DE102016008416A1

DE102016008416A1 - Servolenkungsvorrichtung vom zahnstangenunterstützungstyp

Info

Publication number: DE102016008416A1
Application number: DE102016008416.2A
Authority: DE
Inventors: Jae Hoon Bae
Original assignee: Mando Corp
Current assignee: HL Mando Corp
Priority date: 2015-07-20
Filing date: 2016-07-11
Publication date: 2017-01-26
Anticipated expiration: 2036-07-12
Also published as: US10220874B2; US20170021857A1; KR20170010522A; CN106364547A; KR102349870B1; DE102016008416B4; CN106364547B

Abstract

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Servolenkungsvorrichtung vom Zahnstangenunterstützungstyp, die Folgendes aufweist: eine Kugelmutter, die durch die Rotationskraft gedreht wird, die von einem Elektromotor übertragen wird, und die eine interne Schraubennut hat, die in der inneren umfangsseitigen Oberfläche davon gebildet ist; und einen Zahnstangenstab, der einen mit einer externen Schraubennut gebildeten Teil hat, der eine externe Schraubennut hat, die in der äußeren umfangsseitigen Oberfläche davon gebildet ist, und der mit der Kugelmutter durch eine Kugel gekoppelt ist, wobei die externe Schraubennut einen ersten gebogenen Abschnitt und einen zweiten gebogenen Abschnitt hat, die miteinander verbunden sind, und so gebildet ist, dass ein Kontaktwinkel, der durch eine Linie, die senkrecht zu einer Tangente an einem Punkt ist, an dem die Kugel mit dem ersten gebogenen Abschnitt in Kontakt tritt, und durch eine Linie gebildet wird, die senkrecht zu einer Tangente an einem Punkt ist, an dem die Kugel mit dem zweiten gebogenen Abschnitt in Kontakt tritt, allmählich von dem zentralen Abschnitt zu entgegengesetzten Endabschnitten des mit einer externen Schraubennut gebildeten Teils kleiner wird, wodurch eine Reibung reduziert wird, die erzeugt wird, wenn die Kugel eine Rollbewegung in der Mitte der externen Schraubennut durchführt, die in dem Zahnstangenstab gebildet ist, und die Last, die auf die Kugel in den entgegengesetzten Endabschnitten der externen Schraubennut, die in dem Zahnstangenstab gebildet ist, einwirkt, verteilt wird.

Description

QUERVERWEIS AUF EINE DAMIT IN BEZIEHUNG STEHENDE ANMELDUNG
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität aus der koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2015-0102257 , die am 20. Juli 2015 eingereicht wurde und die hiermit durch Bezugnahme darauf für alle Zwecke hier aufgenommen wird, so als ob sie hier vollständig dargelegt wäre.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Servolenkungsvorrichtung vom Zahnstangenunterstützungstyp, und insbesondere bezieht sie sich auf eine Servolenkungsvorrichtung vom Zahnstangenunterstützungstyp, in der: ein zentraler Abschnitt eines mit einer externen Schraubennut gebildeten Teils eines Zahnstangenstabs, der entsprechend einem Lenken eines Fahrers nach links und nach rechts gleitet, eine Reibung reduzieren kann, die zwischen Kugeln und einer externen Schraubennut erzeugt wird, wodurch Geräusche reduziert werden und die Leistung eines Elektromotors effektiv zu dem Zahnstangenstab übertragen wird; und entgegengesetzte Endabschnitte des mit einer externen Schraubennut gebildeten Teils des Zahnstangenstabs die Lasten reduzieren können, die an die Kugeln aufgrund einer vertikalen Last angelegt werden, um eine Beschädigung der Kugeln zu verhindern und um die Haltbarkeit der Kugeln zu verbessern, wodurch die Lasten reduziert werden, die an die Kugeln angelegt werden, während die Reibung mit den Kugeln in dem mit einer externen Schraubennut gebildeten Teil des Zahnstangenstabs verringert wird.
2. Beschreibung des Standes der Technik.
1 ist ein schematisches Diagramm einer Servolenkungsvorrichtung vom Zahnstangenunterstützungstyp im Stand der Technik. 2 ist eine schematische Schnittansicht, die einen Teil der Servolenkungsvorrichtung vom Zahnstangenunterstützungstyp in dem Stand der Technik veranschaulicht.
Wie in den Zeichnungen veranschaulicht ist, weist die Servolenkungsvorrichtung vom Zahnstangenunterstützungstyp in dem Stand der Technik Folgendes auf: eine Antriebseinheit 120, die von einem elektronischen Steuergerät (ECU; Electronic Control Unit) gesteuert wird, um eine Leistung zu erzeugen, wobei das elektronische Steuergerät (ECU) den Grad, um den ein Lenkrad 113 gedreht wird, durch einen Drehmomentsensor 111 ermittelt, der an dem oberen Ende der Lenksäule 110 angebracht ist; einen Zahnstangenstab 130, der Lenkspurstangen 133, die mit Rädern 131 verbunden sind, entsprechend dem Grad bewegt, um den das Lenkrad 113 gedreht wird; und eine angetriebene Einheit bzw. Abtriebseinheit 140, die die Rotationskraft der Antriebseinheit 120 empfängt, die empfangene Rotationskraft in eine axiale Bewegungskraft umwandelt und die axiale Bewegungskraft zu dem Zahnstangenstab 130 überträgt.
Hier weist die Antriebseinheit 120 Folgendes auf: einen Elektromotor 121, der von dem elektronischen Steuergerät (ECU) gesteuert wird; eine Antriebsriemenscheibe 123, die an der Welle des Elektromotors 121 befestigt ist; und einen Antriebsriemen 125, der um die Antriebsriemenscheibe 123 gewickelt ist.
