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CN106715241B - 用于机动车的齿条转向机构 - Google Patents

用于机动车的齿条转向机构 Download PDF

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CN106715241B
CN106715241B CN201580050992.1A CN201580050992A CN106715241B CN 106715241 B CN106715241 B CN 106715241B CN 201580050992 A CN201580050992 A CN 201580050992A CN 106715241 B CN106715241 B CN 106715241B
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steering mechanism
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stop
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R·克洛赫
N·尼尔根
R·冯拉尔
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TRW Automotive GmbH
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Abstract

本发明涉及一种用于机动车的齿条转向机构(10)，其包括：具有纵轴线(X)的齿条(20)；齿条壳体(30)，所述齿条(20)在该齿条壳体中可轴向移动地引导；以及至少一个用于所述齿条(20)的、容纳在所述齿条壳体(30)中的终端止挡‑阻尼组件(32)，其中，终端止挡‑阻尼组件(32)包括用于阻尼终端止挡的压缩体(34)以及止挡元件(36)，该止挡元件沿轴向方向可受限制地移动地装配在齿条壳体(30)上，其中，止挡元件(36)沿第一轴向方向(38)至少部分地通过压缩体(34)支承在齿条壳体(30)的第一支承面(40)上并且沿相反的第二轴向方向(42)支承在齿条壳体(30)的第二支承面(44)上。

Description

用于机动车的齿条转向机构
技术领域
本发明涉及一种用于机动车的齿条转向机构，其包括：具有纵轴线的齿条；齿条壳体，齿条在该齿条壳体中可轴向移动地引导；以及至少一个用于齿条的、容纳在齿条壳体中的终端止挡-阻尼组件，其中，终端止挡-阻尼组件包括用于阻尼终端止挡的压缩体以及止挡元件，所述止挡元件沿轴向方向可受限制地移动地装配在齿条壳体上，其中，止挡元件沿第一轴向方向至少部分地通过压缩体支承在齿条壳体的第一支承面上。
背景技术
这样的齿条转向机构例如从同种类型的DE 10 2009 019 890 A1中已知。终端止挡-阻尼组件在此包括至少一个止挡环以及至少一个弹性的压缩体并且能够以小的耗费装配在齿条转向机构的齿条壳体中。
发明内容
本发明的任务在于，提供一种具有终端止挡-阻尼组件的齿条转向机构，该终端止挡-阻尼组件在结构上特别简单地构造并且在齿条转向机构的运行过程中经受特别小的磨损。
根据本发明，该任务通过开头所述类型的齿条转向机构得以解决，在该齿条转向机构中止挡元件沿相反的第二轴向方向支承在齿条壳体的第二支承面上。由于沿轴向方向可受限制地移动地装配在齿条壳体的两个相反的支承面之间，所述止挡元件定义终端止挡-阻尼组件的最大阻尼行程并且此外确保终端止挡-阻尼组件可靠地固定在齿条壳体中。因此，所述止挡元件能够实现具有少量单个构件的终端止挡-阻尼组件的特别简单的结构。
