CN108725572A - 蜗轮减速器以及电动助力转向装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供蜗轮减速器以及电动助力转向装置。蜗杆轴的第一端部与支承第一端部的第一轴承收容于壳体内的第一端部收容部。第一端部通过施力部件向蜗轮侧施力。在壳体的内表面的划分第一端部收容部的部分形成有旋转限制部收容凹部。弹性部件包含：圆弧状的缓冲部，其夹设于内表面的上述划分的部分与第一轴承的外周面之间；以及旋转限制部，其从缓冲部延伸配置而收容于旋转限制部收容凹部。旋转限制部包括抑制在旋转限制时从该旋转限制部向缓冲部侧传递载荷的减重部。

Description

蜗轮减速器以及电动助力转向装置

本申请主张于2017年4月19日提出的日本专利申请2017-082913号的优先权，并在此引用包括其说明书、附图以及摘要的全部内容。

技术领域

本发明涉及蜗轮减速器以及电动助力转向装置。

背景技术

电动助力转向装置的蜗轮减速器将电动马达的旋转输出传递至转向轴。在具有与电动马达驱动连结的一端的蜗杆轴和与转向轴连结的蜗轮之间产生齿隙。为了抑制该齿隙，以往公知有蜗杆轴的另一端通过施力部件经由轴承向蜗轮侧施力的构造。

提出有通过吸收从蜗轮侧经由蜗杆轴作用于轴承的载荷来抑制收容蜗杆轴的壳体与轴承的接触轻敲声的技术。例如，在日本特开2014－125113号公报中，齿轮外壳(壳体)的内周面与轴承的外周面经由规定的缝隙对置。在设置于齿轮外壳的内周面的环状槽与轴承的外周面之间夹设有在轴承的外周面的整周延伸的环状弹性部。由此，抑制轴承与壳体的接触轻敲声。

然而，辅助时的蜗杆轴与蜗轮的啮合反作用力经由蜗杆轴作用于轴承的载荷的方向根据齿轮参数确定。因此，假定使用在包含载荷作用的方向的范围延伸的圆弧状的弹性部时，需要进行位置限制以避免弹性部在轴承的周向旋转。另一方面，在日本特开2013－155789号公报中，使用了在轴承的外周面与壳体的内周面之间夹设圆弧状的主体部的树脂制的轴承支架。在该轴承支架中，从圆弧状的主体部向径向外侧突出的实心的定位凸部收容于壳体的内周面的凹部。通过实心的定位凸部与凹部的一对内壁面卡合来限制轴承支架的主体部在轴承的周向旋转。

在轴承的周围配置圆弧状的弹性部时，如日本特开2013－155789号公报所述，在通过从圆弧状的弹性部向径向外侧突出的实心的定位凸部限制圆弧状的弹性部的旋转时，预计会产生下述不好状况。即，在限制上述旋转时，实心的定位凸部与壳体的凹部的一对内壁面卡合而变形，该变形载荷波及至圆弧状的弹性部。因此，担心圆弧状的弹性部变形而无法使轴承的移动充分衰减，并且产生接触轻敲声。

发明内容

本发明的目的之一在于提供低噪音的蜗轮减速器以及电动助力转向装置。

本发明的一个方式的蜗轮减速器的结构上的特征在于，具备：蜗杆轴，其具有轴向的第一端部与第二端部，并且上述第二端部与电动马达连结；蜗轮，其与上述蜗杆轴啮合；轴承，其支承上述蜗杆轴的上述第一端部；壳体，其包括：内表面，其具有划分收容上述蜗杆轴的上述第一端部以及上述轴承的第一端部收容部的部分；以及凹部，其设置于上述内表面的上述部分，且具有在上述轴承的周向对置的一对内壁面；施力部件，其经由上述轴承向上述蜗轮侧对上述蜗杆轴的上述第一端部施力；以及弹性部件，其包括：圆弧状的缓冲部，其夹设于上述壳体的上述内表面的上述部分与上述轴承的外周面之间，并向上述蜗轮侧开放；以及旋转限制部，其从上述缓冲部延伸配置并收容于上述凹部，并通过与上述一对内壁面卡合，限制上述缓冲部在上述轴承的上述周向旋转，上述旋转限制部包括抑制从该旋转限制部向上述缓冲部侧传递载荷的减重部。

