的间隙。相应地，在一定程度上，能减小齿轮壳体的尺寸，并且防止齿轮壳体的重量增加。
根据本发明的该方面，所述衬套轴承的结构具有以下构造：其中，狭缝沿所述衬套的轴心的方向形成，以在所述衬套的所述轴心的方向上在所述衬套的端部处开口，并且所述狭缝仅布置在绕衬套的轴心的360°范围中的第一内周面的形成范围内。
根据上述衬套轴承的结构，形成狭缝，并且因此使滑动面积在一定程度上减少。相应地，能够减少齿条轴的外周面和第一内周面之间产生的滑动阻力和滑动噪声。由于狭缝仅形成在第一内周面的形成范围内，所以狭缝使第二内周面的刚性的减少最小化，该第二内周面的壁厚小于第一内周面的壁厚达间隙的尺寸。相应地，能够防止当衬套接受无端环形弹性部件的弹性变形力而产生的在第二内周面的形成范围内的衬套的过度变形。
根据本发明的该方面，能够防止齿条轴从其位置朝着齿条齿部形成的方向上偏移。齿轮壳体的尺寸减小，并且防止齿轮壳体的重量增加。
附图说明
图1是本发明的衬套轴承的外观的透视图。
图2A和图2B是描述本发明的衬套的视图，图2A是衬套的前视图，图2B是衬套的侧视图。
图3是本发明的衬套轴承的截面图(无端环形弹性部件以虚线示出)。
图4是示出衬套轴承组装到齿轮壳体的状态的截面图。
图5是沿图4中的V-V线截取的截面图。
具体实施方式
例如，根据本发明的衬套轴承结构应用于用于四轮车辆的齿条和小齿轮转向装置。齿条和小齿轮装置包括：小齿轮(未示出)，该小齿轮连接到由驾驶员操作的方向盘；以及齿条轴1(参见图4)，齿条齿部1A形成在齿条轴1上，从而与小齿轮的齿部啮合。齿条轴1的每个端部通过连接杆连接到车轮(未示出)。衬套轴承2用作以齿条轴1相对于齿轮壳体3可滑动的方式支持齿条轴1。
在图1、图2A和图2B中，衬套轴承2被构造成包括：衬套4；以及两个无端环形弹性部件5。例如，衬套4由合成树脂材料制成。例如，无端环形弹性部件5是由橡胶材料制成的O形环等。衬套4是具有相对的开口端的筒状部件，并且衬套4被构造成包括：主干部4A，该主干部4A在轴向上形成在衬套4的中部；大直径部4B，该大直径部4B形成在主干部4A的一端并且具有比主干部4A的外径大的外径；以及小直径部4C，该小直径部4C形成在主干部4A的另一端，并且具有比主干部4A的外径小的外径。主干部4A、大直径部4B和小直径部4C中的每个都具有圆形的外周面，该圆形的外周面以衬套4的轴心(衬套的轴心O)作为中心。当衬套轴承2组装到齿轮壳体3时，衬套的轴心O与齿条轴1的轴心和齿轮壳体3的内周面13A和13B(参见图4)的轴心相同。
衬套4的内周面包括：第一内周面6，该第一内周面6形成在绕衬套的轴心O大于180°的角度范围(角度θ1)上，并且与齿条轴1的外周面1B滑动接触，齿条轴1的外周面1B形成在与齿条齿部1A的形成位置相反的位置处；以及第二内周面7，该第二内周面7具有比第一内周面6大的直径，以避免与齿条齿部1A相干涉，并且在第二内周面7和外周面1B之间插置有间隙c(参见图5)的情况下，该第二内周面7面向齿条轴1的外周面1B。第一内周面6和第二内周面7中的每一个都在衬套4的全长上具有弧状，并且以衬套的轴心O作为轴心。锥形面8形成在第一内周面6的一端上，并且锥形面9形成在第一内周面6和第二内周面7中的每一个的另一端上。
狭缝10沿衬套的轴心O的方向形成，从而在衬套的轴心O的方向上在衬套4的端部处开口，并且在径向上穿通衬套4。在该实施例中，如图3所示，多个狭缝10(10A到10G)形成在周向上，从而互相分离。狭缝10A到10D以及狭缝10G形成为在衬套4的另一端(在衬套4的形成小直径部4C的一部分)开口，并且狭缝10E和10F形成为在衬套4的一端(在衬套4的形成大直径部4B的一部分)开口。