优选地，止挡元件是接触环，该接触环在齿条转向机构的轴向终端止挡位置中在端侧与齿条或与齿条固定连接的构件接触。因此，终端止挡-阻尼组件的固定作用以及齿条的止挡作用有利地结合在一个单一的构件中。
在该齿条转向机构的一种实施形式中，止挡元件具有卡锁元件并且与齿条壳体构成卡锁连接。这确保将终端止挡-阻尼组件简单且可靠地装配在齿条壳体上或在齿条壳体中。
齿条壳体在所述实施形式中优选具有用于容纳齿条的圆柱形开口，其中，在开口中构造有至少一个径向的空隙部，止挡元件的卡锁元件延伸到该空隙部中。这样在齿条壳体的圆柱形开口中的径向空隙部在制造技术上能够以小的耗费实现，使得也在壳体侧能够以小的耗费实现终端止挡-阻尼组件的固定。
在齿条壳体的圆柱形开口中的径向空隙部在该情况下特别优选地构造为环绕的槽，其中，该槽的槽侧面形成第二支承面。所述环绕的槽能够在圆柱形开口中以小的制造技术上的耗费制成并且能够实现止挡元件以及因此终端止挡-阻尼组件的可靠的轴向固定。
在该齿条转向机构的另一种实施形式中，已装配的止挡元件的轴向移动通过齿条壳体的第一支承面和第二支承面限制，其中，止挡元件在其第一轴向终端位置中贴靠在第一支承面上并且在其相反的第二轴向终端位置中贴靠在第二支承面上。
优选地，第一轴向支承面和/或第二轴向支承面基本上垂直于齿条的纵轴线延伸。垂直于纵轴线延伸的各支承面确保止挡元件或终端止挡-阻尼组件的可靠的轴向固定，并且在通过止挡元件轴向加载时不产生止挡元件沿径向方向的不希望的负荷。
已装配在齿条壳体中的止挡元件优选通过压缩体轴向地被预紧抵靠第二支承面。所述的预紧一方面确保止挡元件的定义的轴向位置，另一方面防止不希望的嘎嘎响，所述的嘎嘎响可能在机动车震动或转向机构震动时由于止挡元件在各支承面之间的轴向间隙产生。
优选地，压缩体容纳在止挡元件的端侧的轴向凹部中并且轴向地伸出止挡元件。尤其是，轴向的凹部可以是环绕的槽以及压缩体可以是容纳在该槽中的压缩环。在轴向的凹部中，压缩体良好地被保护并且能够简单地定位在止挡元件上。
优选地，止挡元件构造为辅助支承件并且限制齿条的挠曲。由此，止挡元件在齿条的极度挠曲负荷以及由此造成变形的情况下形成暂时的侧向的齿条支承部，该齿条支承部限制齿条的变形并且因此防止齿条转向机构可能的损坏。
在该齿条转向机构的另一种实施形式中，止挡元件关于纵轴线基本上无相对转动地固定在齿条壳体中。由驾驶员施加的转向力矩在齿条转向机构中通过小齿轮以及与小齿轮相互啮合的齿条齿部传送到机动车的可转向的车轮上，其中，齿条的齿部尤其是斜齿部。已被证实的是，终端止挡-阻尼组件在齿条转向机构的终端止挡中通过齿条受到相当大的扭转载荷。所述扭转载荷归因于齿条在将力从小齿轮传递到齿条齿部上时围绕其纵轴线转动。如果驾驶员在齿条转向机构的终端止挡中继续朝终端止挡施加转向力矩，则在小齿轮与齿条齿部之间的接触力明显强地增加，使得在终端止挡-阻尼组件中可能出现多达约5°的扭转以及约30至40Nm的扭矩。所述在齿条转向机构的终端止挡中的扭转负荷决定性地对压缩体的磨损作出贡献并且其使用寿命显著减少。然而，由于止挡元件沿圆周方向无相对转动地支承在齿条壳体中，必要时相对鲁棒的止挡元件而不是更敏感的压缩体受到扭转负荷，使得终端止挡-阻尼组件的使用寿命以及因此更换周期延长。
优选地，止挡元件是塑料环、尤其是由聚酰胺制成。塑料环可以简单且价格便宜地制造并且在合适的材料选择中足够鲁棒，以便可以将出现的扭转载荷以及轴向的冲击载荷可靠且持久地接收并且继续传递。
