DE3724948A1

DE3724948A1 - Toothed-rack transmission

Info

Publication number: DE3724948A1
Application number: DE19873724948
Authority: DE
Inventors: Manfred Schneeweiss
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1987-07-28
Filing date: 1987-07-28
Publication date: 1989-02-16
Also published as: DE3724948C2

Abstract

In a toothed-rack transmission, in particular a toothed-rack steering gear for motor vehicles, with power-output rods (track rods) coupled to the toothed rack outside the central axis of the toothed rack, in order to avoid interference torques on the toothed rack the power-output or track rods are arranged so as to be capable of pivoting directly or indirectly about the central axis of the toothed rack.

Description

Die Erfindung betrifft ein Zahnstangengetriebe, insbesondere ein Zahnstangen-Lenkgetriebe für Kraftfahrzeuge, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a rack and pinion gear, in particular a Rack and pinion steering gear for motor vehicles, according to the preamble of claim 1.

Insbesondere bei Zahnstangen-Lenkgetrieben in Kraftfahrzeugen bewir ken die an der Zahnstange außermittig angelenkten Spurstangen Dreh momente auf die Zahnstange, die Geräusche und Schwergängigkeiten im Lenkgetriebe verursachen können.In particular with rack and pinion steering gears in motor vehicles Turn the steering rods off-center on the rack moments on the rack, the noises and stiffness in the Can cause steering gear.

Um diese störenden Drehmomente zu eliminieren, ist es beispielsweise aus der DE-PS 31 18 254 bekannt, im Anschlußbereich der Spurstangen an der Zahnstange Gleitsteine zu befestigen, die in einem Gehäuseschlitz des Lenkgetriebes geführt sind. Durch diese Gleitsteine ergeben sich aber unvermeidlich zu sätzliche Reibungskräfte, die sich zu den üblicherweise aufzubrin genden Lenkkräften addieren.To avoid these disturbing torques eliminate, it is known for example from DE-PS 31 18 254, in the connection area of the tie rods on the rack sliding blocks attach that guided in a housing slot of the steering gear are. These sliding blocks inevitably result in additional frictional forces that add up to the usual ones add the steering forces.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei dem gattungsgemäßen Zahnstangenge triebe mit einfachen Mitteln und ohne zusätzliche Reibungskräfte zu erzeugen störende Drehmomente von der Zahnstange fernzuhalten und die Lenkkinematik günstig zu beeinflussen.The object of the invention is in the generic rack and pinion drive with simple means and without additional frictional forces generate disruptive torques to keep away from the rack and to influence the steering kinematics favorably.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentan spruches 1 gelöst. Erfindungsgemäß sind die Abtriebsstangen bzw. Spurstangen um die Zahnstangen-Mittelachse schwenkbar an der Zahn stange angelenkt, so daß trotz ihres gegebenenfalls außermittigen Angriffes die tatsächliche Momentenabstützung durch die Zahnstan gen-Mittelachse verläuft. Störende Drehmomente sind somit ausge schlossen. This object is achieved with the characterizing features of the patent Proverb 1 solved. According to the output rods or Tie rods pivotable on the tooth around the central rack axis rod articulated so that despite its possibly off-center Attack the actual torque support by the tooth rack gene central axis runs. Disturbing torques are thus out closed.

Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind den Patentansprüchen 2 bis 4 entnehmbar. So können die Stangen gemäß An spruch 2 an einem gemeinsamen Reiter angelenkt sein, der drehbar an der Zahnstange angeordnet ist. Unter einem Reiter ist ein Zwischen teil zu verstehen, welches einerseits an der Zahnstange angeordnet bzw. auf dieser drehbar gelagert, andererseits aber mit den Ab triebsstangen verbunden ist. Als Drehlagerung an der Zahnstange kann ein Gleitlager oder ein Wälzlager, vorzugsweise ein kombiniertes Axial- und Radiallager verwendet sein.Advantageous and expedient developments of the invention are the Claims 2 to 4 can be removed. In this way, the poles according to An saying 2 be articulated to a common rider, the rotatable the rack is arranged. There is an intermediate under a tab to understand part, which is arranged on the one hand on the rack or rotatably mounted on this, but on the other hand with the Ab connecting rods is connected. Can be used as a rotary bearing on the rack a plain bearing or a roller bearing, preferably a combined one Axial and radial bearings can be used.

