CN102287503A

CN102287503A - 旋转直动转换机构

Info

Publication number: CN102287503A
Application number: CN2011101593848A
Authority: CN
Inventors: 冈本良雄; 平工贤二; 坪野勇
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2010-06-15
Filing date: 2011-06-14
Publication date: 2011-12-21
Anticipated expiration: 2031-06-14
Also published as: US8573088B2; US20110303030A1; JP5345587B2; JP2012002264A; CN102287503B

Abstract

本发明的目的在于抑制旋转直动转换机构中的啮合部位以外的干扰，实现转换机构的高效率化，提高可靠性。本发明的一种旋转直动转换机构，其特征在于，备有：齿杆(1)，在外周面具有螺纹部；保持部件(3)，设在所述齿杆的外周，设置成相对于所述齿杆能够旋转并能够在轴方向上移动；以及公转辊(21)，能够旋转地支承在所述保持部件上，在其外周面具有与所述螺纹部啮合的环形槽，并且该公转辊相对于所述齿杆的中心轴，以所述环形槽与设在齿杆上的所述螺纹部啮合的轴交角扭转地配置，所述螺纹部与所述环形槽的啮合部位中的所述螺纹部的所述环形槽的相接面是在半径方向上曲率不同的凸曲面。

Description

旋转直动转换机构

技术领域

本发明涉及旋转直动转换机构，特别涉及抑制啮合部中的干扰、提高可靠性的旋转直动转换机构。

背景技术

作为使运动方向在旋转运动与直线运动之间相互转换的旋转直动转换机构，知道如下的旋转直动转换机构，该旋转直动转换机构备有：在外周面上设有螺纹部的齿杆；相对于齿杆可旋转并可进行轴向移动地设置的保持部件；以及公转辊，可旋转地支承在该保持部件上，在其外周面上具有与上述螺纹部啮合的环状槽，以等于或大于螺纹部的螺纹升角的轴交角，相对于齿杆的中心轴扭转地配置着。

在该机构中，使螺纹部与环状槽的啮合部位中的两相接平面，与公转辊的中心轴正交，使啮合部位相互成为曲面，从而可抑制啮合设定部位以外的干扰，可以产生大的推力(见专利文献1)。

现有技术

专利文献1：日本专利特开2007-120659号公报

发明内容

发明要解决的课题

上述文献中，揭示了将螺纹部与环状槽的啮合部位做成为曲面。但是，并没有述及其详细的形状。如果仅仅将啮合部位做成为曲面，例如当大的荷载作用在机构上时，啮合部位会产生变形，接触面的面积增加(多点接触)，由此引起打滑，使转换效率降低。另外，一旦发生了打滑，则啮合面产生毛糙，更容易引起打滑。

本发明是鉴于这些问题而作出的，其目的是抑制旋转直动转换机构中的啮合设定部位以外部位的干扰，实现转换机构高效率化，提高可靠性。

解决课题的技术方案

为了解决上述课题，本发明采取以下技术方案。

本发明的旋转直动转换机构，其特征在于，备有：齿杆，在外周面具有螺纹部；保持部件，设在所述齿杆的外周，设置成相对于所述齿杆能够旋转并能够在轴方向上移动；以及公转辊，能够旋转地支承在所述保持部件上，在其外周面具有与所述螺纹部啮合的环形槽，并且该公转辊相对于所述齿杆的中心轴，以所述环形槽与设在齿杆上的所述螺纹部啮合的轴交角扭转地配置，所述螺纹部与所述环形槽的啮合部位中的所述螺纹部的所述环形槽的相接面是在半径方向上曲率不同的凸曲面。

