用于机动车辆的齿条与小齿轮传动装置的制作方法

本发明涉及一种用于机动车辆的具有安装到壳体内的小齿轮轴和齿条的齿条与小齿轮传动装置。

背景技术：

机动车辆(特别是汽车)的转向装置通常包括齿条与小齿轮转向装置。在此，由方向盘旋转的小齿轮轴与齿条配合，齿条又作用于横拉杆。齿条经由弹簧压片压靠小齿轮轴的小齿轮。小齿轮轴和齿条至少部分地布置在转向装置壳体内，在该转向装置壳体中小齿轮轴和齿条被可旋转地或可移位地引导。为了使小齿轮与齿条最佳啮合，在生产过程中，必须遵守特别严格的公差。这首先例如适用于小齿轮和齿条的倾斜角度，其次适用于转向装置壳体的制造。特别注意的是小齿轮轴作用在齿条上的角度，并且特别是关于投影到y-z平面上的角度比例，其也被称为塔架角度。如果小齿轮轴相对于齿条的倾斜没有被最佳地设置，则该倾斜可以例如导致不希望的咔嗒声或过度的摩擦和磨损。然而，遵守相应的公差是昂贵的并且导致增加的生产成本。

us7,870,805b2公开了一种用于机动车辆的转向装置，其中小齿轮与齿条配合。齿条通过弹簧加载的导向元件保持与小齿轮紧密接触。导向元件又在固定的接收器中被引导。为了防止导向元件在接收器中移动并且产生咔嗒声，可以提供的是，导向元件与一侧上的齿条之间的力作用线和齿条与另一侧上的小齿轮之间的力作用线彼此抵消或彼此成角度地延伸。

us6,439,337b1公开了一种用于机动车辆转向系统的齿条与小齿轮驱动装置，在该驱动装置中齿条与小齿轮配合。小齿轮轴被安装在内部壳体内，该内部壳体又被安装在具有偏心内表面的套筒中。套筒又经由中心外表面安装，以便可在固定的外部壳体中旋转。因此通过扭转套筒，可以改变内部壳体的位置。小齿轮轴经由内部壳体内的轴承安装在齿条的两侧，使得当套筒被扭转时，小齿轮轴的轴线横向于小齿轮轴运行方向移动而不改变小齿轮轴与齿条的角度。

us2008/0156573a1描述了一种齿条与小齿轮驱动装置，在该驱动装置中齿条沿小齿轮的方向被预加载。预加载经由在齿条表面上滚动的滚子元件施加。为了抑制振动，滚子元件在其外周面上具有橡胶弹性元件。

gb2014691a公开了一种齿条与小齿轮转向装置，在该转向装置中转向蜗杆作用在安装到齿轮箱内的活塞上，以便轴向移位所述小齿轮。活塞又具有与转向轴的齿状段配合的齿条齿廓。齿条齿廓和齿状段之间的间隙经由自动调节装置最小化。这里的弹簧加载的压力螺栓在活塞上施加扭矩。

us9,278,870b2描述了一种用于齿条与小齿轮驱动装置的压片。压片与齿条接触并且传递弹簧力以便将齿条预紧到小齿轮上。压片具有金属圆柱体和用于齿条的聚合物制成的接触面。

鉴于所描述的现有技术，确保小齿轮轴和齿条之间的最佳啮合留下了改进空间。特别地，在不会对精度产生不利影响的情况下优化生产成本将是可取的。

技术实现要素：

本发明是基于提供可以以低成本生产的具有精确啮合的齿条与小齿轮传动装置的目的。

应该指出的是，在以下的描述中单独列出的特征和措施可以以任何技术上合理的方式相互组合，并且指示本发明的进一步实施例。说明书特别结合附图进一步表征和说明了本发明。

本发明提供了用于机动车辆的齿条与小齿轮传动装置。特别地，齿条与小齿轮传动装置可以是转向装置。机动车辆可以例如是汽车或者卡车。齿条与小齿轮传动装置具有安装在壳体内的小齿轮轴和齿条。在转向装置的情况下，通常设置为小齿轮轴至少间接地与方向盘连接。小齿轮轴具有小齿轮，该小齿轮具有与齿条的相应的单侧齿部配合的周向齿部。可以使用直齿或斜齿。小齿轮轴和齿条两者都安装在壳体内，其中小齿轮轴明显被安装成可旋转，同时齿条被安装成可在齿条行进方向上移位。通常，齿条横向于齿条行进方向也具有轻微的可移动性。通常，小齿轮与弹簧加载压片相对地安装在壳体中，该弹簧加载压片用于将齿杆压靠在小齿轮上。

