DE1922121C3

DE1922121C3 - Lenkgetriebe mit sich änderndem Übersetzungsverhältnis

Info

Publication number: DE1922121C3
Application number: DE1922121A
Authority: DE
Inventors: Mosato Fujisawa Kanagawa Yanagimoto
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1968-05-02
Filing date: 1969-04-30
Publication date: 1985-04-25
Also published as: FR2007721A1; DE1922121B2; GB1235052A; JPS5138971B1; DE1922121A1; US3661031A

Description

. Bei bekannten Lenkgetrieben mit sich änderndem Übersetzungsverhältnis (FR-PS 13 92 007) ist ein antreibendes Ritzel mit einheitlicher Verzahnung und eine angetriebene Zahnstange mit sich ändernden Zahnformen und Zahnabständen vorgesehen. Die Herstellung einer solchen Zahnstange ist kompliziert und nur durch besondere Herstellungsverfahren möglich. Überdies weist ein Teil der Zähne der Zahnstange ein Profil mit unbefriedigenden Festigkeitseigenschaften auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellung eines Lenkgetriebes gemäß Oberbegriff zu ermöglichen, ohne daß ungünstige Zahnformen in Kauf genommen werden müssen. Für die Herstellung sollen ferner geradflankige Werkzeuge verwendet werden

können. ; - . .

Die gestellte Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst
Bei dar Herstellung des Lenksegmentes durch eine

geradflankige Zahnstange wird das Übersetzungsverhältnis in Abhängigkeit von dem zugeordneten Lenkausschlag verändert; so daß die entstehenden Zahnformeii des Lenksegnierttes mit der Lenkmutter das sich ändernde Übersetzungsverhältnis reproduzieren. Die erhaltenen Zähnformen sind tragfähig, insbesondere wird Ühterschnitt und eine allzu spitze Zahnform vermieden.

Äusführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigt

•⁵ Fig. 1 ein Diagramm des sich ändernden Übersetzungsverhältnisses des Lenkgetriebes über dem Lenkungsausschlag als Abszisse,

Fig.2 eine Darstellung der Herstellung eines Lenksegmentes, von der Seite gesehen,

F i g. 3 eine vergrößerte Einzelheit in der Draufsicht des Herstellungsvorganges,

Fig.4 eine vergrößerte Einzelheit, nämlich den Mittelzahn des Lenksegmentes, wenn dieser für sich änderndes Übersetzungsverhältnis mit einem 20°-normalverzahnten Werkzeug hergestellt wird,

F i g. 5 eine weitere, vergrößerte Einzelheit, nämlich einen Zahn im Übergangsbereich unter den gleichen Herstellungsvoraussetzungen,
F i g. 6 einen Querschnitt durch ein Lenkgetriebe,

F i g. 7 eine vergrößerte Einzelheit aus F i g. 6,

Fig.8 bis 13 unterschiedliche Zahnstangen als mögliche Werkzeuge zur Herstellung des Lenksegments.
Fig. 6 zeigt ein Lenkgetriebe. An einer Abtriebswelle 1 ist ein Lenksegment 2 angeordnet, welches durch eine Lenkmutter 3 antreibbar ist, die an ihrer Mantelfläche eine Zahnstange 4 trägt. Die Lenkmutter 3 steht über Kugeln mit einem Gewinde 5 in umgriff, welches Teil einer Lenkspindel ist, die in einem Getriebegehäuse 6

*> mittels Lagern 7 und 8 drehbar, aber in axialer Richtung unverschiebbar gelagert ist.

Bei Lenkgetrieben nach der Erfindung soll der Verlauf des Übersetzungsverhältnisses sich ändern, wie es in F i g. 1 dargestellt ist. Der Geradeausfahrt mit

« θ=0° soll ein kleines Übersetzungsverhältnis M entsprechen, bei kleinen Lenkungsausschiägen soil sich das Übersetzungsverhältnis C längs der Linie MN bzw. MN' vergrößern, und bei großen Lenkungsausschlägen soll ein konstantes Übersetzungsverhältnis entsprechend der Linie NPbzv/. N'P'erzleh werden.

Bei einem Lenkgetriebe der in Fig.6 dargestellten Art treten zwei Übersetzungsstellen auf, die das gesamte Übersetzungsverhältnis bestimmen, nämlich die Übersetzung zwischen dem Gewinde 5 und der Mutter 3 sowie zwischen der Zahnstange 4 und dem Lenksegment 2. Zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses muß der Wälzkreis des Lenksegmentes 2 in Abhängigkeit von dem Lenkungsausschlag unterschiedliche Größe D aufweisen.

Lenksegmente 2 werden normalerweise als Sektor-Kegelzahnräder hergestellt, da diese Form die Einstellung des Flankenspiels zu der Zahnstange 4 (Spielfreiheit) ermöglicht. Wie F i g. 2 zeigt, wird ein Kegelwinkel ix bei der Herstellung des Lenksegmentes 2 eingehalten.

