CN112747106A - 用于车辆的齿轮箱组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种齿轮箱组件，包括：壳体；输出轴；蜗轮，其固定至所述输出轴；输入轴；扭杆，其将输入轴连接至输出轴；电动马达；蜗杆，其旋转地固定至转子并且接合蜗轮，以将转矩从马达传递至输出轴；以及钥匙锁组件，其包括适配器、锁定套环和钥匙锁，适配器具有环形的内部部分、环形的外部部分、连接板，内部部分在蜗轮的与输入轴相反的一侧上固定至输出轴，外部部分具有比内部部分大的直径，连接板将内部部分连接至外部部分；锁定套环由适配器的外部部分支撑；钥匙锁固定至壳体且可在钥匙锁的一部分接合锁定套环的伸展位置与该部分与锁定套环分开的缩回位置之间移动，并且其中，设置有将锁定套环与蜗轮隔离开的密封组件。

Description

用于车辆的齿轮箱组件

技术领域

本发明涉及齿轮箱组件的改进，尤其涉及一种用于车辆的电动动力转向组件的齿轮箱组件。

背景技术

已知提供一种具有定位和保护蜗轮蜗杆组件的壳体类型的齿轮箱组件。该蜗轮蜗杆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，该蜗杆相对于壳体由至少一个环形支承组件支撑；该第二轴组件承载蜗轮，该蜗轮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，使得蜗轮周边上的齿与蜗杆的螺旋齿接合。蜗轮的旋转将引起蜗杆的旋转，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。

蜗轮蜗杆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助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。

齿轮箱组件的蜗轮可以设置在空心轴的一部分上，该空心轴成一线地连接在转向组件的支撑手轮的输入轴与到转向齿条的柔性接头之间。在一些布置中，蜗轮可以固定至空心输出轴，该空心输出轴位于齿轮箱内、并且连接至柔性接头。可以在这个空心轴内设置扭杆，该扭杆将输入轴与输出轴互连。扭杆的功能是在驾驶员向手轮施加转矩时允许输入轴与输出轴发生较大的相对角移位。可以对此进行测量以确定转矩的值，并且控制器于是可以根据测得的转矩来产生用于马达的驱动信号。总体上，测得的转矩越高，帮助驾驶员转动手轮所需要的马达辅助力就越高。

为了防止车辆被盗，在许多国家/地区都要求安装钥匙锁，该钥匙锁在锁定时与转向组件的一部分相接合，并且防止手轮旋转。钥匙锁典型地作用在固定至输入轴的锁定环上。

本申请人已经认识到，可以期望提供一种钥匙锁，该钥匙锁与齿轮箱成一体而不是作用在输入轴上。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种齿轮箱组件，包括：

壳体；

输出轴，

蜗轮，所述蜗轮固定至所述输出轴，

输入轴，

扭杆，所述扭杆将所述输入轴连接至所述输出轴，

电动马达，

蜗杆，所述蜗杆旋转地固定至所述转子并且接合所述蜗轮，以将转矩从所述马达传递至所述输出轴，

以及钥匙锁组件，所述钥匙锁组件包括：

适配器，所述适配器具有环形的内部部分、环形的外部部分、以及连接板，所述内部部分在所述蜗轮的背向所述输入轴的一侧上固定至所述输出轴，所述外部部分具有比所述内部部分大的直径，所述连接板将所述内部部分连接至所述外部部分；

锁定套环，所述锁定套环由所述适配器的外部部分支撑；以及

钥匙锁，所述钥匙锁固定至所述壳体、并且可在伸展位置与缩回位置之间移动，在所述伸展位置，所述钥匙锁的一部分接合所述锁定套环，在所述缩回位置，所述部分与所述锁定套环分开，

并且其中，设置有密封组件，所述密封组件将所述锁定套环与所述蜗轮隔离开。

所述密封组件可以包括径向延伸的套环，所述套环从所述适配器径向向外延伸，使得所述套环的外边沿与形成在所述壳体的内侧上的向内保护肩部重叠，以在所述钥匙锁环与所述蜗轮之间形成密封。

