CN100473874C - 滚珠丝杠传动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种滚珠丝杠传动装置，包括一个设置在滚珠丝杠(2)上的丝杠螺母(1)，它们共同限定两个轴向依次设置的滚珠通道(3)，其分别具有负载区段(5)和无负载的转向区段(6)，该负载区段由滚珠槽(7、8)构成，负载区段与该转向区段的两个端部连接，在转向区段的两个端部之间的角小于180度，转向区段具有两个彼此连接且设有端部的臂(9)，各臂彼此成角度地设置。丝杠螺母具有一个空心的螺母部分和两个转向件，该螺母部分具有滚珠槽。两个转向件在圆周侧上有空隙地设置在螺母部分的外圆周上，两个转向件在两个圆周方向上设置成彼此相对有空隙，所述空隙径向彼此对置地设置，螺母部分在其外圆周上在空隙区域中构成为支承面。

Description

滚珠丝杠传动装置
技术领域
本发明涉及一种滚珠丝杠传动装置，滚珠丝杠传动装置属于回转-平移传动机构(Rot-Transgetriebe)，在该回转-平移传动机构中能够将旋转的运动转化为移动的运动。这种滚珠丝杠传动装置也在汽车领域中越来越多地采用，例如作为用于齿条转向装置的转向支持装置的组成部分。在这种情况下设置一个电动的驱动装置，其中由马达驱动的滚珠丝杠传动装置支承齿条的移动运动。
背景技术
例如由DE 103 12 228 A1已知一种滚珠丝杠传动装置，其中在滚珠丝杠上设置一个丝杠螺母。滚珠丝杠与丝杠螺母共同构成一个用于滚珠连续环绕运动的连续的滚珠通道。该滚珠通道包括一个螺旋形地围绕滚珠丝杠的轴线的负载区段。该负载区段通过在丝杠螺母和在滚珠丝杠上构成的滚珠槽限定。另外该滚珠通道包括一个无负载的转向区段，负载区段用其端部与该转向区段的两个端部连接。滚珠在负载下滚过负载区段，由负载通道滚出并且经过转向区段，以便最后再次滚入负载区段。以这样的方式保证滚珠的连续环绕运动。
转向区段具有两个彼此平行设置的臂，在所述臂之间设置滚珠丝杠。两个臂通过一个连接区段彼此连接。在各臂与连接区段之间构成一个约90°的转向角。两个臂的自由端与连续的滚珠通道的负载区段连接。两个臂大致相切地与滚珠丝杠的滚珠槽连接，使得滚珠尽可能无冲击地由负载区段滚入到转向区段。在其通过转向区段的路径上滚珠两次分别以90°进行转向。滚珠的转向导致局部的加速和摩擦损失。以这样的方式可能不期望地提高通过连续滚珠通道的滚珠的所谓的推动力(Durchschiebekraft)。另外局部出现的加速度会引起干扰的运行噪音。
发明内容
本发明的目的是提出一种滚珠丝杠传递装置，其中滚珠的推动力通过连续的滚珠通道降低。
按本发明该目的如下解决，即提出一种滚珠丝杠传动装置，包括一个设置在滚珠丝杠上的丝杠螺母，该丝杠螺母与滚珠丝杠共同限定两个用于滚珠的连续环绕运动的轴向依次设置的连续的滚珠通道，其中所述两个滚珠通道分别具有一个负载区段和一个无负载的转向区段，该负载区段由丝杠螺母和滚珠丝杠的、螺旋形地围绕滚珠丝杠的丝杠轴线的滚珠槽构成，负载区段与该转向区段的两个端部连接，在转向区段的两端之间的、在滚珠丝杠的轴线上测量的角小于180度，其中转向区段具有两个一方面彼此连接且另一方面设有端部的臂，所述臂彼此成角度地设置；即各臂不是彼此平行地设置，并且丝杠螺母具有一个空心的螺母部分和两个设置在螺母部分的外圆周上的、构成两个在径向上彼此对置地设置的转向区段的转向件，该螺母部分具有各负载区段的在螺母部分的内圆周上构成的滚珠槽，其中，两个转向件在圆周侧上有空隙地设置在螺母部分的外圆周上，并且两个转向件在两个圆周方向上设置成彼此相对有空隙，其中所述空隙径向彼此对置地设置，其中，螺母部分在其外圆周上在空隙区域中构成为支承面。该角可以位于100度至170度的范围内。首先如在已知的现有技术中一样保证转向区段大致相切地与滚珠丝杠的滚珠槽连接。但是在已知的滚珠丝杠传递装置中在平行的臂的端部之间的所述角α为180度，而在按本发明的具有小于180度角的结构中，两个臂彼此成角度地设置的臂结构是可能的。在已知的滚珠丝杠传动装置中实现各90度的两次受影响的转向，而按本发明在最佳的情况下在转向区段中的滚珠得到一个保持不变的加速，这是当各臂和将其连接的连接区段设有恒定的曲率时的这种情况。但是即使在连接区段的区域内有一个后果为局部加速的曲率变化，滚珠也仅得到一次加速，而在讨论的现有技术中滚珠两次加速。
