CN102939468A - 动力转向装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种动力转向装置（1）、特别是一种用于车辆的电动助力转向装置，该动力转向装置具有由伺服马达（2）驱动的旋转构件（5’）以及具有在机架（4）中用于轴向和径向支承构件（5’）的滚动轴承（9）。为了给出一种其运行噪音和其摩擦被最小化的动力转向装置，设定，滚动轴承（9）的至少一个内环（10）或外环（11）沿一个大约垂直于旋转的构件（5’）的一个纵轴线延伸的分界面（12）被分为两个环部分（13、14），这两个环部分沿轴向被互相弹性加载，并且环部分（13、14）的相互面向的端面（15、16）以角度（β）从它们的径向外侧（17）向它们的径向内侧（18）相向定向并且在端面（15、16）之间设有一个具有比外环（11）或内环（10）的热膨胀系数（αA）更高的热膨胀系数（αB）的横截面为锥形的元件（19），从而在热导入时通过元件（19）的膨胀能够实现环部分（13、14）轴向地相向移动，并且在元件（19）冷却时环部分（13、14）可以沿轴向彼此远离地移动。

Description

动力转向装置
技术领域
本发明涉及一种动力转向装置、特别是用于车辆的电动助力转向装置，其具有根据权利要求1的前序的、由伺服马达驱动的旋转构件。
背景技术
DE10310492A1示出并描述了一种电动动力转向装置，其中一个伺服马达驱动一个轴向可移动的构件，该构件以它的滚珠丝杠与一个轴向固定地支承在机架上的螺母的内螺纹相啮合。该螺母与一个牵引工具传动机构的一个皮带轮在伺服马达和如此构成的丝杠之间以不可相对旋转的方式连接。该螺母经由一个径向固定轴承支撑并支承在机架上。该径向轴承构成为滚动轴承、特别是四点轴承，因为特别是也要接受轴向力。
通过合适的措施，减小了由于在动力转向装置的运行中快速变换的、作用到轴承环和滚动体上的轴向力而导致的四点轴承的间隙以及支座的嘎嘎声。
在动力转向装置中还已知了旋转的构件，其以滚动轴承支承，其中滚动轴承例如在一个转向柱传动装置的一个转向螺母的支承时具有待接受的轴向力。
然而，在这种动力转向装置的运行中出现的、快速变换的作用到如下滚动轴承的轴承环上的轴向力特别地通过滚动轴承的轴承环的不同的变热在动力转向装置的运行开始时导致在滚动轴承中的间隙变化。通过这些间隙变化可能在动力转向装置的运行开始时偶尔产生嘎嘎声，直到通过滚动轴承的构件的均匀变热最终出现结构上预定的运行间隙。在低的工作温度下，该轴承间隙在轴承摩擦方面是不利的。
已知的滚动轴承类型在动力转向装置中的特定的应用领域并不总是能够在所述的运行阶段防止发出噪音。
发明内容
本发明的任务在于，给出一种其运行噪音和摩擦被最小化的动力转向装置。
该任务通过具有权利要求1的特征的动力转向装置解决。
滚动轴承的外环或内环沿一个大约垂直于一个轴向旋转的构件的纵轴线延伸的分界面被分为两个环半部或环部分，这两个环部分沿轴向相互弹性加载，其中环部分的相互面向的端面以角度从它们的径向外侧向它们的径向内侧相向定向并且在这些端面之间设置横截面为锥形的元件，该元件具有比外环或内环的热膨胀系数高的热膨胀系数，实现的一种可能就是，使滚动轴承或其轴承间隙与当前的工作温度相适应，或者通过工作温度能够实现一个恒定的轴承间隙。具有较高热膨胀系数的元件基于其锥形的、朝向滚动轴承的中心逐渐变窄的横截面，能够在膨胀时径向向外地朝向轴承窝移动并且在由于冷却影响而收缩时径向地朝向滚动轴承中心移动。在具有较大热膨胀系数的元件膨胀时可以将环半部基于其弹性加载而相向移动。由此可以将环半部中的轴承槽（Lagernut）的侧面移动到滚动轴承的滚动体上并且轴承间隙重新与较高的轴承温度相适应。在具有较高热膨胀系数的元件在冷却条件下收缩时，各环半部沿轴向相互远离移动并且轴承间隙与较低的温度相适应。
优选的实施例来自于从属权利要求。
在一个特别优选的实施例中，由伺服马达驱动的旋转构件是沿轴向最大程度地不可移动地支承在机架中的螺母，所述螺母与轴向可移动的构件构成丝杠并且由滚动轴承支承在机架中，所述轴向可移动的构件的螺纹与螺母的内螺纹相啮合。
一个或多个弹性元件可以使环半部相互弹性加载。
