技术领域
[0001] 本
发明涉及齿轮组件的改进，尤其是包括用于将转矩从电动
马达传递到
转向轴或者可操作地连接到转向轴的
输出轴的
蜗杆蜗
轮齿轮组件类型的电动助
力转向系统中使用的齿轮组件的改进。
背景技术
[0002] 已知为车辆提供一种动力转向系统，该动力转向系统包括：具有
定子和
转子的电动马达；可操作地连接到转子并适于与转子一起转动的
输入轴；与转向轴相连的输出轴；和适于响应通过转矩
传感器进行的输出轴上的转矩测量将转矩从输入轴传递到输出轴的齿轮箱。马达典型地用于当测量的转矩增加时向输出轴施加增大的转矩，从而施加有助于减小使车辆转向所需要努力的助力。
[0003] 在简单的布置中，输入轴携带有蜗杆(worm gear)，输出轴安装有蜗轮(wheel gear)。蜗杆和蜗轮的齿相互
啮合以传递转矩。这个系统比较简单且稳固，同时以较少的部件数量提供相对较高的传动性。但是，这种齿轮箱存在的问题是由于蜗杆和蜗轮之间的不正确啮合引起的噪音和振动。这可能会由于制造公差、在使用期间齿轮的热变化或者由于扭转
载荷和磨损引起的
变形而出现。
发明内容
[0004] 根据第一方面，本发明提供一种电动助力转向系统中使用的齿轮箱，包括：
[0005] 壳体；
[0006] 输入轴，所述输入轴至少部分地位于所述壳体内，该输入轴携带有蜗杆并包括在一个端部处连接到马达转子的装置；
[0007] 输出轴，所述输出轴部分地位于所述壳体内，并携带有蜗轮；
[0008] 第一
轴承装置，所述第一轴承装置在蜗杆的远离所述输入轴的连接到马达转子的端部的一侧处
支撑所述输入轴；和第二轴承装置，所述第二轴承装置在蜗杆的另一侧处支撑所述输入轴；
[0009] (第一)
偏压装置，所述偏压装置用于向所述输入轴施加轴向载荷，所述偏压装置作用在所述第一轴承装置的一部分上。
[0010] 轴向载荷的施加偏压第二轴承装置中的轴向间隙，由此我们指轴向预载荷施加到第二轴承，该第二轴承将轴承座圈在轴向上保持在适当的
位置上并抵抗由于蜗杆和蜗轮的接合引起的输入轴上的任何载荷(否则它会使第二轴承座圈相对于彼此轴向运动)。第二轴承中的轴向间隙是有害的咔嗒咔嗒的噪音的来源。蜗杆的齿上的
接触力向输入轴施加轴向载荷，它的方向与蜗轮的旋转方向相反。第一偏压装置施加的轴向预载荷抑制第二轴承内座圈相对于外座圈的运动，从而减轻第二轴承产生的咔嗒咔嗒声。
[0011] 第一偏压装置可以施加大于作用在蜗轮上的蜗杆的齿侧面产生的最大期望轴向反作用力的轴向载荷。
[0012] 还可以设置有适于向输入轴施加径向载荷的另外的(第二)偏压装置，其也可以作用在第一轴承装置上。另外的偏压装置可以作用在壳体和第一轴承装置之间。它可以包括板簧，板簧在一个端部处连接到壳体，并在它的另一个端部处作用在第一轴承装置上，可能作用在外座圈上。
[0013] 因此，第二偏压装置可以以倾斜运动(即相对于轴的轴线大体径向地)偏压输入轴，该倾斜运动以第二轴承装置为中心。
[0014] 为了在受到这种倾斜载荷时允许第一轴承装置相对于壳体运动，第二轴承装置可以适于允许输入轴在轴承内相对于壳体的一定程度的倾斜。这个倾斜轴承优选为最靠近马达的轴承，以对于给定量的倾斜最小化马达转子和输入轴之间的未对准。轴承可以允许高达+/-0.1度或者更高(高达+/-0.2度或者+/-0.2度附近)的倾斜
角度。
[0015] 第一轴承可以构造并布置成通过仅抵抗径向载荷而不抵抗轴向载荷(当然是在中心点周围的有限范围内)来支撑蜗杆，同时，第二轴承可以构造并布置成抵抗轴向和径向载荷两者。在每种情况下，负载通过输入轴的运动施加。
