用于电动动力转向设备的齿轮箱组件的制作方法

1.本发明涉及一种用于电动动力转向设备的、蜗轮蜗杆类型的齿轮箱组件。


背景技术：

2.电动动力转向系统使用电动马达产生辅助转矩，该辅助转矩施加到转向系统的旋转部件上。在常规布置中，这个转矩辅助驾驶员转动车轮。因为马达在相对较高的速度下工作最佳，并且因为紧凑型马达产生的转矩相对较低，所以通常通过减速齿轮箱将马达的输出端与转向柱之间相连接。
3.最广泛使用的电动动力辅助转向减速齿轮箱的类型具有相对简单的蜗轮蜗杆构造。齿轮箱组件典型地包括齿轮箱壳体，该齿轮箱壳体容纳蜗杆轴和蜗轮。蜗杆轴连接至电动马达的输出端。马达可以紧固至壳体的端面或甚至定位在壳体内。蜗杆轴由两个轴承组件支撑；蜗杆轴的、蜗杆轮所在区域的任一侧接合蜗轮。在此描述中，第一轴承组件被称为主轴承组件并且位于最靠近马达的端部处。第二轴承组件被称为尾轴承组件并且位于最远离马达的端部处，两个轴承组件典型地包括被支撑在内轴承座圈和外轴承座圈内的轴承元件，该内轴承座圈螺纹连接到蜗杆轴上，该外轴承座圈紧固至齿轮箱组件的壳体。轴承组件的功能是允许蜗杆轴旋转，同时在一定程度上限制轴向和径向移动。蜗轮连接至齿轮箱的输出轴，并且被定位成使得蜗轮的齿与蜗杆轴的齿相接合。
4.已知在电动动力辅助转向(eps)设备中使用的减速齿轮箱由于作用在其输出轴上的外部扭振而容易嘎嘎作响(rattle)。这些振动由于地面不平或车轮不平衡在行走车轮处产生。替代性地，驾驶者在方向盘处施加突然转矩反向，使蜗轮的齿向蜗杆轴的齿上施加突然力，这可能引起机械噪声。蜗轮蜗杆齿轮箱中嘎嘎作响的主要位置是在蜗杆齿和蜗轮齿的接合处以及在最靠近马达的主轴承处，该主轴承使得蜗杆轴轴向定位。
5.当所传递的蜗轮转矩为零或水平较低时，通过借助于外部力(比如消声弹簧)将蜗杆轴偏置成与蜗轮啮合，使得齿被固持处于所谓的“双面”接触，即蜗杆轴上的被接合齿的两侧同时与蜗轮上的毗邻的齿面接触，蜗轮齿之间的嘎嘎作响可以得到抑制。在此情形下，蜗轮与蜗杆轴之间没有旋转游隙。
6.为了促进此移动，蜗杆轴与马达之间的连接必须允许包括一定量的移动自由度。这可以通过将马达的输出轴的尖端磨圆并且将此尖端定位在连接至蜗杆轴的联接器中的互补承窝内来实现。
7.本发明的目的是改良在组装上述种类的现有技术齿轮箱组件期间出现的问题。