根据本发明，小齿轮轴在壳体中的位置可以通过至少一个调节元件进行调节，使得可以设置小齿轮轴相对于齿条的倾斜。换言之，小齿轮轴在壳体内部的精确位置以及小齿轮轴相对于齿条的倾斜在生产中并未由壳体的几何形状精确地预定义，而是有可能通常在安装期间经由至少一个调节元件来调节，特别是便于实现小齿轮轴和齿条之间的最佳啮合。术语“可调节”意指：倾斜可以在明显总是存在的公差范围内预定义。如果倾斜以一维或二维角度范围为特征，则调节给出根据设置而变化的特定角度范围。例如，在一个设置中，相对于适当选择的轴线，倾斜可以位于0°和1°之间，而在另一个设置中，倾斜位于3°和4°之间。

在安装期间，可以检查理想的设置，例如，即可以监测齿条的滚动或压片的现有间隙。

所述调节设施允许壳体以及在一些情况下其它部件以更大的公差生产，从而降低生产成本。然而，由调节元件引起的任何附加成本可能相对较小，这将在下面参考各个实施例进行解释。

在某些限制内，也可以在不改变壳体的情况下适应转向系统的其它几何形状。如果，例如在不同版本的车辆上，需要小齿轮轴的稍微不同的路径(角度)，则这可以经由根据本发明的倾斜的可调节性来实现而不需要改变壳体的几何形状。

优选地，小齿轮轴的倾斜可以被设置在与齿条的行进方向平行的平面内。在处于装配状态的转向装置中，齿条的行进方向对应于车辆的y轴线，使得在该实施例中尤其可以在y-z平面内设置倾斜。这明确包括另外例如可能在x-z平面内设置倾斜的可能性。如以下将变得清楚的，在一些实施例中，在x-z平面内设置倾斜必然需要在y-z平面内设置倾斜。

根据一个实施例，小齿轮轴可以经由端部侧的第一轴承和相对于齿条与第一轴承相对的第二轴承被安装在壳体内部，其中至少一个调节元件被分配给轴承。在转向装置中，小齿轮轴通常倾斜向下指向，使得端部侧的第一轴承也可以被描述为下轴承。第一和第二轴承被布置在齿条的相对侧上或小齿轮的任一侧上。至少一个调节元件被分配给两个轴承中的一个。这意指调节元件可以是相应的轴承的一部分或与其配合。无论如何，结果是相应轴承的可调节性。这又导致小齿轮轴的倾斜的可调节性。需要指出的是，小齿轮轴整体上可以经由至少一个另外的第三轴承来安装，该第三轴承从齿条观察时再次被布置在第二轴承的远侧上。

这里，至少一个调节元件被优选地分配给第一轴承，即下轴承。这可能是有利的，因为通常该第一或下轴承更易于进行必要的调节。

原则上，可以想到第一和第二轴承的可调节性。然而，如果恰好一个轴承可以通过调节元件进行调节，使得小齿轮轴在一个轴承内部的位置可以横向于小齿轮轴行进方向而改变，则这是足够的——并且，就结构复杂性而言，有利的。这意指第一或第二轴承中的一个或者刚性地配置，或者具有一定的间隙，但是在任何情况下都无法调节小齿轮轴的位置。然而，另一轴承可调节地配置，从而布置在该另一轴承内部的小齿轮轴的一部分的位置可以横向于小齿轮轴的行进方向(或者换言之，纵向轴线)而改变。这里在某些情况下的调节过程可以与枢转运动相比较，在该枢转运动中，不可调节的轴承形成旋转点并且通过另一轴承的调节预定义枢转角度。

