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齿条与小 齿轮转向装置

阅读：221发布：2020-05-12

专利汇可以提供齿条与小齿轮转向装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供一种齿条和小齿轮转向装置，其具有驱动小齿轮 (3)，其可旋转地安装在转向装置外壳 (2)内，并与齿条(4)的有齿部分啮合，其可在转向装置外壳(2) 中轴向移动，以及具有压力件(5)，其可在转向装置外壳(2)中轴向移动，可被弹簧负载在齿条(4)上，并用于将齿条(4)预负载靠在驱动小齿轮(3)上。齿条(4)的直径自中心区域(10)向齿条(4)的轴向末端至少在有齿部分增大，其中齿条(4)仅通过沿所述齿条整个行程的滑动摩擦始终与压力件(5) 接触。，下面是齿条与小齿轮转向装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种齿条和小齿轮转向装置，具有驱动小齿轮(3)，其可旋转地安装在转向装置外壳(2)内，并与齿条(4)的有齿部分啮合，所述齿条(4)能在转向装置外壳(2)中轴向移动，以及具有压力件(5)，其能在转向装置外壳(2)中轴向移动，能被弹簧负载在齿条(4)上，并用于将齿条(4)预负载靠在驱动小齿轮(3)上，其中齿条(4)的直径自中心区域(10)向齿条(4)的轴向末端至少在有齿部分增大，
其特征在于，
齿条(4)仅通过沿所述齿条整个行程的滑动摩擦始终与压力件(5)接触，
压力件(5)和齿条(4)之间的接触区域弯曲，所述弯曲的方式是压力件(5)在齿条(4)后侧在其周向至少部分围绕齿条(4)；并且
齿条(4)与压力件(5)接触的后部是具有恒定半径的圆柱形段形式，并且位于距齿条(4)的纵轴(11)恒定距离处，齿条(4)与驱动小齿轮(3)啮合的有齿部分不位于距齿条(4)的纵轴(11)恒定距离处。
2.如权利要求1所述的齿条和小齿轮转向装置，
其特征在于，
齿条(4)的直径连续改变。
3.如权利要求1或2所述的齿条和小齿轮转向装置，
其特征在于，
齿条(4)的直径与距中心区域(10)的距离成比例地增大。
4.如权利要求1或2所述的齿条和小齿轮转向装置，
其特征在于，
齿条(4)的直径以与距中心区域(10)的距离成超比例的方式增大。
5.一种用于机动车辆的转向装置，其特征在于，具有如上述权利要求中任一项所述的齿条和小齿轮转向装置。

说明书全文

齿条与小 齿轮转向装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种齿条与小齿轮转向装置。

背景技术

[0002] 已知有许多齿条与小齿轮转向装置的具体实施例。它们通常具有可供齿条轴向移动、即纵向移动的转向装置外壳。可旋转地安装在转向装置外壳中的驱动小齿轮与齿条上的齿啮合，当车辆、尤其是机动车辆转向装置的转向柱转动时，连接到驱动小齿轮上用以与其共同旋转的所述转向柱引起齿条的横向移位，这进而引起机动车辆的转向车轮借助于拉杆和转向节枢转。驱动小齿轮在齿条中的啮合通过在弹簧负载下借助压力件将齿条压向驱动小齿轮而保持没有游隙，所述压力件在驱动小齿轮的对面靠在齿条上。关于这点，通过调整螺钉调节压力件游隙的做法在公知现有技术中也是已知的，所述调整螺钉还同时影响弹簧预负载。

[0003] 压力件必须以这种方式配置或以这种方式压向齿条：在啮合的齿之间没有游隙的情况下，可保持齿条与驱动小齿轮之间的有效连接。在这种情况下，必须要考虑关于例如传动小齿轮的离心率、其轴向游隙以及齿的损耗等误差。此外，当方向盘例如撞击障碍物时，所述机械装置必须能够吸收源于方向盘的震动，不造成损坏。

