JP2008137473A - Rack for steering device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はステアリング装置用ラック及びステアリング装置用ラックを有するステアリング装置に係わり、特に、ラックのストローク端でのラック歯の強度を向上させたステアリング装置用ラック及びステアリング装置用ラックを有するステアリング装置に関するものである。 The present invention relates to a steering device rack and a steering device having a steering device rack, and more particularly to a steering device rack having improved rack tooth strength at a stroke end of the rack and a steering device having a steering device rack. It is.
ステアリングホイールを操作してピニオンを回転し、ピニオンに噛み合うラックを往復直線移動させて、タイロッドを介して舵輪を操舵するステアリング装置がある。このようなラックピニオン式のステアリング装置では、ラックがストローク端に達すると、ラック端部に固定されたラックエンドが、ラックハウジングの端部に固定されたストッパに当接して、ラックが停止する。 There is a steering device that operates a steering wheel to rotate a pinion, reciprocally moves a rack that meshes with the pinion, and steers a steered wheel via a tie rod. In such a rack and pinion type steering device, when the rack reaches the stroke end, the rack end fixed to the rack end comes into contact with a stopper fixed to the end of the rack housing, and the rack stops.
従って、ラックがストローク端で停止した時に、ピニオンと噛み合っている部分のラック歯に、大きな推力が作用し、ラック歯の歯元に応力が集中し、ラック歯の強度が不足することがあった。 Therefore, when the rack stops at the stroke end, a large thrust acts on the rack teeth that mesh with the pinion, and stress concentrates on the rack teeth, resulting in insufficient rack teeth strength. .
このようなラックのストローク端で、ピニオンと噛み合っている部分のラック歯に、大きな推力が作用するのを緩和するようにしたステアリング装置として、特許文献1に開示されたステアリング装置がある。
There is a steering device disclosed in
特許文献1のステアリング装置は、ラックがストローク端に達すると、ラック端部に固定されたラックエンドが、ラックハウジングの端部に固定された緩衝部材に当接して、ラック停止時の衝撃を緩和し、騒音やラック歯に作用する推力を低減している。
In the steering device disclosed in
このような特許文献1のステアリング装置では、ラックエンドとラックハウジングとの間に緩衝部材を装着する必要があるため、部品点数が増加して、製造コストが上昇し、ラックの軸方向のスペースも大きくなるという問題がある。
In such a steering device of
本発明は、ラックのストローク端でピニオンと噛み合うラック歯の歯元に応力が集中せず、部品点数の増加や製造コストの上昇が小さいステアリング装置用ラック及びステアリング装置を提供することを課題とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a steering device rack and a steering device in which stress is not concentrated on the base of a rack tooth meshing with a pinion at the stroke end of the rack, and the increase in the number of parts and the increase in manufacturing cost are small. .
上記課題は以下の手段によって解決される。すなわち、第1番目の発明は、ステアリングホイールの操作で回転するピニオンに噛み合って往復移動し、ステアリングギヤに操舵力を付与するステアリング装置用ラックにおいて、上記ラックのストローク端で上記ピニオンに噛み合うラック歯の、ピニオンからの推力が作用する側の歯面の歯元の丸みの曲率半径を、ピニオンからの推力が作用しない側の歯面の歯元の丸みの曲率半径よりも大きく形成したことを特徴とするステアリング装置用ラックである。 The above problem is solved by the following means. That is, the first invention relates to a rack for a steering device that meshes with a pinion that rotates by operation of a steering wheel and reciprocates to apply a steering force to a steering gear. The radius of curvature of the root of the tooth surface on the side where the thrust from the pinion acts is larger than the radius of curvature of the root of the tooth surface on the side where the thrust from the pinion does not act This is a rack for a steering device.
第2番目の発明は、ステアリングホイールの操作で回転するピニオンに噛み合って往復移動し、ステアリングギヤに操舵力を付与するラックを有するステアリング装置において、上記ラックのストローク端で上記ピニオンに噛み合うラック歯の、ピニオンからの推力が作用する側の歯面の歯元の丸みの曲率半径を、ピニオンからの推力が作用しない側の歯面の歯元の丸みの曲率半径よりも大きく形成したことを特徴とするステアリング装置である。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a steering apparatus having a rack that meshes with a pinion that rotates by operation of a steering wheel and reciprocates and applies a steering force to a steering gear. The radius of curvature of the root of the tooth surface on the side where the thrust from the pinion acts is larger than the radius of curvature of the roundness of the tooth surface on the side of the tooth surface where the thrust from the pinion does not act, Steering apparatus.
