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CN104948667A - 蜗杆偏置结构 - Google Patents

蜗杆偏置结构 Download PDF

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CN104948667A
CN104948667A CN201410691541.3A CN201410691541A CN104948667A CN 104948667 A CN104948667 A CN 104948667A CN 201410691541 A CN201410691541 A CN 201410691541A CN 104948667 A CN104948667 A CN 104948667A
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君岛力
渡边诚
斋藤达也
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Hitachi Astemo Ltd
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Showa Corp
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Abstract

一种对与蜗轮啮合的蜗杆进行偏置的蜗杆偏置结构，其包括径向轴承和弹性体。径向轴承在径向上支撑蜗杆。弹性体具有弹性并且在偏置方向朝蜗轮偏置述径向轴承。弹性体包括在偏置方向成一列的低弹簧刚度弹性体和弹簧刚度比低弹簧刚度弹性体的弹簧刚度高的高弹簧刚度弹性体。

Description

蜗杆偏置结构
技术领域
本发明涉及一种蜗杆偏置结构。
背景技术
通常在电动的动力转向装置中，用于辅助产生辅助力的电机的旋转力通过减速机构传递到小齿轮轴等。减速机构包括例如蜗轮机构等。
当电动的动力转向装置是例如小齿轮辅助型装置时，减速机构包括连接到电机的输出轴的蜗杆、和与蜗杆啮合并固定到小齿轮轴的蜗轮。在专利文献1(JP-A-2013-208932)中，通过一种压缩盘簧的弹簧力，蜗杆朝蜗轮偏置，使得即使在蜗杆和/或蜗轮磨损的情况下，蜗杆与蜗轮良好地啮合并且防止蜗杆和蜗轮之间的间隙。
发明内容
然而，当在驾驶者突然转向的情况下电机突然地旋转并且在蜗杆从蜗轮分离的方向上在蜗杆中产生大的力(分离力)时，存在压缩盘簧到达压缩极限并且轴承撞击外壳等而产生拍打声(撞击声)的危险。
鉴于此，本发明的一个说明性方面提供一种蜗杆偏置结构，其中即使在蜗杆中产生大的分离力时，也不容易产生拍打声。
根据本发明的一个方面，提供一种对与蜗轮啮合的蜗杆进行偏置的蜗杆偏置结构，包括：径向轴承，该径向轴承在径向上支撑所述蜗杆；以及弹性体，该弹性体具有弹性并且在偏置方向朝所述蜗轮对所述径向轴承进行偏置，其中，所述弹性体包括在所述偏置方向成一列的低弹簧刚度弹性体和弹簧刚度比所述低弹簧刚度弹性体的弹簧刚度高的高弹簧刚度弹性体。
根据该结构，由于包括在偏置方向成一列的低弹簧刚度弹性体和高弹簧刚度弹性体，所以例如，当在蜗杆中产生小的分离力时，具有较低弹簧刚度的低弹簧刚度弹性体优先弹性变形，因此，能够吸收和衰减分离力。因此，径向轴承不易撞击外壳第并且拍打声(撞击声)不易产生。
当在蜗杆中产生大的分离力时，除低弹簧刚度弹性体之外，高弹簧刚度弹性体弹性变形，因此，能够衰减和吸收分离力。因此，径向轴承不易撞击外壳并且拍打声(撞击声)不易产生。
