专利名称：转向设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及转向设备，并且更具体地涉及齿条齿轮型转向设备。
技术背景己知有作为车辆转向设备的所谓的齿条齿轮型转向设备，该齿条 齿轮型转向设备这样构造，使得给予转向盘的转向力通过小齿轮轴传 递到齿条轴，以便引起齿条轴在预定的范围内往复运动，借此操纵车 轮(参见专利文献1)。专利文献l:日本未审查专利公开号JP-A-11-43055发明内容本发明解决的问题附带说，在现有的齿条齿轮型转向设备中，当沿着径向的过大的 外力施加到小齿轮轴上时，弯曲力施加到小齿轮轴上，结果过大的径 向载荷施加到支撑小齿轮轴的轴承上。但是，在齿条齿轮型转向设备 中，由于通常习惯使用四点接触式球轴承，该四点接触式球轴承没有 轴向和径向的松动，由等于或大于允许施加在其上的载荷力的过大的径向载荷在四点接触式球轴承内产生松动的情况下，存在担心引起 非正常噪音等的产生。解决问题的手段鉴于在上所述相关技术中固有的问题做出本发明，并且其目的在 于提供一种能够防止过大的载荷施加于支撑小齿轮轴的轴承的转向设 备。根据本发明的第一转向设备，包括 外壳；小齿轮轴，在其外周上形成小齿轮轮齿；轴承，该轴承可转动地支撑外壳上的小齿轮轴；以及齿条轴，该齿条轴具有齿条传动齿，该齿条传动齿与小齿轮齿啮 合并且适于响应小齿轮轴的转动以相对于外壳往复运动以由此操纵车轮；小齿轮轴具有便于弯曲部分，当在位于比轴承更接近外端部分侧 的位置沿弯曲方向受到外力时，该便于弯曲部分最容易弯曲。根据本发明的第二转向设备，包括 外壳；小齿轮轴，在其外周上形成小齿轮齿；轴承，该轴承可转动地支撑外壳上的小齿轮轴；齿条轴，该齿条轴具有齿条传动齿，该齿条传动齿与小齿轮齿啮 合并且适于响应小齿轮轴的转动以相对于外壳往复运动以由此操纵车 轮；以及抑制单元，当小齿轮轴沿弯曲方向受到外力以弯曲时，该抑制单 元通过与小齿轮轴接触在位于更接近小齿轮轴的位置抑制其进一步弯 曲。本发明的优点根据本发明的第一转向设备，由于小齿轮轴具有便于弯曲部分， 当在位于比轴承更接近外端部分侧的位置沿弯曲方向受到外力时，便 于弯曲部分最容易弯曲。当受到这种外力时，通过首先弯曲便于弯曲 部分，在比小齿轮轴的便于弯曲部分(包括轴承安装部分)更接近内 端部分侧的位置能够抑制过大应力的产生。注意，"最容易弯曲"表示 在小齿轮轴安装在位的这种状态下，当小齿轮轴沿弯曲方向受到外力 时，具有最大弯曲角度的位置。另外，便于弯曲部分这里简单地表示 构成容易弯曲的位置的部分并且不表示构成容易出故障的位置的部优选，便于弯曲部分是小齿轮轴具有最小截面积的位置，其设置 在圆周凹槽和接头连接部分(例如，形成在小齿轮轴上的花键齿)之 间，其被夹紧以便将支撑小齿轮轴的轴承固定在位的圆柱形件与圆周 凹槽接合，该接头连接部分传递转向力到小齿轮轴，因为当沿弯曲方 向受到外力时，便于弯曲部分容易弯曲。优选，灰尘盖安装在圆周凹槽上，因为它能抑制散布的灰尘的影响。优选，渗碳处理应用于至少除了便于弯曲部分外的小齿轮轴，因 为当受到沿弯曲方向的外力时，便于弯曲部分更容易弯曲。注意，一 种情况包括无渗碳处理应用于位于比轴承更接近外端部分侧的小齿轮 轴的全部区域。根据本发明的第二转向设备，当小齿轮轴沿弯曲方向受到外力以 便弯曲时，由于抑制装置设置用于，通过与小齿轮轴接触在位于更接 近接触点的位置抑制其进一步的弯曲，当沿弯曲方向受到外力时，通 过抑制装置抑制等于或大于预定角度的弯曲，在位于比小齿轮轴的接 触点更接近内端部分侧的位置，能抑制过大应力的产生。优选，抑制装置是支撑件，该支撑件安装在外壳上并且在位于比 轴承更接近外端部分侧的位置沿着以直角与轴线相交的方向相对于小 齿轮轴具有预定的间隙。虽然从抑制应力的观点优选预定间隙较小，但是在间隙变得太小 的情况下，安装变得困难，并且滑动阻力也增加。于是，优选，基于 由于制造误差引起的尺寸的变化确定用于预定间隙的合适的值。优选，无渗碳处理应用于位于比接触点更接近外端部分侧的区域， 因为小齿轮轴容易弯曲。