本発明のステアリング装置用ラック及びステアリング装置では、ラックのストローク端でピニオンに噛み合うラック歯の、ピニオンからの推力が作用する側の歯面の歯元の丸みの曲率半径を、ピニオンからの推力が作用しない側の歯面の歯元の丸みの曲率半径よりも大きく形成している。従って、ラックのストローク端でピニオンと噛み合うラック歯の歯元に応力が集中しないため、ラックの耐久性が向上し、部品点数が増加せず、製造コストの上昇も小さい。 In the steering device rack and the steering device of the present invention, the curvature radius of the roundness of the tooth root of the tooth surface on the side on which the thrust from the pinion acts on the rack tooth that meshes with the pinion at the stroke end of the rack is the thrust from the pinion. The radius of curvature of the root of the tooth surface on the non-acting side is larger than the radius of curvature. Accordingly, stress is not concentrated on the base of the rack teeth meshing with the pinion at the stroke end of the rack, so that the durability of the rack is improved, the number of parts is not increased, and the increase in manufacturing cost is small.
また、本発明のステアリング装置用ラックは、形状が単純なため、冷間鍛造等の非切削加工による製造だけではなく、ホブ加工やスロッター加工等の切削加工による製造も容易であり、ラックの歯面の研削加工や研磨加工も容易となる。 In addition, since the steering device rack of the present invention has a simple shape, it can be easily manufactured not only by non-cutting processing such as cold forging but also by cutting processing such as hobbing or slotter processing. Surface grinding and polishing are also facilitated.
図1は本発明の実施例のステアリング装置を示し、(1)はコラムアシスト型ラックピニオン式ステアリング装置の全体斜視図、(2)はピニオンアシスト型ラックピニオン式ステアリング装置の全体斜視図である。 FIG. 1 shows a steering apparatus according to an embodiment of the present invention, wherein (1) is an overall perspective view of a column assist type rack and pinion type steering apparatus, and (2) is an overall perspective view of the pinion assist type rack and pinion type steering apparatus.
図1(1)に示すコラムアシスト型ラックピニオン式パワーステアリング装置は、ステアリングホイール101の操作力を軽減するために、コラム105の中間部に取付けたモータ102の操舵補助力をステアリングシャフトに付与している。そして、ステアリングシャフトの回転を中間シャフト106に伝達し、ラックピニオン式のステアリングギヤ103のラックを往復移動させ、タイロッド104を介して舵輪を操舵している。
The column assist type rack and pinion type power steering apparatus shown in FIG. 1A applies a steering assist force of a
図1(2)に示すピニオンアシスト型ラックピニオン式パワーステアリング装置は、ステアリングホイール101の操作力を軽減するために、モータ107の操舵補助力をステアリングギヤ103のラックに噛合うピニオン軸に付与している。そして、ピニオン軸のピニオンに噛み合うステアリングギヤ103のラックを往復移動させ、タイロッド104を介して舵輪を操舵している。
The pinion assist type rack and pinion type power steering apparatus shown in FIG. 1 (2) applies the steering assist force of the
このような、コラムアシスト型やピニオンアシスト型のラックピニオン式パワーステアリング装置は、操舵補助力がラックとピニオンとの噛み合い面に作用する。従って、ラックのストローク端でラックエンドがラックハウジングの端面に当接すると、ラックに大きな推力が作用し、ラックのストローク端でピニオンに噛み合うラック歯の歯面の歯元に大きな応力が作用する。 In such column assist type and pinion assist type rack and pinion type power steering devices, the steering assist force acts on the meshing surface between the rack and the pinion. Therefore, when the rack end comes into contact with the end surface of the rack housing at the stroke end of the rack, a large thrust acts on the rack, and a large stress acts on the tooth base of the rack tooth that meshes with the pinion at the rack stroke end.
図2は、図1(1)のコラムアシスト型ラックピニオン式ステアリング装置のラックとピニオンとの噛み合い部を示す縦断面図である。図3はラックがラックストロークの中央位置にある状態を示す図2のA−A断面図である。図4はラックがラックストロークの端部にある状態を示す図2のA−A断面図である。 2 is a longitudinal sectional view showing a meshing portion between a rack and a pinion of the column assist type rack and pinion type steering device of FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 2 showing a state where the rack is at the center position of the rack stroke. 4 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 2 showing a state where the rack is at the end of the rack stroke.
