蜗轮蜗杆副机构的制作方法

蜗轮蜗杆副机构的制作方法
【专利摘要】蜗轮蜗杆副机构(44)由蜗杆(70)和与该蜗杆啮合的蜗轮(80)构成。该蜗轮的齿切削加工所使用的滚铣刀(90)的齿的、至少齿顶的面(91c)形成为圆弧状。该齿顶的面的圆弧的半径的中心(93)位于比该滚铣刀的节线(94)靠该滚铣刀的中心线(WL')的位置。该蜗轮借助该滚铣刀进行齿切削加工。该蜗杆形成为与该滚铣刀相同的形状。该蜗轮蜗杆副机构的渐远啮合长度(L)设定得比现有的蜗轮蜗杆副机构的渐远啮合长度(Llim)大。
【专利说明】蜗轮蜗杆副机构
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种蜗轮蜗杆副机构的改进技术。
【背景技术】
[0002]例如，在车辆的动力转向装置搭载有蜗轮蜗杆副机构(例如，参照专利文献1 (图14)。)。
[0003]专利文献1所示那样的蜗轮蜗杆副机构是如下所述的传动机构:具备经由蜗杆轴而与电动马达连接的蜗杆和与该蜗杆啮合的蜗轮，将电动马达产生的辅助转矩从蜗杆向蜗轮增力传递。
[0004]一般来说，通过使蜗杆旋转且向按压蜗轮的方向施加力，在蜗杆与蜗轮的接触点处，蜗杆接受来自蜗轮的反作用力。若能够提高蜗轮蜗杆副机构的强度，则能够实现蜗轮蜗杆副机构的长寿命化，因此是期望的。
[0005]在先技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:日本特开2010-270908号公报
【发明内容】

[0008]发明要解决的课题
[0009]本发明的课题在于提供一种能够提高蜗轮蜗杆副机构的强度的技术。
[0010]解决方案
[0011 ] 根据本发明，在由蜗杆和与该蜗杆啮合的蜗轮构成的蜗轮蜗杆副机构中，蜗杆的齿的至少齿顶的面形成为圆弧状，该齿顶的面的圆弧的半径的中心位于比蜗杆的节线靠蜗杆的中心线的位置，在该蜗轮的齿切削加工所使用的滚铣刀中，该滚铣刀的齿的至少齿顶的面形成为圆弧状，该齿顶的面的圆弧的半径的中心位于比滚铣刀的节线靠滚铣刀的中心线的位置，蜗轮借助滚铣刀进行齿切削加工，使蜗杆与蜗轮啮合的蜗轮蜗杆副机构的渐远啮合长度设定得比由渐开线齿形的蜗杆和渐开线齿形的蜗轮构成的蜗轮蜗杆副机构的渐远啮合长度大。
[0012]优选的是，蜗轮的至少齿由树脂的成形品构成。
[0013]发明效果
[0014]在本发明中，能够降低基圆的附近处的面压。另外，能够消除比基圆靠齿底侧的齿形的根切，因此能够设为与比基圆靠齿底侧啮合的面。由此，即便不增大蜗轮的齿顶的直径，也能够提高啮合率，因此能够提高蜗轮蜗杆副机构的强度。
[0015]此外，在本发明中，由于树脂制的蜗轮的弹性系数小，因此齿容易挠曲。在多个齿同时与蜗杆的齿啮合的情况下，啮合高度越低、啮合的齿的分担负载变得越大。然而，由于能够增大啮合高度较低的部分的接触面积，因此能够降低面压。【专利附图】

【附图说明】
[0016]图1是搭载有基于本发明的蜗轮蜗杆副机构的电动助力转向装置的示意图。
[0017]图2是图1所示的电动助力转向装置的整体结构图。
[0018]图3是图2的3-3线剖视图。
[0019]图4是图2的4-4线剖视图。
[0020]图5是对图4所示的蜗轮和现有的蜗轮进行比较的图。
[0021]图6是对图5所示的现有的蜗轮的改善方案进行说明的图。
[0022]图7是用于将图5所示的现有的蜗轮的齿根形状定型化的图。
[0023]图8是进行图5所示的现有的蜗轮的齿根形状的定型化用的模型化的图。
[0024]图9是对使图6所示的滚铣刀的齿顶圆弧中心点变位后的情况下的次摆线曲线进行说明的图(Shifted Trochoid)。
