蝸輪蝸桿副機構的制作方法

蝸輪蝸桿副機構的制作方法
【專利摘要】蝸輪蝸桿副機構(44)由蝸桿(70)和與該蝸桿嚙合的蝸輪(80)構成。該蝸輪的齒切削加工所使用的滾銑刀(90)的齒的、至少齒頂的面(91c)形成為圓弧狀。該齒頂的面的圓弧的半徑的中心(93)位于比該滾銑刀的節線(94)靠該滾銑刀的中心線(WL')的位置。該蝸輪借助該滾銑刀進行齒切削加工。該蝸桿形成為與該滾銑刀相同的形狀。該蝸輪蝸桿副機構的漸遠嚙合長度(L)設定得比現有的蝸輪蝸桿副機構的漸遠嚙合長度(Llim)大。
【專利說明】蝸輪蝸桿副機構
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種蝸輪蝸桿副機構的改進技術。
【背景技術】
[0002]例如，在車輛的動力轉向裝置搭載有蝸輪蝸桿副機構(例如，參照專利文獻1 (圖14)。)。
[0003]專利文獻1所示那樣的蝸輪蝸桿副機構是如下所述的傳動機構:具備經由蝸桿軸而與電動馬達連接的蝸桿和與該蝸桿嚙合的蝸輪，將電動馬達產生的輔助轉矩從蝸桿向蝸輪增力傳遞。
[0004]一般來說，通過使蝸桿旋轉且向按壓蝸輪的方向施加力，在蝸桿與蝸輪的接觸點處，蝸桿接受來自蝸輪的反作用力。若能夠提高蝸輪蝸桿副機構的強度，則能夠實現蝸輪蝸桿副機構的長壽命化，因此是期望的。
[0005]在先技術文獻
[0006]專利文獻
[0007]專利文獻1:日本特開2010-270908號公報
【發明內容】

[0008]發明要解決的課題
[0009]本發明的課題在于提供一種能夠提高蝸輪蝸桿副機構的強度的技術。
[0010]解決方案
[0011 ] 根據本發明，在由蝸桿和與該蝸桿嚙合的蝸輪構成的蝸輪蝸桿副機構中，蝸桿的齒的至少齒頂的面形成為圓弧狀，該齒頂的面的圓弧的半徑的中心位于比蝸桿的節線靠蝸桿的中心線的位置，在該蝸輪的齒切削加工所使用的滾銑刀中，該滾銑刀的齒的至少齒頂的面形成為圓弧狀，該齒頂的面的圓弧的半徑的中心位于比滾銑刀的節線靠滾銑刀的中心線的位置，蝸輪借助滾銑刀進行齒切削加工，使蝸桿與蝸輪嚙合的蝸輪蝸桿副機構的漸遠嚙合長度設定得比由漸開線齒形的蝸桿和漸開線齒形的蝸輪構成的蝸輪蝸桿副機構的漸遠嚙合長度大。
[0012]優選的是，蝸輪的至少齒由樹脂的成形品構成。
[0013]發明效果
[0014]在本發明中，能夠降低基圓的附近處的面壓。另外，能夠消除比基圓靠齒底側的齒形的根切，因此能夠設為與比基圓靠齒底側嚙合的面。由此，即便不增大蝸輪的齒頂的直徑，也能夠提高嚙合率，因此能夠提高蝸輪蝸桿副機構的強度。
[0015]此外，在本發明中，由于樹脂制的蝸輪的彈性系數小，因此齒容易撓曲。在多個齒同時與蝸桿的齒嚙合的情況下，嚙合高度越低、嚙合的齒的分擔負載變得越大。然而，由于能夠增大嚙合高度較低的部分的接觸面積，因此能夠降低面壓。【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是搭載有基于本發明的蝸輪蝸桿副機構的電動助力轉向裝置的示意圖。
[0017]圖2是圖1所示的電動助力轉向裝置的整體結構圖。
[0018]圖3是圖2的3-3線剖視圖。
[0019]圖4是圖2的4-4線剖視圖。
[0020]圖5是對圖4所示的蝸輪和現有的蝸輪進行比較的圖。
[0021]圖6是對圖5所示的現有的蝸輪的改善方案進行說明的圖。
[0022]圖7是用于將圖5所示的現有的蝸輪的齒根形狀定型化的圖。
[0023]圖8是進行圖5所示的現有的蝸輪的齒根形狀的定型化用的模型化的圖。
[0024]圖9是對使圖6所示的滾銑刀的齒頂圓弧中心點變位后的情況下的次擺線曲線進行說明的圖(Shifted Trochoid)。
