專利名稱：齒條轉(zhuǎn)向裝置和裝有齒條轉(zhuǎn)向裝置的伺服轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種齒條轉(zhuǎn)向裝置，特別是一種適用于機動車輛伺服轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的齒條轉(zhuǎn)向裝置，本發(fā)明還涉及一種伺服轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
齒條轉(zhuǎn)向裝置公知有多種不同的設(shè)計。例如，DE 101 62 470 Al號文獻中公開了一種應(yīng)用于機動車輛的轉(zhuǎn)向裝置，在該轉(zhuǎn)向裝置中，用于給齒條施加壓力使該齒條與主動小齒輪壓緊的推力塊以可縱向移動的方式在轉(zhuǎn)向裝置殼體的連接段內(nèi)被導(dǎo)向。這里，有一個預(yù)先加載的力作用在該推力塊上，這個作用在該推力塊上的預(yù)先加載的力的作用方向與推力塊的運動方向之間形成一個角度。這樣設(shè)計的目的在于防止推力塊間斷性接觸引起的咔嗒咔嗒的噪音。當齒條運動時，由于齒條和推力塊之間摩擦力的作用，如果推力塊在齒條的運動方向上也作輕微徑向運動，此時就可能會產(chǎn)生咔嗒咔嗒的噪音，尤其是在推力塊運動到與連接段的導(dǎo)向裝置相接觸時。此外，US 2008/0202271 Al號文獻公開了一種齒條轉(zhuǎn)向裝置，該齒條轉(zhuǎn)向裝置內(nèi)具有這樣的裝置，其用于自動補償加載有彈簧的推力塊的表面與該彈簧作用于該推力塊所抵靠的擋塊的表面之間所存在的晃動，所述加載有彈簧的推力塊的表面與該彈簧作用于該推力塊所抵靠的擋塊的表面相互面對。為此，該發(fā)明主要提供兩個楔形中間件，二者彼此分開放置，通過彈性元件相互連接，并設(shè)置在推力塊和擋塊之間。中間件的楔形形狀和彈性元件將中間件朝向彼此拉動的拉力能產(chǎn)生這樣的效果，即中間件補償了推力塊和擋塊之間存在的晃動，推力塊緊壓齒條。該發(fā)明尤其要達到的目的就是防止因推力塊和擋塊之間的晃動而可能產(chǎn)生的咔嗒咔嗒的噪音。Rao T. G.、Saha S. K.和Kar I. N.發(fā)表的題為“應(yīng)用于齒條齒輪轉(zhuǎn)動系統(tǒng)的基于傳感器和執(zhí)行器的智能萬向節(jié)叉(Sensor-actuator based smart yoke for a rack andpinion steering system) ”科技論文(詳見于2008年I月9日至11日在印度Habitat中心召開的主題為“汽車科技的新發(fā)展全球及印度視角”的第5屆國際汽車大會的會議記錄(Proceedings of the 5th International Mobility Conference on EmergingAutomotive Technologies Global&Indian Perspective, India Habitat Center)第358-364頁)公開了一種齒條轉(zhuǎn)向裝置，該轉(zhuǎn)向裝置中，加載有彈簧的推力塊對齒條施加的預(yù)先加載的力作為齒條當前位置的函數(shù)自動變化或更新。為此首先使用測量件確定齒條的位置；然后確定對齒條或推力塊預(yù)先加載的力，這個力例如是要使得轉(zhuǎn)向感覺最好所需的力，最后，使用伺服馬達在推力塊中生成該預(yù)先加載的力。在伺服轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的情況下，尤其是在電力或電子驅(qū)動的伺服轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的情況下，電力系統(tǒng)取代了液壓系統(tǒng)進行操作。所述電力系統(tǒng)通常包括電動馬達、傳遞力的傳動裝置、電子控制器件和傳感器排布。例如由駕駛員施加的轉(zhuǎn)向力矩被加以評估并由該伺服轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的傳感器排布轉(zhuǎn)換成電子信號，電動馬達和傳動裝置將該電子信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的伺服力矩并傳遞給轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。已知的電力伺服轉(zhuǎn)向系統(tǒng)例如是具有轉(zhuǎn)向柱驅(qū)動、小齒輪驅(qū)動、軸向平行驅(qū)動或齒條驅(qū)動的伺服轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。在具有齒條驅(qū)動(齒條型EPAS，EPAS表示電動助力轉(zhuǎn)向)伺服轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的情況下，伺服單元，例如與齒條平行設(shè)置或繞齒條同中心設(shè)置的程序控制的電動馬達，輔助由駕駛員施加的轉(zhuǎn)向力矩并與其重疊。伺服單元產(chǎn)生的輔助力例如經(jīng)由滾珠絲杠傳遞到齒條，以轉(zhuǎn)動可轉(zhuǎn)向的車輪。為了達到這個目的，該齒條至少部分包括滾珠絲杠部件，該滾珠螺紋傳動裝置與循環(huán)式滾珠螺母嚙合，該循環(huán)式滾珠螺母固定成不能在齒條軸向上相對于轉(zhuǎn)向殼體移動。伺服單元例如經(jīng)由皮帶傳動機構(gòu)或齒輪傳動機構(gòu)帶動循環(huán)式滾珠螺母，使得伺服單元的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換成齒條的縱向運動。