在该齿条转向机构的另一种实施形式中，压缩体以及止挡元件构造成环形的并且与纵轴线设置成同中心的。
环形的止挡元件的内径在该情况下可以尤其是小于环形的压缩体的内径。以这种方式，以较小的耗费确保了，止挡元件在齿条的极度挠曲负荷时形成用于齿条的辅助支承件，而压缩体由于较大的内径不与齿条接触。因此，可靠地防止压缩体的不希望的磨损。构成用于齿条的止挡元件的附加支承面在该情况下防止齿条的过度挠曲负荷以及由此造成的损坏或齿条转向机构的功能性影响。
压缩体优选由弹性体、尤其是由橡胶或聚氨酯制成。这种压缩体能够简单且价格便宜地制造并且此外具有持续良好的且基本上恒定的阻尼特性。
在该齿条转向机构的另一种实施形式中，压缩体与止挡元件摩擦锁合地连接和/或粘接和/或锁紧。这些连接变型方案单独地或组合地示出简单且价格便宜的可能性，即将压缩体束缚地固定在止挡元件上。
附图说明
本发明的其它特征和优点参考附图由优选的实施形式的后续说明得出。在附图中：
-图1示出按照本发明的齿条转向机构的示意性草图；
-图2示出根据图1的齿条转向机构的区域“A”的细节剖面图；
-图3示出用于根据图2的所述齿条转向机构的终端止挡-阻尼组件的透视分解图；
-图4示出用于装配在根据图2的齿条转向机构的齿条壳体中的根据图3的已组装的终端止挡-阻尼组件的透视图；
-图5示出图4中已装配的终端止挡-阻尼组件的剖面细节；以及
-图6示出图4中已装配的终端止挡-阻尼组件的其它剖面细节。
具体实施方式
图1示出用于机动车的齿条转向机构10。在示出的实施例中，齿条转向机构10是电动液压的车辆转向系统的部件，在该车辆转向系统中转向轮12通过转向柱14与小齿轮18连接。小齿轮18与齿条20啮合，使得该齿条受施加在转向轮12上的手动转向力的作用。
此外设置有电动机16，该电动机可以通过滚珠丝杠21以已知的方式将电转向辅助力施加给齿条20。在此，该转向辅助力从电动机16经由带22以及循环滚珠螺母23引入到齿条20的螺纹区段25中，其中，循环滚珠螺母23通过四点支承件支承在齿条转向机构10的齿条壳体30上。
替代地，转向辅助力也能以不同的方式、例如借助液压的伺服缸被施加。
齿条20在其轴向端部上通过转向横拉杆24与机动车的可转向的车轮26耦联，其中，齿条20通过分别一个球窝节28与各转向横拉杆24连接。在齿条20与转向横拉杆24之间的连接区域“A”中，在齿条壳体30上构造有用于齿条20的终端止挡，其中，通过所述终端止挡限定最大的转向角。在转向运动直到终端止挡时，在齿条转向机构10中出现高机械负荷。为了避免对所述转向机构的损害，因此通常在终端止挡的区域中设置有阻尼件。
一种特别有利的终端止挡-阻尼组件32在图2中示出，该图示出图1中区域“A”的剖面。
齿条转向机构10根据图2包括：具有纵轴线X的齿条20；齿条壳体30，所述齿条20在该齿条壳体中轴向可移动地在两个终端止挡之间引导；以及至少一个用于齿条20的、容纳在所述齿条壳体30中的终端止挡-阻尼组件32，该终端止挡-阻尼组件沿轴向方向安装在该齿条壳体30上。
在此，终端止挡-阻尼组件32具有用于阻尼终端止挡的压缩体34以及止挡元件36，该止挡元件为了将终端止挡-阻尼组件32固定在齿条壳体30中而沿轴向方向可受限制地移动地装配在齿条壳体30上。在此，止挡元件36沿第一轴向方向38至少部分地通过压缩体34支承在齿条壳体30的第一支承面40上并且沿相反的第二轴向方向42支承在齿条壳体30的第二支承面44上。
图3示出齿条转向机构10的终端止挡-阻尼组件32的透视分解图。在此可见，压缩体34以及止挡元件36构造成环形的并且与纵轴线X设置成同中心的。