Um die Evolventen-Zahnform herzustellen, werden geradflankig verzahnte Zahnstangen als Werkzeug bevorzugt. Solche Werkzeuge R weisen eine Teilung t (Fig.3) auf, gemessen an der Linie AA'. In dem

dargestellten Beispiel sei BB' die Wälzgerade, auf welcher sich der Wälzkreis D abwälzt, wenn das Werkzeug R in Richtung des Pfeiles C verschoben und das Werkstück in Richtung des Pfeiles E gedreht wird. Bei gleichbleibendem Walzdurchmesser D wird ein konstantes Obersetzungsverhältnis erhalten.

Um ein sich änderndes Übersetzungsverhältnis zu erzielen, muß bei der Herstellung des Lenksegments 2 deren Drehung E abweichend von dem Längsverschiebungsbetrag C gemacht wewlen. Dies ist gleichbedeutend mit der Wahl eines geänderten Wälzdurchmessers D des Lenksegmentes und einer geänderten Wälzgerade des Zahnstangen-Werkzeuges R. Im einzelnen erfolgt der Längsantrieb C des Zahnstangen-Werkzeuges R und der Drehantrieb des Lenksegmentes 2 mit dem gewünschten Verlauf des Obersetzungsverhältnisses, beispielsweise mit dem in F i g. 1 dargestellten Verlauf. Wenn ein so hergestelltes Lenksegment 2 mit einer Zahnstange 4 entsprechend dem Werkzeug R in einem Lenkgetriebe zusammen arbeitet, wird dai sich ändernde Übersetzungsverhältnis reproduziert, weWies bei der Herstellung eingehalten worden ist Wenn das verwendete Verzahnungswerkzeug ein 20°-nonnverzahntes, geradflankiges Zahnstangenwerkzeug R ist, werden unter den angegebenen Bedingungen des sich ändernden Übersetzungsverhältnisses ungünstige Zahnformen bei dem Lenksegment erzeugt, wie sie in F i g. 4 und 5 dargestellt sind. Im einzelnen wird für den mittleren Zahn 21 des Lenksegmentes 2 eine spitze Form mit einem gewissen Unterschnitt am Fußkreis und für den benachbarten Zahn 22 ein beachtlicher Unterschnitt am Fußkreis erhalten. Solche Zähne sind für eine Zahnpaarung wenig geeignet, außerdem ist ihre Festigkeit wegen des Unterschnittes herabgesetzt

Um solche ungünstige Zahnformen zu vermeiden, wird erfindungsgemäß die in F i g. 7 größer herausgezeichnete Zahnpaarung mittels Zahnstangen-Werkzeugen S hergestellt, wie sie in den F i g. 8 bis 13 dargestellt sind. Die Grundform dieses Werkzeuges ist die 20°-Normverzahnung, d.h. Zahnstangen mit guraden Flanken unter einem Winkel β von 20°. Gegenüber der genormten Form sind jedoch einige der Flanken versetzt und/oder gedreht, wie nachfolgend im einzelnen beschrieben wird.

Wenn das Lenksegnierii eine ungeradzahligc Anzahl von Zähnen aufweist (5 im Falle der F i g. 7), weist die damit kämmende, symmetrisch ausgebildete Zahnstange 4 eine geradzahlige Anzahl von Zähnen auf (4 im Falle der F i g. 7), und das erzeugende Werkzeug 5 des Lenksegmentes weist ebenfalls eine geradzahlige Anzahl der Zähne auf. Die Symmetrieebene XX' in F i g. 8 trifft somit auf eine Zahnlücke des Verzahnungswerkzeuges S. Die Flanken des Werkzeuges S sind mit SI —58 bezeichnet, wobei die Flanken 51,53,55,57 links von der Symmetrieebene XX'und die Flanken S2, S 4, 56, 58 rechts von der Symmetrieebene liegen. Gegenüber der 20°-Normverzahnung ist die Flanke 51 um den Betrag UX und die Flanke 55 um den Betrag U3 nach links und die Flanke 52 um den Betrag t/1 sowie die Flanke 56 um den Betrag i/3 nach rechts versetzt. Ausgehend von der mittleren Zahnlücke sind die Zahnlücken gegenüber der 20°-Normverzahnung um abnehmende Beträge verbreitert. Dabei ist außerdem UA größer als t/3. Die Flanken 53, 54, 57, S 8 sind nicht verschoben, das zugehörige t/2, t/4 demnach 0.

Fig.9 zeigt eine weitere Ausführungsform des Werkzeuges 5 für den Fall einer Zahnlücke als mittleres Verzahnungselement Die Zahnflanken und ihre Abweichung gegenüber der 20°-Normverzahnung sind wiederum mit 51 bis 58 bzw. U\ bis i/4 bezeichnet Die Verbreiterung der Zahnlücken erfolgt aber nicht durch Verschiebung der Zahnflanken, sondern durch eine kleine Drehung, so daß der Flankenwinkel größer als der 20°-Normwert ist Gemessen an der Teilungsebene ist die mittlere Zahnlücke um zwei t/l, und die angrenzende Zahnlücke um t/3—1/2 verbreitert