[0025]圖10是對基于圖9(a)所示的負變位次擺線的包絡線及其作用線進行說明的圖。
[0026]圖11是對基于圖9(b)所示的零變位次擺線的包絡線及其作用線進行說明的圖。
[0027]圖12是對基于圖9(c)所示的正變位次擺線的包絡線及其作用線進行說明的圖。
[0028]圖13是對圖5所示的現有的蝸輪具有的問題點的理由進行說明的圖。
[0029]圖14是通過圖9 (c)所示的正變位次擺線來形成有齒根的齒形的蝸輪的主要部分的放大圖。
[0030]圖15是對蝸桿相對于使用了圖14所示的齒形的蝸輪的嚙合進行說明的圖。
[0031]圖16是對基于圖15所示的蝸桿而修正后的蝸桿與使用了圖14所示的齒形的蝸輪嚙合的狀態進行說明的圖。
[0032]圖17是對圖14所示的蝸輪的嚙合與現有的蝸輪的嚙合進行比較的圖。
[0033]圖18是對圖17所示的嚙合進行詳細比較的圖。
[0034]圖19是說明為了與圖14所示的蝸輪的嚙合相關的性能驗證而進行的實驗的圖。
[0035]圖20是對在圖19中說明的實驗的結果進行說明的圖。
[0036]圖21是對圖5(a)所示的現有的蝸輪的齒形具有的問題進行說明的圖。
[0037]圖22是對圖21所示的蝸輪的齒切削時的滾銑刀的動作進行說明的圖。
[0038]圖23是對圖22所示的滾銑刀的齒頂的動作進行說明的圖。
[0039]圖24是說明為了不產生圖21所示的蝸輪所產生的中間變細的對策進行說明的圖。
[0040]圖25是圖21所示的蝸輪與圖4所示的未根切的蝸輪進行比較的圖。
[0041]圖26是對由圖25(b)所示的正變位次擺線形成的齒根的形狀進行說明的圖。
[0042]圖27是對在圖26中說明的次擺線曲線進行補充的圖。
[0043]圖28是對在圖26中說明的次擺線曲線進一步補充的圖。
[0044]圖29是對圖25所示的蝸輪與蝸桿的嚙合進行說明的圖。
[0045]圖30是對用于形成圖25所示的蝸輪的齒切削工具(滾銑刀)進行說明的圖。
[0046]圖31是對借助圖30所示的滾銑刀來形成的蝸輪的齒形進行說明的圖。
[0047]圖32是對圖5(a)所示的現有的蝸輪(漸開線齒形)的嚙合進行說明的圖。
[0048]圖33是對圖5(b)所示的本發明的蝸輪的嚙合進行說明的圖。
[0049]圖34是圖32的34部放大圖。[0050]圖35是圖33的35部放大圖。
[0051]圖36是對圖35所示的蝸輪的齒形的修正進行說明的圖。
[0052]圖37是對圖36所示的蝸輪的變更例進行說明的圖。
[0053]圖38是對形成圖35所示的蝸輪所需要的滾銑刀的修正量進行說明的圖。
【具體實施方式】
[0054]以下，基于附圖對用于實施本發明的方式進行說明。
[0055]實施例
[0056]根據附圖，將基于實施例的蝸輪蝸桿副機構搭載于電動助力轉向裝置且在車輛中使用該電動助力轉向裝置的例子進行說明。
[0057]如圖1所示，電動助力轉向裝置10由從車輛的方向盤21至車輛的轉向操縱車輪29,29(例如前輪)的轉向系統20、以及向該轉向系統20施加輔助轉矩的輔助轉矩機構40構成。
[0058]轉向系統20中，在方向盤21經由轉向軸22及萬向接頭23、23而連結有小齒輪軸24，在小齒輪軸24經由齒輪齒條機構25而連結有齒條軸26，在齒條軸26的兩端經由左右的橫拉桿27、27及轉向節28、28而連結有左右的轉向操縱車輪29、29。
[0059]齒輪齒條機構25由形成于小齒輪軸24的小齒輪31和形成于齒條軸26的齒條32構成。
[0060]根據轉向系統20，駕駛員對方向盤21進行轉向操縱，由此能夠利用轉向操縱轉矩而經由齒輪齒條機構25及左右的橫拉桿27、27，對左右的轉向操縱車輪29、29進行轉向操縱。