図2に示すように、ステアリングギヤ103のハウジング21に、ピニオン軸22の下端部が、ボール軸受23とニードル軸受24により軸支されている。ピニオン軸22の上端は、図示しないカルダン継手を介して図1(1)の中間シャフト106に連結されている。
As shown in FIG. 2, the lower end portion of the
ピニオン軸22の回転は、ピニオン221を介してラック31に伝達され、ラック31に連結された図1(1)及び、図3、図4のタイロッド(転舵装置)104、104を介して、舵輪の向きを変更する。
The rotation of the
転がり式ラックガイドは、ラック31のラック歯32の背面側の外周33に、ローラ41をアジャストカバー42によって押し付けている。ローラ41は、円柱状の軸体43に、複数のニードルころ44によって回転可能に軸支されている。軸体43は円筒状のホルダ45の溝451内に収容されている。ラックガイドは、本発明の実施例の転がり式ラックガイドに限定されるものではなく、滑り式ラックガイドでもよい。
In the rolling rack guide, a
ハウジング21には、断面円形のガイド孔25が形成され、このガイド孔25にホルダ45が図2の左右方向に摺動可能に内嵌している。アジャストカバー42を回転して螺合距離を適度に調整し、ロックナット46でアジャストカバー42を緩み止めすることにより、皿バネ47を介してホルダ45をラック31側に押しつけ、ラック31の外周33にローラ41を押し付けている。これにより、ピニオン221とラック31との噛み合い部のバックラッシュを無くし、ラック31が円滑に移動するようにしている。
A
図3、図4に示すように、ラック31の左端にはラックエンド34が固定され、このラックエンド34は、図示しないボールジョイントを介してタイロッド104に結合され、ステアリングホイール101の操舵力を車輪に伝達している。図示しないが、ラック31の右端にも、図3、図4に示すラックエンド34が固定され、ボールジョイントを介して右側のタイロッド104に結合されている。
As shown in FIGS. 3 and 4, a
図4に示すように、ラック31が右側に移動し、ラック31の右側のストローク端で、ラックエンド34が、ハウジング21の左端に固定されたストッパ26に当接して、ラック31のラック歯32がピニオン221から外れないように規制している。
As shown in FIG. 4, the
図5(1)は本発明の実施例のラック単体を示す正面図、図5(2)は図5(1)のP部拡大断面図、図5(3)は図5(1)のQ部拡大断面図である。 5 (1) is a front view showing a single rack according to an embodiment of the present invention, FIG. 5 (2) is an enlarged cross-sectional view of a portion P in FIG. 5 (1), and FIG. 5 (3) is Q in FIG. FIG.
図5(1)、(2)に示すように、ラック31の右端側の隣接する二個のラック歯(歯)322、323は、その右歯面35A、35Aの歯元に、曲率半径の大きな丸み36、36が形成されている。曲率半径の大きな丸み36、36は、右歯面35A、35Aと滑らかに接続されている。
As shown in FIGS. 5 (1) and (2), the two adjacent rack teeth (teeth) 322 and 323 on the right end side of the
また、ラック歯322の左歯面35Bの歯元、及び、ラック歯322の右隣りのラック歯321の左歯面35Bの歯元には、曲率半径の小さな丸み37、37が形成されている。曲率半径の小さな丸み37、37は、曲率半径の大きな丸み36、36と滑らかに接続されている。
Further,
ラック31の左端側の隣接する三個のラック歯326、327、328は、上記右端側のラック歯322、323の歯元の丸みとは逆に、その左歯面の歯元に、曲率半径の大きな丸みが形成されている。また、ラック歯327、328の右歯面の歯元、及び、ラック歯328の左隣りのラック歯329の右歯面の歯元には、曲率半径の小さな丸みが形成されている。
The three
上記したラック歯321からラック歯323、ラック歯326からラック歯329を除いたラック歯は、例えば、図5(3)に示すように、隣接する二個のラック歯324、325は、ラック歯325の右歯面35Aとラック歯324の左歯面35Bの歯元に、同一曲率半径の丸み38、38が形成されている。
The rack teeth obtained by removing the
従って、ステアリングホイール101を操作して、図2のピニオン221を回転すると、ラック31が、図5(1)で左側に移動する。ラック31が左側のストローク端に達すると、ラック31の右側のラックエンド34が、ハウジング21の右端に固定されたストッパ26に当接して、ラック31が停止する。
Accordingly, when the
従って、ラック31の左側のストローク端で、ピニオン221と噛み合っているラック歯322、323の右歯面35A、35Aの歯元には、図5(1)、(2)の矢印F1方向の大きな推力が作用する。しかし、ラック歯322、323には、その右歯面35A、35Aの歯元に、曲率半径の大きな丸み36、36が形成されているため、応力集中が緩和され、ラック歯322、323の耐久性が向上する。また、部品点数が増加しないため組立工数が削減され、製造コストの上昇も小さい。
Therefore, at the stroke end on the left side of the
本発明の実施例では、同一曲率半径の丸み38の曲率半径は、1.2mmである。また、曲率半径の大きな丸み36の曲率半径は3.0mmである。歯元に作用する応力を解析した結果では、曲率半径3.0mmの丸みを付与した歯面の歯元に作用する応力は、曲率半径1.2mmの丸みを付与した歯面の歯元に作用する応力の約80%に抑制される。
In the embodiment of the present invention, the radius of curvature of the
