CN107107949A - 用于车辆转向器的齿条滚珠螺母组件及其相关部件 - Google Patents

Abstract

一种用于车辆转向器的齿条滚珠螺母组件，其有滚珠螺母、滚珠返回管和管保持夹。滚珠螺母有第一凹口和第二凹口，滚珠返回管有第一管部分和第二管部分。在第一管部分和第二管部分之间有卡扣配合件。管保持夹有第一保持凸片和第二保持凸片。第一凸片接合在第一凹口中，第二凸片接合在第二凹口中。滚珠返回管固定在滚珠螺母和管保持夹之间。

Description

用于车辆转向器的齿条滚珠螺母组件及其相关部件

相关申请的交叉引用

本申请要求美国临时专利申请No.62/086,998的优先权，该美国临时专利申请No.62/086,998的申请日为2014年12月3日，该文献整个被本文参引。

技术领域

本发明总体上涉及车辆转向器，特别是涉及在这种车辆转向器中使用的改进的齿条滚珠螺母组件及其相关部件。

背景技术

用于转动车辆的转向轮的一种已知的动力转向器包括用于在可轴向运动的齿条部件和动力源之间传递力的齿条滚珠螺母组件。例如，动力源可以是电动机或液压系统。在动力源驱动时，滚珠螺母被驱动而相对于齿条部件旋转，且滚珠螺母的旋转力通过沿轴向驱动齿条部件的滚珠而传递给齿条部件。齿条部件通过滚珠而进行的轴向运动将引起转向轮的转动。转向轮的转动由驾驶员旋转方向盘来控制。旋转方向盘将驱动动力源。

齿条滚珠螺母组件通常包括用于使滚珠从滚珠螺母的第一端返回至第二端的装置。通常，该装置是滚珠返回管，该滚珠返回管通过拧在滚珠螺母上的夹来固定，这增加了装配齿条滚珠螺母组件的复杂性。滚珠返回管可以由焊接在一起的管部分来制造。不过，将管部分焊接在一起可能导致缺陷或其它不希望的效果。例如，激光焊接可能使得管的几何形状扭曲，超声波焊接可能在焊接过程中产生闪光(flash)。因此希望有不需要螺钉或焊接的齿条滚珠螺母组件。

发明内容

本发明涉及一种用于车辆转向器中的齿条滚珠螺母组件以及包括这种齿条滚珠螺母组件的车辆转向器。

根据一个实施例，一种用于车辆转向器的齿条滚珠螺母组件可以单独和/或组合地包括一个或多个以下特征：滚珠螺母、滚珠返回管以及管保持夹。滚珠螺母有第一凹口和第二凹口，管有第一管部分和第二管部分。在第一管部分和第二管部分之间有卡扣配合。夹具有第一保持凸片和第二保持凸片。第一凸片接合在第一凹口中，第二凸片接合在第二凹口中。管固定在滚珠螺母和夹具之间。

根据另一实施例，用于车辆转向器的齿条滚珠螺母组件可以单独和/或组合地包括一个或多个以下特征：滚珠螺母和滚珠返回管。滚珠螺母有第一开口和第二开口，管有第一管部分和第二管部分。管连接第一开口和第二开口。在第一管部分和第二管部分之间有卡扣配合。多个滚珠通过管而在第一开口和第二开口之间循环。

根据另一实施例，用于车辆转向器的齿条滚珠螺母组件可以单独地和/或组合地包括一个或多个以下特征：滚珠螺母和管保持夹具。滚珠螺母有第一凹口和第二凹口，夹具具有相对的第一和第二支腿。第一支腿具有第一保持凸片，第二支腿具有第二保持凸片。第一凸片接合在第一凹口中，第二凸片接合在第二凹口中。

齿条滚珠螺母组件实施例的潜在优点是在没有焊接的情况下制造组件。另一潜在的优点是夹具在没有螺纹的情况下固定在滚珠螺母上。通过结合附图阅读下面对优选实施例的详细说明，本领域技术人员将清楚本发明的其它优点。