Des Weiteren weist die Abtriebseinheit 140 Folgendes auf: eine Kugelmutter 141, die innerhalb eines Zahnstangengehäuses bereitgestellt ist, welches den Zahnstangenstab 130 umgibt und den Zahnstangenstab 130 abstützt; und eine angetriebene Riemenscheibe 143, die mit der äußeren umfangsseitigen Oberfläche der Kugelmutter 141 gekoppelt ist.
Die Antriebsriemenscheibe 123, die mit der Welle des Elektromotors 121 gekoppelt ist, und die angetriebene Riemenscheibe 143, die mit der Kugelmutter 141 gekoppelt ist, sind parallel zueinander angeordnet, und der Antriebsriemen 125 ist mit der Antriebsriemenscheibe 123 und der angetriebenen Riemenscheibe 143 gekoppelt, um die Rotationskraft des Elektromotors 121 zu dem Zahnstangenstab 130 zu übertragen. Der Zahnstangenstab 130 wird durch die Betätigung der Kugelmutter 141 nach links und nach rechts bewegt, um eine Hilfskraft zu erzeugen.
Eine interne spiralförmige Schraubennut 201, die einen Querschnitt in der Form eines gotischen Bogens hat, ist in der inneren umfangsseitigen Oberfläche der Kugelmutter 141 gebildet, und eine externe spiralförmige Schraubennut 203, die einen Querschnitt in der Form eines gotischen Bogens hat, ist in der äußeren umfangsseitigen Oberfläche des Zahnstangenstabs 130 gebildet. Kugeln 210 sind zwischen die interne Schraubennut 201 und die externe Schraubennut 203 eingeführt. Die Kugeln 210 bewegen sich durch Rollen, während sie in Kontakt mit der internen Schraubennut 201 und der externen Schraubennut 203 treten, und sie zirkulieren durch einen Zwischenkanal 205, der durch die Kugelmutter 141 und Endkappen 220 gebildet wird, die jeweils mit entgegengesetzten inneren Seiten der Kugelmutter 141 gekoppelt sind.
In der Zwischenzeit kommt ein zentraler Abschnitt des mit einer externen Schraubennut gebildeten Teils des Zahnstangenstabs, der entsprechend einem Lenken eines Fahrers nach links und nach rechts gleitet, häufig in Kontakt mit den Kugeln, was die Reibung erhöht, Geräusche verursacht und ausschließt, dass die Leistung des Elektromotors effektiv zu dem Zahnstangenstab übertragen wird.
Des Weiteren bewegen sich dann, wenn ein Fahrer eine Lenkung bis zum Maximum durchführt, entgegengesetzte Enden des mit einer externen Schraubennut gebildeten Teils des Zahnstangenstabs in die Kugelmutter hinein, und die variierenden Winkel der Lenkspurstangen werden dementsprechend größer, so dass die Lasten, die an die entgegengesetzten Enden des Zahnstangenstabs angelegt werden, größer werden. Aufgrund dessen nehmen die Lasten, die an die Kugeln angelegt werden, zu, wodurch Kratzer auf den Kugeln verursacht werden und die Haltbarkeit der Kugeln verschlechtert wird.
ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
Vor diesem Hintergrund liegt ein Aspekt der vorliegenden Erfindung darin, eine Servolenkungsvorrichtung vom Zahnstangenunterstützungstyp bereitzustellen, in der der zentrale Abschnitt eines mit einer externen Schraubennut gebildeten Teils eines Zahnstangenstabs, der entsprechend einem Lenken eines Fahrers nach links und nach rechts gleitet, die Reibung reduzieren kann, die zwischen Kugeln und der externen Schraubennut erzeugt wird, wodurch Geräusche reduziert werden und die Leistung eines Elektromotors effektiv zu dem Zahnstangenstab übertragen wird.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine Servolenkungsvorrichtung vom Zahnstangenunterstützungstyp bereitzustellen, in der entgegengesetzte Endabschnitte des mit einer externen Schraubennut gebildeten Teils des Zahnstangenstabs die Lasten reduzieren können, die an die Kugeln aufgrund einer vertikalen Last angelegt werden, um eine Beschädigung der Kugeln zu verhindern und um die Haltbarkeit der Kugeln zu verbessern, wodurch die Lasten reduziert werden, die an die Kugeln angelegt werden, während die Reibung mit den Kugeln in dem mit einer externen Schraubennut gebildeten Teil des Zahnstangenstabs verringert wird.
Der Aspekt der vorliegenden Erfindung ist nicht darauf beschränkt, und andere nicht erwähnte Aspekte der vorliegenden Erfindung können klar von den Fachleuten auf dem Gebiet aus den folgenden Beschreibungen erkannt werden.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann eine Servolenkungsvorrichtung vom Zahnstangenunterstützungstyp bereitgestellt werden, die Folgendes aufweist: eine Kugelmutter, die durch die Rotationskraft gedreht wird, die von einem Elektromotor übertragen wird, und die eine interne Schraubennut hat, die in der inneren umfangsseitigen Oberfläche davon gebildet ist; und einen Zahnstangenstab, der einen mit einer externen Schraubennut gebildeten Teil hat, der eine externe Schraubennut hat, die in der äußeren umfangsseitigen Oberfläche davon gebildet ist, und der mit der Kugelmutter durch eine Kugel gekoppelt ist, wobei die externe Schraubennut einen ersten gebogenen Abschnitt und einen zweiten gebogenen Abschnitt hat, die miteinander verbunden sind, und so gebildet ist, dass ein Kontaktwinkel, der durch eine Linie, die senkrecht zu einer Tangente an einem Punkt ist, an dem die Kugel mit dem ersten gebogenen Abschnitt in Kontakt tritt, und durch eine Linie gebildet wird, die senkrecht zu einer Tangente an einem Punkt ist, an dem die Kugel mit dem zweiten gebogenen Abschnitt in Kontakt tritt, allmählich von dem zentralen Abschnitt zu entgegengesetzten Endabschnitten des mit einer externen Schraubennut gebildeten Teils kleiner wird.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann der zentrale Abschnitt des mit einer externen Schraubennut gebildeten Teils, der häufig in Kontakt mit der Kugel kommt, die Reibung reduzieren, die zwischen der Kugel und der externen Schraubennut erzeugt wird, während der Zahnstangenstab nach links und nach rechts gleitet, wodurch Geräusche reduziert werden, ein Lenkgefühl eines Fahrers verbessert wird und die Leistung des Elektromotors effektiv zu dem Zahnstangenstab übertragen wird.
