CN102627120B - 滚珠丝杠及装有该滚珠丝杠的转向装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于机动车辆转向装置的滚珠丝杠，所述滚珠丝杠具有螺纹轴(2)和螺母(3)，所述螺母(3)具有通过在滚珠通道中导向的滚珠(4)在所述螺纹轴(2)上运行的螺母主体，其中螺母主体具有第一主体元件(5)和第二主体元件(6)，所述第一主体元件(5)和所述第二主体元件(6)通过设置于所述第一主体元件(5)和所述第二主体元件(6)之间的至少一个弹性阻尼体(7)相互作用。本发明还提供一种用于机动车辆的转向装置，其使用本发明的上述滚珠丝杠。

Description

滚珠丝杠及装有该滚珠丝杠的转向装置
技术领域
本发明涉及一种滚珠丝杠，具体说，是用于机动车转向装置的滚珠丝杠，以及一种装有该滚珠丝杠的转向装置。
背景技术
滚珠丝杠用于多种用途，例如，用于汽车工业中。对滚珠丝杠的生产精度有很高要求的一个特殊应用是将滚珠丝杠用在机动车转向装置内或作为其一部分使用。所述类型的转向装置包含转向装置外壳，转向装置外壳中，与转向柱(steeringcolumn)齿轮连接的齿条以轴向可移动方式安装，用于使车轮偏转。通过齿条的移动，转向角度以已知的方式变化，也就是说，齿条通过相应的横向连杆或类似的机械连接与要转向的车轮联接，无论是前轮或后轮。
为了在转向时协助驾驶员，提供滚珠丝杠，其中，滚珠丝杠包含与齿条联接、即接入可纵向移动的机械部分(mechanicalstrand)的螺纹轴。当齿条移动时，螺纹轴也同样移动。在此情况下位置固定的螺母以已知方式在螺纹轴上运行。例如，螺母可以由驱动马达通过传动带驱动。通过所述马达助力，驾驶员开始转向动作，其中，螺母主动旋转，因而，螺纹轴及齿条或整体机械装置移动。这样的转向装置也称为具有齿条驱动的电驱动伺服转向系统(齿条式EPAS，EPAS＝ElectricPowerAssistedSteering，即电动助力转向)。
对结合到所述类型的转向装置中的滚珠丝杠的精度要求非常高。特别地，螺母和轴之间的轴向晃动限定得非常小(例如若干μm)。通过非常小的晃动，首先可以实现高精度的转向系统，其次可以防止发出响声(clacking)。
由于轴向晃动在滚珠丝杠上产生的噪音可能源于，例如在滚珠丝杠操作期间螺母的旋转生成了参数引起的振动，使螺母相对于螺纹轴以极限环(limitcycle)的方式移动。实质上公知的是，在这种类型的旋转机械部件、例如螺母的情况下，由于机械的内部运行(这种情况下是滚珠丝杠的内部运行)或由于外部激发，在机械部件中会产生振动。这种状况尤其是在机械部件总体上具有非常小的材料阻尼时加剧。
相比较之下，如果轴向晃动不足，可以出现滚珠在轴和螺母之间引导的情况。这样是不利的，因为，这样的话，由于在此情况下预载的滚珠抵消转向移动或轴的旋转，因此转向会更不灵活。另外，在具有滚珠链(ballchain)的常规滚珠丝杠中，滚珠相互支承，会出现滑动粘滞现象，其中，滚珠相互依附，因此不能恰当地滚动。
仅在生产支出非常充足时才能维持螺母和螺纹轴之间的非常小的轴向晃动或甚至零轴向晃动，在传统滚珠丝杠的情况下，可能用合理的支出尽可能地维持这种非常小的晃动，但不能完全消除。
DE102007039733A1公开了一种机动车转向装置，其具有用于转向装置外壳、电动马达和用于使车轮偏转的拉杆(thrustrod)，其中，在转向装置外壳中提供传动装置，该传动装置具有多个可旋转移动的传动元件，用于将力从电动马达传递至拉杆。电动机产生的扭矩首先通过输出轴或转轴从电动机传送到传动带驱动装置。传动带驱动装置是传动装置的一部分，进一步包含传动元件，具体地为连接到转轴的第一皮带轮，连接到转向螺母的第二皮带轮，以及将第一皮带轮和第二皮带轮连接到一起的传动带。转向螺母是往复循环的滚珠机构的一部分且与连接到拉杆的滚珠丝杠接合。