附图说明

图1是使用根据本发明的齿条滚珠螺母组件第一实施例的车辆转向器的示意图。

图2是图1的齿条滚珠螺母组件的侧视图。

图3是图1的齿条滚珠螺母组件的俯视图。

图4是沿图3中的线4-4的剖视图。

图5是用于图1的齿条滚珠螺母组件中的滚珠返回管的透视图。

图6是用于图1的齿条滚珠螺母组件中的滚珠返回管的分解图。

图7是图6的放大部分。

图8是用于图1的齿条滚珠螺母组件中的滚珠返回管的俯视图。

图9是沿图8中的9-9线的剖视图。

图10是用于图1的齿条滚珠螺母组件中的管保持夹具的透视图。

图11是沿图2中的11-11线的剖视图。

图12是图11的放大部分。

图13是用于根据本发明的齿条滚珠螺母组件第二实施例中的滚珠返回管的透视图。

图14是用于根据本发明的齿条滚珠螺母组件第三实施例中的滚珠返回管的透视图。

图15是用于图4的齿条滚珠螺母组件中的滚珠返回管的分解图。

图16是用于根据本发明的齿条滚珠螺母组件第四实施例中的管保持夹具的透视图。

图17是用于根据本发明的齿条滚珠螺母组件第五实施例中的管保持夹具的透视图。

具体实施方式

下面参考图1，图中有根据本发明制造的齿条滚珠螺母组件(总体以100表示)的第一实施例，该齿条滚珠螺母组件与车辆转向器(总体以102表示)一起使用。车辆转向器102的总体结构和操作是本领域常规的。因此将只详细解释和说明车辆转向器102的、对于充分理解本发明所必需的这些部分。

如图所示，车辆转向器102是电动力转向(EPS)组件，它包括车辆电动皮带驱动的齿条驱动转向组件，并与车辆的前从动轮(未示出)相连。还有，尽管将结合这里公开的特定车辆转向器102来介绍和说明齿条滚珠螺母组件100，但是应当知道，齿条滚珠螺母组件100可以与其它车辆动力转向组件结合使用，包括本领域技术人员已知的其它电动、液压或其它动力的动力转向组件。

所述车辆转向器102包括车辆方向盘104和可旋转输入轴106，该可旋转输入轴106以未示出的方式与方向盘104操作地联接，用于与该方向盘一起绕转向轴线X1旋转。扭矩传感器108环绕输入轴106。扭矩传感器108响应输入轴106的旋转，并检测所施加的转向转矩的方向和幅度。施加的转向转矩的方向和幅度通过数据网络110而发送给电子控制单元112。

扭转杆114用于使得输入轴106与小齿轮116连接。扭转杆114响应于施加在方向盘104上的转向扭矩而扭转。当扭转杆114扭转时，在输入轴106和小齿轮116之间产生相对旋转。

可线性运动的转向部件118可沿齿条轴线X2线性(或轴向)地运动。齿条部分120设有一系列齿条齿(未示出)，该齿条齿与设置于小齿轮116上的齿轮齿(未示出)匹配啮合。转向部件118还包括具有外螺纹(未示出)的螺纹部分122。转向部件118通过位于该转向部件118的远端处的拉杆(未示出)而与车辆的转向轮(未示出)连接。转向部件118沿着齿条轴线X2的线性运动以已知方式导致转向轮的转向运动。

转向器102还包括动力源124，该动力源124表示为电动机，它与齿条滚珠螺母组件100可驱动地连接。或者，如本领域技术人员已知，动力源124可以不同于电动机。例如，动力源124可以是液压系统。动力源124由电子控制单元112驱动。

齿条滚珠螺母组件100在方向盘104旋转时实现转向部件118的轴向运动。在动力源124不能实现转向部件118的轴向运动的情况下，在小齿轮116上的齿轮齿和转向部件118的齿条部分120上的齿条齿之间的机械连接也能够使车辆人工转向。齿条滚珠螺母组件100环绕转向部件118的螺纹部分122。

齿条滚珠螺母组件100包括：滚珠螺母126，该滚珠螺母126可旋转地固定在第一带轮128上；以及多个力传递部件。力传递部件包括滚珠130，该滚珠130布置在滚珠螺母126和转向部件118的螺纹部分122之间。滚珠螺母126通过滚珠130而支承在转向部件118上。滚珠130以已知方式装载至齿条滚珠螺母组件100内。