[0016] 更优选地，轴承可以布置成使输入轴能够自由地在一个平面中绕第二轴承枢转铰接。这个平面的朝向使得输入轴能够自由地运动到与蜗轮啮合和脱离。
[0017] 输入轴可以在另外的偏压装置的载荷的作用下被偏压成与蜗轮啮合，该另外的偏压装置是诸如板簧之类的弹性
弹簧的形式，其作用在壳体和最优选的第一轴承之间。
[0018] 在设置板簧的情况下，板簧施加的力迫使蜗杆与蜗轮啮合，从而去除冲击，并由此去除两组齿轮齿的齿侧面之间的咔嗒咔嗒声。
[0019] 为了实现所需的枢转运动，第一轴承可以自由地相对于齿轮箱壳体在所述平面中平移。而且，第二轴承可以具有充分大的间隙，以允许该枢转运动。
[0020] 第一弹性偏压装置可以与第一轴一起旋转，在这种情况下，它作用在马达转子和第一轴之间。
[0021] 可选地，它可以在齿轮箱壳体中在旋转上静止，在这种情况下，它作用在齿轮箱壳体和第一或第二轴承的外座圈之间。
[0022] 第一弹性偏压装置可以向输入轴在远离马达的方向上施加轴向载荷，它也可以通过
张力或者
压缩力在远离马达的方向上施加轴向载荷，例如，它可以拉动或者推动输入轴。在每种情况下，它可以作用在第一轴承装置上。它可以位于输入轴的离马达最远的端部处。
[0023] 弹性偏压装置可以包括第一轴承装置的作用在设置在输入轴或者以其他方式固定到输入轴上的反作用面的一部分。它可以布置成朝向壳体拉动输入轴或者朝向壳体推动输入轴。这是方便的，因为它允许容易的装配，并且在一些情况下可以通过更换第一轴承装置而改型。
[0024] 可选地，它可以作用在第一轴承装置的分别相对于输入轴和壳体固定的任何两个部分之间。在又一个可选例中，它可以作用在壳体和第一轴承装置的一部分之间。
[0025] 弹性偏压装置可以包括张紧元件，例如诸如卷簧或者板簧之类的张紧弹簧。弹簧在一个端部处可以通过第一轴承或者一些相对于输入轴轴向固定的其他元件附接到输入轴。它在另一个端部处可以固定到壳体或者相对于壳体轴向固定的某个部分。例如，它可以在每一个端部处附接到第一轴承组件的不同部分。
[0026] 弹性偏压装置可选地可以是诸如弹性体元件或者其他的可压缩材料之类的压缩元件。这可以包括作用在相对于输入轴固定的第一反作用面和相对于壳体固定的第二反作用面之间的由可压缩材料形成的轴衬。第一反作用面可以包括第一轴承装置的轴向固定到输入轴的一部分，例如外轴承座圈。第二反作用面包括第一轴承装置的相对于壳体固定的不同部分或者壳体自身的一部分。
[0027] 在优选结构中，第二反作用面可以包括插入到壳体中的筒套。筒套可以容纳第一轴承装置。
[0028] 另外的线性
推力轴承可以设置在弹性偏压装置和第一反作用面和/或第二反作用面，该推力轴承能够使第一轴承装置相对于壳体滑动，尽管存在通过弹性偏压装置施加的力。反作用面、推力轴承和第一轴承装置可以全部设置在可以固定到齿轮箱壳体的筒中。
[0029] 第一轴承装置可以包括
主轴承组件，该主轴承组件通过拧到输入轴上的端
螺母相对于输入轴轴向固定，或者可以压配。它可以位于通过拧到输入轴的端部上的端螺母限定的第一反作用面之间。当然，它也可以以其他的方式固定在适当的位置处。轴承装置还包括为主轴承组件提供第二反作用面并
定位轴承座圈的
轴承盖。这个第二反作用面设置在主轴承组件的最靠近蜗杆的一侧上。
[0030] 可以设置至少部分地包围主轴承座圈并在一个端部处支撑轴承盖的张紧管。张紧管远离蜗杆朝向输入轴的端部延伸，并在它的另一个端部处限定第三反作用面，弹性偏压装置作用在所述第三反作用面上。