所述蜗杆偏置结构可以具有以下构造，其中，在所述低弹簧刚度弹性体到达压缩极限前，所述高弹簧刚度弹性体开始压缩。
根据该结构，由于在低弹簧刚度弹性体到达压缩极限前高弹簧刚度弹性体开始压缩，所以能够由高弹簧刚度弹性体在较早的时间点吸收和衰减分离力。
所述蜗杆偏置结构可以具有以下构造，其中，所述低弹簧刚度弹性体由盘簧形成，并且所述高弹簧刚度弹性体包括在伸缩方向引导所述盘簧的引导部分。
根据该结构，能够在伸缩方向通过引导部分引导盘簧。因此，盘簧不易倒下。
所述蜗杆偏置结构可以具有以下构造，其中，所述低弹簧刚度弹性体是通过卷绕扁平线材形成的扁线盘簧。
根据该结构，由于低弹簧刚度弹性体是通过卷绕扁平线材形成的扁线盘簧，所以盘簧不易倒下。
根据本发明的该方面，能够提供一种蜗杆偏置结构，其中即使当在蜗杆中产生大的分离力时，拍打声也不容易产生。
附图说明
图1是根据第一实施例的电动的动力转向装置的结构图。
图2是根据第一实施例的电动的动力转向装置的平面截面图(沿着图5的X2-X2线截取的截面图)。
图3是根据第一实施例的接头的分解透视图。
图4A和4B是示出根据第一实施例的保持器的视图，其中图4A是透视图并且图4B是前视图。
图5是根据第一实施例的蜗杆偏置结构的截面图(沿着图2的X1-X1线截取的截面图)，示出了初始状态。
图6A和6B是根据第一实施例的蜗杆偏置结构的放大截面图，其中图6A示出初始状态并且图6B示出产生了小的分离力的状态。
图7是示出根据第一实施例的蜗杆偏置结构的效果的图表。
图8A和8B是根据第二实施例的蜗杆偏置结构的放大截面图，其中图8A示出初始状态并且图8B示出产生了小的分离力的状态。
图9A和9B是根据修改示例的蜗杆偏置结构的放大截面图，其中图9A示出初始状态并且图9B示出产生了小的分离力的状态。
具体实施方式
<第一实施例>
将参考图1到图7说明本发明的第一实施例。
<电动的动力转向装置的结构>
电动的动力转向装置100(转向装置)是小齿轮辅助力型装置，其中辅助力输入到小齿轮轴114。但是，也能够应用柱助力型装置和齿条助力型装置。
电动的动力转向装置100包括：由驾驶者操纵的方向盘111、与方向盘111一体地旋转的转向轴112、连接到转向轴112的下端的扭杆113、连接到扭杆113下端的小齿轮轴114以及在车辆宽度方向(左右方向)延伸的齿条轴115。
小齿轮轴114的小齿轮齿114a与齿条轴115的齿条齿115a啮合。当小齿轮轴114绕旋转轴O1(见图2)旋转时，齿条轴115在车辆宽度方向上移动并且转向轮(车轮)117通过连接杆116转向。齿条轴115穿过衬套等容纳在筒状外壳118中。
电动的动力转向装置100还包括：同轴地固定到小齿轮轴114的蜗轮120、与蜗轮120啮合的蜗杆130、产生辅助力以旋转蜗杆130的电动马达140、将电机140的输出轴141连接到蜗杆130的接头150、以及容纳蜗杆130等的外壳20(见图2)。
(蜗轮)
蜗轮120锯齿连接到小齿轮轴114。即，蜗轮120以同轴方式可旋转地装接到小齿轮轴114。
(蜗杆)
蜗杆130是绕旋转轴O2(见图2)旋转的大致圆柱形的部件，包括蜗杆主体131，齿轮齿131a形成在蜗杆主体131的周表面上；第一轴部分132，该第一轴部分132形成在蜗杆主体131的一个端侧(电机140侧)中；以及第二轴部分133，该第二轴部分133形成在蜗杆主体131的另一端侧(电机140的相对侧)中。
第一轴部分132由外壳20支撑以可旋转地穿过第一轴承11。第二轴部分133由外壳20支撑以可旋转地穿过保持器30。