在终端止挡-阻尼组件32已组装的状态下，构造为压缩环的压缩体34容纳在构造为环绕的槽的、止挡元件36的端侧轴向凹部46中并且轴向地伸出止挡元件36，如在图2、5和6中可看到的。
对应地，环形的止挡元件36的内径d36小于环形的压缩体34的内径d34。压缩体34因此防止与齿条20接触以及由之引起的不希望的磨损。而止挡元件36具有距齿条20的极小径向距离并且尤其是构造为辅助支承件，该辅助支承件限制齿条20的挠曲。要强调的是，该辅助支承件在无负荷的齿条20的情况下不贴靠在齿条20上，而是环绕地具有至少0.2mm的径向间隙。由于环绕的间隙，该辅助支承件不是附加的永久支承件或引导件，使得齿条20进一步静定地支承。对于如下情况，即，齿条20在辅助支承件的区域中的挠曲超过所述间隙大小，则齿条20与止挡元件36贴靠，止挡元件于是在很大程度上防止齿条20的进一步挠曲以及因此防止齿条转向机构10的可能的受损。
止挡元件36在本实施例中是可在制造技术上简单且价格便宜地制造的塑料环。在合适地选择塑料材料、例如聚酰胺时，止挡元件36足够坚固，以便可靠且持久地经受在齿条转向机构10的运行过程中出现的负荷。
构造为压缩环的压缩体34与之相反由弹性体、尤其是由橡胶或聚氨酯制成。与止挡元件36相比，压缩体34因此关于摩擦负荷或扭转负荷明显更易磨损。在基本上轴向的负荷时，弹性的压缩体34与之相反具有持久地在很大程度上恒定的阻尼特性。
为了将压缩体34固定在止挡元件36上，压缩体34可以与止挡元件36摩擦锁合地连接和/或粘接和/或锁紧。
在根据图2至图6的实施形式中，压缩体34具体是橡胶环，该橡胶环在装配在止挡元件36上时扣入到止挡元件36的构造为槽的凹部46中。为此可以在止挡元件36的槽的边缘上一体成形至少一个(未示出的)卡锁凸起部。终端止挡-阻尼组件32的阻尼特性可以在该情况下例如通过横截面以及压缩体34的材料硬度被影响。
在一种替代的实施形式中，压缩体34是在横截面中矩形的聚氨酯环，该聚氨酯环摩擦锁合地压入到槽中和/或在槽中与止挡元件36粘接。在该情况下，终端止挡-阻尼组件32的阻尼特性也可以通过压缩体34的横截面以及材料硬度被影响。此外，在该聚氨酯环中可以设置有空隙部，该空隙部引起齿条转向机构10的终端止挡的“更柔和的”阻尼。
根据图2和图3，构造为止挡环的止挡元件36具有可弹性变形的卡锁元件48并且与齿条壳体30形成卡锁连接。在此，卡锁元件48在环形的止挡元件36的径向外侧上在其环周上均匀分布地设置并且径向向外伸出。
齿条壳体30具有用于容纳齿条20的圆柱形开口50，其中，在开口50中构造有至少一个径向的空隙部52，止挡元件36的卡锁元件48延伸到该空隙部中。为了减少制造耗费，在开口50中的径向空隙部52尤其是环绕的槽，其槽侧面54形成齿条壳体30的第二支承面44。
根据图4在将已组装的终端止挡-阻尼组件32装配在齿条壳体30上期间，在卡锁元件到达槽形空隙部52时径向地向外卡扣并且嵌接到该径向空隙部52中(如在图2和图5中示出的那样)之前，在将止挡元件36插入到齿条壳体30的开口50中时卡锁元件48首先径向地向内变形。
图5示出齿条转向机构10在终端止挡-阻尼组件32的卡锁元件48的区域中的细节剖面图，而在图6中示出齿条转向机构10在卡锁元件48之外的相应的细节剖面图。
借助图5可见，已装配在齿条壳体30上的止挡元件36通过压缩体34轴向地被预紧抵靠到第二支承面44。所述的预紧防止了在终端止挡-阻尼组件32与齿条壳体30之间的轴向间隙并且确保了终端止挡-阻尼组件32在齿条壳体30中总是占据固定定义的轴向位置。
