CN1723146A - 电动助力转向装置 - Google Patents

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Abstract

在蜗杆轴(3)与第二轴承(20)之间形成有一微小间隙，以便在通过扭簧(14)施加预压时，该蜗杆轴(3)可靠地相对于第二轴承(20)的内圈(20a)倾斜(摇动)。该微小间隙内的至少部分周向沟(40)中设有一弹性元件(41)。该蜗杆轴(3)与第二轴承(20)的内圈(20a)不相互接触，从而可以防止在微小间隙中由二者所产生的金属撞击声。通过在周向沟(40)的相对于轴向方向的两侧或者一侧设置凸出部(3b)，可使蜗杆轴(3)与第二轴承(20)的内圈(20a)之间的微小间隙变大，从而可扩大蜗杆轴(3)的可摇动范围。

Description

电动助力转向装置
技术领域
本发明涉及一种电动助力转向(electric power steering)装置，该装置根据施加在转向盘上的转向扭矩通过一电动机产生辅助转向扭矩，然后通过一减速器减速而将该辅助扭矩传递至一转向机构的输出轴上。
背景技术
在一种公知的车辆用电动助力转向装置中，用于提供辅助转向扭矩的电动机的旋转输出在减速的同时通过一齿轮装置传递至该转向装置的输出轴，以辅助在转向盘的转向操作中施加到转向盘上的转向力。在这种电动助力转向装置中，在通过一设置在一壳体中的动力传递机构减慢电动机的旋转的同时，将动力传递至输出轴。
在使用蜗轮机构形式的上述动力传递机构的电动助力转向装置中，在蜗杆和蜗轮的齿面之间会出现齿隙(游隙)，从而在啮合部产生连续的齿轮撞击声。
通常，由于可能在组装蜗杆轴和蜗轮时出现的蜗杆、蜗杆轴、用于支承蜗杆轴的轴承部、蜗轮以及用于支承蜗轮的转向轴的尺寸误差，所以齿隙会在组装后以较大的比例出现。因此，有必要根据所述部件的精度等级分类再进行组装。因此，组装过程非常烦杂。
鉴于此，在一种公知的方法中，在蜗杆轴的两端设置弹性元件，以使蜗杆轴可沿轴向移动，由此减少在啮合部的冲击，从而防止齿轮撞击声。
根据该方法，还可通过沿推力方向向用于支承蜗杆轴的轴承施加一预压来消除间隙。特别地，如众所周知的，该方法可以改善由于电动机的惯性而造成的辅助中的延迟，并改善路况信息以维持良好的转向感觉。
然而，近年来的情况是，当获得高输出的转向辅助力时，蜗杆和蜗轮的齿面的磨损加速，从而不可避免地产生齿隙。在这种情况下，存在因齿隙而产生的齿轮撞击声进入车辆驾驶室中的危险。
在上述场合下，公知一种通过适当的(施力)装置将蜗杆向蜗轮(即沿啮合方向)偏压以施加预压从而消除齿隙的方法。
在向蜗杆上施加朝向蜗轮的预压时，有必要允许蜗杆轴相对于支承该蜗杆轴的轴承的内圈或者外圈倾斜(或摇动)。
特开2002-21943号公报中公开了这样一种装置：其中在支承蜗杆轴的轴承的内圈的内侧在该蜗杆轴上形成有一凸出部，以使该蜗杆轴可以以该凸出部为支承点进行倾斜(或摇动)。
特开2002-211421号公报中公开了这样一种装置：其中使用一自动调心轴承作为支承蜗杆轴的轴承，以使该蜗杆轴可以以该自动调心轴承为支承点进行倾斜(或者摇摆)。
然而，在特开2002-21943号公报所公开的装置中，由于蜗杆轴和轴承都由金属制成，当在蜗杆轴上产生径向负荷时，该蜗杆轴与轴承的内圈有时会在存在于该蜗杆轴与内圈之间的微小间隙处彼此接触，从而产生金属撞击声。此外，难以控制该微小间隙的尺寸，而这将导致制造成本显著增加。
此外，因为形成于蜗杆轴上的凸出部在轴承的内圈上滑动，所以该凸出部将被磨损从而蜗杆轴与轴承的内圈之间的(微小)间隙将增大。