与所述挡板的边沿重叠的所述肩部可以形成为在所述壳体的扩大的内部部分与直径减小的内部部分之间的阶梯。

套环和肩部一起提供了锁定套环与蜗轮之间曲折的路径。

套环可以通过焊接或任何其他合适的手段而固定至适配器的外部部分。套环可以固定至适配器的连接板，或固定至适配器的内部部分。

替代性地，套环可以固定至传递环(如果有的话)。传递环可以包括在传递环的一个端部上的径向凸缘。这允许套环和环由单片材料形成。

与所述挡板的边沿重叠的所述肩部可以形成为在所述壳体的扩大的内部部分与直径减小的内部部分之间的阶梯式直径改变。当在截面中观察时，这限定了肩部的内部拐角和外部拐角。

挡板的外边沿与外部轴的轴线间隔开的距离可以比距离之间肩部的外部拐角与轴线间隔开的距离大，使得随着挡板旋转，挡板总是与肩部重叠。外边沿可以具有恒定的半径，肩部也可以是如此，但是只要对于挡板的所有取向都保持重叠，外边沿就不必是完美的圆形。

形成肩部的直径上的阶梯被定位成使得适配器和套环可以朝向蜗轮而被推到输出轴上，直到套环的边沿靠近但不接触肩部。这形成了简单的迷宫式密封件。

挡板和适配器的连接板可以一起连续屏障，以防止油或油脂从蜗轮传递到钥匙锁环。

套环可以包括由材料薄盘形成的实心挡板，该实心挡板在内径处焊接在适配器上。

挡板可以位于壳体中，使得挡板不接触壳体。

作为形成非接触迷宫式密封件的挡板的替代，可以在适配器与壳体之间设置接触式密封件，该接触式密封件将锁定套环与蜗轮隔离开，尽管这会在组件中引入一些摩擦，而这可能是不期望的。

接触式密封件可以固定至适配器并且在壳体上滑动，或者可以固定至壳体并且在适配器上滑动。

在优选的布置中，所述套环可以构成公差环的一部分，所述公差环将所述锁定套环固定至所述适配器。

适配器可以具有内部部分，该内部部分设有一组花键，这组花键朝向内部部分的中心径向向内延伸，这些花键接合输出轴上的相应的向外延伸的花键。花键可以是过盈配合。

蜗轮可以通过蜗轮的内径上的花键固定至输出轴，这些花键与输出轴上的相应的花键接合。

支撑蜗轮的花键的外径可以大于支撑适配器的花键的外径。支撑适配器的花键的外径可以小于蜗轮的花键的内径。这允许穿过支撑适配器的花键将蜗轮压入在位，而不会产生任何干扰，然后将适配器压入在位。

适配器可以设有至少一个孔，该至少一个孔从传递环的内径径向地偏移，这允许将锁定工具放置在孔中，以在将转矩施加至蜗轮时防止公差环旋转。这允许在组装期间测试锁定机构的性能。

锁定套环可以包括围绕适配器的外部部分周向地间隔开的一组齿围绕，相邻的齿之间限定凹部，当钥匙锁处于伸展位置时，该凹部接纳钥匙锁的一部分。

锁定套环和适配器可以形成为单个部件。

在替代方案中，转矩传递环或公差环可以位于适配器与锁定套环之间，该转矩传递环或公差环防止锁定套环与传递环之间发生相对旋转，直到达到限定的转矩载荷限制，在此之后发生旋转。这种布置防止了转矩过大损坏组件，同时仍然使得不可能自由地操纵车辆。

转矩传递环可以包括环形支撑件和多个凸起的接触部分，该支撑件同心地装配在适配器的外部部分周围，这些凸起的接触部分从支撑件径向向外延伸，以接合锁定套环的环形内部面。这些凸起的部分可以是菱形形状的。

适配器的外部部分可以包括圆柱体，并且适配器的连接板可以包括圆柱体的环形端壁。适配器的内部部分还可以包括圆柱体，该圆柱体固定在端壁的一个端部处、并且同心地位于外圆柱体内部。

