CN107399362A - 蜗轮减速机以及电动动力转向装置 - Google Patents

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Abstract

一种蜗轮减速机以及电动动力转向装置。蜗轮减速机具备蜗杆和与蜗杆啮合的蜗轮。蜗轮的齿的弹性模量为6000Pa以上。从蜗杆的节圆上的压力角减去蜗轮的节圆上的压力角的差量设定为0.5°～1°的范围。

Description

蜗轮减速机以及电动动力转向装置
技术领域
本发明涉及蜗轮减速机以及电动动力转向装置。
背景技术
以往，在电动动力转向装置的减速机中，为了减少打齿声等，作为蜗轮的齿部的材料使用树脂。为了确保上述树脂的强度，提出有用芳族聚酰胺纤维等进行纤维加强的技术(例如参照日本特开2014－141233号公报)。在日本特开2002－139127号公报中，为了使磨损减少，提出有在蜗轮的齿面上，以节圆为界使齿根侧的压力角与齿顶侧的压力角不同的技术。在日本特开2002－139127号公报中没有关于节圆上的压力角的记载。
蜗杆以及蜗轮是交错轴齿轮。蜗杆与蜗轮的啮合中心配置于与蜗杆的中心轴线以及蜗轮的中心轴线双方正交的轴线上。蜗轮以配置于上述啮合中心附近的3～4齿左右与蜗杆啮合。与开始啮合的齿、啮合中心的齿相比，蜗轮的啮合结束的齿在更靠齿根侧的位置与蜗杆接触。因此，如示意图图5所示，在蜗轮90的啮合结束的齿91的接触位置MP上，蜗杆80相对于蜗杆80的轴直角面RP的齿面角度A与蜗轮90相对于蜗杆80的轴直角面RP的齿面角度B的差量变大。因此，有接触面积减少而面压变高的趋势。
在作为蜗轮的齿的材料使用低弹性模量的材料的情况下，蜗轮的齿面由于弹性变形而容易弯曲。因此，在咬合结束的齿的接触位置，接触面积的减少不会变得显著。另一方面，近年来在电动动力转向装置的蜗轮减速机中，迫切要求小型且高输出的蜗轮减速机。因此，作为蜗轮的齿的材料有使用更高的高弹性模量的材料的趋势。
这样作为蜗轮的齿的材料使用高弹性模量的材料的情况下，蜗轮的齿面难以产生由于弹性变形带来的弯曲。因此，在咬合结束的齿的接触位置，接触面积的减少变得显著，面压变高从而磨损增大。若磨损增大，则蜗杆与蜗轮的齿隙增大。因此，在电动动力转向装置成为问题的打齿声等噪声增大。
发明内容
本发明的目的之一是提供在蜗轮的齿由高弹性模量的材料形成的情况下，提供能够抑制蜗轮的磨损并且有助于噪声抑制的蜗轮减速机以及电动动力转向装置。
本发明的一方式的蜗轮减速机的结构上的特征为，具备被旋转驱动的蜗杆以及与上述蜗杆啮合的蜗轮，上述蜗轮的齿的弹性模量为6000Pa以上，从在上述蜗杆的节圆上的压力角减去上述蜗轮的节圆上的压力角的差量设定为0.5°～1°的范围。
附图说明
通过以下参照附图对本发明的优选实施方式进行的详细描述，本发明的其它特征、构件、过程、步骤、特性及优点会变得更加清楚，其中，附图标记表示本发明的要素，其中，
图1是包括应用了本发明的第一实施方式的蜗轮减速机的电动动力转向装置的剖面的示意图。
图2(a)是蜗轮减速机的主要部分的放大剖视图(省略表示剖面的剖面线)，图2(b)是将图2(a)的一部分放大的示意图。
图3是表示本发明的实施例1～3以及比较例1以及2的面压测定试验的试验结果的线图。
图4(a)以及图4(b)是分别表示比较例2以及实施例2的齿接触区域的分布的线图。
图5是以往的蜗轮减速机的主要部分的放大图。
具体实施方式
以下，根据附图对将本发明具体化的实施方式进行说明。图1是表示应用了本发明的第一实施方式的蜗轮减速机15的电动动力转向装置1的概略结构的示意图。如图1所示，电动动力转向装置1具备转向操纵机构4和辅助机构5。转向操纵机构4基于驾驶员的方向盘2(转向操纵部件)的操作使转向轮3转向。辅助机构5对驾驶员的转向操作进行辅助。