[0004] 在现代的齿条和小齿轮转向装置中，摩擦力是个大问题，因为它削弱驾驶员的转向敏感度，并且总体上导致齿条与小齿轮转向装置的低效率。

[0005] 齿条与小齿轮转向装置中的摩擦实质上是由驱动小齿轮、齿条与压力件之间的相互作用引起的。如已说明，有弹簧负载的压力件以这种方式压向齿条，以便将齿条预负载靠在驱动小齿轮上。为了在转向装置的所有操作条件下使驱动小齿轮上和齿条上的开齿保持在接触的状态，即为了在补偿这些部件之间与生产、装配和损耗有关的偏差的同时，避免驱动小齿轮和齿条之间的分离，是需要这种预负载的。

[0006] 有弹簧负载的压力件的弹簧刚度通常由操作期间可作用在转向装置或驱动小齿轮和齿条上的开齿的最大力或最大扭矩决定。在转向运动过程中，该负载通常根据当前拉杆角度和转向节的有效转向臂在转向行程中以这种方式分布：使得所述负载在转向装置的中心位置、即位于转向的直行位置是最小的，并且在接近转向停止器处、即当转向达到最大程度时是最大的。总之，期望在中心位置具有低摩擦。

[0007] 例如在DE 36 13 030A1中公开的一种用于机动车辆的转向机构，其具有第一节叉(yoke)，所述第一节叉以这种方式安置在外壳的开口中：其可轴向移动，并且其一端朝向齿条，固定在第一节叉另一端或朝向第一节叉另一端的环，安装在开口中并朝向环的节叉停止器，安置在环和节叉停止器之间并在正常情况下将第一节叉推向齿条的第一弹簧、安置在第一节叉内部并在一端具有抵靠齿条的滚轴的第二节叉，以及安置在第二节叉的另一端与节叉停止器之间并在正常情况下将第二节叉推向齿条的第二弹簧。齿条被第一节叉和滚轴抵靠的那一侧的中心区域具有凹槽，所述凹槽的两个相对端都具有渐近曲率(gradual curvature)。当齿条在中心区域与齿轮啮合时，由于第一和第二弹簧，第一节叉和固定在第二节叉上的滚轴被压向齿条。然而，在高负载下，即在齿条中凹槽的相对端的区域内，只有固定在第二节叉上的滚轴压向齿条。在该区域，第一节叉远离齿条。因此，在高负载状态下，主要的负载则由滚轴单独承受。EP 1 690 024B1进一步公开了一种用于将齿条压向小齿轮的装置，所述装置具有压力件和停止元件。安置在压力件和停止元件之间的是弹簧元件，其施加至少两个连续阶段的接触压力的第一阶段，其中压力件被压向条。压力件与停止元件都具有相互对齐的接触表面，其在初始位置相互距一定距离设置。至少一个接触面是弹性设计，这样，一旦接触面相互接触时，即开始接触压力的第二阶段。

[0008] 以上所述的两个现有技术实施例都以相对复杂的结构，尤其是节叉和/或压力件为特征。此外，DE 36 13 030A1中的转向机构在相对大的转向角度具有棘手的操作噪音风险，因为在这种情况下，仅由滚轴而非节叉来引导齿条。

发明内容

[0009] 考虑所述背景情况，本发明目的是提供具有紧凑和简单结构的齿条和小齿轮转向装置，其，尤其是在中心位置，以低摩擦为特征，此外，该装置还以有效的方式防止棘手的操作噪音的产生，并且制造经济。

[0010] 所述目的由具有以下技术特征的齿条和小齿轮转向装置实现的。所述齿条和小齿轮转向装置，具有驱动小齿轮3，其可旋转地安装在转向装置外壳2内，并与齿条4的有齿部分啮合，其能在转向装置外壳2中轴向移动，以及具有压力件5，其能在转向装置外壳2中轴向移动，能被弹簧负载在齿条4上，并用于将齿条4负载在驱动小齿轮3上，其中齿条4的直径自中心区域10向齿条4的轴向末端至少在有齿部分增大，其中，齿条4仅通过沿所述齿条整个行程的滑动摩擦始终与压力件5接触。

[0011] 应该注意的是，在权利要求中单独呈现的特征可以任何在技术上有意义的方式组合，形成本发明的另外实施例。尤其是与附图相结合，说明书对本发明进行了额外的说明。