[0025]图10是对基于图9(a)所示的负变位次摆线的包络线及其作用线进行说明的图。
[0026]图11是对基于图9(b)所示的零变位次摆线的包络线及其作用线进行说明的图。
[0027]图12是对基于图9(c)所示的正变位次摆线的包络线及其作用线进行说明的图。
[0028]图13是对图5所示的现有的蜗轮具有的问题点的理由进行说明的图。
[0029]图14是通过图9 (c)所示的正变位次摆线来形成有齿根的齿形的蜗轮的主要部分的放大图。
[0030]图15是对蜗杆相对于使用了图14所示的齿形的蜗轮的啮合进行说明的图。
[0031]图16是对基于图15所示的蜗杆而修正后的蜗杆与使用了图14所示的齿形的蜗轮啮合的状态进行说明的图。
[0032]图17是对图14所示的蜗轮的啮合与现有的蜗轮的啮合进行比较的图。
[0033]图18是对图17所示的啮合进行详细比较的图。
[0034]图19是说明为了与图14所示的蜗轮的啮合相关的性能验证而进行的实验的图。
[0035]图20是对在图19中说明的实验的结果进行说明的图。
[0036]图21是对图5(a)所示的现有的蜗轮的齿形具有的问题进行说明的图。
[0037]图22是对图21所示的蜗轮的齿切削时的滚铣刀的动作进行说明的图。
[0038]图23是对图22所示的滚铣刀的齿顶的动作进行说明的图。
[0039]图24是说明为了不产生图21所示的蜗轮所产生的中间变细的对策进行说明的图。
[0040]图25是图21所示的蜗轮与图4所示的未根切的蜗轮进行比较的图。
[0041]图26是对由图25(b)所示的正变位次摆线形成的齿根的形状进行说明的图。
[0042]图27是对在图26中说明的次摆线曲线进行补充的图。
[0043]图28是对在图26中说明的次摆线曲线进一步补充的图。
[0044]图29是对图25所示的蜗轮与蜗杆的啮合进行说明的图。
[0045]图30是对用于形成图25所示的蜗轮的齿切削工具(滚铣刀)进行说明的图。
[0046]图31是对借助图30所示的滚铣刀来形成的蜗轮的齿形进行说明的图。
[0047]图32是对图5(a)所示的现有的蜗轮(渐开线齿形)的啮合进行说明的图。
[0048]图33是对图5(b)所示的本发明的蜗轮的啮合进行说明的图。
[0049]图34是图32的34部放大图。[0050]图35是图33的35部放大图。
[0051]图36是对图35所示的蜗轮的齿形的修正进行说明的图。
[0052]图37是对图36所示的蜗轮的变更例进行说明的图。
[0053]图38是对形成图35所示的蜗轮所需要的滚铣刀的修正量进行说明的图。
【具体实施方式】
[0054]以下，基于附图对用于实施本发明的方式进行说明。
[0055]实施例
[0056]根据附图，将基于实施例的蜗轮蜗杆副机构搭载于电动助力转向装置且在车辆中使用该电动助力转向装置的例子进行说明。
[0057]如图1所示，电动助力转向装置10由从车辆的方向盘21至车辆的转向操纵车轮29,29(例如前轮)的转向系统20、以及向该转向系统20施加辅助转矩的辅助转矩机构40构成。
[0058]转向系统20中，在方向盘21经由转向轴22及万向接头23、23而连结有小齿轮轴24，在小齿轮轴24经由齿轮齿条机构25而连结有齿条轴26，在齿条轴26的两端经由左右的横拉杆27、27及转向节28、28而连结有左右的转向操纵车轮29、29。
[0059]齿轮齿条机构25由形成于小齿轮轴24的小齿轮31和形成于齿条轴26的齿条32构成。
[0060]根据转向系统20，驾驶员对方向盘21进行转向操纵，由此能够利用转向操纵转矩而经由齿轮齿条机构25及左右的横拉杆27、27，对左右的转向操纵车轮29、29进行转向操纵。