转向操纵机构4具备成为方向盘2的旋转轴的转向轴6。转向轴6包括转向柱轴7、中间轴9以及小齿轮轴11。转向柱轴7与方向盘2的中心连结。中间轴9经由万向接头8与转向柱轴7的一端(轴方向下端)连结。小齿轮轴11经由万向接头10与中间轴9的一端(轴方向下端)连结。
转向柱轴7具备输入轴71、输出轴72以及扭杆73。输入轴71与方向盘2连结。输出轴72与中间轴9连结。扭杆73将输入轴71以及输出轴72连结在同轴上。在小齿轮轴11的轴向下端设置有小齿轮11a。转向操纵机构4具备形成有与小齿轮11a啮合的齿条12a的齿条轴12。通过小齿轮11a和齿条12a，形成作为运动转换机构的齿轮齿条机构50。
若转向轴6伴随着驾驶员的转向操作旋转，则该旋转运动经由齿轮齿条机构50被转换为齿条轴12的轴方向的往复直线运动。该齿条轴12的往复直线运动经由与齿条轴12的两端连结的转向横拉杆13传递至转向轮3。由此，转向轮3的转向角变化，车辆的行进方向被改变。
辅助机构5具备电动马达14、蜗轮减速机15以及ECU(Electronic Control Unit：电子控制单元)16。电动马达14对转向柱轴7施加辅助扭矩。蜗轮减速机15将电动马达14的旋转传递至转向柱轴7。ECU16控制电动马达14的动作。电动马达14的旋转通过经由蜗轮减速机15传递至转向柱轴7来对转向轴6施加马达扭矩，转向操作被辅助。
在电动动力转向装置1设置有基于转向柱轴7的输入轴71与输出轴72的相对旋转来检测转向操纵扭矩T的扭矩传感器17。转向操纵扭矩T是在驾驶员转向操作时施加到转向轴6的扭矩。另一方面，在车辆设置有检测车速V(车辆的行驶速度)的车速传感器18。
ECU16基于检测到的转向操纵扭矩T以及检测到的车速V设定目标辅助力。ECU16对供给至电动马达14的电流进行反馈控制，以使得从电动马达14对转向柱轴7施加的辅助扭矩成为目标辅助扭矩。在本实施方式中，以电动动力转向装置1是电动马达14向转向柱轴7施加动力的所谓转向柱辅助型为例进行说明。然而并不局限于此，本发明能够应用于电动马达向小齿轮轴施加动力的所谓小齿轮辅助型的电动动力转向装置。
蜗轮减速机15具备被电动马达14旋转驱动的蜗杆20，和与蜗杆20啮合的蜗轮30。蜗轮30能够一体旋转并且不能轴向移动地与转向柱轴7的输出轴72连结。转向柱轴7的一部分被收容支承于构成转向柱的一部分的壳体40。壳体40包括相互嵌合的第一壳体41和第二壳体42。
第一壳体41作为收容扭矩传感器17的传感器壳体起作用。第二壳体42作为收容蜗杆20以及蜗轮30的齿轮壳体起作用。转向柱轴7的输出轴72经由被保持于第一壳体41的第一轴承43和被保持于第二壳体42的第二轴承44能够旋转被支承。第一轴承43以及第二轴承44例如是球轴承。相对于输出轴72的轴方向X，蜗轮30配置于第一轴承43与第二轴承44之间。
图2(a)是蜗轮减速机15的主要部分的放大剖视图，省略表示剖面的剖面线的图示。图2(b)是将图2(a)的一部分放大的图。如图1以及图2(a)所示，蜗轮30具备树脂制的环状齿部32和金属制的环状支承体33，环状齿部32具有齿31排列为环状的外周32a。环状支承体33例如在环状齿部32的树脂成形时嵌入金属模内。如图1所示，输出轴72的外周压入嵌到环状支承体33的内周。
蜗轮30的环状齿部32由弹性模量为6000Pa以上的树脂材料形成。作为树脂材料，尼龙系(聚酰胺)，PPS(聚苯硫醚)，PES(聚芳醚砜)，POM(聚甲醛)等的热塑性合成树脂材料。形成环状齿部32的树脂材料也可以使用芳族聚酰胺纤维、碳纤维、玻璃纤维等纤维进行纤维加强。
如图2(a)所示，蜗杆20的齿21与蜗轮30的齿31以3～4齿左右啮合。在图示的例子中，表示以3齿啮合的状态。在被旋转驱动的蜗杆20中，伴随着形成为螺旋状的齿21被向输送方向(用空心箭头表示的例如右方)输送，蜗轮30向旋转方向(例如顺时针)旋转。