关于纵轴线X，止挡元件36基本上无相对转动地固定在齿条壳体30中。在止挡元件36和齿条壳体30之间的无相对转动的连接在本实施例中通过如下方式实现：在齿条壳体30的开口50中设置有轴向槽56(图4)，并且止挡元件36具有径向向外伸出的肋条58(图3)，所述肋条沿轴向方向延伸并且在将终端止挡-阻尼组件32装配在齿条壳体30上时嵌接到所述轴向槽56中。因此，在将终端止挡-阻尼组件32装配在齿条壳体30的圆柱形开口中时止挡元件36无相对转动地沿轴向方向引导。在卡锁元件48在径向的空隙部52中扣入之后，止挡元件36可沿轴向方向受限制地移动地以及基本上无相对转动地装配在齿条壳体30上或者说在齿条壳体中。
将止挡元件36无相对转动地固定在齿条壳体30上确保了，由齿条20施加在齿条转向机构10的终端止挡中的扭矩通过相对鲁棒的止挡元件36直接地而不通过关于扭矩负荷易受磨损的压缩体34引入到齿条壳体30中。压缩体34必要时轴向地被加载并且在此持久地确保可靠的终端止挡阻尼。
已装配在齿条壳体30中的止挡元件36相对于齿条壳体30的轴向移动由齿条壳体30的第一支承面40和第二支承面44限制，其中，止挡元件36在其第一轴向终端位置中(齿条转向机构10的终端止挡)贴靠在第一支承面40上并且在其相反的第二轴向终端位置中(在图2和图5中示出)贴靠在第二支承面44上。在此，第一轴向支承面40和第二轴向支承面44基本上垂直于纵轴线X延伸。以这种方式确保了，终端止挡-阻尼组件32的轴向加载不会导致在终端止挡-阻尼组件32中的不希望的径向力。
止挡元件36在示出的实施例中是接触环，该接触环在齿条转向机构10的轴向终端止挡中在端侧与齿条20或与齿条20固定连接的构件60接触。
根据图2，齿条转向机构10位于轴向的终端止挡位置附近。与齿条20固定连接的构件60已经与终端止挡-阻尼组件32的止挡元件36接触，其中，压缩体34然而还没通过在齿条20中的轴向力受到压缩。对此可看出的是，止挡元件36、具体来说是止挡元件36的卡锁元件48由于压缩体34的预紧还贴靠在齿条壳体30的第二支承面44上。
现在如果齿条20以及与齿条20固定连接的构件60、球窝节28以及转向横拉杆24轴向地继续朝向齿条转向机构10的终端止挡运动(根据图2向左)，则所述运动通过压缩体34受到阻尼，直至止挡元件36最后在齿条转向机构10的轴向终端止挡位置中最大限度地压缩该压缩体34并且贴靠在齿条壳体30的第一支承面40上。
如果齿条转向机构10再次朝向可转向的车轮26的中心位置(对应于车辆的直线行驶)运动，则弹性压缩体再次扩大并且止挡元件36再次移动到其根据图2和图5的第二轴向终端位置中，在该终端位置中止挡元件36、具体来说是止挡元件36的卡锁元件48贴靠在齿条壳体30的第二支承面44上。
在车辆运行中，所述的终端止挡-阻尼组件32确保在齿条转向机构10的最大转向角时可靠的阻尼。此外，终端止挡-阻尼组件32保护齿条转向机构10、尤其是滚珠丝杠21以及循环滚珠螺母23的四点支承件即使在所谓的错误使用齿条转向机构10时免受损伤。这样的错误使用例如可能在更换车轮时出现，在抬起车辆时车轮26或可转向的车轴的车轮固持器快速地枢转并且由此轴向加速的齿条20在机械的终端止挡中突然停止。齿条转向机构10在终端止挡中出现的负荷通过电动机16仍得到增强，因为电动机在车轮26或车轮固持器枢转时被动驱动并且然后由于其惯性力求继续旋转。所建议的终端止挡-阻尼组件32在该情况下防止齿条20在齿条转向机构10的机械终端止挡中突然制动并且因此保护尤其是滚珠丝杠21以及循环滚珠螺母23的四点支承件免受过度的负荷和损坏。

Claims (14)

1.用于机动车的齿条转向机构，其包括：
具有纵轴线(X)的齿条(20)；