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，本发明的上述以及其它特征及优点会变得更加清楚，其中，相同的附图标记表示相同的要素。

附图说明

图1是表示应用了本发明的一个实施方式的蜗轮减速器的电动助力转向装置的简要结构的示意图。

图2是蜗轮减速器的主要部分的剖视图。

图3是图2的III－III剖面的示意图。

图4是图2的IV－IV剖面的示意图。

图5是蜗杆轴的第一端部收容部周边的构造的剖视图。

图6是壳体的第一端部收容部分的剖视图。

图7是壳体的第一开口周边的部分、施力部件以及弹性部件的分解立体图。

图8是从与图7不同的角度观察到的弹性部件的立体图。

图9是表示旋转限制部进行旋转限制的状态的说明图。

图10中的(a)是第一变形例中的弹性部件的简图。

图10中的(b)是图10中的(a)的Xb－Xb面剖面。

图11是第二变形例中的弹性部件的简图。

具体实施方式

以下，参照附图详细说明本发明的实施方式。图1是表示应用了本发明的一个实施方式的蜗轮减速器1的电动助力转向装置2的简要结构的示意图。参照图1，电动助力转向装置2具备转向操纵机构3以及转向机构4。电动助力转向装置2基于驾驶员对方向盘(转向操纵部件)5的操作使转向轮6转向。转向操纵机构3具备辅助驾驶员对方向盘5的操作的辅助机构7。

转向操纵机构3包含与方向盘5的旋转联动旋转的转向轴8。转向轴8包含柱轴9、中间轴10以及小齿轮轴11。柱轴9包含输入轴9a、输出轴9b以及扭杆9c。输入轴9a与方向盘5连结。输出轴9b与中间轴10连结。扭杆9c将输入轴9a与输出轴9b在同轴上连结。

输出轴9b经由万向节12与中间轴10连结。中间轴10经由万向节13与小齿轮轴11连结。在小齿轮轴11形成有小齿轮11a。转向机构4具有齿条轴14以及横拉杆15。在齿条轴14形成有与小齿轮11a啮合的齿条14a。横拉杆15的一端与齿条轴14连结，另一端与转向轮6连结。

若方向盘5根据驾驶员对方向盘5的操作而旋转，则小齿轮轴11经由柱轴9以及中间轴10旋转。小齿轮轴11的旋转通过齿轮齿条机构变换为齿条轴14向轴向的往复运动。通过齿条轴14的往复运动，转向轮6的转向角变化。

辅助机构7具有扭矩传感器16、车速传感器17、ECU(Electronic Control Unit：电子控制单元)18、电动马达19以及蜗轮减速器1。扭矩传感器16基于输入轴9a与输出轴9b之间的扭转量检测转向操纵扭矩T。ECU18基于通过扭矩传感器16检测出的转向操纵扭矩T与通过车速传感器17检测出的车速V决定辅助扭矩。电动马达19通过ECU18被驱动控制。电动马达19的旋转力(动力)经由蜗轮减速器1传递至转向轴8的柱轴9的输出轴9b。结果辅助扭矩施加于输出轴9b来辅助驾驶员的转向操作。

在本实施方式中，以电动马达19的动力施加于柱轴9的电动助力转向装置为例来说明。然而，本发明并不限定于此，能够应用于具备蜗轮减速器的电动助力转向装置。接下来，说明蜗轮减速器1的结构。图2是蜗轮减速器1的主要部分的剖视图。图3是沿图2中的III－III线的剖面的示意图。图4是沿图2中的IV－IV线的剖面的示意图。

参照图2，蜗轮减速器1包含壳体20、蜗杆轴21、第一轴承22、第二轴承23、蜗轮24、施力部件25、弹性部件60以及盖部件29。蜗杆轴21包含在其轴向X隔离的第一端部21a以及第二端部21b和位于第一端部21a与第二端部21b之间的中间部即齿部21c。第一端部21a是蜗杆轴21在与电动马达19侧相反一侧的轴向端部。第二端部21b是蜗杆轴21在电动马达19侧的轴向端部。

