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Die
vorliegende Anmeldung beansprucht ausländische Priorität gemäß 35 USC
119 auf der Basis der japanischen Patentanmeldung Nr. 2004-381293
vom 28. Dezember 2004, deren Inhalt hier vollständig unter Bezugnahme eingeschlossen ist
und die gleichzeitig zu der Einreichung dieser US-Patentanmeldung anliegt.
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Hintergrund
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Zahnstangen-Lenkgetriebe.
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In
einem Zahnstangen-Lenkgetriebe für Fahrzeuge
greift ein Zahnrad, das an einer Ausgangswelle einer Lenkwelle befestigt
ist, in eine Zahnstange ein, wie zum Beispiel in dem Patentdokument
1 angegeben. Eine Zahnstangenführung drückt eine
Rolle über
eine Einstellungsabdeckung konstant gegen eine Rückfläche der Zahnstange. Die Rolle
wird über
eine Nadellager drehbar auf einem Drehzapfen gehalten. Die Einstellungsabdeckung drückt die
Rolle mittels einer Feder gegen die Rückfläche der Zahnstange. Bei diesem
Aufbau ist ein Spiel der ineinander greifenden Zahnstangenteile
beseitigt, sodass die Zahnstange problemlos bewegt werden kann.
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Der
Halt der Rückfläche der
Zahnstange durch die Führung
beseitigt gewöhnlich
jegliches Spiel in dem Getriebe und sorgt für ein normales Ineinandergreifen
des Zahnrads und der Zahnstange. Die verwendete Zahnstangenführung ist
gewöhnlich eine
Zahnstangenführung
des Gleittyps, wobei jedoch auch eine Zahnstangenführung des
Rolltyps verwendet werden kann, die eine Rolle nutzt, um eine hohe
Effizienz zu erhalten.
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- [Patentdokument 1] JP-A-2002-79946
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Bei
einem manuellen Lenkgetriebe aus dem Stand der Technik besteht das
an einem Zahnrad eingegebene Drehmoment nur aus der manuellen Eingabe
des Fahrers, die höchstens
ungefähr
10 Nm beträgt.
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Bei
einem elektrisch betriebenen Lenksystem (EPS) dagegen kann die Ausgabe
hoch sein. Und wenn ein Lenkgetriebe in Verbindung mit dem EPS verwendet
wird, muss ein Drehmoment von nicht weniger als 90 Nm eingegeben
werden.
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Angesichts
des Layouts der in einem Fahrzeug montierten Teile ist die Größe der Zahnstange beschränkt. Aus
diesem Grund kann die Größe der Zahnstange
nicht mit der gleichen Rate vergrößert werden, mit der die Ausgabe
aus dem EPS zunimmt.
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Aufgrund
des Ineinandergreifens der Getriebeteile wirken die folgenden Kräfte auf
die Zahnstange:
- – eine Trennkraft (Fα), die durch
einen Druckwinkel der Getriebeteile bestimmt wird;
- – eine
laterale Kraft (Fβ),
die durch einen Torsionswinkel der Zahnstange bestimmt wird;
- – eine
Zugkraft (Fr), die das Winkelmoment (Mβ) versetzt, das in der Zahnstange
aufgrund der lateralen Kraft (Fβ)
auftritt.
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Die
resultierende Kraft wirkt von der Zahnstange auf die Zahnstangenführung.
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Wenn
die Wirkungslinie dieser resultierenden Kraft in einer Zahnstangenführung des
Rollentyps zu der „Außenseite" in Bezug auf einen
Endteil des Nadellagers gerichtet wird, damit ein hohes Drehmoment
durch das EPS eingegeben wird, tritt eine Verwindung in der Rolle
auf. In Folge dessen wird die Drehung der Rolle instabil und veranlasst
in einigen Fällen
eine Verminderung der Effizienz.
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In
dem Nadellager tritt eine große
Kantenbelastung auf, wodurch die Lebensdauer reduziert wird.
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Zusammensetzung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung nimmt auf die oben geschilderten Umstände Bezug,
wobei sie bezweckt, ein Lenkgetriebe des Zahnstangentyps anzugeben,
mit dem die Effizienz einer Rollen-Zahnstangenführung erhöht und die Lebensdauer derselben
verlängert
werden kann, wenn das Lenkgetriebe in Verbindung mit einem ESP verwendet
wird.