任何情况下在按本发明的滚珠丝杠传递装置中各臂不是彼此平行地设置而是优选彼此成V形设置。在转向区段内的滚珠轨迹至少近似构成样条形的。有利地滚珠总是相切地且曲率连续地在滚珠轨迹上引导，而不产生加速尖峰；即使在滚珠轨迹的曲线中发生方向变化，关于滚珠运动也不会有明显的多边形效应。
另外小于180度的角允许在转向区域中的用于滚珠的较短的滚珠轨迹，以便继续降低推动力。
按本发明，滚珠丝杠传递装置具有两个轴向依次设置的连续的滚珠通道，其中两个转向区段径向彼此对置地设置。在这种结构中尤其有利的是，在转向区段的两个端部之间的角小于180度。因为在这种情况下保证，在每个位置角度下(在丝杠轴线上确定)滚珠能够在滚珠丝杠与丝杠螺母之间传递负载。在具有180度转向的开头提及的已知的滚珠丝杠传递装置中在径向彼此对置地设置的转向区段中提出这样的问题，两个转向区段的端部通入到共同的包含丝杠轴线的平面内，即相互重叠。这意味着两个连续的滚珠通道的各最后一圈的滚珠在所述平面中不能传递负载。存在一个承载空洞(Tragloch)。
更确切地说，按本发明两个滚珠通道的各最后一圈以其负载区段彼此相交，以便得到传递负载的区段的期望的重叠。
在一种特别优选的按本发明的进一步方案中，在转向区段的端部之间的角在140至150度之间。在具有径向对置的转向部的两个滚珠链(Kugelkette)的提及的结构中以这样的方式确保，总是进行完整的滚珠环绕运动并且从而不产生承载空洞。另外保证，通过在其长度上减小的转向部降低在转向区段中的推动力。
当各转向区段彼此径向对置地设置时，丝杠螺母具有一个空心的螺母部分，在该螺母部分的内圆周上构成各负载区段的滚珠槽。然后构成两个转向区段的转向件设置在该螺母部分的外圆周上，所述转向件在螺母部分的外圆周上设置成在圆周侧上彼此相对有空隙。所述空隙结构通过小于180度的按发明设置的角而成为可能。从而在140至150度之间的优选的角度范围中，沿圆周方向朝两侧在两个转向件之间各安置一个空隙。
另外，如果丝杠螺母应该支承在壳体中，或应该与一个驱动轮连接，建议螺母部分在其外圆周上在空隙区域中构成为支承面。在这种情况下驱动轮的合适成型的壳体凸缘或轮毂支持在支承面上。另外如果驱动轮应该抗旋转地与丝杠螺母连接，那么该驱动轮可以设有嵌入到空隙中的轮毂区段，以便驱动轮完全支持且支承在丝杠螺母上。
一种尤其轻重量的且节省空间的结构方式设定，驱动轮具有一个驱动齿圈，该驱动齿圈与轮毂区段连接，其中在圆周侧上在各轮毂区段之间在驱动齿圈上构成空腔，在所述空腔中设置转向件。因此滚珠丝杠传动装置节省空间地设置在驱动轮内。在此构成整体的结构的优点是，例如由主动小齿轮或由齿形带传递到驱动轮上的力几乎没有杠杆臂地导入到滚珠丝杠传动装置中，以便尽可能降低不期望的倾覆力矩。转向件例如用浇铸树脂浇铸到空腔中。
按本发明的滚珠丝杠传动装置尤其适合于用作为用于汽车齿条转向装置的转向支持装置。在这种情况下，齿条转向装置的齿条在轴向延长部上具有滚珠丝杠。以特别有利的方式能够采用从其重量和其空间需要上最佳的丝杠螺母。
取代两个彼此径向对置地设置的转向区段，根据本发明也可以实现设定三个连续的滚珠环绕运动的滚珠丝杠传动装置，然后在此设置彼此错开120°的转向区段。但是对于在齿条转向装置中用作为转向支持装置，可以优选仅具有两个连续的滚珠环绕运动的方案，因为该方案具有降低的轴向的结构空间需求。下面根据在全部八个附图中表示的实施例详细描述本发明。