已表明，不期望的轴承间隙可能在具有不分开的轴承环的滚动轴承在同类型的转向机构中的相应的安装状态下出现，即按时间顺序首先滚动轴承的外环通过从内燃机到动力转向装置的机架或壳体的热传导变热并且随后内环变热。在此，该外环扩展，从而凸肩在轴承纵轴线的径向上远离运动。因此，有利地一方面将外环沿径向方向分为两个环部分或半部并且将具有较高热膨胀系数的元件设置在环半部之间作为具有锥形式或部分锥形的横截面的环。在元件的每个侧面上的锥角在此优选选择为大约在5°到50°之间。具有更高热膨胀系数的环形元件产生的径向膨胀与该元件的尺寸相关。该元件的几何尺寸与整体尺寸以及在其安装地点处的工作温度相关。将元件的内半径选择为大于外环的最大内半径，从而元件可以径向膨胀，而不与滚动体也不与外环的外圆周的支承面产生接触。显然这种情况在一个设置在内环上的具有较高热膨胀系数的元件中也同样适用。或者通过环形元件的尺寸设计和/或通过在机架中适当的留空，该环形元件的径向移动是可能的。
元件的热膨胀系数αB优选在钢和铝的热膨胀系数之间，亦即在大约26×10-6K-1至16×10-6K-1之间。优选地使用如铝或黄铜这样的材料来制造该元件。
这两个环半部优选地借助于沿轴向相反地相互作用的弹性元件弹性加载。所述弹性元件可以由一种弹性体材料构成，或者构成为各种形状的钢弹簧，例如构成为波形弹簧、盘形弹簧或作为螺旋压力弹簧，其相互间隔地环绕环半部的侧周边设置。螺旋压力弹簧支撑在构成轴承窝（Lagernest）的机架或固定在机架上的构件与外环或内环的环半部的端面之间。
也可以适宜地构成弹簧夹形式的弹性元件或多个这样的弹性元件，其轴向搭接各环半部或穿过环部分上的开口。外环或内环优选具有一个关于径向分界面对称的横截面。
滚动轴承适宜地构成为滚珠轴承、特别是深沟球轴承。其可以是一排或两排的，或者构成为四点轴承或通过两个径向推力球轴承构成。所述轴向可移动的构件构成为螺杆或齿条－螺纹部段。所述轴向可移动的构件可以以已知的方式经由转向横拉杆和转向节臂与机动车的可转向的车轮连接。螺纹部段或螺杆与待支承的螺母共同作用，其中，如此构成的丝杠是电动或液压助力转向装置或外力转向装置的转向机构的部分。所述机架实现为转向机构壳体，其因此构成用于由此实现的滚珠螺母－螺杆传动机构或滚珠螺母－液压传动机构的一个结构单元。
优选地，所述伺服马达作为电动马达以脉宽调制的方式被控制并且它的纵轴线平行于齿条或螺杆设置，从而所述动力转向装置优选地构成为轴线平行的电动动力转向装置。
电动马达的马达轴以不可相对旋转的方式与皮带轮相连接。一个在该皮带轮上运行的皮带此外经由一个皮带轮绷紧在螺母上或螺母处。两个皮带轮构成一个自绷紧的牵引工具传动机构。皮带可以构成为齿带。也可以在牵引工具传动机构中构造两个不同的皮带类型的组合。代替自绷紧的牵引工具传动机构，可以将伺服马达设定为相对于轴向可移动的构件和螺母的纵轴线可移动。
附图说明
现在根据一个实施例对本发明进一步描述并且根据附图对本发明进一步复述。附图中：
图1一个依据本发明的动力转向装置的部分纵向截面图；
图2一个用于图1中的动力转向装置的螺母的滚动轴承的示意的、非按照比例的横截面图。
具体实施方式
图1中示出了用于轿车的构成为电动助力转向装置的动力转向装置1的部分纵向截面图。动力转向装置1的重要的构件是由铝压铸形成的一个构成为封闭的转向机构壳体27。该转向机构壳体27具有一个径向凸缘28，借助于螺栓29一个电动伺服马达2被拧接到该径向凸缘上。电动伺服马达2用于提供转向助力到一个齿条24的一个螺纹部段25上。齿条24实现了一个在转向机构壳体27中轴向可移动的构件6。在齿条24的未示出的轴向端部上铰接地固定有转向横拉杆，其连同轿车的受控的车轮的转向节臂用于在齿条24的轴向移动时进行转向角调整。
齿条24的螺纹部段25以其螺纹7与一个构成螺母5的旋转的构件5’的内螺纹8相啮合。螺母5构成为滚珠螺母26或球循环螺母。一个由电动伺服马达2驱动的丝杠3由此构成。滚珠螺母26环绕螺纹部段25可旋转地支承在机架4中，但是沿轴向最大可能地不可移动地设置。滚珠螺母26轴向地和径向地经由滚动轴承9的一个构成为内环10的轴承环和一个构成为外环11的轴承环支承在机架4或转向机构壳体27中。滚动轴承9构成为滚珠轴承23。滚动轴承9的内环10固定在转向机构壳体27的一个机壳盖32中的两个止挡30、31之间。电动伺服马达2经由一个牵引工具传动机构与螺母5作用连接，其中构成为齿带的皮带33运行在螺母5上的一个皮带轮34上。皮带轮34以一个台阶圆柱形的套的形式构成并且以它的面向滚动轴承9的端面35构成用于内环10的止挡31。皮带33还运行在一个未示出的皮带轮上，该皮带轮以不可相对旋转的方式与电动伺服马达2的马达轴连接。