[0061]辅助转矩机构40是如下的机构:由转向操纵转矩传感器41来检测施加于方向盘21的转向系统20的转向操纵转矩，基于该转向操纵转矩传感器41的转矩检测信号而由控制部42产生控制信号，基于该控制信号而由电动马达(电动机)43产生与转向操纵转矩对应的辅助转矩，将该辅助转矩经由蜗轮蜗杆副机构44而传递至小齿轮轴24，此外，将辅助转矩从小齿轮轴24传递至转向系统20的齿轮齿条机构25。
[0062]转向操纵转矩传感器41检测施加于小齿轮轴24的转矩，并输出为转矩检测信号，例如由磁偏式转矩传感器、扭杆式转矩传感器构成。
[0063]根据电动助力转向装置10，利用向驾驶员的转向操纵转矩施加电动马达43的辅助转矩而成的复合转矩，能够由齿条轴26对转向操纵车轮29、29进行转向操纵。
[0064]如图2所示，壳体51沿着车宽方向(附图左右方向)延伸，将齿条轴26收容为能够沿着轴向滑动。在齿条轴26的从壳体51突出的长边方向两端经由球头节52、52而连结有横拉杆27、27。
[0065]如图3所示，电动助力转向装置10将小齿轮轴24、齿轮齿条机构25、转向操纵转矩传感器41及蜗轮蜗杆副机构44收纳于壳体51，将壳体51的上部开口由上部罩部53堵塞。转向操纵转矩传感器41安装于上部罩部53。
[0066]壳体51将沿着上下延伸的小齿轮轴24的上部24u、长边中央部24m及下端部24d借助三个轴承(从上向下依次为第一轴承55、第二轴承56、第三轴承57)而支承为能够旋转，此外，安装电动马达43，并且具备齿条引导件60。三个轴承55?57皆使用滚动轴承。[0067]齿条引导件60是由从与齿条32相反的一侧抵接于齿条轴26的引导部61、以及经由压缩弹簧62而按压该引导部61的调整螺栓63构成的齿条按压机构。
[0068]如图4所不，电动马达43安装于壳体51的侧面，且具备横向的马达轴(输出轴)43a。该马达轴43a在壳体51内延伸，借助轴接头45而与蜗杆轴46连结。壳体51借助轴承47、48来支承沿着水平延伸的蜗杆轴46的两端部46a、46b，使得蜗杆轴46能够旋转且被限制沿着轴向的移动。两个轴承47、48皆由滚动轴承构成。
[0069]蜗轮蜗杆副机构44是将电动马达43产生的辅助转矩传递至小齿轮轴24的辅助转矩传递机构、即增力机构。详细说明的话，蜗轮蜗杆副机构44由蜗杆70和与该蜗杆70啮合的蜗轮80构成。以下将蜗轮80简称为“轮80”。轮80的中心线CL配置成与蜗杆70的中心线WL大致呈直角。该轮80的中心线CL也是小齿轮轴24的中心线CL。
[0070]蜗杆70是一体形成于蜗杆轴46的金属产品、例如机械构造用碳钢钢材(JIS-G-4051)等铁钢产品。轮80的整体或至少齿81的部分为尼龙树脂等树脂产品。由于使树脂产品的轮80与金属产品的蜗杆70啮合，因此能够比较顺利地进行啮合，并且能够进一步降低噪声。
[0071]蜗杆70的螺纹牙71 (也就是说齿71)设定为一条。在轮80的外周面在整周范围内形成有等节距的多个齿81。该轮80被安装为相对于小齿轮轴24而被限制沿着轴向的相对移动，且被限制相对旋转。例如，轮80在旋转方向上借助锯齿、花键而与小齿轮轴24连结，并且在轴向上借助挡圈而安装于小齿轮轴24。通过使载荷侧的轮80与驱动侧的蜗杆70啮合，能够将转矩从蜗杆70经由轮80而传递至载荷。
[0072]上述的蜗轮蜗杆副机构44谋求各种性能。例如，其中之一举出啮合率的提高和高强度化。以下参照【专利附图】

【附图说明】详情。
