專利名稱：齒輪齒條式轉(zhuǎn)向設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及齒輪齒條式轉(zhuǎn)向設(shè)備(rack and pinion steering gear)，例如，使用在諸如機(jī)動(dòng)車輛的車輛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中。
背景技術(shù)：
齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是例如包括連接于通過(guò)操縱轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn) 向軸的小齒輪，和與該小齒輪嚙合以沿著與該小齒輪的旋轉(zhuǎn)軸線相交 的軸向直線移動(dòng)的齒條軸，從而車輪依靠齒條軸的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)向。借助于操作轉(zhuǎn)向盤分離力作用在齒條軸與小齒輪嚙合的嚙合部分 的小齒輪的齒面和齒條軸的齒面之間，因此齒條軸傾向于與小齒輪分 離因而在嚙合部分產(chǎn)生間隙。但是齒條軸通過(guò)齒條導(dǎo)塊向小齒輪軸偏 置，該齒條導(dǎo)塊設(shè)置在橫過(guò)該齒條軸的小齒輪的相對(duì)側(cè)上，因此設(shè)計(jì) 防止在嚙合部分產(chǎn)生間隙。在類似這種齒輪齒條式轉(zhuǎn)向設(shè)備中，有兩種類型滑動(dòng)接觸型和 滾動(dòng)接觸型，在滑動(dòng)接觸型中，齒條導(dǎo)塊和齒條軸相互成滑動(dòng)接觸， 在滾動(dòng)接觸型中，滾子設(shè)置在齒條導(dǎo)塊和齒條軸之間。作為滾動(dòng)接觸型齒輪齒條式轉(zhuǎn)向設(shè)備的一個(gè)例子，有一種已知的 齒輪齒條式轉(zhuǎn)向設(shè)備，其中齒條導(dǎo)塊由在齒條軸的背面上滾動(dòng)的滾子 和以滾動(dòng)方式支撐該滾子的殼體構(gòu)成，并且對(duì)滾子的滾動(dòng)接觸表面、 滾子旋轉(zhuǎn)軸的表面以及滾子殼體支撐側(cè)的表面進(jìn)行表面硬化處理(例 如，參考專利文獻(xiàn)1)。此外，作為齒輪齒條式轉(zhuǎn)向設(shè)備的另一個(gè)例子， 有一種已知的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向設(shè)備，其中滾子用樹脂材料涂敷(例如， 參考專利文獻(xiàn)2)。
專利文獻(xiàn)1:日本專利未審査公開No.JP-A-2004-322716 專利文獻(xiàn)2:日本專利未審査公開No.JP-A-2002-079946發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的問(wèn)題在常規(guī)的滾動(dòng)接觸型齒輪齒條式轉(zhuǎn)向設(shè)備中，通常的實(shí)踐是，由 于功能性的便利，齒條軸、滾子、滾子的旋轉(zhuǎn)軸以及滾子殼體用金屬 制造，并且因此，構(gòu)成部件之間的接觸是金屬接觸。當(dāng)車輛行駛時(shí)，由于道路表面的不規(guī)則，車輛的車輪產(chǎn)生側(cè)向擺 動(dòng)，因而齒條軸沿著其軸向微小地振動(dòng)，在齒條軸、滾子、滾子的旋 轉(zhuǎn)軸和滾子殼體之間的接觸是金屬接觸的情況下，齒條軸的振動(dòng)能量 很難被抑制。由于這個(gè)原因，微小的振蕩很容易發(fā)生在小齒輪和齒條 軸之間的嚙合部分、齒條軸和滾子之間的接觸部分以及滾子圓周上的 部分，導(dǎo)致產(chǎn)生不正常的振動(dòng)噪聲。在上述專利文獻(xiàn)2中所公開的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向設(shè)備中，通過(guò)用樹 脂材料涂敷滾子來(lái)防止齒條軸和滾子之間的金屬接觸。但是，在該情 況下，包括從齒條軸施加于齒條導(dǎo)塊的分離力的所有載荷由樹脂材料 承受，這是關(guān)于引起樹脂材料早期蠕變(creep)的原因。此外，在專利文獻(xiàn)2中，公開了一種結(jié)構(gòu)，其中與齒條軸接觸的 滑動(dòng)接觸部分設(shè)置在齒條導(dǎo)塊基底上，以便散布從齒條軸向齒條導(dǎo)塊 施加的載荷，從而幫助樹脂材料承受載荷。