发明内容
针对上述技术背景，本发明的目的在于提供一种滚珠丝杠和装备该滚珠丝杠的转向装置，该滚珠丝杠特别适用于机动车的转向装置，其中滚珠丝杠和具有该滚珠丝杠的转向装置是最简单的可能的设计，对滚珠丝杠的振动行为提供了最优化的可能性，并因此以有效的方式防止了不期望的噪音的生成。
本发明所述的发明目的通过下述技术方案实现：
一种用于机动车辆转向装置的滚珠丝杠，其包含螺纹轴2和螺母3，所述螺母3具有通过在滚珠通道中导向的滚珠4在所述螺纹轴2上运行的螺母主体，其中，螺母主体具有第一主体元件5和第二主体元件6，所述第一主体元件5和所述第二主体元件6通过设置于所述第一主体元件5和第二主体元件6之间的至少一个弹性阻尼体7相互作用。
进一步地，所述第二主体元件6与第一主体元件5共轴设置且与第一主体元件5隔开。
进一步地，所述阻尼体7为环状设计。
进一步地，所述阻尼体7在径向方向上的硬度大于在切线方向上的硬度。
进一步地，所述阻尼体7在第一主体元件5和第二主体元件6之间硬化。
进一步地，所述第一主体元件5的接触表面8和/或第二主体元件6的接触表面9具有用于阻尼体7的轮廓成型。
进一步地，第二主体元件6在其外圆周上具有用于容纳传动带的带座10。
具有转向装置外壳11，与转向柱啮合连接的齿条和连接至齿条并作为滚珠丝杠1的一部分的螺纹轴2以可轴向运动的方式固定在所述转向装置外壳11中，用于偏转车轮，其中滚珠丝杠1如权利要求1所述设计。
进一步地，第二主体元件6在其外圆周上具有用于容纳传动带的带座10，传动带通过设置在转向装置外壳11上的电动机驱动，螺母3安装在转向装置外壳上以使其不能在螺纹轴2的轴向方向上移动。
需要指出的是，权利要求中限定的特征可以通过任何所需的技术上可行的方式相互结合，并在本发明的其他实施例中公开。本说明书特别结合附图，进一步描述本发明特征。
根据本发明，用于机动车辆转向装置的滚珠丝杠具有螺纹轴和螺母，其中螺母具有通过在滚珠通道中导向的滚珠在螺纹轴上运行的螺母主体。螺母主体具有第一主体元件和第二主体元件，这些主体元件通过设置于它们之间的至少一个弹性阻尼体互相作用。螺母主体分成两个独立的主体元件，通过至少一个弹性阻尼体联接这两个独立的主体元件，这使得能够以有针对性的方式影响滚珠丝杠的振动行为，尤其是螺母和螺纹轴的振动行为。
各个主体元件或主体件与这些主体元件之间的弹性阻尼联接的振动隔离使得可以通过适当选择和有针对性地设定振动参数，例如振动主体的重量、阻尼体的硬度和阻尼，来针对(完全)消除振动而优化根据本发明的滚珠丝杠的振动行为。根据本发明的螺母的设计，同样能够获得滚珠丝杠的紧凑设计，通过该设计，能够降低一定(转动)频率或一定(转动)频率范围内的螺母相对于螺纹轴的振动。通过这样的设计能够以有效的方式防止由螺母和螺纹轴的振动行为引起的噪音的生成。
可以通过例如选择具有合适的硬度/弹性和阻尼的阻尼体、并设计两个主体元件从而使其具有合适的重量来确定上述的用于控制滚珠丝杠或螺母及螺纹轴的振动行为的参数，具体为重量、硬度或弹性和阻尼。这里，第一主体元件便利地形成螺母的主要重量，这相对于用于确定的振动行为的第二主体元件的重量来说能够以简单的方式进行调整。