Außerdem können die entgegengesetzten Endabschnitte des mit einer externen Schraubennut gebildeten Teils, an die eine große vertikale Last angelegt wird, die Last reduzieren, die an die Kugel aufgrund der vertikalen Last angelegt wird, um eine Beschädigung der Kugel zu verhindern und um die Haltbarkeit der Kugel zu verbessern, wodurch die Last reduziert wird, die an die Kugel angelegt wird, während eine Reibung mit der Kugel in dem gesamten mit einer externen Schraubennut gebildeten Teil verringert wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die oben genannten und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen vorgenommen wird, offensichtlicher werden, wobei in den Zeichnungen:
1 ein schematisches Diagramm einer Servolenkungsvorrichtung vom Zahnstangenunterstützungstyp im Stand der Technik ist.
2 eine schematische Schnittansicht ist, die einen Teil der Servolenkungsvorrichtung vom Zahnstangenunterstützungstyp im Stand der Technik veranschaulicht.
3 eine perspektivische Ansicht einer Servolenkungsvorrichtung vom Zahnstangenunterstützungstyp in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform ist.
4 eine Schnittansicht der Servolenkungsvorrichtung vom Zahnstangenunterstützungstyp in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform ist.
5 eine Ansicht ist, die die Reibung veranschaulicht, die zwischen Kugeln und einer externen Schraubennut entsprechend Kontaktwinkeln der Kugeln der Servolenkungsvorrichtung vom Zahnstangenunterstützungstyp in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform erzeugt wird.
6 eine Ansicht ist, die die Lasten veranschaulicht, die zu den Kugeln entsprechend den Kontaktwinkeln der Kugeln der Servolenkungsvorrichtung vom Zahnstangenunterstützungstyp in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform übertragen werden.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER EXEMPLARISCHEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausführlich unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden. Es sollte angemerkt werden, dass beim Hinzufügen von Bezugszeichen zu Elementen in jeder Zeichnung die gleichen Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden, wenn dies möglich ist, obwohl sie in unterschiedlichen Zeichnungen gezeigt sind. Des Weiteren wird in der folgenden Beschreibung der vorliegenden Erfindung eine ausführliche Beschreibung von bekannten Funktionen und Konfigurationen, die hier integriert sind, weggelassen werden, wenn dies den Gegenstand der vorliegenden Erfindung eher undeutlich machen könnte.
Außerdem können Begriffe wie etwa ein „erster”, ein „zweiter”, „A”, „B”, „(a)”, „(b)” oder dergleichen hier verwendet werden, wenn Komponenten bzw. Bauteile der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. Diese Begriffe werden lediglich zur Unterscheidung eines strukturellen Elements von anderen strukturellen Elementen verwendet, und eine Eigenschaft, eine Ordnung, eine Reihenfolge und dergleichen eines entsprechenden strukturellen Elements sind durch den Begriff nicht beschränkt. Es sollte angemerkt werden, dass dann, wenn in der Patentspezifikation beschrieben wird, dass eine Komponente bzw. ein Bauteil mit einer anderen Komponente bzw. einem anderen Bauteil „verbunden”, „gekoppelt” oder „zusammengefügt” ist, eine dritte Komponente bzw. ein drittes Bauteil zwischen den ersten und zweiten Komponenten bzw. Bauteilen „angeschlossen” bzw. „verbunden”, „gekoppelt” und damit „zusammengefügt” sein kann, obwohl die erste Komponente bzw. das erste Bauteil direkt mit der zweiten Komponente bzw. dem zweiten Bauteil verbunden, gekoppelt oder zusammengefügt sein kann.
3 ist eine perspektivische Ansicht einer Servolenkungsvorrichtung vom Zahnstangenunterstützungstyp in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform. 4 ist eine Schnittansicht der Servolenkungsvorrichtung vom Zahnstangenunterstützungstyp in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform. 5 ist eine Ansicht, die die Reibung veranschaulicht, die zwischen Kugeln und einer externen Schraubennut entsprechend Kontaktwinkeln der Kugeln der Servolenkungsvorrichtung vom Zahnstangenunterstützungstyp in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform erzeugt wird. 6 ist eine Ansicht, die die Lasten veranschaulicht, die zu den Kugeln entsprechend den Kontaktwinkeln der Kugeln der Servolenkungsvorrichtung vom Zahnstangenunterstützungstyp in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform übertragen werden.
Wie in 1 und in 2 und diesen Zeichnungen veranschaulicht ist, weist die Servolenkungsvorrichtung vom Zahnstangenunterstützungstyp in Übereinstimmung mit Ausführungsformen Folgendes auf: eine Kugelmutter 330, die durch die Rotationskraft gedreht wird, die von einem Elektromotor (siehe das Bezugszeichen 121 von 1) übertragen wird, und die eine interne Schraubennut 334 hat, die in einer inneren umfangsseitigen Oberfläche davon gebildet ist; und einen Zahnstangenstab 301, der einen mit einer externen Schraubennut gebildeten Teil 310 aufweist, der eine externe Schraubennut 314 hat, die in einer äußeren umfangsseitigen Oberfläche davon gebildet ist, und der mit der Kugelmutter 330 durch Kugeln 450 gekoppelt ist, wobei die externe Schraubennut 314 einen ersten gebogenen Abschnitt 410a und einen zweiten gebogenen Abschnitt 410b hat, die miteinander verbunden sind, und so gebildet ist, dass ein Kontaktwinkel, der durch eine Linie, die senkrecht zu einer Tangente an einem Punkt ist, an dem die Kugel 450 in Kontakt mit dem ersten gebogenen Abschnitt 401a tritt, und durch eine Linie gebildet wird, die senkrecht zu einer Tangente an einem Punkt ist, an dem die Kugel 450 in Kontakt mit dem zweiten gebogenen Abschnitt 410b tritt, allmählich von einem zentralen Abschnitt zu entgegengesetzten Endabschnitten des mit einer externen Schraubennut gebildeten Teils 310 kleiner wird.