在图3中，狭缝10A到10G中的任一个仅布置在如下范围：在该范围内，第一内周面6形成在绕衬套的轴心O的360°的范围内，并且没有狭缝形成布置在第二内周面7形成的范围(角度θ2)内(严格来讲，狭缝10的一部分(狭缝10A到10C)布置在第一内周面6和第二内周面7之间的边界部分，但在本发明中，认为狭缝10A到10C布置在第一内周面6形成的范围内)。狭缝10A到10D布置成靠近第二内周面7，并且狭缝10A和10B以及狭缝10C和10D布置成当从衬套的轴心O的方向观察时双边对称。狭缝10E和10F布置为与第二内周面7分离，并且布置成当从衬套的轴心O的方向观察时左右对称。狭缝10G布置成与第二内周面7分离得最远。狭缝10A到10D以及狭缝10G具有从衬套4的外周面到第一内周面6恒定的狭缝宽度，并且狭缝10E和10F的每一个具有从衬套4的外周面到第一内周面6逐渐变窄的狭缝宽度。
如图1和图3所示，浅槽11恰当地设置在第一内周面6中，以具有沿衬套的轴心O的方向的凹状。由于浅槽11导致滑动面积减小，并且因此能够减小齿条轴1的外周面1B和第一内周面6之间产生的滑动阻力和滑动噪声，而不减弱用于保持齿条轴1的衬套4的强度。
如图1、图2A和图2B所示，定位凸部12设置在衬套4的大直径部4B上，以在径向上向外突出。如图4所示，齿轮壳体3的内周面包括：内周面13A，该内周面13A用于容纳衬套4的主干部4A和小直径部4C；以及内周面13B，该内周面13B用于容纳大直径部4B。定位凹部14设置在内周面13B上以具有凹状，并且定位凸部12坐在定位凹部上。在第一内周面6形成的范围(角度θ1)内，凹槽16在主干部4A靠近大直径部4B的外周面15中沿周向形成。由于凹槽16，靠近大直径部4B的主干部14A具有薄的壁厚。
槽17形成在衬套4的主干部4A的外周面15的周向上，并且无端环形弹性部件5安装在槽17内。在本实施例中，形成两个槽17。形成在第一内周面6的形成范围内的槽17具有比形成在第二内周面7的形成范围内的槽17浅的深度。例如，如图3所示，槽17的槽底部17A以轴心O1作为中心，轴心O1靠近第一内周面6地从衬套的轴心O偏移有距离s。相应地，形成在第一内周面6的形成范围内的槽17具有比形成在第二内周面7的形成范围内的槽17的槽深度L2浅的槽深度L1。结果，当无端环形弹性部件5安装在槽17中时，尺寸M2比尺寸M1小，尺寸M2是无端环形弹性部件5从定位于第二内周面7的形成范围内的主干部4A的外周面15突出的尺寸，尺寸M1是无端环形弹性部件5从定位于第一内周面6的形成范围内的主干部4A的外周面15突出的尺寸。
操作
在将衬套轴承2组装到齿轮壳体3中之前，如上所述，无端环形弹性部件5从定位于第二内周面7的形成范围内的主干部4A的外周面15突出的尺寸M2、比无端环形弹性部件5从定位于第一内周面6的形成范围内的主干部4A的外周面15突出的尺寸M1小。即，无端环形弹性部件5不经受弹性变形，并且以环状定位成将轴心O1作为中心。
当将衬套轴承2插入到齿轮壳体3中时，无端环形弹性部件5和齿轮壳体3的内周面13A之间产生阻力。然而，由于狭缝10沿衬套的轴心O的方向形成，使得在衬套的轴心O的方向上在衬套4的端部处开口，所以通过狭缝10在周向上分开的主干部4A在径向上弯曲，并且使衬套轴承2平滑地插入到齿轮壳体3中。在本实施例中，衬套轴承2的主干部4A靠近大尺寸部4B的一端由于图1和4所示的凹槽16而具有薄的壁厚，并且因此大致在薄壁部开始弯曲，并且在衬套轴承2的主干部4A的作为插入顶端的另一端可能在径向上弯曲。相应地，衬套轴承2更平滑地插入到齿轮壳体3中。
如图4所示，当衬套4的定位凸部12坐在齿轮壳体3的定位凹部14上时，衬套轴承2绕衬套的轴心O定位。随后，当盖部件18装接到齿轮壳体3以与衬套4的大直径部4B接触时，衬套轴承2定位在衬套的轴心O的方向上。盖部件18装接到齿轮壳体3的结构不特别限定，并且可采用压嵌方法、拧入方法、焊接等用于装接。
随后，当齿条轴1插通衬套轴承2以使齿条齿部1A面对衬套4的第二内周面7时，衬套轴承2和齿条轴1的组装完成。在组装完成后，开始实施下面的操作。
由于与齿条轴1的外周面1B接触的第一内周面6形成在绕衬套的轴心O大于180°的角度范围(角度θ1)，所以外力等不能从齿条轴1的位置朝着第二内周面7使齿条轴1偏移，第二内周面7以间隔c与齿条轴1分离开。角度θ1优选地设定为在第一内周面6不与齿条齿部1A相干涉的范围内的最大值，例如，第一内周面6可以形成为到达齿条齿部1A的齿根的附近。