图1是示出其中根据实施例的齿条齿轮型转向设备安装在车辆上 的状态的示意图。图2是当图1中所示的结构沿线II-II截取并沿箭头所示的方向观 察时得到的剖视图。图3是以放大的方式示出小齿轮轴111的端部的视图。图4与图2相似，是根据第二实施例的齿条齿轮型转向设备的剖视图。图5与图2相似，是根据第三实施例的齿条齿轮型转向设备的剖 视图。附图标记说明 50电动转向设备 50a控制器 50b扭矩检测器 50c电池 50d速度检测器 50e电机 51转向轴 52转向盘 53万向接头 54中间轴 55万向接头 100转向设备 101夕卜壳 101a台阶部分 101b小圆柱部分101c内螺纹102滚动轴承103四点接触式球轴承104支撑件104a支撑部分106密封件107圆柱件108,108横拉杆111小齿轮轴111a小齿轮齿111b凸缘部分111c圆周凹槽llld花键齿llle圆周凹槽112齿条轴112a齿条传动齿114齿条支撑件114a凹槽115轴116滚动轴承 117滚子 118螺纹件 119弹簧件 120锁紧螺母 130盖子部件 130a接合部分 130b盖子部分具体实施方式
以下，将参考附图描述根据实施例的转向设备。图1是示出其中根据实施例的齿条齿轮型转向设备安装在车辆上 的状态的示意图。图2是当图1中所示的结构沿线II-II截取并沿箭头 所示的方向观察时得到的剖视图。在图1中，在安装到车辆的电动转向设备50中，转向盘52安装 在转向轴51的上端。另一方面，转向轴51的下端通过万向接头53连 接于中间轴54，并且中间轴54通过万向接头55连接于转向设备100 的小齿轮轴111。电动转向设备50的控制器50a连接于扭矩检测器50b、电池50c 和速度检测器50d，并使控制器50a以一种模式控制电机50e的驱动， 以便将适当的转向扭矩输出到转向轴51，后面将描述该模式。在图2中，小齿轮轴111插入外壳101内，并且其下端相对于外 壳101由滚动轴承102可转动地支撑，同时其中心相对于外壳101由 四点接触式球轴承103可转动地支撑。为了更具体地描述，使四点接触式球轴承的外环与形成在外壳101 的内圆周上的台阶部分101a邻接。通过将外螺纹104b螺纹配合在内螺 纹101c内安装圆筒形支撑件104，并且使圆筒形支撑件104的内端与 四点接触式球轴承103的外环邻接，内螺纹101c形成在外壳101上在 位于四点接触式球轴承103向外(附图中向上)的位置上。虽然支撑 件104的内圆周在其两端直径地延伸，但是中心部分向小齿轮轴111 的外圆周突出以便形成支撑部分104a，该支撑部分104a相对于小齿轮 轴111的外圆周形成小间隙。另外，适于与小齿轮轴111的外圆周接触 的密封件106在支撑件104的外端设置在支撑件104的内圆周上。另一方面，使四点接触型球轴承103的内环与小齿轮轴111的凸 缘部分111b邻接。轴承安装圆周凹槽lllc以这样的方式形成在小齿轮上位于在凸缘部分lllb的向外(附图中向上)的位置，以将四 点接触式球轴承103保持在轴承安装圆周凹槽lllc和凸缘部分lllb之 间，并且使通过在其一端被夹紧而与圆周凹槽lllc接合的圆柱形件107 的另一端与四点接触式球轴承103的内环邻接。