衬套轴承和使用该衬套轴承的用于汽车的齿条齿轮式转向装置

摘要

一种衬套轴承7包括在其外周面15上具有一环槽16的合成树脂衬套17，一设置在所述衬套17的环槽16中的环形弹性元件18，以及确定所述衬套17相对于外壳6的内周面12在B方向的位置的定位装置19。

说明书

技术领域

本发明涉及一种衬套轴承，更具体地涉及一种适于移动支撑汽车上的齿条齿轮式转向装置的齿条轴的衬套轴承。

背景技术

专利文件1：日本专利公开文本：No.3543652

在齿条齿轮式转向装置中，一具有与齿轮齿啮合的齿条齿的齿条轴，由起外壳作用的齿轮箱通过衬套轴承可移动地支撑。在衬套轴承的情况中，由于各种各样的合成树脂衬套轴承已经被提出，这种合成树脂制成的衬套轴承一般适用于在有扰动的情况下可移动地支撑齿条轴。

发明内容

本发明所要解决的技术问题

对于合成树脂衬套轴承，若被支撑的齿条轴受到了大的扰动，可在其径向方向以预定的刚度牢固支撑齿条轴。然而，由于齿条轴被张紧，轴向方向上防止滑动的摩擦阻力变大，因此无法以满意的移动特性支撑齿条轴。另一方面，若支撑的齿条轴受到了小的干扰，齿条轴可以获得令人满意的小滑动摩擦的轴向移动特性。但是，在其他的方面，齿条轴可能会发生较大的轴线错位，衬套轴承与齿条轴之间也会产生空隙，这样径向上的刚性支撑将不利地下降。

另外，使用合成树脂衬套轴承时，合成树脂的蠕变将导致衬套轴承与齿条轴之间产生间隙，因此，径向上的刚性支撑将有可能降低。另外，在发生径向收缩尤其是由受热历程导致的合成树脂应力松弛引起径向收缩的情况下，对齿条轴的扰动有可能增大，导致较大的滑动摩擦阻力。

同时，齿条轴通常通过衬套轴承在两个部位移动地支撑，其中一个部位在靠近齿轮的一边，另一个在远离齿轮的一边。特别是在靠近齿轮的一边的部位上，齿轮和齿条的齿之间的啮合作用导致的偏移更有可能发生在齿轮轴向上，而不是靠近或远离齿轮的方向上。齿条轴上靠近齿轮的一侧的那部分在齿轮轴向上的错位与齿轮的旋转方向相反。结果，若齿条轴的靠近齿轮的一侧的那部分由扰动大的衬套轴承支撑，将可能使得方向盘由于齿条轴的弯曲变形产生很大的损坏。

另外，若合成树脂轴承用于滑动地支撑用于汽车上的齿条齿轮式转向装置中的齿条轴，因为齿条齿轮式转向装置的齿轮箱内部是密封的，齿轮箱内的空气流入和流出都变得困难。因此，由于强制注入和排出空气，有可能会出现不正常的噪音，施加于衬套轴承与齿条轴之间间隙中的润滑剂如润滑脂也可能会更早耗尽。

本申请鉴于以上方面提出，其目的是提供一种衬套轴承和一种使用该衬套轴承的汽车上的齿条齿轮式转向装置，这使得可以在齿轮的径向和轴向上以预定的刚度支撑齿条轴，也使得在齿条轴的轴向上移动支撑齿条轴时的摩擦阻力较小，并且，可以降低蠕变和受热历程导致的应力松弛效果。

解决本发明的手段根据本发明的衬套轴承包括：在其外周面上具有至少一个环槽的合成树脂衬套，以及设置所述衬套的环槽中的环形弹性元件，所述衬套具有一对轴向对称设置的内侧内周表面；一对槽口，每一个被设置成所述内侧内周表面的一个沿环向位于所述对槽口之间，并允许该内侧内周表面在径向上向内/向外移动；另一对槽口，每一个被设置成所述内侧内周表面的另一个沿环向位于所述另一对槽口之间，并允许该内侧内周表面在径向上向内/向外移动；以及至少一对在径向上设置在该对内侧内周表面外侧的外侧内周表面，其中，每个外侧内周表面适于与齿条轴上齿条齿侧和齿条齿侧相对侧的外周面中对应的一个形成间隙，齿条轴插入和固定在由该对内侧内周表面和该对外侧内周表面形成的通孔中，以及，每个内侧内周表面至少在其一部分适于与除齿条轴的齿条齿侧和齿条齿侧相对侧的外周表面之外的齿条轴的相应外表面可滑动地接触。

