CN112555385A - 齿轮箱组件及其蜗杆轴组件 - Google Patents

齿轮箱组件及其蜗杆轴组件 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种齿轮箱组件，所述齿轮箱组件包括：壳体；第一轴组件，所述第一轴组件包括蜗杆传动装置并且相对于所述壳体由第一支承组件支撑；以及第二轴组件，所述第二轴组件包括蜗轮传动装置，所述蜗轮传动装置也相对于所述壳体由第二支承组件支撑，所述蜗轮传动装置与所述蜗杆传动装置的蜗杆接合，以允许在两个轴组件之间传递转矩，其特征在于，所述第一轴组件包括承载所述蜗杆传动装置的长形轴和分体式卡爪驱动机构，所述卡爪驱动机构通过所述第一支承组件紧固至所述长形轴的一端，使得在使用中在所述长形轴与所述卡爪驱动机构之间传递转矩。

Description

齿轮箱组件及其蜗杆轴组件
技术领域
本发明涉及齿轮箱组件的改进，尤其涉及一种用于电动动力转向组件的齿轮箱组件。本发明还涉及结合在齿轮箱中的蜗杆轴组件，并且涉及包括齿轮箱组件的电动动力转向系统。
背景技术
已知提供一种具有定位和保护蜗轮蜗杆式传动装置组件的壳体类型的齿轮箱组件。该传动装置组件包括第一轴组件和第二轴组件，该第一轴组件包括沿轴的长度延伸的螺杆形式的蜗杆传动装置，该蜗杆传动装置相对于壳体由至少一个环形支承组件支撑；该第二轴组件包括承载蜗轮传动装置，该蜗轮传动装置也相对于壳体由至少一个支承组件支撑。这两个轴轴向偏置并且彼此垂直布置，使得蜗轮传动装置周边上的齿与蜗杆传动装置的蜗杆接合。蜗轮传动装置的旋转将引起蜗杆传动装置的旋转，并且反之亦然。这允许在两个轴之间传递转矩。一个轴可以限定齿轮箱组件的输入并且另一个轴可以限定齿轮箱组件的输出。
蜗杆传动装置组件和蜗轮传动装置组件尤其适用于需要具有高传动比的简单紧凑的机构的应用。通过合适地选择传动装置齿的设计，蜗轮蜗杆式传动装置组件可以提供在两个传递方向上的小齿隙以及低摩擦。这些是马达通过齿轮箱将辅助转矩施加给转向机构的一部分以帮助驾驶员转动方向盘的电动动力转向组件的重要特性。任何齿隙都会通过方向盘给驾驶员带来不希望的感受。输入与输出之间90度的偏置允许将驱动马达方便地定位在转向轴旁边。
为了将电动马达连接至齿轮箱组件的输入轴，已知的是提供作为蜗杆轴的一部分的卡爪驱动机构。该卡爪驱动机构可以包括一组卡爪齿，这组卡爪齿与固定至马达的相似卡爪驱动机构相接合。图3示出了在一端具有一组4个卡爪齿的现有技术蜗杆轴。如可以看到的，卡爪齿安装在径向突出的环形承载件上，该环形承载件相比于蜗杆轴具有相对较大的直径。提供卡爪齿来无滑移可能性地将驱动力从一个旋转部件传递至另一个旋转部件是齿轮箱设计领域、尤其在电动动力转向系统的齿轮箱的领域所熟知的。
申请人已经意识到，由于环形承载件的半径大，用金属棒料制造这种轴是非常浪费材料的。这使得零件生产起来相对昂贵，并且在单一金属零件的情况下，这使得轴相对较重。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种齿轮箱组件，所述齿轮箱组件包括齿轮箱组件，所述齿轮箱组件包括：壳体；第一轴组件，所述第一轴组件包括蜗杆传动装置并且相对于所述壳体由第一支承组件支撑；以及第二轴组件，所述第二轴组件包括蜗轮传动装置，所述蜗轮传动装置也相对于所述壳体由第二支承组件支撑，所述蜗轮传动装置与所述蜗杆传动装置的蜗杆接合，以允许在所述两个轴组件之间传递转矩，
