CN109789891A - 用于电动助力转向设备的变速箱组件 - Google Patents

Abstract

一种用于电动助力转向系统的变速箱组件。变速箱组件包括壳体(2)、蜗杆轴(1)和蜗轮(30)，主轴承组件(15)和尾轴承组件(19)相对于壳体支撑该蜗杆轴。尾轴承组件至少可相对于壳体自由移动，从而允许蜗杆轴径向地延伸远离蜗轮的轴线。蜗杆轴能够垂直于蜗杆轴的轴线移动，使得蜗杆轴可以与蜗轮啮合接触和脱离啮合接触。该组件还包括夹紧设备，其作用在尾轴承组件和壳体之间，使得通过蜗轮传递的转矩产生摩擦力，该摩擦力锁定尾轴承组件以便防止否则会发生的蜗杆轴垂直于蜗杆轴的轴线的移动。

Description

用于电动助力转向设备的变速箱组件

技术领域

本发明涉及蜗杆和蜗轮式的电动助力转向设备的变速箱组件。

背景技术

电动助力转向系统使用电动机产生辅助转矩，该辅助转矩被施加到转向系统的旋转部分。在传统布置中，该转矩有助于驾驶员转动方向盘。由于电动机在相对高速下工作效果最好，并且由于紧凑型电动机产生相对低的转矩，因此通常通过减速变速箱连接电动机输出部和转向柱。

电动助力转向减速变速箱的最广泛使用的类型具有类似于附图的图1中所示的相对简单的蜗杆和蜗轮构造。变速箱组件通常包括容纳蜗杆轴101和蜗轮102的变速箱壳体100。蜗杆轴连接到电动机103的输出部(在最左侧示出)。电动机103可以固定到该壳体的端面或甚至位于该壳体内。蜗杆轴101由两个轴承组件支撑；蜗杆轴的蜗杆与蜗轮在区域的任一侧啮合。本说明书中的第一轴承组件称为主轴承组件104，并且位于最靠近电动机103的端部处。第二轴承组件被称为尾轴承组件105，并且位于离电动机最远的端部处，这两个轴承组件通常包括被支撑在内轴承座圈和外轴承座圈内的轴承元件，所述内轴承座圈旋拧到蜗杆轴上，所述外轴承座圈固定到变速箱组件的壳体上。轴承组件的功能允许蜗杆轴旋转，同时在一定程度上限制轴向和径向运动，将如下所解释的那样。蜗轮102连接到变速箱的输出轴106并且被定位成使得蜗轮的齿与蜗杆轴的齿啮合。

众所周知，在电动助力转向(EPS)设备中使用的减速变速箱由于在其输出轴处作用的外部扭转振动而易于发生敲击。由于表面粗糙或不平衡的车轮，这些振动源于行进轮。替代地，机械噪声可能由驾驶员在方向盘处施加的突然的转矩反转所引起，这导致蜗轮的齿向蜗杆轴的齿施加突然的力。蜗杆蜗轮式变速箱中的主要敲击位置位于蜗杆齿和蜗轮齿的啮合处以及位于最靠近电动机的主轴承处，所述主轴承轴向地定位蜗杆轴。

当传递的蜗轮转矩为零或低水平时，通过借助诸如防敲击弹簧107的外力将蜗杆轴偏压成与蜗轮啮合可以抑制齿轮齿之间的振动，使得保持齿处于所谓的“双齿面”接触中，即，在蜗杆轴上的啮合的齿的两侧同时与蜗轮上的相邻齿面相接触。在这种情况下，蜗轮和蜗杆轴之间没有旋转自由游隙。弹簧在蜗杆轴的尾轴承的外座圈上推动(图1中朝下)。

偏压设备要求蜗杆轴的少量径向运动，这通过允许蜗杆轴在蜗轮平面中围绕所述蜗杆轴的轴线在其标称位置的任意侧枢转一小角度(通常小于+/﹣0.5度)来实现。这种运动由尾轴承(其允许线性移动少量(通常小于+/﹣0.5mm))和通常地由主轴承来控制，所述主轴承在其滚珠和其座圈的侧部之间具有足够的内部轴向间隙以允许小的铰接(即，倾斜)角度，所述铰接角度通常小于+/﹣0.5度。

当齿轮组在一个特定方向上传递相对高的转矩时，在每个啮合齿的一个齿面上存在大的接触载荷。这种重接触通常足以确保当来自路面等的振荡转矩波动叠加时，受载荷的齿面不会分离。因此，即使在其他未受载荷的齿面之间存在间隙，它们也不会相互敲击。换句话说，当存在转矩波动时，一旦由变速箱传递的平均转矩超过特定阈值水平，仅“单齿面”接触不会导致敲击。显然，确切的水平取决于单元所承受的叠加转矩波动的大小以及转向系统的动力学。相反，已经确定的是，如果针对低于所述阈值水平的传递转矩可以保持双齿面接触，那么齿轮敲击将不会成为通常驾驶中的严重问题。

在图1所示的布置中，通常假设主轴承的内座圈和因此假设蜗杆轴围绕一轴线枢转，所述轴线穿过轴承的中心并因此位于蜗杆轴的轴线上。这实际上并非用于枢转轴线的理想位置，原因在于齿接触发生在不同的平面上；即其标称地发生在蜗杆的P.C.D(节圆直径)接触蜗轮的P.C.D的位置处，并且位于蜗杆轴的主轴线下方几毫米处。如图2所示，齿接触力在垂直于倾斜的齿面的方向作用，但可以认为具有与蜗杆轴平行的“轴向”分量和试图推动蜗杆轴和蜗轮分开的“法向”分量。注意，在图1中还存在垂直于蜗杆轴的轴线且水平的第三力的分量，这是由于所谓的齿的“螺旋”角造成的。该螺旋角在确定变速箱的减速比时起到重要作用。

蜗杆轴的枢转轴线标称地位于主轴承的中心，因此所述枢转轴线不穿过齿接触面的事实意味着作用在蜗杆轴上的蜗杆齿的轴向分量围绕所述枢转轴线施加力矩，所述力矩增加到法向分量产生的力矩或从所述法向分量产生的力矩减去所述力矩。

此外，当由变速箱传递的转矩反转时，由轴向分量引起的枢转力矩反转其方向，而由法向分量引起的枢转力矩不反转。因此，对于转矩传递的一个方向而言，作用在蜗杆轴上的整体枢转力矩等于由蜗杆齿力的轴向分量和法向分量分别引起的那些力矩的总和，但对于另一方向的转矩传递则等于它们的差值。这导致变速箱的性能相对于其正在传递的转矩的方向存在一些不对称性。这种不对称性主要表现为当在两个方向上传递相同水平的转矩时的摩擦损失的差异。

通过将蜗杆轴的枢转中心从主轴承的中心移动到位于蜗杆齿接触面中的位置，可以消除所述不对称性。这涉及以某种形式的万向节安装主轴承，所述万向节的枢转轴线位于齿接触面中。尽管这是一种制造更复杂的布置，但它确实具有不再需要用于产生枢转效果所需的主轴承中的额外内部间隙的优点。因此，存在额外的益处，即，通过所述万向节的安装，来自主轴承的敲击噪音不再是需要抑制的问题。然而，需要仔细设计以避免在万向节枢轴本身处产生新的敲击部位。

发明内容

本发明的目的是改善本申请人在现有技术的变速箱组件中已经发现的问题，该问题与当使用高的防敲击弹簧力来减小变速箱振动时产生的高摩擦力相关。

根据第一方面，本发明提供一种用于电动助力转向设备的变速箱组件，其包括：

容纳蜗杆轴和蜗轮的变速箱壳体，

所述蜗杆轴包含有一个或多个外部螺旋的蜗杆齿，并且由主轴承组件在最靠近电动机的端部处和由尾轴承组件在最远离电动机的端部处相对于壳体支撑所述蜗杆轴，蜗轮被输出轴支撑，所述输出轴具有提供从变速箱组件输出动力的至少一个端部，

其中至少尾轴承组件通过有限的运动范围相对于壳体自由移动，这使得蜗杆轴能够径向地移动远离蜗轮的轴线，并且

该主轴承组件用作为用于蜗杆轴的倾斜运动的枢转中心，尾轴承组件进一步允许蜗杆轴在基本垂直于蜗杆轴的轴线的第一方向上线性运动，以便使蜗杆齿移位成与蜗轮齿啮合接合或脱离啮合接合，蜗杆轴的齿具有倾斜的齿面，当变速箱传递转矩时，所述倾斜的齿面使得蜗杆轴在第一方向上被推动远离蜗轮，并且蜗杆轴的齿具有螺旋角，所述螺旋角在变速箱传递转矩时沿着大体平行于蜗轮轴线的第二方向推动蜗杆齿，

其特征在于，变速箱组件还包括夹紧设备，该夹紧设备具有：固定到尾轴承组件和变速箱壳体中的一个上的第一夹紧部分；和固定在尾轴承组件和变速箱壳体中的另一个上的第二被夹紧部分，该夹紧部分在被夹紧部分上施加夹紧力，所述夹紧力随着蜗轮转矩增大而增大，使得对于非零的蜗轮转矩，夹紧设备产生摩擦力，该摩擦力基本锁定尾轴承组件以防止否则会发生的蜗杆轴沿第一方向的线性运动。