[0073]首先，对图21所示的现有的蜗轮蜗杆副机构200进行说明。该蜗轮蜗杆副机构200的蜗轮220的齿形是齿顶为221a、齿底为221c、基圆为301、节圆(啮合节圆)为302的渐开线齿形。在比基圆301靠外周侧的位置处，齿221的厚度成为最大的部位处的齿的厚度为W2。长久以来，为了提高蜗轮蜗杆副机构200的啮合率且实现高强度化，已知有提高渐开线齿形的轮220的齿高HT的方法。
[0074]然而，当蜗轮220借助滚铣刀而被齿切削加工时，齿根221b被切断而产生根切。在比基圆301靠轮220的中心侧的位置处，齿221的厚度成为最小的部位处的齿的厚度为Wl。如此，由于齿根221b为中间变细，因此齿的厚度Wl比W2小。其结果是，齿221的弯曲强度降低。另外，轮220的齿形成为基圆301附近的部位的曲率半径小的凸形状。由于是曲率半径小的凸形，因此与蜗杆接触的接触面积减小。其结果是，啮合接触面压增大。即，当增高渐开线齿形的轮220的齿高HT时，具有招致弯曲强度的降低及面压强度的降低的倾向。
[0075]如图22所示，轮220通过滚铣刀(滚铣刀具)230来成形齿形。滚铣刀230的齿231的节距中心231Ce位于线312的部位(节距高度312)。节距中心231Ce的轨迹由线311表示。如该轨迹311所示那样，滚铣刀230的齿231以在轮220的节圆302滚动的方式移动，从而创建(成形)轮220的齿形。此时，滚铣刀230的齿顶231a挖掉轮220的齿面中的比基圆301靠下部(靠近齿底的一面)的部分。
[0076]如图23所示，滚铣刀230的齿231的齿顶231a的角部形成为规定的小曲率半径的圆弧状。齿顶231a的角部的、圆弧的中心231b的轨迹由线313表示。本申请的
【发明者】获得通过使圆弧的中心231b进行描绘环那样的移动而使齿根221的面成形为凹形状(中间变细形状)这样的见解。即，齿顶231a的角部的、圆弧的中心231b的轨迹313在比基圆301靠中心侧的位置处描绘环，其结果是，被认为是产生下切现象(根切)的重要因素。从线312到弯曲形状的中心231b为止的长度为h。将该长度h称为臂长。
[0077]为了防止上述的下切现象(根切)的产生，如图24所示，考虑减低滚铣刀230的齿高HTh。通过减低齿高HTh，在比基圆301靠轮220的中心侧的位置处，齿顶231a的角部的、圆弧的中心231b的轨迹313 (圆弧的中心231b所描绘的环)变小。因此，变得不易产生下切现象(根切)。然而，当减低滚铣刀230的齿高HTh时，虽然变得不易产生下切现象，但轮220的齿高HT变低。
[0078]返回图23，再次考虑滚铣刀230的齿231的齿顶231a的角部的、圆弧的中心231b的轨迹313。轨迹313描绘“负变位次摆线曲线”。轨迹313描绘负变位次摆线曲线的理由在于，本申请的
【发明者】认为角部的圆弧的中心231b存在于比节距高度312靠齿顶231a侧。即，通过使轨迹313描绘负变位次摆线曲线，滚铣刀230的齿顶231a的角部以在比基圆301靠中心侧的位置处描绘环的方式进行齿切削作用。齿根221b的面被滚铣刀230的齿顶231a的角部下切。其结果是，在齿根221b的面产生根切。
[0079]接下来，基于图25(a)及图25(b)而对比图22所示的现有的轮220和图4所示的实施例的轮80。
[0080]图25(a)示意性地表示图22所示的现有的轮220的节圆302和用于对该轮220进行齿切削加工的滚铣刀230的齿231的齿形。滚铣刀230的齿231被表示为比轮220大。现有的滚铣刀230的齿231的齿形为渐开线齿形，且将齿顶231a的角部形成为圆弧状。圆弧的中心231b相对于滚铣刀230的节线312而位于齿顶231a侧(轮220的齿的齿根侧)。在该情况下，中心231b的轨迹313描绘负变位次摆线曲线。