附图说明
图1以透视图的形式显示一种按本发明的滚珠丝杠传动装置，
图2显示按图1的按本发明的滚珠丝杠传动装置的一个部件，
图3以轴向俯视图的形式显示按图1的按本发明的滚珠丝杠传动装置，
图4以透视图的形式显示按图1的滚珠丝杠传动装置，
图5和6显示按图1的按本发明的滚珠丝杠传动装置的细节，
图7以示意图的形式显示在按本发明的滚珠丝杠传动装置中的连续滚珠滚道的曲线，
图8以纵剖视图的形式显示一种用于汽车齿条转向装置的具有按图1的按本发明的滚珠丝杠传动装置的转向支持装置。
具体实施方式
在图1至4中描述的按本发明的滚珠丝杠传动装置包括一个丝杠螺母1，该丝杠螺母可旋转地设置在滚珠丝杠2上。该滚珠丝杠2在图8中构成为用于汽车的齿条转向装置的转向支持装置的一部分。丝杠螺母1和滚珠丝杠2共同限定一个连续的滚珠通道3，用于滚珠4的连续的环绕运动。滚珠通道3由一个负载区段5和一个无负载的转向区段6构成。该负载区段5由丝杠螺母1和滚珠丝杠2的、螺旋形地围绕滚珠丝杠2的丝杠轴线的滚珠槽7、8构成，其中滚珠丝杠2的滚珠槽8尤其在图8中清晰可见。负载区段5与转向区段6的两个端部连接，因此保证连续的滚珠环绕运动。在负载区段5的区域内滚珠4在螺旋形地围绕的滚珠槽7、8上滚动。在本实施例中负载区段5绕滚珠丝杠2的丝杠轴线约570度延伸。
在图1和2中尤其清晰地可知，转向区段6具有两个臂9，所述臂沿轴向方向看彼此成角度地设置。转向区段6的端部表示过渡，在该过渡中滚珠4由负载区段的传递负载的区域转换到转向的无负载的区域。按本发明转向区域小于180度。在图3中表示的角α从转向区段6的一端到达另一端，并且在丝杠轴线上进行测量。转向区段6的两个臂9借助于一个连接区段9a彼此连接。在转向区段6内的滚珠4的滚道这样选择，使得滚珠尽可能无多边形效应即无局部加速尖峰地经过该区域。在按图3的视图中转向区段6大致是V形的。角α在本实施例中大约为150度。
尤其在图3和4中可知，设定两个轴向依次设置的连续的滚珠通道3，其中两个转向区段6是彼此径向对置地设置的。在两个转向区段中角α在本实施例中大约为150度。在从传递负载的区域到无负载区域的过渡的、包含丝杠轴线的平面中，传统的滚珠丝杠传动装置通常能够传递较小的径向负载，而在按本发明的滚珠丝杠传动装置中连续滚珠通道的最后一圈也还在该平面中传递负载。这种效果在本实施例的径向布置中通过选择小于180度的角α成为可能。
在图1、3和4中可知，转向区段6在转向件10上构成。该转向件10在图3和4中打开地表示。每个转向件10由两个半体构成，一个分隔平面沿滚珠通道3设置在转向区段6的区域内。在图3和4中仅表示各转向件的一个半体。从而在这种形式中清晰地可见滚珠4在滚珠通道3内的位置。
尤其在图3中可知，角α从转向件10的一端到达其另一端。两个径向彼此对置地设置的转向件10在两个圆周方向上设置成彼此相对有空隙。在图3中这通过顶角β表示。顶角β在本实施例中约为30度。该顶角β同时是一个相交区域，在该相交区域中两个滚珠通道3的各最后一圈以其传递负载的负载区段5彼此重叠。因此一个所谓的承载空洞不出现在该区域中。
图1清晰地显示，在丝杠螺母1上设置一个驱动轮11。该驱动轮11在本实施例中构成为齿形带轮12。驱动轮11抗旋转地设置在丝杠螺母1上。图2清晰地显示驱动轮11的结构。驱动轮11包括一个驱动齿圈13，该驱动齿圈在本实施例中由一个在此未示出的传动带包缠。驱动齿圈13与两个径向彼此对置地设置的轮毂区段14固定地连接。在圆周侧上在所述轮毂区段14之间，空腔15在驱动齿圈13上构成。