本申请人已经意识到设置夹紧设备是有利的，该夹紧设备可以通过产生夹紧力(即摩擦力)而将尾轴承锁定到位，所述夹紧力等于或大于由蜗轮转矩产生的、在第一方向上的对应力(即所谓的脱离力(kick-out force))。为了完全有效，该夹紧力应当随着转矩产生的力的增大而增大，使得夹紧力总是超过第一方向上的脱离力。

夹紧设备可以产生足够的摩擦力以便针对由蜗轮承载的所有非零转矩载荷进行完全锁定，或者可以仅针对高于低转矩水平的转矩进行锁定，在该低转矩水平下可能出现其他小的(和另外不显著的)摩擦力。锁定，是指完全防止或基本防止在第一方向上的运动，否则该运动将由于转矩载荷而产生。

通过在第一方向上提供超过脱离力的摩擦力，尾轴承以及因此蜗杆轴两者有效地锁定接合。因为摩擦力随着蜗轮转矩减小而减小并且可以在没有蜗轮转矩的情况下降至零或接近零，所以防敲击弹簧保持自由以便在低蜗轮转矩或零蜗轮转矩下推动蜗杆轴齿与蜗轮齿啮合，从而保持期望的接触。

尾轴承组件可以包括由轴承元件分开的内座圈和外座圈，并且可以包括将尾轴承组件的外座圈相对于变速箱壳体定位的引导件。该引导件可以允许尾轴承的外座圈的线性运动。夹紧设备可以作用在外座圈上或作用在引导件上，其中引导件被固定到外座圈。

夹紧设备可以包括固定到尾轴承组件的被夹紧部分和相对于变速箱壳体固定且夹紧所述被夹紧元件的夹紧部分。替代地，夹紧设备可以包括固定到变速箱壳体的被夹紧元件和相对于尾轴承组件固定且夹紧所述被夹紧元件的夹紧机构。

变速箱组件可以被布置成使得主轴承组件或尾轴承组件提供抵抗蜗杆轴平行于其自身轴线的运动的约束。

例如，变速箱组件可以布置成使得蜗杆轴上的任何轴向载荷被主轴承反作用，这使得当施加蜗轮转矩时，蜗杆轴试图绕主轴承处的点或围绕靠近主轴承的点枢转，所述尾轴承又被布置成使得其允许蜗杆轴的枢转运动。因此，主轴承设备可以提供抵抗蜗杆轴平行于其自身轴线的运动的基本刚性的约束。

在这种布置中，在被夹紧部分固定到尾轴承组件的情况下，被夹紧部分可以包括第一构件，该第一构件具有圆柱形或矩形横截面或具有一些其他的沿其长度均匀的横截面，第一构件刚性附接到尾轴承组件的非旋转部分并且所述第一构件的轴线从所述非旋转部分沿基本径向的方向延伸远离尾轴承设备，该方向基本平行于蜗轮的节圆的平面，所述第一构件与夹紧部分可滑动地接合，所述夹紧部分包括第二构件，该第二构件远离蜗杆轴线并且刚性地附接到变速箱壳体，所述第二构件具有与第一构件同轴的钻孔，所述第一构件和所述钻孔的共同的轴线具有基本垂直于蜗杆轴的轴线的方向，并且在第一构件和钻孔之间存在确定长度的接合。

当被夹紧部分固定到变速箱壳体时，夹紧设备可替代地包括第一构件(其横截面同样可以是圆柱形或矩形或具有一些其它的横截面)，所述第一构件远离蜗杆轴的轴线并且在一个端部处刚性地附接到变速箱壳体，所述第一构件在基本径向方向上朝第二轴承设备的中心延伸并且基本平行于蜗轮的节圆的平面，所述第一构件可滑动地接合第二构件，所述第二构件刚性地附接到第二轴承的非旋转部分，所述第二构件具有钻孔，该钻孔沿基本径向方向延伸远离第二轴承设备并且与第一构件同轴，所述第一构件和所述钻孔的共同的轴线具有基本垂直于蜗杆轴的轴线的方向，并且第一构件和钻孔之间存在确定长度的接合。

第二轴承设备可以是滚针型，其具有圆柱形的外座圈和一组平行滚子，所述一组平行滚子由保持架周向间隔开，并且所述第二轴承设备具有内座圈，该内座圈在其中心处具有球形部分，这允许在内座圈和外座圈之间存在一些角度偏差。

在替代布置中，夹紧设备可以包括被夹紧部分，该被夹紧部分包括第一构件，该第一构件刚性地附接到第二轴承设备的非旋转部分，所述第一构件的轴线从所述非旋转部分沿着大致径向方向延伸远离第二轴承设备，该方向与蜗轮的节圆的平面成一定角度，所述第一构件可滑动地与第二构件接合，所述第二构件远离蜗杆轴的轴线并且刚性附接到变速箱壳体，所述第二构件具有与第一构件同轴的钻孔，所述第一构件和所述钻孔的共同的轴线具有基本垂直于蜗杆轴的轴线的方向，并且在第一构件和钻孔之间存在确定长度的接合。

在另一种布置中，所述引导设备可以包括被夹紧部分，所述被夹紧部分包括第一构件，所述第一构件远离所述蜗杆轴的轴线并且在一个端部处刚性地附接到所述变速箱壳体，所述第一构件在基本径向方向上朝第二轴承设备的中心延伸并且与蜗轮的节圆的平面成一定角度，所述第一构件可滑动地与第二构件接合，所述第二构件刚性地附接到第二轴承设备的非旋转部分上，所述第二构件具有在基本径向方向上延伸远离第二轴承设备且与第一构件同轴的钻孔，所述第一构件与所述钻孔的共同的轴线具有基本垂直于蜗杆轴的轴线的方向，第一构件和钻孔之间存在确定长度的接合。

夹紧部分可以包括大致细长的构件，该构件可以是非圆柱形的形状并且可以配合在对应形状的非圆柱形钻孔中。所述构件沿着其长度可以具有均匀的横截面，钻孔也可以是如此。

在上述布置中的每种布置中，第二构件中的所述钻孔与蜗杆轴的轴线相距的距离、第一构件在所述钻孔中的接合长度以及第一构件与钻孔之间的滑动摩擦系数可以组合，以便在变速箱传递转矩期间当第二轴承设备对在蜗杆齿处产生的力反作用时防止发生第一构件相对于钻孔的滑动运动。

在第一构件的横截面为一般矩形的情况下(一般矩形是指具有两个相对且平行的平面的形状)，所述矩形横截面的所述钻孔可以由层压件的堆叠形成，所述层压件的堆叠中的每个层压件都具有基本矩形的孔，所述孔限定所述钻孔的一部分。

在层压的钻孔的一种布置中，在相邻的一对层压件中的第一层压件中的孔的一侧部分地限定所述钻孔的第一侧，在所述一对层压件中的第二层压件中的孔的一侧部分地限定钻孔的第二侧，所述钻孔的第二侧通常与钻孔的第一侧相对，存在多个这样的所述层压件的对，其被堆叠以便限定矩形横截面的细长钻孔。

每个层压件的最靠近其孔的一侧的端部(所述孔的一侧部分地限定由堆叠形成的钻孔)在组装成堆叠时可以突出超过其相邻的层压件或多个层压件的毗邻端部。

在方便的布置中，堆叠中的所有层压件都是不对称的并且在形状上彼此基本相同，并且所述所有的层压件以相反的方向交替堆叠。

可以提供大于2的任何数量的层压件，并且层压件的总数优选是奇数。

为了将层压件固定到位，所述层压件的堆叠可以被夹在两块相对刚性的板之间。这些板可以由具有与层压件材料相似的热膨胀系数的材料制成。

在设置细长构件(例如销，其插入钻孔中以便夹紧在两个相对的点处)的替代方案中，所述夹紧设备可以包括夹紧部分，所述夹紧部分包括具有第一对平行侧部的本体，所述本体刚性地附接到尾轴承组件的非旋转部分，其中所述第一对平行侧部的对称面平行于标称的蜗杆轴的轴线并且基本平行于蜗轮的节圆的平面，具有平行侧部的所述本体可滑动地位于夹紧部分之间，该夹紧部分包括刚性附接到变速箱壳体的平坦的第二对平行侧部，第一对平行侧部和第二对平行侧部的对称面基本重合，并且在第一对和第二对平行侧部之间存在确定的重叠区域。

所述夹紧设备可替代地包括夹紧部分，该夹紧部分包括具有第一对平行侧部的本体，所述本体刚性地附接到所述尾轴承组件的非旋转部分，其中所述第一对平行侧部的对称面平行于标称的蜗杆轴的轴线并且与蜗轮的节圆的平面成一角度倾斜，具有平行侧部的所述本体通过夹紧装置可滑动地定位，该夹紧装置包括刚性附接到变速箱壳体的平坦的第二对平行侧部，所述被夹紧构件位于这些第二侧部之间，第一对平行侧部和第二对平行侧部的对称面基本重合，并且在第一对和第二对平行侧部之间存在确定的重叠区域。