Die externe Schraubennut 314 ist in dem Zahnstangenstab 301 so gebildet, dass die Kugelmutter 330 mit dem Zahnstangenstab 301 durch die Kugeln 450 gekoppelt ist, und sie hat einen Querschnitt mit einer Form eines gotischen Bogens, in der der erste gebogene Abschnitt 410a und der zweite gebogene Abschnitt 410b miteinander verbunden sind. Die interne Schraubennut 334 mit einer Form eines gotischen Bogens, die zu der externen Schraubennut 314 passt, ist in der internen umfangsseitigen Oberfläche der Kugelmutter 330 gebildet.
Des Weiteren ist die Kugelmutter 330 innerhalb eines Zahnstangengehäuses (nicht veranschaulicht) durch ein Lager (nicht veranschaulicht) bereitgestellt, das mit einer Seite der äußeren umfangsseitigen Oberfläche davon gekoppelt ist, und sie empfängt die Rotationskraft des Elektromotors 121 durch eine Mutterriemenscheibe (siehe das Bezugszeichen 207 von 2), die mit der entgegengesetzten Seite der äußeren umfangsseitigen Oberfläche davon gekoppelt ist, um den Zahnstangenstab 301, der mit der Innenseite davon gekoppelt ist, zu verschieben.
Der Zahnstangenstab 301 ist mit Lenkspurstangen (siehe das Bezugszeichen 133 von 1) verbunden, die mit Rädern (siehe das Bezugszeichen 131 von 1) verbunden sind. Der Zahnstangenstab 301 empfängt die Rotationskraft, die erzeugt wird, wenn ein Fahrer ein Lenkrad (siehe das Bezugszeichen 113 von 1) dreht, um eine lineare Bewegung durchzuführen, wodurch die Räder 131 gelenkt werden.
Des Weiteren weist der Zahnstangenstab 301 den mit einer externen Schraubennut gebildeten Teil 310 auf, der die externe Schraubennut 314 hat, die entlang dem Zahnstangenstab 301 ausgehend von einem Ende der äußeren umfangsseitigen Oberfläche des Zahnstangenstabs 301 gebildet ist.
Wenn der Zahnstangenstab 301 gleitet, wird eine Reibung zwischen dem mit einer externen Schraubennut gebildeten Teil 310, der Kugelmutter 330 und den Kugeln 450 erzeugt, und insbesondere wird eine Reibung häufig an dem zentralen Abschnitt des mit einer externen Schraubennut gebildeten Teils 310 erzeugt. Wenn der Zahnstangenstab 301 gleitet, variieren die Winkel der Lenkspurstangen 133, die mit den entgegengesetzten Enden des Zahnstangenstabs 301 verbunden sind, so dass Lasten an die entgegengesetzten Endabschnitte des mit einer externen Schraubennut gebildeten Teils 310, die Kugelmutter 330 und die Kugeln 450 angelegt werden.
Dementsprechend ist der mit einer externen Schraubennut gebildete Teil 310 des Zahnstangenstabs 301 so gebildet, dass ein Kontaktwinkel, der durch eine Linie, die senkrecht zu einer Tangente an einem Punkt ist, an dem die Kugel 450 in Kontakt mit dem ersten gebogenen Abschnitt 410a der externen Schraubennut 314 tritt, und durch eine Linie gebildet wird, die senkrecht zu einer Tangente an einem Punkt ist, an dem die Kugel 450 in Kontakt mit dem zweiten gebogenen Abschnitt 410b der externen Schraubennut 314 tritt, allmählich ausgehend von dem zentralen Abschnitt zu den entgegengesetzten Endabschnitten des mit einer externen Schraubennut gebildeten Teils 310 kleiner wird, wodurch die Lasten reduziert werden, die an die entgegengesetzten Endabschnitte des mit einer externen Schraubennut gebildeten Teils 310 angelegt werden, während die Reibung an dem zentralen Abschnitt davon verringert wird.
Der mit einer externen Schraubennut gebildete Teil 310 weist einen ersten Abschnitt 411, zweite Abschnitte 412 und dritte Abschnitte 413 auf.
Der erste Abschnitt 411 ist der zentrale Abschnitt des mit einer externen Schraubennut gebildeten Teils 310 und befindet sich in der Mitte des mit einer externen Schraubennut gebildeten Teils 310. Der erste Abschnitt 411 ist so gebildet, dass ein Kontaktwinkel mit der Kugel 450 größer als der in den dritten Abschnitten 413 ist, und er hat eine Länge, die 20 bis 30 von der Länge des mit einer externen Schraubennut gebildeten Teils 310 beträgt.
Da die Kugelmutter 330 für Gewöhnlich mit dem zentralen Abschnitt des mit einer externen Schraubennut gebildeten Teils 310 gekoppelt ist und der Zahnstangenstab 301 nach links und nach rechts in die Kugelmutter 330 gleitet, während gelenkt wird, tritt der erste Abschnitt 411 häufig in Kontakt mit den Kugeln 450. Eine Reibung wird nämlich häufig in dem ersten Abschnitt 411 erzeugt.
Die dritten Abschnitte 413 sind entgegengesetzte Endabschnitte des mit einer externen Schraubennut gebildeten Teils 310 und befinden sich an den entgegengesetzten Enden des mit einer externen Schraubennut gebildeten Teils 310. Die dritten Abschnitte 413 sind so gebildet, dass ein Kontaktwinkel mit der Kugel 450 kleiner ist als der in dem ersten Abschnitt 411, und sie haben eine Länge, die 20 bis 30 von der Länge des mit einer externen Schraubennut gebildeten Teils 310 beträgt.
