CN111547126B - 用于转向组件的蜗杆轴 - Google Patents

Abstract

一种用于转向组件的蜗杆轴包括第一端。蜗杆轴还包括与第一端相对定位的第二端。蜗杆轴还包括位于第一端和第二端之间的中间部分，该中间部分包括多个齿，所述多个齿中的每个齿限定从齿基部延伸并且在尖端区域处相会的一对侧面区段，该对侧面区段在尖端区域内限定非连续弯曲的几何形状。

Description

用于转向组件的蜗杆轴

相关申请的交叉引用

本申请要求在2019年2月12日提交的美国临时专利申请号62/804,481的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本申请涉及蜗杆轴，具体地，涉及用于转向组件的蜗杆轴。

背景技术

车辆通常采用动力转向系统作为转向组件的部件。动力转向系统可以通过蜗杆组件给转向柱和方向盘提供扭矩辅助。蜗杆组件可包括蜗杆轴和蜗轮。由于操作循环，蜗轮和蜗杆轴的齿随着时间磨损，该磨损对动力转向系统的性能产生负面影响。

发明内容

根据本公开的一个方案，用于转向组件的蜗杆轴包括第一端。蜗杆轴还包括与第一端相对定位的第二端。蜗杆轴还包括位于第一端和第二端之间的中间部分，该中间部分包括多个齿，所述多个齿中的每个齿限定从齿基部延伸并且在尖端区域处相会(meet，相遇)的一对侧面区段，该对侧面区段在尖端区域内限定非连续弯曲的几何形状。

根据本公开的另一方面，用于转向组件的蜗杆组件包括蜗杆轴，所述蜗杆轴包括第一多个齿以限定蜗杆轴的螺纹部分。蜗杆组件还包括蜗轮，所述蜗轮包括用于与第一多个齿啮合的第二多个齿，多个齿中的每个齿均限定从齿基部延伸并在尖端区域处相会的一对侧面区段，该对侧面区段在尖端区域内限定非连续弯曲的几何形状。

通过下面结合附图的描述，这些和其他优点和特征将变得更加明显。

附图说明

在说明书结尾处的权利要求中特别指出并清楚地要求了本发明的主题。从下面结合附图的详细描述中，本发明的前述和其他特征以及优点是显而易见的，附图中：

图1是示出车辆内所示的转向组件的一部分的示例的立体图；

图2是示出蜗杆轴的示例的侧视图；

图3是示出包括蜗杆轴的转向组件的一部分的示例的分解立体图；

图4是示出了与图3的转向组件的该部分一起使用的蜗轮的示例的立体图；

图5是蜗杆轴的现有技术的齿的侧视图；

图6是图5的现有技术的齿的侧视图，示出了在从齿的侧面(flank)到顶部区域的过渡处形成的不连续部的示例；

图7是示出图2和图3的蜗杆轴的齿的示例的侧视图；以及

图8是示出图7的齿的替代细节的侧视图。

具体实施方式

现在参考附图，其中将参考具体实施例描述本公开，而不是限制本公开，应当理解，所公开的实施例仅仅是本公开的说明，本公开可以以各种和替代形式实施。附图不一定是按比例的；一些特征可能被夸大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文公开的具体结构和功能性细节不应被解释为限制性的，而仅作为用于教导本领域技术人员以各种方式使用本公开的代表性基础。

图1示出了转向组件的示例，在本文中总体上称为转向组件10。图1中示出转向组件10设置在车辆12内。转向组件10可以帮助将来自方向盘16的用户输入转换为引导车辆12的运动。在该示例中，车辆12是汽车，然而，可以设想，转向组件10可用于辅助转向其他类型的交通工具(vehicles)，例如卡车、船、飞行器或其他类似的交通工具，而不脱离本公开的范围。

转向组件10可包括固定到电动转向组件18以便旋转的方向盘16或其他转向输入装置。电动转向组件18可以可操作地连接到齿条齿轮组件(rack and pinion assembly，齿条和小齿轮组件)20。方向盘16、电动转向组件18和齿条齿轮组件20可彼此布置成基于驾驶员的输入来引导车辆12的前组车轮24的运动。例如，齿条齿轮组件20可经由转向节和拉杆可操作地连接到前组车轮24中的每个车轮，以传递来自方向盘16的驾驶员输入，用于前组车轮24中的每个车轮的移动。尽管电动转向组件18在上面被描述并示出为连接到齿条电动转向组件并与该齿条电动转向组件共同使用，但是应当理解，其他类型的电动转向组件可以从本文公开的实施例受益，并被认为落在所公开的发明的范围内。例如，可以采用安装到转向柱(即，柱式电动转向)的组件。

转向组件10可与控制器29连通。控制器29可包括程序(programming，程序设计)以引导转向组件10的部件的操作和/或引导车辆12其他部件的操作。例如，程序可以基于所接收的信号和/或所检测的车辆状况来输出车辆操作命令。