发明效果

本发明由于具有以上构造，所以能抑制旋转直动机构中的啮合部位以外的干扰，实现转换机构高效率化，提高可靠性。

附图说明

图1是说明本发明第1实施方式的旋转直动转换机构的图。

图2是表示图1中的A-A剖面的图。

图3是表示图2中的B-B剖面的图。

图4是齿杆螺纹部的放大图。

图5是表示齿杆螺纹部的详细形状的图。

图6是表示齿杆螺纹部的详细形状的图。

图7是表示荷载与转换效率的关系的图。

图8是表示荷载与微小变形(承受面的面积变化)的关系的图。

图9是表示第2实施方式的图。

图10是表示用于电动助力转向装置的例子的图。

附图标记的说明

1：齿杆，1a：齿杆螺纹牙，1a1：左齿杆螺纹牙齿侧面，1a2：右齿杆螺纹牙齿侧面，1d：齿杆轴，21：公转辊，21d：公转辊轴，21a：公转辊槽(环形槽)，3：保持部件，3a：左保持部件，5f1、5f2：径向轴承，6：推力轴承，8：锥形卡圈，10：金属轴承。

具体实施方式

下面，参照附图说明实施方式。先参照图1至图8说明本发明的旋转直动转换机构。

图1是说明本发明第1实施方式的旋转直动转换机构的纵剖面图。图2是相对图1所示的旋转直动转换机构将视角转换90度时(从图1的上部往下看时)的纵剖面图(图1中的A-A剖面)。另外，图3是表示公转辊与保持部件的关系的剖面图(图2中的B-B剖面)，是啮合部的详细图。另外，图4是齿杆螺纹部的放大图。另外，图5至图6是表示作为本发明中的啮合面的齿杆螺纹部的详细形状的图。另外，图7是表示荷载与转换效率的关系的图，图8是表示荷载与微小变形(承受面的面积变化)的关系的图。

首先说明本实施方式的旋转直动转换机构的构造。首先，参照图3说明形成旋转直动转换机构的多个公转辊21与保持器3的关系。如图3所示，公转辊21位于辊轴4的中间部。并且，在该辊轴4的外周面与设在该外周的公转辊21的内周面之间，设置有径向轴承5(公转辊径向轴承5f1、5f2)。另外，支承公转辊21的推力轴承6(公转辊推力轴承)，插入在公转辊21与辊轴4的大径部之间。另外，辊轴4的右端部插入在保持器3的凹形承受面部，用螺母7固定着。

在公转辊21的左侧，辊轴4和定位用(调芯用)的锥形卡圈8，插入在设在左保持器端板3a的插入孔内。辊轴4的左端，通过上述锥形卡圈8，用螺栓9固定在左保持器端板3a上。另外，10是压入固定在保持器3内的金属轴承。

如上所述，可将扭转配置的多个公转辊21装入保持器3内。这样，形成了保持器组件，该保持器组件把轴支撑的公转辊21的两端的保持器端板3、3a连接起来。

在该保持器组件中，如图2所示，公转辊21的中心轴(公转辊轴)21d，以齿杆螺纹牙1a(见图4)的螺纹升角左右的轴交角，相对于齿杆1的中心轴(齿杆轴)1d扭转地配置。上述轴交角，如后所述，取决于齿杆1a的螺纹牙的面、和与其啮合的公转辊21的环形槽21a的面的设定。

上述公转辊的环形槽的机构组装时的轴方向位置，由各公转辊21的错开量、公转辊推力轴承6的厚度、固定该推力轴承6的辊轴4的安装部位的轴方向位置等决定。因此，如果仅仅使这些尺寸或安装位置高精度化，确保包括公转辊21的环形槽的机构组装时的轴方向位置精度是困难的(困为有误差的重叠)。

因此，在本实施方式中，把公转辊21和保持器3的安装部位作为公转辊21的安装螺纹，转动设有该螺纹的公转辊推力轴承6，可调节公转辊21的轴方向位置。

这样，把齿杆1拧入由公转辊21和保持部件3构成的保持器组件中，使齿杆螺纹牙1a与公转辊环形槽21a啮合。然后，通过调节各公转辊21的轴方向位置，可容易地使齿杆1旋转。

