CN111492155B - 用于机动车转向装置的蜗轮传动系统的蜗轮以及生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车辆转向装置中的蜗轮传动系统(11)的蜗轮(12)，该蜗轮(12)具有轮毂(15)、支撑本体(16)和齿轮圈(17)，其中，支撑本体(16)是支撑环，该支撑环通过注射模制方法注射模制到齿轮圈(17)与轮毂(15)之间，并该支撑环将轮毂(15)和齿轮圈(17)以互锁的方式相互连接，齿轮圈(17)和支撑本体(16)形成多个齿(18)，并且支撑本体(16)包括支撑肋(164)，该支撑肋(164)穿过齿轮圈(17)，使得支撑肋(164)的径向向外指向的端面(166)露出。

Description

用于机动车转向装置的蜗轮传动系统的蜗轮以及生产方法
技术领域
本发明涉及一种用于机动车辆转向装置的蜗轮传动系统的蜗轮，涉及一种用于机动车辆转向装置的蜗轮传动系统，以及一种用于生产用于机动车辆转向装置的蜗轮传动系统的蜗轮的方法。
背景技术
在使用机电式助力转向装置时，尤其需要将来自电动马达的辅助扭矩传递至转向轴的传动系统。电动马达通常驱动蜗杆，该蜗杆与蜗轮接合，该蜗轮以旋转固定的方式布置在转向轴上或小齿轮上。
蜗轮包括能够以旋转固定的方式连接至转向轴或小齿轮的插入件，其中，所述插入件用塑料材料增强。所述塑料材料构造所谓的齿轮缘。
蜗轮传动系统暴露于冲击型应力，因此在正常操作中由齿面上的最大扭矩产生的力导致过大的应力。齿面对所述冲击型应力特别敏感。
从第一和未经审查的公开文献DE102014104284A1中已知一种多部件齿轮，其中连接部件将轮毂连接至齿轮缘。此处，连接部件在端面的区域中部分地包围齿轮缘齿。
已经证明该解决方案是不利的，因为在蜗杆与蜗轮之间的接合区域中产生了不均匀的力分布，因此，蜗轮系统的磨损更快，从而使损耗更快。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于机动车辆转向装置的蜗轮传动系统的蜗轮，该蜗轮通过理想的简单手段能够改善蜗杆与蜗轮之间的接合中的力分布，从而能够传递更高的扭矩。
该目的通过本发明的用于机动车辆转向装置的蜗轮传动系统的蜗轮以及用于制造用于机动车辆转向装置的蜗轮传动系统的蜗轮的方法来实现。
相应地，提供了一种用于机动车辆转向装置的蜗轮传动系统的蜗轮，该蜗轮包括轮毂、支撑元件和齿轮缘，其中，支撑元件是支撑环，该支撑环通过注射模制方法注入到齿轮缘与轮毂之间，并且该支撑环以形状配合的方式连接轮毂和齿轮缘。齿轮缘和支撑元件构造多个齿，其中，支撑元件具有支撑腹板，该支撑腹板穿透齿轮缘使得支撑腹板的径向向外指向的端侧露出。术语“露出”在此应理解为，端侧没有被齿轮缘覆盖，或者齿轮缘没有相应地突出到所述端侧之外。支撑腹板分配在应力作用下作用在齿上的力。因此使得能够传递更高的扭矩。
支撑元件的支撑腹板的高度有利地对应于齿轮缘的齿的高度。
齿轮缘优选地具有构造齿的齿面的齿元件。在本文中优选的是，一个齿元件总是构造两个相邻齿的一个齿面。在这种情况下，使支撑元件的支撑腹板各自布置在一个齿的两个齿面之间是有利的。因此，支撑腹板位于两个齿元件之间。因此，蜗轮的一个齿由两个齿元件和一个支撑腹板形成。这里作用在齿上的力不仅被支撑腹板吸收，而且还被与所述支撑腹板相邻的两个齿元件吸收。优选地，一个齿元件总是构造两个相邻齿的一个齿面。
在一个优选实施方式中，支撑腹板跨蜗轮的在齿的区域中的整个宽度延伸。因此，可以以最佳方式分配力。代替穿透整个宽度的支撑腹板，还可以想到并且可能的是，形成不具有齿的完整宽度的支撑腹板。此外可能的是，两个支撑腹板臂分别穿透齿宽的一部分，并且所述两个支撑腹板各自相互间隔开一间隙。
支撑腹板优选地具有一致的宽度。在另一个有利的实施方式中，支撑腹板具有轮廓或底切部，这导致更大的应力。
支撑腹板优选地从支撑元件的环形腹板沿径向方向向外延伸。
齿轮缘优选地是单组分塑料材料部件，其优选地由坚韧的材料形成。相反，支撑环优选地由高密度、高取向的塑料材料形成。齿轮缘和/或支撑环优选地由人造树脂或热塑性材料构成，特别是由聚酰胺、聚甲醛、饱和聚酯、聚醚和/或醚酮构成，或者包括增强纤维或纤维增强的塑料材料。