蜗轮24与柱轴9的输出轴9b连结为能够一体旋转。蜗轮24包含环状的金属芯24a以及外嵌于金属芯24a的环状的树脂部件24b。金属芯24a与输出轴9b结合为能够一体旋转。树脂部件24b外嵌于金属芯24a。在树脂部件24b的外周面形成有齿部24c。蜗轮24的齿部24c与蜗杆轴21的齿部21c啮合。

蜗杆轴21在与电动马达19的输出轴19a大致同轴上配置。蜗杆轴21的第二端部21b与电动马达19的输出轴19a的端部经由动力传递联轴器27连结为能够传递扭矩且能够摆动。动力传递联轴器27具有第一旋转构件27a、第二旋转构件27b以及中间构件27c。第一旋转构件27a与蜗杆轴21的第二端部21b连结为能够一体旋转。第二旋转构件27b与电动马达19的输出轴19a连结为能够一体旋转。中间构件27c夹设于第一旋转构件27a与第二旋转构件27b之间，在旋转构件27a、27b间传递扭矩。中间构件27c由橡胶等弹性体形成。

在蜗杆轴21的第一端部21a安装有第一轴承22。蜗杆轴21的第一端部21a经由第一轴承22被壳体20支承为能够旋转。在蜗杆轴21的第二端部21b安装有第二轴承23。蜗杆轴21的第二端部21b经由第二轴承23被壳体20支承为能够旋转。通过动力传递联轴器27的中间要素27c弹性变形允许蜗杆轴21以第二轴承23的轴承中心为中心相对于电动马达19的输出轴19a摆动。

第一轴承22例如由球轴承构成。第一轴承22包含内圈40、外圈41以及多个滚动体42。第一轴承22的内圈40与设置于蜗杆轴21的第一端部21a的外周的嵌合凹部43嵌合。因此，内圈40能够与蜗杆轴21一体旋转。内圈40从轴向X与设置于蜗杆轴21的第一端部21a的外周的定位台阶部44抵接。由此，内圈40相对于蜗杆轴21的轴向移动被限制。

第二轴承23例如由球轴承构成。第二轴承23包含内圈30、外圈31以及多个滚动体32。第二轴承23的内圈30通过间隙配合与蜗杆轴21的第二端部21b嵌合为能够一体旋转。外圈31在轴向X夹持于在壳体20设置的定位台阶部34和与在壳体20的内表面20a设置的螺纹部螺纹嵌合的固定部件35之间。由此，外圈31的轴向移动被限制。

如图3所示，施力部件25例如是压缩螺旋弹簧。施力部件25经由第一轴承22朝向蜗轮24对蜗杆轴21的第一端部21a弹性施力。弹性部件60例如由橡胶等弹性材料构成。图5是蜗杆轴21的第一端部21a的周边的构造的剖视图。图6是壳体20的主要部分的剖视图。图7是壳体20的主要部分、施力部件25以及弹性部件60的分解立体图。图8是从与图7不同角度观察到的弹性部件60的立体图。

首先，说明弹性部件60的简要结构。如图4、图5以及图7所示，弹性部件60包括缓冲部61、旋转限制部62、连结部63以及轴向施力部64。如图4所示，缓冲部61呈圆弧状，夹设于壳体20的内表面20a与第一轴承22的外圈41的外周面之间。旋转限制部62从缓冲部61向第一轴承22的径向R的外侧(与蜗轮侧相反一侧)延伸配置。旋转限制部62收容于在壳体20的内表面20a设置的旋转限制部收容凹部80。如图7所示，连结部63连结缓冲部61的一对圆弧端部611间。如图5所示，连结部63夹设于盖部件29与蜗杆轴21的第一端部21a之间。轴向施力部64是从连结部63向盖部件29侧突出形成的凸部(也参照图7)。

如图5所示，盖部件29包含筒状部29a、端壁部29b以及环状凸缘部29c。端壁部29b关闭筒状部29a的轴向的一端。凸缘部29c从筒状部29a的轴向的另一端向筒状部29a的径向外侧延伸配置。参照图2，壳体20具有收容蜗杆轴21、第一轴承22、第二轴承23、蜗轮24、施力部件25、弹性部件60以及盖部件29等的内部空间28。内部空间28通过壳体20的内表面20a划分。内部空间28具有蜗杆轴收容空间100、蜗轮收容空间110、第一开口51以及第二开口52。