[0012] 根据本发明，齿条和小齿轮转向装置具有驱动小齿轮和压力件，所述驱动小齿轮可旋转地安装在转向装置外壳中，并与齿条的有齿部分啮合，所述齿条可在转向装置外壳中轴向移动，所述压力件可在装置外壳中轴向移动，可被弹簧负载抵靠齿条，并用于为齿条预负载使其靠着驱动小齿轮。此外，根据本发明的齿条直径至少在有齿部分从中心区域向齿条的轴向末端增大，其中齿条只通过沿所述齿条整个行程的滑动摩擦始终与压力件接触。因此，在齿条的整个操作范围内，即在从左侧转向停止器向右侧转向停止器操作的转向运动过程中的齿条最大行程中，压力件与齿条始终接触。此外，压力件只借助过程中的滑动摩擦来支持齿条。

[0013] 压力件与齿条持续接触是防止棘手的操作噪音，尤其是嘎嘎声噪音的有效方法。此外，根据本发明，压力件相对于齿条设置的简单性以及其根据本发明其操作原理的简单性相当简化了压力件结构以及因此简化了根据本发明的齿条和小齿轮转向装置的整个结构。例如，压力件可实施为实质上一体式部件。

[0014] 根据本发明，齿条的直径从中心区向齿条轴向末端至少在有齿部分的增大，引起压力件上的弹簧预负载根据齿条的轴向位置改变。以根据本发明的意义而言，齿条的中心区域意指与驱动小齿轮接触或在齿条与小齿轮转向装置的中心位置中临近驱动小齿轮的齿条区域，即实质上在转向的直行位置。

[0015] 因此，根据本发明的齿条和小齿轮转向装置具有这样的效果，即将压力件压向齿条的弹簧力以及因此将齿条压向驱动小齿轮的预负载力在转向装置的中心位置，即转向的直行位置，是最低的，并且在各端的转向停止器方向增大，直到在各端临近转向停止器处，即当转向达到完全程度时，达到最大值为止。一方面，这使得在转向装置中在中心位置达到最小可能摩擦成为可能，有助于提高转向灵敏度，另一方面，保证齿条始终以足够高的预负载力被压向驱动小齿轮，尤其是如在开始已说明的，当随着转向的转向角增大，驱动小齿轮与齿条之间的分离趋势变得较大时。

[0016] 根据本发明一有利实施例，压力件和齿条尤其是齿条后部的接触区域不是平面而是曲面，其结果是压力件在后侧在其周向至少部分包围齿条。这保证了在齿条的整个操作范围内，即在操作过程中齿条的最大行程内，齿条的可靠轴向引导。

[0017] 本发明的另一有利实施例使齿条直径连续地改变。例如与齿条直径分级或分阶改变的情形相比较，齿条直径的连续改变具有显著的优势，其可根据齿条当前的轴向位置，借助于有弹簧负载的压力件，精确并有目的地确定使齿条压向驱动小齿轮的预负载力。这保证了驱动小齿轮上的开齿与齿条上的开齿之间的接触力始终是充足的，由此以有效方式防止两个部件的分离。同时，在根据本发明的齿条与小齿轮转向装置中的摩擦降至最低。

[0018] 根据本发明的另外两个有利实施例，齿条直径可以与距中心区域的距离成比例或以超比例(superproportional)方式增大。齿条直径的成比例增大实质上引起预负载力的线性增大，利用所述预负载力，齿条根据距齿条中心区域的距离被压向驱动小齿轮。齿条直径随距中心区域的距离超比例的增大，例如抛物线、双曲线或指数增大，使得与转向装置的中心位置、尤其是在各端临近转向停止器处相比较，提供显著更高的预负载力成为可能。

[0019] 总体而言，上述实施例有利地使提供充足的高预负载力或接触力以抵消驱动小齿轮与齿条之间的分离趋势成为可能，并且允许低摩擦，尤其是在转向装置的中心位置。因此，根据本发明设计齿条和小齿轮转向装置用以在车辆、尤其是机动车辆的转向装置的转向运动过程中，在转向装置中产生有效力，是简单的事情，所述力例如必须由拉杆和齿条与转向机动车轮之间的转向臂传输。