蜗轮30的开始啮合的齿31a，在作为接触位置的啮合点MPa与蜗杆20的齿21啮合。啮合中心的齿31b在作为接触位置的啮合点MPb与蜗杆20的齿21啮合。啮合结束的齿31c在作为接触位置的啮合点MPc与蜗杆20的齿21啮合。在蜗杆20的齿21的节圆PC1上的压力角θ1减去在蜗轮30的齿31的节圆PC2上的压力角θ2的差量D(D＝θ1－θ2)设定为0.5°～1°的范围(0.5°≤D≤1°)。由此，如图2(b)所示，在面压变得最高的啮合结束的齿31c的接触位置(啮合点MPc)上，蜗杆20相对于蜗杆20的轴直角面RP的齿面角度A，与蜗轮30相对于蜗杆20的轴直角面RP的齿面角度B能够接近。
因此，在啮合结束的齿31c的接触位置(啮合点MPc)能够抑制接触面积的过度减少。因此，即使是蜗轮30的齿31由弹性模量6000Pa以上这样难以弯曲的材料形成的情况，也能够将接触面中的最大面压减少至允许值以下(例如1600MPa以下)，能够抑制蜗轮30的齿31的磨损。因此，能够实现齿隙被抑制从而打齿声等的噪声被抑制的蜗轮减速机15以及包含该蜗轮减速机15的电动动力转向装置1。
本发明并不现定于上述实施方式，本发明在权利要求记载的范围内能够实施各种变更。
以下表示实施例以及比较例，进一步对本发明具体地进行说明。制作了下述的表1的规格的实施例1～3、比较例1、2。实施例1～3、比较例1、2的蜗轮减速机15包括在节圆PC1上的压力角θ1如下述表1那样设定的金属制的蜗杆20。实施例1～3、比较例1、2的蜗轮减速机15包括环状齿部32由通过芳族聚酰胺纤维加强的聚酰胺树脂形成、齿31的弹性模量是6000Pa、在节圆PC2上的压力角θ2如下述的表1那样设定为14.5°的通用规格的蜗轮30。
对于各例的蜗轮减速机15实施了从蜗杆20施加规定的扭矩负荷，测定蜗轮30的齿面的最大面压(相当于啮合结束的齿的接触位置的面压)的面压测定试验。该试验结果如下述的表1以及图3所示的。即，在从在蜗杆20的节圆PC1上的压力角θ1减去在蜗轮30的节圆PC2上的压力角θ2的差量D(D＝θ1－θ2)为0.5°的实施例1、差量D为0.75°的实施例2，以及差量D为1.0°的实施例3中，能够得到面压成为允许值1600MPa以下的良好的结果。作为差量D为0.75°的实施例2表示了最低面压。由此，实际证实了通过将差量D设定为0.5°～1°的范围带来的面压减少的效果。
[表1]
θ1 θ2 D(θ1-θ2) 最大面压 判断
比较例1 14° 14.5° -0.5° 1978Mpa ×
比较例2 14.5° 14.5° 0° 1773Mpa ×
实施例1 15° 14.5° +0.5° 1598Mpa ○
实施例2 15.25° 14.5° +0.75° 1480Mpa ○
实施例3 15.5° 14.5° +1.0° 1547MPa ○
另外，在比较例2以及实施例2中，求出了蜗轮30的齿面中的齿接触区域的分布。其结果如图4所示。在图4中，横轴是齿宽方向，纵轴是齿高方向。其结果，与在使蜗杆20以及蜗轮30的节圆上的压力角相等的比较例2相比，在实施例2中齿接触区域以扩大的方式分散。实际证实了与比较例2相比，在实施例2中接触面积变大。
本申请主张于2016年4月21日提出的日本专利申请2016-085359号的优先权，并在此引用其全部内容。

Claims (2)

1.一种蜗轮减速机，其特征在于，具备：
蜗杆，其被旋转驱动；以及
蜗轮，其与上述蜗杆啮合，
上述蜗轮的齿的弹性模量为6000Pa以上，
从上述蜗杆的节圆上的压力角减去上述蜗轮的节圆上的压力角的差量设定为0.5°～1°的范围。
2.一种电动动力转向装置，其特征在于，
使用权利要求1中的上述蜗轮减速机将电动马达的旋转减速并传递至转向轴。
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