这里，将公转辊21旋转支承的轴承，可以是具有径向轴承和推力轴承功能的角接触球轴承或圆锥滚子轴承。另外，上述轴承可以是多列角接触球轴承。另外，也可以是具有调芯性的轴承，这时，可以降低轴承安装精度。另外，在上述的组装时，将润滑脂适当地流入构成部件之间。

下面，说明成为啮合部位的公转辊21的环形槽面21a和齿杆1a的螺纹牙的面形状的制作方法(参照图4～图8)。

图4中，把螺纹牙的左侧的面作为左齿杆螺纹牙齿侧面1a1，把右侧的面作为右齿杆螺纹牙齿侧面1a2。另外，把与它们啮合的公转辊21的环形槽21a的啮合面中的作为与左齿杆螺纹牙齿侧面1a1啮合的左侧的面(看齿杆螺纹时，是同样的视角)，称为左公转辊环形槽面21a1，把另一方称为右公转辊环形槽面21a2。

这些公转辊环形槽21a面，在下面的说明中，在不混淆的情形下，只对特定的环形槽进行说明。关于其它环形槽的说明，与在此说明的内容相同。

首先，对每个螺纹的齿侧面，设置啮合设定平面，在其各个面上，定义断面线。啮合设定平面，是与通过齿杆轴1d的平面平行、并离开一定距离的面。

本实施方式的螺纹，由于具有左齿杆螺纹牙齿侧面1a1和右齿杆螺纹牙齿侧面1a2这两个面，所以通常要定义二个面的啮合设定平面。

另外，本实施方式中，设为两啮合设定平面的距离为0。其结果，二个啮合设定平面缩减成为一面。把该缩减的啮合设定平面设为啮合设定平面A。

接着，如图5所示，在啮合设定平面A上，描绘与决定机构的减速比例的齿杆1的螺纹牙的螺纹升角具有相同的周期的齿杆1的螺纹牙断面线β(严格地说只是纵线部，把左侧的线称为β1，把右侧的线称为β2)、和与其接触的公转辊21的环形槽断面线γ(严格地说只是纵线部，把左侧的线称为γ1，把右侧的线称为γ2)。β1和γ1都是曲线，在本实施方式中，呈凸状地与平面接触，其切点中的共同切线与齿杆轴1a垂直。对于线β2和γ2也同样。

这里，所设定的线β和γ的切点P1、P2是公转辊21的环形槽面与齿杆1的螺纹牙齿侧面啮合的点。

创造(制作)齿杆1的螺纹牙齿侧面时，通过使左齿杆1的螺纹牙断面线β1沿着左齿杆螺纹螺线刮模(磨削)，可制作左齿杆螺纹牙齿侧面1a1。

同样地，使右齿杆1的螺纹牙断面线β2沿着右齿杆螺纹螺线刮模，可制作出右齿杆螺纹牙齿侧面1a2。

另外，用不朝上凸的线(也可是直线)，连接线β1和β2的下端，使该线沿着螺线刮模，由此可制作出螺纹槽底面。结果，左齿杆螺纹牙齿侧面1a1和右齿杆螺纹牙齿侧面1a2整体上是螺旋面，在啮合部位附近，即使是局部的任意朝向的断面，也成为不具有负曲率的圆筒侧面的形状。即，成为凸曲面(最小主曲率充其量为0、不成为负值的面)。

另外，本实施方式中，即使辊环形槽断面线是周期性的线，各环形面形状，也因距辊轴最接近点的距离不同而各不相同。即，本实施方式中，如图6所示，从啮合区域A(图6的11a部，在螺纹牙的右或左形成的、构成与环形槽的切点的微小宽度区域)到非啮合区域B(11b)，以任意角度(例如约10度)，加深螺纹牙侧面的倾斜，实施所谓的根切。

这样，优选使非啮合区域B(11b)的曲率大于啮合区域A(11a)的曲率。

另外，优选将外周侧的曲率和内周侧的曲率(非啮合区域B)制作得分别与啮合区域A(11a)的曲率不相同。

另外，优选将啮合区域A(11a)的曲率和非啮合区域B(11b)的曲率制作得不连续。

图7是表示荷载与转换效率的关系的图。图8是表示荷载与微小变形(承受面的面积变化)的关系的图。

如图7所示，随着荷载的增加而发生的转换效率的降低比已往例中的数10％极其小。其原因是，如图8所示，承受面的面积增加受到抑制，不受荷载增加的影响，所以可抑制发生啮合部位中的打滑(由多点接触引起)。