Nagahashi Y.、Kawakubo A.和 Tsujimoto T.等人發(fā)表的題為“大功率柱式電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的開發(fā)(Development of High Power Column-Type Electric Power SteeringSystem) ”的科技論文(詳見2007年1003E號JTEKT工程技術(shù)月刊(JTEKT EngineeringJournal, 2007,no. 1003E)第35-39頁)公開了一種電力驅(qū)動的大功率伺服轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，該轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向柱適合將12000牛的軸向力傳遞給齒條。為了防止齒條轉(zhuǎn)向裝置產(chǎn)生噪音，該論文提出將圓周表面套有兩個0型環(huán)的推力塊安裝在轉(zhuǎn)向抗體的相應(yīng)插槽內(nèi)，并例如通過深鉆工藝減輕齒條重量。另外，DE 37 35 517 Al號文獻公開了一種用于操控具有四個可轉(zhuǎn)向輪的車輛后輪進行轉(zhuǎn)向的裝置，該裝置具有桿狀部件，其兩端與轉(zhuǎn)向拉桿相連以轉(zhuǎn)動后輪，該裝置還具有電動馬達和用于將電動馬達的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為桿狀部件的軸向運動的螺紋型機構(gòu)。電動馬達的定子和轉(zhuǎn)子相對彼此共軸設(shè)置，桿狀部件、馬達和螺紋型機構(gòu)沿桿狀部件的軸向長度彼此相鄰設(shè)置。螺紋型機構(gòu)包括桿狀部件上的螺紋區(qū)域和與該螺紋區(qū)域相嚙合的螺母，其中螺母已經(jīng)在軸向上預(yù)先載荷。在該發(fā)明的一種具體實施例中，該螺紋型機構(gòu)和與桿狀部件上的螺紋區(qū)域相嚙合的螺母分別是滾珠螺紋機構(gòu)和與桿狀部件嚙合的滾珠螺母。然而，使用用于將伺服單元提供的輔助力傳遞給齒條的滾珠螺紋傳動裝置有可能導(dǎo)致不希望產(chǎn)生的令人煩擾的咔嗒咔嗒的噪音。引起這種問題的原因通常是由于循環(huán)式滾珠螺母相對于齒條相對運動，其特別發(fā)生在齒條和/或滾珠螺紋傳動裝置上的載荷變化時，因為，在齒條的螺紋部分和與之嚙合的循環(huán)式滾珠螺母之間，齒條軸向上總是存在這樣的晃動。在傳統(tǒng)的滾珠螺紋傳動裝置中，前述晃動可以減小，但不能完全消除。另外一個噪音源可能是推力塊，由于齒條和推力塊之間摩擦力的作用，推力塊可能在它們各自的導(dǎo)向裝置中徑向上傾斜，特別是在齒條的軸向載荷發(fā)生變化時。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述背景技術(shù)，本發(fā)明的目的是提供一種齒條轉(zhuǎn)向裝置，尤其是一種用于機動車輛伺服轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的齒條轉(zhuǎn)向裝置，以及一種包含所述齒條轉(zhuǎn)向裝置的伺服轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，尤其是一種具有齒條轉(zhuǎn)向裝置的電力伺服轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其中，以一種特別簡單和經(jīng)濟的方式防止產(chǎn)生不想要的令人煩擾的咔嗒咔嗒的噪音，而且，生產(chǎn)、裝配和維護所述齒條轉(zhuǎn)向裝置和伺服轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的費用實質(zhì)上并不比生產(chǎn)、裝配和維護已公知的方案的花費高。本發(fā)明公開的以下齒條轉(zhuǎn)向裝置和伺服轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能達到上述目的。該齒條轉(zhuǎn)向裝置具有可轉(zhuǎn)動地裝配在轉(zhuǎn)向裝置殼體內(nèi)的主動小齒輪，該主動小齒輪與軸向可移動地裝配在轉(zhuǎn)向裝置殼體內(nèi)的齒條嚙合，該齒條轉(zhuǎn)向裝置還具有推力塊，其將齒條預(yù)先加載頂住主動小齒輪，還具有至少一個裝配成不能相對于齒條徑向移動的機械部件，該機械部件與齒條可操作地連接，由推力塊施加在齒條上的預(yù)先加載的力導(dǎo)致齒條彎曲。所述的齒條轉(zhuǎn)向裝置中，主動小齒輪和齒條的連接允許齒條的運動至少有一個自由度。