[0020] 本发明另一有利实施例规定了与驱动小齿轮啮合的齿条的有齿部分或者与压力件接触的齿条的后部，与齿条纵轴相距恒定距离。这具有以下效果，齿条直径随距中心区域距离增大的改变对齿条的与距纵轴恒定距离一侧的对侧具有影响。由于距齿条纵轴的恒定距离，相对另一侧则具有直线轮廓。

[0021] 例如如果齿条的有齿部分距齿条的纵轴一恒定距离，并由此以直线延伸并与纵轴平行，则齿条直径的改变对位于有齿部分对侧的齿条的后侧即齿条后部有影响。因此，所述后部具有对应于齿条直径变化的曲率。另一方面，如果后部齿条部分距齿条纵轴为恒定距离，并相应地以直线延伸并与纵轴平行，则有齿侧的齿条部分相应弯曲。

[0022] 除了根据本发明的齿条和小齿轮转向装置的上述已提及的优点之外，这些齿条的实施例提供了另外的方法来有目的地根据齿条的轴向位置影响或确定预负载力的力分布，即使是为了例如设计原因而需要朝向驱动小齿轮的齿条侧或朝向压力件的齿条侧不存在弯曲。即使那样，如以上所述，根据本发明的齿条和小齿轮转向装置使得能够借助齿条直径的改变，根据齿条的轴向位置调整或改变预负载力。

[0023] 在本发明另一有利实施例中，齿条朝向驱动小齿轮的一侧以及齿条朝向压力件的一侧都不以直线延伸并与齿条的纵轴平行，而是根据从齿条中心区域向齿条轴向末端增大的齿条直径而都具有曲线轮廓。从而，与驱动小齿轮啮合的齿条有齿部分以及与压力件接触的齿条后部都不是距齿条的(直线)纵轴恒定距离。在这种情况下，齿条可设计为简单的回转体，例如双曲线形式。当然，朝向驱动小齿轮的齿条侧和朝向压力件的齿条侧可类似地形成具有不同的曲率或曲率半径。从而，总体而言，有利地具有更多的方法来改变预负载力，利用所述预负载力，齿条根据齿条的轴向位置被压向驱动小齿轮。

[0024] 根据本发明的另一有利实施例，与压力件相接触的齿条后部是圆柱形或环形段的形式，该圆柱形或环形段具有恒定的半径。就根据本发明的意义而言，圆柱形和环形段的区别在于各自的段纵轴的路径：圆柱形段是以具有直路径的纵轴为特征的，而环形段具有弯曲的、优选是略微弯曲路径的纵轴。这使得实现压力件与半径恒定的齿条之间的接触区域成为可能，而不管朝向压力件的齿条侧所述方式的任何可能的曲率，从而保证操作过程中在整个操作范围或在齿条的最大行程内，齿条始终被压力件可靠地支承和引导。换言之，可规定压力件的接触区域或钳口(jaw)是恒定的，在这种情况下，齿条后部的半径也是恒定的，即应对应于，优选是略微弯曲的圆环段。

[0025] 本发明另一有利实施例规定了与压力件接触的齿条后部为具有恒定半径的圆柱形段形式，并且距齿条的纵轴一恒定距离，规定与驱动小齿轮啮合的齿条的有齿部分，不距齿条的纵轴一恒定距离。依据根据本发明的齿条和小齿轮转向装置实施例，齿条后部从而以直线延伸，即距齿条纵轴恒定距离，而齿条的有齿部分具有曲线轮廓。当所述后部是圆柱形段形式时，齿条后部的恒定半径以及相应的齿条后部与压力件之间的恒定接触区域使得压力件具有恒定的钳口成为可能，所述恒定的钳口于是保证齿条在齿条整个操作范围内或沿其最大行程始终可靠支承和引导。

