蜗轮蜗杆机构和汽车助力转向器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及蜗轮蜗杆机构和汽车助力转向器，其中，所述蜗轮蜗杆机构包括有蜗轮和蜗杆，所述蜗杆的齿面上设置有凹部，在所述凹部内容置有能够自由运动的滚子，所述滚子从所述凹部伸出到其齿面外，所述蜗轮的齿面接触所述滚子，并且所述蜗轮的齿面与所述滚子、所述滚子与所述蜗杆之间的啮合运动方式均为纯滚动。本实用新型由于啮合方式的变化大大减轻了蜗轮与蜗杆之间的磨损，啮合间隙也不会明显增大，所以长期工作后也不会出现传动不平稳，传动比波动及噪音等缺陷。
【专利说明】蜗轮蜗杆机构和汽车助力转向器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及机械传动【技术领域】；具体地说，本实用新型涉及一种蜗轮蜗杆机构，并进一步提供了一种包括其的汽车助力转向器。
【背景技术】
[0002]蜗轮蜗杆机构以其结构紧凑、传动比大、传动平稳、冲击小等优点，在机械领域得到了广泛的应用。然而蜗轮蜗杆的正逆传动效率均很低(正效率最高为85%，逆效率更低，一般最高只有40%)，究其原因，是因为蜗轮蜗杆之间的齿存在相对滑动(摩擦运动)，传动时很多能量都因摩擦生热而白白浪费掉了，且蜗轮蜗杆之间的相对滑动容易造成蜗轮或者蜗杆齿的磨损，蜗轮蜗杆运行一段时间之后，它们之间的啮合间隙就会增大，这时蜗轮蜗杆机构就会出现传动不平稳，出现传动比波动以及传动噪声，最终导致蜗轮蜗杆失效。
[0003]当前的蜗轮蜗杆机构如图1所示:主要由壳体100、蜗轮200、蜗轮轴300、蜗轮齿400、轴承500、蜗杆轴600、蜗杆700、蜗杆齿800、轴承900等零件组成。其中蜗轮轴300穿过蜗轮200的中心孔，蜗轮轴300与蜗轮200为固定连接，蜗轮200上有蜗轮齿400，蜗轮轴300通过轴承(图中未画出)连接在壳体100上的轴承座孔中，蜗杆轴600的右端穿过轴承500的内圈，轴承500的外圈固定在壳体100上的轴承座孔中，蜗杆轴600与蜗杆700为固定连接，蜗杆700上有蜗杆齿800，蜗杆齿800与蜗轮齿400啮合。蜗杆轴600的左端穿过轴承900的内圈，轴承900的外圈固定在壳体100上的轴承座孔中，。
[0004]工作原理:一般蜗杆700为主动轮，蜗轮200作为从动轮，蜗轮齿400与蜗杆齿800相啮合，将蜗杆700的旋转运动转换为蜗轮200的旋转运动，并起到降转速升扭矩的作用，在此过程中，蜗轮齿400与蜗杆齿800之间存在滑动运动，所以会因摩擦生热而损失一部分能量，所以传统蜗轮蜗杆机构的传动效率都比较低。
实用新型内容
[0005]本实用新型要解决的技术问题是提供一种克服了传动不平稳、效率低及传动波动及噪音等缺陷的蜗轮蜗杆机构，并进一步提供一种包括其的汽车助力转向器。
[0006]为了解决上述技术问题，本实用新型的第一方面提供了一种蜗轮蜗杆机构，其中，所述蜗轮蜗杆机构包括有蜗轮和蜗杆，
[0007]所述蜗杆的齿面上设置有凹部，在所述凹部内容置有能够自由运动的滚子，所述滚子从所述凹部伸出到其齿面外，
[0008]所述蜗轮的齿面接触所述滚子，并且所述蜗轮的齿面与所述滚子、所述滚子与所述蜗杆之间的啮合运动方式均为纯滚动。
[0009]可选地，在如前所述的机构中，所述滚子为滚珠。
[0010]可选地，在如前所述的机构中，所述凹部呈球形。
[0011]可选地，在如前所述的机构中，所述滚子为滚柱。
[0012]可选地，在如前所述的机构中，所述滚子中的每一个分别设置在单个凹部内。
[0013]可选地，在如前所述的机构中，所述凹部在所述蜗杆的齿面上均布。
[0014]可选地，在如前所述的机构中，所述凹部为球形腔室，并且每个滚珠超过一半的体积容置在所述球形腔室内。
[0015]可选地，在如前所述的机构中，所述机构包括壳体，所述蜗轮通过蜗轮轴使用第一轴承安装在所述壳体内，而所述蜗杆通过蜗杆轴使用第二轴承安装在所述壳体内。
