DE1922121A1

DE1922121A1 - Lenkgetriebe insbesondere fuer Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE1922121A1
Application number: DE19691922121
Authority: DE
Inventors: Yasumasa Mizukoshi; Masato Yanagimoto
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1968-05-02
Filing date: 1969-04-30
Publication date: 1970-02-26
Also published as: DE1922121C3; GB1235052A; DE1922121B2; US3661031A; JPS5138971B1; FR2007721A1

Description

Lenkgetriebe

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kugelmutter-lenkgetriebe für Autos, insbesondere auf eine Lenkungs einrichtung "von Hand, die eine Kugelmutter mit einer Zahnstange auf einer Seite aufweist und konstruiert ist, sich in axialer Richtung zu bewegen, wenn die Schneckenwelle, die mit der Lenksäule verbunden ist, sich dreht, wobei ein Sektor-Zahnrad mit der Zahnstange in Eingriff steht.

Bei einer von Hand betätigten Kugelmuttern-Steuereinrichtung ist es ratsam, ein kleines Übersetzungsverhältnis in der Nähe der Mitte des Sektor-Zahnrads vorzusehen, d.h. in der Höhe der Stellung, wo die Vorderräder gerade nach vorn laufen, um eine hohe LenkungsStabilität während hoher Laufgesehwindigkeiten sicherzustellen und gleichzeitig ist ein großes Übersetzungsverhältnis vorzusehen, um ein leichtes und weiches Steuern zu ermöglichen, wenn die Vorderräder stark eingeschlagen werden beim Einparken des Fahrzeugs. Das Steuergetriebe sollte nämlich so gestaltet sein, daß das Übersetzungsverhältnis gering ist, wenn der Sektor-Zahnrad-Betätigungswinkel null ist, während das Übersetzungsverhältnis mit steigendem Winkel in beiden Richtungen ansteigt und über einen vorbestimmten Winkelgrad sollte

009809/0989

das Übersetzungsverhältnis groß und feststehend sein. Das-ist bereits bekannt.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein mit veränderlichem Übersetzungsverhältnis versehenes lenkgetriebe verfügbar zu machen, das ein Sektor-Zahnrad aufweist, welches eine genügende Festigkeit besitzt und eine ideale Zahnform für den Eingriff mit der Kugelmutter.

Ein anderes Ziel besteht darin, ein lenkgetriebe verfügbar zu machen, das ein ideales Übersetzungsverhältnis aufweist, um die Erfordernisse der lenkung voll zu erfüllen und weiterhin keine Abwandlung der Zahnform erforderlich macht.

Um diese Ziele zu erfüllen, wird das Sektor-Zahnrad des Lenkgetriebes gemäß der Erfindung hergestellt durch Verwendung,: eines Zahnstangen-Zahnformfräsers mit Messern, die den gleichen Betrag einer seitlichen Umsetzung aufweisen, angeordnet symmetrisch an zwei Stellen an der rechten und linken Seite der Mittellage des Sektors in der Geradeausstellung des Fahrzeuge. Die Kugelmutter ist mit einer Zahnstange" versehen, die weitgehend die gleiche Zahnform wie der zuvor genannte Zahnstangen-Zahnformfräser aufweist, und steht mit dem Sektor-Zahnrad in Eingriff. -

Die Erfindung soll anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden. In diesen zeigen: 0 0 9 80 9/0989

Pig. 1 eine Diagrammdars teilung, die die Veränderung der Übersetzungsverhältnisse des Handsteuergetriebes darstellt, wobei der Betätigungswinkel des Sektor-Zahnrades auf der Abszisse und das Übersetzungsverhältnis auf der Ordinate abgetragen ist;

Fig. 2 eine Seitenansicht, die den Sektor-Zahnrad-Schneidvorgang darstellt; '

Pig. 3 eine Draufsicht auf den Sektor-Zahnrad-Schneidvor-' gang;

Pig. 4 eine Ansicht des Mittelzahns des Sektor-Zahnrads, \ das durch einen Standardzahnstangen-Zahnformfräser hergestellt ist, und ein !Teil des Zahnformfräsers;

Pig. 5 eine Ansicht eines Zahns zwischen dem Mittelzahn und dem äußersten Zahn und ein Teil des Zahnformfräsers;

Pig. 6 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Lenkgetriebe;

Pig. 7 eine Teilansicht einer Kugelmutter und des Sektor-Zahnrads in Eingriff; I

Pig, 8-10 die Gestalt der Messer des Zahnstangen-ZahnformfräserB;

Pig,11 - 13 die Gestalt der Messer des Zahnstangen-Zahnformfräsers im Pail, daß die Anzahl der Zähne des Sektor-Zahnrads von dem im Beispiel nach Pig. 6 dargestellten abweicht.