Wenn die dritten Abschnitte 413 in die Kugelmutter 330 gleiten, variieren die Winkel der Lenkspurstangen 133, die mit den entgegengesetzten Enden des Zahnstangenstabs 301 verbunden sind, und die Lasten, die an die entgegengesetzten Enden des Zahnstangenstabs 301 angelegt werden, werden größer. Dementsprechend werden die Lasten, die an die Kugeln 450 angelegt werden, in den dritten Abschnitten 413 größer.
Wenn nämlich der Zahnstangenstab 301 nach links und nach rechts in die Kugelmutter 330 gleitet, während gelenkt wird, werden Lasten an die entgegengesetzten Enden des Zahnstangenstabs 301 angelegt, während die Winkel der inneren Kugelgelenke (nicht veranschaulicht) der Lenkspurstangen 133, die mit den entgegengesetzten Enden des Zahnstangenstabs 301 verbunden sind, variieren. Wenn die Links- und Rechtsbewegung des Zahnstangenstabs 301 zunimmt, werden die variierenden Winkel der Lenkspurstangen 133 größer, und die Lasten, die an die entgegengesetzten Enden des Zahnstangenstabs 301 angelegt werden, nehmen zu.
Da in dieser Hinsicht große Lasten an die entgegengesetzten Enden des Zahnstangenstabs 301 in einem Zustand angelegt werden, in dem die Links- und Rechtsbewegung des Zahnstangenstabs 301 zunimmt, so dass der dritte Abschnitt 413 mit der Innenseite der Kugelmutter 330 gekoppelt wird, vergrößern sich die Lasten, die auf die Kugeln 450 einwirken, was eine Beschädigung bei den Kugeln 450 hervorruft oder die Haltbarkeit der Kugeln 450 verschlechtert.
Die zweiten Abschnitte 412 befinden sich zwischen den ersten Abschnitten 411 und den dritten Abschnitten 413. Die zweiten Abschnitte 412 treten seltener in Kontakt mit den Kugeln 450 als der erste Abschnitt 411, und die Lasten, die auf die Kugeln 450 einwirken, sind in den zweiten Abschnitten 412 kleiner als in den dritten Abschnitten 413.
Die externe Schraubennut 314 ist so gebildet, dass der Krümmungsradius der ersten und zweiten gebogenen Abschnitte 410a und 410b allmählich von dem ersten Abschnitt 411 zu dem dritten Abschnitt 413 des mit einer externen Schraubennut gebildeten Teils 310 zunimmt, und ein Kontaktwinkel wird entsprechend kleiner.
Die Kontaktpunkte zwischen der Kugel 450, die mit der externen Schraubennut 314 gekoppelt ist, um eine Rollbewegung durchzuführen, und den ersten und zweiten gebogenen Abschnitten 410a und 410b rücken nämlich von dem ersten Abschnitt 411 zu dem dritten Abschnitt 413 des mit einer externen Schraubennut gebildeten Teils 310 näher zueinander, und ein Kontaktwinkel, der durch eine Linie, die senkrecht zu einer Tangente an einem Punkt ist, an dem die Kugel 450 in Kontakt mit dem ersten gebogenen Abschnitt 410a tritt, und durch eine Linie gebildet wird, die senkrecht zu einer Tangente an einem Punkt ist, an dem die Kugel 450 in Kontakt mit dem zweiten gebogenen Abschnitt 410b tritt, wird allmählich kleiner.
Dementsprechend verringert sich die Reibung, die erzeugt wird, wenn die Kugel 450 den Zahnstangenstab 301 nach links und nach rechts verschiebt, in dem ersten Abschnitt 411 des mit einer externen Schraubennut gebildeten Teils 310, und die Last, die auf die Kugel 450 einwirkt, nimmt in dem dritten Abschnitt 413 des mit einer externen Schraubennut gebildeten Teils 310 ab.
Eine ausführliche Beschreibung wird unter Bezugnahme auf 5 und 6 gegeben werden. 5 veranschaulicht, dass dann, wenn die Kraft F₂, die den Zahnstangenstab 301 nach links und nach rechts verschiebt, konstant ist, die Kraft F₁, mit der die Kugel 450 den Zahnstangenstab 301 nach links und nach rechts verschiebt, kleiner wird, wenn der Kontaktwinkel A größer wird.
In dem ersten Abschnitt 411 des mit einer externen Schraubennut gebildeten Teils 310 ist ein Kontaktwinkel, der durch eine Linie, die senkrecht zu einer Tangente an einem Punkt ist, an dem die Kugel 450 in Kontakt mit dem ersten gebogenen Abschnitt 410a tritt, und durch eine Linie gebildet wird, die senkrecht zu einer Tangente an einem Punkt ist, an dem die Kugel 450 in Kontakt mit dem zweiten gebogenen Abschnitt 410b tritt, größer als 90 Grad und kleiner als 120 Grad.
Wenn die Kugelmutter 330 durch die Rollbewegung der Kugel 450 gedreht wird, gleitet der Zahnstangenstab 301 nach links und nach rechts, und der erste Abschnitt 411, der der zentrale Abschnitt des mit einer externen Schraubennut gebildeten Teils 310 ist, kommt dementsprechend häufig in Kontakt mit der Kugel 450.
In einem Fall, in dem der Kontaktwinkel A, der durch die Linie, die senkrecht zu der Tangente an dem Punkt ist, an dem die Kugel 450 in Kontakt mit dem ersten gebogenen Abschnitt 410a tritt, und durch die Linie gebildet wird, die senkrecht zu der Tangente an dem Punkt ist, an dem die Kugel 450 in Kontakt mit dem zweiten gebogenen Abschnitt 410b tritt, 120 Grad beträgt, wie in 5(A) veranschaulicht ist, wird die Kraft F₂, die den Zahnstangenstab 301 nach links und nach rechts verschiebt, erzeugt, selbst wenn die Kraft F₁, mit der die Kugel 450 den Zahnstangenstab 301 nach links und nach rechts verschiebt, klein ist, und da die Kraft F₁, mit der die Kugel 450 den Zahnstangenstab 301 nach links und nach rechts verschiebt, klein ist, ist auch die Reibung mit der Kugel 450 klein.