Durch die Merkmale der Ansprüche 3 und 4 werden insbesondere lenk kinematische Vorteile für Zahnstangen-Lenkgetriebe in Kraftfahrzeu gen erzielt. So ergeben sich zwischen wechselseitigem und gleichsei tigem Einfedern der Räder des Kraftfahrzeuges und damit verbundenem Schwenken der Spurstangen sowie beim Einschlagen der Räder bei Kur venfahrt unterschiedliche Drehpole und wirksame Spurstangenlängen, wodurch das Eigenlenkverhalten und das Kurvenlenkverhalten (nach Ackermann) gezielt beeinflußbar sind. Im einzelnen wird dazu auf die nachfolgende Beschreibung eines Ausführungsbeispieles verwiesen.The features of claims 3 and 4 are particularly steering Kinematic advantages for rack and pinion steering gears in motor vehicles gene achieved. So arise between mutual and equal term deflection of the wheels of the motor vehicle and related Swiveling the tie rods and turning the wheels during a cure different pivot poles and effective tie rod lengths, whereby the self-steering behavior and the cornering behavior (after Ackermann) can be influenced in a targeted manner. In particular, this is based on the the following description of an embodiment.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden mit wei teren Einzelheiten näher beschrieben. Die schematische Zeichnung zeigt inAn embodiment of the invention is in the following with white tere details described in more detail. The schematic drawing shows in

Fig. 1 ein Zahnstangen-Lenkgetriebe für Kraftfahrzeuge mit Spurstangen und einem drehbar auf der Zahnstange ge lagerten Reiter; Figure 1 is a rack-and-pinion steering gear for motor vehicles with tie rods and a rotatable on the rack GE rider.

Fig. 2 die Verbindung Zahnstange, Reiter und Spurstange als Einzelheit II der Fig. 1. Fig. 2, the connection rack tab and tie rod as a detail II in FIG. 1.

Die Fig. 1 zeigt schematisch ein Zahnstangen-Lenkgetriebe (10) mit einer verschiebbar in einem Gehäuse (12) gelagerten Zahnstan ge (14) und einem Antriebsritzel (16). Das Antriebsritzel (16) ist über eine Lenksäule (18) mit einem nicht dargestellten Lenk handrad des Kraftfahrzeuges verbunden. Das Zahnstangen-Lenkgetriebe (10) ist bekannter Bauart und deshalb nicht näher beschrieben. Fig. 1 shows schematically a rack and pinion steering gear ( 10 ) with a slidably mounted in a housing ( 12 ) toothed rack ge ( 14 ) and a drive pinion ( 16 ). The drive pinion ( 16 ) is connected via a steering column ( 18 ) to a steering wheel of the motor vehicle, not shown. The rack and pinion steering gear ( 10 ) is of a known type and is therefore not described in detail.

Auf der Zahnstange (14) ist ein Reiter (20) drehbar gelagert. Der Reiter (20) ist mit zwei Spurstangen (22, 24) gelenkig verbunden. Die Spurstangen (22, 24) wirken mit Lenkhebeln (26, 28) einer nicht näher dargestellten Radaufhängung des Kraftfahrzeuges zum Lenken der Räder (29, 31) zusammen. Der Reiter (20) kann wie gezeigt etwa mit tig der Zahnstange (14), er kann aber auch an einem Ende der Zahn stange (14) angeordnet sein. Der Reiter kann innerhalb oder außer halb des Gehäuses (12) an der Zahnstange (14) gelagert sein.A rider ( 20 ) is rotatably mounted on the rack ( 14 ). The rider ( 20 ) is articulated with two tie rods ( 22 , 24 ). The tie rods ( 22 , 24 ) interact with steering levers ( 26 , 28 ) of a wheel suspension of the motor vehicle, not shown, for steering the wheels ( 29 , 31 ). The tab ( 20 ) can, as shown, approximately with tig of the rack ( 14 ), but it can also be arranged at one end of the rack ( 14 ). The rider can be mounted inside or outside the housing ( 12 ) on the rack ( 14 ).

