CN109249983A - 用于机动车辆的齿条与小齿轮传动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于机动车辆的齿条与小齿轮传动装置(1)，齿条与小齿轮传动装置(1)具有支撑在壳体(40)里面的小齿轮轴(10)和齿条(30)，其中压力片(43)在朝向小齿轮轴(10)的方向上对齿条(30)进行预紧作用并且具有用于齿条(30)的导向部分(43.1)。为了提供齿条与小齿轮传动装置，齿条与小齿轮传动装置以有成本效益的方式生产并且具有精确的齿设置，根据本发明提供预紧之后的压力片(43)在压力方向(D)上可移动地支撑在轴承部件(45、46)上，该轴承部件(45、46)可以相对于壳体(40)以这样的方式被调整：压力片(43)相对于壳体(40)的位置可以以相对于压力方向(D)且相对于齿条(30)的延伸方向(A)的一角度被调整。

Description

用于机动车辆的齿条与小齿轮传动装置

技术领域

本发明涉及具有权利要求1的前序部分的特征的用于机动车辆的齿条与小齿轮传动装置，该齿条与小齿轮传动装置具有支撑在壳体里面的小齿轮轴和齿条，其中压力片在朝向小齿轮轴的方向上对齿条进行预紧作用并且具有用于齿条的导向部分。

背景技术

在机动车辆——尤其乘用车——的转向装置中，通常使用齿条与小齿轮转向装置。在此情况下，借助于方向盘旋转的小齿轮轴与齿条配合，该齿条转而对拉杆起作用。齿条借助于有弹性的压力片压在小齿轮轴的小齿轮上。在此情况下，小齿轮轴和齿条两者至少部分地设置在转向齿条与小齿轮传动装置的壳体里面，小齿轮轴和齿条在该壳体内可旋转地或可移动地被导向。为了实现小齿轮与齿条的最佳联锁，在生产过程中必须遵守特别小的公差。例如，这一方面与小齿轮和齿条的倾斜角有关，另一方面与转向装置壳体的生产有关。在此情况下应该特别注意角度、尤其投射到Y-Z平面上的其比例，小齿轮轴以该角度啮合在齿条上，该比例也被称为塔角。如果小齿轮轴相对于齿条的倾角没有以最佳的方式调整，这可以例如导致不期望的嘎嘎声或也导致过度的摩擦和磨损。然而，符合相应的公差是复杂的并且导致生产成本增加。

专利文件US 2014/0026694 A1公开了一种具有压力片的齿条与小齿轮转向装置，该压力片沿着压力轴线压在齿条上。压力片具有用于齿条的沿着其齿条轴线的导向装置，其中提供用于沿着调整轴线调整压力片的导向的调整装置，该调整轴线以相对于压力轴线且相对于齿条轴线的一角度延伸。在此情况下，导向装置可以在调整部分上形成，该调整部分借助于凸轮连接至可旋转移动的旋转部件。通过使旋转部件旋转，实现调整部件以及导向装置的位置变化。

专利文件US 2012/0248724 A1阐述一种用于车辆转向***的齿条与小齿轮驱动装置，在该齿条与小齿轮驱动装置中齿条与小齿轮配合。在与小齿轮相对的壳体的两端，齿条借助于固持元件保持。此外，提供压力片，该压力片利用力对齿条起作用。在此情况下，力的作用方向使得部件在朝向小齿轮轴的方向上起作用，同时另一部件相对于其横向地起作用，从而齿条在齿设置上方或下方与各自的固持元件邻接是可能的。

专利文件US 8,555,741 B2阐述一种齿条与小齿轮驱动装置，在该齿条与小齿轮驱动装置中齿条与小齿轮配合，其中齿条和小齿轮两者设置在壳体里面。在齿条的延伸方向上以相对于壳体里面的小齿轮偏移的一状态设置轴承套圈，齿条支撑在该轴承套圈中。在此情况下，轴承套圈的内轮廓相对于外轮廓偏心地形成，使得通过使轴承套圈旋转，齿条在壳体里面且相对于小齿轮的位置可以改变。从专利文件US 7,775,135 B2得知相似的结构。