该组件可以被布置成使得可以按以下顺序来组装该组件：

-将输入轴和输出轴作为一个组件从一侧插入壳体；

-从壳体的相反侧将蜗轮压到输出轴上；

-将适配器压到输出轴上。

组装方法可以包括在将适配器固定至输出轴之前，将锁定环和传递环固定在适配器上。

该方法可以包括在装配之前测试经预组装的锁定环、传递环、以及适配器，以通过在整个组件上施加转矩来确保其复合国家或制造商指定的防盗标准。

附图说明

现在将仅通过示例的方式，参考附图并如附图所展示地描述本发明的一个实施例，在附图中：

图1是根据本发明的齿轮箱组件的实施例的截面视图；

图2是图1的齿轮箱组件的一部分的放大截面视图；

图3示出了当钥匙锁被接合时穿过齿轮箱组件的扭转载荷路径；

图4(a)、图4(b)、以及图4(c)示出了将锁定套环组装到适配器上以形成可测试的子组件的步骤；

图5是输出轴的详细视图，其中为了清楚起见，已经移除了所有其他部分；

图6(a)和图6(b)示出了如何将蜗轮和适配器依次压在输出轴上；并且

图7是从齿轮箱壳体在适配器和输出轴处的敞开端部看去的锁定组件的透视图。

具体实施方式

如图1至图7中所示出的，齿轮箱组件10包括壳体20，该壳体具有三个开放端口，这三个开放端口中的两个端口30、40在齿轮箱壳体20的相反端部上轴向地成一线，并且一个端口50从连接所述两个成一线的开口的轴线偏移并与其正交。端口中的一个端口30接纳输入轴60的端部部分，该输入轴在其相反的端部处具有一组花键，以用于接纳方向盘的轮毂。这个轴可以是伸缩式的、并且通过轴承(未示出)支撑在转向柱护罩(也未示出)内，使得该轴可以随着方向盘旋转而旋转。

另一个成一线的端口40接纳输出轴70的端部部分。输入轴60和输出轴70的位于齿轮箱壳体内的两个相对的端部通过扭杆80连接。该杆的功能是在将转矩施加至扭杆时允许输入轴与输出轴之间进行相对角运动。

壳体的第三开放端口50接纳电动马达90的输出轴。马达的本体固定至壳体20。转子承载着蜗杆100。

如图2中最佳可见，输出轴70承载蜗轮110，并且蜗杆100与蜗轮110相啮合。在使用中，当施加转矩时由转矩传感器(未示出)检测扭杆80的扭转，并且转矩传感器的输出被馈送到控制器。控制器产生驱动信号，该驱动信号引起马达100通过蜗轮蜗杆向输出轴70施加期望的辅助转矩。这个辅助转矩通过提供一定程度的辅助来帮助驾驶员转动方向盘。

蜗轮110设有一组内花键120，这组内花键与输出轴上的对应的一组周向地间隔开的花键130相啮合。

输出轴70还承载第二组周向地间隔开的花键140。这些花键位于蜗轮110与输出轴的从齿轮箱壳体20突出的端部之间。图5示出了输出轴上的两组花键，并且如图6(a)和图6(b)中最佳可见的，支撑蜗轮的花键的直径为D1，这比支撑适配器的花键的直径D2要大。这允许将蜗轮容易地穿过第二组花键，而在组装期间没有任何干扰。

该第二组花键与适配器150上的对应的花键相啮合。适配器具有圆柱形的内部部分160，该内部部分设有花键，这些花键与输出轴上的第二组花键140相啮合。

适配器150还具有直径比内部部分大的圆柱形的外部部分170，以及将内部部分连接至外部部分的连接板175。内部部分160、连接板175、以及外部部分170可以通过压制单个金属片来形成，或可以使用增材制造技术来模制或铸造成型为单件。

适配器150的外部部分170支撑锁定套环180。该锁定套环包括围绕支撑环周向地间隔开的一圈齿。这在图4中最佳可见。

齿轮箱壳体中的第四开口设置在面向锁定套环180的区域中，并且钥匙锁190固定至壳体，使得可移动的锁定部分200面向锁定套环180。钥匙锁可在伸展位置与缩回位置之间移动，在伸展位置，钥匙锁的锁定部分接合锁定套环，在缩回位置，锁定部分与锁定套环分开。在接合时，可移动部分进入形成在锁定套环的相邻的齿之间的空间中。如所示出的，这个移动是在相对于输出轴的旋转轴线的径向方向上的。

在所示出的示例中，锁定套环180的内径大于适配器的外部部分的外径，并且可选的公差环210设置在适配器的外部部分与锁定套环之间形成的间隙中。三个部分-外部部分、公差环、以及锁定套环因此同心地布置。公差环包括环形带，该环形带在外部面上具有接合锁定套环的多个菱形形状的凸起的接触元件235。这些可以在图4中看到。在使用中，公差环防止适配器与锁定套环发生相对旋转移动直到到达预先确定的转矩限制，而在此后公差环将允许发生滑移。这个特征使得即使在接合了钥匙锁时，如果施加了足够大的转矩，转向输入轴就被迫旋转，而不会造成任何永久性损坏。