但是，在滾動(dòng)接觸型齒輪 齒條式轉(zhuǎn)向設(shè)備中，初始的目標(biāo)是在齒條軸和齒條導(dǎo)塊之間設(shè)置滾子 以實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)接觸，以便實(shí)現(xiàn)減小該齒條軸和齒條導(dǎo)塊之間的阻力和磨 損，因此，給出通過(guò)提供滑動(dòng)接觸部分不能實(shí)現(xiàn)有關(guān)目標(biāo)的原因?？紤]到上述情況提出本發(fā)明，并且本發(fā)明的目的是提供一種滾動(dòng) 備，其能夠抑制不正常噪聲的產(chǎn)生，并且實(shí) 現(xiàn)車輛驅(qū)動(dòng)穩(wěn)定性的增加。考慮到實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明，提供一種齒輪齒條式轉(zhuǎn)向設(shè) 備，包括連接于轉(zhuǎn)向軸的小齒輪軸，與該小齒輪嚙合的齒條軸，以及 具有適于在該齒條軸的背面上滾動(dòng)的金屬滾子的齒條導(dǎo)塊，并且該齒 條導(dǎo)塊經(jīng)由該金屬滾子支撐該齒條軸，其中該金屬滾子具有沿著圓周 方向部分地固定于其滾動(dòng)接觸表面的彈性元件，并且該金屬滾子在該 滾動(dòng)接觸表面的金屬部分和該彈性元件兩者處與該齒條軸的背面接 觸。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，彈性元件設(shè)置在被施加最大振動(dòng)能量的齒條軸和金 屬滾子之間，使得齒條軸的振動(dòng)能量能夠被該彈性元件吸收。通過(guò)這 種結(jié)構(gòu)，對(duì)金屬滾子和位于其圓周上的部件的振動(dòng)傳遞被抑制，以便 減小不正常噪聲，否則通過(guò)在小齒輪和齒條軸之間的嚙合部分、齒條 軸和金屬滾子以及位于該金屬滾子圓周上的部件之間的接觸部分的微 小振動(dòng)引起該不正常噪聲。結(jié)果，能夠?yàn)榘{駛員的乘員提供舒適 的內(nèi)部環(huán)境。此外，當(dāng)通過(guò)操作轉(zhuǎn)向盤而小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)并且齒條軸沿著其軸向開 始其直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，齒條軸進(jìn)行這種運(yùn)動(dòng)，同時(shí)壓靠金屬滾子上的彈性 元件，并且轉(zhuǎn)向力也用于壓緊該彈性元件。因此，在轉(zhuǎn)向操作范圍內(nèi)， 其中轉(zhuǎn)向盤通過(guò)例如來(lái)自例如直線向前行駛狀態(tài)的微小的轉(zhuǎn)向角被操 作，轉(zhuǎn)向盤的操作和車輪的運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系不是從0 (零)線性地上升， 而是以二次曲線形狀的方式上升，因而，相對(duì)于轉(zhuǎn)向盤的操作，車輪 的運(yùn)動(dòng)不會(huì)變得太激烈，以便能夠獲得較少疲勞駕駛的穩(wěn)定性。而且，包括從齒條軸向齒條導(dǎo)塊施加的在小齒輪和齒條軸之間的 嚙合部分的分離力的載荷不僅能夠由滾子的彈性元件，而且也可以由 該滾子的滾動(dòng)接觸表面的金屬部分承受，因而能夠防止該彈性元件的
早期蠕變，并且當(dāng)過(guò)分的載荷被輸入時(shí)能夠減少該彈性元件損壞的可 能性。結(jié)果，上述效果能夠持續(xù)很長(zhǎng)的時(shí)間。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)根據(jù)本發(fā)明的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向設(shè)備，不僅能夠抑制不正常的噪聲 的產(chǎn)生，而且能夠?qū)崿F(xiàn)增加驅(qū)動(dòng)的穩(wěn)定性。