通过如上所述的结构， 小齿轮轴111通过四点接触式球轴承103以禁止相对于外壳101沿轴向 移动的方式安装在外壳101上。另外，花键齿llld形成在作为连接于 万向接头55的接头连接部分的小齿轮轴111的上端处，转向力被传递 到万向接头55，并且构成便于弯曲部分的圆周凹槽llle形成在位于花 键齿llld和密封件106之间的位置内的小齿轮轴111的外周上。圆周 凹槽llle的外直径(或截面积)优选在小齿轮轴111的小齿轮齿llla 和花键齿llld之间最小。图3是以放大的方式示出小齿轮轴111的端部的视图。当制造小 齿轮轴111时，在渗碳处理应用到整个小齿轮轴111之后，只有施加双 阴影(double hatching)的位置通过切削被切掉，由此能够形成圆周凹 槽llle。通过采用形成在小齿轮轴111的表面上的渗碳层的这种制造 工艺，只有对应于圆周凹槽llle的表面的渗碳层通过切削被去掉，由 此当受到外力时，小齿轮轴111在圆周凹槽llle处变得更容易弯曲。 另外，在加工前对应于圆周凹槽llle的位置的外直径优选被制成尽可 能大，并且优选使切削量沿着轴向为常数。另外，在防渗碳剂已经应 用于圆周凹槽llle的内部之后，通过完成圆周凹槽llle以及完全采用 渗碳处理，能够获得相同的优点。仅仅可以设置无渗碳施加部分而无 需形成圆周凹槽llle。在图2中，小齿轮齿llla形成在滚动轴承102和四点接触式球轴 承103之间。齿条轴112以这种以便沿着与小齿轮轴111成直角相交的 方向延伸的方式穿过外壳101 (垂直于其上画有图2的纸张的表面的方 向)。齿条轴112具有基本半圆的横截面，并且齿条传动齿112a形成在 其弦侧上(平面侧)上。齿条轴112中的齿条传动齿112a的后侧形成 为圆柱形形状。齿条传动齿112a与小齿轮齿llla啮合。依靠小齿轮轴lll的转动，使齿条轴112沿其纵向移动。设置在外壳101上的小圆柱部分101b从齿条轴112的后侧以直角向外延伸。中空的圆柱形齿条支撑件114设置在小圆柱部分101b的内 部中。凹槽114a形成在齿条支撑件114的内端侧上，并且轴115固定 地设置在凹槽114a内。具有沙漏横截面的滚子117通过滚动轴承116 以这种以便沿着齿条轴112的圆柱表面自由地滚动的方式可转动地支 撑在轴115的外周上。螺纹件118被螺纹配合在小圆柱部分101b的端部的内圆周内。另 外，弹簧件119设置在螺纹件118和齿条支撑件114之间，并且弹簧件 119做成根据螺纹件118拧入小圆柱部分101b内的量具有预定的偏置 力。而且，设置锁紧螺母件120以便防止螺纹件118从小圆柱部分101b松开。接着，下文将通过参考图1描述根据本实施例的电动转向设备的 操作。当驾驶员转动方向盘52时，转向轴51、万向接头53、中间轴 54、万向接头55以及小齿轮轴111转动，由此齿条轴112沿预定方向 移动，由此通过连接于齿条轴112的端部的横拉杆108、 108，转向力 传递到未示出的转向机构，以便操纵车轮。通过在行程端等抵抗在小 齿轮齿llla和齿条传动齿112a之间产生的冲击力，齿条支撑件114用 作防止小齿轮轴111与齿条轴112的分离。在这种情况下，由扭矩检测器50b检测的扭矩值被送到控制器 50a，在这里与考虑到速度检测器50d等的输出而确定的预定值比较。 