图1显示，丝杠螺母1具有一个空心的螺母部分16，在该螺母部分的内圆周上构成滚珠槽7。在螺母部分16的外圆周上，两个转向件10以已说明的方式在圆周方向上上设置成彼此相对有空隙。在空隙区域中螺母部分16设有支承面17，如尤其在图3中可知。驱动轮13的轮毂区段14的尺寸设计成使其完全配合到所述空隙内并且贴靠到支承面17上。以这样的方式，驱动轮13完全相对于丝杠螺母1进行支持和支承。另外上面已经提到，按本发明建议的约140至150度(当前为150度)的转向角α提供了优点：一方面转向区段的长度减小，并且另一方面所谓的承载空洞减小。但是该角区域提供另一优点，即在此剩余的约30度的顶角β是足够大的，使得通过丝杠螺母的整个轴向的延伸长度可以实现驱动轮11的支持。
在图5、6、7中连续的滚珠列用连续的滚珠通道的轨迹表示。图7显示按本发明的两个沿轴向依次设置的的且在圆周侧上径向彼此对置地设置的滚珠环绕运动的轨迹的曲线。在两个连续的滚珠通道之间的轴向距离即死行程(Totgang)可以改变。该距离构成得越小，轴向的结构空间需求就越小；随着距离的增长，能够传递较大的倾覆力矩。
图8以纵剖视图的形式显示用于汽车的齿条转向装置的转向支持装置。在壳体18中设置齿条19，该齿条在其轴向延长部上构成为滚珠丝杠2。另外在壳体18中设置丝杠螺母1。
附图标记列表
1.    丝杆螺母
2.    滚珠丝杠
3.    滚珠通道
4.    滚珠
5.    负载区段
6.    转向区段
7.    滚珠槽
8.    滚珠槽
9.    臂
9a.   连接区段
10.   转向件
11.   驱动轮
12.   齿形带轮
13.   驱动齿圈
14.   轮毂区段
15.   空腔
16.   螺母部分
17.   支承面
18.   壳体
19.   齿条

Claims (6)

1.一种滚珠丝杠传动装置，包括一个设置在滚珠丝杠(2)上的丝杠螺母(1)，该丝杠螺母与滚珠丝杠(2)共同限定两个用于滚珠(4)的连续环绕运动的轴向依次设置的连续的滚珠通道(3)，其中所述两个滚珠通道(3)分别具有一个负载区段(5)和一个无负载的转向区段(6)，该负载区段由丝杠螺母(1)和滚珠丝杠(2)的、螺旋形地围绕滚珠丝杠(3)的丝杠轴线的滚珠槽(7、8)构成，负载区段(5)与该转向区段的两个端部连接，在转向区段(6)的两个端部之间的、在滚珠丝杠(2)的丝杠轴线上测量的角(α)小于180度，其中转向区段(6)具有两个一方面彼此连接且另一方面设有端部的臂(9)，各臂彼此成角度地设置，并且丝杠螺母(1)具有一个空心的螺母部分(16)和两个设置在螺母部分(16)的外圆周上的、构成两个在径向上彼此对置地设置的转向区段(6)的转向件(10)，该螺母部分(16)具有各负载区段(5)的在螺母部分(16)的内圆周上构成的滚珠槽(7)，其特征在于：两个转向件在圆周侧上有空隙地设置在螺母部分(16)的外圆周上，并且两个转向件(10)在两个圆周方向上设置成彼此相对有空隙，其中所述空隙径向彼此对置地设置，其中，螺母部分(16)在其外圆周上在空隙区域中构成为支承面(17)。
2.按权利要求1所述的滚珠丝杠传动装置，其中，各臂(9)借助于一个连接区段(9a)彼此连接，其中在沿着丝杠轴线的方向上看，各臂(9)彼此成V形地设置。
3.按权利要求1所述的滚珠丝杠传动装置，其中，在转向区段(6)的两个端部之间的角(α)为140至150度之间。
4.按权利要求1所述的滚珠丝杠传动装置，包括一个抗旋转地设置在丝杠螺母(1)上的、用于驱动丝杠螺母(1)的驱动轮(11)，其中驱动轮(11)用嵌入到空隙内的轮毂区段(14)支持在支承面(17)上。
5.按权利要求4所述的滚珠丝杠传动装置，其中，驱动轮(11)具有一个驱动齿圈(13)，该驱动齿圈与轮毂区段(14)连接，其中在圆周侧上在各轮毂区段(14)之间构成空腔(15)，在所述空腔中设置转向件(10)。
6.用于汽车齿条转向装置的转向支持装置，包括一个按权利要求1至5之一项所述的滚珠丝杠传动装置，其中齿条转向装置的齿条(19)在轴向的延长部上设有滚珠丝杠(2)。
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