本体可以具有不平行的侧部。例如，夹紧设备可以包括第一本体，该第一本体具有形成突出楔形物的平坦的第一对非平行侧部，该突出楔形物基本对称，并且实心的第一本体刚性地附接到第二轴承设备的非旋转部分，其中平坦的所述第一对非平行侧部的对称面与标称的蜗杆轴的轴线平行并且基本平行于蜗轮的节圆的平面，具有非平行侧部的实心的所述第一本体可滑动地位于平坦的第二对非平行侧部之间，所述第二对非平行侧部形成中空的楔形物，平坦的第二对非平行侧部刚性附接到变速箱壳体，平坦的第一对非平行侧部和平坦的第二对非平行侧部的对称面基本重合，在平坦的第一对非平行侧部和平坦的第二对非平行侧部之间存在确定的重叠区域。

在进一步的改进方案中，所述引导装置可包括第一本体，所述第一本体具有形成突出楔形物的平坦的第一对非平行侧部，所述突出楔形物基本对称，实心的第一本体刚性地附接到第二轴承设备的非旋转部分，其中平坦的第一对非平行侧部的对称面平行于标称的蜗杆轴的轴线并且与蜗轮的节圆的平面倾斜一角度，具有非平行侧部的实心的所述第一本体可滑动地位于平坦的第二对非平行侧部之间，所述第二对非平行侧部形成中空的楔形物，平坦的所述第二对非平行侧部刚性地附接到变速箱壳体，平坦的第一对非平行侧部和平坦的第二对非平行侧部的对称面基本是重合的，在平坦的第一对非平行侧部和平坦的第二对非平行侧部之间存在确定的重叠区域。

当然，实心本体可以是中空的，而同时又不会改变其功能性。因此，术语“实心”应广义地解释为包括这样的本体。

在具有实心本体的最后四个布置中的每个布置中，从尾轴承组件到第一对和第二对平行侧部之间的重叠区域的最近边缘的和到最远边缘的距离与相接触的平行侧部之间的摩擦系数相组合以便在变速箱传递转矩期间当尾轴承组件对在蜗杆齿处产生的力反作用时防止沿着第一方向的相对滑动运动。

变速箱组件的夹紧设备可以包括夹在第二对平行侧部之间的具有平行侧部的间隔件，所述间隔件的宽度大于横跨第一对平行侧部的宽度一定的量，所述一定的量确定了第一对平行侧部和第二对平行侧部之间所需的滑动间隙。可以设置用于将第二摩擦面夹紧在间隔件上的设备。

为了使尾轴承能够允许蜗杆轴所需的枢转，尾轴承可以包括内座圈、外座圈和一组滚针或滚子轴承元件，所述轴承元件将内座圈连接到外座圈，所述内座圈的轴承表面在与滚针轴承接触的地方是凸出的，使得内座圈可以相对于外座圈倾斜。

在又一替代方案中，主轴承可以布置成使得基本上没有任何作用在蜗杆轴上的轴向载荷在主轴承处被反作用，该尾轴承被布置成使得当施加蜗轮转矩时所述尾轴承对施加到蜗杆轴的轴向载荷反作用。

在这种布置中，尾轴承设备提供了抵抗蜗杆轴平行于其自身轴线的运动的基本刚性的约束。

在这种布置中，夹紧设备可以包括夹紧部分，该夹紧部分包括第一构件，该第一构件具有基本垂直于蜗杆轴的轴线的外部的第一表面和相对的外部的第二表面，该表面中的第一表面具有与第二表面上的至少一个平面区域平行的至少一个平面区域，该第一构件固定到尾轴承组件的非旋转部分，其中所述平面区域基本垂直于蜗杆轴的轴线，所述第一构件的外部的第一表和相对的外部的第二表面毗邻夹紧部分，所述夹紧部分包括第三表面和第四表面，第三表面和第四表面分别是第二构件和第三构件的外部的表面，所述第二构件和所述第三构件位于第一构件的两侧并且相对于变速箱壳体固定，所述第二构件和所述第三构件各自都具有至少一个平面区域，所述第二构件和所述第三构件的至少一个平面区域与第一构件的平面区域中的一个相平行且靠近。

第一构件可以在使用中被作用在蜗杆轴上的力的沿着平行于蜗杆轴的轴线的方向的分量推动成与第二构件或第三构件相接触，这取决于所述力的分量的方向，所述接触发生在至少一对平面区域之间，所述至少一对平面区域中的每个平面区域均位于不同的构件上。这产生足够高的摩擦力以便锁定尾轴承以防止在第一方向上的不期望的运动。

通过固定到第二轴承设备的非旋转部分的部件在槽或细长孔中相接合而将第一构件在垂直于蜗杆轴的轴线的方向上的运动约束为基本线性的，所述槽或细长孔的壁被固定在变速箱壳体内。

变速箱组件还可以包括偏压设备，该偏压设备施加偏压力，该偏压力将蜗杆轴偏压成与蜗轮啮合。

偏压设备可以包括片簧，该片簧向尾轴承组件施加力，该力将蜗杆轴沿第一方向偏压成与蜗轮啮合。

夹紧设备可以布置成利用夹紧力来锁定尾轴承组件，所述夹紧力足够低以便在零蜗轮转矩下被偏压装置所克服。因此，夹紧设备不会妨碍偏压装置在零蜗轮转矩下的功能，而是在增加的转矩下用于将蜗杆轴和蜗轮锁定在一起。

防敲击弹簧可以包括片簧，该片簧将径向载荷施加到尾轴承组件。它可以直接作用在尾轴承组件的轴承外座圈上。防敲击弹簧可以施加径向力，所述径向力小于变速箱组件的脱离力，但是足以将蜗杆轴齿偏压成与蜗轮齿相啮合并且在零蜗轮转矩下克服来自夹紧设备的任何摩擦力。

这种低的防敲击弹簧力通过针对零蜗轮转矩或非常低的蜗轮转矩帮助在变速箱中保持低摩擦而在转向感方面提供了显著的益处。

附图说明

现在将参照附图并且如附图所示的那样仅通过示例的方式描述落入本发明的范围内的变速箱组件的三个实施例，在所述附图中：

图1是用于电动助力转向系统的现有技术的变速箱组件的剖视图；

图2是图1的一部分的放大视图，其示出了由于蜗轮所承受的、反作用于蜗杆轴的转矩所产生的力的方向；

图3是根据本发明的变速箱组件的第一实施例的剖视图和端部视图；

图3a示出了在替代的轴承支撑件设计中安装衬套15的方法；

图4a是根据本发明的变速箱组件的第二实施例的穿过标称蜗杆轴轴线的剖视图和平面图；

图4b是图4a的变速箱组件的透视图；

图5是根据本发明的变速箱组件的第二实施例的平面图，其示出了当蜗轮承受转矩时由夹紧设备产生的一些反作用力；

图6是第二实施例的变速箱组件的剖视图，其示出了夹紧力；

图7是根据本发明的变速箱组件的第三实施例的透视图；

图8是图7的变速箱组件的平面图和剖视图，其示出了当蜗轮承载转矩时由夹紧设备产生的夹紧力；

图9是本发明的第四实施例的尾轴承组件的剖视图；

图10是沿图9的实施例的蜗杆轴的轴线观察的、穿过尾轴承的中心的剖视图；

图11是图9的实施例的重要部件中的一些部件的详细视图；和

图12是根据本发明的第五实施例的、在其尾轴承区域中穿过蜗杆轴的轴线的剖视图。

具体实施方式

图3示出了根据本发明的一方面的变速箱组件的第一实施例，其可以结合到电动助力转向设备中。在使用中，变速箱组件提供转向设备的电动机的输出部中的齿轮减速，从而允许由电动机产生的转矩传递到转向柱或转向齿条(或转向系统的其他部分)，该转矩辅助驾驶员转动方向盘或提供转向转矩的主要来源。

变速箱组件包括变速箱壳体11，其容纳连接到电动机(未示出)的转子的蜗杆轴1。蜗杆轴1包括细长轴，该细长轴承载具有一对交错的螺旋齿的蜗杆。由位于蜗杆1的最靠近电动机的一侧处的主轴承组件15(图3中未示出但对应于图1中所示的轴承组件104)以及位于轴1的最远离电动机的端部处尾轴承组件19来支撑轴1。这两个轴承组件包括旋拧到轴1上的环形内座圈和由壳体支撑的环形外座圈，其中一组轴承元件将内座圈连接到外座圈。如图所示，尾轴承使用位于外座圈5和内座圈6之间的滚针轴承元件6。如将要描述的那样，当转矩被施加到变速箱组件时，这两个轴承组件在使用中能够相对于壳体2少量移动。

蜗杆1连接到图1和2中所示类型的蜗轮，该蜗轮也被容纳在壳体中。该蜗轮被支撑在输出轴上，该输出轴的两个端部能够从变速箱的外部接近。该输出轴的一个端部连接到转向轴并且向前连接到方向盘(未示出)，输出轴的另一端部连接到转向齿条并且向前连接到行进轮。因此，输出轴在该示例中提供了直接从方向盘到行进轮的机械路径，并且蜗轮将转矩从电动机传递到输出轴以便辅助驾驶员。