在如此检测的扭矩超过预定值的情况下，由于这意味着辅助转向力是 必要的，电池50c的动力提供到电机50e以驱动电机50e。如此驱动的 电机50e于是输出辅助扭矩到转向轴51以便由此引起齿条轴112沿着 轴向移动。在由扭矩检测器50b检测的值比预定值低的情况下，由于 不需要辅助转向力，电机50e没有被驱动。这里，例如，由于车辆受到碰撞等，在小齿轮轴111内产生沿着弯曲方向的力矩的情况下，由于构成便于弯曲部分的圆周凹槽llle弯 曲最大，应力集中在其上，由此大的弯曲应力决不产生在滚动轴承102 和支撑件104之间。因此，没有过大的力传递到四点接触式球轴承103。 应当注意，虽然当受到外力时，弯曲也产生在轴承安装圆周凹槽llle 内，但是当轴承安装圆周凹槽llle弯曲到某种程度时，使支撑件104 的支撑部分104a与小齿轮轴111邻接，由此防止在圆周凹槽lllc处的 任何进一步弯曲。与图2相似，图4是根据第二实施例的齿转向设备的视图。在这 个实施例中，作为便于弯曲部分的圆周凹槽不设置在小齿轮轴111上。 而是考虑到由于制造误差引起的尺寸方面的变化，在支撑件104的支 撑部分104a的内圆周表面和与其对应的小齿轮轴111的外圆周表面之 间的间隙C设置为预定的值。由于除了这个之外的其他结构与在上面 已经描述的实施例的那些结构相同，相同的附图标号赋予这些相同的 结构，并且将省略其描述.为了更具体地描述不同点，假设从四点接触式球轴承103的中心 到构成压紧装置的支撑部分104a的距离是h，相应部分的尺寸以下面 的表达成立的这种方式确定。0.1。《tan"(C/h)《1.2。艮口，根据这个实施例，例如，当车辆受到碰撞等时，在沿着弯曲 方向的力矩产生在小齿轮轴111内的情况下，在使支撑件104的支撑部 分104a的内圆周表面和与其对应的小齿轮轴111的外圆周表面彼此接 触之后，由于施加在小齿轮轴111上的弯曲力的支点从四点接触式球轴 承103移动到支撑部分104a，在小齿轮轴111内产生的应力比支撑件 104的外侧上的更高，由此大的弯油应力决不产生在滚动轴承102和支撑件104之间。随着这种情况发生，在四点接触式球轴承103附近的 小齿轮轴111的弯曲角度e能够被降低到最多不过1.2°或更小。结果， 没有过大的力传递到四点接触式球轴承103。与图2相似，图5是根据第三实施例的齿条齿轮型转向设备的剖 视图。在这个实施例中，灰尘盖130安装在圆周凹槽上，该圆周凹槽 作为便于弯曲部分形成在小齿轮轴111上。由于除了这个之外的其他结 构与在上面已经描述的实施例的那些结构相同，相同的附图标号将赋 予这些相同结构，并且将省略其描述。由橡胶等制成的灰尘盖130具有中空的圆柱形的接合部分130a， 和伞状盖子部分130b，在其自由状态圆柱形接合部分130a具有比圆周 凹槽llle的外径小的内径并且安装在圆周凹槽llle的圆周上，该伞状 盖子部分130b从接合部分130a径向地向外延伸以便覆盖外壳101的上 部的附近。特别是，在其中齿条齿轮型转向设备设置在客舱外的安装实例中， 存在担心，即当从外面飞来的灰尘附着或堆积在密封件在其上滑动的 密封表面上时，密封件的性能变坏。根据这个实施例，由于盖子部件 130以用盖子部分130b以便覆盖密封件106的这种方式被设置，能够 防止散布的灰尘或水分附着于密封表面，由此密封件106的密封性能 够长期存在。另外，在安装盖子部件130时，接合部分130a只能从其 上端经过小齿轮轴111，同时弹性变形以便由此安装在直径减小的圆周 凹槽llle上。