F i g. 10 zeigt ein Werkzeug 5 ähnlich F i g. 9, jedoch sind die beiden, an die mittlere Zahnlücke angrenzenden Zahnlücken um die Beträge U3+U2 verbreitert Die Fianken 57 und 58 sind ferner so gedreht, daß άετ Betrag t/4 zur Verbreiterung der weiter nach außen anschließenden Zahnlücke beiträgt, während dies im Falle der F i g. 9 nicht der Fall gewesen ist

Es wird Bezug auf F i g. 11 genommen. Wenn das Lenksegment 2 eine geradzahlige Anzahl von Zähnen aufweist, besitzt die damit kämmende Zahnstange eine iingeradzahlige Anzahl von Zähnen, und dies trifft auch auf das erzeugende Werkzeug S zu. Mittleres Verzahnungselement des Werkzeuges 5 ist demnach ein Zahn. Die beiden symmetrisch zur Symmetrieebene liegenden Zahnlücken sind durch Versetzung der Flanken 51, 53 bzw. 52, 54 um die Beträge Ui +1/2 verbreitert

Fig. 12 zeigt eine Verzahnungspaarung für ein Werkzeug entsprechend F i g. 8, wobei jedoch lediglich drei Zähne des Lenksegmentes 2 vorgesehen sind. Beim Werkzeug 5 brauchen deshalb die außenltegenden Zähne nur unvollständig ausgebildet zu sein.

Die Ausführungsform nach Fig. 13 weist wiederum einen 2ahn als mittleres Verzahnungselement des Werkzeuges 5 auf, und die angrenzenden Zahnlücken sind um die Beträge t/l + t/2 bzw. t/4 verbreitert, wobei die Verbreiterung wiederum durch Vergrößerung des normalerweise 20° betragenden Hankenwinkels gewonnen wurde, wie im Falle der Fig.9 und 10. Das Lenksegment 2 besitzt 6 Zähne und das Werkzeug 55 Zähne. Die Flanken 55 und 56 sowie 59 und 510 sind lediglich gedreht, ohne daß in der Teilungsebene ein Verbreiterungsbetrag i/3 bzw. t/5 zustande käme.

Mit den in Fig.8 bis 13 dargestellten Werkzeugen S läßt sich das Lenksegment 2 für ein sich gemäß F i g. 1 ändernde; Obersetzungsverhältnis herstellen, ohne daß die Zahnform-Fehler nach Fig.4 und 5 auftreten würden. Je nach dein gewünschten Verlauf des sich ändernden Übersetzungsverhältnisses ist es günstiger, die Parallelverschiebung oder die Drehung der Zahnflanken des Werkzeuges vorzunehmen. Es versteht sich, daß die Zahnstange 4, welche an der Mantelfläche der verschiebbaren Lenkmutter 3 angebracht ist, der Verzahnung des Werkzeuges S weitgehend entspricht. Die Zahnstangen sind demnach geradfiatikig, was vorteilhaft hinsichtlich ihrer Herstellung ist.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

; Patentansprüche: : ·

1. Lenkgetriebe für Kraftfahrzeuge, mit sich änderndem Obersetzungsverhältnis, nämlich mit einem kleinen Obersetzungsverhältnis für die Geredeausfahrt, einem sich vergrößernden Übersetzungsverhältnis für kleine Lenkungsausschläge und einem großen Obersetzungsverhältnis für große Lenkungsausschläge, bei. dem eine durch eine Lenkspindel über "ein Gewinde verschiebbare Lenkmutter an ihrer Mäntelfläche eine Zahnstange mit über deren axiale Erstreckung sich ändernden Zahnformen trägt, die in ein Lenksegment eingreift, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) die Verzahnung (21,22) des Lenksegmentes (2) ist mittels einer geradftankigen Zahnstange als WerkeSug (S) erzeugt, wobei

al) fei Falle einer Zahnlficke als mittleres Verzahnungselement des Werkzeuges (Sin Fig.8, 9, 10, 12) die mittlere Zahnlücke gegenüber einer 20°-Normverzahnung nach beiden Seiten hin um einen ersten Betrag (t/l) verbreitert ist und die anschließenden Zahnlücken auf der äußeren Seite — weg von der mittleren Zahnlücke — um einen zweiten, geringeren Betrag (i/3) verbreitert sind bzw.

a2) irr, Falle eines Zahns als mittleres Verzahnungselement des Werkzeugs (Sin F i g. 11, 13) die beiden angrenzenden Zahnlücken zum mittleren Zahn hin um einen ersten Betrag (LAl) und nacu außen hin um einen zweiten Betrag (i/2) verbreitert sind;

b) die Verzahnung der an der Lenkmutter (3) angebrachten Zahnstange (4) entspricht der Verzahnung des Werkzeuges (S).

2. Lenkgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne des Werkzeuges (S) einen gegenüber der 20°-Norm-Verzahnung abgeflachten Zahnflankenwinkel aufweisen.

3. Lenkgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß alle Zahnflanken des Werkzeugs (Sin F i g. 9,10,13) im Sinne der abnehmenden Zahnlückenverbreiterung, ausgehend vom mittleren Element nach außen gehend um fortschreitend geringer werdende Beträge versetzt bzw. gedreht sind.