根据在结构上特别简单的有利实施方式，调节元件被配置为用于至少间接安装小齿轮轴的轴承衬套，其中轴承衬套偏心地形成并且可以布置在壳体内部围绕小齿轮轴的各种角度位置中。通常可以特别经济地生产该实施例。这里的轴承衬套容纳小齿轮轴，其中在一些情况下可以提供另外的元件，例如，中间滚子轴承。例如可配置成圆柱形的轴承衬套具有用于(至少间接地)接收小齿轮轴的内部轮廓和布置在壳体内的并且可以例如至少部分地与其形状配合地接合的外部轮廓。内部轮廓在此相对于外部轮廓偏心地配置(反之亦然)。通常，内部轮廓具有圆形横截面。外部轮廓可以具有多边形(例如，六边形或八边形)横截面。其中可以插入轴承衬套的具有多边形横截面的相应的凹部必须形成在壳体上。在六边形横截面的情况下，轴承衬套可以围绕小齿轮轴布置在六个不同的角位置中，其中由于内部轮廓相对于外部轮廓的偏心布置，内部轮廓在每种情况下被布置在相对于壳体的不同位置中。这又导致小齿轮轴相对于壳体和齿条的不同倾斜。在该实施例中，在平行于齿条行进方向的平面内的倾斜变化总是会导致垂直于齿条行进方向的平面中的倾斜变化。

优选地，轴承衬套可以被布置在任何任意角度位置。在此，轴承衬套的外部轮廓或外部壳体表面具有圆形横截面，使得外部轮廓可以在壳体的相应凹部内任意定向。以这种方式，显然，小齿轮轴的倾斜可以设置的比轴承衬套的有限数量的可能取向更可变。然而，即使对于主要为圆形的外部横截面，也可以在区域中设置键平面或外六边形或类似物，以便允许与工具形状配合接合，轴承衬套通过该工具调节。

为了防止轴承衬套的位置以及因此小齿轮轴的倾斜在操作期间不期望地移位，优选的是，轴承衬套能够锁定在壳体内的角度位置中。在多边形横截面中，轴承衬套无论如何布置成通过相应的形状配合接合而牢固地防止在壳体中扭转。然而，对于圆形横截面，可能需要提供作用在轴承衬套的一侧上的锁定元件或固定螺钉。在其它情况下，可以省略例如锁定元件，前提是轴承衬套和壳体之间的摩擦阻止扭转。

通常，作为上述实施例的替代方案，其中偏心轴承衬套布置在不同的角度位置中，调节元件可以被分配给在壳体内线性可调节的轴承。在此，调节元件可以再次是轴承的一部分或者可以与其配合。相应的轴承通常在壳体内连续可线性移位，其中也可以考虑实施例，在该实施例中多个离散的、线性相继的位置是可能的。相应轴承的线性位移也会引起容纳在相应轴承中的小齿轮轴部分的位移，由此发生所提出的倾斜变化。通常，该实施例在结构上比具有偏心轴承衬套的实施例更复杂，但是这里可以选择性地改变一个平面(例如y-z平面内)的倾斜。为了防止轴承的不希望的运动，例如可以设置锁定元件。然而，轴承也可以通过自阻止驱动装置(例如主轴驱动装置)进行调节。

原则上，可以想到用于调整轴承的各种方向。有利的是，特别是使得小齿轮轴的倾斜可以在与齿条的运行方向平行的平面内最佳地设定，该轴承可以平行于齿条的运行方向进行调节。同时，轴承可以横向于小齿轮轴的运行方向进行调节。

附图说明

下面参考附图中示出的各种示例性实施例更详细地解释了本发明的其它有利细节和效果。附图示出为：

图1是根据本发明的第一实施例的转向装置的透视图；

图2是来自图1的转向装置的剖视图；

图3是沿着图2中的线iii-iii截取的剖视图；

图4是根据本发明的第二实施例的转向装置的剖视图；以及

图5是沿着图4中的线v-v截取的剖视图。

具体实施方式

根据需要，本文公开了本发明的详细实施例；然而，应该理解的是，所公开的实施例仅仅是可以以各种和替代形式实施的本发明的示例。数字不一定按比例；一些特征可能被夸大或最小化以显示特定部件的细节。因此，本文公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制性的，而仅仅作为用于教导本领域技术人员以各种方式采用本发明的代表性基础。