圖l是示出根據(jù)本發(fā)明的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向設(shè)備的實(shí)施例的剖視圖； 圖2是圖1中所示的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向設(shè)備中的金屬滾子的放大剖視圖；圖3是圖1中所示的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向設(shè)備的第一修改例子的金屬滾子的放大剖視圖；以及圖4是圖1中所示的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向設(shè)備的第二修改例子的金屬 滾子的放大剖視圖。附圖標(biāo)記的說(shuō)明10齒輪齒條式轉(zhuǎn)向設(shè)備11 小齒輪12 齒條軸 14齒條導(dǎo)塊 16 金屬滾子 32彈性元件具體實(shí)施方式
下面，將根據(jù)附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。圖l是示出根據(jù)本發(fā)明的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向設(shè)備的實(shí)施例的剖視圖， 而圖2是圖1中所示的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向設(shè)備中的金屬滾子的放大的剖 視圖。
如圖l所示，本發(fā)明實(shí)施例的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向設(shè)備IO包括連接于 依靠操作轉(zhuǎn)向盤而轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)向軸的小齒輪軸11，和與該小齒輪嚙合的齒條軸12。該小齒輪11和齒條軸12兩者均容納在殼體13內(nèi)。該小齒輪ll由軸承20、 21以可旋轉(zhuǎn)方式支撐，該軸承20、 21以 這樣的方式設(shè)置，即使得其沿著小齒輪11的軸向相互間隔開并且與轉(zhuǎn) 向軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)。該齒條軸12以這樣的方式設(shè)置，即使得其軸向與小齒 輪11的軸向交叉，并且以使得沿著其軸向直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的方式支撐在 殼體13中。齒條軸12的兩端連接于未示出的連桿(link)機(jī)構(gòu)，用于 轉(zhuǎn)向車輪?；旧蠄A形的齒條導(dǎo)塊14設(shè)置在與橫過(guò)齒條軸12的小齒輪11相 對(duì)的一側(cè)上。該齒條導(dǎo)塊14以向前朝著和向后離開該齒條軸12移動(dòng) 的方式容納在設(shè)置于該殼體13中的基本圓柱形的空間(齒條導(dǎo)塊容納 空間)15內(nèi)。滾子容納空間22凹形地設(shè)置在面向齒條12側(cè)的該齒條導(dǎo)塊14的 遠(yuǎn)端部分。在齒條軸12的背面上滾動(dòng)的金屬滾子16和其旋轉(zhuǎn)軸17容 納在滾子容納空間22內(nèi)。該旋轉(zhuǎn)軸17以這樣的方式設(shè)置，即使得其 軸向以直角與該齒條軸12直線移動(dòng)的方向交叉，并且在其兩端處固定 地支撐在該滾子容納空間22的肩部23上。該金屬滾子16利用設(shè)置在 該旋轉(zhuǎn)軸17和其自身之間的多個(gè)滾針24，可旋轉(zhuǎn)地安裝于該旋轉(zhuǎn)軸 17。齒條導(dǎo)塊14的近端部分以密封開口的方式，由擰入該齒條導(dǎo)塊容 納空間15的開口中的調(diào)節(jié)螺釘26經(jīng)由彈簧件25壓緊擋住。該彈簧件 25的彈性力通過(guò)調(diào)節(jié)該調(diào)節(jié)螺釘26的擰入量來(lái)調(diào)節(jié)。接受該彈簧25 的彈性力的齒條導(dǎo)塊14適于被向著該齒條軸12推動(dòng)，以便通過(guò)金屬 滾子16將齒條軸12偏置抵靠小齒輪11。注意，諸如圓錐形盤簧的儲(chǔ)存彈性推力的部件可以用作該彈簧件25。利用鎖緊螺母28將該調(diào)節(jié)螺 釘26設(shè)置并固定于殼體13。齒條軸12、齒條導(dǎo)塊14、金屬滾子16以及該金屬滾子的旋轉(zhuǎn)軸 17全都用諸如包括鉻鋼的特種鋼制造。此外，參考圖2，金屬滾子16的外圓周表面(滾動(dòng)接觸表面)29 以這樣的方式形成，即使得與齒條軸12的背面形成為圍繞接觸，該齒 條軸12的截面彎曲為圓弧形形狀。此外，具有基本矩形截面的凹槽31 以在其整個(gè)圓周上延伸的方式設(shè)置在該滾動(dòng)接觸表面的軸向中心部 分，并且該彈性元件32配合在凹槽31中。