其特征在于，所述第一轴组件包括承载所述蜗杆传动装置的长形轴和分体式卡爪驱动机构，所述卡爪驱动机构通过所述第一支承组件紧固至所述长形轴的一端，使得在使用中在所述长形轴与所述卡爪驱动机构之间传递转矩。
所述卡爪驱动机构可以包括两个或更多个卡爪齿，所述两个或更多个卡爪齿与所述长形轴的轴线径向偏置，以接合外部驱动机构的对应卡爪齿。这个外部机构可以是固定至电动马达的输出轴的互补的卡爪驱动机构，两个卡爪驱动机构的卡爪互锁，以将马达的旋转运动传递至第一轴组件。
第一轴组件可以包括连接装置，该连接装置用于将第一轴组件的长形轴固定至卡爪驱动机构，该连接装置包括第一支承组件。
所述连接装置可以进一步包括偏置机构，所述偏置机构使得所述第一支承组件围绕所述卡爪驱动机构的一部分定位，并且将轴向推力载荷通过所述支承组件施加到所述卡爪驱动机构上。
连接装置可以与卡爪驱动机构和长形轴分开并且可以采取套环的形式。
替代性地，所述连接装置可以是与所述长形轴上的构件相互作用的、所述卡爪驱动机构的一体部分。
所述卡爪驱动机构可以因此是卡合到所述长形轴上的卡合件，并且所述支承组件是卡合到所述卡爪驱动机构的外侧上的卡合件，其中，所述支承组件在就位时，防止所述卡爪驱动机构与所述长形轴脱扣，从而将所述卡爪驱动机构锁定在位。
可以通过使卡爪驱动机构的一部分具有弹力来实现卡合。
所述卡爪驱动机构可以包括固定部分，所述固定部分装配在所述长形轴的端部部分周围，所述固定部分包括面向内的花键，所述花键与设置在所述轴的端部上的对应的面向外的花键接合。该固定部分可以与提供的连接装置分开。
固定部分可以限定卡爪驱动件的圆柱形部分，该圆柱形部分的内直径与长形轴的外直径大致匹配。
第一支承组件可以包括环形支承组件，该环形支承组件具有环形内座圈、环形外座圈和位于两个座圈之间的支承元件，其中，该内座圈是到卡爪驱动机构的圆柱形部分的外表面的压配合件或过盈配合件。该内座圈将卡爪驱动机构的花键压成与轴的花键接合，这进而阻止卡爪驱动机构相对于轴旋转。
该圆柱形部分可以具有围绕轴的端部延伸的连续壁。然而，技术人员应理解，圆柱形部分可以限定不连续壁并且可以包括露出轴表面的切除区域。例如，圆柱形部分可以形成一组围绕长形轴的端部部分的圆周间隔开的轴向延伸的长形指状物并且这些长形指状物在第一支承组件与轴的端部部分之间。
第一支承组件的内座圈可以顶靠设置在卡爪驱动机构上的肩部，该肩部反作用于来自支承组件的推力载荷。
连接装置的偏置装置可以包括在长形轴与支承组件的内座圈之间作用的波纹环、或星形垫圈、或锥形线圈弹簧，以将支承组件固持在围绕卡爪驱动机构的圆柱形部分的位置。
在偏置装置与卡爪驱动机构一体形成时，固定部分可以包括多个轴向延伸的接片，这些接片具有在它们的内部面上形成的花键，这些花键与长形轴上的花键接合。这些接片可以围绕长形轴的花键部分间隔开。
偏置装置可以包括至少一个另外的接片，该至少一个另外的接片具有沿其长度或在其自由端部处的凸起部分或钩状部分，该凸起部分或钩状部分与长形轴上的构件接合。
支承组件在处于使用位置时可以将偏置装置固定成与长形轴接合，从而使得偏置装置防止卡爪机构相对于长形轴轴向移动。
所述卡爪驱动机构可以包括一件式部件，所述一件式部件在一端具有径向盘形部分，从所述径向盘形部分有两个或更多个卡爪齿从一个面突出并且有多个长形弹性接片背离相反的面而延伸，所述接片中的至少一个接片包括在自由端部处的面向外的肋和面向内的柄脚，所述肋将所述支承组件固位成抵靠所述盘形部分，所述柄脚与所述长形轴的凹部接合。这个弹性接片以及肋和柄脚可以形成组件的连接装置。