专利文件DE 100 04 710 A1公开了一种具有驱动小齿轮的齿条与小齿轮转向装置，该驱动小齿轮可旋转地支撑在转向壳体中并且该驱动小齿轮啮合可以在转向壳体中轴向地移动的齿条。转向装置具有轴承，该轴承构造为压力片并且该轴承具有偏心轴承壳体，该偏心轴承壳体将齿条压在驱动小齿轮上。偏心轴承壳体包含至少两个部件，该至少两个部件借助于弹性体层或机械地彼此连接或者该至少两个部件包含弹性体层或弹性元件以便实现齿条的摩擦减少支撑并且补偿与生产相关的公差。

专利文件US 7,654,166 B2公开了另一种齿条与小齿轮驱动装置，在该齿条与小齿轮驱动装置中齿条在朝向小齿轮的方向上借助于压力片利用力起作用。压力片本身的力的作用是借助于具有倒角面的两个元件实现的，该两个元件借助于夹紧环压在一起并且该两个元件在远离齿条的一侧与压力片的倒角面配合。在装配过程中，两个元件首先借助于垫片分离，该垫片设置在两个元件之间并且该垫片随后被移除以便两个元件借助于夹紧环引导在一起。作为倒角面的相互作用的结果，压力片起作用。

根据阐述的现有技术，确保小齿轮轴和齿条之间的最佳接合仍然留有改进的余地。尤其，在没有影响精度的情况下优化生产成本将是可取的。

发明内容

本发明的目的是提供的齿条与小齿轮传动装置，该齿条与小齿轮传动装置可以在精确联锁的情况下以有成本效益的方式生产。

根据本发明的目的是用具有权利要求1的特征的齿条与小齿轮传动装置来实现的，其中从属权利要求与本发明的有利实施例有关。

应该注意的是在下面的描述中单独阐述的特征和措施可以以任何技术上有利的方式彼此结合并且阐述本发明的其他实施例。此外，描述尤其连同附图表征和详细说明本发明。

作为本发明的结果，提供用于机动车辆的齿条与小齿轮传动装置。尤其，齿条与小齿轮传动装置可以是转向装置。机动车辆可以例如是乘用车或卡车。齿条与小齿轮传动装置在此情况下具有小齿轮轴和齿条，该小齿轮轴和齿条支撑在壳体里面。在转向装置的情况下，提供小齿轮轴至少间接地连接至方向盘。小齿轮轴具有小齿轮，该小齿轮具有圆周齿设置，该圆周齿设置与齿条上的相应单面齿设置配合。在此情况下，可以使用直齿设置或斜齿设置。小齿轮轴和齿条两者支撑在壳体里面，其中小齿轮轴当然可旋转地被支撑，同时齿条在其延伸方向上可移动地被支撑。

在此情况下，压力片在朝向小齿轮轴的方向上对齿条进行预紧作用并且具有用于齿条的导向部分。这种压力片借助于弹性元件预紧并且与该弹性元件一起支撑在壳体中。根据该预紧，压力片在朝向小齿轮轴的方向上对齿条施加力。压力片优选地以一体的方式构造。优选地，小齿轮轴的压力片相对于齿条相对地设置。然而，实施例也是可想到的，在该实施例中不提供单独的弹性元件，相反预紧是通过压力片本身的弹性变形产生的。压力片具有用于齿条的导向部分，该导向部分当然是以它实现在其延伸方向上的齿条的位移这样的方式构造的。在此情况下，导向部分与齿条一起形成局部刚性锁定连接，齿条相对于压力片的横向于其延伸方向的位移借助于该局部刚性锁定连接而被最小化或防止。

根据本发明，预紧之后的压力片在压力方向上可移动地支撑在轴承部件上，该轴承部件可以相对于壳体以压力片相对于壳体的位置可以以相对于压力方向和齿条的延伸方向的一角度被调整这样的方式被调整。因此提供轴承部件，在该轴承部件中压力片以这样的方式被支撑：在预紧之后，它可以在压力方向上(相对于支撑部件)移动。也就是说，只要齿条的位置或运动允许，预紧之后的压力片可以在轴承部件里面在压力方向上移动。这导致轴承部件在压力方向上不发生任何相应的位移；它例如可以在该方向上相对于壳体被锁定。然而，轴承部件可以相对于壳体以这样的方式来调整：压力片相对于壳体的位置从而可以以相对于压力方向和齿条的延伸方向的一角度被调整。因此实现既不与压力方向平行也不与延伸方向平行的调整。在此情况下，术语“可调整的”旨在意味着压力片的位置可以预先确定是在公差范围内的，该公差范围当然总是存在的。