また、ステアリングホイール101を逆方向に操作して、ラック31が、図5(1)で右側に移動し、ラック31が右側のストローク端に達すると、ラック31の左側のラックエンド34が、ハウジング21の左端に固定されたストッパ26に当接して、ラック31が停止する。
Further, when the
従って、ラック31の右側のストローク端で、ピニオン221と噛み合っているラック歯326、327、328の左歯面の歯元には、図5(1)の矢印F2方向の大きな推力が作用する。しかし、ラック歯326、327、328には、その左歯面の歯元に、曲率半径の大きな丸みが形成されているため、応力集中が緩和され、ラック歯326、327、328の耐久性が向上する。
Therefore, at the stroke end on the right side of the
本発明の実施例のラック31は、形状が単純なため、冷間鍛造等の非切削加工による製造だけではなく、ホブ加工やスロッター加工等の切削加工による製造も容易であり、ラック歯面の研削加工や研磨加工も容易である。
Since the
上記実施例では、曲率半径の大きな丸み36は円弧で形成されているが、円弧に限定されるものではなく、複合円弧や楕円等、歯面に滑らかに接続する形状の曲線であればよい。
In the above embodiment, the
上記実施例においては、電動パワーステアリング装置を有するステアリング装置に適用した例を示したが、電動パワーステアリング装置の無いステアリング装置に適用してもよい。 In the above-described embodiment, an example in which the present invention is applied to a steering apparatus having an electric power steering apparatus has been described. However, the present invention may be applied to a steering apparatus without an electric power steering apparatus.
101 ステアリングホイール
102 モータ
103 ステアリングギヤ
104 タイロッド
105 コラム
106 中間シャフト
107 モータ
21 ハウジング
22 ピニオン軸
221 ピニオン
23 ボール軸受
24 ニードル軸受
25 ガイド孔
26 ストッパ
31 ラック
32 ラック歯
321、322、323 ラック歯
324、325 ラック歯
326、327、328、329 ラック歯
33 外周
34 ラックエンド
35A 右歯面
35B 左歯面
36 曲率半径の大きな丸み
37 曲率半径の小さな丸み
38 同一曲率半径の丸み
41 ローラ
42 アジャストカバー
43 軸体
44 ニードルころ
45 ホルダ
451 溝
46 ロックナット
47 皿バネ
DESCRIPTION OF
Claims (2)
上記ラックのストローク端で上記ピニオンに噛み合うラック歯の、ピニオンからの推力が作用する側の歯面の歯元の丸みの曲率半径を、ピニオンからの推力が作用しない側の歯面の歯元の丸みの曲率半径よりも大きく形成したこと
を特徴とするステアリング装置用ラック。 In a steering device rack that meshes with a pinion that rotates by the operation of a steering wheel, reciprocates, and applies steering force to a steering gear.
The radius of curvature of the tooth root of the tooth surface on the side where the thrust from the pinion acts on the rack tooth that meshes with the pinion at the stroke end of the rack is the tooth radius of the tooth surface on the side where the thrust from the pinion does not act A rack for a steering device, wherein the rack is formed to be larger than a rounded radius of curvature.
上記ラックのストローク端で上記ピニオンに噛み合うラック歯の、ピニオンからの推力が作用する側の歯面の歯元の丸みの曲率半径を、ピニオンからの推力が作用しない側の歯面の歯元の丸みの曲率半径よりも大きく形成したこと
を特徴とするステアリング装置。 In a steering apparatus having a rack that meshes with a pinion that rotates by operation of a steering wheel and reciprocates and applies a steering force to a steering gear.
The radius of curvature of the tooth root of the tooth surface on the side where the thrust from the pinion acts on the rack tooth that meshes with the pinion at the stroke end of the rack is the tooth radius of the tooth surface on the side where the thrust from the pinion does not act A steering device characterized by being formed to be larger than a rounded radius of curvature.
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