蜗轮和蜗杆轴1各自均具有互补的齿，所述互补的齿啮合并且可以处于单接触或双接触状态。在前者中，在给定时刻与蜗轮啮合的每个蜗杆齿将最多只接触单个蜗轮齿，而在后一种情况下，在给定时刻至少一个蜗杆齿将接触蜗轮的两个齿面。在这里描述的本发明的实施例中，针对蜗杆轴的至少一个齿实现双接触状态以便减少敲击。

主轴承组件15和尾轴承组件19允许蜗杆轴1的一些受控的轴向运动和蜗杆轴的枢转。为了避免轴承处的敲击，两个轴承组件应该具有在内座圈和外座圈之间的最小自由游隙，以用于径向和轴向运动。防敲击弹簧2将力施加到尾轴承外座圈5上，所述力具有径向朝向蜗轮的轴线的分量，从而将蜗杆轴压到蜗轮上。蜗杆轴的枢转允许蜗杆轴和蜗轮的完全接合在所有时候都能够在零转矩的情况下实现而与温度、公差或磨损无关，原因在于防敲击弹簧压紧蜗杆轴的齿使其与蜗轮齿啮合。

尾轴承的向上运动受到固定到变速箱壳体的基板3和可调节的铰接限制螺钉13的限制，所述可调节的铰接限制螺钉与由固定到轴承外座圈5的引导件所承载的软端部止动件14相接触。

本发明的实施例中的防敲击弹簧2比现有技术(例如图1)中使用的防敲击弹簧明显更弱。这是因为该敲击弹簧仅用于将蜗杆轴偏压成在零转矩下与蜗轮啮合，而并非旨在所有的驾驶条件期间克服从蜗轮施加到蜗轮轴上的力。因此，弹簧太弱而不能防止蜗杆轴脱离与蜗轮的啮合。如现在将要描述的那样，该功能由夹紧设备提供，该夹紧设备在零转矩下施加低夹紧力或零夹紧力，从而允许防敲击弹簧将蜗杆轴压到蜗轮上，而且允许当通过夹紧设备内的摩擦由蜗轮将转矩施加到蜗杆时锁定尾轴承。实际上，夹紧设备使用作用在蜗杆轴的尾轴承处的反作用力的分量来将蜗杆轴锁定在与蜗轮双齿面接触的位置中。也就是说，将所述蜗杆轴锁定在与蜗轮最接近的位置中。即使在超过根据防敲击弹簧力计算的标称脱离转矩时，所述蜗杆轴仍保持在该位置。这是因为锁定效果与齿分离力成比例地增加。因此，可以针对所有水平的蜗轮转矩来保持双齿面接触，直到系统的最大值，同时使用大大减少的防敲击弹簧力。结果是减少了静摩擦量。

在图3中示出第一实施例，其包括在其尾轴承区域中穿过蜗杆轴的轴线的剖视图以及沿着蜗杆轴的轴线从变速箱壳体的外侧观察的端部视图。在该实施例中，尾轴承19为滚针型并且具有圆柱形的外座圈5和由保持架等距保持的一组平行滚子6。内座圈7在其中心处具有球形部分，所述球形部分允许球形内座圈和外座圈之间存在一定的角度偏差。外座圈5保持在轴承支架4中，而同时球形内座圈被固定到蜗杆轴1。

由夹紧设备控制外座圈的运动。所述夹紧设备包括销8形式的被夹紧部分，所述销被固定到轴承支架4并且向下延伸到所述轴承支架的基部下方。所述销的突出部分的更大部分与夹紧部分可滑动地接合，在这个示例中，所述夹紧部分包括在衬套9中的钻孔，所述衬套被固定在轴承支撑构件10中。该轴承支撑构件10通过螺钉12固定到基板3。基板3可以是机械固定到变速箱壳体11的单独部件(如所示)或者可以是壳体的一体化部分。例如，所述基板可以是同一铸件的部分。基板不能相对于变速箱壳体运动。

销8和衬套9之间的直径间隙非常小。这是为了防止当轴承支架4经受反向的水平载荷时在这两个部件之间发生敲击。出于同样的原因，滚针轴承相对于其座圈的直径间隙也非常小。

当转矩作用在蜗轮上从而引起蜗杆轴处的反作用时，蜗杆轴在滚针轴承5、6、7上施加水平径向力Fh，该水平径向力是齿螺旋角γ(伽马)和竖直径向力Fv的函数。Fv是齿压力角α(阿尔法)的函数。螺旋角γ可以是大约18度并且齿压力角α可以是大约14度。力Fh和Fv的比率约等于这些相应角度的正切值的比率。通常，Fh可以是约1.3倍的Fv。注意，当转矩反转时Fh的方向反转但Fv的方向不反转。

在本发明的第一实施例中，如图3所示，力Fh将引起销8与衬套9的顶部末端和与底部末端之间的反作用力F1和F2。这些力F1和F2将产生抵抗衬套中的销的竖直运动的阻力，并且该阻力等于(Fl+F2)×μ，其中μ是销和衬套之间的滑动摩擦系数。如果(Fl+F2)×μ大于Fv，则将防止蜗杆轴远离蜗轮移动。也就是说，对于所有水平的转矩，都将保持蜗杆轴与蜗轮的双齿面接触。

注意，由于杠杆效应，Fl＝Fh×(L+H)/L并且F2＝Fh×H/L。因此Fl+F2＝Fh×(1+2H/L)

如上所述，为了将销锁定在衬套中，力Fl(即Fh×(1+2H/L)×μ)必须大于Fv，所述Fv本身等于Fh×tanα/tanγ。

因此，Fh×(1+2H/L)×μ必须大于Fh×tanα/tanγ。

通过除以Fh显示(1+2H/L)×μ必须大于tanα/tanγ。

因此，为了将销锁定在衬套中，μ必须大于(tanα/tanγ)/(l+2H/L)。

防敲击弹簧(ARS)2的作用是确保每当转矩为零时蜗杆轴保持与蜗轮双齿面接触。实现这一目标所需的ARS力远小于传统EPS变速箱通常确保脱离转矩所需的力。因此，相比之下，由ARS引起的静摩擦减小。

轴承5、6、7设计为具有球形内座圈而非圆柱形内座圈的滚针轴承，以便防止作用在轴承支架4上的意外的力或力矩，所述意外的力或力矩可能是由于蜗杆轴的小轴向偏差或角度偏差所造成的。在没有这种轴承选择的情况下，则即使在蜗轮处的转矩为零时，销也可能由于所述偏差而卡在衬套中。如果存在这些偏差，则可能需要更强的ARS以便确保当蜗轮转矩为零时蜗杆轴始终处于双齿面接触。如果安装更强的ARS，将导致更高的静摩擦。

铰接限制软止动件14与调节器螺钉13一起提供了对蜗杆轴可以移动远离蜗轮的距离的机械限制。如果夹紧设备按预期运行，则该特征是多余的。但是，将其包括在内以便确保蜗杆和蜗轮永远不会分离超过规定的量。

在图3所示的替代实施例中，被夹紧部分可以被固定到变速箱壳体，夹紧部分被固定到外轴承座圈上。例如，销可以相对于变速箱壳体被锚固并且可以在轴承支架中的钻孔中滑动。将需要重新构造销的长度、钻孔的长度和它们与轴承5、6、7的中心相距的距离，以便复现所期望的锁定效果。

图3a示出了在轴承支撑件16的替代设计中安装衬套的方法，该方法使得能够通过拧紧螺钉17和/或螺母18来挤压衬套，以为了稍许减小衬套的钻孔的直径。通过这种方式，在组装之后可以精细地调节衬套和销之间的间隙。

图4a至图6示出了本发明的第二实施例。图4a示出了通过标称的蜗杆轴的轴线的两个正交横截面图。在该实施例中，尾轴承25可以是滚针型(如图所示)或者是滚珠轴承，其内座圈是在蜗杆轴21上的滑动配合件。在任何一种情况下，滚动元件和滚道之间都需要有几微米的内部径向间隙，以便允许尾轴承的内座圈和外座圈相对于彼此倾斜一角度的一部分。

轴承25的外座圈被固定在尾轴承支架26中，所述尾轴承支架在轴承的区域中基本上是圆柱形的，但是在其远离蜗杆轴的端部上具有延伸部分32，该延伸部分具有窄的矩形横截面。延伸部分的较大平坦面与蜗轮30的节圆平面平行。在该实施例中，该延伸部分限定了夹紧设备的被夹紧部分。延伸部分定位在两个摩擦块28的平行面之间的间隙中，所述两个摩擦块被固定到变速箱壳体23。所述间隙的宽度由夹紧在两个摩擦块之间的间隔件29确定，并且被设计成比延伸部分32宽几微米，以便在变速箱中存在转矩反转时避免发生敲击。在该第二实施例中，两个摩擦块形成夹紧设备的夹紧部分。

可以是深沟球型的主轴承24在其滚动元件和其滚道之间具有足够的内部径向间隙，以便允许轴承的内座圈和外座圈相对于彼此倾斜一角度的一部分，从而允许蜗杆轴21围绕大约位于主轴承24的中心的点枢转。替代地，主轴承24可以被柔性地安装到变速箱壳体23，使得蜗杆具有一定的自由度以便绕位于主轴承24所在位置的点倾斜，同时所述蜗杆具有可忽略的沿其自身轴线线性地移动的自由度。