另外，在啮合部位，摩擦力朝着无相对打滑的方向、即整体运动的方向作用。借助该摩擦力，引起公转辊21以公转辊环形槽21a在齿杆1的螺纹牙的轨道上滚转方式的自转。这里，重要的是，即使公转辊21自转，在啮合部位，公转辊槽21a也不在轴方向移动。这是因为公转辊槽21a不是螺纹，而是环形槽的缘故。

这样，公转辊21自己抑制自转速度，使得在全啮合部位的摩擦的和减低，所以损失变小。

下面，说明啮合部位处的动作。如前所述，齿杆1与公转辊21啮合。啮合的面有左右二个系统，由于其啮合状况相同，所以这里只说明左齿杆螺纹牙齿侧面1a1与左公转辊环形槽面21a1的啮合。

参考图5可知，啮合部位是左螺纹牙断面线β1与环形槽断面线γ1的切点。换言之，其制作方法是，把通过啮合部位的螺纹牙齿侧面上的螺线、和公转辊轴21d，朝着公转辊轴21d和齿杆轴1d的共同垂线方向投影时，啮合部位投影点处的螺线投影线的切线与公转辊中心轴投影线正交的地设定上述啮合部位，在与上述齿杆轴1d和上述共同垂线平行的、通过上述啮合部位的啮合设定平面上的上述啮合部位，以凸面相接，该切点中的切线与上述共同垂线成为同一方向地设定二根断面线β1和γ1，其中，使β1线沿上述啮合螺线刮模，把制作出的面作为齿杆1的螺纹牙齿侧面，使γ1线以上述公转辊轴为中心旋转，把制作出的面作为公转辊环形槽面。

通常，即使形成螺纹面的断面线是直线，由于螺纹面的最小主曲率是负值(成为凹的方向存在于面内)，所以存在着啮合设定部位以外的干扰的危险性。本实施方式中，啮合设定部位附近的啮合面的局部形状形成为圆筒侧面(最小主曲率是0，不是负值)。另外，使得啮合设定部位中的两者的母线方向(绘制啮合面的各直线的方向：图6中C方向)大致一致。因此，可以抑制赫兹应力的增大，抑制在啮合设定部位以外的意外的干扰。因此，可以高精度地把握啮合状态，提高可靠性。

下面，参照图9说明本发明的第2实施方式。本实施方式中，齿杆1的螺纹牙是3条螺纹。另外，在保持器3中，以等间隔配置了6个公转辊21。公转辊21的环形槽21a的轴方向设定位置有2种，所以将公转辊分成2组，相互错开地组装。

图9是表示啮合设定平面中的辊和齿杆1的断面图。除了齿杆的左侧面30的断面是直线这一点外，其余与第1实施方式相同，所以省略说明。

本实施方式的旋转直动转换机构是承受单边荷载的构造，用于叉车那样的物件运送机械时尤为有效。提升时承受荷载，下降时无荷载。为此，在辊环形槽的侧面，有大的间隙。

另外，本发明中，用马达作为旋转驱动源，作为对上述齿杆1付与直动的助推力的齿条助推机构107，适合用于电动助力转向装置。

图10是表示将本发明用于电动助力转向装置的例子的图。图10表示在汽车上作为当前主流的阻力转向装置，是齿轮齿条式的转向机构，其主要构成要素有：方向盘101、作为其旋转轴的转向柱102、设在其下端的小齿轮103、具有与小齿轮103啮合的齿条的齿杆1(也可将该杆本身称为齿条，但本发明中称为齿杆)、与其两端连接并在另一端操作操舵轮106的连结杆105。