根据本发明的衬套轴承，衬套具有该对轴向对称设置的内侧内周表面；该内侧内周表面在环向上设置在一对槽口之间，允许该内侧内周表面在径向上移入/移出；该内侧内周表面在环向上设置在另一对槽口之间，允许该内侧内周表面在径向上移入/移出。除了齿条轴外表面中齿条齿侧和齿条齿相对侧的表面，每个内侧内周表面的至少在其一部分适于与相应的齿条轴外表面可滑动地接触。并且，环形弹性元件设置在衬套上的环槽中。所以，可以在齿轮的轴向和径向上以预定刚度支撑齿条轴，齿条轴在齿轮轴向上的错位可以被每个内侧内周表面抑制，并且其在轴向上移动时滑动支撑的摩擦阻力较小。并且，每个外侧内周表面适于与齿条轴上齿条齿侧外表面和齿条齿相对侧外表面中相应的一个相配合形成间隙，齿条轴插入并固定在通孔中。因此，综上所述，便可能减少受热历程和蠕变变形引起的应力松弛。

由于使用合成树脂制作衬套，优选耐磨性好，摩擦系数低，具有预定的弹性和刚性，较小的热膨胀和收缩的树脂。具体地，其中可能列举至少包括聚醛树脂，聚酰胺树脂，聚烯烃树脂和氟树脂之一的合成树脂。

环形弹性元件的横截面是圆形，椭圆形，矩形或扁平卵形；不过，本发明不局限于此，有可能使用其他的形状，如X形，U形，或者梯形。优选地，环形弹性元件由天然橡胶，合成橡胶，或其他的弹性热塑合成树脂如聚酯弹性塑料制成。对于这种环形弹性元件，可以使用常见的O形环。该环形弹性元件设置在环槽中，可以从衬套的外表面部分凸起。可替换地，环形弹性元件也可完全设置在环槽中，不从衬套的外表面部分凸起。在环形弹性元件部分凸起的情况下，环形弹性元件适于在其外周面上与设置有衬套轴承的外壳内壁接触，或者可替换的是，环形弹性元件适于在其外周面和外壳的内壁之间形成一环形间隙。

该衬套在其外表面具有至少一个环槽，在衬套的外表面具有多个环槽的情况下，环形弹性元件可以分别设置每个环槽中。

在优选实施例中，每个内侧内周表面具有平直表面的形状，但是可替换的是也可以为凸起的形状，或曲率半径等于或大于齿条轴外周面的凹面形状。若内侧内周表面绕齿条轴中心的中心角θ1达到使每个内侧内周表面至少在其一部分与齿条轴上除了齿条齿侧和齿条齿相对侧的相应表面可滑动的接触，则内侧内周表面合格，从而可以在齿轮的轴向和径向上以预定刚度支撑齿条轴。优选地，每个内侧内周表面绕所述齿条轴的中心具有不小于5°不大于90°的中心角θ1，这种情况下，每个外侧内周表面绕所述齿条轴的中心具有中心角θ2(180°-θ1)。每个内侧内周表面在其一部分或整个可以与齿条轴上除了齿条齿侧和齿条齿相对侧的相应表面可滑动的接触。

在优选方式中，每个槽口在该衬套的轴向一端开口，并沿轴向穿过环槽从一端延伸至衬套的另一端附近。上述每个槽口延伸的方向可以与轴线平行，或替换为相对于轴线倾斜。此外，可以一个槽口平行于轴向延伸，另一个槽口相对于轴线倾斜延伸。

该衬套进一步具有至少另一对槽口，其中每个槽口在所述衬套的轴向另一端开口，并沿轴向穿过环槽从另一端延伸至衬套的一端附近，并且分别设置在所述齿条轴的齿条侧和齿条相对侧。另外，该衬套具有主体部分，包括内侧内周表面，外侧内周表面，外部外表面，环槽，和在该主体部分外围整体形成并在环向上彼此隔开的多个凸块，以及，该多个凸块适于与齿条轴所穿过的外壳的内侧内周表面接触。在这种情况下，在优选实施方式中，多个凸块之一在环向上设置在一对槽口之间，该内侧内周表面之一也设置在该对槽口之间，以及多个凸块中的另一个在环向上设置在另一对槽口之间，该内侧内周表面中的另一个也设置在该对槽口之间。该主体部分的壁厚度可以与内侧内周表面和外侧面的该部分一样，也可以在内侧内周表面具有较小或较大的壁厚度，在外侧内周表面具有较大或较小的壁厚度。