优选地，轴承部件也由单件构造，但多部件结构也是可想到的。压力片可以直接支撑在轴承部件内或在适用的情况下借助于至少一个中间元件间接支撑在轴承部件内。

作为根据本发明的压力片的位置的可调整性的结果，调整齿条相对于小齿轮轴的倾角是可能的。这是由压力片借助于导向部分引导齿条的事实造成的。优选地，齿条例如在壳体的端部借助于轴承与小齿轮轴分隔开地被导向，这在某种程度上可以被理解为枢转运动的旋转位置，这是通过压力片的位置变化实现的。由压力片检测到的齿条的区域也移动，从而齿条相对于壳体以及因此也相对于小齿轮轴的倾角改变。也就是说，齿条在壳体内的精确位置以及其相对于小齿轮轴的倾角在产品侧没有通过壳体的几何结构精确地被预先确定，相反通常在装配过程中尤其以实现小齿轮轴和齿条之间的最佳联锁这样的方式调整它们是可能的。如果倾角是通过(一维或两维的)角度范围来表征，则作为调整的结果预先确定根据调整而改变的特定角度范围。例如，相对于适当选择的轴线的倾角可以是0°和1°之间的设置，然而在另一种设置中倾角在3°和4°之间。尤其，在转向装置的情况下也影响塔角(也就是说，小齿轮轴和齿条之间的角度在Y-Z平面上的投射)从而是可能的，。

在装配过程中，例如可以通过齿条的滚动运动或正被监控的压力片的可用显示来验证理想的调整。

作为提到的调整可能性的结果，壳体以及(在适用的情况下)其他部件可以在更大的公差的情况下被生产，从而可以降低生产成本。由于轴承部件的任何附加成本相比之下可以相对较小，如将在下面参考单独实施例说明的。

优选地，压力片支撑在轴承部件的贯穿开口里面。也就是说，轴承部件具有贯穿开口或凹陷，压力片支撑在该贯穿开口或凹陷里面。至少压力片的一部分设置在贯穿开口里面，从而压力片如上所述地在压力方向上可移动地支撑。根据实施例，压力片可以完全穿过贯穿开口突出或仅在其中突出。在此情况下，弹性元件也局部地突进到贯穿开口中并且在其中与压力片邻接是可能的，借助于该弹性元件在压力片上产生预紧。更普遍地，弹性元件和压力片可以至少部分地设置在贯穿开口的相对侧上。在在此情况下描述的实施例中，实现轴承部件从预紧完全分离是特别容易可行的。作为该分离的结果，在某些情况下在装配过程中实现轴承部件相对于壳体的调整是更容易可行的。在装配之后作为预紧力的结果而防止发生轴承部件的不期望的调整可能也是可行的。采取任何预防措施在压力方向上固定轴承部件的位置也是不必要的。

优选地，例如在转向装置的情况下，齿条的延伸方向是水平的并且压力片的垂直位置可以借助于轴承部件的调整来调整。如上面已经描述的，改变齿条的倾角从而是可行的，该倾角尤其可以影响塔角。根据实施例，作为垂直位置变化的结果，不可避免地发生水平位置的变化也是可能的。

根据有利且结构上特别简单的实施例，轴承部件被构造为偏心轴承衬套，该偏心轴承衬套可以相对于壳体(通常在壳体里面)围绕压力片设置在不同的角度位置上。该实施例通常也可以以特别有成本效益的方式生产。轴承衬套在此情况下接收压力片。轴承衬套——其例如可以以圆柱形的方式构造——具有用于(至少间接地)接收压力片的内轮廓以及可以设置在壳体里面且例如可以至少部分地与其刚性锁定接合的外轮廓。内轮廓在此情况下相对于外轮廓偏心地构造(或反之亦然)。内轮廓提供用于接收压力片并且例如可以具有圆形截面。外轮廓可以具有多边形(例如，六边形或八边形)截面。在壳体上，接着将必须形成具有多边形截面的相应凹陷，轴承衬套***到该凹陷中，在此情况下，在六边形截面的情况下，轴承衬套可以围绕压力片设置在六个不同的角度位置中，其中作为内轮廓相对于外轮廓的偏心设置的结果，压力片在每种情况下设置在相对于壳体的不同的位置中。这转而导致齿条相对于壳体和小齿轮轴的不同倾角。作为角度位置的变化的结果，通常不仅垂直于齿条的延伸方向的位置被改变，而且在延伸方向上的位置也改变。然而，后者是没有疑问的，因为齿条可以相对于压力片在该方向上一定程度地自由地移动。