[0061]輔助轉矩機構40是如下的機構:由轉向操縱轉矩傳感器41來檢測施加于方向盤21的轉向系統20的轉向操縱轉矩，基于該轉向操縱轉矩傳感器41的轉矩檢測信號而由控制部42產生控制信號，基于該控制信號而由電動馬達(電動機)43產生與轉向操縱轉矩對應的輔助轉矩，將該輔助轉矩經由蝸輪蝸桿副機構44而傳遞至小齒輪軸24，此外，將輔助轉矩從小齒輪軸24傳遞至轉向系統20的齒輪齒條機構25。
[0062]轉向操縱轉矩傳感器41檢測施加于小齒輪軸24的轉矩，并輸出為轉矩檢測信號，例如由磁偏式轉矩傳感器、扭桿式轉矩傳感器構成。
[0063]根據電動助力轉向裝置10，利用向駕駛員的轉向操縱轉矩施加電動馬達43的輔助轉矩而成的復合轉矩，能夠由齒條軸26對轉向操縱車輪29、29進行轉向操縱。
[0064]如圖2所示，殼體51沿著車寬方向(附圖左右方向)延伸，將齒條軸26收容為能夠沿著軸向滑動。在齒條軸26的從殼體51突出的長邊方向兩端經由球頭節52、52而連結有橫拉桿27、27。
[0065]如圖3所示，電動助力轉向裝置10將小齒輪軸24、齒輪齒條機構25、轉向操縱轉矩傳感器41及蝸輪蝸桿副機構44收納于殼體51，將殼體51的上部開口由上部罩部53堵塞。轉向操縱轉矩傳感器41安裝于上部罩部53。
[0066]殼體51將沿著上下延伸的小齒輪軸24的上部24u、長邊中央部24m及下端部24d借助三個軸承(從上向下依次為第一軸承55、第二軸承56、第三軸承57)而支承為能夠旋轉，此外，安裝電動馬達43，并且具備齒條引導件60。三個軸承55?57皆使用滾動軸承。[0067]齒條引導件60是由從與齒條32相反的一側抵接于齒條軸26的引導部61、以及經由壓縮彈簧62而按壓該引導部61的調整螺栓63構成的齒條按壓機構。
[0068]如圖4所不，電動馬達43安裝于殼體51的側面，且具備橫向的馬達軸(輸出軸)43a。該馬達軸43a在殼體51內延伸，借助軸接頭45而與蝸桿軸46連結。殼體51借助軸承47、48來支承沿著水平延伸的蝸桿軸46的兩端部46a、46b，使得蝸桿軸46能夠旋轉且被限制沿著軸向的移動。兩個軸承47、48皆由滾動軸承構成。
[0069]蝸輪蝸桿副機構44是將電動馬達43產生的輔助轉矩傳遞至小齒輪軸24的輔助轉矩傳遞機構、即增力機構。詳細說明的話，蝸輪蝸桿副機構44由蝸桿70和與該蝸桿70嚙合的蝸輪80構成。以下將蝸輪80簡稱為“輪80”。輪80的中心線CL配置成與蝸桿70的中心線WL大致呈直角。該輪80的中心線CL也是小齒輪軸24的中心線CL。
[0070]蝸桿70是一體形成于蝸桿軸46的金屬產品、例如機械構造用碳鋼鋼材(JIS-G-4051)等鐵鋼產品。輪80的整體或至少齒81的部分為尼龍樹脂等樹脂產品。由于使樹脂產品的輪80與金屬產品的蝸桿70嚙合，因此能夠比較順利地進行嚙合，并且能夠進一步降低噪聲。
[0071]蝸桿70的螺紋牙71 (也就是說齒71)設定為一條。在輪80的外周面在整周范圍內形成有等節距的多個齒81。該輪80被安裝為相對于小齒輪軸24而被限制沿著軸向的相對移動，且被限制相對旋轉。例如，輪80在旋轉方向上借助鋸齒、花鍵而與小齒輪軸24連結，并且在軸向上借助擋圈而安裝于小齒輪軸24。通過使載荷側的輪80與驅動側的蝸桿70嚙合，能夠將轉矩從蝸桿70經由輪80而傳遞至載荷。
[0072]上述的蝸輪蝸桿副機構44謀求各種性能。例如，其中之一舉出嚙合率的提高和高強度化。以下參照【專利附圖】

【附圖說明】詳情。