本发明的一个优选的实施例中，第二主体元件设置成与第一主体元件共轴且与第一主体元件间隔，因为这样的设计允许在提供紧凑和简单的布置的同时进一步优化滚珠丝杠的振动性能。在此背景下，优选地将设置在主体元件之间的阻尼体设计为环形。主体元件的共轴设置，具体说是第二主体元件与第一主体元件共轴且与第一主体元件径向间隔这样的设置，还进一步提供了用于滚珠丝杠的振动优化的易于改变的参数，尤其是第一主体元件和第二主体元件之间的径向间隔。通过这些间隔，无需实质上改变第二主体元件本身的质量就能够确定第二主体元件相对于螺母的旋转的质量惯性矩。
本发明的一个优选实施例中，为了进一步优化根据本发明的滚珠丝杠的振动特性，阻尼体在径向方向上的硬度大于在切线方向上的硬度。因此阻尼体主要在旋转方向上具有弹性阻尼作用，以便能够补偿第一主体元件和第二主体元件的质量惯性。
本发明的一个优选实施例中，阻尼体在第一主体元件和第二主体元件之间硬化，也就是说，阻尼体便利地是相应合适的天然橡胶/天然橡胶混合物或合适的弹性体/弹性体混合物。从而保证阻尼体稳固连接到各个主体元件。进一步地，还可能的是，以公知的方式通过形成阻尼体的原材料和所述原材料的组合物确定理想的阻尼体的弹性、硬度、阻尼和温度特性。
如上所述，阻尼体可以直接在主体元件之间硬化，这使得螺母的设计能够非常紧凑。但是还有其它的选择，例如可以在阻尼体，具体是环形阻尼体的内圆周和外圆周上均设置套筒，例如金属套筒，在套筒之间硬化所述阻尼体。阻尼体的外部套筒利用过盈配合便利地压入例如同样也是环形形式的第二主体元件的内圆周内，阻尼体的内部套筒利用过盈配合相应地压入环形第一主体元件的外圆周上，结果简化了阻尼体的装配。若不采用过盈配合，还可以使用其它合适的连接技术，例如粘合连接，将各个套筒连接到各个主体元件。同样地还可以不采用上述的套筒，而是采用粘合连接、旋紧、铆接、挤压等将阻尼体直接连接到各个主体。
在本发明的一个优选实施例中，第一主体元件和/或第二主体元件的接触表面具有用于阻尼体的轮廓成型。轮廓成型用于确保阻尼体在各个主体元件上的稳固定位，使得阻尼体例如不能相对于主体元件在轴向方向和/或切线方向上移动。
本发明的进一步优选的实施例中，在第二主体元件上提供带座，用以将传动带容纳在第二主体元件的外圆周上。具体地，第二主体元件在其外圆周上具有至少一个例如v型或矩形的凹槽，绕第二主体元件卷绕的传动带以稳定的方式在凹槽中被引导。传动带通过第二主体元件、阻尼体及第一主体元件之间提供的可操作连接在螺纹轴上驱动整个螺母。传动带本身例如可以通过电动机驱动，另一皮带轮连接至该电动机的传动输出轴以与其共同旋转，传动带同样卷绕该另一皮带轮。在该实施例中，根据本发明的滚珠丝杠尤其适合用于机动车辆的转向装置，其中，电动机或伺服电机通过滚珠丝杠将转向力传送到连接至螺纹轴的齿条，从而枢转地偏转车轮。
所述类型的转向装置通常具有转向装置外壳，其中，与转向柱齿轮连接的齿条和连接至齿条并作为滚珠丝杠一部分的螺纹轴以可轴向移动的方式安装，用于使车轮偏转。在一优选实施例中，第二主体元件在其外圆周上具有用于容纳传动带的带座，其中传动带可以通过设置在转向装置外壳上的例如所谓轴向平行设置的电动机驱动。进一步地，螺母例如安装在转向装置外壳上，以便相对于螺纹轴位置固定。因此，螺母的旋转引起齿条或螺纹杆在轴向方向上的运动，也就是说，滚珠丝杠将螺母的旋转运动转换为齿条的纵向运动，从而偏转车轮。
根据本发明的滚珠丝杠，其突出的优势是，设计简单紧凑，且进一步提供了用于针对防止不需要的噪音而有针对性地影响滚珠丝杠的振动特性的最佳优化的可能性，也就是说，具体说是有效地降低螺母在一定(旋转)频率或一定(旋转)频率范围内振动的趋势。
附图说明
本发明的其他具有优势的细节和有益效果基于附图所示的示例性实施例在以下进行详细描述。图中：
图1示出了根据本发明的滚珠丝杠的示意性侧剖视图。
附图标记说明
1滚珠丝杠
2螺纹轴
3螺母
4滚珠
5螺母3的第一主体元件