图5示出了在平行于蜗轮轴线的平面中的蜗杆轴的横截面。当变速箱传递给定的转矩时，将存在成比例的力Fe，其与蜗轮轴线平行并且在啮合点33处作用在蜗杆上，所述力的大小是齿的螺旋角的函数。力Fe将推动蜗杆围绕主轴承24枢转，并且在试图倾斜时蜗杆轴将在尾轴承25上施加力Fh。这将在尾轴承支架26的延伸部分与两个摩擦块28的平行面之间的重叠部分的各末端处产生成比例的反作用力F1和F2。力F1和F2将导致产生抵抗尾轴承支架26相对于摩擦块28的滑动运动的阻力，该阻力等于(F1+F2)×μ，其中μ是尾轴承支架26和摩擦块28之间的滑动摩擦系数。

图6示出了在垂直于蜗轮轴线的平面中的蜗杆轴的横截面。在啮合点33处竖直作用在蜗杆轴上的力Fp是齿压力角的函数。所述力将推动蜗杆轴绕主轴承24枢转。在试图远离蜗轮倾斜时蜗杆轴将需要在尾轴承支架延伸部处的竖直力Ff来约束蜗杆轴。如果(F l+F2)×μ大于Ff，则将防止蜗杆轴远离蜗轮移动。也就是说，对于所有水平的转矩，将保持蜗杆轴与蜗轮的双齿面接触。

防敲击弹簧22的作用是确保每当转矩为零时蜗杆轴保持与蜗轮的双齿面接触。实现这一目标所需的ARS力远小于传统EPS变速箱通常确保脱离转矩所需的力。因此，相比之下，由ARS引起的静摩擦减小。

参见图5和图6，通过计算可以看出，对于作用在蜗轮上的任何转矩水平，为了要锁定在摩擦块28之间的尾轴承支架26，

μ必须大于(tanα/sinγ)+(G－R)/(Wtanγ)[2(Y+L)(W+X+Y)/(L(W+X)]－1

其中R＝蜗轮的节圆半径。

尾轴承25可以是滚珠轴承型或滚针型(如图所示)。轴向定位轴承支架26的轴承支架引导件27仅在使用滚针类型时才需要。其作用是约束轴承支架26以防止在蜗杆轴轴线的方向上移动。

在图7和8中示出本发明的第三实施例。图8包括穿过标称的蜗轴的轴线的两个正交横截面。在该实施例中，在转矩传递期间作用在蜗杆上的轴向力Fa在尾轴承45处被反作用。蜗杆轴围绕由主轴承端部处的万向节销63所限定的轴线而枢转进入啮合或脱离啮合。万向节销可以放置为与齿啮合点53齐平，因为这最小化了顺时针和逆时针运行之间的变速箱摩擦的差异。在该实施例中，作用在尾轴承45上的轴向蜗杆轴力用于在每当转矩被施加到蜗轮时，将蜗杆轴锁定在双齿面啮合位置。

主轴承44被固定在万向节54中，该万向节在两个万向节销63上枢转，所述两个万向节销本身被固定在变速箱壳体50中。万向节具有两个同轴的开口半圆形槽66，所述槽抵接万向节销定位。该槽具有与销基本相同的半径。销通过弹簧55与这些槽的底部保持永久接触，该弹簧的一个端部经由衬套59而作用在电动机轴(未示出)的端部上。弹簧55的另一个端部经由插销52而作用在万向节54上，该插销在其端部处被固定到万向节。弹簧确保在一个方向上偏压万向节枢轴，因此保持无间隙。蜗杆轴是在万向节钻孔67中沿所述钻孔的轴向方向的自由滑动配合件，但是通过插销52接合在蜗杆轴41中的销槽61中所述蜗杆轴可旋转地联接到该万向节钻孔，所述销槽是细长孔形式。插销能够沿着销槽61的长度在蜗杆轴的轴向方向上自由滑动，但是其周向相对于蜗杆轴是在槽中的精确配合件。因此，万向节54和蜗杆轴41几乎没有间隙地一起旋转。

联接凸缘60在蜗杆轴的主轴承端部处压在所述蜗杆轴上，并经由柔性的辐条联接器(spider coupling，未示出)与电动机接合。该机械布置确保除了由于蜗杆轴与蜗轮的啮合所导致的力而没有作用在蜗杆轴上的显着的力。它还使得万向节与作用在蜗杆轴上的轴向力相隔离，这些轴向力替代地被尾轴承45反作用。

尾轴承45通过螺钉64固定到蜗杆轴41并且可以是深沟球型，所述尾轴承可以具有如图所示的双排结构，以便确保足够的轴向载荷能力，同时直径仍然相对较小。尾轴承的外座圈被保持在尾轴承支架46中。在其外端部固定有移动摩擦板48，所述移动摩擦板通过带螺纹的蜗杆轴引导件56而固定到支架上。移动摩擦板48是基本平坦且圆形的，并且限定了夹紧设备的被夹紧部分。其具有径向相对的两个突出部，所述两个突出部中的每个突出部的两个侧部都用作摩擦表面。每个突出部都可以在各侧上涂覆或机械附接到高摩擦材料的层62。当变速箱传递转矩时，摩擦板48上的突出部被蜗杆轴上的轴向力Fa推动成与内摩擦板49或与外摩擦板47接触，这取决于转矩方向并因此取决于Fa的方向。这些板形成夹紧设备的夹紧部分。这些板的接触表面之间的滑动摩擦系数η导致产生摩擦力Ff，该摩擦力抵抗蜗杆轴被齿分离力Fp推离蜗轮的趋势。注意，由轴向力Fa和齿压力角α的相互作用产生力Fp。

当转矩方向反转时，移动摩擦板48被推动与摩擦板47和49中的一块摩擦板脱离接触并且与另一块摩擦板接触。为了避免在发生这种情况时的敲击问题，摩擦板47和49之间的间隙可能仅略微宽于移动摩擦板48上的突出部的厚度，或者更具体地，略微宽于跨越摩擦面62测量的厚度。可以使用螺钉65精细地调节所述间隙，所述螺钉将外摩擦板47固定到变速箱壳体43。

蜗杆轴引导件56在其外端部处具有圆形插接部(spigot)68，该插接部包括O形环槽57。该插接部在外摩擦板47的中央部分中的加工的短铰接槽58中自由滑动一短距离，所述短铰接槽为细长圆形形式。由此控制插接部68仅仅沿着平行于蜗轮节圆直径的平面的方向移动。O形环防止在铰接槽58和蜗杆轴引导件的插接部68之间出现敲击噪音。

防敲击弹簧42的作用是确保每当转矩为零时保持蜗杆轴与蜗轮双齿面接触。实现此目的所需的防敲击弹簧力远远小于传统EPS变速箱通常确保脱离转矩所需的力。因此，相比较而言，减少了由于ARS导致的静摩擦。防敲击弹簧42还可以用于经由其自由端部与尾轴承支架46的壁中的孔或外部制动器相接合来防止尾轴承支架46旋转。

参考图8，简单来说

Ff＝Fp×A/(A+B)

但是，Fp＝Fa×tanα，其中α＝蜗杆的齿面压力角。

因此，Ff＝Fa×tanα×A/(A+B)

如果Fa×η大于Ff，则接触板48与接触板47或49之间的摩擦力将足以使蜗杆轴保持在与蜗轮完全啮合的位置。

也就是说，如果Fa×η大于Fa×tanα×A/(A+B)。

也就是说，η必须大于tanα×A/(A+B)。

本领域技术人员将理解的是，夹紧意味着至少一个部件被压靠在另一个部件上，并且由于两个表面的摩擦系数这样做会产生摩擦力，该摩擦力抵抗两个部件之间的相对滑动。随着将两个表面压在一起所用的力增加(即一个面被另一个面夹紧的程度增加)，抵抗剪切的摩擦力的值也增加。夹紧的紧密度根据蜗轮承受的转矩而变化。

在图9和图10中示出本发明的第四实施例。图9是在蜗杆轴的尾轴承区域中穿过蜗杆轴的轴线的横截面，图10是沿着蜗杆轴的轴线观察的、穿过尾轴承的中心的横截面图。在该实施例中，蜗杆轴的尾轴承的位置可以通过与第一实施例中使用的力相等的力来锁定。尾轴承是滚针式并且具有圆柱形的外座圈5和一组平行的滚子6，所述一组平行的滚子由保持架等间隔地保持。内座圈7也具有圆柱形形状。外座圈5保持在轴承支架4中，而内座圈被固定到蜗杆轴1。图9和图10示出了第四实施例的主要元件，所述主要元件与图3所示的第一实施例的形式相比围绕蜗杆轴的轴线旋转180度。该旋转不影响操作的原理并且它同样可以定向成与图1的实施例相同。

具有矩形横截面的轴69形成轴承支架4的一部分并且从其主体向上延伸。该轴的突出部分的较大部分可滑动地接合在矩形的齿形(castellated)孔70内，该矩形的齿形孔由在层压件72中的每个层压件中的中心孔71形成，该层压件组装成堆叠73。层压件的堆叠73被夹在刚性夹板74之间，该夹板74通过螺钉12相对于基板3固定。基板3可以是单独的部件(其机械地固定到变速箱壳体11，如图所示)，或者可以是变速箱壳体的一体化部分。例如，所述基板可以是壳体同一铸件的一部分。