所述的齒條轉(zhuǎn)向裝置中，作用在齒條上的預(yù)先加載的力的作用方向相對于主動小齒輪與齒條的直接哨合方向傾斜一個角度屮。所述齒條轉(zhuǎn)向裝置中，推力塊以可移動地裝配在轉(zhuǎn)向裝置殼體內(nèi)，并且可以借助于至少一個彈簧元件預(yù)先彈性加載頂在齒條上。所述齒條轉(zhuǎn)向裝置中，推力塊保持在轉(zhuǎn)向裝置殼體內(nèi)的推力塊導(dǎo)向裝置中，其中推力塊導(dǎo)向裝置的縱向軸線相對于主動小齒輪和齒條的直接哨合方向傾斜一個角度9。所述齒條轉(zhuǎn)向裝置中，推力塊通過間隙配合在推力塊導(dǎo)向裝置內(nèi)被引導(dǎo)。所述齒條轉(zhuǎn)向裝置中，推力塊在抵靠齒條的接觸表面上具有用于接收齒條的凹槽。所述齒條轉(zhuǎn)向裝置中，可操作的連接可以是螺紋連接，所述機械部件是循環(huán)式滾珠螺母，該循環(huán)式滾珠螺母與齒條的滾珠螺紋部分可轉(zhuǎn)動地嚙合，并且裝配成不能相對于齒條在軸向上移動。一種伺服轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其具有齒條轉(zhuǎn)向裝置，還具有電動馬達并具有將電動馬達的輸出軸連接至循環(huán)式滾珠螺母的齒輪傳動機構(gòu)，使得轉(zhuǎn)向輔助力可以由電動馬達通過循環(huán)式滾珠螺母的旋轉(zhuǎn)傳動傳遞給齒條，其中，傳遞給齒條的轉(zhuǎn)向輔助力的大小可以作為可通過與主動小齒輪相連接的轉(zhuǎn)向軸施加的轉(zhuǎn)向力的大小的函數(shù)來確定。需要指出的是權(quán)利要求中限定的技術(shù)特征可以通過任何所需的、技術(shù)上有意義的方式相互任意組合，同時，這些技術(shù)特征公開了本發(fā)明的進一步的具體實施方式
。有關(guān)本發(fā)明的描述，尤其是結(jié)合附圖的描述，是對本發(fā)明進一步詳細說明和具體化。根據(jù)本發(fā)明，齒條轉(zhuǎn)向裝置，尤其是用于機動車輛伺服轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的齒條轉(zhuǎn)向裝置，具有可轉(zhuǎn)動地安裝在轉(zhuǎn)向裝置殼體內(nèi)、并且與可軸向移動地安裝在轉(zhuǎn)向裝置殼體內(nèi)的齒條嚙合的主動小齒輪，該轉(zhuǎn)向裝置還具有使齒條預(yù)先加載抵靠在主動小齒輪上以確保主動小齒輪和齒條相互最佳嚙合的推力塊，該轉(zhuǎn)向裝置還具有與齒條可操作地連接并以相對于齒條不可徑向移動的方式安裝的機械部件。根據(jù)本發(fā)明，由推力塊施加在齒條上的預(yù)先加載的力導(dǎo)致齒條的彎曲。在本發(fā)明的背景下，如果齒條在垂直于齒條縱向長度作用于齒條的力(橫向力)的作用點附近的軸向部分能沿著該橫向力的作用方向發(fā)生偏斜，齒條的彎曲應(yīng)理解為意味著齒條發(fā)生了垂直于其縱向長度的實質(zhì)上彈性的形變，例如，可以由垂直于齒條縱向長度作用于齒條的力(橫向力)引起。也就是說，在不受力的情況下，齒條在橫向力作用點區(qū)域的運動不應(yīng)受在與橫向力作用方向相反方向上作用的擋塊的約束。由推力塊施加在在齒條上將齒條推向主動小齒輪的預(yù)先加載的力的作用方向與齒條的縱向長度實質(zhì)上垂直，因此，該力是能夠使齒條在本發(fā)明的意義上彎曲的橫向力。這里，很明顯的，該預(yù)先加載的力的方向不僅僅局限于齒條和主動小齒輪的直接嚙合方向，而且至少部分還有偏離直接嚙合方向的方向。也就是說，這意味著，在本發(fā)明的背景下，齒條的彎曲可以發(fā)生在任何空間方向上。
在本發(fā)明的背景下，直接嚙合方向應(yīng)理解為使齒條和主動小齒輪能夠一起運動經(jīng)過最短距離以獲得主動小齒輪和齒條間的相互嚙合的方向。如果推力塊施加在齒條上的預(yù)先加載的力的方向與直接嚙合方向?qū)?yīng)，則應(yīng)通過使主動小齒輪和齒條對應(yīng)裝配在轉(zhuǎn)向裝置殼內(nèi)確保在齒條不受力的狀態(tài)下，即沒有預(yù)先加載的力或橫向力作用在齒條上的狀態(tài)下，在主動小齒輪和齒條之間存在有一定晃動或空間，以便在施加預(yù)先加載的力后，齒條能夠產(chǎn)生彎曲，直至齒條擠靠在主動小齒輪上并且主動小齒輪形成在預(yù)先加載的力的作用方向相反的方向上的擋塊。在本發(fā)明背景下，齒條的彎曲也不僅僅局限于以下含義，即處于不受力狀態(tài)下的軸向為直線的齒條在施加橫向力之后過渡到(彈性)彎曲狀態(tài)。在本發(fā)明背景下，齒條的彎曲還出現(xiàn)在處于不受力狀態(tài)下已經(jīng)彎曲的齒條在施加相應(yīng)大小的橫向力之后過渡到軸向為直線的狀態(tài)時。因此本發(fā)明中使用的術(shù)語“齒條的彎曲”包括出自于齒條不受力的初始狀態(tài)與作用于齒條的橫向力的組合的所有可能的齒條的中間狀態(tài)，所述橫向力的特征具 體在于力在齒條上的作用點、作用方向和大小。由推力塊施加在齒條上的預(yù)先加載的力造成的齒條的彎曲在實質(zhì)上導(dǎo)致了齒條的徑向位移，齒條的一點的徑向位移的大小總體上取決于該點與預(yù)先加載的力(橫向力)的作用點之間的軸向間距。