Pig. 1 zeigt graphisch die Veränderung des Übersetzungsverhält-

009809/0989

nisses des Handlenkgetriebes mit dem Betätigungswinkel des Sektor-Zahnrads, der auf der Abszisse abgetragen ist, während das Übersetzungsverhältnis auf der Ordinate abgetragen, ist«, Das Lenkgetriebe sollte so gestaltet sein, daß, wie in Pig« 1 dargestellt ist, das Übersetzungsverhältnis G klein ist, wenn der Sektor-Zahnrad-Betätigungswinkel θ null ist. Das Übersetzungsverhältnis G steigt mit dem größer werden des Winkels Q in beiden Richtungen an und nach einem vorbestimmten Winkel ist das Übersetzungsverhältnis groß und konstant.

Wenn L die Voreilung der Schnecke ist, D der Durchmesser des Wälskreises und ff die Kreiskonstante, so kann das Übersetzungsverhältnis G des Kugeischrauben-lenkgetriebes wiedergegeben

rr ^D

werden durch G = ■*— · Die Schnecke steht konstant mit der Kugelmutter durch die Kugeln in Eingriff, die in den Kugelmuttern-Schraubennuten sitzen. Daher ist es unmöglich, die Voreilung L durch Veränderung der Axiallage der Kugelmutter zu verändern und somit ist es geboten, die Voreilung L immer bei einem konstanten Wert zu halten. Es steht fest, daß es keinen anderen Weg gibt als die Veränderung des Durchmessers D des Wälzkreises, um das Übersetzungsverhältnis G zu ändern. Um ein Sektor-Zahnrad mit einer Evolventen-Zahnform durch Verwendung eines Zahnstangen-Zahnformfräsers herzustellen, wird die Sektorwelle 1 um den Winkel ^ von der Senkrechten geneigt montiert, wie Pig, 2 zeigt, da das Sektor-Zahnrad ein Kegelzahnrad ist, das eine Einstellung des toten Spiels erlaubt. Der Standardzahnstangen-Zahnformfräser R, wobei die Dicke eines jeden Zahns

009809/0989

BAD ORIGINAL

der Zahnstange auf der Uormalwälzlinie AA¹ mit der Hälfte der Ganghöhe t hergestellt wird, wie Pig· 3 zeigt, wird in gerader Richtung des Pfeils C "bewegt durch den Vorschub K auf der Zahnschneidganghöhe BB¹, um wiederum das Sektor-Zahnrad 2 in Richtung des Pfeiles E durch den Vorschub P auf der Standardwälzlinie zu bewegen« In dieser Stellung wird der Standardzahnstangen-Zahnformfräser R nach oben und unten bewegt, um den Vorschub K gleich dem Vorschub P zu machen, und dieser Vorgang wird wiederholt, womit ein herkömmliches Sektor-Zahnrad erzeugt wird, das ein gleiches Übersetzungsverhältnis aufweist. Wenn ein Sektor-Zahnrad gefräst wird durch Veränderung des Übersetzungsverhältnisses, muß die Sektor-Zahnradbewegung P geringer sein als die Zahnformfräserbewegung K auf beiden Seitender Mullstellung des Sektor-Zahnrad-Betätigungswinkels Θ. Die Erhöhung des Werts dieser Bewegung E kann proportional das Übersetzungsverhältnis verändern, wie durch die Linien MU und MN¹ in Pig. 1 gezeigt ist. Auf den Linien IiP und BT¹P* ist der Vorschub, d.h. die Übertragungsstrecke P¹ und K¹ größer als der Vorschub P bzw. E, aber gleich der Übertragungsstrecke des Präsers an .den Punkten IT und N^f, und P¹ ist gleich K¹ gemacht, so daß ein gleiches Übersetzungsverhältnis erzielt wird.