可选地，转向组件10可与自转向机构30(诸如高级驾驶员辅助系统(ADAS)等)连通。自转向机构30可包括程序以引导车辆12的运动而无需驾驶员对方向盘16的输入。

图2是示出转向组件的蜗杆轴的示例的侧视图，该蜗杆轴在此总体上称为蜗杆轴50。蜗杆轴50可包括第一端54、第二端56、以及在第一端54和第二端56之间延伸的中间部分58。第一端54可以包括一个或多个滚花(knurl)。一个或多个滚花中的每一个都可以与轴中心轴线62等距地间隔开。第二端56可以与第一端54相对地定位。中间部分58可以包括第一多个齿，所述第一多个齿被布置成限定螺纹区域64。蜗杆轴50可与相邻部件一起操作，以将扭矩从马达组件传递到方向盘，从而如本文进一步描述的那样利用转向输入来辅助驾驶员。

图3是分解立体图，示出了包括蜗杆轴50的转向组件的一部分的示例，在此该转向组件总体上称为动力转向组件70。动力转向组件70可包括蜗杆轴50、马达组件72、辅助组件74、传感器组件75和转向柱组件76。辅助组件74、蜗杆轴50、传感器组件75和转向柱组件76可彼此操作，以将扭矩从马达组件72传递到车辆12的另一部件，例如方向盘或转向柱。

图4是示出转向柱组件76的蜗轮的示例的立体图，在此该蜗轮总体上被称为蜗轮100。蜗轮100可限定第二多个齿104，所述第二多个齿的尺寸和形状被设置成与蜗杆轴50的第一多个齿啮合。

图5和图6示出了用于蜗杆轴的齿的现有技术设计的示例，在此齿通常被称为齿200。齿200代表用于与现有技术转向组件中的齿轮(图5和图6中未示出齿轮)的齿啮合的现有技术的蜗杆轴的多个齿中的每个齿。齿200包括从基部206延伸并在顶点区域208处相会的一对侧面204。在该示例中，对于在操作循环期间与现有技术蜗杆轴接触的现有技术蜗轮而言，顶点区域208和该对侧面204的结构存在磨损问题。例如，齿200的过渡区域之间的连续弧在每个齿200与相应的齿轮齿之间产生不期望的接触。该不期望的接触可能在齿200与相应的齿轮齿之间产生干涉。

磨光操作是其中两个部件彼此接触并使相应表面彼此摩擦的操作的一个示例。磨光操作通常在组装之前作为部件的表面处理被执行。这样，包括被设计成与齿200类似的齿的蜗杆轴甚至在被安装在组件内以辅助转向操作之前就面临变形。

该对侧面204中的每个侧面在一对第一过渡区域210中的一个第一过渡区域处从基部206延伸。该对第一过渡区域210中的每个第一过渡区域可彼此间隔开以限定齿宽。中心线214沿着与该对第一过渡区域210中的每个第一过渡区域等距间隔开的轴线限定。

如上所述，该对侧面204中的每个侧面在顶点区域208处相会，从而限定连续的弧形。该对侧面204中的每个侧面都经由一对第二过渡区域230中的相应一个第二过渡区域延伸到顶点区域208。顶点区域208的一对弧形部分232中的每个弧形部分从该对第二过渡区域230中的相应一个第二过渡区域延伸，使得该对弧形部分232中的每个弧形部分在顶点区域208处彼此相会，从而限定连续的弧形。该对弧形部分232中的每个弧形部分限定等于0.6毫米的半径。

图6阐明了现有技术中的蜗杆齿(worm tooth)和蜗轮的设计关系的至少一个问题。例如，由于底切(undercutting)和在操作期间来自蜗杆轴的齿的应力，蜗轮的齿可能经历剪切。底切可以在每个第二过渡区域230处进一步加剧，从而导致相应的不连续部234。由于在啮合旋转期间的不期望的接触，这些不连续部234中的每一个均影响包括现有技术蜗杆轴和现有技术蜗轮的转向组件的性能。

图7和图8是示出了用于转向组件的蜗杆轴的齿的示例的侧视图，在此齿被总体上称为齿300。齿300是上述蜗杆轴50的齿的一个示例。齿300可包括从基部306延伸并在尖端区域308处相会的一对侧面区段304。可以设想的是，这对侧面区段304可以在尖端区域308内相会以限定各种形状。各种形状中的每种形状均在尖端区域308内限定非连续的弧形形状。在图7中，该对侧面区段304被示出在点309处相会，而在图8中，该对侧面区段304被示出在平顶部分(plateau portion，高台部分)311处相会。在一个示例中，该对侧面区段304中的每个侧面区段均可以在一对第一过渡区域310中的一个第一过渡区域处从基部306延伸。

中心线314可与该对第一过渡区域310中的每个第一过渡区域等距地间隔开。中心线314可沿着一轴线限定，该轴线与该对第一过渡区域310中的每个第一过渡区域间隔开的长度等于齿300的宽度的大约一半。在一个示例中，齿300的高度可以基本上等于2.7毫米。