[0016]根据本实用新型的第二方面提供了一种汽车助力转向器，所述助力转向器中设置有如前述第一方面中任一项所述的蜗轮蜗杆机构。
[0017]本实用新型提供了一种蜗轮蜗杆机构，巧妙地在蜗杆表面设置有自由运动的滚子，使得蜗轮与蜗杆之间的啮合运动方式发生根本性的变化(由存在滑动而变为纯滚动)，所以没有了滑动时的摩擦生热而消耗很多能量，所以传动效率大大提高(正效率和逆效率均大幅提高)，同时也大大减轻了蜗轮与蜗杆之间的磨损，啮合间隙也不会明显增大，所以长期工作后也不会出现传动不平稳，传动比波动及噪音等缺陷。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]参照附图，本实用新型的公开内容将变得更加显然。应当了解，这些附图仅仅用于说明的目的，而并非意在限制本实用新型的保护范围。图中:
[0019]图1示出了现有技术中的蜗轮蜗杆机构的示意图；
[0020]图2示出了根据本实用新型一个实施方式的蜗轮蜗杆机构的示意图，其中包括蜗杆齿的局部放大图；
[0021]图3示出了比图2中比例更大的蜗杆齿的局部放大图；以及
[0022]图4示出了图2中的A-A向的蜗杆剖视示意图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图详细说明本实用新型的【具体实施方式】；可以理解，在附图和说明书中相同的附图标记用于表示相同的技术特征。
[0024]根据本实用新型的一个实施方式的蜗轮蜗杆机构的结构简图如图2所示。从图2中可以看出，该机构主要由壳体1、蜗轮2、蜗轮轴3、轴承5、蜗杆轴6、蜗杆7、滚珠9、轴承10等组成，蜗轮2和蜗杆7之间的相对运动通过蜗轮齿4和蜗杆齿8的相互作用实现。
[0025]如图所示，根据本实用新型的蜗轮蜗杆机构包括壳体1，蜗轮2和蜗杆7设置在壳体I内，这样能够有利地防止灰尘或其它异物意外地落入蜗轮蜗杆之间而影响其工作。结合图2，所述领域的技术人员可以了解，蜗轮轴3穿过蜗轮2的中心孔，并且蜗轮轴3与蜗轮2为固定连接(例如通过键槽连接等)，使得二者可以同时转动。在可选的实施方式中，为了实现更为可靠的连接，蜗轮轴3与蜗轮2也可集成为一体。蜗轮2上有蜗轮齿4，蜗轮齿4将与蜗杆7的蜗杆齿8相互作用以实现运动传递的作用。蜗轮轴3通过轴承(未图示)与壳体I连接。
[0026]蜗杆轴6的左右两端分别穿过轴承10和轴承5的内圈、轴承10与轴承5的外圈固定在壳体I上的轴承座中。蜗杆7与蜗杆轴6集成为一体。
[0027]从图2中尤其是图2中的蜗杆齿的局部放大图中可以了解，本实用新型中的蜗杆齿8及蜗轮齿4的相互作用并不是常规的滑动摩擦和推动作用。如图所示，蜗杆7上有蜗杆齿8，蜗杆的蜗杆齿8的齿面上设置有许多凹部，在这些凹部内容置有能够自由运动的滚子。可以了解，这些滚子可以为滚珠或滚柱；在图示的实施方式中采用了滚珠的形式，此时凹部可以呈球形。如在图2中的局部放大图和图3中所示，蜗杆齿8的表面设置有许许多多的滚珠9，其中可以设置成每个滚珠容纳在一个凹部内。滚珠9凸起在蜗杆齿的表面(如图1所示)之外，所以蜗轮的齿面能够接触这些滚珠(滚子)，并且使得蜗轮的齿面与滚子、滚子与蜗杆之间的啮合运动方式均为纯滚动。由于这些滚珠沿着蜗杆齿8表面均布，所以这些滚珠9实际上也形成了一套“蜗轮齿”，且这些滚珠9在蜗杆齿8上的各自的球形“小房子”或球形空腔里是可以自由转动的，所以蜗轮齿4与蜗杆齿8的啮合实际上就是蜗轮齿4与蜗杆齿8表面的许多可以自由转动的滚珠9的啮合。
[0028]图3示出了比图2中比例更大的蜗杆齿的局部放大图。图中更清楚地示出了蜗杆齿8的结构以及滚球9的设置方式。在蜗杆齿8的表面上分布有许多均布的球形空腔，每个球形空腔内设置有一个滚珠9，这些滚珠9的一部分伸出在蜗杆齿8的表面之外，使得当蜗杆与蜗轮相互作用时滚珠9接触蜗轮齿而非蜗杆齿。可以了解，在可选的实施方式中，每个滚珠超过一半的体积容置在球形腔室内。这样，蜗轮齿和蜗杆齿之间的摩擦为滚动摩擦而非滑动摩擦。