盘形部分可以具有中心开口，该中心开口接纳长形轴的端部部分。该盘形部分可以顶靠长形轴的端部上形成的周向肩部，以限制卡爪驱动机构可以推到轴上的距离。
可以提供至少一个定位接片，该至少一个定位接片从盘的与弹性接片相同的面延伸出来，该定位接片在内部面上设置有一个或多个花键，该一个或多个花键与长形轴上的花键互补并与之接合。这种接合允许卡爪驱动机构向长形轴传递转矩。
可能存在至少两个弹性接片和两个定位接片，定位接片和弹性接片交替地围绕长形轴的圆周。
在一件式部件的替代性方案中，所述卡爪驱动机构可以包括两个分开的半套筒，所述半套筒装配在一起以围绕所述长形轴的端部部分并且形成圆柱形部分和肩部，所述两个半套筒通过所述第一支承组件和所述偏置装置在所述长形轴上固定就位。
所述卡爪驱动机构可以包括偏置装置，所述偏置装置与所述长形轴的端部的外圆周表面中的凹部接合，以防止所述半套筒相对于所述长形轴轴向地移动。第一支承组件将接合的部分固持在此凹部中，并且防止其在载荷下径向跳出。
凹部可以包括凹槽，该凹槽可以围绕轴的整个圆周延伸。
在替代性方案中，轴可以承载卡爪驱动机构的内部表面中的径向突出部，该径向突出部伸到凹部中、与轴接合以提供轴向固位功能。径向突出部可以包括在长形轴的端部部分上形成的环形肋。
第一轴组件可以包括齿轮箱组件的输入并且第二轴组件可以包括齿轮箱组件的输出。
长形轴可以包括金属部件或金属合金。
卡爪机构可以包括模制的塑料部件或增材制造(AM)部分。
根据第二方面，本发明提供了一种用于蜗轮蜗杆式齿轮箱组件的蜗杆轴组件，
所述蜗杆轴组件包括承载蜗杆传动装置的长形轴，和紧固至所述长形轴的一端的分体式卡爪驱动机构，其中，所述长形轴和所述分体式卡爪驱动机构通过支承组件固定在一起，所述支承组件防止所述长形轴与所述分体式卡爪驱动机构之间相对轴向运动和旋转运动，使得在使用中在所述长形轴与所述卡爪驱动件之间传递转矩。
附图说明
现在将仅通过示例的方式，参照附图并如附图所展示地描述本发明的若干实施例，在附图中：
图1是蜗轮蜗杆式齿轮箱组件壳体的透视图；
图2是位于壳体内的普遍的传动装置组件的截面视图；
图3(a)和图3(b)是现有技术的用于蜗轮蜗杆式齿轮箱的一件式金属蜗杆轴组件的透视图；
图4(a)和图4(b)是根据本发明的齿轮箱组件的蜗杆轴组件的第一实施例的透视图；
图5(a)和图5(b)是与图4(a)和图4(b)相对应的剖视图。
图6是图4和图5的蜗杆轴组件的一部分的放大截面视图，示出了分体式卡爪驱动机构与蜗杆轴的端部的连接；
图7(a)和图7(b)是在将长形轴组装到齿轮箱组件之前的该长形轴的透视图和对应的剖视图；
图8(a)和图8(b)是卡爪驱动机构的一对半壳的透视图，并且图8(c)是半壳的剖视图；
图9(a)至图9(c)是第一实施例的组件的卷曲垫圈的不同视图；
图10(a)至图10(e)展示了组装第一实施例的蜗杆轴组件所要执行的主要步骤；
图11(a)和图11(b)展示了一经组装和在组装期间的蜗杆轴组件的第二实施例；
图12是用于固位第二实施例的卡爪驱动机构的开口环的透视图；
图13(a)和图13(b)展示了一经组装和在组装期间的蜗杆轴组件的第三实施例；
图14是用于固位第二实施例的卡爪驱动机构的锥形线圈弹簧的透视图；
图15是另一个实施例的视图，其中，图15(a)所示的轴被包覆模制有形成图15(b)所示的卡爪驱动机构的一部分；并且
图16(a)和图16(b)是图15的从轴上移下以突出内花键的卡爪驱动机构的透视图。
图17和图18是本发明的另一个实施例中的卡爪驱动机构的一对半壳中的一个半壳的透视图；
图19示出了两个半壳如何通过支承组件紧固至长形轴；