而且，由于小齿轮轴111通过利用接合部分130a的弹性 力能被固定，因此能够防止由于振动产生的位移而不使用单独的固定 件，由此能够减少涉及的部件的数量。因此，虽然通过参考实施例己经被描述了本发明，但是本发明不 解释为局限于实施例，并且因此，本发明当然能按需要改变或改进而与电动转向设备结合，而是可以与液压转向设备结合，或可以单独使 用而不与动力转向设备结合。虽然已经详细地并参考具体的实施例描述了本发明，显然对于本 发明所属的领域的技术人员而言能做出各种改变和修改而不背离其精 神和范围。本发明基于2005年12月25日提交的日本专利申请(第2005- 361915号)和2006年4月4日提交的日本专利申请(第2006- 103015号)，并且其全部内容在此通过参考被结合。工业适用性根据本发明的转向设备，小齿轮轴具有便于弯曲部分，当沿弯曲 方向受到外力时在位于比轴承更接近外端部分侧的位置，该便于弯曲 部分变得最容易弯曲。因此，当受到外力时，通过首先弯曲便于弯曲 部分，在比便于弯曲部分(包括轴承安装部分)更接近内端部分侧的 小齿轮轴上的位置能被抑制过大应力的产生。
权利要求
1.一种转向设备，包括外壳；小齿轮轴，在其外周上形成小齿轮齿；轴承，所述轴承可转动地支撑外壳上的小齿轮轴；以及齿条轴，所述齿条轴具有齿条传动齿，所述齿条传动齿与小齿轮齿相啮合并且适于响应于小齿轮轴的转动而相对于外壳往复运动，以由此操纵车轮，其中所述小齿轮轴包括便于弯曲部分，当沿弯曲方向受到外力时，在位于比轴承更接近外端部分侧的位置，所述便于弯曲部分最容易弯曲。
2. 根据权利要求1所述的转向装置，其中所述小齿轮轴包括 圆周凹槽，使圆柱部分与所述圆周凹槽接合，所述圆柱部分被夹紧以便固定支撑所述小齿轮轴的轴承；以及接头连接部分，所述接头连接部分将转向力传递到所述小齿轮轴；并且便于弯曲部分设置在所述圆周凹槽和接头连接部分之间并且构成 具有最小横截面的所述小齿轮轴上的位置。
3. 根据权利要求2所述的转向装置，其中灰尘盖安装在所述圆形 凹槽上。
4. 根据权利要求l所述的转向装置，其中 渗碳处理应用于至少除了所述便于弯曲部分外的小齿轮轴。
5. —种转向设备，包括 外壳；小齿轮轴，在其外圆周上形成有小齿轮齿； 轴承，所述轴承可转动地支撑外壳上的小齿轮轴;齿条轴，所述齿条轴具有齿条传动齿，所述齿条传动齿与所述小 齿轮齿啮合并且适于响应所述小齿轮轴的转动以相对于外壳往复运动 以由此操纵车轮；以及抑制单元，当所述小齿轮轴沿弯曲方向受到外力以弯曲时，所述 抑制单元通过与所述小齿轮轴接触在位于更接近所述小齿轮轴的位置 抑制其进一步弯曲。
6. 如权利要求5所述的转向装置，其中所述抑制装置是支撑件，所述支撑件安装在外壳上并且在位于比 轴承更接近外端部分侧的位置沿着以直角与轴线相交的方向相对于所 述小齿轮轴具有预定的间隙。
7. 根据权利要求6所述的转向装置，其中 基于由于制造误差产生的尺寸的变化确定预定的间隙。
8. 根据权利要求5所述的转向装置，其中无渗碳处理在位于比接触点更接近外端部分侧的位置上应用于的 小齿轮轴。
全文摘要
当通过例如车辆的碰撞，弯曲力矩作用于小齿轮轴(111)时，首先在作为易弯曲部分的圆周凹槽(111e)处发生弯曲。结果，应力在凹槽处集中，并且在滚动轴承(102)和支撑件(104)之间的部分不产生大的弯曲。这意味着过大的力不被传递给四点接触式球轴承(103)。
文档编号B62D3/00GK101331048SQ20068004707
公开日2008年12月24日 申请日期2006年12月11日 优先权日2005年12月15日
发明者石井畅浩 申请人:日本精工株式会社