[0031] 在这个布置中，弹性偏压装置包括诸如弹性体弹簧或者
橡胶块之类的
压缩弹簧。它被压缩而远离蜗杆推动张紧管，这又拉动轴承盖以抵靠第一反作用面按压主轴承，从而在远离连接到马达的端部的方向上拉动输入轴，从而偏压第二轴承并提供轴向预载荷。
[0032] 轴承装置可以额外地包括另一轴承组件，该另一轴承组件包括固定座圈和活动座圈，该固定座圈固定到齿轮箱壳体，该活动座圈可以通过设置在固定座圈和活动座圈之间的滚动元件(例如球)相对于固定壳体运动，从而限定推力轴承。活动座圈为偏压装置提供反作用面，其中活动座圈可以在相对于输入轴的轴线的径向上运动，同时防止运动轨道垂直于枢转运动的平面而平移。
[0033] 组件可以构造并布置成使得拧紧输入轴上的端螺母或者将第一轴承夹紧到输入轴的动作通过压缩弹性体弹簧而向偏压装置施加预载荷。
[0034] 在可选例中，代替张紧管的端部和固定到壳体的第三反作用面之间设置在压缩状态工作的偏压装置，而可以将张紧弹簧在一个端部处固定到张紧管。它可以在它的另一端部处可操作地固定到齿轮箱壳体的一部分或者固定到固定于壳体的支撑
支架上。可以在弹簧的每个端部处设置钩。一个钩可以接合到张紧管中的孔中，另一个钩可以围绕固定到壳体的支撑支架的一部分钩住。
[0035] 支撑支架可以包括
框架，该框架在支撑轴衬中滑动配合，该支撑轴
衬布置成安装在壳体的容纳输入轴的携带第一轴承装置的端部的一部分中的凹部内。可以设置用于调整框架在轴衬中的位置并有效地将框架推入主壳体中的轴衬或者从中拉出的装置。
[0036] 框架可以包括垂直于输入轴的轴线延伸的棒。弹簧的钩可以固定到这个棒上。
[0037] 用于弹簧的定位棒可以在它的端部处支撑在设置在支撑框架中的半圆形定位凹槽内。可以设置在装配后将支撑框架密封到支撑轴衬同时允许接触可调
紧固件的盖。盖的内部可以设置有另一个半圆形凹槽，该另一个半圆形凹槽包围定位棒，以防止它从适当的位置滑出。盖可以搭扣配合到框架上。
[0038] 如上所述，框架和它的盖至少部分地位于轴衬内。可调紧固件可以包括
螺栓，该螺栓与位于轴衬中的细长凹槽内的可变形块内的捕获螺母接合，使得螺栓的旋转朝向轴衬并远离壳体拉动螺母和块。这使块变形，以将轴衬夹紧在壳体中的适当位置处。
[0039] 应当理解，可以想到偏压装置可以作为第一轴承组件的整体部分设置。这样的优点是它可以在一次处理中作为第一轴承组件的安装的一部分被安装或者移除。位于输入轴的自由端部处在维护时也易于接触。
[0040] 可以调整偏压装置以允许对提供的载荷大小进行一定程度的控制。在可用的情况下，这可以通过调整在输入轴的端部上位置来实现。
[0041] 重要的是保证施加在蜗杆和蜗轮之间的啮合力不太大，这是因为啮合力会在齿轮箱中产生摩擦。这可以通过设置具有相对低的载荷(例如弹簧等级)的偏压装置实现。如果需要，本领域技术人员可以通过反复试验或者提供可调的偏压装置为任何给定的系统提供适合的载荷。例如，对绝大多数电动助力应用，在蜗轮处测量到的高达0.5N的啮合力或许是可以接受的。
[0042] 输入轴可以设置有用于连接到马达的转子的装置，可以在壳体中设置开口，以允许实现马达和输入轴之间的连接。输入轴优选地伸出该开口，该开口也用于定位第二轴承装置。因此，在优选布置中，第一轴承装置设置在蜗杆的离马达最远的侧上。
[0043] 可以在输入轴和附接到输入轴的任何马达转子之间设置柔性联轴节。
[0044] 第一轴承装置和第二轴承装置中的每一个均可以包括通过一个或者多个轴承(例如