技术实现要素：

8.根据本发明的第一方面，提供了一种用于来自电动动力辅助转向设备的电动马达的动力输出件的齿轮箱组件，该齿轮箱组件包括：
9.齿轮箱壳体，该齿轮箱壳体容纳蜗杆轴和蜗轮，
10.所述蜗杆轴结合一个或多个外部螺旋蜗杆齿；
11.主轴承组件，该主轴承组件在最靠近马达的端部处支撑蜗杆轴；
12.尾轴承组件，该尾轴承组件在最远离马达的端部处支撑蜗杆轴，
13.其中，至少尾轴承组件能够相对于壳体在有限运动范围内自由移动，使得蜗杆轴能够背离蜗轮的轴线径向移动，
14.活塞，该活塞被滑动地接纳在蜗杆轴的端部中的孔内，并且该活塞在面向马达的端部处具有头部，该头部与电动马达的输出轴连接，活塞的凹部与输出轴的突起之间的分界面限定蜗杆轴的枢转轴线；
15.以及弹簧，该弹簧位于蜗杆轴的端部中的孔内并且被压缩在蜗杆轴与活塞之间；
16.其特征在于，活塞具有位于孔内的锥形肩部，该锥形肩部的直径从最远离马达的端部朝向头部增加，并且该齿轮箱组件进一步包括环形o形环状件，该环形o形环状件坐置在锥形肩部上，弹簧通过o形环状件作用于活塞上，由此蜗杆轴朝向马达轴的移动使弹簧压缩，这进而又沿着锥形肩部驱动o形环状件，直到o形环状件在活塞与蜗杆轴的孔的内壁之间变成楔形为止。
17.该齿轮箱组件可以进一步包括垫片，该垫片坐置在o形环状件与弹簧的端部之间，由此垫片在使用时可以将轴向负载从弹簧传递至o形环状件上。垫片为弹簧形成了方便的底座。
18.齿轮箱可以被配置成使得在齿轮箱和马达上无负载的正常操作期间，密封件与蜗杆轴的孔的内壁间隔开或轻微接触。这确保了两个部分之间无摩擦，并且弹簧不会提供对蜗杆轴径向移动背离马达轴的任何显著阻力。
19.因此，o形环状密封件在静止时的外径可以小于蜗杆轴的孔在o形环状件在使用时所处区域中的内径。
20.在没有来自弹簧的轴向负载时，o形环状件的外径可以小于孔的内径，使得两者不会接触。
21.随着弹簧的压缩增加，向o形环状件施加的轴向力增加，从而使该环状件扩张并且沿着肩部移动。在通过o形环状件的性质和活塞肩部的压力角以及该环状件与该活塞肩部之间的摩擦确定的预设负载下，o形环状件将变成楔形以进入活塞与孔之间的空间中，从而提供了用于将轴向负载直接通过o形环状件传递至蜗杆轴上的路径。此楔形作用使对工件相对于马达的移动的阻力增加超过在较低轴向负载下的阻力。蜗杆轴朝向马达的进一步移动必须克服o形环状件与蜗杆轴的孔之间的摩擦。
22.在不足以沿着活塞驱动o形环状件的低轴向负载下，弹簧中的所有轴向负载可以通过密封件传递至活塞上。
23.通过使o形环状件扩张而吸收能量以及通过增加密封件与孔之间的摩擦而提供对移动的附加阻力提供了对蜗杆轴与马达轴之间的相对移动的阻尼效果，这是除弹簧所提供的静态弹簧加载之外的附加效果。这种布置还允许为密封件沿着肩部的移动提供具有固定性质的单个弹簧，从而确保在不改变弹簧所提供的预负载的情况下，任何公差都会在组装时得到补偿。
24.o形环状件可以是橡胶或任何其他弹性材料。
25.锥形肩部可以具有恒定压力角α，该恒定压力角可以介于30度与60度之间。
26.齿轮箱可以包括联接器，该联接器具有固定至马达轴的第一部分和固定至蜗杆轴
的第二部分，该联接器被配置成阻止两个轴之间的相对旋转移动，同时允许围绕枢转点的一些角度偏转。
27.联接器的两个部分中的每个部分均可以包括一组犬齿，该一组犬齿与另一个部分上的犬齿互接合，以阻止角度移动。
28.活塞可以包括具有第一外径的、接纳马达轴的凸形端部的扩大头部和具有第二外径的较窄尾部分，头部和肩部通过锥形肩部连接。
29.活塞的尾部分或杆可以位于弹簧的端部内，其中，弹簧包括螺旋弹簧。
30.凹部可以是凹形和部分球形的，并且马达轴的突起可以包括马达轴的部分球形端部部分。两个部分之间的此“球窝”接头允许实现所需的枢转运动。
31.活塞的头部可以与包括马达的转子的一部分的输出轴连接，或可以包括齿轮箱组件的被配置成紧固至马达的转子的部分。头部可以包括凹部，此输出轴的球形端部可以被定位至该凹部中。在使用时的弹簧将活塞的头部推动到输出轴上，从而消除了各部分之间的游隙。
32.现在将仅通过示例的方式，参照附图并如附图所展示地描述齿轮箱组件的落入本发明的范围内的三个实施例，在附图中：
附图说明
33.图1是根据本发明的一方面的用于电动动力辅助转向系统的齿轮箱组件的实施例的截面视图。
34.图2是图1的一部分的放大视图，其示出了轴向加载沿着实线块箭头所指示的两个主路径从马达动力输出件传递直至蜗杆轴；