所述齒條的徑向位移導(dǎo)致了作用于齒條中的彎曲力矩，該彎曲力矩適合于對與齒條可操作地連接并在徑向上相對于齒條不可移動的機械組件進行預(yù)先加載。通過這種方式，例如因機械組件與齒條之間的可操作連接的晃動，尤其是齒條上的變化的軸向負荷導(dǎo)致的噪音可以通過簡單的方式被有效地防止。在本發(fā)明的一種有益實施方式中，主動小齒輪與齒條之間的連接允許齒條的運動至少具有一個自由度。這樣的自由度例如通過主動小齒輪與齒條的直線式開齒或螺旋式開齒提供。具體而言，齒條與主動小齒輪的嚙合具有齒條作直線運動的自由度，具體說是平移自由度，該自由度存在于齒條和主動小齒輪的齒在各種情況下延展的方向上。一個例子是，齒條與主動小齒輪直線式開齒，其中主動小齒輪與齒條的齒平行于主動小齒輪的縱軸延展。因此，齒條在齒的延展方向上的自由運動，即平行于主動小齒輪的縱軸的自由運動，成為可能。所述根據(jù)發(fā)明的具體實施方式
的優(yōu)點在于，齒條能夠在所述自由度的方向上運動，而不會對主動小齒輪和齒條的嚙合產(chǎn)生重大、特別是不利的影響，原因在于，沿該自由度方向上運動時，齒條相對于主動小齒輪和齒條的直接嚙合方向并沒有發(fā)生位移。在齒條沒有受力的狀態(tài)下，即沒有預(yù)先加載的力或橫向力作用在齒條上時，主動小齒輪還可以裝配得盡可能地接近齒條，從而可以相對于沿直接嚙合方向作用在齒條上的橫向力形成擋塊。通過這種方式，確保了主動小齒輪和齒條的可靠嚙合，使得可以在主動小齒輪和齒條之間傳遞很大的扭矩，并且有效防止齒條和主動小齒輪分開，特別是即使在受到?jīng)_擊載荷時。此外，齒條轉(zhuǎn)向裝置與生產(chǎn)相關(guān)的公差可以通過簡單的方式補償，因此，根據(jù)本發(fā)明的齒條轉(zhuǎn)向裝置的生產(chǎn)工藝整體上得以簡化。在本發(fā)明的一個有益實施例中，作用在齒條上的預(yù)先加載的力的方向與主動小齒輪和齒條直接嚙合的方向之間形成一個角度9。術(shù)語“主動小齒輪和齒條的直接嚙合的方向”已在上文詳細討論過。作用在齒條上的預(yù)先加載的力的與直接嚙合的方向之間形成角度cP的作用方向使得該力可以利用一種簡單的方式分解成兩個橫向力，第一橫向力的方向與主動小齒輪和齒條直接嚙合的方向一致，第二橫向力的方向與主動小齒輪和齒條直接嚙合的方向垂直。因此，僅通過確定預(yù)先加載的力的大小和角度(P，就可以得出第一橫向力和第二橫向力，其中，第一個橫向力的作用方向與直接嚙合的方向一致，作為純粹壓緊齒條和主動小齒輪的壓力，第二橫向力引起齒條彎曲(彎曲力)。在本發(fā)明的另一個有益實施例中，推力塊可移動地安裝在轉(zhuǎn)向裝置殼內(nèi)，具體說，可以在齒條的方向上移動，并且，推力塊可以通過至少一個彈簧元件彈性地預(yù)先加載壓緊齒條，彈簧元件例如是螺旋彈簧或板簧。這里，該彈簧元件的一側(cè)頂住推力塊，與推力塊相對的另一側(cè)可以例如安裝在轉(zhuǎn)向裝置殼體上。
在另一個有益實施例中，彈簧元件支承在夾持裝置上，該夾持裝置與轉(zhuǎn)向裝置殼體相連，并且可以具體旋入轉(zhuǎn)向裝置殼內(nèi)。因此，任何時侯，尤其是在裝配和/或維修齒條轉(zhuǎn)向裝置時，通過調(diào)整夾持裝置就可以調(diào)整和改變由推力塊施加在齒條上預(yù)先加載的力或該力的大小。與生產(chǎn)相關(guān)的公差也可以同樣很容易地藉此得以補償。因為推力塊施加在齒條上的預(yù)先加載的力或該力的大小實質(zhì)上由彈簧元件的彈力決定，因此可以通過選擇合適的彈簧元件這種簡單的方式來確定該預(yù)先加載的力的大小。另外，由于該彈性預(yù)先加載，尤其是傳遞給推力塊的齒條所受沖擊載荷可以被齒條和/或推力塊有效吸收。當推力塊以不可移動的剛性方式裝配時，前述沖擊載荷可能導(dǎo)致組件或材料過載，以及材料開裂。另外，由于推力塊抵靠齒條的預(yù)先加載的力是彈性的，并且所述推力塊以可移動的方式裝配在轉(zhuǎn)向裝置殼體內(nèi)，因此，可以保證對推力塊與齒條之間的摩擦鎖定連接和主動小齒輪與齒條之間的連接所發(fā)生的損耗進行自動補償。因此，避免了人工重新調(diào)校主動小齒輪與齒條之間的連接。另外，由于使用了加載有彈簧的推力塊，因此能很容易的補償與生產(chǎn)相關(guān)的主動小齒輪與齒條之間的連接公差，進而，簡化了根據(jù)本發(fā)明的齒條轉(zhuǎn)向裝置的制造工藝，并且大大降低了組裝和/或維修該轉(zhuǎn)向裝置的成本。在本發(fā)明的另一個有益實施例中，推力塊保持在轉(zhuǎn)向裝置殼體內(nèi)的推力塊導(dǎo)向裝置內(nèi)，該導(dǎo)向裝置可以孔，該推力塊導(dǎo)向裝置的縱向軸線相對于主動小齒輪和齒條的直接嚙合方向之間傾斜一個角度(P。因此，通過該推力塊導(dǎo)向裝置的角度Cp，可以很容易地確定推力塊施加在齒條上的預(yù)先加載的力的作用方向。根據(jù)本發(fā)明的一個有益的實施例，推力塊以間隙配合的方式在推力塊導(dǎo)向裝置內(nèi)被引導(dǎo)運動。由于推力塊不與推力塊導(dǎo)向裝置的整個內(nèi)表面接觸，因此推力塊可以在推力塊導(dǎo)向裝置內(nèi)自由運動。因此減少了推力塊在推力塊導(dǎo)向裝置內(nèi)的摩擦力。因此，由彈簧元件產(chǎn)生的預(yù)先加載的力的更大部分也可以被傳遞到齒條上。