动力源124旋转地驱动第二带轮132，该第二带轮132与部件134连接，用于与它一起旋转。例如，部件134可以是正时皮带。该正时皮带134与第一带轮128操作地连接。因此，当动力源124驱动时，正时皮带134通过第二带轮132而旋转，以使得第一带轮128旋转。第一带轮128的旋转使得滚珠螺母126旋转，从而通过滚珠130而产生转向部件118的轴向运动。

下面参考图2-4，齿条滚珠螺母组件100包括滚珠返回管(总体以136表示)和管保持夹具138。

管136穿过滚珠螺母126而分别连接第一开口和第二开口140和142。滚珠130在螺纹部分122和滚珠螺母126之间重复地循环，通过第一开口140、通过管136、通过第二开口142，在螺纹部分122和滚珠螺母126之间返回。滚珠130也可以通过管136而从第二开口142循环到第一开口140。管136固定在滚珠螺母126和夹具138之间。

滚珠螺母126有分别在外表面147中的第一凹口和第二凹口144和146(第二凹口146在图14中最佳表示)。如图所示，第一凹口和第二凹口144和146处于滚珠螺母126的相对侧。或者，第一凹口和第二凹口144和146可以并不在滚珠螺母126的相对侧。如后面所述，夹具138有：第一和第二凸片148A和148B，该第一和第二凸片148A和148B分别接合在第一凹口144中；以及第三和第四凸片150A和150B，该第三和第四凸片150A和150B分别接合在第二凹口146中(第三和第四凸片在图13中最佳表示)，以便使得该夹具138附接在滚珠螺母上。分别接合在第一凹口144中的第一和第二凸片148A和148B以及接合在第二凹口146中的第三和第四凸片150A和150B将夹具138固定在滚珠螺母126上。固定在滚珠螺母126上的夹具138将管136固定在滚珠螺母126和管136之间，并将管136分别固定在第一开口和第二开口140和142中。

下面参考图5-9，图中详细表示了管136。管136由第一管部分和第二管部分152和154形成。第一和第二管部分152和154通过第一、第二和第三卡扣配件156、158和160而保持在一起。第二和第三卡扣配件158和160类似于第一卡扣配件156。因此，第一卡扣配件156的说明也适用于第二卡扣配件158和第三卡扣配件160。虽然管136表示为具有三个卡扣配件-即第一、第二和第三卡扣配件156、158和160，但是管136也可以有更少或多于三个的卡扣配件。

第一卡扣配件156具有从第一管部分152伸出的凸形卡扣件162和在第二管部分154中的凹形卡扣件168。或者，凸形卡扣件162可以从第二管部分154伸出，凹形卡扣件168可以在第一管部分152中。凸形卡扣件162有具有第一宽度X1的头部部分164和具有第二宽度X2的杆部分166。第一宽度X1大于第二宽度X2。凹形卡扣件168有具有第三宽度X3的接收部分170和具有第四宽度X4的槽道部分172。第三宽度X3大于第四宽度X4。当第一管部分和第二管部分152和154分别装配成管136时，头部部分164通过槽道部分172而限制或接合在接收部分170中。例如，槽道部分172可以通过在头部部分164和槽道部分172或杆部分166和槽道部分172之间的过盈配合而将头部部分164限制在接收部分170中。

第一管部分152具有第一截面半径R1，第二管部分154具有第二截面半径R2。如图所示，第一和第二半径R1和R2分别恒定和相等。不过，第一和第二半径R1和R2分别可以并不恒定和相等。凸形卡扣件162也有第一半径R1，凹形卡扣件168有第二半径R2。或者，凸形和凹形卡扣件162和168分别可以不同于第一半径或第二半径R1或R2。

第一管部分152有第一和第二凸形槽道或唇缘174A和174B。第一和第二凸形槽道174A和174B分别沿第一管部分152的长度延伸。第二管部分154有第一和第二凹形槽道或唇缘176A和176B。该第一和第二凹形槽道176A和176B沿第二管部分154的长度延伸。当第一管部分和第二管部分152和154进行装配以便形成管136时，第一和第二凸形槽道174A和174B分别设置在第一和第二凹形槽道176A和176B中并抵靠它们，并防止第一管部分152相对于第二管部分154的横向运动(反之亦然)。因此，第一和第二凸形槽道174A和174B以及第一和第二凹形槽道176A和176B使得第一管部分152相对于第二管部分154定位。