Im Gegensatz dazu ist in einem Fall, in dem der Kontaktwinkel A, der durch die Linie, die senkrecht zu der Tangente an dem Punkt ist, an dem die Kugel 450 in Kontakt mit dem ersten gebogenen Abschnitt 410a tritt, und durch die Linie gebildet wird, die senkrecht zu der Tangente an dem Punkt ist, an dem die Kugel 450 in Kontakt mit dem zweiten gebogenen Abschnitt 410b tritt, 40 Grad beträgt, wie in 5(C) veranschaulicht ist, die Kraft F₁, mit der die Kugel 450 den Zahnstangenstab 301 nach links und nach rechts verschiebt, groß, so dass eine Reibung mit der Kugel 450 auch zunimmt, weil die Kraft F₂, die den Zahnstangenstab 301 nach links und nach rechts verschiebt, erzeugt wird, wenn die Kraft F_i, mit der die Kugel 450 den Zahnstangenstab 301 nach links und nach rechts verschiebt, groß ist.
Da nämlich die Kraft F_i, die die Kugel 450 an die externe Schraubennut 314 anlegt, während sie eine Rollbewegung durchführt, um die Kraft F₂ zu erzeugen, die den Zahnstangenstab 301 nach links und nach rechts verschiebt, abnimmt, wenn der Kontaktwinkel A größer wird, und die Reibung mit der Kugel 450 dementsprechend ebenfalls abnimmt, ist der erste Abschnitt 411, der häufig in Kontakt mit der Kugel 450 kommt, während gelenkt wird, so gebildet, dass er einen Kontaktwinkel A hat, der größer als 90 Grad und kleiner als 120 Grad ist.
In dem ersten Abschnitt 411 des mit einer externen Schraubennut gebildeten Teils 310 nimmt die Reibung, die zwischen der Kugel 450 und der externen Schraubennut 314 erzeugt wird, ab, wenn der Kontaktwinkel A größer wird. Wenn der Kontaktwinkel A größer als 120 Grad ist, wird die Last, die durch eine Änderung in den Winkeln der Lenkspurstangen 133 verursacht wird, vergrößert und zu dem Zahnstangenstab 301 übertragen, so dass die Last, die auf die Kugel 450 einwirkt, zunimmt und Geräusche und eine Abnutzung der Kugel 450 erzeugt werden.
Wenn der Kontaktwinkel A des ersten Abschnitts 411 kleiner als 90 Grad ist, kann der Effekt der vorliegenden Erfindung nicht erhalten werden, und die Reibung, die zwischen der Kugel 450 und der externen Schraubennut 314 erzeugt wird, nimmt eher zu. Dementsprechend ist es wünschenswert, dass der Kontaktwinkel A des ersten Abschnitts 411 größer als 90 Grad ist und kleiner als 120 Grad ist. In diesem Fall ist es möglich, die Reibung zu reduzieren, die durch den Kontakt zwischen der Kugel 450 und der externen Schraubennut 315 verursacht wird, wenn die Kugel 450 eine Rollbewegung durchführt, um die dadurch bedingten Geräusche zu reduzieren und um eine Leistung effektiv zu übertragen.
6 veranschaulicht, dass dann, wenn die Kraft F₄, die durch eine Änderung in den Winkeln der Lenkspurstangen 133 verursacht wird und die an den Zahnstangenstab 301 angelegt wird, konstant ist, die Kraft F₃, die auf die Kugel 450 einwirkt, abnimmt, wenn ein Kontaktwinkel A kleiner wird.
Die dritten Abschnitte 413 sind entgegengesetzte Endabschnitte des mit einer externen Schraubennut gebildeten Teils 310. Die dritten Abschnitte 413 gleiten in die Kugelmutter 330, wenn ein Fahrer eine Lenkung bis zum Maximum durchführt. In diesem Zustand ist der Lenkwinkel der Räder maximiert, und die Winkel der Lenkspurstangen 133, die mit dem Zahnstangenstab 301 verbunden sind, variieren zum Maximum hin. Dementsprechend werden große Lasten an die entgegengesetzten Enden des Zahnstangenstabs 301 angelegt, und eine große vertikale Last wird zu der Kugel 450 übertragen.
In einem Fall, in dem der Kontaktwinkel A, der durch die Linie, die senkrecht zu der Tangente an dem Punkt ist, an dem die Kugel 450 in Kontakt mit dem ersten gebogenen Abschnitt 410a tritt, und durch die Linie gebildet wird, die senkrecht zu der Tangente an dem Punkt ist, an dem die Kugel 450 in Kontakt mit dem zweiten gebogenen Abschnitt 410b tritt, 120 Grad beträgt, wie in 6(A) veranschaulicht ist, wird die Kraft F₃, die auf die Kugel 450 einwirkt, die in Kontakt mit der externen Schraubennut 314 des Zahnstangenstabs 301 tritt, größer, wenn die Kraft F₄, die durch eine Änderung in den Winkeln der Lenkspurstangen 133 verursacht wird, zu den entgegengesetzten Enden des Zahnstangenstabs 301 übertragen wird, was eine Beschädigung der Kugel 450 verursachen kann und die Haltbarkeit der Kugel 450 verschlechtern kann.