插入件优选地具有注入孔，所述注入孔被构造成用于注入塑料材料以构造支撑环。
优选地，支撑环具有底切部，该底切部在生产中允许卡在支撑环与齿轮缘之间。
此外，提供了一种用于机动车辆转向装置的蜗轮传动系统，其具有如上所述的蜗轮并且具有与该蜗轮啮合的蜗杆。
此外，提供一种用于生产用于机动车辆转向装置的蜗轮传动系统的蜗轮的方法，该蜗轮包括轮毂、支撑元件和齿轮缘，所述方法包括以下步骤：
以插入件的形式提供轮毂；
将插入件插入齿轮缘中；
通过注射模制方法在齿轮缘与插入件之间注入塑料材料，以便具体构造支撑元件，使得支撑环形式的支撑元件以形状配合的方式连接轮毂和齿轮缘，其中，齿轮缘和支撑元件构造多个齿，并且支撑元件具有支撑腹板，该支撑腹板穿透齿轮缘，使得支撑腹板的径向向外指向的端侧露出。
优选地，将齿轮缘构造成使得支撑环在固化的状态下具有底切部，该底切部在生产中允许卡在支撑环与齿轮缘之间。
齿轮缘优选地具有构造齿的齿面的齿元件。本文中优选的是，一个齿元件总是构造两个相邻齿的一个齿面。在这种情况下，使支撑元件的支撑腹板各自布置在一个齿的两个齿面之间是有利的。因此，支撑腹板位于两个齿元件之间。本文中作用在齿上的力不仅被支撑腹板吸收，而且还被与所述支撑腹板相邻的两个齿元件吸收。
在一个优选的实施方式中，支撑腹板跨蜗轮的在齿的区域中的整个宽度延伸，也就是说，支撑腹板在蜗轮的纵向轴线的方向上分别具有与齿面或齿元件的宽度相同的宽度。因此，可以以最佳方式分配力。
支撑腹板优选地具有一致的宽度。
附图说明
以下将通过附图更详细地解释本发明的优选实施方式。在图中，相同类型或等效功能的部件由相同的附图标记标识。在附图中：
图1：示出了机电式机动车辆转向装置的示意图；
图2：示出了蜗轮传动系统的横截面；
图3：示出了蜗轮的空间视图；
图4：示出了蜗轮的分解图；
图5：示出了蜗轮的支撑环的放大图；
图6：示出了蜗轮的齿轮缘的放大图；
图7：示出了不具有支撑环的蜗轮的空间视图；
图8：示出了从蜗轮的上方观察蜗轮的视图；
图9：示出了蜗轮的沿着线A-A穿过的横截面；
图10：示出了蜗轮的沿着线B-B穿过的纵截面；
图11：示出了蜗轮的沿着线D-D穿过的截面；以及
图12：示出了蜗轮的沿着线F-F穿过的截面。
具体实施方式
在图1中示意性地图示了具有方向盘2的机电式机动车辆转向装置1，该方向盘2以旋转固定的方式联接到上转向轴3和下转向轴4。上转向轴3通过扭杆110功能性地连接至下转向轴4。上转向轴3以旋转固定的方式直接连接至方向盘。沿着其蜗轮纵向轴线121用于以形状配合的方式与铰接组件接合的下转向轴4具有局部的齿，所述铰接组件又通过轴连接至转向传动系统。下转向轴4以旋转固定的方式连接至小齿轮5。小齿轮5以已知的方式与齿条6的齿区段啮合。齿条6安装在转向壳体中以便能够沿着所述齿条6的纵向轴线的方向移位。齿条6在其自由端部处通过球窝接头(未图示)连接至拉杆7。各拉杆7自身以已知的方式通过转向节分别连接至机动车辆的一个转向轮8。通过转向轴3、4和小齿轮5的连接，方向盘2的旋转导致齿条6的纵向移位，并因此导致转向轮8的枢转。转向轮8通过车道80被赋予了反作用于转向运动的反馈效果。因此需要力来使轮8枢转，该力在方向盘2处要求对应扭矩。伺服单元10的电动马达9被设置成用于在该转向运动中辅助驱动器。本文中的伺服单元10可以被布置为在转向柱上的叠置的转向装置或被布置为在小齿轮5或齿条6上的助力装置。
图2示出了布置在壳体100中的蜗轮传动系统11。提供了蜗轮12，该蜗轮12例如以旋转固定的方式连接至转向轴4。蜗轮12由蜗杆13驱动，该蜗杆13又由电动马达9驱动，其中，电动马达9的用于传递扭矩的驱动输出端14相应地联接至蜗杆13。蜗杆13在其两个端部处通过滚子轴承130径向支撑在壳体100中并能够进行角度补偿。
在图3中沿着蜗轮纵向轴线121图示了具有轮毂15、支撑环16和围绕支撑环16的齿轮缘17的蜗轮12。本文中的轮毂15构造成与输出轴4成一体，并且轮毂15在所述轮毂15的一个端部处具有用于与铰接组件以形状配合的方式连接的齿而在另一侧部处在朝向输入轴3的方向上敞开，使得扭杆110能够被引入其中。扭杆110也可以通过设置有铰接组件的端部引入到输出轴4中。如在图9中所图示，输出轴具有苜蓿叶形的内部轮廓，以便在其中容纳具有相应外轮廓的轴。