当电机140被驱动并且蜗杆130旋转时，蜗杆130的齿轮齿131a趋向于越过形成在蜗轮120的外周表面上的轮齿。即，在蜗杆130中产生作用而使得从蜗轮120分离的分离力，并且蜗杆130趋向于从蜗轮120分离。例如，当方向盘111被突然操纵并且电机140被突然驱动时，在蜗杆130中产生大的分离力。
(电机)
电机140是根据未示出的ECU(电子控制单元)的指令而被驱动并且产生辅助力的电动马达。电机140的输出轴141通过接头150连接到第一轴部分132。ECU通过扭矩传感器(未示出)检测产生在扭杆113中的扭矩并且根据扭矩的大小来驱动电机140，以产生辅助力。
(接头)
接头150连接在输出轴141和第一轴部分132之间以向蜗杆130传递电机140的动力。接头150包括：可旋转地装接到输出轴141的第一联轴器151、可旋转地装接到第一轴部分132的第二联轴器152、以及夹置在第一联轴器151和第二联轴器152之间的衬套153。
在第一联轴器151的衬套153侧，多个(在此情况下，四个)第一接合爪151a以相等的间隔形成在周向上。在第二联轴器152的衬套153侧，多个(在此情况下，四个)第二接合爪152以相等的间隔形成在周向上。
衬套153是由诸如橡胶的弹性体制成的部件，其中多个(在此情况下，八个)在轴向上延伸的接合孔153a以相等的间隔形成在周向上。换言之，接合爪153b形成在周向上互相邻近的接合孔153a之间。
多个第一接合爪151a和多个第二接合爪152a在周向上与多个接合孔153a交替地接合。因此，电机140的旋转力(动力)通过第一联轴器151、衬套153和第二联轴器152而传递到蜗杆130。
此外，因为由橡胶等制成的接合爪153b在周向上插置在第一接合爪151a和第二接合爪152a之间而使得第一接合爪151a和第二接合爪152a不直接地互相接触，所以能够减少拍打声和周向上的间隙。
(第一轴承)
第一轴承11设置在蜗杆130的第一轴部分132和外壳20之间，将第一轴部分132支撑成相对于外壳20可旋转。第一轴承11由例如径向滚珠轴承构成，在径向上支撑负荷。第一轴承11被与外壳20螺合的圆筒状的限位部件13保持在外壳20中。
(第二轴承)
第二轴承12(径向轴承)设置在蜗杆130的第二轴部分133和外壳20之间，将第二轴部分133支撑成相对于外壳20可旋转。第二轴承12由例如径向滚珠轴承构成，在径向上支撑负荷。第二轴承容纳在保持器30中(见图4A和4B)。
(外壳)
外壳20容纳蜗轮120、蜗杆130等。在外壳20中，形成保持稍后描述的保持器30的保持器容纳孔21。保持器容纳孔21为短圆柱状，并且其轴向在蜗杆130的轴向上延伸。保持器容纳孔21通过稍后描述的连通孔22与外部连通，连通孔22在稍后描述的偏置方向(蜗杆130的径向(分离方向))上延伸。此外，与外壳20螺合的帽23阻塞连通孔22。
(蜗杆偏置结构)
电动的动力转向装置100包括蜗杆偏置结构1，该蜗杆偏置结构1朝蜗轮120对第二轴承12(蜗杆130)进行偏置以向蜗杆130施加预负荷。对第二轴承12(蜗杆130)进行偏置的偏置方向是图5中的左右方向(纸上的上下方向)，该方向是蜗杆130的径向。
蜗杆偏置结构1包括：第二轴承12、保持器30、杯部40、压缩盘簧50(低弹簧刚度弹性体)和树脂体61(高弹簧刚度弹性体)。即，蜗杆偏置结构1包括作为对第二轴承(蜗杆130)进行偏置的弹性体的压缩盘簧50和树脂体61。
(保持器)
如图4A、4B和图5所示，保持器30呈现大致环状，其作为覆盖第二轴承12的外侧以保持第二轴承12的部件。保持器30为从轴向观察蜗轮120侧被切除的C形。保持器30以直径略微减小的状态容纳在保持器容纳孔21。