蜗杆轴21收容于蜗杆轴收容空间100。蜗轮24收容于蜗轮收容空间110。各开口51、52连通蜗杆轴收容空间100与内部空间28的外部。蜗杆轴收容空间100是沿轴向X延伸的圆筒内空间。蜗杆轴收容空间100具有第一端部收容部101、第二端部收容部102以及齿部收容部103。

如图5、图6以及图7所示，在壳体20的内表面20a，从第一开口51侧依次形成有盖部件嵌合凹部53、弹性部件嵌合凹部54以及轴承收容凹部55。盖部件嵌合凹部53是划分第一开口51并供盖部件29的筒状部29a内嵌的环状凹部。弹性部件嵌合凹部54是供弹性部件60的缓冲部61内嵌的环状凹部。在弹性部件嵌合凹部54的周向的一部分形成有旋转限制部收容凹部80。

如图5所示，轴承收容凹部55是设置缝隙包围第一轴承22的外圈41的外周面的周围的环状凹部。轴承收容凹部55收容外嵌于蜗杆轴21的第一端部21a的第一轴承22。如图6所示，弹性部件嵌合凹部54的内径D4小于盖部件嵌合凹部53的内径D3，且大于轴承收容凹部55的内径D5(D3＞D4＞D5)。

在盖部件嵌合凹部53与弹性部件嵌合凹部54的边界形成有朝向第一开口51侧的环状的第一台阶部56。第一台阶部56与盖部件29的端壁部29b对置。在弹性部件嵌合凹部54与轴承收容凹部55的边界形成有朝向第一开口51侧的环状的第二台阶部57。如图5所示，第二台阶部57与和弹性部件嵌合凹部54嵌合的弹性部件60的缓冲部61的电动马达侧的端缘61d抵接，从而相对于壳体20在轴向X定位缓冲部61。

如图5以及图6所示，蜗杆轴收容空间100的第一端部收容部101由设置于壳体20的内表面20a的弹性部件嵌合凹部54与轴承收容凹部55划分。第一端部收容部101是蜗杆轴收容空间100在轴向X上的一端。第一端部收容部101经由第一开口51与内部空间28的外部连通。

参照图2，第一端部收容部101作为第一轴承22在蜗杆轴21与蜗轮24的芯间距离D1增减的方向上移动的轴承移动孔发挥功能(也参照图3)。如图2所示，芯间距离D1是蜗杆轴21的中心轴C1与蜗轮24的中心轴C2的距离。如图5以及图6所示，在壳体20的内表面20a形成有施力部件收容孔70，该施力部件收容孔70相对于第一轴承22朝向与蜗轮24侧相反一侧开口。在施力部件收容孔70收容有施力部件25。在施力部件收容孔70形成有在第一端部收容部101开口的内侧开口70a以及在内部空间28的外部开口的外侧开口70b。外侧开口70b通过关闭部件71关闭。施力部件25夹设于关闭部件71与第一轴承22的外圈41的外周面之间，并经由第一轴承22向蜗轮24侧对蜗杆轴21的第一端部21a弹性施力。

如图4、图5以及作为说明图的图9所示，在弹性部件嵌合凹部54形成有收容弹性部件60的旋转限制部62的旋转限制部收容凹部80。如图9所示，旋转限制部收容凹部80由从弹性部件嵌合凹部54凹陷的底部81以及在周向隔离的一对内壁面82、83划分。通过各内壁面82、83与弹性部件嵌合凹部54的交叉形成有旋转限制部收容凹部80的入口角部84。

接下来，详细说明弹性部件60的结构。如图4所示，弹性部件60的缓冲部61夹设于壳体20的内表面20a与第一轴承22的外圈41的外周面之间，由向蜗轮24侧开放的圆弧状的板形成。如图7以及图8所示，缓冲部61包含由圆弧面构成的外表面61a、由圆弧面构成的内表面61b、盖部件29侧的端缘61c以及电动马达19侧的端缘61d。如图5所示，缓冲部61的外表面61a与弹性部件嵌合凹部54嵌合。缓冲部61的内表面61b与第一轴承22的外圈41的外周面嵌合。