优选地，轴承衬套可以设置在任何角度位置中。在此情况下，轴承衬套的外轮廓或外覆盖面具有圆形截面，以便它可以在壳体的相应凹陷内自由地取向。通过这种方式，以比用有限数量的轴承衬套的定位可能性的方式更可变的方式调整压力片的垂直位置以及因此齿条的倾角，当然也是可行的。然而，在主要圆形外截面的情况下，扳手平面(例如外六边形头等)也可以部分地提供以便实现与工具的刚性锁定连接，借助于该工具调整轴承衬套。

为了防止在操作期间轴承衬套的位置以及因此齿条的倾角以不期望的方式被调整，轴承衬套优选地能够在壳体里面锁定在角度位置中。在多边形截面的情况下，轴承衬套在任何情况下借助于相应的刚性锁定连接以旋转固定的方式接收在壳体中。相比之下，在圆形截面的情况下，可能需要提供例如锁定螺钉这样的锁定元件，该锁定元件横向地接合在轴承衬套上。在其他情况下，例如，当轴承衬套和壳体之间的摩擦防止旋转时，锁定元件可以是可有可无的。

作为轴承部件里面的压力片的可移动性的结果，轴承部件的旋转与旋转轴线的方向上的微小位移关联在许多情况下是无关紧要的。因此，可以借助于螺旋形运动实现调整。根据这种实施例，轴承衬套具有螺纹，该螺纹与壳体的反向螺纹配合。在某些情况下，在螺纹之间可以产生非刚性锁定连接，该非刚性锁定连接使附加锁定是没有必要的。螺纹可以是外螺纹以便轴承衬套拧入到壳体中。然而，可替代地，轴承衬套的螺纹是内螺纹并且反向螺纹是外螺纹也是可想到的。

作为上述实施例的替代，在该实施例中偏心轴承衬套可以设置在不同的角度位置中，轴承部件可以相对于壳体以线性的方式调整。轴承部件可以相对于壳体(优选地在壳体里面)以线性的方式连续移动，其中实施例也将是可想到的，在该实施例中多个离散线性序列位置是可行的。线性位移在此情况下尤其可以是线性位移，例如，虽然沿着弯曲路径的位移也将是可想到的。当然，作为轴承部件的线性位移的结果，支撑在其中的压力片也移动，从而实现提供的齿条的倾角变化。通常，该实施例在结构上比具有偏心轴承衬套的实施例稍微更复杂，但在此情况下，调整路径和齿条的倾角变化之间有更线性的连接，从而实现该线性连接。为了防止轴承部件的不期望的位移，例如，可以提供锁定元件。另一方面，轴承部件能够经由自锁定驱动装置(例如，主轴驱动)调整也将是可行的。

轴承部件优选地设置在壳体的导向通道里面。通道路径在此情况下自然地相应于提供的调整装置并且导向通道的壁优选地与轴承部件形成刚性锁定连接以便确保其导向。在导向通道的端侧，可以形成用于轴承部件的止动件，该止动件对应于提供的极端位置。

如已经指出的，轴承部件可以优选地相对于壳体被锁定。为了这个目的，尤其可以提供比如例如锁定螺钉这样的锁定元件，该锁定元件抵靠轴承部件拧穿壳体的壁以便产生与其的非刚性锁定连接。当然，也可以借助于固定销产生刚性锁定连接。材料整体固定也将是可想到的。例如，利用具有外螺纹的轴承衬套来使用液体螺钉固定以便防止对壳体的内螺纹的反向扭转因此将是可行的。