轴69和钻孔70之间的水平间隙(当在平行于蜗轮轴线且在垂直于蜗杆轴的轴线的平面中测量时)非常小。这是为了防止当轴承支架4经受反转的水平载荷时在这两个部件之间发生敲击噪声。出于同样的原因，滚针轴承相对于其座圈的直径间隙也非常小。

在图11中分别示出了该实施例的每个重要部件的两个视图。在堆叠73中使用的所有层压件72可以是相同的。它们可以具有不对称的形状并且以交替的第一和第二取向堆叠，使得每个层压件的一个端部75略微突出超过每个相邻的层压件的毗邻端部。沿着每个层压件72的中心孔71的一侧存在突出边缘76，并且所述突出边缘靠近组件中的轴69。在冲压层压件之后，突出边缘76可以被压得非常笔直且平滑。在组件中，第一方向上的层压件72的突出边缘76靠近轴69的第一宽侧，而在第二方向上的每个相邻的层压件的等同边缘则靠近轴69的相对的第二宽侧。在拧紧螺钉12之前，能够通过将指向轴69的均匀的轻微的力同时施加到所有层压件的突出端部75，来将轴69和钻孔70之间的水平间隙调节为零。该行为使得每个突出边缘76与轴69的第一宽侧或第二宽侧轻微接触。然后拧紧螺钉12。理想地，存在奇数个层压件，使得无论轴承支架4是被向左还是向右推动，在轴8和矩形的钻孔70的侧部之间均产生相同的接合总长度L。图10中的尺寸H取决于轴承支架4是被向左还是向右推动，会以一个层压件的厚度改变。

参照图10，当转矩作用在蜗轮上从而导致蜗杆轴处的反作用时，蜗杆轴在滚针轴承5、6、7上施加水平径向力Fh，该水平径向力是齿螺旋角γ(伽马)和竖直径向力Fv的函数。Fv是齿压力角α(阿尔法)的函数。螺旋角γ可以是大约18度并且齿压力角α可以是大约14度。力Fh和Fv的比率约等于这些相应角度的正切值的比率。通常，Fh可以是Fv的约1.3倍。注意，当转矩反转时Fh的方向反转但Fv的方向不反转。

在本发明的第四实施例中，如图9和图10所示，力Fh将在轴69与钻孔70的底部和顶部之间产生反作用力F1和F2。这些力F1和F2将导致抵抗钻孔中的销的竖直运动的阻力，该阻力等于(Fl+F2)×μ，其中μ是轴和钻孔之间的滑动摩擦系数。如果(Fl+F2)×μ大于Fv，则将防止蜗杆轴远离蜗轮移动。也就是说，对于所有水平的转矩，将保持蜗杆轴与蜗轮的双齿面接触。

注意，由于杠杆效应，Fl＝Fh×(L+H)/L并且F2＝Fh×H/L。

因此Fl+F2＝Fh×(1+2H/L)

如上所述，为了使轴锁定在钻孔中，力Fl，即Fh×(1+2H/L)×μ必须大于Fv，Fv本身等于Fh×tanα/tanγ。

因此，Fh×(1+2H/L)×μ必须大于Fh×tanα/tanγ。

除以Fh显示(1+2H/L)×μ必须大于tanα/tanγ

因此，对于锁定在钻孔h中的轴，μ必须大于(tanα/tanγ)/(l+2H/L)。

防敲击弹簧2的作用是确保每当转矩为零时蜗杆轴与蜗轮保持双齿面接触。实现这一目标所需的ARS力远小于传统EPS变速箱通常保证脱离转矩所需的力。因此，相比较之下，由ARS引起的静摩擦减小。

参照图9，轴承5、6和7设计为具有传统圆柱形的内座圈的滚针轴承，而非具有第一实施例中使用的球形的内座圈。这是因为由于轴69的窄表面78与钻孔70的窄表面之间的间隙77，销69能够在蜗轮的平面内稍微旋转，因此可以适应蜗杆轴相对于层压件的堆叠73的小的角度偏差。

图10中所示的铰接软止动件78提供了对蜗杆轴可以远离蜗轮移动的距离的机械限制。如果本发明仅表现出预期的行为，则该特征是多余的。但是，将其包括在内以确保蜗杆和蜗轮永远不会分离超过规定的量。

位于轴承支架4中的水平软止动件79将轴69保持在相对于钻孔70的大致中心的位置，如图9所示。

在图9中所示的实施例的替代实施例中，轴可以相对于变速箱壳体被锚固，并且可以在由层压件形成的钻孔中滑动，所述层压件被螺栓固定至轴承支架。轴的长度、钻孔的长度以及它们与轴承5、6、7的中心相距的距离将需要被重新构造以便复现所需的锁定效果。

在基于第二实施例的本发明的第五实施例中，尾轴承支架26已经如图12所示进行了修改(与图4相比，其中与图4中的相同部件的对应描述适用于图12的布置)。图12是沿朝向蜗轮的方向观察的、在蜗杆轴的尾轴承区域中穿过蜗杆轴的横截面图。在该第五实施例中，通过使尾轴承支架延伸部与摩擦块的内侧面之间的间隙均等地渐缩以便形成楔形类型的接合，已经减轻了实现尾轴承支架延伸部32的宽度相对于摩擦块的内侧面之间的间隙的宽度的非常精确匹配的要求。在图12中，尾轴承支架26被固定到滚针轴承25的外座圈，并且可以沿着蜗杆轴的轴线自由地小量滑动，这是因为滚子不会被内座圈轴向约束。压缩弹簧34的一个端部位于变速箱壳体23上，另一端部推动尾轴承支架26朝向摩擦块35，该摩擦块具有渐缩的间隙36。摩擦块35被固定到变速箱壳体23并且可以制成为单个部件，如图12所示。可以组合地选择弹簧的力与渐缩部的夹角，以便仅对尾轴承支架在摩擦块中的滑动产生低摩擦阻力(即，沿着垂直于图12的视图的方向滑动)，而同时确保现在成角度的力F₁和F₂的平行于蜗杆轴的轴线的分量不会推动尾轴承支架远离摩擦块(即，沿图12中的视图的向左侧的方向)。

Claims (42)

1.一种用于电动助力转向设备的变速箱组件，所述变速箱组件包括：

变速箱壳体，其容纳蜗杆轴和蜗轮，

所述蜗杆轴包括一个或多个外部螺旋的蜗杆齿，并且所述蜗杆轴在最靠近电动机的端部由主轴承组件以及在最远离所述电动机的端部由尾轴承组件相对于所述壳体支撑，输出轴支撑所述蜗轮，所述输出轴具有提供从所述变速箱组件输出动力的至少一个端部，

其中至少所述尾轴承组件通过有限的运动范围相对于所述壳体自由移动，这使得所述蜗杆轴能够径向地远离所述蜗轮的轴线移动，并且

所述主轴承组件和所述尾轴承组件中的一个用作为用于蜗杆轴的倾斜运动的枢转中心，所述尾轴承组件进一步允许所述蜗杆轴在基本垂直于所述蜗杆轴的轴线的第一方向上的线性运动，以便使所述蜗杆齿移位成与所述蜗轮啮合接合以及脱离啮合接合，所述蜗杆轴的蜗杆齿具有倾斜的齿面，当所述变速箱传递转矩时，所述倾斜的齿面使得所述蜗杆轴沿着所述第一方向被推动远离所述蜗轮，所述蜗杆轴的蜗杆齿具有螺旋角，当变速箱传递转矩时，所述螺旋角使得所述蜗杆齿沿着大致平行于所述蜗轮的轴线的第二方向被推动，

其特征在于，所述变速箱组件还包括夹紧设备，所述夹紧设备具有：第一夹紧部分，所述第一夹紧部分被固定到所述尾轴承组件和所述变速箱壳体中的一个；和第二被夹紧部分，所述第二被夹紧部分被固定到所述尾轴承组件和所述变速箱壳体中的另一个，所述夹紧部分将夹紧力施加到所述被夹紧部分上，所述夹紧力随着蜗轮转矩的增加而增加，使得针对非零的蜗轮转矩，所述夹紧设备产生摩擦力，所述摩擦力锁定所述尾轴承组件以防止否则会发生的所述蜗杆轴沿所述第一方向的线性运动。

2.根据权利要求1所述的变速箱组件，其中，所述主轴承组件提供了抵抗所述蜗杆轴的平行于其自身轴线的运动的基本刚性的约束。

3.根据权利要求2所述的变速箱组件，其中，所述夹紧设备包括：固定到所述尾轴承组件的被夹紧部分；和相对于所述变速箱壳体固定并且夹紧所述被夹紧元件的夹紧部分。

4.根据权利要求3所述的变速箱组件，其中，所述夹紧部分包括第一构件，所述第一构件刚性地附接到所述尾轴承组件的非旋转部分，并且所述第一构件的轴线从所述非旋转部分沿着大致径向方向延伸远离所述尾轴承组件，所述径向方向与所述蜗轮的节圆的平面基本平行，所述第一构件能够与夹紧机构可滑动地接合，所述夹紧机构包括第二构件，所述第二构件远离蜗杆轴的轴线并且刚性附接到所述变速箱壳体，所述第二构件具有钻孔，所述钻孔接收突出的所述第一构件，突出的所述第一构件和所述钻孔具有共同的轴线，所述共同的轴线沿着基本垂直于所述蜗杆轴的轴线的方向延伸，并且在突出的所述第一构件和所述钻孔之间存在确定长度的接合。