6螺母3的第二主体元件
7弹性阻尼体
8第一主体元件5的外圆周表面，接触表面
9第二主体元件6的内圆周表面，接触表面
10带座
11转向装置外壳
12滚珠轴承
具体实施方式
图1以侧剖视图示意性示出根据本发明的滚珠丝杠1的示例性实施例。滚珠丝杠1包含螺纹轴2和螺母3，螺母3通过导向于滚珠通道的滚珠4在螺纹轴2上运行。螺母3同样也称为滚珠丝杠1的往复循环滚珠螺母。图1未详细示出所述螺母的精确设计，特别是滚珠通道的形状，及分配给滚珠通道的滚珠返回装置。这些设计对本领域的技术人员是公知的。
螺母3具有通过弹性阻尼体7彼此可操作地连接的第一主体元件5和第二主体元件6。阻尼体7可以设置于第一主体元件5和第二主体元件6之间。在图1示出的示例性实施例中，主体元件5和6均旋转对称，例如是圆柱元件，其中第二主体元件6与第一主体元件5共轴设置且与第一主体元件5隔开。具体地，第二主体元件6绕第一主体元件5的外圆周表面8以一定径向间隔共轴设置。因此主体元件5和6在第一主体元件5的外圆周表面8和第二主体元件6的内圆周表面9之间形成环状中间间隔。阻尼体7环状形成于主体元件5和6之间。因此能够实现螺母3和整个滚珠丝杠1的紧凑设计。
例如在第一主体元件5和第二主体元件6之间对阻尼体7进行硬化(vulcanized)，从而稳固定位。可选择的连接技术，例如粘合连接，挤压，铆接，旋紧等同样也可以用于将阻尼体7连接到各主体元件5和6。同样可能的是，可以通过套筒例如金属套筒环绕图1所示的阻尼体7的外圆周和内圆周。这样的套筒例如能够用过盈配合挤压在第一主体元件5和第二主体元件6之间，从而保证阻尼体7在主体元件5和6之间的稳固定位，且便于阻尼体7的装配。
提供阻尼体7的稳固定位的另一种选择是用轮廓成型(profiling)提供用于阻尼体7的第一主体元件5的接触表面8和/或第二主体元件6的接触表面9。尽管图1所示的示例性实施例中未明确示出这样的轮廓成型，但是这样的轮廓成型例如包含沿着外圆周8和/或内圆周9的径向凹槽(径向套筒)，阻尼体7例如被支承于该径向凹槽中从而防止阻尼体7的轴向运动。其它能够防止阻尼体7例如在主体元件5和6之间切线运动的接触表面8和/或9的轮廓成型同样也是可能的。
在图1示出的示例性实施例中，在第二主体元件6的外圆周上提供有用于容纳传动带(图1未示出)的带座10。在示出的示例性实施例中，带座10具有多个v型凹槽，传动带以安全和稳定的方式在凹槽中被引导。传动带绕第二主体元件6卷绕，并以公知的方式驱动第二主体元件6，也就是说，传动带例如由电动机(同样地在图1中未示出)驱动。采用这种方式，根据本发明的滚珠丝杠1尤其适合用于机动车辆的转向装置，其中，电动机或伺服电机通过滚珠丝杠1将转向力传到连接至螺纹轴2的齿条，从而枢转地偏转车轮。
为了进一步地优化滚珠丝杠1的振动特性，阻尼体7在径向方向上的硬度大于在切线方向上的硬度。在图1示出的实施例中，这使得通过传动带施加到第二主体元件6上的径向力和切线力针对阻尼减震而分离。因此阻尼体7主要在旋转方向具有弹性阻尼作用，以便弥补第一主体元件5和第二主体元件6的质量惯性。在径向方向上，通过传动带施加到第二主体元件6上的力被接纳，实质上不受阻尼体7阻尼。
转向装置例如具有图1所示的转向装置外壳11，其中，与转向柱齿轮连接的齿条和与齿条连接并作为根据本发明的滚珠丝杠1的一部分的螺纹轴2以可轴向移动的方式安装，用于使车轮偏转。在优选实施例中，第二主体元件6在外圆周上具有带座10，用于容纳传动带，其中，传动带可以通过同样设置在转向装置外壳11上的电动机驱动。螺母3例如通过图1所示的对应轴承12(滚珠轴承)安装在转向装置外壳11上，以便使其在螺纹轴2的轴向上不可移动，也就是说，以便使其相对于螺纹轴2位置固定。因此，第二主体元件6的旋转引起第一主体元件5，并因此引起螺母3的旋转，随之引起螺纹轴2或齿条在轴向上的移动。因此，滚珠丝杠1将第二主体元件6或螺母的旋转移动转化为齿条的纵向移动，以达到使车轮偏转的目的。