[0026] 以下参考附图所示的实施例，进一步详细说明了本发明另外的有利细节和效果。

附图说明

[0027] 图1显示了根据本发明的齿条和小齿轮转向装置实施例的局部平面示意图。

[0028] 附图标记目录：

[0029] 1 齿条和小齿轮转向装置

[0030] 2 转向装置外壳

[0031] 3 驱动小齿轮

[0032] 4 齿条

[0033] 5 压力件

[0034] 6 3上的开齿

[0035] 7 4上的开齿

[0036] 8 5的轴向移动

[0037] 9 弹簧元件

[0038] 10 4的中心区域

[0039] 11 4的纵轴

[0040] 12 齿条直径的差别

具体实施方式

[0041] 图1显示了根据本发明的齿条和小齿轮转向装置1实施例的局部平面示意图。齿条和小齿轮转向装置1包含可旋转地安装在转向装置外壳2中的驱动小齿轮3、可在转向装置外壳2中轴向移动的齿条4以及可在转向装置外壳2中轴向移动的压力件5。驱动小齿轮3的可旋转安装，以及齿条4和压力件5的轴向可移动安装是以传统方式完成的，因此并未在图1中具体显示。转向装置外壳2类似地仅在图1中示意性指示。

[0042] 在所示的实施例中，图1中所示的转向装置1是车辆、尤其是机动车辆的转向装置(未在图中显示)的一部分。为此目的，驱动小齿轮3连接到转向柱的转向装置端以与其共同旋转，所述转向柱进而在其另一端连接到方向盘上，借助于所述方向盘，机动车辆的驾驶员可进行转向输入。旋转方向盘，从而引起齿条4的横向移位，所述齿条的两个轴向末端进而通过例如拉杆和转向节(同样也没有在图1中显示)连接到将被转向的机动车辆车轮，所述齿条根据转向输入使后者枢转。

[0043] 图1所示的驱动小齿轮3实质上具有圆柱形状，在其外圆周上具有与齿条4上的开齿7相啮合的开齿6。齿条4上的开齿7在齿条4朝向驱动小齿轮3的一侧形成，并且至少在齿条4从轴向末端位置，例如方向盘1的左侧端部停止器，向与第一端部位置轴相对并对应方向盘1的右侧端部停止器的另一轴向末端位置轴向或横向移位过程中可进入与驱动小齿轮3啮合的区域，在齿条4的轴向延伸。在本发明中，所述区域指代齿条4的有齿部分。因为仅齿条4的一部分示于图1，其轴向末端在图1中不可见。

[0044] 如可从图1中进一步看到，齿条4具有实质上圆的横截面，尽管有齿部分可以是平面设计以在开齿6和7之间提供尽可能大和稳定的啮合区域，所述区域同样也设计为能够可靠地传递相对较大力和力矩，而不会使相关部件遇到材料过负载的风险，所述较大力和力矩例如可发生在驱动小齿轮3和齿条4之间、方向盘1上的冲击负载情况下。

[0045] 如可从图1中另外看到，齿条4与开齿7或有齿区域相对的一侧，在本申请中也称之为齿条4后部，接触压力件5。在所示实施例中，压力件5以可在轴向移动的方式安装在转向装置外壳2中。压力件5的轴向移动在图1中以双向箭头8标示。在面向远离齿条4的一侧，压力件5由至少一个弹簧元件9被弹簧负载或预负载，所述弹簧件例如是螺旋弹簧或碟(Belleville)簧。这意味着，在图1所示的转向装置1状态下(中心位置)，弹簧元件9至少被预负载至这样的程度：驱动小齿轮3上的开齿6和齿条4上的开齿7可靠地啮合，并且例如与所述部件的生产、装配和损耗有关的公差被可靠补偿。在所示情况下，在转向装置2上，在面向远离压力件5的一侧，支承弹簧元件9。弹簧元件9因此将压力件5压在齿条4的后部，由此将后者压在或预负载在驱动小齿轮3上。