[0073]首先，對圖21所示的現有的蝸輪蝸桿副機構200進行說明。該蝸輪蝸桿副機構200的蝸輪220的齒形是齒頂為221a、齒底為221c、基圓為301、節圓(嚙合節圓)為302的漸開線齒形。在比基圓301靠外周側的位置處，齒221的厚度成為最大的部位處的齒的厚度為W2。長久以來，為了提高蝸輪蝸桿副機構200的嚙合率且實現高強度化，已知有提高漸開線齒形的輪220的齒高HT的方法。
[0074]然而，當蝸輪220借助滾銑刀而被齒切削加工時，齒根221b被切斷而產生根切。在比基圓301靠輪220的中心側的位置處，齒221的厚度成為最小的部位處的齒的厚度為Wl。如此，由于齒根221b為中間變細，因此齒的厚度Wl比W2小。其結果是，齒221的彎曲強度降低。另外，輪220的齒形成為基圓301附近的部位的曲率半徑小的凸形狀。由于是曲率半徑小的凸形，因此與蝸桿接觸的接觸面積減小。其結果是，嚙合接觸面壓增大。即，當增高漸開線齒形的輪220的齒高HT時，具有招致彎曲強度的降低及面壓強度的降低的傾向。
[0075]如圖22所示，輪220通過滾銑刀(滾銑刀具)230來成形齒形。滾銑刀230的齒231的節距中心231Ce位于線312的部位(節距高度312)。節距中心231Ce的軌跡由線311表示。如該軌跡311所示那樣，滾銑刀230的齒231以在輪220的節圓302滾動的方式移動，從而創建(成形)輪220的齒形。此時，滾銑刀230的齒頂231a挖掉輪220的齒面中的比基圓301靠下部(靠近齒底的一面)的部分。
[0076]如圖23所示，滾銑刀230的齒231的齒頂231a的角部形成為規定的小曲率半徑的圓弧狀。齒頂231a的角部的、圓弧的中心231b的軌跡由線313表示。本申請的
【發明者】獲得通過使圓弧的中心231b進行描繪環那樣的移動而使齒根221的面成形為凹形狀(中間變細形狀)這樣的見解。即，齒頂231a的角部的、圓弧的中心231b的軌跡313在比基圓301靠中心側的位置處描繪環，其結果是，被認為是產生下切現象(根切)的重要因素。從線312到彎曲形狀的中心231b為止的長度為h。將該長度h稱為臂長。
[0077]為了防止上述的下切現象(根切)的產生，如圖24所示，考慮減低滾銑刀230的齒高HTh。通過減低齒高HTh，在比基圓301靠輪220的中心側的位置處，齒頂231a的角部的、圓弧的中心231b的軌跡313 (圓弧的中心231b所描繪的環)變小。因此，變得不易產生下切現象(根切)。然而，當減低滾銑刀230的齒高HTh時，雖然變得不易產生下切現象，但輪220的齒高HT變低。
[0078]返回圖23，再次考慮滾銑刀230的齒231的齒頂231a的角部的、圓弧的中心231b的軌跡313。軌跡313描繪“負變位次擺線曲線”。軌跡313描繪負變位次擺線曲線的理由在于，本申請的
【發明者】認為角部的圓弧的中心231b存在于比節距高度312靠齒頂231a側。即，通過使軌跡313描繪負變位次擺線曲線，滾銑刀230的齒頂231a的角部以在比基圓301靠中心側的位置處描繪環的方式進行齒切削作用。齒根221b的面被滾銑刀230的齒頂231a的角部下切。其結果是，在齒根221b的面產生根切。
[0079]接下來，基于圖25(a)及圖25(b)而對比圖22所示的現有的輪220和圖4所示的實施例的輪80。
[0080]圖25(a)示意性地表示圖22所示的現有的輪220的節圓302和用于對該輪220進行齒切削加工的滾銑刀230的齒231的齒形。滾銑刀230的齒231被表示為比輪220大。現有的滾銑刀230的齒231的齒形為漸開線齒形，且將齒頂231a的角部形成為圓弧狀。圓弧的中心231b相對于滾銑刀230的節線312而位于齒頂231a側(輪220的齒的齒根側)。在該情況下，中心231b的軌跡313描繪負變位次擺線曲線。