該彈性元件32以這樣的狀 態(tài)從該滾動(dòng)接觸表面29隆起，即使得該彈性元件32配合在凹槽31中。 此外，該彈性元件32用具有彈性的橡膠或合成樹脂形成為環(huán)形形狀， 并且在該彈性元件32用例如橡膠形成的情況下，該彈性元件32利用 粘接、烘烤或其組合方式圓周地固定到該凹槽31。在如上所述構(gòu)造的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向設(shè)備10中，小齒輪軸11隨著 轉(zhuǎn)向盤被操作而轉(zhuǎn)動(dòng)，并且小齒輪11的轉(zhuǎn)動(dòng)被轉(zhuǎn)換成齒條軸12的直 線運(yùn)動(dòng)，因而，車輪依靠該齒條軸12的線性運(yùn)動(dòng)而轉(zhuǎn)向。當(dāng)這發(fā)生時(shí)， 分離力在小齒輪ll和齒條軸12相嚙合的嚙合部分27處作用在小齒輪 11的齒面和齒條軸12的齒面之間，因而齒條軸12傾向于與小齒輪11 分離以產(chǎn)生間隙(backlash)。但是，齒條軸12被接受彈簧件25的彈 性力的齒條導(dǎo)塊14向著小齒輪11而偏置，因此，防止在嚙合部分27 產(chǎn)生間隙。在這里，雖然分離力經(jīng)由齒條軸12作用在齒條導(dǎo)塊14上，但是， 齒條導(dǎo)塊14接受彈簧件25的彈性力，因而被向著齒條軸12推動(dòng)，因 此，從滾動(dòng)接觸表面29隆起的彈性元件32在金屬滾子16和齒條軸12 之間的接觸部分處彈性地變形。依靠該彈性元件32的變形，該金屬滾 子16在該滾動(dòng)接觸表面29的金屬接觸部分處和該彈性元件32處與齒 條軸12的背面接觸。雖然在根據(jù)該實(shí)施例的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向設(shè)備中，在車輛行駛時(shí)由于道路表面的不規(guī)則引起車輪側(cè)向振動(dòng)，因此引起齒條軸12沿著其軸 向微小地振動(dòng)，但是，由于彈性元件32設(shè)置在被施加最大振動(dòng)能量的 齒條軸12和金屬滾子16之間，并且該彈性元件32從該金屬滾子16 的外圓周表面(滾動(dòng)接觸表面)29上隆起，齒條軸12的振動(dòng)能量能夠 被該彈性元件32吸收，因此，振動(dòng)對(duì)金屬滾子16和設(shè)置在其上的部 件的傳遞被抑制，以便減小否則由于在小齒輪11和齒條軸12之間的 嚙合部分27、在齒條軸12和金屬滾子16以及設(shè)置在該金屬滾子16的 圓周上的部件之間的接觸部分的微小振動(dòng)所產(chǎn)生的不正常的噪聲。結(jié) 果，能夠?yàn)榘{駛員在內(nèi)的乘員提供舒適的內(nèi)部環(huán)境。此外，當(dāng)通過(guò)操作轉(zhuǎn)向盤，小齒輪11轉(zhuǎn)動(dòng)并且齒條軸12開始沿 著其軸線的直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，齒條軸12進(jìn)行這樣的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)齒條軸12 壓靠在金屬滾子16上的彈性元件32上，并且轉(zhuǎn)向力也用于壓緊該彈 性元件32。因此，在轉(zhuǎn)向盤通過(guò)如來(lái)自例如直線向前行駛狀態(tài)的微小 的轉(zhuǎn)向角被操作的轉(zhuǎn)向操作范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)向盤的操作和車輪的運(yùn)動(dòng)之間 的關(guān)系不是從0 (零)線性地上升，而是以二次曲線形狀的方式上升， 因而，因而，相對(duì)于轉(zhuǎn)向盤的操作，車輪的運(yùn)動(dòng)不會(huì)變得太激烈，以 便能夠得到較少疲勞駕駛的穩(wěn)定性。此外，包括從齒條軸12向齒條導(dǎo)塊14施加的在小齒輪11和齒條 軸12之間的嚙合部分27處的分離力的載荷不僅能夠由該金屬滾子16 的彈性元件32，而且也可以由該金屬滾子16的滾動(dòng)接觸表面29的金 屬部分承受，因而能夠防止該彈性元件32的早期蠕變，并且當(dāng)過(guò)分的 載荷被輸入時(shí)能夠減少?gòu)椥栽?2失效的可能性。結(jié)果，上述效果能 夠持續(xù)很長(zhǎng)的時(shí)間。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)