图2和图4中还最佳可见的，设置有挡板或套环220，该挡板或套环包括盘形形状的构件，该盘形形状的构件由公差环的端部上的唇缘形成。这个挡板220具有外边沿，该外边沿向外延伸以与形成在壳体的内侧上的肩部230重叠。该肩部面向齿轮箱壳体的输出轴所突出穿过的敞开端部。挡板210和适配器140的连接板175提供了连续壁，该连续壁消除了油或油脂从蜗轮移动到锁定套环的表面上的任何直接路径。仅有的路径是围绕肩部和挡板的边沿的间接路径。

所示出的齿轮箱组件10易于组装，并且还使得能够将适配器、公差环、以及锁定套环进行预组装并对其进行测试，以查看齿轮箱组件在扭转载荷下是否提供正确且可重复的性能。

合适的组装顺序如下。

步骤1：将输入轴和扭杆插入到齿轮箱壳体中。

步骤2：将输出轴压在扭杆上，直到输出轴到达其极限止挡位置。然后可以通过将释放工具插入到输出轴的自由端部中的螺纹孔中而将输出轴稍微拉出，直到实现输入轴与输出轴正确的轴向对准。

步骤3：组装适配器150、公差环210、以及锁定套环180。这在图4中示出。还可以在这个阶段对它们进行测试。

步骤4：将蜗轮压在输出轴上的第一组花键上。这在图6中示出。

步骤5：将适配器压在第二组花键上，直到到达端部止挡位置，该端部止挡位置使挡板的边沿与壳体中的肩部重叠但不接触壳体中的肩部。这也在图6中示出。

步骤6：将钥匙锁固定至齿轮箱壳体，并且设置马达和蜗杆。

一旦组装好，就可以对组装的防盗性能进行进一步的测试。为了帮助进行这种测试，适配器在连接板170中设有三个孔241、242、243，这些孔可以接纳锁定工具的锁定销250，这些锁定销防止连接板旋转或允许连接板旋转，而组件的其他部分(例如输入轴、蜗杆、或钥匙锁)被固定在位。当然，可以仅有一个孔或者是任何其他数量的孔，并且除了孔之外，还可以设置允许适配器被保持而不能旋转的某种其他的接合特征。

组装方法可以包括在将适配器固定至输出轴之前，将锁定环和传递环固定在适配器上。

该方法可以包括在装配之前测试经预组装的锁定环、传递环、以及适配器，以通过在整个组件上施加转矩来确保其符合国家或制造商指定的防盗标准。图3以方框箭头示出了通过转向轴和钥匙锁到齿轮箱壳体上的钥匙载荷路径，该载荷然后传递至车辆的固定部分。

Claims (4)

1.一种齿轮箱组件，包括：

壳体；

输出轴，

蜗轮，所述蜗轮固定至所述输出轴，

输入轴，

扭杆，所述扭杆将所述输入轴连接至所述输出轴，

电动马达，

蜗杆，所述蜗杆旋转地固定至转子并且接合所述蜗轮，以将转矩从所述马达传递至所述输出轴，

以及钥匙锁组件，所述钥匙锁组件包括：

适配器，所述适配器具有环形的内部部分、环形的外部部分、以及连接板，所述内部部分在所述蜗轮的背向所述输入轴的一侧上固定至所述输出轴，所述外部部分具有比所述内部部分大的直径，所述连接板将所述内部部分连接至所述外部部分；

锁定套环，所述锁定套环由所述适配器的所述外部部分支撑；以及

钥匙锁，所述钥匙锁固定至所述壳体、并且可在伸展位置与缩回位置之间移动，在所述伸展位置，所述钥匙锁的一部分接合所述锁定套环，在所述缩回位置，所述部分与所述锁定套环分开，

并且其中，设置有密封组件，所述密封组件将所述锁定套环与所述蜗轮隔离开。

2.根据权利要求1所述的齿轮箱组件，其中，所述密封组件包括径向延伸的套环，所述径向延伸的套环从所述适配器径向向外延伸，使得所述径向延伸的套环的外边沿与形成在所述壳体的内侧上的向内保护肩部重叠，以在所述钥匙锁环与所述蜗轮之间形成密封。

3.根据权利要求2所述的齿轮箱组件，其中，与所述挡板的边沿重叠的所述肩部形成为在所述壳体的扩大的内部部分与直径减小的内部部分之间的阶梯。

4.根据权利要求2或权利要求3所述的齿轮箱组件，其中，所述径向延伸的套环构成公差环的一部分，所述公差环将所述锁定套环固定至所述适配器。

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