滚针轴承或者球轴承)可旋转地联接的两个轴承元件。这些元件可以限定轴承座圈，该轴承座圈限定轴承的路径。
[0045] 根据第二方面，本发明提供一种电动助力转向系统，包括：根据本发明的第一方面的齿轮箱组件；固定到所述壳体和所述齿轮箱组件的输入轴的电动马达；可操作地连接到所述齿轮箱的输出轴的转向轴；用于测量所述输出轴中的转矩的转矩传感器；用于至少根据所测量到的转矩产生马达控制
信号的
控制器；以及用于响应所述
控制信号向所述马达施加驱动信号的马达驱动
电路。
附图说明
[0046] 下面仅通过例示的方式参考附图描述附图中所示的本发明的两个实施方式，其中：
[0047] 图1是根据本发明的齿轮箱组件的第一实施方式的简化的剖视图；
[0048] 图2是图1的组件的一部分的详细视图；
[0049] 图3是图1和图2中所示的组件的第一轴承装置的组成部件的分解立体图；
[0050] 图4是本发明的齿轮箱组件的第二实施方式的一部分的剖视图；
[0051] 图5是图4的第二实施方式中使用的第一轴承装置的几个内部零件的分解立体图；
[0052] 图6是图5的零件装配后的立体图；
[0053] 图7是包括轴承装置和弹性偏压装置的齿轮箱组件的第三实施方式的分解立体图；以及
[0054] 图8(a)是第三实施方式的盒的放大分解图，图8(b)示出了装配后并且在插入到齿轮箱壳体之前的盒。
具体实施方式
[0055] 图1示出了齿轮箱组件的第一实施方式。它包括
铸造的金属壳体100。壳体为连接到设置在壳体内的输入轴120上的蜗杆110的马达提供了配合面。马达的转子130可以从图的左侧看到。马达和壳体通过螺栓或者其他的紧固件(未示出)相互固定到一起。输入轴120通过位于齿轮箱壳体100中的凹部内的两个轴承组件140、150支撑，一个轴承组件朝向一端。
[0056] 蜗轮160也设置在输出轴170上，该输出轴170也通过轮的每一侧上的轴承(未示出)支撑。这些轴承也支撑在壳体中的凹部(未示出)中。这个输出轴是通常转向轴的一部分，该转向轴将转向轮可操作地连接到车辆的一个或者多个负重轮。图中的轴朝向读者延伸到纸的外部。
[0057] 蜗轮160和蜗杆120的齿是互补的且相互啮合，使得蜗杆120借助于马达产生的旋转使蜗轮160低速旋转。这样，通过马达产生的旋转传递到转向轴。通过适当地控制马达，这样可以为转向提供助力转矩，以帮助车辆的驾驶员。
[0058] 支撑输出轴的轴承(未示出)相对于壳体基本上固定，以防止携带蜗轮的输出轴相对于壳体轴向或者径向运动。支撑具有蜗杆的输入轴的轴承140、150布置成为输入轴提供一定程度的运动，尤其是偏压蜗杆从而使蜗杆与蜗轮接触。这是通过向输入轴120施加朝向蜗轮160的径向载荷实现的。
[0059] 在使用板簧180形式的偏压装置的
实施例中，该板簧180的一端185固定到壳体100的外侧，并凸出通过壳体100中的开口186到达轴承组件中的一个上，所述一个轴承组件在下文中称作第一轴承装置。最靠近马达的轴承150下文中称作第二轴承装置。
[0060] 除了向输入轴120施加径向载荷之外，该组件也被设计成向输入轴施加轴向载荷，以偏压第二轴承150的间隙。在这个实施方式中，通过远离马达推压第一轴承装置140的固定到输入轴120的一部分实现该轴向载荷。
[0061] 附图中的图2的放大图和图3的分解图更详细地示出了第一轴承装置。它包括位于反作用面142和
锁紧端螺母143之间的空间中主轴承组件141，该反作用面142通过输入轴的直径的阶梯变化限定，该锁紧端螺母143拧到输入轴120的一端上，以将主轴承组件的一个座圈夹紧在输入轴上固定的轴向位置中。