Im Gegensatz dazu wird in einem Fall, in dem der Kontaktwinkel A, der durch die Linie, die senkrecht zu der Tangente an dem Punkt ist, an dem die Kugel 450 in Kontakt mit dem ersten gebogenen Abschnitt 410a tritt, und durch die Linie gebildet wird, die senkrecht zu der Tangente an dem Punkt ist, an dem die Kugel 450 in Kontakt mit dem zweiten gebogenen Abschnitt 410b kommt, 40 Grad beträgt, wie in 6(C) veranschaulicht ist, die Kraft F₃, die auf die Kugel 450 einwirkt, die in Kontakt mit der externen Schraubennut 314 des Zahnstangenstabs 301 tritt, kleiner, wenn die Kraft F₄, die durch eine Änderung in den Winkeln der Lenkspurstangen 133 verursacht wird, zu den entgegengesetzten Enden des Zahnstangenstabs 301 übertragen wird, wodurch eine Beschädigung der Kugel 450 verhindert werden kann und die Haltbarkeit der Kugel 450 verbessert werden kann.
Es kann nämlich beobachtet werden, dass die Kraft F₃, die auf die Kugel 450 einwirkt, von der 6(A) zu der 6(C) abnimmt, wenn die Kraft F4, die durch die Änderung der Winkel der Lenkspurstangen 133 verursacht wird, an den Zahnstangenstab 301 angelegt wird. Dementsprechend hat der dritte Abschnitt 413, in dem die Kraft F₃, die auf die Kugel 450 einwirkt, größer wird, einen Kontaktwinkel A, der größer als 40 Grad und kleiner als 90 Grad ist.
Wie oben beschrieben worden ist, wird die Kraft F₃, die auf die Kugel 450 einwirkt, kleiner, wenn der Kontaktwinkel A des dritten Abschnitts 413 des mit einer externen Schraubennut gebildeten Teils 310 kleiner wird. Wenn der Kontaktwinkel A kleiner als 40 Grad ist, dann nehmen die Reibung und die Geräusche, die zwischen der Kugel 450 und der externen Schraubennut 314 erzeugt werden, zu, wenn der Zahnstangenstab 301 nach links und nach rechts gleitet, so dass ein Fahrer ein unangenehmes Gefühl erfahren kann, und die Leistung des Elektromotors kann nicht effektiv übertragen werden.
Des Weiteren kann dann, wenn der Kontaktwinkel A des dritten Abschnitts 413 größer als 90 Grad ist, der Effekt der vorliegenden Erfindung nicht erhalten werden, und die Kraft F₃, die an die Kugel 450 durch den Zahnstangenstab 301 angelegt wird, nimmt eher zu. Dementsprechend ist es wünschenswert, dass der Kontaktwinkel A des dritten Abschnitts 413 größer als 40 Grad und kleiner als 90 Grad ist. In diesem Fall ist es möglich, die Last zu reduzieren, die auf die Kugel 450 von dem Zahnstangenstab 301 her übertragen wird, und eine Beschädigung der Kugel 450 zu verhindern, wodurch die Haltbarkeit der Kugel 450 verbessert wird.
Als Folge davon ist es wünschenswert, dass der erste Abschnitt 411 einen Kontaktwinkel A hat, der größer als 90 Grad und kleiner als 120 Grad ist, und dass der dritte Abschnitt 413 einen Kontaktwinkel A hat, der größer als 40 Grad und kleiner als 90 Grad ist.
Dementsprechend hat der erste Abschnitt 411 einen konstanten Kontaktwinkel A, der von 90 Grad bis 120 Grad reicht, und die Reibung, die durch den Kontakt zwischen der Kugel 450 und der externen Schraubennut 314 verursacht wird, wenn die Kugel 450 eine Rollbewegung durchführt, kann weiter abnehmen, wenn der konstante Winkel größer wird.
Der dritte Abschnitt 413 hat einen konstanten Kontaktwinkel A, der von 40 Grad bis 90 Grad reicht, und wenn der konstante Winkel kleiner wird, kann die Last, die zu der Kugel 450 ausgehend von dem Zahnstangenstab 301 übertragen wird, weiter kleiner werden, wodurch die Haltbarkeit der Kugel 450 verbessert wird.
Der zweite Abschnitt 412 hat einen konstanten Kontaktwinkel A zwischen dem Kontaktwinkel A des ersten Abschnitts 411 und dem Kontaktwinkel A des dritten Abschnitts, oder er hat einen Kontaktwinkel A, der allmählich von dem ersten Abschnitt 411 zu dem dritten Abschnitt 413 abnimmt.
Des Weiteren hat der zweite Abschnitt 412 einen Kontaktwinkel A zwischen dem Kontaktwinkel A des ersten Abschnitts 411 und dem Kontaktwinkel A des dritten Abschnitts 413. Der zweite Abschnitt 412 hat einen Kontaktwinkel A, der allmählich von dem ersten Abschnitt 411 zu dem zweiten Abschnitt 412 abnimmt und allmählich von dem dritten Abschnitt 412 zu dem zweiten Abschnitt 412 zunimmt.
In diesem Fall kann dann, wenn der Kontaktwinkel A von dem ersten Abschnitt 411 zu dem zweiten Abschnitt 412 abrupt abnimmt, das Gefühl des Stoppens erzeugt werden, wenn die Kugel 450 eine Rollbewegung durchführt. Dementsprechend ist es wünschenswert, dass der Kontaktwinkel A allmählich von dem ersten Abschnitt 411 zu dem zweiten Abschnitt 412 abnimmt.
Außerdem ist es wünschenswert, dass der Kontaktwinkel A allmählich von dem dritten Abschnitt 413 zu dem zweiten Abschnitt 412 zunimmt.
In Übereinstimmung mit den Ausführungsformen von Ausführungsformen, die die oben beschriebene Form und Struktur haben, kann der zentrale Abschnitt des mit einer externen Schraubennut gebildeten Teils, der häufig mit den Kugeln in Kontakt kommt, die Reibung reduzieren, die zwischen den Kugeln und der externen Schraubennut erzeugt wird, während der Zahnstangenstab nach links und nach rechts gleitet, wodurch Geräusche reduziert werden, ein Lenkgefühl eines Fahrers verbessert wird und die Leistung des Elektromotors effektiv zu dem Zahnstangenstab übertragen wird.