在保持器30的内周表面中，形成在蜗杆130的偏置方向(左右方向)上延伸的一对引导表面31、31。即，第二轴承12能够在与引导表面31、31滑动接触的同时在蜗杆130的偏置方向滑动。
短圆筒状的弹簧容纳部分32在蜗轮120的相对侧形成在保持器30中。弹簧容纳部分32是用于容纳压缩盘簧50的部分，其中空部分朝蜗杆130的偏置方向(左右方向)延伸。
(杯部)
杯部40呈现第二轴承12侧封闭的有底圆筒状，其容纳在弹簧容纳部分32内以自由地滑动。杯部40包括圆筒状的周壁部分41和形成在周壁部分41的第二轴承12侧的底壁部分42。
周壁部分41在杯部40的滑动方向上具有一定的长度，并且周壁部分41的外周表面滑动地接触弹簧容纳部分32的内周表面。
底壁部分42的外表面42a与第二轴承12的外周表面进行线接触。即，底壁部分42和第二轴承12之间的接触部在第二轴承12的轴向上直线地延伸。因此，压缩盘簧50和树脂体61的偏置力通过杯部40良好地传递到蜗杆130。
(压缩盘簧)
压缩盘簧50是具有弹性并且朝蜗轮120对第二轴承12(蜗杆130)进行偏置的弹性体(偏置部件)。压缩盘簧50沿着偏置方向在弹簧容纳部分32中延伸，其一端51抵接杯部40的底壁部分42并且另一端52抵接树脂体61。
在电机140不旋转并且蜗杆130中不产生分离力的初始状态中(见图5和图6A)，压缩盘簧50和树脂体61朝蜗轮120对第二轴承12(蜗杆130)进行偏置。
压缩盘簧50的弹簧刚度(弹性度)设定为比树脂体61的弹簧刚度低。因此，压缩盘簧50比树脂体61先压缩和变形(弹性变形)。
压缩盘簧50由通过卷绕扁平线材而形成的扁线盘簧(扁盘簧)形成。因此，即使当弹簧缩回时，压缩盘簧50也不会轻易地倒下。注意，压缩盘簧50也可以由通过卷绕圆线而形成的圆线盘簧(圆盘簧)形成。
(树脂体)
树脂体61是具有弹性并且朝蜗轮120对蜗杆130进行偏置的弹性体(偏置部件)。树脂体61由合成树脂制成并且具有短圆柱状，其容纳在弹簧容纳部分32内部并且其轴向沿着蜗杆130的偏置方向延伸。
树脂体61在偏置方向上设置在压缩盘簧50和帽23之间。即，压缩盘簧50和树脂体61在偏置方向成一列地布置。然而，树脂体61可以布置在压缩盘簧50和杯部40之间。
树脂体61的弹簧刚度(弹性度)设定为在偏置方向上比压缩盘簧50的弹簧刚度高。因此，当大的分离力作用在第二轴承12(蜗杆130)上时，在压缩盘簧50缩回并到达压缩极限后，树脂体61压缩并变形，从而使分离力衰减。
<蜗杆偏置结构的作用和效果>
将说明蜗杆偏置结构1的作用和效果。
(分离力：小)
当在蜗杆130中产生比预定值小的分离力(负荷)时，作为低弹簧刚度弹性体的压缩盘簧50优先缩回，并且分离力被衰减(被吸收)(见图6B和图7)。由于压缩盘簧50如上所述地良好地缩回，在确保第二轴承12的行程量(位移量)的同时，小的分离力被衰减，这能够抑制在第二轴承12和保持器30之间产生拍打声。
图7示出第二轴承12(蜗杆130)的位移量(压缩盘簧50缩回的长度)随着分离力增加而增加的关系。当分离力为预定值时，压缩盘簧50到达压缩极限，并且包括在压缩盘簧50中的扁平线材在偏置方向互相紧密接触(见图6B、实施例1)。
(分离力：大)
当在蜗杆130中产生比预定值大的分离力(负荷)时，除压缩盘簧50缩回之外，作为高弹簧刚度弹性体的树脂体61压缩，并且分离力被衰减(被吸收)(见图7)。由于树脂体61如上所述的良好地缩回，在确保第二轴承12的行程量(位移量)的同时，大的分离力被衰减，这能够抑制在第二轴承12和保持器30之间产生拍打声。