如上所述，这对侧面区段304中的每个侧面区段可以在尖端区域308处相会。这对侧面区段304中的每个侧面区段可以经由一对第二过渡区域330中的相应一个第二过渡区域延伸到尖端区域308。在该示例中，该对第二过渡区域330中的每个第二过渡区域从侧面区段304到尖端区域308呈现更平缓的过渡，并且不会限定由于如关于齿200所述的磨光操作而导致的不连续部。

尖端区域308的一对弧形部分332中的每个弧形部分从该对第二过渡区域330中的相应一个第二过渡区域延伸至平顶部分311。在一个示例中，平顶部分311与该对第二过渡区域330中的每个第二过渡区域之间的长度大致等于大约0.68毫米。该对弧形部分332中的每个弧形部分可限定大于大约0.6毫米的半径，并且可大致等于在1毫米和2毫米之间。在一个示例中，该对弧形部分332中的每个弧形部分的半径可以基本上等于约1.2毫米。在该示例中，平顶部分311可限定基本等于约0.19毫米的长度。可以设想，每个弧形部分332可在一点处而不是在平顶部分311处相会，如图7所示的。

如上所述，蜗杆轴50的齿300的结构减轻与现有技术的蜗杆组件中蜗杆轴和蜗轮的磨损相关的负面问题。齿300对尖端区域308内的扭曲或变形的敏感性可以小得多，并且因此与现有技术的齿(例如齿200)相比提供了性能上的改进。与弧形部分232相比，弧形部分332的更大半径有助于将负载和磨损分布在相应的蜗杆齿的更大区域上，以延长蜗杆组件的使用寿命。

虽然已经结合仅有限数量的实施例详细描述了本发明的方案，但是应当容易理解，本发明不限于这样的公开的实施例。相反，本发明可被修改以结合此前未描述但与本公开的精神和范围相称的任何数量的变型、改型、替代或等同布置。另外，虽然已经描述了本发明的各种实施例，但是应当理解，本发明的方案可以仅包括所描述的实施例中的一些。因此，本发明不应被视为受前述描述的限制。

Claims (8)

1.一种用于转向组件的蜗杆轴，包括：

第一端；

第二端，与所述第一端相对定位；以及

中间部分，在所述第一端与所述第二端之间，所述中间部分包括多个齿，所述多个齿中的每个齿均限定从齿基部延伸并且在尖端区域处相会的一对侧面区段，该对侧面区段在所述尖端区域内限定非连续的弯曲几何形状，该对侧面区段在所述尖端区域内在尖端点处相会；

其中，所述多个齿中的每个齿还限定位于该对侧面区段中的一个侧面区段与所述尖端区域之间的第一过渡区域，每个齿还限定位于该对侧面区段中的另一个侧面区段与所述尖端区域之间的第二过渡区域，并且每个齿还限定一对弧形部分，该对弧形部分中的每个弧形部分自所述过渡区域其中之一延伸；

其中，所述弧形部分中的至少一个弧形部分由大于0.6毫米的曲率半径限定。

2.根据权利要求1所述的蜗杆轴，其中，所述弧形部分中的至少一个弧形部分由1毫米至2毫米之间的曲率半径限定。

3.根据权利要求2所述的蜗杆轴，其中，每个所述曲率半径等于1.2毫米。

4.根据权利要求1所述的蜗杆轴，其中，所述多个齿中的每个齿具有2.7毫米的高度。

5.一种用于转向组件的蜗杆组件，包括：

蜗杆轴，所述蜗杆轴包括第一多个齿以限定所述蜗杆轴的螺纹部分；以及

蜗轮，所述蜗轮包括用于与所述第一多个齿啮合的第二多个齿，所述多个齿中的每个齿均限定从齿基部延伸并在尖端区域处相会的一对侧面区段，该对侧面区段在所述尖端区域内限定非连续弯曲的几何形状，该对侧面区段在所述尖端区域内在尖端点处相会；

其中，所述第一多个齿中的每个齿还限定位于该对侧面区段中的一个侧面区段与所述尖端区域之间的第一过渡区域，每个齿还限定位于该对侧面区段中的另一个侧面区段与所述尖端区域之间的第二过渡区域，并且每个齿还限定一对弧形部分，该对弧形部分中的每个弧形部分自所述过渡区域其中之一延伸；

其中，所述弧形部分中的至少一个弧形部分由大于0.6毫米的曲率半径限定。

6.根据权利要求5所述的蜗杆组件，其中，所述弧形部分中的至少一个弧形部分由1毫米至2毫米之间的曲率半径限定。

7.根据权利要求6所述的蜗杆组件，其中，每个所述曲率半径等于1.2毫米。

8.根据权利要求5所述的蜗杆组件，其中，所述第一多个齿中的每个齿具有2.7毫米的高度。

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