使用同樣的彈簧元件，也就是說，使用尺寸和重量不變的彈簧元件，可以將可傳遞到齒條上的額外可用的力特別有利地用來形成上文所述的彎曲力。另外，推力塊與推力塊導(dǎo)向裝置之間的間隙配合簡化了齒條轉(zhuǎn)向裝置的生產(chǎn)工藝。因為如上所述推力塊導(dǎo)向裝置相對于主動小齒輪與齒條的直接哨合方向傾斜一個角度(P，因此根據(jù)本發(fā)明的齒條轉(zhuǎn)向裝置進一步有效防止咔嗒咔嗒的噪音的產(chǎn)生，該噪音例如可以因推力塊在推力塊導(dǎo)向裝置中因其存在間隙配合而傾斜而產(chǎn)生。在根據(jù)本發(fā)明的齒條轉(zhuǎn)向裝置中，因為推力塊的導(dǎo)向裝置傾斜了一個角度9，所以推力塊被彈簧元件施加在推力塊上的預(yù)先加載的力擠緊在推力塊導(dǎo)向裝置內(nèi)壁的一部分上。因此推力塊始終以穩(wěn)定的方式緊靠推力塊導(dǎo)向裝置內(nèi)壁的一部分，并且，盡管推力塊和推力塊導(dǎo)向裝置之間存在晃動，推力塊也不會發(fā)生傾斜。在本發(fā)明的另一個有益實施例中，在推力塊與齒條抵靠的接觸表面具有用于接收齒條的凹槽。齒條在推力塊一側(cè)，至少在推力塊與齒條接觸的部分形成有與推力塊的凹槽相適配的相對形態(tài)。由于所述的齒條徑向上的非軸向主動鎖定連接，保證了預(yù)先加載的力，也即第一橫向分力和第二橫向分力能可靠地從推力塊傳遞到齒條上。由于推力塊的前述設(shè)計，使得齒條同樣在其軸向上能很好的被導(dǎo)向，其中推力塊和齒條之間存在摩擦鎖定連接。根據(jù)本發(fā)明的一個更優(yōu)實施例，工作連接是螺紋連接，并且機械部件是循環(huán)式滾珠螺母，其與齒條的滾珠螺紋部分可轉(zhuǎn)動地嚙合，并且裝配成不能相對于齒條在軸向上移動。因為不能相對于齒條在軸向上移動，循環(huán)式滾珠螺 母的轉(zhuǎn)動帶動齒條在軸向上運動。因此，包含齒條的滾珠螺紋部分和循環(huán)式滾珠螺母的滾珠螺紋驅(qū)動裝置能將循環(huán)式滾珠螺母的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換成齒條的縱向運動。因此，循環(huán)式滾珠螺母最好通過皮帶或大齒輪機構(gòu)與電機的輸出軸連接，該輸出軸例如可以與齒條平行設(shè)置，轉(zhuǎn)向助力可以藉此傳遞到齒條上。螺紋連接能非常精確地確定齒條的位置，并進而精確計量通過循環(huán)式滾珠螺母傳遞給齒條的輔助力。另外，該滾珠螺紋驅(qū)動裝置具有低摩擦、低損耗的特點。前述優(yōu)點使得根據(jù)本發(fā)明的齒條轉(zhuǎn)向裝置能夠帶給操作者或駕駛員良好和精確的操控感受。另外，根據(jù)本發(fā)明的齒條轉(zhuǎn)向裝置也可以使用傳統(tǒng)的滾珠螺紋驅(qū)動裝置，因此可以不需要使用昂貴的特殊設(shè)計。正如上文提到的，在傳統(tǒng)的滾珠-螺紋驅(qū)動裝置中存在循環(huán)式滾珠螺母與齒條的滾珠螺紋之間的晃動，且該晃動不能完全消除，但是根據(jù)本發(fā)明，機器部件或循環(huán)式滾珠螺母之間的預(yù)載荷能有效防止因前述間隙導(dǎo)致的咔嗒咔嗒的噪音。本發(fā)明還提供一種伺服轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，特別是用于機動車輛的伺服轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，該伺服轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有根據(jù)本發(fā)明的齒條轉(zhuǎn)向裝置，其中的機械部件是循環(huán)式滾珠螺母，該循環(huán)式滾珠螺母與齒條的滾珠螺紋部分可轉(zhuǎn)動地嚙合，并且裝配成不能相對于齒條在軸向上移動。根據(jù)本發(fā)明的伺服轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還具有電動馬達和將電動馬達的輸出軸連接至循環(huán)式滾珠螺母的齒輪傳動機構(gòu)，使得轉(zhuǎn)向輔助力可以由電動馬達通過循環(huán)式滾珠螺母的旋轉(zhuǎn)傳動傳遞給齒條，其中，傳遞給齒條的轉(zhuǎn)向輔助力的大小可以作為可以具體由駕駛員通過與主動小齒輪相連接的轉(zhuǎn)向軸施加的轉(zhuǎn)向力的大小的函數(shù)來確定。為了達到前述目的，根據(jù)本發(fā)明的伺服轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還包括傳感器排布，利用該傳感器可以測定可通過轉(zhuǎn)向軸傳遞給主動小齒輪的轉(zhuǎn)向力。電動馬達優(yōu)選設(shè)置成使其輸出軸與齒條平行，這樣，根據(jù)本發(fā)明的伺服轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)節(jié)省空間，例如適于裝配在小型車輛上。


本發(fā)明的進一步的有益細節(jié)和效果將在以下的如附圖所示的實施例中詳細說明。在這些附圖中圖I表示根據(jù)本發(fā)明的齒條轉(zhuǎn)向裝置的示意性側(cè)剖視圖；圖2表示力的矢量圖，用于解釋如圖I所示的根據(jù)本發(fā)明的齒條轉(zhuǎn)向裝置中力的傳遞；圖3表示如圖I所示的根據(jù)本發(fā)明的齒條轉(zhuǎn)向裝置的示意性正視圖。附圖標記說明