在一优选实施例中，根据本发明的滚珠丝杠应用于机动车辆的转向装置，该滚珠丝杠包含螺纹轴和螺母，其中螺母具有通过在滚珠通道中导向的滚珠在螺纹轴上运行的螺母主体。螺母主体具有第一主体元件和第二主体元件，这些主体元件通过设置于它们之间的至少一个弹性阻尼体互相作用。进一步地，第二主体元件与第一主体元件共轴设置且与第一主体元件径向间隔，阻尼体环状形成于所述主体元件之间。第二主体元件在其外圆周上具有用于容纳传动带的带座。

Claims (13)

1.一种用于机动车辆转向装置的滚珠丝杠，其特征在于，包含螺纹轴(2)和螺母(3)，所述螺母(3)具有通过在滚珠通道中导向的滚珠(4)在所述螺纹轴(2)上运行的螺母主体，其中
螺母主体具有第一主体元件(5)和第二主体元件(6)，所述第一主体元件(5)和所述第二主体元件(6)通过设置于所述第一主体元件(5)和第二主体元件(6)之间的至少一个弹性阻尼体(7)相互作用，
其中，所述第二主体元件(6)与第一主体元件(5)共轴设置且与第一主体元件(5)隔开。
2.根据权利要求1所述的滚珠丝杠，其特征在于，所述弹性阻尼体(7)为环状设计。
3.根据权利要求1所述的滚珠丝杠，其特征在于，所述弹性阻尼体(7)在径向方向上的硬度大于在切线方向上的硬度。
4.根据权利要求2所述的滚珠丝杠，其特征在于，所述弹性阻尼体(7)在径向方向上的硬度大于在切线方向上的硬度。
5.根据前述任一权利要求所述的滚珠丝杠，其特征在于，所述弹性阻尼体(7)在第一主体元件(5)和第二主体元件(6)之间硬化。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的滚珠丝杠，其特征在于，所述第一主体元件(5)的接触表面(8)和/或第二主体元件(6)的接触表面(9)具有用于弹性阻尼体(7)的轮廓成型。
7.根据权利要求5所述的滚珠丝杠，其特征在于，所述第一主体元件(5)的接触表面(8)和/或第二主体元件(6)的接触表面(9)具有用于弹性阻尼体(7)的轮廓成型。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的滚珠丝杠，其特征在于，第二主体元件(6)在其外圆周上具有用于容纳传动带的带座(10)。
9.根据权利要求5所述的滚珠丝杠，其特征在于，第二主体元件(6)在其外圆周上具有用于容纳传动带的带座(10)。
10.根据权利要求6所述的滚珠丝杠，其特征在于，第二主体元件(6)在其外圆周上具有用于容纳传动带的带座(10)。
11.根据权利要求7所述的滚珠丝杠，其特征在于，第二主体元件(6)在其外圆周上具有用于容纳传动带的带座(10)。
12.一种用于机动车辆的转向装置，其特征在于，具有转向装置外壳(11)，与转向柱啮合连接的齿条和连接至齿条并作为滚珠丝杠(1)的一部分的螺纹轴(2)以可轴向运动的方式固定在所述转向装置外壳(11)中，用于偏转车轮，其中滚珠丝杠(1)如权利要求1所述设计。
13.根据权利要求12所述的用于机动车辆的转向装置，其特征在于，第二主体元件(6)在其外圆周上具有用于容纳传动带的带座(10)，传动带通过设置在转向装置外壳(11)上的电动机驱动，螺母(3)安装在转向装置外壳上以使其不能在螺纹轴(2)的轴向方向上移动。
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