[0062] 主轴承的另一座圈与在主轴承最靠近蜗杆110的一侧上环绕输入轴120的环形形式的轴承盖144接触。设置张紧管145，并且轴承盖144可以与管的最靠近蜗杆的一端整体形成。如图所示，盖和管是分离的、可以相互连接的元件。盖具有从管向内伸出的环形脊。张紧管145的内径大于它所包围的输入轴的那部分以及锁紧螺母的那部分。管145远离蜗杆朝向输入轴的端部延伸，并在它的另一端部处限定向外伸出的环形脊146，该环形脊146限定面向蜗杆的第三反作用面。该第三反作用面提供一个表面，弹性反作用装置作用在该表面上。
[0063] 弹性偏压装置包括靠近伸出脊146紧贴地包围张紧管145的外部安装以在一个端部处接合第三反作用面的橡胶衬套或者弹性体弹簧147。弹性体弹簧147的厚度基本上与轴衬(collar)相同。弹簧远离脊的端部与包围张紧管的一部分的活动轴承座圈148a接触。值得注意的是，这个活动座圈自由地在张紧管上滑动。与这个活动座圈相连的是固定到壳体的固定座圈148c。固定座圈可以压配合到壳体100中的凹部中。球轴承隔离圈148b包括四个位于固定座圈和活动座圈之间并位于两个座圈中的细长线性凹槽149内的
钢球。这些可以从图3中最佳地看到，在图3中可以清晰地看到凹槽149。
[0064] 张紧管145的伸出脊146和活动座圈148a之间的间隔以及弹性体弹簧147的自由长度一起选择成使得衬套在使用时被压缩。从而，通过钢球作用在固定座圈上的活动座圈反作用弹性体弹簧中的压缩载荷。当弹簧试图解压到它的自由长度时，它推动张紧管远离蜗杆，从而拉动轴承盖以将主轴承按压到第一反作用面上，从而在远离连接到马达的端部的方向上拉动输入轴，使输入轴与蜗轮接合。
[0065] 固定座圈148c和活动座圈148a之间的钢球148b抑制活动座圈(从而约束主轴承)相对于壳体在平行于凹槽(轴承位于其中)的方向上运动。这些凹槽的方向选择为平行于通过板簧180施加载荷的方向。这允许板簧180装载第一轴承装置。
[0066] 虽然附图中没有示出，但是第二轴承组件150必须能够通过允许它在通过板簧180施加的力的作用下绕第二轴承关节枢转铰接而适应输入轴的这个运动。
[0067] 在可选方案中，代替张紧管的端部和固定到壳体的第三反作用面之间设置受压缩而工作的偏压装置，而是将张紧弹簧在一个端部处固定到张紧管。在它的另一个端部处可以可操作地固定到齿轮箱壳体的一部分。可以在弹簧的每一个端部处设置钩，一个钩可以接合张紧管中的孔，另一个钩可以围绕固定到壳体的支撑构件的一部分钩住。
[0068] 附图的图4至图6示出了这种类型的第一轴承装置的实施方式。与第一实施方式相同的零件尽可能地用相同的标号标注。
[0069] 如同第一实施方式的情况一样，主轴承座圈142在由输入轴限定的反作用面和锁紧端螺母143之间固定到输入轴120。在一个端部处限定轴承盖的张紧管145延伸超过该轴的自由端部。张紧管145设置有开口145a，设置在张紧弹簧202的一个端部处的钩201钩住该开口145a。弹簧202的另一个端部也设置有钩203，钩203与通过支撑构件的框架205支撑的棒204接合。这个支撑构件可操作地连接到主壳体100，以反作用于弹簧中的张力。
[0070] 支撑支架包括框架205，框架205具有环形基部和两个间隔开的从基部延伸的支撑臂206和207，这两个支撑臂206和207安装有棒204。棒位于臂的顶部中的半圆形凹槽内。