齿条壳体(30)，所述齿条(20)在该齿条壳体中在构成在齿条壳体(30)中的两个终端止挡之间可轴向移动地引导，所述齿条壳体(30)包括第一支承面(40)和第二支承面(44)；以及
至少一个用于所述齿条(20)的、容纳在齿条壳体(30)中的终端止挡-阻尼组件(32)，
其中，终端止挡-阻尼组件(32)包括用于阻尼齿条转向机构(10)到终端止挡的运动的压缩体(34)以及止挡元件(36)，该止挡元件(36)能沿第一轴向方向(38)和/或第二轴向方向(42)相对于齿条壳体(30)受限制地移动地装配在齿条壳体(30)上，并且
其中，止挡元件(36)在第一轴向终端位置中至少部分地通过压缩体(34)支承在齿条壳体(30)的第一支承面(40)上，
其特征在于，所述止挡元件(36)在相反的第二轴向终端位置中支承在齿条壳体(30)的第二支承面(44)上，已装配的所述止挡元件(36)的轴向移动通过齿条壳体(30)的第一支承面(40)和第二支承面(44)限制，其中，止挡元件(36)在其第一轴向终端位置中贴靠在第一支承面(40)上并且在其相反的第二轴向终端位置中贴靠在第二支承面(44)上，所述止挡元件(36)具有可弹性变形的卡锁元件(48)并且与齿条壳体(30)构成卡锁连接。
2.根据权利要求1所述的齿条转向机构，其特征在于，所述止挡元件(36)是接触环，该接触环在齿条转向机构(10)的轴向终端止挡位置中在端侧与齿条(20)或与同该齿条(20)固定连接的构件(60)接触。
3.根据权利要求1所述的齿条转向机构，其特征在于，所述齿条壳体(30)具有用于容纳齿条(20)的圆柱形的开口(50)，其中，在所述开口(50)中构造有至少一个径向的空隙部(52)，所述止挡元件(36)的卡锁元件(48)延伸到该空隙部中。
4.根据权利要求3所述的齿条转向机构，其特征在于，所述径向的空隙部(52)在齿条壳体(30)的开口(50)中构造为环绕的槽，并且该槽的槽侧面(54)形成所述第二支承面(44)。
5.根据权利要求1至4之一所述的齿条转向机构，其特征在于，所述第一支承面(40)和/或所述第二支承面(44)大致垂直于纵轴线(X)延伸。
6.根据权利要求1至4之一所述的齿条转向机构，其特征在于，已装配的所述止挡元件(36)通过压缩体(34)轴向地被预紧抵靠所述第二支承面(44)。
7.根据权利要求1至4之一所述的齿条转向机构，其特征在于，所述压缩体(34)容纳在止挡元件(36)的端侧的轴向凹部(46)中并且轴向地伸出于止挡元件(36)。
8.根据权利要求1至4之一所述的齿条转向机构，其特征在于，所述止挡元件(36)构造为辅助支承件并且限制齿条(20)的弯曲。
9.根据权利要求1至4之一所述的齿条转向机构，其特征在于，所述止挡元件(36)关于纵轴线(X)基本上无相对转动地固定在齿条壳体(30)中。
10.根据权利要求1至4之一所述的齿条转向机构，其特征在于，所述止挡元件(36)是塑料环。
11.根据权利要求1至4之一所述的齿条转向机构，其特征在于，所述压缩体(34)以及所述止挡元件(36)构造成环形的并且与纵轴线(X)设置成同中心的。
12.根据权利要求11所述的齿条转向机构，其特征在于，所述环形的止挡元件(36)的内径(d36)小于所述环形的压缩体(34)的内径(d34)。
13.根据权利要求1至4之一所述的齿条转向机构，其特征在于，所述压缩体(34)由弹性体制成。
14.根据权利要求1至4之一所述的齿条转向机构，其特征在于，所述压缩体(34)与所述止挡元件(36)摩擦锁合地连接和/或粘接和/或锁紧。
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