也可以在缓冲部61的内表面61b与第一轴承22的外圈41的外周面之间夹设有缝隙。缓冲部61的外表面61a与壳体20的内表面20a的弹性部件嵌合凹部54嵌合，缓冲部61的内表面61b与第一轴承22的外圈41的外周面嵌合。在该状态下，当缓冲部61为非压缩的状态时，在轴承收容凹部55与第一轴承22的外圈41的外周面之间设置有缝隙S1。

在第一轴承22因从蜗轮侧经由蜗杆轴21作用于第一轴承22的载荷向与蜗轮侧相反一侧移动时，缓冲部61被弹性压缩。缓冲部61通过弹性排斥力使第一轴承22的移动衰减。此外，在作用于第一轴承22的载荷过大时，第一轴承22的外圈41的外周面与轴承收容凹部55抵接从而缝隙S1为零。即，通过将缓冲部61的压缩量限制在上述缝隙S1的量以下来确保缓冲部61的耐久性。

如图5以及图8所示，为了避免与施力部件25干涉，在缓冲部61形成有以在电动马达19侧的端缘61d开口的方式贯通外表面61a以及内表面61b的例如半圆状的避让槽61e。如图9所示，旋转限制部62从缓冲部61的外表面61a向径向外侧(与蜗轮侧相反一侧)延伸配置。旋转限制部62呈沿周向C延伸并在轴向X(在图9中未示出。与图9的纸面正交的方向)具有规定的厚度的大致矩形板状。收容于旋转限制部收容凹部80的旋转限制部62与旋转限制部收容凹部80的一对内壁面82、83卡合。由此，限制缓冲部61在第一轴承22的周向C旋转。

旋转限制部62包含一对卡合部65、架桥部66以及减重部67。一对卡合部65是具有基端部65a与前端部65b的柱状部。基端部65a与缓冲部61连接。前端部65b从基端部65a朝向与蜗轮侧相反一侧地隔离。一对卡合部65在周向C隔离，并能够分别与旋转限制部收容凹部80的一对内壁面82、83卡合。具体而言，根据缓冲部61的旋转方向，任一方的卡合部65与对应的内壁面82、83卡合从而限制缓冲部61的旋转。在各卡合部65的基端部65a形成有在旋转限制时抑制该基端部65a与旋转限制部收容凹部80的对应的入口角部84的干涉的例如凹形弯曲状的避让部68。

架桥部66架设于一对卡合部65的前端部65b间来连接前端部65b彼此。减重部67在周向C上夹设于一对卡合部65之间。减重部67在径向R上夹设于架桥部66与缓冲部61的外表面61a之间。即，减重部67由在一对卡合部65间在与蜗杆轴21的轴向X平行的方向上贯通的贯通孔(也参照图7)形成。

如图7以及图8所示，连结部63大致呈矩形板状，连结圆弧状的缓冲部61的一对圆弧端部611的盖部件29侧的边缘部间。如图5所示，连结部63与蜗杆轴21的第一端部21a的端面以及盖部件29的端壁部29b对置。如图8所示，连结部63与一对圆弧端部611组合形成槽形。在蜗轮减速器1的组装时，当将弹性部件60安装于壳体20内时，能够通过把持连结部63容易地安装弹性部件60。尤其是能够在组装时使用机器手把持连结部63，适于自动组装。

轴向施力部64由突出地形成于连结部63的盖部件29侧的面的凸部构成。如图5所示，轴向施力部64与盖部件29的端壁部29b弹性抵接。该抵接反作用力以向壳体20的内表面20a的第二台阶部57按压缓冲部61的电动马达19侧的端缘61d的方式作用。因此，相对于壳体20保持缓冲部61的轴向位置稳定。

参照图2，在第二端部收容部102收容有第二端部21b、第二轴承23以及动力传递联轴器27。第二轴承23安装于第二端部21b。动力传递联轴器27与第二端部21b连结。第二端部收容部102是蜗杆轴收容空间100在轴向X上的另一端。第二开口52形成于壳体20在轴向X上的另一端。第二端部收容部102经由第二开口52与内部空间28的外部连通。