[0029]图4示出了图2中的A-A向的蜗杆剖视示意图。从图中可以看出，蜗杆7的蜗杆齿8上均布有许多凹部并且在凹部内容置有滚珠9。可以了解，图4中的蜗杆齿8的齿面上可以把凹部设计成球形空腔，在蜗轮蜗杆相对运动时，滚珠9则可以在球形空腔内滚动，实现接触部件之间的滚动摩擦；球形空腔可以分布在齿面的整个圆周方向上。
[0030]结合图2至图4可以了解该蜗轮蜗杆机构的工作原理为:当蜗轮2与蜗杆7之间有动力传递时，蜗轮齿4与蜗杆齿8啮合，因为它们之间有许多可以自由旋转的滚珠9，所以蜗轮齿4与蜗杆齿8的啮合实际上就是蜗轮齿4与滚珠9的啮合，所以蜗轮齿4与蜗杆齿8的啮合运动就转变为滚珠9在蜗轮齿4上的滚动啮合运动，从而彻底改变了现有技术中蜗轮与蜗杆啮合时存在滑动运动(滑动运动导致摩擦生热而白白消耗很多能量)，从而消除了蜗轮与蜗杆啮合传动时的摩擦能量损失，从而传动效率大大提高(正效率和逆效率均大幅提闻)。
[0031]由于啮合方式的变化(由存在滑动而变为纯滚动)，也大大减轻了蜗轮与蜗杆之间的磨损，啮合间隙也不会明显增大，所以长期工作后也不会出现传动不平稳，传动比波动及噪首等缺陷。
[0032]由于本实用新型所述的蜗轮蜗杆机构在蜗杆齿上设置有许多滚珠，滚珠可以自由转动，而蜗轮的齿面就是和这些滚珠接触，从而蜗轮和蜗杆通过蜗杆上的滚珠啮合，滚珠作为蜗轮齿和蜗杆齿之间的啮合介质，滚珠与蜗轮齿及蜗杆齿之间均为滚动运动(摩擦生热而浪费的能量很少)，所以使得蜗轮蜗杆的正逆效率均能大幅提高(如正效率可达95%以上，逆效率也达到60%以上)，同时，由于蜗轮与蜗杆之间为滚动运动，所以蜗轮与蜗杆之间的磨损也很少，啮合间隙也不会明显增大，所以长期工作后也不会出现传动不平稳，传动比波动及噪音等缺陷。
[0033]本实用新型所述的蜗轮蜗杆机构可以应用于各类蜗轮蜗杆机构的应用场合，例如应用在汽车的助力转向器中等，在此不再赘述。
[0034]如前根据附图对本实用新型的优选实施方式进行的描述仅是示例性和说明性的；所属领域的技术人员在本文的教示下也能够对本实用新型的优选实施方式进行等同或类似形式的变通或改型，这些变通或改型也将落入由本实用新型的权利要求书所覆盖的保护范围内。
【权利要求】
1.一种蜗轮蜗杆机构，其特征在于，所述蜗轮蜗杆机构包括有蜗轮和蜗杆， 所述蜗杆的齿面上设置有凹部，在所述凹部内容置有能够自由运动的滚子，所述滚子从所述凹部伸出到其齿面外， 所述蜗轮的齿面接触所述滚子，并且所述蜗轮的齿面与所述滚子、所述滚子与所述蜗杆之间的啮合运动方式均为纯滚动，其中， 所述滚子中的每一个分别设置在单个凹部内。
2.如权利要求1所述的机构，其中，所述滚子为滚珠。
3.如权利要求2所述的机构，其中，所述凹部呈球形。
4.如权利要求1所述的机构，其中，所述滚子为滚柱。
5.如权利要求4所述的机构，其中，所述凹部在所述蜗杆的齿面上均布。
6.如权利要求3所述的机构，其中，所述凹部为球形腔室，并且每个滚珠超过一半的体积容置在所述球形腔室内。
7.如权利要求1至4中任一项所述的机构，其中，所述机构包括壳体，所述蜗轮通过蜗轮轴使用第一轴承安装在所述壳体内，而所述蜗杆通过蜗杆轴使用第二轴承安装在所述壳体内。
8.一种汽车助力转向器，其特征在于，所述助力转向器中设置有如权利要求1至7中任一项所述的蜗轮蜗杆机构。
【文档编号】B62D5/00GK203836083SQ201320694973
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2013年11月6日 优先权日:2013年11月6日
【发明者】张平, 张成宝, 陶喆, 范鹏, 顾頔, 丰烨, 丁爱军 申请人:上海汽车集团股份有限公司