[0081]圖25(b)示意性地表示圖4所示的實施例的輪80的節圓112和用于對該輪80進行齒切削加工的滾銑刀90的齒91的齒形。該滾銑刀90的齒91被表示為比輪80大。實施例的滾統刀90的齒91的齒形為漸開線齒形。其中，齒91的齒頂的面91c被修正為曲率半徑大的圓弧狀。這是為了不使該齒頂的面91c的圓弧的中心93(以下，記作“齒頂的面的中心93”。)的軌跡313成為負變位次擺線。具體來說，齒頂的面91c的中心93相對于節線94而位于靠滾銑刀230的中心線(軸線)WL’的位置。由此，齒頂的面的中心93的軌跡313描繪正變位次擺線。即，通過設為正變位次擺線，能夠抑制現有的描繪環那樣的軌跡。
[0082]若總結以上的說明，如下所述。實施例的滾銑刀90的齒91中，至少齒頂的面91c形成為圓弧狀。該齒頂的面91c的圓弧的半徑的中心93位于比滾銑刀90的節線94靠滾銑刀90的中心線(軸線)WL’的位置。
[0083]與輪80嚙合的蝸桿70也優選形成為與滾銑刀90相同的形狀。S卩，蝸桿70的齒71的至少齒頂的面71c形成為圓弧狀。該齒頂的面71c的圓弧的半徑的中心73位于比蝸桿70的節線74靠蝸桿70的中心線(軸線)WL”的位置。
[0084]如圖26所示，實施例的輪80的齒頂的面的中心93的軌跡如由線313表示那樣，描繪正變位次擺線曲線。通過沿著線313 (軌跡313)移動的滾銑刀90而形成的輪80的齒81在齒根81c處形成為未下切的形狀。附圖標記81a是輪80的齒81的齒頂。附圖標記81b是齒81的齒底。[0085]在此，基于圖27及圖28對成為本發明的原理的次擺線曲線進行補充。首先，參照圖27，關于在固定圓401之上滾動的動圓402a，以下述方式求出位于動圓402a內的點(坐標X，Y)的軌跡、即次擺線曲線。需要說明的是，該固定圓401是假定了輪80的節圓的圓。附圖標記402a表示在固定圓401之上滾動的動圓。附圖標記402b表示距離402a規定的距離、在固定圓401之上滾動的動圓。線403表示位于動圓402內的點(X，Y)的軌跡。即，線403是次擺線曲線。Pl是動圓402a中的線403上的點，稱作臂前端。H是從點Pl到固定圓401為止的長度(臂長)。
[0086]參照圖27，關于在固定圓401之上滾動的動圓402，以下述方式求出位于動圓402b內的點(χ，y)的軌跡、即次擺線曲線。
[0087]數1
[0088]
【權利要求】
1.一種蝸輪蝸桿副機構，由蝸桿和與該蝸桿嚙合的蝸輪構成，其特征在于， 所述蝸桿的齒的至少齒頂的面形成為圓弧狀，該齒頂的面的圓弧的半徑的中心位于比所述蝸桿的節線靠所述蝸桿的中心線的位置， 在所述蝸輪的齒切削加工所使用的滾銑刀中，該滾銑刀的齒的至少齒頂的面形成為圓弧狀，該齒頂的面的圓弧的半徑的中心位于比所述滾銑刀的節線靠所述滾銑刀的中心線的位置，該蝸輪借助所述滾銑刀進行齒切削加工， 使所述蝸桿與所述蝸輪嚙合的所述蝸輪蝸桿副機構的漸遠嚙合長度設定得比由漸開線齒形的蝸桿和漸開線齒形的蝸輪構成的蝸輪蝸桿副機構的漸遠嚙合長度大。
2.根據權利要求1所述的蝸輪蝸桿副機構，其特征在于， 所述蝸輪的至少齒由樹脂的成形品構成。
【文檔編號】F16H1/16GK103998821SQ201280059855
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2012年12月3日 優先權日:2011年12月6日
【發明者】田中陽介, 清水康夫 申請人:本田技研工業株式會社