Der Reiter (20) (vgl. Fig. 2) setzt sich im wesentlichen aus einer Büchse (30), einem rotationssymmetrischen Zapfen (32) und einem Auf nahmeteil (34) zusammen. Die Büchse (30) ist über Wälzlager (36, 38) auf der Zahnstange (14) um deren Mittelachse (15) drehbar, aber axial unverschiebbar gelagert. Die Wälzlager sind unmittel bar durch auf der Zahnstange (14) und der Büchse (30) anlaufende Kugeln gebildet; es können jedoch auch axial gesicherte Kugella ger oder Axial- und Radial-Nadellager oder ein Gleitlager verwen det sein.The tab ( 20 ) (see FIG. 2) is composed essentially of a sleeve ( 30 ), a rotationally symmetrical pin ( 32 ) and a receiving part ( 34 ). The bushing ( 30 ) can be rotated about roller bearings ( 36 , 38 ) on the rack ( 14 ) about its central axis ( 15 ), but is axially immovable. The rolling bearings are formed immediately by bar on the rack ( 14 ) and the bush ( 30 ) balls; However, axially secured Kugella ger or axial and radial needle bearings or a plain bearing can be used.

Der an die Büchse (30) angeformte Zapfen (32) erstreckt sich quer zur Zahnstangen-Mittelachse (15) und trägt über ein Gummilager (40) begrenzt elastisch drehbar, jedoch axial unverschiebbar durch eine Schraubenmutter (42) und Beilagscheibe (44) gehalten, das Aufnahmeteil (34). An dem Aufnahmeteil (34) sind die Spurstangen (22, 24) über Gummilager (46, 48) angelenkt. Dazu sind in Lager augen (50, 52) des Aufnahmeteiles (34) ringförmige Gummiblöcke (Silentblocks) eingepreßt, die von metallischen Hülsen (54, 56) durchsetzt sind. Die Hülsen (54, 56) sind durch Schrauben (58) mit den Spurstangen (22, 24) verschraubt. Dies ergibt eine karda nische Verbindung mit Gelenkachsen, die quer zur Mittelachse (15) der Zahnstange (14) und quer zur Mittelachse (35) des Zapfens (32) verlaufen. The spigot ( 32 ) formed on the bush ( 30 ) extends transversely to the central rack axis ( 15 ) and, via a rubber bearing ( 40 ), can be rotated with limited elasticity, but is held axially immovably by a screw nut ( 42 ) and washer ( 44 ), the receiving part ( 34 ). The tie rods ( 22 , 24 ) are articulated on the receiving part ( 34 ) via rubber bearings ( 46 , 48 ). For this purpose, ring-shaped rubber blocks (silent blocks), which are penetrated by metallic sleeves ( 54 , 56 ), are pressed into the bearing eyes ( 50 , 52 ) of the receiving part ( 34 ). The sleeves ( 54 , 56 ) are screwed to the tie rods ( 22 , 24 ) by screws ( 58 ). This results in a cardanic connection with hinge axes that run transversely to the central axis ( 15 ) of the rack ( 14 ) and transversely to the central axis ( 35 ) of the pin ( 32 ).

Im Gehäuse (12) des Zahnstangen-Lenkgetriebes (10) ist ein Schlitz (60) ausgebildet, durch den hindurch sich der Zapfen (32) aus dem Gehäuse (12) heraus erstreckt. Der Schlitz (60) ist in nicht darge stellter Weise durch einen Faltenbalg abgedichtet.A slot ( 60 ) is formed in the housing ( 12 ) of the rack and pinion steering gear ( 10 ), through which the pin ( 32 ) extends out of the housing ( 12 ). The slot ( 60 ) is sealed in a manner not shown by a bellows.

Von den Spurstangen (22, 24) ausgehende Störkräfte oder Reaktions kräfte aus den Lenkkräften können trotz der außermittigen Anlenkung der Spurstangen (Mittelpunkte 65) kein störendes Drehmoment auf die Zahnstange (14) ausüben. Vielmehr werden die Momente in gedachter Verlängerung der Spurstangenlängsachse in der Zahnstangenmittelachse (15) wirksam. Diese Drehpole (62) definieren auch beim gleichsinni gen Einfedern der Räder des Kraftfahrzeuges die wirksamen Spurstan genlängen; dabei verdreht sich der Reiter (20) entsprechend dem Win kelversatz der Spurstangen (22, 24) um die Zahnstange (14). Beim wechselseitigen Einfedern der Räder (z. B. Rollneigung in Kurven) wird das Aufnahmeteil (34) um den Zapfen (32) entsprechend dem entgegengerichteten Winkelversatz der Spurstangen (22, 24) ver dreht, wobei nunmehr der Drehpol (64) der Spurstangen in der Mit telachse (35) des Zapfens (32) liegt.From the tie rods ( 22 , 24 ) emanating interference or reaction forces from the steering forces can exert no disturbing torque on the rack ( 14 ) despite the eccentric articulation of the tie rods (center points 65 ). Rather, the moments in the imaginary extension of the tie rod longitudinal axis become effective in the rack central axis ( 15 ). These pivot poles ( 62 ) also define the effective track length when the wheels of the motor vehicle are deflected in the same direction; the rider ( 20 ) rotates according to the win kelversatz the tie rods ( 22 , 24 ) around the rack ( 14 ). When the wheels reciprocate (e.g. curling in curves), the receiving part ( 34 ) is rotated around the pin ( 32 ) according to the opposite angular offset of the tie rods ( 22 , 24 ), with the turnstile ( 64 ) of the tie rods now With the central axis ( 35 ) of the pin ( 32 ).