接著，參考圖3，將描述齒輪齒條式轉(zhuǎn)向設(shè)備10。圖3是第一修 改例子的金屬滾子的放大剖視圖。如圖3所示，在該修改的例子中，具有基本半圓形截面的凹槽33 以在其整個(gè)圓周上延伸的方式設(shè)置在金屬滾子16的軸向中心部分，并 且0形環(huán)34配合在該凹槽33中。該0形環(huán)34以該O形環(huán)配合在該 凹槽33中的方式從該滾動(dòng)接觸表面29隆起。在這個(gè)修改例子中，現(xiàn)有的O形環(huán)應(yīng)用于該彈性元件，因而能夠 減少齒輪齒條式轉(zhuǎn)向設(shè)備的生產(chǎn)成本。接著，參考圖4，說(shuō)明齒輪齒條式轉(zhuǎn)向設(shè)備10的第二修改例子。 圖4是第二修改例子中金屬滾子的放大的剖視圖。如圖4所示，在該修改例子中，每個(gè)具有基本半圓形的截面的凹 槽35， 35以這樣的方式設(shè)置在金屬滾子16的滾動(dòng)接觸表面29的軸端 部分，即當(dāng)在滾動(dòng)接觸表面29的整個(gè)圓周上延伸時(shí)使得其基本上在軸 向相互對(duì)稱，并且O形環(huán)36配合在每個(gè)凹槽35中。每個(gè)O形環(huán)36 以該O形環(huán)36配合在該凹槽35中的方式從滾動(dòng)接觸表面29隆起。在該修改例子中，可以增加彈性元件32和齒條軸12之間的接觸 面積，以便吸收該齒條軸12的更多的振動(dòng)能量。具體說(shuō)，在小齒輪ll 和齒條軸12的嚙合部分27相對(duì)于該齒條軸12的軸向傾斜的情況下， 根據(jù)該嚙合部分27傾斜的程度，當(dāng)沿著相對(duì)于該齒條軸12的軸向傾 斜方向，在小齒輪11的齒面和齒條軸12的齒面之間產(chǎn)生分離力時(shí)， 因?yàn)閺椥栽?2相對(duì)于該金屬滾子16的軸向中心部分基本相互對(duì)稱 地設(shè)置在滾動(dòng)接觸表面29上，能夠以很好的效率吸收由于分離力引起 的振動(dòng)能量。注意，本發(fā)明不限于該實(shí)施例，因此能夠適當(dāng)?shù)匦薷暮透倪M(jìn)。 本專利申請(qǐng)基于2005年4月4日提交的日本專利申請(qǐng) (No.20005-107732)，其內(nèi)容接合于此以供參考。
權(quán)利要求
1.一種齒輪齒條式轉(zhuǎn)向設(shè)備，包括連接于轉(zhuǎn)向軸的小齒輪軸；與該小齒輪嚙合的齒條軸；以及具有適于在該齒條軸的背面上滾動(dòng)的金屬滾子的齒條導(dǎo)塊，并且該齒條導(dǎo)塊經(jīng)由該金屬滾子支撐該齒條軸，其中該金屬滾子具有在圓周方向上部分地固定于其滾動(dòng)接觸表面的彈性元件，并且該金屬滾子在該滾動(dòng)接觸表面的金屬部分和該彈性元件兩者處與該齒條軸的背面接觸。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向設(shè)備，其中該彈性元件 從該金屬滾子的滾動(dòng)表面隆起。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的齒輪齒條式轉(zhuǎn)向設(shè)備，其中該彈性 元件相對(duì)于該金屬滾子的軸向中心部分基本對(duì)稱地設(shè)置。
全文摘要
齒輪齒條式轉(zhuǎn)向設(shè)備10包括連接于轉(zhuǎn)向軸的小齒輪軸11，與該小齒輪嚙合的齒條軸12，以及具有適于在該齒條軸12的背面上滾動(dòng)的金屬滾子16，并且適于經(jīng)由該金屬滾子16支撐該齒條軸12的齒條導(dǎo)塊14，其中該金屬滾子16具有在圓周方向部分地固定于其滾動(dòng)接觸表面29的彈性元件32，因而該金屬滾子16在滾動(dòng)接觸表面29的金屬部分和該彈性元件32兩者處與該齒條軸12的背面接觸。通過(guò)這種結(jié)構(gòu)，能夠抑制不正常噪聲的產(chǎn)生，并且能夠?qū)崿F(xiàn)增加車輛的驅(qū)動(dòng)穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)B62D3/12GK101155721SQ20068001128
公開日2008年4月2日 申請(qǐng)日期2006年4月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月4日
發(fā)明者天田慎也 申請(qǐng)人:日本精工株式會(huì)社