在特开2002-211421号公报所公开的装置中，由于设置了自动调心轴承，所以该轴承的轴向许可负荷比单列深沟球轴承的低。因此，不可避免地要增大该装置的尺寸，并需要高的加工精度，这导致制造成本显著增加。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而提出的。本发明的一个目的是提供一种电动助力转向装置，其中蜗杆轴可相对于轴承的内圈倾斜(摇动)，从而能可靠地防止由蜗杆轴和轴承的内圈在它们之间的微小间隙中引起的金属撞击声，但又无需高的加工精度且不会引起制造成本的显著增加。
为实现上述目的，根据本发明提供了一种电动助力转向装置，该电动助力转向装置根据施加在转向盘上的转向扭矩通过一电动机产生辅助转向扭矩，然后通过一减速器减速而将该辅助扭矩传递至一转向机构的输出轴上，其中，在所述减速器内的驱动齿轮轴在其两端分别由第一和第二轴承支承；在所述第一轴承内或其附近设置有用于将所述驱动齿轮轴朝向与从动齿轮相啮合的方向预压的预压单元(装置)；在所述驱动齿轮轴与所述第二轴承的内圈之间形成有一微小间隙，以使所述驱动齿轮轴可相对于所述第二轴承的内圈倾斜；在所述微小间隙的至少部分中设置有一缓冲件。
在根据本发明的电动助力转向装置中，所述缓冲件可以是一弹性地容纳在一形成于所述驱动齿轮轴或者所述第二轴承的内圈上的周向沟中的弹性元件。
根据本发明，所述减速器内的驱动齿轮轴在其两端分别由第一和第二轴承支承，并且在所述第一轴承内或其附近设置有用于将所述驱动齿轮轴朝向与从动齿轮啮合的方向预压的预压单元。因此，通过将驱动齿轮轴朝向与从动齿轮啮合的方向预压就可减小齿隙。
此外，在所述驱动齿轮轴与所述第二轴承的内圈之间形成有一可使所述驱动齿轮轴相对于所述第二轴承的内圈倾斜的微小间隙。因此，在施加上述预压时，该驱动齿轮轴可以可靠地相对于第二轴承的内圈倾斜(摇动)。
而且，通过在所述微小间隙的至少部分中设置缓冲件，当没有负荷时，驱动齿轮轴相对于第二轴承的内圈处于浮动状态。因此，驱动齿轮轴和第二轴承的内圈不会彼此接触，从而能可靠地防止二者在微小间隙中产生的金属撞击声。
还有，不需要高的加工精度或者严格的尺寸控制，从而不会显著增加制造成本。
在根据本发明的电动助力转向装置中，优选所述缓冲件是一弹性地容纳在形成于所述驱动齿轮轴或所述第二轴承的内圈上的周向沟中的弹性元件。在这种情况下，该弹性元件被压缩以相应于驱动齿轮轴的径向移动产生一斥力。
在这方面，如果由来自路面的输入等所致的轻负荷施加在驱动齿轮轴上，则会产生一径向负荷而使驱动齿轮轴移动。然而，由于该负荷被弹性元件承受，因此驱动齿轮轴与第二轴承的内圈不会彼此直接接触。因此，能可靠地防止金属撞击声。
此外，如果电动机的辅助操作等产生的重负荷施加在驱动齿轮轴上，则驱动齿轮轴与第二轴承的内圈彼此接触以承受该负荷。然而，其速度被弹性元件降低，从而接触声音不再是严重的问题。此外，由于驱动齿轮轴承受来自于第二轴承的均匀的负荷，所以该驱动齿轮轴可相对于第二轴承保持在一良好的状态。
在根据本发明的电动助力转向装置中，优选所述弹性元件与以Teflon(注册商标)为代表的固体润滑剂一体地形成在一形成于所述驱动齿轮轴或者所述第二轴承的内圈上的周向沟中。由于驱动齿轮轴与第二轴承的内圈之间的摩擦通过该固体润滑剂减小，所以驱动齿轮轴可更平稳地移动(或倾斜)。因此，改善了耐磨损性，从而提高了耐久性。
在根据本发明的电动助力转向装置中，优选地，所述预压单元适于通过弹性元件将所述第一轴承的外圈朝向(所述驱动齿轮)与所述从动齿轮啮合的方向预压以消除齿隙。
在根据本发明的电动助力转向装置中，优选在所述驱动齿轮轴的外周面或者所述第二轴承的内圈的内周面上，在所述周向沟的相对于轴向方向的两侧或者一侧上沿周向环状地形成有一凸出部，以使所述驱动齿轮轴的外周面和所述第二轴承的内圈的内周面之间形成微小间隙。
根据本发明的该优选方式，可在驱动齿轮轴和第二轴承的内圈之间形成一大的间隙，从而可扩大驱动齿轮轴可摇动的范围。