Im Pail eines herkömmlichen Sektor-Zahnrads mit gleichem Übersetzungsverhältnis wird nach Pig. 3, wenn der Betriebswinkel des Sektor-Zahnrads 2, der den Vorschub P auf dem Standardwälz-

kreis angibt, für ©° P = ©° und P = K. Daher kann der Vorschub E ausgedrückt werden durch E = θ , wobei D = D¹.

009809/0 9 89

Wenn, der Vorschub K mehr vergrößert wird als der Vorschub I?, der unverändert gehalten wird, d.h. Θ⁰ wird unverändert gehalten, um ein Sektor-Zahnrad 2 mit einem veränderlichen .Übersetzungsverhältnis zu erzeugen, wird D'größer als D und folglich ist es aus der zuvor genannten Formel G = ·*·*— verständlich, daß das Übersetzungsverhältnis G- sich stark ändert. Wie oben festgestellt wurde, kann das Übersetzungsverhältnis des Sektor-Zahnrads 2 verändert werden mit der Veränderung des Sektor-Zahnrad-Betatigungswinkeis θ durch Verwendung eines Standardzahnstangen-Zahnformfräsers R, In diesem Pail jedoch, da der Vorschub K des Standardzahnstangen-Zahnformfrasers R größer als der Vorschub F des Sektor-Zahnrads 2 ist, hat der Zahnformfräser R das Bestreben, dem Sektor-Zahnrad 2 voraufzugehen und demgemäß haben die Fräsermesser die Neigung, übermäßig zu schneiden, aber die Messer auf der gegenüberliegenden Seite haben die Neigung, ungenügend zu schneiden und belassen einen noch wegzuschneidenden Stock. Somit wird der Mittelzahn 21 des Sektor-Zahnrades an dem Kamm abgeschrägt und ist dick an dem Fuß, wie Pig, 4 zeigt, und gleichzeitig findet ein i'Hinterschneiden" statt. Auch die äußeren Zähne 22 und 22·, benachbart dem Mittelzahn 21, werden zu viel ausgeschnitten an den Flächen, weil der Standardzahnstangen-Zahnformfräser stark voreilt, Pig. 5 zeigt den richtigen äußeren Zahn 22, Der linke äußere Zahn 22»· ist ebenfalls an der entgegengesetzten Seitenfläche symmetrisch ausgeschnitten. Das Sektor-Zahnrad mit solchen fehlerhaften Zähnen hat nicht nur eine geringere Festigkeit, sondern ergibt auch einen unerwünschten Zahneingriff, der so ernstlich fehler-

009809/0 989

haft ist, daß er nicht mehr verwendbar als wichtiges SicherheiLsteil in Fahrzeugen erscheint. Die Aufrechterhaltung der vorbeschriebenen Festigkeit trotz der geringwertigen Zahnform erscheint als solch ein Problem, daß es notwendig wird, große ZdlWIdÜZÖtilie als GüMes auszuwählen oder es wird schwierig, vollständig alle Erforc vnisse einer Sektor-Zahnrad-Leistungsfähigkeit zu erfüllen aufgrund des begrenzten Bereichs des anwendbaren Übersetzungsverhältnisses, nämlich des begrenzten Unterschieds im ÜbersetzunGSverhältnis zwischen dem Punkt M und den Punkten Ή und N¹ in Pig. 1.

Pig, 6 zeigt ein Beispiel der Erfindung. Die Kugelmutter 3 besitzt auf einer Seite eine Zahnstange, die über Kugeln mit der Schnecke 5 in Eingriff steht, die mit der lenkwelle verbunden ist und in axialer Richtung bei der Drehung der Schnecke β sich bewegt* Die Schnecke 5 ist frei drehbar an dem Getriebekasten 6 durch Schneckenlager 7. und 8 befestigt« Die Kugelmuttern-Zahnstange 4 ist mit dem Sektor-Zahnrad 2 in Eingriff, das auf einer Sektorwelle 1 montiert ist, und wenn daher die lenkwelle gedreht wird, dreht sich die Sektorwelle 1, um die Vorderräder in beiden Richtungen zu drehen und die Richtung des Fahrzeugs zu ändern. Pig. 7 ist eine vergrößerte Teilansicht der Kugelmuttern-Zahnstange 4 und Sektor-Zahnrads 2 auf der Sektorwelle, das in der Mittelstellung in Eingriff sich befindet. Die Zahnstange 4 hat vier Zähne, während das Sektor-Zahnrad 2 fünf Zähne hat. Das Sektor-Zahnrad 2 ist in der gleichen Weise durch einen Zahnstangen-Zahnformfräser S, darge-