[0081]图25(b)示意性地表示图4所示的实施例的轮80的节圆112和用于对该轮80进行齿切削加工的滚铣刀90的齿91的齿形。该滚铣刀90的齿91被表示为比轮80大。实施例的滚统刀90的齿91的齿形为渐开线齿形。其中，齿91的齿顶的面91c被修正为曲率半径大的圆弧状。这是为了不使该齿顶的面91c的圆弧的中心93(以下，记作“齿顶的面的中心93”。)的轨迹313成为负变位次摆线。具体来说，齿顶的面91c的中心93相对于节线94而位于靠滚铣刀230的中心线(轴线)WL’的位置。由此，齿顶的面的中心93的轨迹313描绘正变位次摆线。即，通过设为正变位次摆线，能够抑制现有的描绘环那样的轨迹。
[0082]若总结以上的说明，如下所述。实施例的滚铣刀90的齿91中，至少齿顶的面91c形成为圆弧状。该齿顶的面91c的圆弧的半径的中心93位于比滚铣刀90的节线94靠滚铣刀90的中心线(轴线)WL’的位置。
[0083]与轮80啮合的蜗杆70也优选形成为与滚铣刀90相同的形状。S卩，蜗杆70的齿71的至少齿顶的面71c形成为圆弧状。该齿顶的面71c的圆弧的半径的中心73位于比蜗杆70的节线74靠蜗杆70的中心线(轴线)WL”的位置。
[0084]如图26所示，实施例的轮80的齿顶的面的中心93的轨迹如由线313表示那样，描绘正变位次摆线曲线。通过沿着线313 (轨迹313)移动的滚铣刀90而形成的轮80的齿81在齿根81c处形成为未下切的形状。附图标记81a是轮80的齿81的齿顶。附图标记81b是齿81的齿底。[0085]在此，基于图27及图28对成为本发明的原理的次摆线曲线进行补充。首先，参照图27，关于在固定圆401之上滚动的动圆402a，以下述方式求出位于动圆402a内的点(坐标X，Y)的轨迹、即次摆线曲线。需要说明的是，该固定圆401是假定了轮80的节圆的圆。附图标记402a表示在固定圆401之上滚动的动圆。附图标记402b表示距离402a规定的距离、在固定圆401之上滚动的动圆。线403表示位于动圆402内的点(X，Y)的轨迹。即，线403是次摆线曲线。Pl是动圆402a中的线403上的点，称作臂前端。H是从点Pl到固定圆401为止的长度(臂长)。
[0086]参照图27，关于在固定圆401之上滚动的动圆402，以下述方式求出位于动圆402b内的点(χ，y)的轨迹、即次摆线曲线。
[0087]数1
[0088]
【权利要求】
1.一种蜗轮蜗杆副机构，由蜗杆和与该蜗杆啮合的蜗轮构成，其特征在于， 所述蜗杆的齿的至少齿顶的面形成为圆弧状，该齿顶的面的圆弧的半径的中心位于比所述蜗杆的节线靠所述蜗杆的中心线的位置， 在所述蜗轮的齿切削加工所使用的滚铣刀中，该滚铣刀的齿的至少齿顶的面形成为圆弧状，该齿顶的面的圆弧的半径的中心位于比所述滚铣刀的节线靠所述滚铣刀的中心线的位置，该蜗轮借助所述滚铣刀进行齿切削加工， 使所述蜗杆与所述蜗轮啮合的所述蜗轮蜗杆副机构的渐远啮合长度设定得比由渐开线齿形的蜗杆和渐开线齿形的蜗轮构成的蜗轮蜗杆副机构的渐远啮合长度大。
2.根据权利要求1所述的蜗轮蜗杆副机构，其特征在于， 所述蜗轮的至少齿由树脂的成形品构成。
【文档编号】F16H1/16GK103998821SQ201280059855
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2012年12月3日 优先权日:2011年12月6日
【发明者】田中阳介, 清水康夫 申请人:本田技研工业株式会社