在这方面，尽管当电动机产生辅助扭矩时驱动齿轮沿径向移动，但这种移动受到凸出部的限制。所以驱动齿轮轴和第二轴承的同轴度不会受到大的损害。因此可将驱动齿轮轴和电动机的驱动轴之间的不对中限制到最小程度。
附图说明
图1是根据本发明的电动助力转向装置的纵向截面图；
图2是示出根据本发明第一实施例的电动助力转向装置的主要部分(相应于图1中圆圈包围的部分)的截面图；
图3是示出根据本发明第二实施例的电动助力转向装置的主要部分(相应于图1中圆圈包围的部分)的截面图；
图4A是示出根据本发明第三实施例的电动助力转向装置的主要部分(相应于图1中圆圈包围的部分)的截面图，图4B是示出周向沟(槽)、弹性元件和固体润滑剂的局部截面图；
图5A-5C是示出根据本发明第四实施例的电动助力转向装置的主要部分(相应于图1中圆圈包围的部分)的截面图，其中凸出部设置在蜗杆轴上，图5A是示出凸出部设置在周向沟的蜗杆侧的构成的截面图，图5B是示出凸出部设置在周向沟的两侧的构成的截面图，图5C是示出凸出部设置在电动机侧的构成的截面图；
图6A-6B是示出根据本发明第四实施例的电动助力转向装置的主要部分(相应于图1中圆圈包围的部分)的截面图，其中凸出部设置在内圈侧(第二轴承上)，图6A是示出凸出部与内圈一体地形成的构成的截面图，图6B是示出凸出部与内圈分开形成的构成的截面图。
具体实施方式
下面将参照附图对根据本发明实施例的电动助力转向装置进行说明。
(电动助力转向装置的整体构成)
图1是根据本发明的电动助力转向装置的纵向截面图。
如图1所示，一输出轴1通过一扭杆(未示出)和一与转向盘(未示出)连接的输入轴(未示出)相连接。蜗轮减速机构的蜗轮2固定地安装在输出轴1上。
一蜗杆3a与该蜗轮2相接合。用于该蜗杆3a的蜗杆轴3在该蜗杆轴3的两端由第一轴承10和第二轴承20支承。
用于蜗轮减速机构的外壳4与一电动机5一体地形成，而蜗杆轴3通过花键与电动机5的驱动轴6接合。更具体地，蜗杆轴3的内表面的端部开设有键槽，以便至少部分地在第二轴承20的宽度内与电动机5的驱动轴6的端部上的外花键相配合，以使电动机5的驱动轴6和蜗杆轴3可通过它们之间的间隙倾斜。
第一轴承10通过一保持件11固定安装在外壳上。在第一轴承10的内圈上设置有一衬套12。在该衬套12的内表面和蜗杆轴3之间存在一间隙。
预压垫13在其中心与蜗杆轴3相配合。预压垫13通过一与轴承孔同轴地卷绕在该预压垫13的外周上的扭簧(扭杆弹簧)14的展开(开卷)力而向蜗杆轴3上施加一预压力。这样，可通过将蜗杆轴3向与蜗轮2啮合的方向施加预压而减小齿隙。
第二轴承20适于通过一对橡胶缓冲件21、21弹性地支承与该轴承同轴的蜗杆轴3，所述缓冲件21、21分别被压缩在第二轴承20的端面与一一体形成在蜗杆轴3的中间位置的凸缘22之间以及第二轴承20的端面与一通过螺钉和铆钉(或铆弯件)或者环形紧固件而固定在蜗杆轴3端部的螺母23之间。
从而，蜗杆轴3可以在橡胶缓冲件21的弹性所许可的范围内相对于第二轴承20沿轴向移动。
[第一实施例]
图2是示出根据本发明第一实施例的电动助力转向装置的主要部分(相应于图1中圆圈包围的部分)的截面图。
在蜗杆轴3与第二轴承20的内圈20a的内周面之间形成有一微小间隙，以使蜗杆轴3可相对于第二轴承20的内圈20a倾斜。由于这一特征，在通过扭簧14施加预压时，蜗杆轴3可以可靠地相对于第二轴承20的内圈20a倾斜(摇动)。
当蜗杆轴3倾斜或者沿径向移动时，在橡胶缓冲件21中产生剪切应力，从而产生使该蜗杆轴与第二轴承20同轴的反作用力。
在微小间隙的至少一部分中设置有一缓冲件30，以用于避免当蜗杆轴3受到径向负荷而与第二轴承20的内圈20a接触时所产生的声音。因此，即使当将由来自路面的输入所引起的负荷或由电动机5的辅助操作所产生的负荷施加到蜗杆轴3上，从而产生使蜗杆轴3移动至与第二轴承20的内圈20a相接触的位置的径向负荷时，所述负荷的冲击也会由缓冲件30吸收。因此，接触声音不成问题。