35.图3是详细受力图，其示出了通过o形环状件的加载在蜗杆轴被迫使朝向马达动力输出件时使o形环状件压缩；以及
36.图4单独示出了位于马达动力输出件同与蜗杆轴接合的弹簧之间的活塞。
具体实施方式
37.图1示出了根据本发明的一方面的齿轮箱组件的第一实施例，该齿轮箱组件可以结合到电动动力辅助转向设备中。在使用时，齿轮箱组件在转向设备的电动马达的输出端提供齿轮减速，从而允许将马达产生的转矩传递至转向柱或齿条(或转向系统的其他部分)，该转矩辅助驾驶者转动方向盘或提供转向转矩的主要来源。
38.齿轮箱组件100包括齿轮箱壳体105，该齿轮箱壳体容纳蜗杆轴101和蜗轮102。蜗杆轴连接至电动马达103(在最左边示出)的输出端。马达103可以紧固至壳体105的端面或甚至定位在壳体内。蜗杆轴101由两个轴承组件支撑；蜗杆轴的、蜗杆轮所在区域的任一侧接合蜗轮。在本说明书中，第一轴承组件被称为主轴承组件104并且位于最靠近马达103的端部处。第二轴承组件被称为尾轴承组件104a并且位于最远离马达的端部处，两个轴承组件典型地包括被支撑在内轴承座圈和外轴承座圈内的轴承元件，该内轴承座圈螺纹连接到蜗杆轴上，该外轴承座圈紧固至齿轮箱组件的壳体。轴承组件的功能是允许蜗杆轴旋转，同时在一定程度上限制轴向和径向移动。蜗轮102连接至齿轮箱的输出轴106，并且被定位成使得蜗轮的齿接合蜗杆轴的齿。
39.图2中更详细地示出了马达输出轴107与蜗杆轴101的连接。连接是通过两件式联接器114形成的，一个零件连接至蜗杆轴的端部，另一个零件连接至马达输出轴。两个零件啮合在一起，以防止蜗杆轴与马达输出轴之间的相对旋转，从而允许转矩从一个零件传递至另一个零件。根据公差需要，联接器允许蜗杆轴与马达输出轴之间的一些相对轴向移动，而且允许蜗杆轴的一些角度移位。为了控制蜗杆轴101与马达输出轴之间的轴向移动，齿轮箱组件进一步包括活塞108，该活塞被滑动地接纳在蜗杆轴的端部中的孔109内。活塞108具有杆110和扩大头部111，该扩大头部具有形成在面向马达的端部中的凹部112，该凹部接纳马达的输出轴的互补突起。凹部和马达的球形端部限定蜗杆轴的枢转轴线。
40.活塞108在图4中最佳看出，并且具有锥形肩部113，该锥形肩部将纤细杆110和扩大头部111连接，从而使直径从杆到头部不断增加。杆110仅部分地延伸到蜗杆轴101中的凹部中，并且螺旋弹簧115位于孔中。弹簧115的一个端部接合蜗杆轴101中的凹部的基部，而另一个端部装配在杆110与蜗杆轴中的孔的内壁之间的圆柱形空隙中。此端部接触环形垫圈116，该环形垫圈是围绕杆110的松动配件。o形环状件117也被定位到活塞108与孔之间的空间中，卡在垫片116与活塞108的锥形肩部113之间。弹簧115被固持处于压缩状态，并且向蜗杆轴101与马达输出轴之间的连接施加轴向负载。除其他功能外，这有助于减少这些部分的任何嘎嘎作响。
41.o形环状件117在静止时的内径被选择成小于锥形肩部113的最大直径部分。因此，当弹簧115对o形环状件117施加轻度负载时，该环状件将会沿着锥度的约一半坐置在锥形肩部上。在此状况下，o形环状件的外径小于蜗杆轴中的孔的内径，因此该环状件不会接触蜗杆轴。o形环状件和垫圈的位置设定了弹簧上的负载。
42.当施加了增加的轴向负载从而推动蜗杆轴101和马达输出轴更靠近在一起时，弹簧115将推动垫片116并且压缩，在抵抗此压缩时，将对垫片116上施加力，该力将试图沿着锥形肩部推动o形环状件117。由于肩部113的压力角，因此这产生了具有两个正交分量f1和f2的力，如图3所示。
43.如果轴向力超过使o形环状件117扩张所需的力，那么该环状件将沿着肩部113朝向马达移动，直到力都处于平衡状态为止，然后o形环状件117会停止移动。
44.在轴向负载增加时，o形环状件117将已经沿着锥形肩部移动足够远并且直径扩张，使得该环状件被驱动成与蜗杆轴101中的孔的内壁接触。在此点处，力f1的一部分作用于蜗杆轴101上，这使o形环状件117与蜗杆轴之间产生摩擦，该摩擦增加了对蜗杆轴101朝向马达输出轴的轴向移动的阻力。此时，轴向力不仅必须增加o形环状件的直径，以使该环状件沿着肩部移动，而且必须克服蜗杆轴中的孔的内壁对o形环状件的外径的压缩。
45.申请人已经意识到，图1所示的布置由于o形环状件作用于弹簧与活塞之间(当处于高轴向负载下时，此环状件作用增加到较高水平)而使得能够以部件公差范围之内的固定预负载简单组装齿轮箱组件。因此，实现了良好的移动阻尼，而在低负载下不会出现过高的阻尼。