在各个附图中，相同的部件总是使用相同的附图标记，使得其通常仅描述一次。

图1至图3示出了根据本发明的转向装置1的第一实施例，该转向装置1被配置为用于汽车的齿条与小齿轮传动装置，其中图1示出了整个转向装置1的透视图。这包括具有小齿轮11的小齿轮轴10，小齿轮11与齿条30的齿部31配合。在图1至图3中，车辆的x、y和z轴根据所提出的转向装置1的安装位置制图。齿条30的行进方向a明显平行于y轴，而小齿轮轴10的行进方向b(至少大致)在x-z平面内延伸。小齿轮轴10和齿条30两者都安装在壳体40内。齿条30可沿y轴方向移位，并且小齿轮轴10可围绕与小齿轮轴行进方向b对应的轴线旋转。

小齿轮轴10的可旋转安装通过三个轴承12、13、14来实现。第一轴承12被布置在小齿轮轴10的端部侧上。第二轴承13相对于小齿轮11或齿条30与第一轴承12相对布置。从小齿轮11看，第三轴承14被布置在第二轴承13的远侧上。第二轴承13和第三轴承14的精确配置在这方面不相关；它们可以例如是在壳体40内固定地接收的滚子轴承。

为了改进齿部31与小齿轮11之间的啮合，齿条30通过压片43沿小齿轮轴10的方向加载。压片43又由弹簧42加载，弹簧42搁置在闭合件41上。尽管采取了这种措施，但是潜在的问题可能在于小齿轮轴10和齿条30之间的啮合不是最佳的，这可以例如导致不期望的咔嗒声。这是否发生特别取决于小齿轮轴10在壳体40内相对于齿条30的倾斜。即使微小的倾斜变化也可以决定性地影响啮合。

为了避免需要以特别严格的公差生产壳体40，第一轴承12是可调节的，使得小齿轮轴10在第一轴承12内部的位置可以垂直于行进方向b改变。从图3中可以明显看出，第一轴承12具有轴承衬套15，该轴承衬套用作调节元件并且具有圆形的外部轮廓15.1和偏心地形成的圆形的内部轮廓15.2。由于外部轮廓15.1由圆形形成，轴承衬套15可以被布置在围绕小齿轮轴10的任何任意角度位置上。这对应于由图3中的双箭头表示的调节运动e。根据设置，内部轮廓15.2和容纳在其中的小齿轮轴10的端部移动。该调节过程可以与枢转运动进行比较，在该枢转运动中第二轴承13或第三轴承14形成旋转点并且通过第一轴承12的调节预定义枢转角度。第二轴承13或第三轴承14必须有一定程度的间隙，以便允许调节。由于y-z平面内倾斜的变化，小齿轮轴10的行进方向b根据设置不精确地位于x-z平面内。

显而易见的是，另一滚子轴承可以被布置在轴承衬套15和小齿轮轴10之间，但是为了清楚起见，这里省略了。在某些情况下，轴承衬套15和壳体40之间的摩擦可足以防止车辆运行期间的不期望的扭转。如果不是这种情况，则在找到最佳角度位置之后，轴承衬套可以通过锁定螺钉16相对于壳体40锁定。为了便于角度位置的调节，轴承衬套15可以具有用于与工具形状配合接合的端部侧结构，例如，六边形凹槽或类似物。

图4和图5示出了根据本发明的转向装置1的第二实施例，该转向装置1大体上对应于图1至图3所示的实施例并且在此不再解释。代替偏心轴承衬套15，第一轴承12具有轴承件17，小齿轮轴11的一端容纳在轴承件17的内部。这里同样可以在轴承件17和小齿轮轴11之间设置滚子轴承(未示出)。轴承件17在壳体40的导向槽40.1内可线性调节，其中图5中的双箭头再次表示与齿条30的行进方向a平行且与y轴平行的调节运动e。在该实施例中，轴承件17与壳体40之间的摩擦力通常不足以防止在车辆运行期间的不期望的位移。为此，通常必须设置图4所示的锁定螺钉18，使得在小齿轮轴11的最佳倾斜已经设置之后锁定轴承件17。

然而，在第一示例性实施例中，平行于齿条的行进方向a的y-z平面内的小齿轮轴的倾斜的调节总是需要在x-z平面内进行调节，在第二示例性实施例中，无需改变x-z平面内的倾斜而选择性地改变在y-z平面内的倾斜是可能的。

尽管以上描述了示例性实施例，但是这些实施例不意图描述本发明的所有可能的形式。当然，说明书中使用的词语是描述性词语而非限制性词语，并且应该理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变。此外，各种实施的实施例的特征可以被组合以形成本发明的另外的实施例。