管136具有第一开口178和第二开口180。管136有在第一开口178处的第一管引导件(总体以182表示)和在第二开口178处的第二管引导件(总体以184表示)。第一和第二引导件182和184分别由第一管部分和第二管部分152和154的连续部分来形成。这样，第一和第二引导件182和184分别继续第一管部分和第二管部分152和154的曲率。第一引导件182进入第一滚珠螺母开口140，第二引导件184进入第二滚珠螺母开口142。当滚珠130进入和离开管136时，该第一和第二引导件182和184分别引导滚珠130。

下面参考图10-12，图中详细表示了夹具138。夹具138具有在相对的第一和第二支腿190和192之间的细长圆顶186。圆顶186装配至管136上，这样，夹具138将管136固定在滚珠螺母126上。圆顶186有围绕该圆顶186的轴环或唇缘188。

第一支腿190有第一弹簧部分194，第二支腿192具有第二弹簧部分196。第一凹口144有第一止动表面198，该第一止动表面198与第一和第二凸片148A和148B接合；第二凹口146有第二止动表面200，该第二止动表面200由第三和第四凸片150A和150B接合。

当第一和第二凸片148A和148B分别接合在第一凹口144中时，在第一弹簧部分194中产生第一张力。当第三和第四凸片150A和150B分别接合在第二凹口146中时，在第二弹簧部分196中产生张力。第一和第二张力分别使得第一和第二凸片148A和148B保持接合在第一止动表面198上以及使得第三和第四凸片150A保持接合在第二止动表面200上。因此，夹具138固定在滚珠螺母126上，且返回管136固定在夹具138和滚珠螺母126之间。

下面参考图13，该图13中表示了滚珠返回管(总体以336表示)，用于根据本发明制造的齿条滚珠螺母组件300的第二实施例。因为齿条滚珠螺母组件300是图1-12的齿条滚珠螺母组件100的变化形式，因此相同的参考标号(增加200)在附图中表示相应部件，并将省略它们的详细说明。

第一和第二管引导件382和384分别是在管336的装配过程中与第一管部分和第二管部分352和354连接的分离部件。或者，第一和第二管引导件382和384各自可以形成为第一或第二管部分352或354的一部分。第一和第二管引导件382和384分别并不延续管336的曲率。而是，第一和第二管引导件382和384平行。或者，第一和第二引导件382和384可以并不平行。

下面参考图14和图15，图中表示了滚珠返回管(总体以536表示)，用于根据本发明制造的齿条滚珠螺母组件500的第三实施例。因为齿条滚珠螺母组件500是图1-2的齿条滚珠螺母组件100的变化形式，因此相同的附图标记(增加400)在附图中表示相应部件，并将省略它们的详细说明。

第一管部分552有比第二管部分554更小的半径。管536有分别在管536的相对端上的第一和第二端部结构部(分别以602和604表示)。第一端部结构部602有第一和第二形状互补部分606和608，第二端部结构部604有第三和第四形状互补部分610和612。端部结构部的第一和第三部分606和610是第一管部分552的一部分，端部结构部的第二部分608和第四部分612是第二管部分554的一部分。

当管536装配时，端部结构部的第一部分606配合抵靠在端部结构部的第三部分610上，端部结构部的第二部分608配合抵靠在端部结构部的第四部分612上，从而使得第一管部分552相对于第二管部分554定位。第一和第二端部结构部602和604还提供了管536的平滑内径。

如图所示，在端部结构部的第一和第三部分606和610之间的第一界面614以及在端部结构部的第二和第四部分608和612之间的第二界面616各自有阶梯形型面。或者，第一和第二界面614和616中的一个或两个可以并不是阶梯形的。例如，第一和第二界面614和616可以有互补的倾斜或锯齿型面。

下面参考图16，图中表示了用于根据本发明制造的齿条滚珠螺母组件700第四实施例中的管保持夹具738。因为齿条滚珠螺母组件700是图1-12的齿条滚珠螺母组件100的变化形式，因此相同的参考标号(增加600)在附图中表示相应的部件，并将省略它们的详细说明。

管保持夹具738有细长圆顶786，该细长圆顶786有第一和第二圆顶延伸部分818和820，以便增加夹具738的强度。圆顶786停止于第一和第二边缘822和824处，即，圆顶786并不延伸超过夹具738的宽度。