[0046] 在轴向，图1中所示的齿条和小齿轮转向装置1的齿条4只由滑动摩擦支承在压力件5上。如可从图1中另外看到，压力件5和齿条4之间的接触区域是弯曲的，因此压力件5在齿条后侧以其周向至少部分围绕齿条4。接触区域因此有利地适应齿条4的后侧形状，因此保证针对齿条4在轴向上的特别稳定和可靠的引导。通过这种方式，以有效方法抵消了棘手的操作噪音，尤其是嘎嘎噪声的可能发生。在所示的齿条和小齿轮转向装置1中还有助于此的是在齿条4的整个操作范围内压力件5与齿条4之间的连续接触，所述整个操作范围即在从左侧转向停止器向右侧转向停止器的转向移动过程中齿条4的最大行程。

[0047] 从图1中还明显可见的是，自齿条4的中心区域10朝着齿条4的轴向末端，至少在有齿部分，齿条4的直径增大。所述齿条4的直径增大带来弹簧元件9预负载力依齿条4的轴向位置而改变，以及因此压力件5上的弹簧预负载的改变。因此，通过弹簧元件9将压力件5压在齿条4上的弹簧力以及因此将齿条4压在驱动小齿轮3上的预负载力，在转向装置1的中心位置、即转向直行位置处于其最小值。它在齿条4的两轴向末端方向，即位于转向装置各端的转向停止器的方向增大，直到在各端的转向停止器附近，即当转向达到完全程度时，达到最大值。

[0048] 一方面，这使得在齿条和小齿轮转向装置1中，尤其是在中心区域10的中心位置，实现最小可能摩擦成为可能，这有助于提高的转向灵敏度，另一方面，保证齿条4以足够高的预负载力始终压在驱动小齿轮3上，尤其是如上详细说明，当驱动小齿轮3与齿条4之间的分离趋势随着转向的转向角度增大而变得较大时。

[0049] 如可从图1中另外看到，齿条4的直径在所示的齿条和小齿轮转向装置1中连续变化。通过这种方式，通过有弹簧负载的压力件5将齿条4压在驱动小齿轮3上的预负载力可被连续确定，以匹配齿条4的当前轴向位置，从而保证分别在驱动小齿轮3和齿条4上的开齿6和7之间始终存在足够高的接触力。因此，两个部件的分离在齿条和小齿轮转向装置1的全部操作状态下以有效方式被抑制，同时，齿条和小齿轮转向装置1中的摩擦被降至最低值。

[0050] 在图1所示的齿条和小齿轮转向装置1中，齿条4的直径不仅连续改变，还以超比例方式相对于距中心区域10的距离增加。齿条4直径随距中心区域10的距离超比例的增大，其可以对应抛物线、双曲线或指数函数等，例如使得相比转向装置1的中心位置或中心区域10，提供显著更高的预负载力成为可能，尤其是在各端的转向停止器附近，如已详细解释，在该处，驱动小齿轮3和齿条4之间的分离趋势由于作用在这些部件之间的高传递力或传递力矩而特别高。

[0051] 此外，图1中所示的齿条和小齿轮转向装置1的齿条4后部，所述部分与压力件5接触，位于距齿条4的纵轴11一恒定距离处，从而以直线延伸，与所述纵轴11平行。在所示实例中，齿条4直径的改变相应地仅对齿条4的有齿部分轮廓有影响，所述轮廓相应地是弯曲的。在图1中，该弯曲程度由齿条4的中心区域10和轴向末端区域之间的齿条直径差别12显示清楚。

[0052] 图1中所示的齿条和小齿轮转向装置1的齿条4后部有利地是圆柱形段的形式，其具有恒定的半径。因此，可利用恒定半径制作压力件5和齿条4之间的接触区域，而不管齿条4的直径改变，从而保持齿条4在整个操作范围始终由压力件5可靠地支承和引导，所述整个操作范围即齿条4的最大行程。如果齿条4面向压力件5的后侧将具有弯曲，与压力件5接触的后部可以是环形段的形式，在这种情况下，如同在上述情况下的圆柱形段一样，环形段将具有恒定的半径。

[0053] 上述根据本发明的齿条和小齿轮转向装置不限于在此公开的实施例，还包括具有相同作用的其他实施例。

[0054] 在优选实施例中，根据本发明的齿条和小齿轮转向装置用作车辆、尤其是机动车辆转向装置的一部分。

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