附图说明

下面参考在附图中说明的不同实施例更详细地解释本发明的其他有利细节和效果，在附图中：

图1是根据第一实施例的根据本发明的转向装置的透视图；

图2是图1的转向装置的截面图；

图3是沿着图2的线III-III的截面图；

图4是根据第二实施例的根据本发明的转向装置的截面图；以及

图5是沿着图4中的线V-V的截面图。

具体实施方式

在不同的附图中，同一部件总是给定相同的附图标记，由于该原因它们通常仅描述一次。

图1-3显示根据本发明的用于乘用车的转向装置1的第一实施例，该转向装置1被构造为齿条与小齿轮传动装置，其中图1是整个转向装置1的透视图。转向装置1包含具有小齿轮11的小齿轮轴10，该小齿轮11与齿条30的齿设置31配合。在图中，车辆的X、Y和Z轴线是根据提供的转向装置1的安装位置绘制的。看到齿条30的延伸方向A是可能的，该延伸方向A与Y轴线平行并且因此是水平的，同时小齿轮轴10的延伸方向B(至少近似地)可以在X-Z平面内延伸或也与所有三条轴线成一角度。在此情况下，提供齿条30在Y轴线的方向上的可移动性，以及小齿轮轴10围绕相应于其延伸方向B的轴线的可旋转性。

小齿轮轴10的可旋转支撑是借助于三个轴承12、13、14或滚柱轴承产生的，该轴承12、13、14或滚柱轴承以静止的方式接收在壳体40里面。在与小齿轮轴10分隔开的情况下，伺服总成50与齿条30配合。伺服总成50的结构和功能对本发明不重要并且因此没有更详细地解释。然而，在伺服总成50的区域中，形成用于齿条30的支承位置51，齿条30相对于壳体40支撑在该支承位置51上。

为了提高齿设置31和小齿轮11之间的接合，齿条30在朝向小齿轮轴10的方向上借助于压力片43起作用。此外，用于齿条30的导向部分43.1在压力片43上构造。这形成至齿条30的局部刚性锁定连接，从而齿条30可以在其延伸方向A上移动，同时横向于延伸方向A的位移被最小化或防止。压力片43反而通过弹簧42在压力方向D上起作用，该弹簧42支撑在闭合件41上。尽管该措施，潜在问题包含小齿轮轴10和齿条30之间的齿设置没有最佳化，该齿设置例如可以导致不期望的嘎嘎声。这些是否发生尤其取决于壳体40里面的小齿轮轴10相对于齿条30的倾角。在此情况下，小的倾角变化已经可以以果断的方式影响接合。

为了防止壳体40必须以特别高的低公差生产，可以调整压力片43的位置。更具体地说，可以这样说至少可以按比例地调整压力片43的垂直位置。为了这个目的，压力片43支撑在轴承衬套45里面，该轴承衬套45具有圆形外轮廓45.1和相对于其偏心构造的相似的圆形内轮廓45.2。作为外轮廓45.1的圆形结构的结果，轴承衬套45可以围绕压力片43设置在任何角度位置中。这相应于调整运动E，该调整运动E在图3中通过双箭头指示。根据调整，内轮廓45.2移动并且因此接收在其中的压力片43移动。由于压力片43经由导向部分43.1接合在齿条30上，齿条30的倾角也改变。调整操作因此可以与枢转运动相比较，在枢转运动中支承位置51形成旋转位置并且枢转角是通过调整压力片43来预先确定的。总的来说，压力片43在压力方向D上的任何运动与轴承衬套45分离。压力片43可以在压力方向D上可移动地设置在轴承衬套45中，更具体地设置在其贯穿开口45.3中。

由于轴承衬套45在整个弹簧上的调整围绕图3中显示的部分的平面里面的压力片的圆周运动，通常也成比例地产生在延伸方向A上的压力片43的位移。虽然这无助于改变齿条30的倾角，但由于压力片43可以沿着齿条30在该方向上自由地移动(或反之亦然)，然而也没有起到反作用。

在一些情况下，轴承衬套45和壳体40之间的摩擦可能足以在车辆的操作期间防止不期望的扭转。如果不是这样的话，轴承衬套可以在最佳角度位置已经被找到之后借助于锁定螺钉16相对于壳体40锁定。为了促进角度位置的调整，轴承衬套45可以在端侧具有用于与例如内六角承窝等这样的工具的刚性锁定接合的结构。