5.根据权利要求4所述的变速箱组件，其中，所述第一构件包括圆柱部，所述第二构件的所述钻孔具有圆柱形形状，所述圆柱形形状的直径基本等于突出构件的直径。

6.根据权利要求4所述的变速箱组件，其中，所述第一构件是细长的并且具有矩形横截面，所述第一构件在其第一端部处直接或经由连接元件而刚性地附接到第二轴承设备的非旋转部分，所述第一构件的轴线从所述非旋转部分沿基本径向方向延伸远离所述第二轴承设备，所述方向基本平行于所述蜗轮的所述节圆的平面，所述第一构件在其第二端部处与所述第二构件可滑动地接合，所述第二构件远离所述蜗杆轴的轴线并且刚性地附接到所述变速箱壳体，所述第二构件具有与所述第一构件同轴的矩形横截面的钻孔，所述第一构件和所述钻孔的共同的轴线的方向基本垂直于所述蜗杆轴的轴线，并且在所述钻孔的至少两个相对侧与所述第一构件之间存在确定长度的接合。

7.根据权利要求2所述的变速箱组件，其中，所述夹紧设备包括：固定到所述变速箱壳体的被夹紧元件；和夹紧机构，所述夹紧机构相对于所述尾轴承组件固定并且夹紧所述被夹紧元件。

8.根据权利要求7所述的变速箱组件，其中，所述被夹紧元件包括第一构件，所述第一构件远离所述蜗杆轴的轴线并且在一个端部处刚性地附接到所述变速箱壳体，所述第一构件在基本径向方向上朝第二轴承设备的中心延伸并且基本平行于所述蜗轮的节圆的平面，所述第一构件与所述夹紧机构可滑动地接合，所述夹紧机构包括第二构件，所述第二构件刚性地附接到所述第二轴承设备的非旋转部分，所述第二构件具有钻孔，所述钻孔沿基本径向方向延伸远离所述第二轴承设备并且与所述第一构件同轴，所述第一构件和所述钻孔的共同的轴线具有基本垂直于所述蜗杆轴的轴线的方向，并且在所述第一构件和所述钻孔之间存在确定长度的接合。

9.根据权利要求8所述的变速箱组件，其中，所述第一构件包括细长圆柱部，并且所述第二构件的所述钻孔具有圆柱形形状，所述圆柱形形状的直径基本等于突出构件的直径。

10.根据权利要求8所述的变速箱组件，其中，所述第一构件是细长的并且具有矩形横截面，所述第一构件远离所述蜗杆轴的轴线延伸并且在第一构件的第一端部处直接或经由连接元件而刚性地附接到所述变速箱壳体，所述第一构件的轴线在基本径向方向上朝所述第二轴承设备的中心延伸并且基本平行于所述蜗轮的所述节圆的平面，所述第一构件与第二构件可滑动地接合，所述第二构件刚性附接到所述第二轴承设备的所述非旋转部分，所述第二构件具有矩形横截面的钻孔，所述钻孔沿基本径向方向延伸远离所述第二轴承设备并且与所述第一构件同轴，所述第一构件和所述钻孔的共同的轴线具有基本垂直于所述蜗杆轴的轴线的方向，并且在圆柱形的所述第一构件和圆柱形的所述钻孔之间存在确定长度的接合。

11.根据权利要求2至10中任一项所述的变速箱组件，其中，所述第二轴承设备是滚针型并且具有圆柱形的外座圈和一组平行滚子，所述一组平行滚子由保持架周向间隔开，并且所述第二轴承设备具有内座圈，所述内座圈在其中心处具有球形部分，所述球形部分允许所述内座圈和所述外座圈之间存在一些角度偏差。

12.根据权利要求2至10中任一项所述的变速箱组件，其中，所述第二轴承设备是滚珠轴承，并且所述第二轴承设备的内座圈能够固定到所述蜗杆轴的远离所述电动机的端部或者是在所述端部上的滑动配合件。

13.根据权利要求2所述的变速箱组件，其中，所述夹紧设备包括第一构件，所述第一构件刚性地附接到第二轴承设备的所述非旋转部分，所述第一构件的轴线从所述非旋转部分沿着基本径向方向延伸远离所述第二轴承设备，所述径向方向与所述蜗轮的节圆的平面成一角度，所述第一构件与第二构件可滑动地接合，所述第二构件远离所述蜗杆轴的轴线并且刚性地附接到所述变速箱壳体，所述第二构件具有与所述第一构件同轴的互补钻孔，所述第一构件和所述钻孔的共同的轴线具有基本垂直于所述蜗杆轴的轴线的方向，并且在所述第一构件和所述钻孔之间具有确定长度的接合。

14.根据权利要求2所述的变速箱组件，其中，所述引导设备包括第一构件，所述第一构件是细长的并且具有矩形横截面，所述第一构件在其第一端部处直接或经由连接元件而刚性地附接到第二轴承设备的非旋转部分，所述第一构件的轴线沿着基本径向方向从所述非旋转部分延伸远离所述第二轴承设备，所述径向方向与所述蜗轮的节圆的平面成一角度，所述第一构件在其第二端部处与第二构件可滑动地接合，所述第二构件远离所述蜗杆轴的轴线并且刚性地附接到所述变速箱壳体，所述第二构件具有与所述第一构件同轴的矩形横截面的钻孔，所述第一构件和所述钻孔的共同的轴线具有基本垂直于所述蜗杆轴的轴线的方向，并且在所述钻孔的至少两个相对侧与所述第一构件之间存在确定长度的接合。

15.根据权利要求8至14中任一项所述的变速箱组件，其中，所述第二构件中的所述钻孔与所述蜗杆轴的轴线相距的距离、所述第一构件在所述钻孔中的接合的长度以及所述第一构件与所述钻孔之间的滑动摩擦的系数相组合，以便防止当所述第二轴承设备对在所述变速箱传递转矩期间在所述蜗杆的齿处产生的力反作用时发生所述第一构件和所述钻孔相对于彼此的滑动运动。

16.根据权利要求2所述的变速箱组件，其中，所述夹紧设备包括第一构件，所述第一构件远离所述蜗杆轴的轴线并且所述第一构件的一个端部刚性地附接到所述变速箱壳体，所述第一构件沿着基本径向方向朝第二轴承设备的中心延伸并且与所述蜗轮的节圆的平面成一角度，所述第一构件与第二构件可滑动地接合，所述第二构件刚性地附接到所述第二轴承设备的未旋转部分，所述第二构件具有钻孔，所述钻孔沿着基本径向方向延伸远离所述第二轴承设备并且与所述第一构件同轴，所述第一构件和所述钻孔的共同的轴线具有基本垂直于所述蜗杆轴的轴线的方向，并且在所述钻孔与所述第一构件之间存在确定长度的接合。

17.根据权利要求16所述的变速箱组件，其中，所述第一构件包括细长圆柱部，所述第二构件的所述钻孔具有圆柱形形状，所述圆柱形形状的直径基本等于所述突出构件的直径。

18.根据权利要求16所述的变速箱组件，其中，所述引导设备包括第一构件，所述第一构件是细长的并且具有矩形横截面，所述第一构件远离所述蜗杆轴的轴线并且所述第一构件的第一端部直接或经由连接元件而刚性地附接到所述变速箱壳体，所述第一构件的轴线在基本径向方向上朝所述第二轴承设备的中心延伸并且与所述蜗轮的所述节圆的平面成一角度，所述第一构件与第二构件可滑动地接合，所述第二构件刚性地附接到所述第二轴承设备的非旋转部分，所述第二构件具有矩形横截面的钻孔，所述钻孔沿基本径向方向延伸远离所述第二轴承设备并且与所述第一构件同轴，所述第一构件和所述钻孔的共同的轴线具有基本垂直于所述蜗杆轴的轴线的方向，并且在所述圆柱形第一构件和所述圆柱形孔钻之间存在确定长度的接合。

19.根据权利要求16至18中任一项所述的变速箱组件，其中，所述第二构件中的圆柱形的所述钻孔与所述蜗杆轴的轴线相距的距离、所述第一构件在所述钻孔中的接合长度以及所述第一构件与所述钻孔之间的滑动摩擦的系数相组合，以便防止当所述第二轴承设备对在所述变速箱传递转矩期间在所述蜗杆齿处产生的力反作用时发生所述第一构件和所述钻孔相对于彼此的滑动运动。

20.根据权利要求6、10、14或18或从属于它们的任何权利要求所述的变速箱组件，其中，所述矩形横截面的钻孔由层压件的堆叠形成，所述层压件的堆叠中的每个层压件均具有基本矩形的孔，所述孔限定了所述钻孔的一部分。

21.根据权利要求20所述的变速箱组件，其中，在相邻的一对层压件中的第一层压件中的孔的一侧部分地限定钻孔的第一侧，并且所述一对层压件中的第二层压件中的孔的一侧部分地限定钻孔的第二侧，所述钻孔的所述第二侧大致与所述钻孔的所述第一侧相对，存在多个堆叠的所述层压件的对，以便限定矩形横截面的细长钻孔。