I......齒條轉(zhuǎn)向裝置2......轉(zhuǎn)向裝置殼體3......主動小齒輪4......齒條5......推力塊6......3的開齒7......4的開齒8......3的縱向軸線9......轉(zhuǎn)向軸10......接觸面11......推力塊導(dǎo)向裝置12......11的縱向軸線13……3和4的直接嚙合方向14……彈簧元件15……機械部件，循環(huán)式滾珠螺母16......5和11之間的晃動F……預(yù)先加載的力Fl......4對3的壓力F2......彎曲力M2......F2的彎曲力矩Cp......12與13之間的角度
具體實施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，下面結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。圖I示意性表示根據(jù)本發(fā)明的齒條轉(zhuǎn)向裝置I的示例性實施例的側(cè)剖視圖。本齒條轉(zhuǎn)向裝置I包含可轉(zhuǎn)動地安裝在轉(zhuǎn)向裝置殼體2內(nèi)的主動小齒輪3、可軸向移動地安裝在轉(zhuǎn)向裝置殼體2內(nèi)的齒條4、以及使齒條4預(yù)先加載頂住主動小齒輪3的推力塊5。主動小齒輪3的可轉(zhuǎn)動安裝和齒條4的可軸向移動安裝在圖I中沒有詳細顯示。同樣的，轉(zhuǎn)向裝置殼體2在圖I中僅僅是簡略地示意出來。圖I所示主動小齒輪3是實質(zhì)上圓柱形的設(shè)計，在它的外圓周有和齒條4的開齒7嚙合的開齒6。在本圖所示的示例性實施例中，主動小齒輪3和齒條4具有直開齒，也即主動小齒輪3的開齒6和齒條4的開齒7中的每一個開齒都在與主動小齒輪3的縱軸方向 平行的方向上延伸。然而，主動小齒輪3和齒條4上的開齒也可以是其他類型的，如螺旋開齒。齒條4的開齒7至少在齒條4以下軸向部分形成，即面向主動小齒輪3的軸向部分，以及當齒條4從一個軸向末端軸向運動導(dǎo)另一相向軸向末端時會與主動小齒輪3產(chǎn)生嚙合的軸向部分。如圖I所示，齒條4的橫截面實質(zhì)上是圓形的，其中加工有開齒7的軸向部分是平的，以便在主動小齒輪的縱向方向上形成盡可能大的開齒6和7的穩(wěn)定嚙合區(qū)域，如此以來，即使是例如可能在存在沖擊載荷時出現(xiàn)的相對較大的力矩也能被可靠地在主動小齒輪3和齒條4之間傳遞，同時，相應(yīng)的部件也不用冒材料過載的風(fēng)險。主動小齒輪3的上軸向末端與轉(zhuǎn)向軸9相連，以與其共同旋轉(zhuǎn)，該轉(zhuǎn)向軸進而與方向盤(未在圖I中示出)連接，操作者，例如機動車輛駕駛員，利用該方向盤產(chǎn)生轉(zhuǎn)向輸入。主動小齒輪3優(yōu)選以可轉(zhuǎn)動的方式裝配在轉(zhuǎn)向裝置殼體2內(nèi)的上、下軸承(未在圖I中示出)中。這些軸承被以合適的方式設(shè)計成滑動軸承和/或滾動軸承，在前述每種情況下，這些軸承都形成為固定的軸承，也就是說，它們將主動小齒輪3以一種在軸向上和徑向上實質(zhì)固定的方式裝配在轉(zhuǎn)向裝置殼體2內(nèi)。如圖I所示，齒條4上與開齒7相對的一側(cè)與推力塊5的接觸面10接觸。齒條4以滑動的方式以軸向方向裝配在接觸面10上。接觸面10的形態(tài)有利地與齒條4的形態(tài)匹 配。具體說，圖I所示的根據(jù)本發(fā)明的齒條轉(zhuǎn)向裝置I中的推力塊5的接觸面10具有用于接收齒條4的凹槽。這保證齒條4在其軸向上能被穩(wěn)定地導(dǎo)向。在垂直于齒條4的軸向的方向上，即非軸向方向上，接觸面10與齒條4形成主動鎖定連接。以這種方式，預(yù)先加載的力，尤其是如下文所述的作用于不同方向上的預(yù)先加載的力的分力能被保證很好地從推力塊傳遞到齒條上。在轉(zhuǎn)向裝置殼體2中，推力塊5保持在推力塊導(dǎo)向裝置11內(nèi)。例如，推力塊導(dǎo)向裝置11可以是轉(zhuǎn)向裝置殼體2內(nèi)形成的開口或孔，推力塊5裝配在導(dǎo)向裝置中，以便可移動，尤其是可在齒條4的方向上移動。如圖I所示，推力塊導(dǎo)向裝置11的縱向軸線12相對于主動小齒輪3和齒條4的直接嚙合方向13傾斜一個角度(P。彈簧元件14設(shè)置在推力塊5的與接觸面10相反的一面和轉(zhuǎn)向裝置殼體2之間，如此以來，通過該彈簧元件14，推力塊5彈性地預(yù)先加載頂在齒條4上。彈簧元件14優(yōu)選不直接支承在轉(zhuǎn)向裝置殼體2上，而是通過夾持裝置(未在圖I中示出)支承在轉(zhuǎn)向裝置2上，依靠該夾持裝置，彈簧元件14的預(yù)加載荷，以及由推力塊5施加在齒條4上的預(yù)先加載的力都能夠被調(diào)整。為了達到前述目的，夾持裝置例如可以是利用螺釘裝到轉(zhuǎn)向裝置殼體2內(nèi)的，這樣，在任何時候簡單調(diào)整彈簧元件14的預(yù)加載荷就成為可能。因此，即使根據(jù)本發(fā)明的齒條轉(zhuǎn)向裝置I處于安裝狀態(tài)，例如已裝在機動車輛內(nèi)，也不需要大的花費即可調(diào)整彈力或預(yù)先加載的力。