由于具有上述构造，驾驶员转动方向盘101时，转向柱102旋转，下端的小齿轮103旋转。小齿轮103旋转时，借助与其啮合的齿条，齿杆1在轴方向直线运动，与其相连的连结杆105动作，由此进行转舵。助力转向装置是助推这些构成要素中的任一个，而降低驾驶员转动方向盘101的力的系统。

近年来，该助力转向装置成为汽车上不可缺少的装备。尤其是最近，与汽车整体类似地，在助力转向装置中，电动助推方向也成为主流而取代了已往的油压助推方式，这有利于节能。

如上所述，本发明的实施方式，具有以下优点。

1.在公转辊21的中央，设置与保持器3一体化的中心轴(辊轴4)，把已往配置在辊两端的径向轴承配置在辊的内侧。因此，可以使机构的全长小型化。

这样，在部件组装水平的辊组件制作时，可以设置推力轴承和要求配置姿势的高精度的全轴承，组装调节容易。

2.在保持器单元的一方，设置用于插入公转辊21的扭转配置的孔，在保持器块的另一方，一体地构成保持器直结部和端板，这样，可以消除无用空间，实现小容积化。另外，可以抑制封入的润滑脂飞溅，可减少润滑脂的封入量。

3.每一个公转辊1上的环形槽数减少为3个，可缩短辊的长度，使机构的全长小型化。另外，可配置在齿杆螺纹轴1d周围的辊的数目，增加到最大数(6个)，确保槽的总数，不需要辊的热处理，实现低成本化。

另外，由于齿杆的左侧面的形状简单，所以，可用滚轧法等进行通常加工，可减低制作成本。另外，公转辊侧的对应面，间隙大，可以设为非接触。因此，可更加减少制作成本。另外，由于可提高重要的环形槽彼此之间的间隔精度，所以可减少啮合部的损失，提高机构效率。

Claims

1.一种旋转直动转换机构，其特征在于，备有：

齿杆，在外周面具有螺纹部；

保持部件，设在所述齿杆的外周，设置成相对于所述齿杆能够旋转并能够在轴方向上移动；以及

公转辊，能够旋转地支承在所述保持部件上，在其外周面具有与所述螺纹部啮合的环形槽，并且该公转辊相对于所述齿杆的中心轴，以所述环形槽与设在齿杆上的所述螺纹部啮合的轴交角扭转地配置，

所述螺纹部与所述环形槽的啮合部位中的所述螺纹部与所述环形槽的相接面是在半径方向上曲率不同的凸曲面。

2.如权利要求1所述的旋转直动转换机构，其特征在于，

所述相接面的曲率被设定为在所述螺纹部的相接面中的啮合区域小，在内周侧大。

3.如权利要求1所述的旋转直动转换机构，其特征在于，

所述相接面的啮合区域的曲率和所述啮合区域的内周侧的曲率是不连续的。

4.一种旋转直动转换机构，其特征在于，备有：

齿杆，在外周面具有螺纹部；

只有所述螺纹部与所述环形槽的啮合部位中的所述螺纹部与所述环形槽的相接面的一方被设为在半径方向上曲率不同的凸曲面。

5.如权利要求4所述的旋转直动转换机构，其特征在于，

作用在所述齿杆与保持部件间的荷载的方向是所述螺纹部的一方相接面和环形槽压接的方向。

6.如权利要求4所述的旋转直动转换机构，其特征在于，

所述一方的相接面的曲率被设定为在所述螺纹部的相接面中的啮合区域小，在内周侧大。

7.如权利要求1所述的旋转直动转换机构，其特征在于，

8.一种旋转直动转换机构的制造方法，该旋转直动转换机构备有：

齿杆，在外周面具有螺纹部；

所述旋转直动转换机构的制造方法的特征在于，

将所述螺纹部和所述环形槽的啮合部位中的螺纹牙断面线的曲率设定为，与啮合部位附近相比，在所述螺纹部的内周侧大，使该断面线沿着齿杆的螺纹螺旋刮模而进行磨削，由此形成齿杆的螺纹部。