根据本发明的衬套轴承进一步具有用于将所述衬套相对于外壳内壁在环向定位的装置，以确保衬套相对于齿条轴设置，这样外侧内周表面之一与齿条轴齿条齿侧的表面之间形成一间隙，齿条轴插入并固定在由内侧内周表面和外侧内周表面形成的通孔中，而另一外侧内周表面与齿条轴齿条齿相对侧的表面之间形成一间隙，这样每个内侧内周表面至少在其一部分与齿条轴上除了齿条齿侧和齿条齿相对侧的相应表面可滑动的接触。

在优选实施例中，该定位装置具有在衬套上整体形成的凸块，以便装配在外壳内壁中的槽内。

根据本发明的用于汽车的齿条齿轮转向装置，包括：齿轮；具有与所述齿轮啮合的齿条齿的齿条轴；外壳，所述齿条轴从中穿过；以及，上述各种形式的衬套轴承设置在所述外壳中，并相对于所述外壳滑动地支撑所述齿条轴。

根据本发明的齿条齿轮转向装置中，外壳可以是用于同时支撑齿条轴与容纳齿轮的齿轮箱的中空支撑件。优选地，外壳是容纳齿轮的齿轮箱，衬套轴承设置在外壳内，或者在优选方式中设置在起外壳作用的齿轮箱，这样可以移动地支撑靠近该齿轮侧的齿条轴部分。

本发明的优点

根据本发明，可以提供一衬套轴承和一使用该轴承的汽车上的齿条齿轮式转向装置，这使得可以在齿轮的径向和轴向上以预定的刚度支撑齿条轴，也使得在齿条轴的轴向上移动支撑齿条轴时的摩擦阻力较小，并且，可以降低蠕变和受热历程导致的应力松弛效果。

接下来，将结合附图中示出的实施例对本发明进行更详细的描述。应该注意的是本发明并不局限于这些实施例。

附图说明

附图1示出了本发明的一个优选实施例沿附图2中I-I线朝箭头方向得到的剖视图；

附图2示出了附图1所示出实施例的左视图；

附图3示出了附图1所示出实施例的右视图；

附图4示出了附图1所示出实施例的俯视图；

附图5示出了附图1所示出实施例的仰视图；

附图6示出了附图1所示出实施例的局部放大示意图；

附图7示出了附图1所示出的实施例用于汽车上的齿条齿轮式转向装置时的示意图；

附图8示出了附图7所示出实施例的右视图；

附图9示出了本发明另一个实施例的局部放大示意图；

附图10示出了本发明的再一个实施例的局部放大示意图。

具体实施方式

在附图7，8中，根据该实施例的用于汽车的齿条齿轮式转向装置1包括齿轮2；齿条轴5，其具有与齿轮2的齿3啮合的齿条齿4；齿轮箱6用作供齿条轴5穿过的外壳；以及设置在齿轮箱6中的衬套轴承7，以支撑齿条轴5相对于齿轮箱6在A方向如轴向移动。

具有轴11的齿轮2设置成在方向盘的转动下绕轴11在R1或R2方向上转动。齿轮箱6具有圆柱状内周表面12，衬套轴承7便配置在其上。

附图1至5中特别示出，衬套轴承7包括合成树脂制成的衬套17，该衬套在其外周表面15上设有环槽16，环形弹性元件18设置在衬套17的环槽16中，该环形弹性元件由天然橡胶或合成橡胶制成的O形环构成；定位装置19用于确定衬套17在相对于齿轮箱6内周表面12的B方向，如周向的位置。

衬套17具有主体部分35和两个凸块36和37，这两个凸块与主体部分35的外周面15整体形成并在B方向上彼此隔开180°。主体部分35包括外周面15；环槽16；一对平表面形状的的内侧内周表面21，22，设置成轴向对称，在B方向上彼此间隔180°；两对槽口23和24，25和26，分别被设置成沿B方向内侧内周表面21和22位于其间，并且两对槽口23和24，25和26允许各自的内侧内周表面21和22沿径向的C方向向内或向外移动；一对外侧内周表面27和28，分别沿C方向设置在内侧内周面21和22的外侧；以及另一对槽口29和30，它们在B方向上局部地将外侧内周表面27和28的各个表面分成两部分。

外周面15在B方向上被槽口23至26，29和30局部地分开，并相对于齿轮箱6的内周面12形成间隙38。

内侧内周表面21绕齿条轴5中心O具有一不小于5°不大于90°的中心角θ1，例如在本实施例中为30°，而内侧内周表面22绕齿条轴5中心O也具有一不小于5°不大于90°的中心角θ1，例如在本实施例中为30°。附图6至8中特别示出，内侧内周表面21在其一部分适于与齿条轴5外周表面41中除齿条轴5的齿条齿4侧和齿条齿4侧的相对侧上的外周表面之外的外周表面42可滑动地基本线性接触。内侧内周表面22的一部分适于与齿条轴5外周表面41中除齿条轴5的齿条齿4侧和齿条齿4侧的相对侧上的外周表面之外的外周表面43可滑动地基本线性接触。在内侧内周表面21和22的方向A上的各个端部44可以以锥形表面结尾。