在这方面，考虑到蜗杆轴3与第二轴承20的内圈20a之间的摩擦，优选该缓冲件由一含有固体润滑剂的树脂制成。
[第二实施例]
图3是示出根据本发明第二实施例的电动助力转向装置的主要部分(相应于图1中圆圈包围的部分)的截面图。
与第一实施例相比，在第二轴承20的内圈20a的在径向上的内侧、在蜗杆轴3的外周面上形成有一周向沟40。
一用作弹性元件的O形环41配合在该周向沟40中。该O形环41被压缩在第二轴承20的内圈20a与蜗杆轴3之间，以对应于蜗杆轴3的径向移动而产生一(推)斥力，该斥力沿整个圆周是均匀的。因此，蜗杆轴3可相对于第二轴承20的内圈20a保持在浮动状态(浮式)，从而蜗杆轴3与第二轴承20的内圈20a不会彼此接触。
为此，如果由来自路面的输入等所致的轻负荷施加在蜗杆轴3上，则产生一径向负荷以使蜗杆轴3移动。然而该负荷被弹性元件(O形环41)承受，因此蜗杆轴3与第二轴承20的内圈20a不会彼此直接接触。因此，能可靠地防止蜗杆轴3和第二轴承的内圈20a在微小间隙中产生的金属撞击声。
此外，如果由电动机5的辅助操作等产生的重负荷施加在蜗杆轴3上，则蜗杆轴3与第二轴承20的内圈20a彼此接触以承受该负荷。然而，其速度被弹性元件(O形环41)降低，从而接触声音不会造成严重的问题。此外，由于蜗杆轴3承受来自于第二轴承20的均匀的负荷，所以该蜗杆轴可相对于第二轴承20保持在一良好的状态下。
其中设置有O形环41形式的弹性元件的周向沟也可以形成在第二轴承20的内圈20a上。
[第3实施例]
图4A是示出根据本发明第三实施例的电动助力转向装置的主要部分(相应于图1中圆圈包围的部分)的截面图，图4B是示出周向沟、弹性元件和固体润滑剂的局部截面图。
与第二实施例相比，在一周向沟50内形成有一与以Teflon(聚四氟乙烯，注册商标)为代表的固体润滑剂52一体地形成的弹性元件51，该周向沟50在第二轴承20的内圈20a的径向内侧形成于蜗杆轴3的外周面上。
由于蜗杆轴3与第二轴承20的内圈20a之间的摩擦由固体润滑剂52减小，所以蜗杆轴3可以更平稳地移动或倾斜。因此，改善了耐磨损性，从而提高了耐久性。
固体润滑剂52可以在弹性元件51与蜗杆轴3或与第二轴承20的内圈20a的接触面中的一个或全部两个上与该弹性元件51一体地形成。
[第4实施例]
图5A-5C是示出根据本发明第四实施例的电动助力转向装置的主要部分(相应于图1中圆圈包围的部分)的截面图，其中在蜗杆轴上设置有凸出部。图5A示出凸出部设置在周向沟的蜗杆侧的构成，图5B示出凸出部设置在周向沟的两侧的构成，图5C示出凸出部设置在电动机侧的构成。
如图5A所示，与第二实施例相比，在蜗杆轴3的周向沟40边缘的蜗杆3a侧(相对于轴向方向)沿周向以宽度d环状地形成有一凸出部3b。通过凸出部3b，在该凸出部3b的附近，在内圈20a的外圆周和构成与该外圆周相对的周面的第二轴承20的内圈20a的内周面之间形成一微小间隙。
通过凸出部3b形成的微小间隙使得蜗杆轴3可相对于第二轴承20倾斜一定程度。通过设置凸出部3b，可使蜗杆轴3和第二轴承20的内圈20a之间的间隙变大，从而可增大蜗杆轴3可摇动的范围。
当电动机5产生辅助扭矩时，蜗杆3a承受径向的反作用力从而沿径向移动。然而，由于该移动受到凸出部3b的限制，所以蜗杆轴3和第二轴承20的同轴度不会受到大的损害/偏移。因此可将蜗杆轴3和电动机5的驱动轴6之间的不对中限制到最小程度。
此外，既然当没有负荷时蜗杆轴3由于弹性元件41而相对于第二轴承20的内圈20a处于浮动状态，那么当由来自路面的输入等所致的轻负荷施加在蜗杆3a上从而将径向负荷施加到蜗杆轴3上时，蜗杆轴3将不与第二轴承20的内圈20a接触。从而能可靠地防止它们的金属撞击声。
此外，由于蜗杆轴3相对于第二轴承30的同轴度总可保持良好，所以蜗杆3a可以平稳地摇动。