虽然外轮廓45.1可以构造为是光滑的，但可以在该位置可替代地形成外螺纹，该外螺纹与壳体40上的相应内螺纹配合。在此情况下，在某些情况下省掉锁定螺钉16是可行的并且如果必要的话可以使用液体螺钉固定。

图4和5显示根据本发明的转向装置1的第二实施例，该转向装置1大体上相应于在图1至3中显示的实施例，并且因此不将再次解释。代替偏心轴承衬套45，转向装置1具有支撑压力片43的轴承部件46。在轴承部件46的贯穿开口46.1中，压力片43在压力方向D上可移动地支撑。轴承部件46可以在壳体40的导向通道40.1中以线性的方式调整，其中图5中的双箭头再次指示调整运动E。在该实施例中，轴承部件46和壳体40之间的摩擦力通常在车辆的操作期间不足以可靠地防止不期望的位移。为了这个原因，通常必须提供锁定螺钉17，该锁定螺钉17可以在图5中看到并且轴承部件46在齿条30的最佳倾角被调整之后借助于该锁定螺钉17锁定。

虽然在第一实施例中垂直于齿条30的延伸方向A的压力片44的位置的调整通常总是伴随与延伸方向A平行的调整，但在该实施例中总是实现垂直于延伸方向A和压力方向D且相应于小齿轮轴的延伸方向B的调整。只要从而实现的调整路径和齿条30的倾角变化之间的连接是近似线性的，则这是有利的。

附图标记列表

1 转向装置

10 小齿轮轴

11 小齿轮

12,13,14 轴承

16,17 锁定螺钉

30 齿条

31 齿设置

40 壳体

40.1 导向通道

41 闭合件

42 弹簧

43 压力片

45 轴承衬套

45.1 外轮廓

45.2 内轮廓

45.3,46.1 贯穿开口

46 轴承部件

50 伺服总成

51 支承位置

A,B 延伸方向

D 压力方向

E 调整运动

X X轴线

Y Y轴线

Z Z轴线

Claims (9)

1.一种用于机动车辆的齿条与小齿轮传动装置(1)，所述齿条与小齿轮传动装置(1)具有支撑在壳体(40)里面的小齿轮轴(10)和齿条(30)，其中压力片(43)在朝向所述小齿轮轴(10)的方向上对所述齿条(30)进行预紧作用并且具有用于所述齿条(30)的导向部分(43.1)，

其特征在于

所述预紧之后的所述压力片(43)在压力方向(D)上可移动地支撑在轴承部件(45、46)上，所述轴承部件(45、46)相对于所述壳体(40)是以这样的方式被调整的：所述压力片(43)相对于所述壳体(40)的位置以相对于压力方向(D)且相对于所述齿条(30)的延伸方向(A)的一角度被调整。

2.如权利要求1所述的齿条与小齿轮传动装置，

其特征在于

所述压力片(43)支撑在所述轴承部件(45、46)的贯穿开口(45.3、46.1)里面。

3.如权利要求1或2所述的齿条与小齿轮传动装置，

其特征在于

所述齿条(30)的所述延伸方向(A)是水平的并且所述压力片(43)的垂直位置是借助于所述轴承部件(45、46)的调整来调整的。

4.如上述权利要求中任一项所述的齿条与小齿轮传动装置，

其特征在于

所述轴承部件被构造为偏心轴承衬套(45)，所述偏心轴承衬套(45)相对于所述壳体(40)围绕所述压力片(43)设置在不同的角度位置上。

5.如权利要求4所述的齿条与小齿轮传动装置，

其特征在于

所述轴承衬套(45)设置在任何角度位置中。

6.如权利要求4或5所述的齿条与小齿轮传动装置，

其特征在于

所述轴承衬套(45)具有螺纹，所述螺纹与所述壳体(40)的反向螺纹配合。

7.如上述权利要求中任一项所述的齿条与小齿轮传动装置，

其特征在于

所述轴承部件(46)相对于所述壳体(40)以线性的方式被调整。

8.如权利要求7所述的齿条与小齿轮传动装置，

其特征在于

所述轴承部件(46)设置在所述壳体(40)的导向通道(40.1)里面。

9.如上述权利要求中任一项所述的齿条与小齿轮传动装置，

其特征在于

所述轴承部件(45、46)相对于所述壳体(40)被锁定。