如图4至图7中所示，插入件150构造有轮毂15。插入件15优选地由金属、特别是钢制成。插入件150具有带齿152的齿轮缘153，该齿152相对于蜗轮纵向轴线121径向向外指向。本文中，在齿轮缘153的每两个突起或齿152之间设有一个注入孔151。根据该实施方式，齿轮缘153的突起152与塑料材料的齿轮缘17的注入孔151之间的比率相当于1：2的比率。换句话说：分别每隔一个在两个齿轮缘齿152之间形成的凹陷设有一个注入孔151。齿轮缘17是单组分塑料材料部件。齿轮缘17优选地由不填充玻璃纤维的坚韧材料构成。
支撑环16将插入件15连接至齿轮缘17。支撑环16在两个端侧122、123上具有加强肋161，所述加强肋161从环形腹板162沿具有插入件15的紧固区域163的方向径向地延伸。加强肋具有一致的宽度a。加强肋161从支撑环16的主体侧向地突出，但不突出超过蜗轮的在齿18的区域中的宽度b。可以沿着环形腹板162在齿18的方向上设置具有凸起和凹陷的轮廓，以使该轮廓与加强肋相反，在注射模制期间熔体驻留在该轮廓中并填充成支撑环16，以使得能够实现限定的纤维取向。支撑环16具有从环形腹板162开始径向向外延伸的支撑腹板164，所述支撑腹板164分别形成蜗轮12的齿18的一部分。支撑腹板164具有基本一致的壁厚d。支撑腹板164的相互相对的内侧165抵靠在齿轮缘17的对应的对接件上。本文中，支撑腹板164的径向向外指向的端侧166未被齿轮缘17覆盖并且构造了齿18的齿尖19。支撑环16优选地由高密度、高取向的塑料材料形成。从在支撑环16的齿根处的环形腹板162开始，设置有连接元件167，这些连接元件167在轴向上彼此相对并且与齿轮缘17的连接结构171相对应并且与连接结构171形成形状配合。
齿轮缘17在其沿插入件15的方向的内周面上具有连接突起178，沿着该连接突起178，单排或多排连接结构171分布在齿轮缘17的两端侧上并且沿着整个圆周分布。如图4中所示，连接结构具有小于齿轮缘的齿的宽度的宽度，并且以形状配合的方式接合在支撑环的连接元件167中。径向向外延伸并且优选地构造成具有两个腿部173的V形或U形的齿元件172与连接结构171在连接结构171的跨圆周延伸的外侧上相邻。腿部173在支撑腹板的端侧166的区域中具有径向向外指向的端侧179，使得端侧166、179共同构造齿18的齿尖19。齿元件172的两个腿部173在本文中分别构造两个连续的齿18的一个齿面174。齿面174具有接合机构的与蜗杆接触的接触面175。在齿元件172之间在圆周方向上设置有与支撑环16的支撑腹板164相对应的凹部176。因此，凹部176具有间距b，使得支撑环的支撑腹板164可以容纳在其中。齿元件172的外侧177因此基本上沿径向方向延伸。
如图7中所示，齿元件172或多个齿的纵向轴线181分别与蜗轮12的纵向轴线121共同围成角度α。角度α优选地在13°与20°之间的范围内；该角度特别优选地为大约15.5°。
图8至图12详细示出了完整的蜗轮12。图11示出了穿过蜗轮的齿轮17的齿元件的齿面的截面。在图12中示出了在两个连续齿的齿面之间的区域中穿过蜗轮的截面如。
齿轮缘17优选地通过隔膜浇口制成。因此可以避免流痕或结合痕。在第二生产步骤中，将齿轮缘17定位在插入件150上。以注射模制的方法将支撑环16注入到插入件150与齿轮缘17之间。为此，插入件150具有注入孔151，用于构造支撑环16的塑料材料被注入到注入孔151中。由于支撑环16的注入，存在于齿元件173之间的间隙或相应的凹部176被封闭。支撑环16因此抵达蜗轮的齿。由此形成的支撑腹板164从蜗轮12的一个端侧122到另一端侧123跨蜗轮12的整个宽度b连续地延伸。因此，该部件具有很高的刚性。通过注射模制形成的支撑环16使得能够在齿轮缘17与插入件150之间形成形状配合。所述支撑环16是可以经济地生产的高刚性的承载结构。由于为支撑环17和齿轮16选择了不同材料，因而实现了当与蜗杆接合时具有优良的接触特性和优良的支撑结构的蜗轮12。

Claims (16)