图20和图21是本发明的又进一步实施例中的替代性的一件式卡爪驱动机构的透视图；并且
图22示出了一件式卡爪驱动机构如何通过支承组件紧固至长形轴。
具体实施方式
如图1所示，齿轮箱组件1包括壳体10，该壳体容纳传动装置组件，其中，驱动机构固定至从壳体的一个面突出的传动装置组件的输入轴11的端部，并且传动装置组件的输出轴12的端部与输入轴成90度从另一个面突出。
图2以截面示出了齿轮箱组件1的内部构件。第一轴组件13包括承载蜗杆传动装置14的长形输入轴11。长形轴11相对于壳体由两个支承组件15、16支撑，各支承组件接近于轴11的相反端部定位。支承组件15、16固位于在壳体的内壁中形成的座中。每个支承组件均包括一组环形支承件，这组环形支承件位于在环形内座圈与环形外座圈之间。
第二轴组件17包括承载蜗轮传动装置19的第二轴18。这个第二轴在每一端也相对于壳体由支承组件支撑(未示出)，这些支承组件位于壳体的内壁中的座中。第二轴18的旋转轴线与第一轴11的旋转轴线偏置，并且与其垂直。
蜗轮传动装置19的齿与蜗杆传动装置14接合，以允许在两个轴之间传递转矩。
图7中示出了移除所有其他部件的第一轴11并且图8中以剖面图对其加以示出。该第一轴包括长形金属轴，具有在沿轴在中间切入外面中的蜗杆传动装置14。在一端处形成了一组轴向花键21，并且这些花键的内侧是终止于肩部23的环形凹槽22，该肩部隔着凹槽面向花键。
在第一轴组件的一端处是分体式卡爪驱动机构24，该卡爪驱动机构形成齿轮箱组件1的输入(在图1中可以看出)。这个卡爪驱动机构是模制的塑料部件，在此实施例中，该模制的塑料部件包括两个半壳25。长形第一轴11和分体式卡爪驱动机构24通过支承组件中的一个支承组件16固定在一起以防止长形第一轴与卡爪驱动机构之间的相对轴向运动和旋转运动，使得在使用中在长形轴11与卡爪驱动机构24之间传递转矩。值得注意地，卡爪驱动机构的直径比长形轴更大。
塑料卡爪驱动机构的两个半壳25完全相同，并且图8(a)至图8(c)详细地示出了一个半壳。每个壳均具有：部分圆柱形的部分26，该部分圆柱形的部分包括一组向内延伸的花键27；和部分盘形的肩部部分28，该部分盘形的肩部部分从部分圆柱形的部分26的端面径向向外延伸。这限定了两个面，面向部分圆柱形形状的部分并且限定肩部的一个面，以及承载两个卡爪齿29的、背向部分圆柱形形状的部分26的另一个面。当两个半壳25一起放置到长形轴11的端部上时，它们形成包绕轴的花键部分的完整的圆柱体和形成肩部的径向延伸的盘。
如所示出的，两个半壳是完全相同的，但是对本发明来说不是必需的。两个半壳25可以围绕长形轴11的端部放置，使得半壳的花键27与长形轴11上的对应花键21接合。圆柱形部分的离肩部最远的端部上的向内延伸的环30接合到轴中的与花键相邻的对应成形的凹槽中。这阻挡了卡爪驱动机构24被轴向地拉离轴的端部。
为了将两个半壳25固持在一起，将环形支承组件16定位在圆柱形部分26上，并且将波纹环40定位在容纳向内延伸的环的凹槽中，波纹环的弹性指状物41在支承件上施加推力，以进而将推力施加至卡爪驱动机构的肩部。图9示出了合适的波纹环。图6的蜗杆轴组件的截面视图中最佳示出了波纹环40的位置。
图10(a)至图10(e)示出了在组装蜗杆轴组件期间可以执行的步骤。
步骤A-将两个半壳25放置在长形轴11的端部上，使得内花键27接合长形轴11的花键并且使面向内的环30接合在轴的凹槽中。
步骤B-将环形支承组件16从距离半壳25最远的端部朝向半壳25压到轴11上。