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Um
diese Aufgabe zu lösen,
ist gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Lenkgetriebe des Zahnstangentyps
in Kombination mit einem elektrisch betriebenen Lenksystem angegeben,
mit:
einer Zahnstangenwelle,
einer Zahnradwelle, die in
die Zahnstangenwelle eingreift, und
einer Rollen-Zahnstangenführung, wobei
eine
Wirkungslinie einer auf eine Zahnstange einwirkenden Last, die durch
eine Kraft zum Trennen der Zahnstange durch ein Eingangsdrehmoment
eines Zahnrads und eine parallel zu der Zahnradwelle auf die Zahnstange
einwirkende laterale Kraft bestimmt wird, auf der Innenseite eines
Nadellagers zum Halten der Rolle gehalten wird.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird die Wirkungslinie einer Last aufgrund des Ineinandergreifens
des Getriebes auf der „Innenseite" des die Rolle haltenden
Nadellagers gehalten. Dadurch wird eine Verwindung der Rolle aufgrund
einer Neigung derselben beseitigt, wodurch die Effizienz verbessert wird.
Weiterhin wird die Kantenbelastung des Nadellagers vermindert, wodurch
die Lebensdauer verlängert
wird.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine Vorderansicht einschließlich eines
teilweise ausgeschnittenen Abschnitts des Zahnstangen-Lenkgetriebes in
dem Modus der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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2 zeigt
einen Querschnitt entlang der Linie A-A von 1.
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3 zeigt
eine Zugkraft (Fr) in Bezug auf eine Trennkraft (Fα), eine laterale
Kraft (Fβ)
und ein Zahnstangenrollen.
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4 zeigt
die Beziehung zwischen der Resultierenden (F) aus der Zugkraft (Fr)
und der Trennkraft (Fα),
der lateralen Kraft (Fβ)
und dem Zahnstangenrollen.
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5 zeigt
die Beziehung zwischen dem Torsionswinkel (β) der Zahnstange und dem Winkel (θ) der Wirkungslinie.
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Ausführliche
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Im
Folgenden wird das Zahnstangen-Lenkgetriebe in dem Modus der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
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1 ist
eine Vorderansicht einschließlich einer
teilweise ausgeschnittenen Schnittansicht des Zahnstangen-Lenkgetriebes in
dem Modus der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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2 zeigt
einen Schnitt entlang der Linie A-A von 1.
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3 zeigt
eine Zugkraft (Fr) in Bezug auf eine Trennkraft (Fα), eine laterale
Kraft (Fβ)
und ein Zahnstangenrollen.
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4 zeigt
die Beziehung zwischen der Resultierenden (F) aus der Zugkraft (Fr)
einerseits und der Trennkraft (Fα),
der lateralen Kraft (Fβ)
und dem Zahnstangenrollen andererseits.
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5 zeigt
die Beziehung zwischen dem Torsionswinkel (β) der Zahnstange und dem Winkel (θ) der Wirkungslinie.
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In
diesem Modus der Ausführungsform
weist die Zahnstangenwelle 1 wie in 1 gezeigt
eine Zahnstange 2 auf, in das ein weiter unten beschriebenes
Zahnrad 11 eingreift, wobei kugelförmige Gelenke 3 zum
Halten von Zugstangen 4 schwenkbar an linken und rechten
Enden der Zahnstangenwelle 1 fixiert sind. Die Zahnstangenwelle 1 ist
gleitbar an Zahnstangenmuffen 6 gehalten, die an beiden
Enden eines Gehäuses 5 vorgesehen
sind.
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In
dem Getriebegehäuse 5 (Gehäuse) wird eine
Zahnradwelle 10 mit einem Zahnrad 11, das in die
an der Zahnstangenwelle 1 vorgesehene Zahnstange 2 eingreift,
drehbar wie in 2 gezeigt gehalten.
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Eine
Zahnstangenführung 21 des
Rollentyps drückt
die Rolle 22 konstant über
eine Einstellungsabdeckung 23 gegen eine Rückfläche der
Zahnstange 2.
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Die
Rolle 22 wird über
ein Nadellager 25 drehbar an einem Drehzapfen 24 gehalten.
Das Nadellager 25 wird fest in eine Innenfläche der
Rolle 22 eingepasst, und der Drehzapfen 24 wird
an beiden Enden an der Zahnstangenführung 21 gehalten.