1.一种用于机动车辆转向装置的蜗轮传动系统(11)的蜗轮(12)，所述蜗轮(12)包括轮毂(15)、支撑元件(16)和齿轮缘(17)，其特征在于，所述支撑元件(16)是支撑环，所述支撑环通过注射模制方法注入到所述齿轮缘(17)与所述轮毂(15)之间，并且所述支撑环以形状配合的方式连接所述轮毂(15)和所述齿轮缘(17)，其中，所述齿轮缘(17)和所述支撑元件(16)构造多个齿(18)，并且所述支撑元件(16)具有支撑腹板(164)，所述支撑腹板(164)穿透所述齿轮缘(17)使得所述支撑腹板(164)的径向向外指向的端侧(166)露出；所述支撑元件(16)的所述支撑腹板(164)各自布置在一个齿(18)的两个齿面(174)之间。
2.根据权利要求1所述的蜗轮，其特征在于，所述齿轮缘(17)具有构造所述齿(18)的齿面(174)的齿元件(172)。
3.根据权利要求2所述的蜗轮，其特征在于，一个齿元件(172)总是构造两个相邻齿(18)的一个齿面(174)。
4.根据前述权利要求1-3中的一项所述的蜗轮，其特征在于，所述支撑腹板(164)跨所述蜗轮(12)的在所述齿的区域中的整个宽度(d)延伸。
5.根据前述权利要求1-3中的一项所述的蜗轮，其特征在于，所述支撑腹板(165)具有一致的宽度(b)。
6.根据前述权利要求1-3中的一项所述的蜗轮，其特征在于，所述支撑腹板(164)从所述支撑元件(16)的环形腹板(162)沿径向向外的方向延伸。
7.根据前述权利要求1-3中的一项所述的蜗轮，其特征在于，所述齿轮缘(17)是单组分塑料材料部件。
8.根据前述权利要求1-3中的一项所述的蜗轮，其特征在于，以插入件(150)的形式提供所述轮毂(15)，所述插入件(150)具有注入孔(151)，所述注入孔(151)被构造成用于注入塑料材料以构造所述支撑环(16)。
9.根据前述权利要求1-3中的一项所述的蜗轮，其特征在于，所述支撑环(16)具有底切部，所述底切部在生产中允许卡在所述支撑环(16)与所述齿轮缘(17)之间。
10.一种用于机动车辆转向装置的蜗轮传动系统(11)，所述蜗轮传动系统(11)具有根据权利要求1至9中的一项所述的蜗轮(12)并且具有与所述蜗轮(12)接合的蜗杆(13)。
11.一种用于生产用于机动车辆转向装置(1)的蜗轮传动系统(11)的蜗轮(12)的方法，所述蜗轮(12)包括轮毂(15)、支撑元件(16)和齿轮缘(17)，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
以插入件(150)的形式提供所述轮毂(15)；
将所述插入件(150)插入所述齿轮缘(17)中；
通过注射模制方法在所述齿轮缘(17)与所述插入件(150)之间注入塑料材料，以便具体构造所述支撑元件(16)，使得支撑环形式的所述支撑元件(16)以形状配合的方式连接所述轮毂(15)和所述齿轮缘(17)，其中，所述齿轮缘(17)和所述支撑元件(16)构造多个齿(18)，并且所述支撑元件(16)具有支撑腹板(164)，所述支撑腹板(164)穿透所述齿轮缘(17)，使得所述支撑腹板(164)的径向向外指向的端侧(166)露出；所述支撑元件(16)的所述支撑腹板(164)各自布置在一个齿(18)的两个齿面之间。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，将所述齿轮缘(17)构造成使得所述支撑环(16)在固化的状态下具有底切部，所述底切部在生产中允许卡在所述支撑环(16)与所述齿轮缘(17)之间。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述齿轮缘(17)具有构造所述齿(18)的齿面(174)的齿元件(172)。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，一个齿元件(172)总是构造两个相邻齿的一个齿面(174)。
15.根据前述权利要求11-12中的一项所述的方法，其特征在于，所述支撑腹板(164)跨所述蜗轮(12)的在所述齿的区域中的整个宽度(d)延伸。
16.根据前述权利要求11-12中的一项所述的方法，其特征在于，所述支撑腹板(164)具有一致的宽度(b)。
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