下面参考图17，图中表示了用于根据本发明制造的齿条滚珠螺母组件900第五实施例中的管保持夹具938。因为齿条滚珠螺母组件900是图1-12的齿条滚珠螺母组件100的变化形式，因此相同的参考标号(增加800)在附图中表示相应的部件，并将省略它们的详细说明。

管保持夹具938有细长圆顶986，该细长圆顶986有第一和第二圆顶延伸部分1018和1020，以便增加夹具938的强度。第一夹具支腿990有单个宽的第一凸片948，第二夹具支腿992有单个宽的第二凸片950。第一凸片948由第一支腿部分990包绕，第二凸片950由第二支腿部分992包绕。

根据专利法规的规定，已经在本发明的优选实施例中介绍和说明了本发明的原理和操作模式。不过，应当理解，本发明可以在不脱离它的精神或范围的情况下以与这里具体所示和所述不同的方式来实施。

Claims (20)

1.一种用于车辆转向器的齿条滚珠螺母组件，包括：

滚珠螺母，所述滚珠螺母有第一凹口和第二凹口；

滚珠返回管，所述滚珠返回管有第一管部分和第二管部分；

在第一管部分和第二管部分之间的卡扣配合件；以及

管保持夹具，所述管保持夹具有第一保持凸片和第二保持凸片，其中，第一保持凸片接合在第一凹口中，第二保持凸片接合在第二凹口中，且所述滚珠返回管固定在所述滚珠螺母和管保持夹具之间。

2.根据权利要求1所述的齿条滚珠螺母组件，其中：所述卡扣配合件有在第一管部分上的凸形卡扣件以及在第二管部分上的凹形卡扣件。

3.根据权利要求2所述的齿条滚珠螺母组件，还包括：

所述凸形卡扣件的头部部分；以及

所述凹形卡扣件的接收部分，其中，所述头部部分接合在所述接收部分中。

4.根据权利要求2所述的齿条滚珠螺母组件，还包括：

所述第一管部分的第一截面半径；

所述第二管部分的第二截面半径；

所述凸形卡扣件的第三半径，其中，所述第三半径等于所述第一截面半径；以及

所述凹形卡扣件的第四半径，其中，所述第四半径等于所述第二截面半径。

5.根据权利要求1所述的齿条滚珠螺母组件，还包括：

凸形卡扣件，所述凸形卡扣件从所述第一管部分伸出，所述凸形卡扣件有头部部分和杆部分，所述头部部分具有比所述杆部分更大的宽度；以及

凹形卡扣件，所述凹形卡扣件在所述第二管部分中，所述凹形卡扣件有接收部分和槽道部分，所述接收部分有比所述槽道部分更大的宽度，其中，所述头部部分通过所述槽道部分而限制在所述接收部分中。

6.根据权利要求1所述的齿条滚珠螺母组件，还包括：

在所述第一管部分中的凸形槽道；和

在所述第二管部分中的凹形槽道，其中，所述凸形槽道设置在所述凹形槽道中，使得第一管部分相对于第二管部分而定位。

7.根据权利要求1所述的齿条滚珠螺母组件，还包括：

所述管保持夹具的圆顶部分，所述圆顶部分装配在所述滚珠返回管上。

8.根据权利要求1所述的齿条滚珠螺母组件，还包括：

第一弹簧部分，所述第一弹簧部分在所述管保持夹具的第一支腿部分中；和

第二弹簧部分，所述第二弹簧部分在所述管保持夹具的第二支腿部分中，所述第一弹簧部分和第二弹簧部分产生张力。

9.根据权利要求1所述的齿条滚珠螺母组件，还包括：

所述滚珠螺母的外表面，其中，所述第一凹口和第二凹口在所述外表面中。

10.根据权利要求1所述的齿条滚珠螺母组件，还包括：

在所述滚珠返回管上的第一端部结构部，所述第一端部结构部有互补的第一端部结构部部分和第二端部结构部部分；以及

在所述滚珠返回管上的第二端部结构部，所述第二端部结构部有互补的第三端部结构部部分和第四端部结构部部分，其中，第一端部结构部部分和第三端部结构部部分在所述第一管部分上，第二端部结构部部分和第四端部结构部部分在所述第二管部分上，第一端部结构部部分配合抵靠在第三端部结构部部分上，第二端部结构部部分配合抵靠在第四端部结构部部分上。