图7示出第二轴承12(蜗杆130)的位移量(压缩盘簧50缩回的长度)随着分离力增加而增加的关系。另外，由于树脂体61的弹簧刚度比压缩盘簧30的弹簧刚度高，单位位移量中压缩树脂体61所需的分离力(图7中图标的斜率)比单位位移量中压缩压缩盘簧50所需的分离力大。
(总结)
如上所述，在蜗杆130中产生小的分离力和产生大的分离力的两种情况下，压缩盘簧50和树脂体61都良好地压缩，因此，能够在确保第二轴承12(蜗杆130)的行程量(位移量)的同时抑制在第二轴承12和保持器30之间发生拍打声(撞击声)。
(修改示例)
已如上说明了本发明的实施例，然而，本发明不限于上述实施例并且可以进行例如下面描述的修改。
在上述实施例中，引用了低弹簧刚度弹性体是压缩盘簧50并且高弹簧刚度弹性体是合成树脂制成的树脂体61的结构作为示例。除上所述的之外，例如，低弹簧刚度弹性体和高弹簧刚度弹性体是压缩盘簧的结构。在此情况下，低弹簧刚度弹性体和高弹簧刚度弹性体能够通过改变线材的粗细来形成。
同样，低弹簧刚度弹性体和高弹簧刚度弹性体可以是由橡胶制成的弹性体。在此情况下，低弹簧刚度弹性体和高弹簧刚度弹性体能够通过改变橡胶的硬度来形成。
<第二实施例>
将参考图8A和8B说明本发明的第二实施例。将说明不同于第一实施例的部分。
根据第二实施例的蜗杆偏置结构1包括代替树脂体61的树脂体62。树脂体62包括：等同于树脂体61的圆筒状主体63、和从主体63的弹簧侧表面的外周缘朝蜗杆130延伸的圆筒状引导部分64。
压缩盘簧50在圆筒状引导部分64内延伸，其另一端52抵接在主体63上。即，引导部分64在伸缩方向上引导压缩盘簧50。因此，即使当弹簧缩回时，压缩盘簧50也不会在引导部分内轻易地倒下。
引导部分64轴向上的长度设定为在压缩盘簧50完全地缩回前，即，在压缩盘簧50到达压缩极限前，引导部分64接触底壁部分42的长度(见图7和图8B)。因此，在压缩盘簧50完全地缩回前，树脂体62开始压缩，这能良好地吸收分离力并且衰减分离力。
即，如图7中虚线“实施例2”所示，树脂体62以比第一实施例的位移量短的位移量开始压缩。因此，分离力在比第一实施例的时间点早的时间点衰减。
应注意，还能够应用包括代替树脂体62的、如图9A和9B所示的树脂体65的结构。树脂体65包括：圆筒状主体63、和从主体63的弹簧侧表面的中央朝蜗杆130延伸的长圆柱状的引导部分66。引导部分66可移动地插入到压缩盘簧50中，在偏置方向上引导压缩盘簧50。引导部分66轴向上的长度设定为在压缩盘簧50完全地缩回前，即，在压缩盘簧50到达压缩极限前，引导部分66接触底壁部分42的长度(见图9B)。

Claims (4)

1.一种对与蜗轮啮合的蜗杆进行偏置的蜗杆偏置结构，包括：
径向轴承，该径向轴承在径向上支撑所述蜗杆；以及
弹性体，该弹性体具有弹性并且在偏置方向朝所述蜗轮对所述径向轴承进行偏置，
其中，所述弹性体包括在所述偏置方向成一列的低弹簧刚度弹性体、和弹簧刚度比所述低弹簧刚度弹性体的弹簧刚度高的高弹簧刚度弹性体。
2.根据权利要求1所述的蜗杆偏置结构，
其中，在所述低弹簧刚度弹性体到达压缩极限前，所述高弹簧刚度弹性体开始压缩。
3.根据权利要求1或2所述的蜗杆偏置结构，
其中，所述低弹簧刚度弹性体由盘簧形成，并且
所述高弹簧刚度弹性体包括在伸缩方向引导所述盘簧的引导部分。
4.根据权利要求1到3任一项所述的蜗杆偏置结构，
其中，所述低弹簧刚度弹性体是通过卷绕扁平线材形成的扁线盘簧。
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