因為縱向軸線12相對于主動小齒輪3和齒條4的直接嚙合方向13傾斜一個角度(P，由推力塊5施加在齒條4上的預(yù)先加載的力，即圖I中由預(yù)先加載的力矢量F所示的預(yù)先加載的力，其作用方向同樣相對于主動小齒輪3和齒條4的直接哨合方向13傾斜一個角度(P。因此，通過推力塊導(dǎo)向裝置11的位置可以簡單確定預(yù)先加載的力F的作用方向。圖2表示力的矢量圖，其顯示了圖I所示的根據(jù)本發(fā)明的齒條轉(zhuǎn)向裝置I對預(yù)先加載的力F的傳遞。具體說，該矢量圖顯示了預(yù)先加載的力F在齒條4和主動小齒輪3的連接處的傳遞。從圖2可以看出，預(yù)先加載的力矢量F由相互垂直的分力Fl和F2組成。這里，第一分力Fl是純壓力，該分力使齒條4在直接嚙合方向13上壓緊主動小齒輪3。第二分力F2，在如圖I所示的根據(jù)本發(fā)明的齒條轉(zhuǎn)向裝置I的實施例中，是與齒條4的軸向延展方向垂直且與主動小齒輪3的縱向軸線8平行的分力。分力Fl和分力F2均垂直于齒條4的縱向延展方向作用，因此Fl和F2在這里也被稱為橫向力或橫向分力Fl和F2。
如上文進一步所述，圖I所示的齒條轉(zhuǎn)向裝置I中，主動小齒輪3和齒條4在各種情況下都具有直開齒，即開齒6和7的每一個開齒在各種情況下都在與主動小齒輪3的縱向軸線8平行的方向上延伸。因此主動小齒輪3和齒條4的連接允許齒條4在平行于主動小齒輪3的縱向軸線8方向上的運動存在一定程度的自由度。預(yù)先加載的力F的橫向分力F2正好在前述方向上作用，所以該橫向力F2以及因而由推力塊5施加在齒條4上的預(yù)先加載的力F導(dǎo)致齒條4在前述方向上彎曲。對于齒條4,橫向分力F2因而成為方向與主動小齒輪3的縱向軸線8平行的彎曲力。在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù) 的齒條轉(zhuǎn)向裝置中，通過推力塊5傳遞到齒條4的預(yù)先加載的力F僅僅在直接嚙合方向13上作用，即角度(P是0度。因此，在現(xiàn)有技術(shù)中，預(yù)先加載的力F與使齒條4壓緊主動小齒輪3的壓力Fl相同。這樣，主動小齒輪3和齒條4的分離被阻止了，與生產(chǎn)有關(guān)的公差也被補償了。在圖I所示的根據(jù)本發(fā)明的齒條轉(zhuǎn)向裝置I中，角度(P不是0度，因而，如上文所述，彎曲力F2在主動小齒輪3的軸向方向上作用，導(dǎo)致齒條4在前述方向上彎曲。也即，齒條4在彎曲力F2作用點附近在徑向上發(fā)生位移，因此在圖I中向上移動。如圖3所示，其表示圖I所示的齒條轉(zhuǎn)向裝置I的正視圖，垂直于縱向延展方向作用于齒條4的彎曲力F2沿齒條4的軸向形成彎曲力矩M2。圖3還顯示了例如裝配在轉(zhuǎn)向裝置殼體2上的機械部件15，該機械部件15至少相對于齒條4在徑向上不可運動。在如圖I和3所示的齒條轉(zhuǎn)向裝置I中，機械部件15是循環(huán)式滾珠螺母，其與齒條4上的滾珠螺紋部分(未在圖3中示出)可轉(zhuǎn)動地嚙合。如圖3所示，循環(huán)式滾珠螺母15裝配在轉(zhuǎn)向裝置殼體2上，其相對于齒條4的徑向和軸向上均不可移動。因此，彎曲力矩M2引起循環(huán)式滾珠螺母15的預(yù)載荷，因此，由于可操作地連接在齒條4上的循環(huán)式滾珠螺母15和齒條4之間的晃動而產(chǎn)生的咔嗒咔嗒的噪音通過使預(yù)先加載的力F在相對于直接嚙合方向13傾斜一個角度9的方向上作用這樣一種簡單有效的方式被防止了。因此，根據(jù)本發(fā)明的齒條轉(zhuǎn)向裝置I能有利地允許使用傳統(tǒng)、廉價的滾珠螺紋傳動裝置將轉(zhuǎn)向助力傳遞給齒條4。如圖I所示，推力塊5被保持或裝配在推力塊導(dǎo)向裝置11內(nèi)，二者有一定程度的晃動16。推力塊5優(yōu)選以間隙配合的方式在推力塊導(dǎo)向裝置11內(nèi)被引導(dǎo)運動。因為推力塊不與推力塊導(dǎo)向裝置11的整個內(nèi)表面接觸，這就使得推力塊5能在推力塊導(dǎo)向裝置11內(nèi)自由運動。因此減少了推力塊5在推力塊導(dǎo)向裝置11內(nèi)的摩擦力，并且由彈簧部件14產(chǎn)生的預(yù)先加載的力的更大部分也可以被傳遞到齒條4上。通過采用與現(xiàn)有的齒條轉(zhuǎn)向裝置中的彈簧元件一樣的彈簧元件，即尺寸和重量不變的彈簧元件，根據(jù)本發(fā)明的齒條轉(zhuǎn)向裝置I的彈簧元件4能提供更大的可用的預(yù)先加載的力F，即更大的能通過推力塊5傳遞給齒條4的預(yù)先加載的力F。而且，推力塊5和推力塊導(dǎo)向裝置11的間隙配合簡化了齒條轉(zhuǎn)向裝置I的生產(chǎn)過程。因為推力塊導(dǎo)向裝置11與預(yù)先加載的力F的作用方向相對于直接嚙合方向13傾斜一個角度(P，所以有利的情況是根據(jù)本發(fā)明的齒條轉(zhuǎn)向裝置I同樣能有效地防止推力塊5本身發(fā)出的噪音，該噪音例如可以因推力塊5在推力塊導(dǎo)向裝置11中因其存在間隙配合而傾斜而產(chǎn)生。然而，在根據(jù)本發(fā)明的齒條轉(zhuǎn)向裝置I中，推力塊5被彈簧元件14施加在推力塊5上的預(yù)先加載的力壓緊在推力塊導(dǎo)向裝置11內(nèi)壁的一部分上。因此推力塊5始終以穩(wěn)定的方式緊靠推力塊導(dǎo)向裝置11的內(nèi)壁的一部分，并且，盡管推力塊5和推力塊導(dǎo)向裝置11之間存在晃動16，推力塊5也不會發(fā)生傾斜。