设有在B方向上位于其间的内侧内周表面21的槽口对23和24的每一个在衬套17主体35沿A方向的一端面45开口，并沿A方向穿过环槽16从一端面45延伸至衬套17主体35的另一端面46附近。设有在B方向上位于其间的内侧内周表面22的槽口对25和26的每一个在衬套17主体35沿A方向的一端面45开口，并沿A方向穿过环槽16从一端面45延伸至衬套17主体35的另一端面46附近。

外侧内周表面27在齿条轴5的齿条齿4侧，绕齿条轴5的中心O具有一中心角θ2(180°-θ1)，并适于与齿条轴5外周面41的齿条齿4侧的外周表面48形成空隙49，齿条轴5插入并固定在由内侧内周表面21，22和外侧内周表面27，28形成的通孔47中。外侧内周表面28在齿条轴5的齿条齿4侧相对的一侧，绕齿条轴5的中心O具有一中心角θ2(180°-θ1)，并适于与齿条轴5外周面41中齿条轴5的齿条齿4侧的相对侧的外周表面50形成半圆形空隙51。

槽口29与30分别位于齿条轴5的齿条齿4侧和齿条齿4侧的相对侧，并轴向对称地在B方向上间隔180°设置，每一槽口29与30在衬套17的主体35的另一端面46开口，并沿A方向穿过环槽16从另一端面46延伸至衬套17主体35的一端面45附近。

具有圆柱形外周面55的凸块36在B方向上设置在槽口对23和24之间，齿条轴5穿过齿轮箱6，在合成树脂衬套17的弹性力作用下，凸块36适于在外周面55上与齿轮箱6的内周面12紧密接触。具有圆柱形外周面56的凸块37在B方向上设置在槽口对25和26之间，齿条轴5穿过齿轮箱6，在合成树脂衬套17的弹性力作用下，凸块37适于在外周面56上与齿轮箱6的内周面12紧密接触。因此，衬套17通过凸块36和37配合于齿轮箱6的内周面12。

环形弹性元件18在其外周面57与齿轮箱6内周面12之间形成一环状间隙58，该环状间隙58比间隙38窄。环形弹性元件18以这样一种方式配合在环槽16中，从外周面15部分地突起以弹生地略微减小衬套17主体35的直径。

定位装置19具有与主体35外周面15整体形成的凸块60。凸块60与齿轮箱6啮合，即通过其在C方向的前端部和A方向的端面与齿轮箱6内周面12中形成的的槽59啮合。这样可以确保衬套17不会在B方向上相对于齿轮箱6转动，并且不会在不必要的情况下插入齿轮箱6中。同时，内侧内周表面21和22，凸块36和37，槽口23至26，29和30被设置成相对于齿条轴5的齿条齿4定位。

在上述齿条齿轮式转向装置1中，该衬套17具有一对轴向对称设置的平表面形状的内侧内周表面21和22，和两对槽口23和23，25和26，所述对槽口23和23，25和26分别被设置成在B方向上内侧内周表面21和22位于其间，并允许各自内侧内周表面21和22在C方向上向里/向外移动。内侧内周表面21和22每一个在其部分适于与除齿条轴5的齿条齿4侧和齿条齿4侧的相对侧的外周表面之外的外周表面42和43对应一个可滑动地接触。而且，环形弹性元件18设置在衬套17的环槽16中。所以，齿条轴5可以在C方向或齿轮2的轴向上即图8中的垂直方向以预定刚度得到支撑，齿条轴5在齿轮2轴向上的位移可以被该对内侧内周表面21和22抑制，用低的摩擦阻力可运动地支承其在A方向上的移动。并且，外侧内周表面27和28适于分别与齿条轴5的齿条齿侧的和齿条齿侧的相对侧的外周表面48和50中相应的表面形成间隙49和51，齿条轴5插入并固定在通孔47中。因此，以上手段结合起来，便可能减少蠕变变形和受热历程引起的应力松弛的作用。

在上述实施例中，各内侧内周表面21和22具有平表面形状，但是也可替换为凸起的表面形状，即，如图9所示出的半圆凸起表面形状。还可替换为，各内侧内周表面21和22为曲率半径大于齿条轴5的圆柱形外周面41的凹表面形状，即，图10中示出的半凹入表面形状。