009809/098 9
BAD ORIGINAL

stellt in Pig. 8, geschnitten, wie der oben erwähnte Standärdzahnstangen-Zahnfonafraser R. Die vier Zähne des Zahnstangen--■ Zahnformfräsers S sind von der gleichen Höhe H und haben die- gleichen Druckwinkel β . Es sind jedoch gleiche Beträge an seitlicher Umsetzung XL· , U₂ > U₅ und U, an je zwei Messern vorgesehen, z.B. S₁ und S₂I S₃ und S., S^ und Sg sowie S„ und Sg, die symmetrisch auf beiden Seiten der Mittelstellung des Sektor-Zahnrads 2 angeordnet sind, in der die Vorderräder geradeaus-laufen, d.h. auf den rechten und linken Seiten der Geradeauslinie XX¹, erzeugt von der geraden Mnie OJ, die zwischen dem Mittelpunkt 0 der Sektorwelle 1 und dem Mittelpunkt J des Mit— telzahns 21 des Sektor-Zahnrads gezogen wird* Die durch"gestrichelte Linien dargestellte Zahnform ist die des Standardzahnstangen-Zahnformfräsers R-, bevor das Profil verschoben ist. In Pig, 8 ist U₁ > U₅ und U₂=U₄=O. Diese vier Messer S,, S^, SU- und Sg sind nicht profilverschoben. Pig. 9 und Pig. '10 zeigen jedoch einen Zahnstangen-Zahnformfräser S mit seinen profilverschobenen Messern in umgekehrter Richtung bei U₂ bzw. U^. Die Druekwinkel des Zahnstangen-Zahnformfräsers sind also größer als die des Standardzahnstangen-Zahnformfrasers E. Die oben erwähnte Verschiebelage U₁, U₂, U» und U. sind passend bestiinm-fe, gemäß dem veränderlichen Übersetzungsverhältnis und verschiede-· nen anderen Erfordernissen des Getriebes. Die Kugeltnuttern-Zahnstange 4, die mit dem Sektor-Zahnrad in Eingriff steht, erzeugt durch einen Zahnstangen-Zahnformfräser S, der wie oben beschrieben eingestellt ist, hat Zähne, die weitgehend das gleiche Zahnprofil wie jene des Zahnstangen-Zahnformfräsers S

009809/0989

haben, aber sie sind_ngeringer,in der Dicke innerhalb des Bereichs, daß ein sachgemäßes Spiel beim Eingriff mit dem Sektor-Zahnrad 2 aufrecht erhalten werden kann.

Pig» 11 zeigt eine, andere Form des Sektor-Zahnrads 2 mit vier Zähnen, wobei drei Zähne des Zahnstangen-Zahnformfräsers S von derselben Höhe sind und die Druckwinkel wie jene, gezeigt in Pig· 8 und jene in Pig, 12 und Pig, 13, wobei die beiden symmetrisch auf der rechten und linken Seite angeordneten Messer S₁ und S₂, S, und S, sowie S₅ und Sg sind und der Betrag der seitlichen Umsetzung U,, der an den Messern S₁- und Sg vorgesehen ist, ist null.

Pig, 12 zeigt ein anderes Beispiel eines Sektor-Zahnrades 2 mit drei Zähnen, wobei der Zahnstangen-Zahnformfräser S aus zwei vollständigen Zähnen und zwei unvollständigen Zähnen besteht, die nur eine Messeraußenseite des entsprechenden vollständigen Zahnes aufweisen. S₁ und S₂* S, und S* sowie S₅ und Sg sind Messer, die symmetrisch an der rechten und linken Seite angeordnet sind und der. Betrag der seitlichen Umsetzung U₂, die an den Messern S₅ und S* vorgesehen ist, ist gleich null.