Außerdem können die entgegengesetzten Endabschnitte des mit einer externen Schraubennut gebildeten Teils, an die eine große vertikale Last angelegt wird, die Lasten reduzieren, die an die Kugeln aufgrund der vertikalen Last angelegt werden, um eine Beschädigung der Kugeln zu verhindern und um die Haltbarkeit der Kugeln zu verbessern, wodurch die Lasten reduziert werden, die an die Kugeln angelegt werden, während die Reibung mit den Kugeln in dem gesamten mit einer externen Schraubennut gebildeten Teil verringert wird.
Auch wenn vorstehend beschrieben worden ist, dass alle Komponenten bzw. Bauteile von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung als eine einzige Einheit verbunden oder so gekoppelt sind, dass sie als eine einzige Einheit operativ betrieben werden können, ist die vorliegende Erfindung nicht zwangsläufig auf diese Ausführungsformen beschränkt. Das heißt, dass wenigstens zwei Elemente von allen strukturellen Elementen selektiv gekoppelt und betrieben werden können, ohne dass von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abgewichen wird.
Obwohl eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu veranschaulichenden Zwecken beschrieben worden ist, wird es den Fachleuten auf dem Gebiet klar sein, dass verschiedene Modifikationen, Hinzufügungen und Ersetzungen möglich sind, ohne vom Schutzumfang und dem Erfindungsgedanken der Erfindung abzuweichen, wie diese in den beigefügten Patentansprüchen offenbart ist. Daher sollen die in der vorliegenden Erfindung offenbarten Ausführungsformen den Schutzumfang der technischen Idee der vorliegenden Erfindung veranschaulichen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung ist nicht durch die Ausführungsform beschränkt. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung ist auf der Basis der beigefügten Patentansprüche so auszulegen, dass alle technischen Ideen, die in dem Schutzumfang enthalten sind und äquivalent zu den Patentansprüchen sind, zur vorliegenden Erfindung gehören.
Bezugszeichenliste

301: Zahnstangenstab
314: Externe Schraubennut
330: Kugelmutter
310: Mit einer externen Schraubennut gebildeter Teil
410a: Erster gebogener Abschnitt
410b: Zweiter gebogener Abschnitt
411: Erster Abschnitt
412: Zweiter Abschnitt
413: Dritter Abschnitt
334: Interne Schraubennut
450: Kugel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

KR 10-2015-0102257 [0001]

Claims

Servolenkungsvorrichtung vom Zahnstangenunterstützungstyp, die Folgendes aufweist: eine Kugelmutter, die durch die Rotationskraft gedreht wird, die von einem Elektromotor übertragen wird, und die eine interne Schraubennut hat, die in einer inneren umfangsseitigen Oberfläche davon gebildet ist; und einen Zahnstangenstab, der einen mit einer externern Schraubennut gebildeten Teil hat, der eine externe Schraubennut hat, die in einer äußeren umfangsseitigen Oberfläche davon gebildet ist, und der mit der Kugelmutter durch eine Kugel gekoppelt ist, wobei die externe Schraubennut in einer Form eines gotischen Bogens gebildet ist, in der ein erster gebogener Abschnitt und ein zweiter gebogener Abschnitt miteinander verbunden sind, und so gebildet ist, dass ein Kontaktwinkel, der durch eine Linie, die senkrecht zu einer Tangente an einem Punkt ist, an dem die Kugel in Kontakt mit dem ersten gebogenen Abschnitt tritt, und durch eine Linie gebildet wird, die senkrecht zu einer Tangente an einem Punkt ist, an dem die Kugel in Kontakt mit dem zweiten gebogenen Abschnitt tritt, allmählich von einem zentralen Abschnitt zu entgegengesetzten Endabschnitten des mit einer externen Schraubennut gebildeten Teils kleiner wird.
Servolenkungsvorrichtung vom Zahnstangenunterstützungstyp nach Anspruch 1, wobei die externe Schraubennut so gebildet ist, dass ein Krümmungsradius der ersten und zweiten gebogenen Abschnitte allmählich von dem zentralen Abschnitt zu den entgegengesetzten Endabschnitten des mit einer externen Schraubennut gebildeten Teils größer wird.
Servolenkungsvorrichtung vom Zahnstangenunterstützungstyp nach Anspruch 1, wobei der mit einer externen Schraubennut gebildete Teil Folgendes hat: einen ersten Abschnitt, der dem zentralen Abschnitt davon entspricht; dritte Abschnitte, die den entgegengesetzten Endabschnitten davon entsprechen; und zweite Abschnitte zwischen dem ersten Abschnitt und den dritten Abschnitten, und der Kontaktwinkel des ersten Abschnitts einen konstanten Kontaktwinkel hat, der von 90 Grad bis 120 Grad reicht.
Servolenkungsvorrichtung vom Zahnstangenunterstützungstyp nach Anspruch 3, wobei der Kontaktwinkel der dritten Abschnitte einen konstanten Kontaktwinkel hat, der von 40 Grad bis 90 Grad reicht.
Servolenkungsvorrichtung vom Zahnstangenunterstützungstyp nach Anspruch 4, wobei der Kontaktwinkel der zweiten Abschnitte so gebildet ist, dass er allmählich von dem ersten Abschnitt zu den dritten Abschnitten kleiner wird.
Servolenkungsvorrichtung vom Zahnstangenunterstützungstyp nach Anspruch 4, wobei der Kontaktwinkel der zweiten Abschnitte einen konstanten Winkel zwischen dem Kontaktwinkel des ersten Abschnitts und dem Kontaktwinkel der dritten Abschnitte hat.
Servolenkungsvorrichtung vom Zahnstangenunterstützungstyp nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei der erste Abschnitt so gebildet ist, dass er eine Länge hat, die 20 bis 30 von der Länge des mit einer externen Schraubennut gebildeten Teils beträgt, und die dritten Abschnitte so gebildet sind, dass sie eine Länge haben, die 20 bis 30 von der Länge des mit einer externen Schraubennut gebildeten Teils beträgt.