在衬套轴承2组装到齿轮壳体3中之前，无端环形弹性部件5以轴心O1作为中心。在组装完成后，无端环形弹性部件5与齿轮壳体3的内周面13A紧密接触，并因此无端环形弹性部件5的外径弹性变形，并且中心定位于衬套的轴心O。即，在无端环形弹性部件5的与齿条齿部1A的形成位置相反地定位的部分具有径向压缩弹性变形余量的状态下，无端环形弹性部件5与齿轮壳体3的内周面13A紧密接触，所述径向压缩弹性变形余量比无端环形弹性部件5的定位于齿条齿部1A的形成位置处的部分的径向压缩弹性变形余量大。相应地，衬套4的在第一内周面6的形成范围内的部分被强力推挤向齿轮壳体3，而不是衬套4的在第二内周面7的形成范围内的部分被推挤向齿轮壳体3。结果不仅能增加用于在第一内周面6的形成范围内支持齿轮壳体3的衬套4的强度，还能增加用于支持齿条轴1与第一内表面6滑动接触的衬套4的强度。
由于无端环形弹性部件5安装在其中的槽17的形成，衬套4的强度可能在第二内周面7的形成范围内减小，该第二内周面7的壁厚小于第一内周面6的壁厚达间隙c的尺寸。然而，在本发明中，槽17具有大的槽深度，并且因此能防止衬套4在第二内周面7的形成范围内的过度变形。
由于间隙c存在于齿条齿部1A和第二内周面7之间，因此齿条齿部1A和衬套4不互相干涉。
由于狭缝10仅形成在第一内周面6的形成范围内，所以狭缝10使第二内周面7的刚性的减少最小化，该第二内周面7的壁厚小于第一内周面6的壁厚达间隙c的尺寸。相应地，能够防止当衬套4接受无端环形弹性部件5的弹性变形力而产生的在第二内周面7的形成范围内的衬套4的过度变形。
根据如上所述的本发明，与齿条轴1滑动接触的第一内周面6形成在绕衬套的轴心O大于180°的角度范围，并且因此外力等不能使齿条轴1从齿条轴1的位置朝着第二内周面7偏移。由于采用了无端环形弹性部件5与齿轮壳体3的内周面13A紧密接触的结构，不存在如专利文献1中所描述的在无端环形弹性部件和齿轮壳体之间的间隙。相应地，在一定程度上，可以小齿轮壳体3的尺寸，以及防止齿轮壳体3的重量增加。此外，形成狭缝10，并且因此使滑动面积在一定程度上减少。相应地，可以减小齿条轴1的外周面1B和第一内周面6之间产生的滑动阻力和滑动噪声。
以上描述了本发明的示例性实施例。本发明不限于附图所描述的设计，并且能够在不背离本发明范围的情况下对该设计进行各种改变。

Claims (2)

1.一种衬套轴承的结构，包括：
衬套，在所述衬套的外周面沿着周向形成有槽部；以及
无端环形弹性部件，所述无端环形弹性部件安装在所述衬套的所述槽部中，并且该无端环形弹性部件以齿条轴相对于齿轮壳体能滑动的方式支持所述齿条轴，
其中，所述衬套的内周面包括第一内周面和第二内周面，
所述第一内周面形成在绕所述衬套的轴心的大于180°的角度范围，并且与所述齿条轴的外周面滑动接触，所述齿条轴的所述外周面与形成在所述齿条轴上的齿条齿部的形成位置相反地定位，
所述第二内周面具有比所述第一内周面的直径大的直径，并且在间隙插置在所述齿条轴的所述外周面和所述第二内周面之间的情况下，所述第二内周面面向所述齿条轴的所述外周面，
形成在所述第一内周面的形成范围内的所述槽部具有比形成在所述第二内周面的形成范围内的所述槽部更浅的深度，并且
在所述无端环形弹性部件的与所述齿条齿部的所述形成位置相反地定位的部分具有径向变形余量的状态下，所述无端环形弹性部件与所述齿轮壳体的内周面紧密接触，所述径向变形余量比所述无端环形弹性部件的定位于所述齿条齿部的所述形成位置处的部分的径向变形余量大。
2.根据权利要求1所述的衬套轴承的结构，
其中，狭缝沿所述衬套的轴心的方向形成，从而在所述衬套的所述轴心的方向上在所述衬套的端部处开口，并且
所述狭缝仅布置在绕所述衬套的所述轴心的360°范围内的所述第一内周面的所述形成范围内。
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