Fig· 13, zeigt, eine weitere Form des Sektor-Zahnrades 2 mit sechs Zähnen, Der Zahnstangen-Zahnformfräser S für die Anwendung zum Schneiden,des Sektor-Zahnrades hat fünf Zähne· Die Messer, die symmetrisch;auf der rechten und linken Seite angeordnet sind, sind S«. und S^₉, >S« und.SL, S,- und Sg, S™ und S_Q sowie Sg SlQi 009809/0989

- ίο -

und S₁Q. Dieses Beispiel zeigt einen Zahnstangen-Zahnformfraser S mit Zähnen, die einen verschiedenen Druckwinkel haben. Das wird angenommen zum Zweck der Verringerung des "Unterschneidens¹¹ durch Erhöhung des Druckwinkels, der angenommen wird in Übereinstimmung mit den Erfordernissen des Getriebes.

In diesen oben beschriebenen Beispielen hat die Kugelmuttern*· Zahnstange 4 Zähne, die nahezu die gleiche Zahnform wie jene des Zahnstangen-Zahnformfräsers S aufweisen, aber sie sind innerhalb eines Bereichs kleiner gestaltet, so daß ein sachgemäßes Spiel beim Eingriff mit dem Sektor-Zahnrad 2 aufrecht erhalten werden kann.

Wie oben festgestellt wurde, wird das Sektor-Zahnrad des Lenkgetriebes gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugt durch einen Zahnstangen-Zahnformfräser mit Messern, die den gleichen Betrag an seitlicher Umsetzung aufweisen und symmetrisch an zwei Stellen auf der rechten und linken Seite angeordnet sind, wodurch der Mangel vermieden wird, daß der mittige Zahn des Sektor-Zahnrads an dem Scheitel abgeschrägt wird und am Fuß dick ist und weiter der Mangel, daß die Außenfläche eines jeden äußeren Zahns benachbart dem Mittelzahn ausgeschnitten wird. Der andere Vorteil ist der, daß somit ein lenkgetriebe mit veränderlicher Übersetzung erzeugt wird, welches mit einem Sektor-Zahnrad vergehen ist, das genügend feste Zähne von idealer Zahnform aufweist, die für einen Eingriff mit der Kugelmutter geeignet ist. Ein anderer Vorteil besteht darin, daß das Sektor-Zahnrad, das

009809/0989

mit der Kugelmuttern-Zahnstange in Eingriff steht, nahezu die gleiche Zahnform wie der Zahnstarigeh-Zahnformfraser hat, um ein weiches Lenken zu ermöglichen, von dem ein wichtiger Sicherheitsfaktor abhängt. Ein anderer Vorteil liegt in der Fähigkeit, ein ideales Übersetzungsverhältnis verfügbar zu machen, das allen Erfordernissen der Wirkungsweise nachkommt durch Einstellung des Betrags der seitlichen Umsetzung eines jeden Messers des Zahnstangen-Zahnformfrasers.Hoch ein anderer Vorteil besteht darin, daß keine Notwendigkeit besteht, ein großes Sektor-Zahnrad vorzusehen, um die genügende Festigkeit zu erzielen.

009809/0989

Claims

'- 12 -

Von Hand betätigbares Lenkgetriebe für Fahrzeuge mit einer Kugelmutter, die auf einer Seite mit einer Zahnstange versehen ist und sich in axialer Richtung einer Schnecke bewegt, wenn diese mit der lenkwelle, mit der sie verbunden ist, sieh dreht und mit einem Sektor-Zahnrad, das mit der Zahnstange in Eingriff steht, dadurch gekennzeichnet, daß das Sektor-Zahnrad hergestellt wird durch die Verwendung eines Zahnstangen-Zahnformfräsers, der Messer aufweist, die symmetrisch an zwei Stellen auf der rechten bzw· linken Seite der Mittelstellung des Sektor-Zahnrads angeordnet sind, in der das Fahrzeug sich in seiner Geradeausstellung befindet, daß die Messer mit einem gleichen Betrag an seitlicher Versetzung versehen sind und daß die Kugelmuttern-Zahnstange nahezu die gleiche Zahnform wie die des Zahnstangen-Zahnformfräsers hat und mit dem Sektor-Zahnrad in Eingriff steht.

009809/0989

Leerseite