22.根据权利要求20或21所述的变速箱组件，其中，每个层压件的最靠近其孔的一侧的端部在组装成堆叠时突出超过其相邻的层压件或相邻的多个层压件的毗邻端部，所述孔的一侧部分限定由所述堆叠形成的钻孔。

23.根据权利要求20、21或22所述的变速箱组件，其中，所述堆叠中的所有层压件都是不对称的，并且在形状上彼此基本相同而且以相反的方向交替堆叠。

24.根据权利要求20至23中任一项所述的变速箱组件，其中，所述层压件的总数是奇数。

25.根据权利要求20至24中任一项所述的变速箱组件，其中，所述层压件的堆叠被夹在两块相对刚性的板之间。

26.根据权利要求25所述的变速箱组件，其中，所述层压件的堆叠被夹在两块相对刚性的板之间，所述板由具有与所述层压件的材料相似的热膨胀系数的材料制成。

27.根据权利要求2所述的变速箱组件，其中，所述夹紧设备包括具有第一对平行侧部的本体，所述本体刚性地附接到第二轴承设备的非旋转部分，并且其中所述第一对平行侧部的对称面平行于标称蜗杆轴的轴线并且基本平行于所述蜗轮的节圆的平面，具有平行侧部的所述本体能够滑动地定位在平坦的第二对平行侧部之间，平坦的所述第二对平行侧部刚性地附接到所述变速箱壳体，所述第一对平行侧部和所述第二对平行侧部的对称面基本是重合的，并且在所述第一对平行侧部和所述第二对平行侧部之间存在确定的重叠区域。

28.根据权利要求2所述的变速箱组件，其中，所述夹紧设备包括被夹紧构件，所述被夹紧构件包括具有第一对平行侧部的本体，所述本体刚性地附接到第二轴承设备的非旋转部分，其中所述第一对平行侧部的对称面平行于标称的蜗杆轴的轴线并且相对于所述蜗轮的节圆的平面倾斜一角度，带有平行侧部的所述本体通过所述夹紧装置被可滑动地定位，所述夹紧装置包括平坦的第二对平行侧部，平坦的所述第二对平行侧部刚性地附接到所述变速箱壳体，所述被夹紧构件定位于这些第二侧部之间，所述第一对平行侧部和所述第二对平行侧部的对称面基本是重合的，并且在所述第一对平行侧部和所述第二对平行侧部之间存在确定的重叠区域。

29.根据权利要求11、12或13中任一项所述的变速箱组件，其中，所述夹紧设备还包括带有平行侧部的间隔件，所述间隔件夹在所述第二对平行侧部之间，所述间隔件的宽度大于横跨所述第一对平行侧部的宽度一定量，所述一定量确定在所述第一对平行侧部和所述第二对平行侧部之间所需的滑动间隙。

30.根据权利要求1或2所述的变速箱组件，其中，所述夹紧设备包括第一本体，所述第一本体具有平坦的第一对非平行侧部，所述第一对非平行侧部形成基本对称的突出楔形物，并且实心的所述第一本体刚性地附接到第二轴承设备的非旋转部分，其中平坦的所述第一对非平行侧部的对称面平行于标称的蜗杆轴的轴线并且基本平行于所述蜗轮的节圆的平面，带有非平行侧部的实心的所述第一本体可滑动地定位于平坦的第二对非平行侧部之间，所述第二对非平行侧部形成中空的楔形物，平坦的所述第二对非平行侧部刚性附接到所述变速箱壳体，平坦的所述第一对非平行侧部和平坦的第二对非平行侧部的对称面基本是重合的，并且在平坦的所述第一对非平行侧部和平坦的所述第二对非平行侧部之间存在确定的重叠区域。

31.根据权利要求2所述的变速箱组件，其中，所述引导设备包括第一本体，所述第一本体具有平坦的第一对非平行侧部，平坦的所述第一对非平行侧部形成基本对称的突出楔形物，实心的所述第一本体刚性地附接到第二轴承设备的非旋转部分，其中平坦的所述第一对非平行侧部的对称面平行于标称的蜗杆轴的轴线并且相对于蜗轮的节圆的平面倾斜一角度，带有非平行侧部的实心的所述第一本体能够滑动地定位于平坦的第二对非平行侧部之间，所述第二对非平行侧部形成中空的楔形物，平坦的所述第二对非平行侧部刚性附接到变速箱壳体，平坦的所述第一对非平行侧部和平坦的所述第二对非平行侧部的对称面基本是重合的，并且在平坦的所述第一对非平行侧部与平坦的所述第二对非平行侧部之间存在确定的重叠区域。

32.根据权利要求11或12中任一项所述的变速箱组件，其中，从所述尾轴承组件到第一对平行侧部和第二对平行侧部之间的重叠区域的最近边缘的和最远边缘的距离与相接触的所述平行侧部的摩擦系数相组合，以便防止在所述变速箱传递转矩期间所述尾轴承设备对所述蜗杆齿处产生的力反作用时在所述第一方向上发生相对滑动运动。

33.根据权利要求1所述的变速箱组件，其中，所述主轴承组件位于所述蜗杆轴的最接近所述电动机的端部附近，所述第二轴承设备定位于所述蜗杆轴的另一端部附近，其中所述尾轴承组件提供了抵抗所述蜗杆轴平行于其自身轴线的运动的基本刚性的约束。

34.根据权利要求33所述的变速箱组件，其中，存在具有外部的第一表面和相对的外部的第二表面的第一构件，所述第一表面和所述第二表面基本垂直于所述蜗杆轴的轴线，其中第一表面具有至少一个平面区域，所述第一表面的平面区域与所述第二表面上的至少一个平面区域平行，所述第一构件固定到所述尾轴承组件的非旋转部分，其中所述平面区域基本垂直于所述蜗杆轴的轴线，所述第一构件的外部的所述第一表面和相对的外部的所述第二表面毗邻第三表面和第四表面，所述第三表面和所述第四表面分别是第二构件和第三构件的各自的外部的表面，所述第二构件和所述第三构件定位于所述第一构件的两侧并且相对于所述变速箱壳体被固定，所述第二构件和所述第三构件各自具有至少一个平面区域，所述第二构件和所述第三构件的平面区域与所述第一构件的所述平面区域中的一个平行且靠近。

35.根据权利要求33所述的变速箱组件，其中，存在具有外部的第一表面和相对的外部的第二表面的第一构件，所述第一表面和所述第二表面基本垂直于所述蜗杆轴的轴线，其中所述第一表面具有至少一个平面区域，所述第一表面的至少一个平面区域平行于所述第二表面上的至少一个平面区域，所述第一构件相对于所述变速箱壳体固定，其中所述平面区域基本垂直于所述蜗杆轴的轴线，所述第一构件的所述第一表面和所述第二表面毗邻第三表面和第四表面，所述第三表面和所述第四表面分别是第二构件和第三构件的各自的外部的表面，所述第二构件和所述第三构件定位于所述第一构件的两侧并且固定到所述尾轴承组件的非旋转部分，所述第二构件和所述第三构件各自具有至少一个平面区域，所述第二构件和所述第三构件的平面区域与所述第一构件的所述平面区域中的一个平行且靠近。

36.根据权利要求34或35所述的变速箱组件，其中，能够通过沿着平行于所述蜗杆轴的轴线作用在所述蜗杆轴上的力的的分量、根据所述力的分量的方向推动所述第一构件与所述第二构件或第三构件相接触，所述接触发生在至少一对平面区域之间，所述至少一对平面区域中的每个平面区域都位于不同的构件上。

37.根据权利要求32至36中任一项所述的变速箱组件，其中，通过使固定到所述尾轴承组件的非旋转部分的部件在槽或细长孔中接合而将所述第一构件在垂直于所述蜗杆轴的轴线的方向上的运动约束为基本线性的，所述槽或细长孔的壁被固定在所述变速箱壳体中。

38.根据前述权利要求中任一项所述的变速箱组件，其中，作用在所述第二轴承设备的所述非旋转部分上的弹性插入件限制了所述蜗杆轴远离所述蜗轮的运动。

39.根据前述权利要求中任一项所述的变速箱组件，其中，作用在所述第二轴承设备的所述非旋转部分上的弹性插入件限制了所述第二轴承设备的所述非旋转部分在沿所述蜗杆轴的轴线方向的运动。

40.根据任意一项前述权利要求所述的变速箱组件，其还包括偏压设备，所述偏压设备施加偏压力，所述偏压力将所述蜗杆轴偏压成与所述蜗轮啮合。

41.根据权利要求40所述的变速箱组件，其中，所述偏压设备包括片簧，所述片簧向所述尾轴承组件施加力，所述力沿所述第一方向将所述蜗杆轴偏压成与所述蜗轮啮合。

42.根据权利要求40或41所述的变速箱组件，其中，所述夹紧设备被布置成利用夹紧力来锁定所述尾轴承组件，所述夹紧力足够低以便在零蜗轮转矩下被所述偏压设备克服，使得所述夹紧设备不会妨碍所述偏压装置在零蜗轮转矩下的功能而是在增加的转矩情况下用于将所述蜗杆轴和所述蜗轮锁定在一起。