11.根据权利要求1所述的齿条滚珠螺母组件，还包括：

在滚珠螺母中的第一开口和第二开口，其中，所述滚珠返回管连接第一开口和第二开口；以及

多个滚珠，所述滚珠穿过所述滚珠返回管而在第一开口和第二开口之间循环。

12.根据权利要求1所述的齿条滚珠螺母组件，还包括：

转向部件；

多个滚珠，所述滚珠将滚珠螺母支承在转向部件上；

第一带轮，所述第一带轮可旋转地固定在滚珠螺母上；

第二带轮，所述第二带轮由电动机驱动；以及

连接第一带轮和第二带轮的皮带。

13.一种用于车辆转向器的齿条滚珠螺母组件，包括：

滚珠螺母，所述滚珠螺母有第一开口和第二开口；

滚珠返回管，所述滚珠返回管有第一管部分和第二管部分，其中，所述滚珠返回管连接第一开口和第二开口；

在第一管部分和第二管部分之间的卡扣配合件；以及

多个滚珠，所述滚珠穿过所述滚珠返回管而在第一开口和第二开口之间循环。

14.根据权利要求13所述的齿条滚珠螺母组件，还包括：

在滚珠螺母中的第一凹口和第二凹口；以及

管保持夹具，所述管保持夹具有第一保持凸片和第二保持凸片，其中，第一保持凸片接合在第一凹口中，第二保持凸片接合在第二凹口中，且所述滚珠返回管固定在所述滚珠螺母和管保持夹具之间。

15.根据权利要求14所述的齿条滚珠螺母组件，还包括：

第一支腿，所述第一支腿有第一保持凸片和第一弹簧部分；以及

第二支腿，所述第二支腿有第二保持凸片和第二弹簧部分，其中，第一弹簧部分和第二弹簧部分产生张力。

16.根据权利要求13所述的齿条滚珠螺母组件，还包括：

凸形卡扣件，所述凸形卡扣件从第一管部分伸出，所述凸形卡扣件有头部部分和杆部分，头部部分具有比杆部分更大的宽度；以及

凹形卡扣件，所述凹形卡扣件在第二管部分中，所述凹形卡扣件有接收部分和槽道部分，接收部分有比槽道部分更大的宽度，其中，头部部分通过槽道部分而限制在接收部分中。

17.一种用于车辆转向器的齿条滚珠螺母组件，包括：

滚珠螺母，所述滚珠螺母有第一凹口和第二凹口；

管保持夹具，所述管保持夹具有相对的第一支腿和第二支腿；

在第一支腿上的第一保持凸片；以及

在第二支腿上的第二保持凸片，其中，第一保持凸片接合在所述第一凹口中，第二保持凸片接合在第二凹口中。

18.根据权利要求17所述的齿条滚珠螺母组件，还包括：

穿过滚珠螺母的第一开口和第二开口；

滚珠返回管，所述滚珠返回管有第一管部分和第二管部分，其中，所述滚珠返回管连接第一开口和第二开口；

多个滚珠穿过所述滚珠返回管而在第一开口和第二开口之间循环；

在第一管部分上的凸形卡扣件；以及

在第二管部分上的凹形卡扣件，其中，凸形卡扣件接合在凹形卡扣件中，且所述滚珠返回管固定在所述滚珠螺母和管保持夹具之间。

19.根据权利要求17所述的齿条滚珠螺母组件，还包括：

在第一支腿中的第一弹簧部分；以及

在第二支腿中的第二弹簧部分，其中，第一弹簧部分和第二弹簧部分产生张力，所述张力将滚珠返回管固定在所述滚珠螺母和管保持夹具之间。

20.根据权利要求17所述的齿条滚珠螺母组件，还包括：

滚珠返回管，所述滚珠返回管有第一管部分和第二管部分；

凸形卡扣件，所述凸形卡扣件从第一管部分伸出，所述凸形卡扣件有头部部分和杆部分，头部部分具有比杆部分更大的宽度；以及

凹形卡扣件，所述凹形卡扣件在第二管部分中，所述凹形卡扣件有接收部分和槽道部分，接收部分有比槽道部分更大的宽度，其中，头部部分通过槽道部分而限制在接收部分中，所述滚珠返回管固定在所述滚珠螺母和管保持夹具之间。