在齿部收容部103收容有齿部21c。齿部收容部103与蜗轮收容空间110连通。根据本实施方式，如图9所示，在通过弹性部件60的旋转限制部62进行旋转限制时，旋转限制部62与壳体20的旋转限制部收容凹部80的内壁面82或者83卡合而变形。在旋转限制部62设置有减重部67从而旋转限制部62容易变形。因此，能够抑制旋转限制部62的变形载荷被传递至缓冲部61从而缓冲部61变形。缓冲部61不会受到旋转限制部62的变形的影响，并能够使第一轴承22的径向R的移动衰减。因此，能够抑制第一轴承22与壳体20的接触轻敲声来实现低噪音的蜗轮减速器1。

在通过旋转限制部62进行旋转限制时，旋转限制部62的一对卡合部65容易向夹设于上述一对卡合部65间的贯通孔(减重部67)侧变形。因此，能够有效抑制旋转限制部62的变形载荷向缓冲部61侧波及。通过设置于旋转限制部62的避让部68抑制旋转限制部62与旋转限制部收容凹部80的入口角部84的干涉。因此，旋转限制部62的耐久性提高。

通过使蜗轮减速器1不产生高噪音，能够实现低噪音的电动助力转向装置2。本发明并不限定于上述实施方式。例如，在图9的上述实施方式中，在弹性部件60的旋转限制部62设置有由贯通孔构成的减重部67。然而，如图10中的(a)以及作为图10中的(a)的Xb－Xb剖视图的图10中的(b)表示的第一变形例所示，也可以取代于此，在弹性部件60P的旋转限制部62P设置有由非贯通的孔构成的减重部67P。在第一变形例中，一对卡合部65的耐久性提高。

在图9的上述实施方式中，弹性部件60的柱状的一对卡合部65的前端部65b间经由架桥部66连接。然而，也可以如图11表示的第二变形例那样，弹性部件60Q的旋转限制部62Q由相互独立的柱状的一对卡合部65Q形成。由贯通孔构成的减重部67Q在与缓冲部61相反一侧开放。在第二变形例中，在通过旋转限制部62Q进行旋转限制时，卡合部65Q更容易变形，能够进一步抑制向缓冲部61传递载荷。

除此之外，本发明能够在权利要求书记载的范围内实施各种变更。

Claims (5)

1.一种蜗轮减速器，具备：

蜗杆轴，其具有轴向的第一端部与第二端部，并且所述第二端部与电动马达连结；

蜗轮，其与所述蜗杆轴啮合；

轴承，其支承所述蜗杆轴的所述第一端部；

壳体，其包括内表面和凹部，所述内表面具有划分收容所述蜗杆轴的所述第一端部以及所述轴承的第一端部收容部的部分，所述凹部设置于所述内表面的所述部分，且具有在所述轴承的周向对置的一对内壁面；

施力部件，其经由所述轴承向所述蜗轮侧对所述蜗杆轴的所述第一端部施力；以及

弹性部件，其包括圆弧状的缓冲部和旋转限制部，所述缓冲部夹设于所述壳体的所述内表面的所述部分与所述轴承的外周面之间，并向所述蜗轮侧开放，所述旋转限制部从所述缓冲部延伸配置并收容于所述凹部，通过与所述一对内壁面卡合，限制所述缓冲部在所述轴承的所述周向旋转，其中，

所述旋转限制部包括抑制从该旋转限制部向所述缓冲部侧传递载荷的减重部。

2.根据权利要求1所述的蜗轮减速器，其中，

所述旋转限制部包括一对卡合部，它们在所述轴承的所述周向隔离，并与所述壳体的所述凹部的一对内壁面分别卡合，

所述减重部由夹设于所述一对卡合部间且在与所述蜗杆轴的所述轴向平行的方向具有深度的贯通的孔或者非贯通的孔形成。

3.根据权利要求1所述的蜗轮减速器，其中，

由所述凹部的所述一对内壁面的各壁面与所述壳体的所述内表面的所述部分形成所述凹部的入口角部，

所述旋转限制部具有抑制与所述入口角部干涉的避让部。

4.根据权利要求2所述的蜗轮减速器，其中，

由所述凹部的所述一对内壁面的各壁面与所述壳体的所述内表面的所述部分形成所述凹部的入口角部，

所述旋转限制部具有抑制与所述入口角部干涉的避让部。

5.一种电动助力转向装置，其中，

经由权利要求1～4的任一项所述的蜗轮减速器将所述电动马达的动力传递至转向轴。