步骤C-使得支承组件16顶靠两个半壳25的肩部，其中，支承组件的内座圈与两个半壳25的圆柱形部分26的外表面过盈配合。这将半壳25的塑料花键挤压到轴11的金属花键上。
步骤D-将波纹环40从距离支承组件16最远的端部穿到轴11上，以及最后
步骤E-使得波纹环40卡合到轴上的凹槽22中且将推力施加至支承组件16的内座圈，该推力是由半壳25的肩部来反作用的。
图11和图12示出了本发明的第二实施例。除了使用钢制的开口环50代替波纹环之外，该第二实施例具有与第一实施例相同的部件。这个开口环50卡合在轴的凹槽中，以向支承组件16施加所需要的推力。
在图13和图14所示的另一个替代性的实施例中，锥形线圈弹簧60被设置为波纹环的替代方案。弹簧的最小的一圈卡合到轴的凹槽中，并且最大的一圈作用在支承组件上。该弹簧保持这种压缩状态，以在支承组件上产生所需要的推力。
图16示出了截然不同的实施例。在此实施例中，轴11与其他实施例一样，但是通过将塑料部件包覆模制在轴11的端部上提供单件式卡爪驱动机构70。轴可以与前述实施例相同。包覆模制的卡爪驱动机构70与两个半壳的相似之处在于该包覆模制的卡爪驱动机构接合轴11的凹槽22和花键，并且具有径向环，该径向环形成用于卡爪齿的支撑面。
在包覆模制的布置中，支承组件16以与两个半壳相同的方式压在包覆模制件70的圆柱形部分的外面上，并且可以以与本发明的先前实施例相同的方式通过波纹环40、开口垫圈50或锥形弹簧60固持在位。
图17和图18示出了替代性的实施例，该替代性的实施例通过使用卡爪驱动机构的弹性构件消除了对波纹环的需要。类似于图8的实施例，提供了包括两个卡爪半壳85的卡爪驱动机构80，这两个卡爪半壳一起形成卡爪机构。这些卡爪半壳与前两个实施例相似，使用壳内侧的花键紧固至长形轴90，该内侧的花键与长形轴的端部上的花键相接合。支承组件然后被压配合在壳周围。
每个壳均具有：呈大部分圆柱形的部分86形式的轴向延伸的接片，该轴向延伸的接片限定了包括一组向内延伸的花键87的接片；和部分盘形的肩部部分88，该部分盘形的肩部部分从部分圆柱形的部分86的端面径向向外延伸。这限定了两个面，面向接片并且限定肩部的一个面，并且承载两个卡爪齿89的、背向接片的另一个面。当两个半壳85一起放置到长形轴90的端部上时，它们形成包绕轴的花键部分的圆柱体和形成肩部的径向延伸的盘。
每个半壳还都承载了沿接片的相应侧延伸的两个更窄的接片91。这两个更窄的接片是弹性的并且在一端具有面向外的钩状物92。在钩状物92与肩部部分88的面对表面之间的间隔被选择成略小于支承组件的内座圈的宽度，使得通过偏转更窄的接片而将支承组件卡合在此间隔中。同时，这使更窄的接片的端部发生变形，以形成面向内的柄脚93，该柄脚压到长形轴的凹槽中。该柄脚与盘的肩部相协作，以防止半壳相对于长形轴轴向移动。
图20和图21展示又进一步的替代性的实施例，该实施例也通过使用卡爪驱动机构的弹性构件消除了对波纹环的需要。这与图17和图18所示的实施例功能相似，但是并非两个半壳，而是卡爪机构被形成为一件式部件100。以与图17和图18的半壳上的接片相同的方式操作的、具有向外延伸的钩状物的弹性的窄接片101允许支承内座圈卡合到位并且同时施加径向向内的力，该径向向内的力将接片的端部挤压到长形轴的凹槽中。另一组定位接片103与长形轴上的花键接合，以传递转矩，这些定位接片在其内部面上各自均具有花键104。轴和支承件可以与图17和图18的实施例中所使用的完全相同。

Claims (12)