Darüberhinaus bilden die Achsen (Mittelpunkte 65) der Spurstangen gelenke die Drehpole der Spurstangen beim Lenken. Es ist klar ersichtlich, daß durch die unterschiedlichen Drehpole (62, 64, 65) der Spurstangen günstige lenkkinematische Eigenschaften im Zusammenwirken Lenkgetriebe, Radaufhängung verwirklichbar sind. Beispielsweise sind bei einer Radaufhängung mit McPherson-Feder beinanordnung und relativ hoch liegenden Lenkhebeln (26, 28) lan ge Spurstangen von Vorteil, um Eigenlenkbewegungen beim gleich sinnigen Durchfedern der Räder zu vermeiden (Drehpole 62!). Beim wechselseitigen Einfedern (Rollneigung in Kurven) kann eine geziel te Eigenlenkung erwünscht sein, was durch kürzere, wirksame Spur stangenlängen erreichbar ist (Drehpole 64). Noch kürzere Spurstan gen können zur Verwirklichung eines definierten Lenkverhaltens nach Ackermann (Radeinschlagswinkeldifferenzen zwischen jeweils kurveninnerem und kurvenäußerem Rad) angezeigt sein (Drehpole 65). Ferner kann ggf. auch der Zapfen (32) gegenüber der Zahnstange (14) höher oder tiefer gelegt werden, was ebenfalls eine Beein flussung der Spurstangenlage ermöglicht. Es ist klar ersichtlich, daß diese unterschiedlichen Drehpole durch konstruktive Änderun gen in begrenztem Maße verschiebbar sind und somit die Lenkkine matik und die Radführung des Kraftfahrzeuges günstig beeinfluß bar ist.In addition, the axes (center points 65 ) of the tie rods form the pivot poles of the tie rods when steering. It can be clearly seen that the different turning poles ( 62 , 64 , 65 ) of the tie rods make it possible to achieve favorable steering-kinematic properties in the interaction of the steering gear and wheel suspension. For example, in a wheel suspension with McPherson strut assembly and relatively high steering levers ( 26 , 28 ), long tie rods are advantageous to avoid self-steering movements with the same sensible spring deflection (rotating poles 62 !). With mutual deflection (tendency to curl in curves), targeted self-steering may be desirable, which can be achieved by using shorter, effective track rod lengths (rotating poles 64 ). Even shorter tie rods can be displayed to achieve a defined steering behavior according to Ackermann (wheel lock angle differences between the inside and outside wheel) (pivot poles 65 ). Furthermore, the pin ( 32 ) relative to the rack ( 14 ) can be placed higher or lower, which also allows a influencing of the tie rod position. It is clearly evident that these different pivot poles can be moved to a limited extent by constructive changes and thus the steering kinematics and the wheel guidance of the motor vehicle can be influenced in a favorable manner.

Claims

1. Rack and pinion gear, in particular rack and pinion steering gear for motor vehicles, with driven rods (tie rods) articulated on the rack outside the central rack axis, characterized in that the bars ( 22 , 24 ) are directly or indirectly around the central rack axis ( 15 ) are arranged pivotably.

2. Rack and pinion gear according to claim 1, characterized in that the rods ( 22 , 24 ) are hinged to a common rider ( 20 ), which rider ( 20 ) is rotatably mounted on the rack ( 14 ).

3. Rack and pinion gear according to claims 1 and 2, characterized in that the rider ( 20 ) has a substantially transversely to the rack ( 14 ) aligned pin ( 32 ) on which a receiving part ( 34 ) for the rods ( 22 , 24 ) is rotatably mounted.

4. Rack and pinion gear according to claims 1 to 3, characterized in that the rods ( 22 , 24 ) on the receiving part ( 34 ) are pivoted about substantially transverse to the axis of rotation ( 35 ) lying axes ( 65 ).