第四实施例中的凸出部3b的位置并不限于此，如图5B所示，凸出部3b还可以形成在蜗杆轴3的周向沟40的轴向两侧并各具有宽度d。
可选地，如图5C所示，凸出部3b还可形成在蜗杆轴3的周向沟40边缘的电动机5侧(相对于轴向方向)并具有宽度d。在图5B和图5C所示的两个实施例中，由于凸出部3b而在第二轴承20的内圈20a的内周面与蜗杆轴3的外周面之间形成微小间隙。
图5B和图5C所示的两个实施例都可实现与图5A所示的构成中相同的有利效果。
还可采用将凸出部3b设置在第二轴承20的内圈20a上的构成。
图6A和6B是示出第四实施例的电动助力转向装置的主要部分(相应于图1中圆圈包围的部分)的截面图，其中凸出部设置在第二轴承侧。图6A示出凸出部与内圈一体地形成的构成，图6B示出凸出部与内圈分开形成的构成。
如图6A所示，在第二轴承20的内圈20a的内周面上形成有一凸出部20c(该凸出部20c与内圈20a一体地形成)。在该实施例的情况下，凸出部20c设置在内圈20a的轴向中央部位，因此蜗杆轴3的周向沟40以及外部配合在其内的O形环41设置在凸出部20c的蜗杆3a侧。
可选地，在以与图6A相似的方式在第二轴承20的内圈20a上设置凸出部时，如图6B所示，可将一凸出部42a设置在一作为与内圈20相分离的元件的环形衬套42上，而该衬套42可以配合在内圈20a内侧。在该情况下，凸出部42a也可如图6A所示构成设置在内圈20a的轴向中央部位。因此，蜗杆轴3的周向沟40以及外部配合于其内的O形环41设置在凸出部42a的蜗杆3a侧。在图6A和图6B所示的两个实施例中，在凸出部20c(凸出部42a)与蜗杆轴3的外周面之间都形成有微小间隙。
图6A和图6B所示的两个实施例都可实现与上述图5A中所示的构成相同的有利效果。
本发明不限于上述实施例，而是可进行各种变形。

Claims (6)

1.一种电动助力转向装置，该电动助力转向装置根据一施加在转向盘上的转向扭矩通过一电动机产生辅助转向扭矩，然后在通过一减速器减速的同时将该辅助转向扭矩传递至转向机构的输出轴上，其中，
一在所述减速器内的驱动齿轮轴在其两端分别由第一轴承和第二轴承支承；
在所述第一轴承内或其附近设置有用于将所述驱动齿轮轴朝向与一从动齿轮相啮合的方向预压的预压单元；
在所述驱动齿轮轴与所述第二轴承的内圈之间形成有一微小间隙，以使所述驱动齿轮轴能够相对于所述第二轴承的内圈倾斜；以及
在所述微小间隙的至少一部分中设置有一缓冲件。
2.一种根据权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于，所述缓冲件包括一弹性地容纳在形成于所述驱动齿轮轴或所述第二轴承的内圈上的周向沟中的弹性元件。
3.一种根据权利要求2所述的电动助力转向装置，其特征在于，所述弹性元件与一固体润滑剂一体地形成在形成于所述驱动齿轮轴或所述第二轴承的内圈上的周向沟中。
4.一种根据权利要求1、2或3中任一项所述的电动助力转向装置，其特征在于，所述预压单元通过弹性元件将所述第一轴承的外圈朝向使所述驱动齿轮与所述从动齿轮相啮合的方向预压。
5.一种根据权利要求1、2或3中任一项所述的电动助力转向装置，其特征在于，在所述驱动齿轮轴的外周面或者所述第二轴承的内圈的内周面上，在所述周向沟的相对于轴向方向的两侧或者一侧上沿周向环状地形成有一凸出部，以使所述驱动齿轮轴的外周面和所述第二轴承的内圈的内周面之间形成一微小间隙。
6.一种根据权利要求4所述的电动助力转向装置，其特征在于，在所述驱动齿轮轴的外周面或者所述第二轴承的内圈的内周面上，在所述周向沟的相对于轴向方向的两侧或者一侧上沿周向环状地形成有一凸出部，以使所述驱动齿轮轴的外周面和所述第二轴承的内圈的内周面之间形成一微小间隙。
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