1.一种齿轮箱组件，所述齿轮箱组件包括：壳体；第一轴组件，所述第一轴组件包括蜗杆传动装置并且相对于所述壳体由第一支承组件支撑；以及第二轴组件，所述第二轴组件包括蜗轮传动装置，所述蜗轮传动装置也相对于所述壳体由第二支承组件支撑，所述蜗轮传动装置与所述蜗杆传动装置的蜗杆接合，以允许在所述第一轴组件和所述第二轴组件之间传递转矩，
其特征在于，所述第一轴组件包括承载所述蜗杆传动装置的长形轴和分体式卡爪驱动机构，所述卡爪驱动机构通过所述第一支承组件紧固至所述长形轴的一端，使得在使用中在所述长形轴与所述卡爪驱动机构之间传递转矩。
2.根据权利要求1所述的齿轮箱组件，其中，所述卡爪驱动机构包括两个或更多个卡爪齿，所述两个或更多个卡爪齿与所述长形轴的轴线径向偏置，以接合外部驱动机构的对应卡爪齿。
3.根据权利要求1或2所述的齿轮箱组件，其中，所述第一轴组件包括用于将所述轴组件固定至所述卡爪驱动机构的连接装置，并且其中，所述连接装置包括所述第一支承组件。
4.根据权利要求3所述的齿轮箱组件，其中，所述连接装置包括偏置机构，所述偏置机构使得所述第一支承组件围绕所述卡爪驱动机构的一部分定位，并且将轴向推力载荷通过所述支承组件施加到所述卡爪驱动机构上。
5.根据权利要求4所述的齿轮箱组件，其中，所述连接装置是与所述卡爪驱动机构分开的套环。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的齿轮箱组件，其中，所述连接装置是与所述长形轴上的构件相互作用的、所述卡爪驱动机构的一体部分。
7.根据权利要求6所述的齿轮箱组件，其中，所述卡爪驱动机构是卡合到所述轴上的卡合件，并且所述支承组件是卡合到所述卡爪驱动机构的外侧上的卡合件，其中，所述支承组件在就位时，防止所述卡爪驱动机构与所述长形轴脱扣，从而将所述卡爪驱动机构锁定在位。
8.根据任一前述权利要求所述的齿轮箱组件，其中，所述卡爪驱动机构包括固定部分，所述固定部分装配在所述长形轴的端部部分周围，所述固定部分包括面向内的花键，所述花键与设置在所述长形轴的该端部上的对应的面向外的花键接合。
9.根据任一前述权利要求所述的齿轮箱组件，其中，所述卡爪驱动机构包括一件式部件，所述一件式部件在一端处具有径向盘形部分，从所述径向盘形部分有两个或更多个卡爪齿从一个面突出并且有多个长形弹性接片背离相反的面而延伸，所述接片中的至少一个接片包括在自由端部处的面向外的肋和面向内的柄脚，所述面向外的肋将所述支承组件固位成抵靠所述径向盘形部分，所述面向内的柄脚与所述长形轴的凹部接合。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的齿轮箱组件，其中，所述卡爪驱动机构包括两个分开的半套筒，所述半套筒装配在一起以围绕所述长形轴的端部部分并且形成圆柱形部分和肩部，所述两个半套筒通过所述第一支承组件和所述偏置机构在所述长形轴上固定就位。
11.根据权利要求10所述的齿轮箱组件，其中，所述卡爪驱动机构包括偏置装置，所述偏置装置与所述长形轴的端部的外圆周表面中的凹部接合，以防止所述半套筒相对于所述长形轴轴向地移动。
12.一种用于蜗轮蜗杆式齿轮箱组件的蜗杆轴组件，
所述蜗杆轴组件包括：承载蜗杆传动装置的长形轴；和紧固至所述长形轴的一端的分体式卡爪驱动机构，其中，所述长形轴和所述卡爪驱动机构通过支承组件固定在一起，所述支承组件防止所述长形轴与所述卡爪驱动机构之间相对轴向运动和旋转运动，使得在使用中在所述长形轴与所述卡爪驱动机构之间传递转矩。
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