在一個更好的實施例中，根據(jù)本發(fā)明的齒條轉(zhuǎn)向裝置應(yīng)用在一種機動車輛中，該車輛具有含齒條驅(qū)動裝置的電動伺服轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非用來限定本發(fā)明的實施范圍；如果不脫離本發(fā)明的精神和范圍，對本發(fā)明進行修改或者等同替換，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明權(quán)利要求的保護。
權(quán)利要求
1.一種齒條轉(zhuǎn)向裝置，具有可轉(zhuǎn)動地裝配在轉(zhuǎn)向裝置殼體(2)內(nèi)的主動小齒輪(3)，該主動小齒輪(3)與軸向可移動地裝配在轉(zhuǎn)向裝置殼體(2)內(nèi)的齒條(4)嚙合，該齒條轉(zhuǎn)向裝置還具有推力塊(5)，其將齒條(4)預(yù)先加載頂住主動小齒輪(3)，其特征在于還具有至少一個裝配成不能相對于齒條(4)徑向移動的機械部件(15)，該機械部件(15)與齒條(4)可操作地連接，由推力塊(5)施加在齒條(4)上的預(yù)先加載的力導(dǎo)致齒條(4)彎曲。
2.如權(quán)利要求I所述的齒條轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于主動小齒輪(3)和齒條(4)的連接允許齒條(4)的運動至少有一個自由度。
3.如權(quán)利要求I或2所述的齒條轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于作用在齒條(4)上的預(yù)先加載的力的作用方向相對于主動小齒輪(3)與齒條(4)的直接哨合方向傾斜一個角度Φ。
4.如上述權(quán)利要求中任一項所述的齒條轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于所述推力塊(5)以可移動地裝配在轉(zhuǎn)向裝置殼體(2)內(nèi)，并且可以借助于至少一個彈簧元件(14)預(yù)先彈性加載頂在齒條上。
5.如上述權(quán)利要求中任一項所述的齒條轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于推力塊(5)保持在轉(zhuǎn)向裝置殼體⑵內(nèi)的推力塊導(dǎo)向裝置(11)中，其中推力塊導(dǎo)向裝置(11)的縱向軸線(12)相對于主動小齒輪(3)和齒條(4)的直接嚙合方向(13)傾斜一個角度φ。
6.如權(quán)利要求5所述的齒條轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于推力塊(5)通過間隙配合在推力塊導(dǎo)向裝置(11)內(nèi)被引導(dǎo)。
7.如上述權(quán)利要求中任一項所述齒條轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于推力塊(5)在抵靠齒條(4)的接觸表面(10)上具有用于接收齒條(4)的凹槽。
8.如上述權(quán)利要求中任一項所述齒條轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于所述可操作的連接是螺紋連接，所述機械部件(15)是循環(huán)式滾珠螺母，該循環(huán)式滾珠螺母與齒條(4)的滾珠螺紋部分可轉(zhuǎn)動地嚙合，并且裝配成不能相對于齒條(4)在軸向上移動。
9.一種伺服轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其具有權(quán)利要求8所述的齒條轉(zhuǎn)向裝置，具有電動馬達并具有將電動馬達的輸出軸連接至循環(huán)式滾珠螺母的齒輪傳動機構(gòu)，使得轉(zhuǎn)向輔助力可以由電動馬達通過循環(huán)式滾珠螺母的旋轉(zhuǎn)傳動傳遞給齒條，其中，傳遞給齒條的轉(zhuǎn)向輔助力的大小可以作為可通過與主動小齒輪相連接的轉(zhuǎn)向軸施加的轉(zhuǎn)向力的大小的函數(shù)來確定。
全文摘要
本發(fā)明提供一種齒條轉(zhuǎn)向裝置，其具有可轉(zhuǎn)動地裝配在轉(zhuǎn)向裝置殼體(2)內(nèi)的主動小齒輪(3)，該主動小齒輪(3)與軸向可移動地裝配在轉(zhuǎn)向裝置殼體(2)內(nèi)的齒條(4)嚙合，其還具有推力塊(5)，其將齒條(4)預(yù)先加載頂住主動小齒輪(3)，其還具有至少一個裝配成不能相對于齒條(4)徑向移動的機械部件(15)，該機械部件(15)與齒條(4)可操作地連接，其中，由推力塊(5)施加在齒條(4)上的預(yù)先加載的力導(dǎo)致齒條(4)彎曲。
文檔編號B62D5/04GK102616269SQ201210012669
公開日2012年8月1日 申請日期2012年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月25日
發(fā)明者托斯滕·克盧格 申請人:福特全球技術(shù)公司