[0071] 框架的环形基部滑动配合在支撑轴衬208中，该支撑轴衬208压配在主壳体100中的凹部内。穿过框架中的开口的螺栓209与螺母210接合，该螺母210被约束在具有平行侧边的渐缩塑料块211中，而该塑料块211又位于框架或者支撑轴衬中的具有平行侧边的细长狭槽内。拧紧螺栓能够在框架和壳体之间拉动塑料块，从而将框架固定到壳体。
[0072] 为了控制张紧，螺栓锁定到安装在端螺母上的
垫圈。这确定了轴衬可以推入到壳体中多远，这可以设定弹簧中的张力。
[0073] 在装配的时候，盖212位于支撑框架上，以密封组件并防止有害的污垢进入弹簧或者主轴承。
[0074] 应当理解，可以想到偏压装置可以作为第一轴承组件的整体部分设置。这样的优点是它可以在一次处理中作为第一轴承组件的安装的一部分被安装或者移除，并为提供轴向载荷的问题提供了紧凑的整体式解决方案。
[0075] 当然，在本发明的教导的范围内，可以作出很多种
修改。应当理解使用板簧为输入轴提供斜置力不是本发明的关键部分。也可以设置用于移动输入轴的其它类型的弹簧或者装置。
[0076] 附图的图7示出了又一个可选实施方式。用于图1的相同的标号尽可能地表示相同的零件。在这个布置中，第一轴承装置300相对于壳体支撑在盒体310中。盒体310相对于壳体100固定，并允许输入轴120绕第二轴承150铰接，以去除蜗杆到蜗轮的间隙并提供减小由于第二轴承轴向间隙而发出咔嚓声所需的弹性偏压。盒体310的结构可以从附图中的图8(a)和图8(b)中清楚地看到。
[0077] 如图7所示，盒体310位于壳体中，盒体上的凸起315与壳体中的狭槽313接合以确保正确的定向。盒体310的基部处的向内指向的环形凸起318限定反作用面，并且它具有环形
侧壁，该环形侧壁与基部一起限定空间(void)。凸起内、基部中的孔允许输入轴120顺畅地通过。位于前述空间内的是盖320，盖320限定凹槽，环形弹簧330位于该凹槽中。该弹簧包括弹性体元件。在弹簧330的顶部上设置有限定线性推力轴承345的第一环形座圈340，它面对相似的座圈360，并与座圈360通过位于隔离圈350中的四个钢球间隔开。球在每个座圈340、360中的两个平行凹槽341、342中运转。凹槽位于与筒的中
心轴线垂直的平面中，允许活动座圈360相对于筒体310的一定的径向运动。筒体壁上的对准突出部317与轴承座圈中的开口配合，以保证凹槽正确地对准。第一轴承140位于活动座圈的顶部上，该第一轴承140的外径与活动座圈的内径为轻微的
过盈配合。第一轴承的外径上的肩部与活动座圈的端面配合。盒体中的三个卡齿在轴向上保持活动座圈和第一轴承子组件。这样封闭筒的端部。装配后的筒可以在附图中的图8(b)看到。
[0078] 在装配之前，所有零件均松散地堆放在筒体310中。然后输入轴120穿过筒以被第一轴承装置140支撑。这个轴承140压配到输入轴上，并且当它继续被按压时，由于部件被朝向反作用面318
挤压，因此它压缩弹簧330。最后，轴承140接触输入轴120上的肩部110，所以不能在进一步被推压。这限定了弹簧330上的载荷。
[0079] 在使用时，筒330允许第一轴承装置140在筒中移动，所以轴120可以在一个平面中与蜗轮160枢转成啮合和脱离，以吸收磨损、制造公差和与
温度和湿度相关的尺寸变化。筒壳体不相对于壳体运动，从而提供固定定位，并保证弹簧载荷保持相对恒定。
[0080] 运动的量由轴承的活动零件和筒体壁之间的游隙确定。
[0081] 弹性体的弹簧中的压缩载荷起到拉动蜗杆120的作用，该蜗杆120预加载第二轴承150，以防止它产生咔嗒咔嗒的噪音。压缩载荷还起到将盒抵靠壳体100中的肩部314固定的作用。