Die Einstellabdeckung 23 ist an dem Getriebegehäuse 5 (Gehäuse) derart
fixiert, dass die Einstellabdeckung 23 die Zahnstangenführung 21 elastisch
mittels einer Tellerfeder 26 drücken kann, damit die Rolle 2 gegen die
Rückfläche der
Zahnstange 2 gedrückt
werden kann.
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Bei
diesem Aufbau ist ein Spiel der ineinander greifenden Teile des
Zahnrads 11 und der Zahnstange 2 beseitigt, sodass
die Zahnstange problemlos bewegt werden kann. Wenn das Zahnrad 11 gedreht
wird, um die Zahnstange 2 gleitend zu bewegen, ist der
Gleitwiderstand der Zahnstange aufgrund der Drehung der Rolle 2 vermindert,
die gegen die Zahnstange 2 drückt.
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Wie
in 3 und 4 gezeigt, wirken aufgrund des
Ineinandergreifens des Getriebeteile die folgenden Kräfte auf
die Zahnstange:
- – eine Trennkraft (Fα), die durch
einen Druckwinkel der Getriebeteile bestimmt wird;
- – eine
laterale Kraft (Fβ),
die durch einen Torsionswinkel der Zahnstange bestimmt wird;
- – eine
Zugkraft (Rr), die das Winkelmoment (Mβ) versetzt, das in der Zahnstange
aufgrund der lateralen Kraft (Fβ)
auftritt.
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Eine
Resultierende (F) aus den oben genannten Kräften wirkt von der Zahnstange
auf die Zahnstangenführung.
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Wenn
die Wirkungslinie dieser Resultierenden (F) in der Zahnstangenführung 21 des
Rollentyps an der „Innenseite" der Endteile des
Nadellagers 25 gehalten wird, wird die Drehung der Rolle
stabil.
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Gemäß dem Modus
dieser Ausführungsform wird
die Wirkungslinie einer auf das Ineinandergreifen der Getriebeteile
zurückzuführenden
Last an der „Innenseite" des die Rolle 22 haltenden
Nadellagers 25 gehalten. Dadurch wird eine Verwindung der
Rolle aufgrund einer Neigung beseitigt und kann die Effizienz verbessert
werden. Außerdem
wird die Kantenbelastung des Nadellagers 25 vermindert,
wodurch die Lebensdauer verlängert
werden kann.
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Wenn
die Wirkungslinie der oben genannten Last zu der „Außenseite" des Endteils des
Nadellagers 25 so wie diejenige einer ähnlichen Last bei dem Lenkgetriebe
aus dem Stand der Technik gerichtet wird, tritt eine Verzerrung
in der Rolle 22 auf. In Folge dessen wird die Drehung der
Rolle 22 instabil und wird die Effizienz herabgesetzt.
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Beim
tatsächlichen
Entwurf des Lenkgetriebes wird die Größe der Zahnstangenführung 21 aufgrund
des nicht ausreichenden Platzes begrenzt. Deshalb wird das Lenkgetriebe
vorzugsweise derart entworfen, dass die Wirkungslinie der oben genannten
Last an der „Innenseite" des Nadellagers 25 gehalten
wird, indem die Getriebekomponenten (der Druckwinkel α und der
Torsionswinkel β)
auf der Basis der Größe der Zahnstangenführung 21 geregelt werden.
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An
der Position, an der die Zahnstangenführung 21 in dem Modus
(4) der Ausführungsform vorgesehen
ist, ist der Winkel θ zwischen
einer senkrechten Linie der Zahnstangenführung 21 und einer den
ineinander greifenden Teil A der Getriebeteile und den Endteil B
des Nadellagers 25 verbindenden Linie gleich 14°.
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Die
Beziehung zwischen dem Torsionswinkel (β) der Zahnstange und dem Winkel
(θ) der
Wirkungslinie ist in 5 gezeigt. Aus 5 ist
zu entnehmen, dass wenn zum Beispiel der Druckwinkel auf 20° gesetzt
wird, der Torsionswinkel der Zahnstange vorzugsweise auf nicht größer als
5,9° gesetzt
wird.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf den Modus dieser Ausführungsform
beschränkt,
sondern kann auf verschiedene Weise modifiziert werden.