伺服马达2按照描述一个期望的转向角和一个车轮转向角的传感器信号由一个未示出的控制和/或调节装置进行控制。由此螺母沿一个或另一个方向转动并且齿条24沿一个或另一个方向移动。另一方面，由车轮反作用力导出的轴向力导入到螺母5上。此外，在一个转向手柄上的转向运动时在螺母5上产生向一个或另一方向转变的作用到滚动轴承9上的轴向力。在运行开始时滚动轴承9的外环11首先变热，因为热量通常从一个其中安装有转向机构壳体27的发动机舱首先从外向转向机构壳体27和壳体盖32辐射。
如图2特别地示出，外环11沿一个在中心在滚动轴承9的径向方向上延伸的分界面12分为两个关于该分界面12对称的环半部13、14。在此，环半部13、14的面向分界面12的各端面15、16没有各自地平行于分界面12被引导，而是各端面15、16相对于分界面12以一个角度β从沿滚动轴承9的径向方向观察的外侧17朝向内侧18延伸。由此，在环半部13、14之间形成一个横截面为锥形或截锥形的环形的间隙。该间隙通过一个同样环形的、具有比外环和内环的热膨胀系数αA更高的热膨胀系数αB（处于铝的膨胀系数的量级）的元件19部分地填充如下，使得元件到轴承外侧和内侧或到外环11的外侧17和内侧18保留一个径向距离。元件19的该径向较小的尺寸是需要的，因为元件在热或冷却影响下沿径向方向膨胀或收缩显著更多。在元件19的相应的径向移动时，（当元件19在冷却影响下收缩时）两个环半部13、14沿轴向方向彼此分离地移动并且（当元件19在热影响下膨胀时）两个环半部沿轴向方向相向移动。
环半部13、14通过构成为螺旋压力弹簧22的弹性元件20、21相互弹性加载。为此，绕滚动轴承9的整个圆周以相同的切向间距设置的弹性元件20、21支撑在止挡30、31与相应的环半部或其轴向端面之间。
通过本发明的滚动轴承9的构造能够实现一个总是不变的轴承间隙并且避免滚动轴承9中的噪音形成和摩擦，因为滚动轴承9在运行中出现的热膨胀对滚动轴承9的公差没有影响，因为该公差被补偿了。

Claims (15)

1.一种动力转向装置、特别是用于车辆的电动助力转向装置，该动力转向装置包括在机架（4）中的由伺服马达（2）驱动的旋转的构件（5’）以及用于将支承构件（5’）沿轴向和径向支承在机架（4）中的滚动轴承（9），其特征在于，滚动轴承（9）的至少一个内环（10）或外环（11）沿一个大约垂直于所述旋转的构件（5’）的纵轴线延伸的分界面（12）被分为两个环部分（13、14），这两个环部分沿轴向被互相弹性加载，并且各环部分（13、14）的相互面向的端面（15、16）以一个角度（β）从它们的径向外侧（17）向它们的径向内侧（18）相向定向并且在这些端面（15、16）之间设置横截面为锥形的元件（19），该元件具有比外环（11）或内环（10）的热膨胀系数（αA）高的热膨胀系数（αB），并且在热导入时元件（19）沿径向如此膨胀以致环部分（13、14）沿轴向相向移动，并且在冷却时元件（19）沿径向收缩并且环部分（13、14）沿轴向彼此远离地移动。
2.根据权利要求1所述的动力转向装置，其特征在于，构件（5’）是沿轴向最大程度地不可移动地支承在机架（4）中的螺母（5），所述螺母与轴向可移动的构件（6）构成丝杠（3）并且由滚动轴承（9）支承在机架（4）中，所述轴向可移动的构件的螺纹（7）与螺母（5）的内螺纹（8）相啮合。
3.根据权利要求1或2所述的动力转向装置，其特征在于，环部分（13、14）借助于至少一个弹性元件（20）互相弹性加载。
4.根据权利要求1或3之一所述的动力转向装置，其特征在于，所述横截面为锥形的元件（19）具有环形状。
5.根据权利要求1至4之一所述的动力转向装置，其特征在于，所述横截面为锥形的元件（19）在大约100℃时具有在大约26×10-6K-1至16×10-6K-1之间的热膨胀系数（αB）。
6.根据权利要求1至5之一所述的动力转向装置，其特征在于，角度（β）大于5°。
7.根据权利要求1至6之一所述的动力转向装置，其特征在于，所述横截面为锥形的元件（19）由铝或黄铜或者它们的合金之一构成。
8.根据权利要求1至7之一所述的动力转向装置，其特征在于，两个环部分（13、14）借助于相互反向作用的弹性元件（20、21）被弹性加载。
9.根据权利要求8所述的动力转向装置，其特征在于，弹性元件（20、21）由一种弹性体材料构成。
10.根据权利要求8或9所述的动力转向装置，其特征在于，弹性元件（20、21）是盘形弹簧或波形弹簧或螺旋压力弹簧（22），所述弹簧元件相互间隔地围绕环部分（13、14）在环部分的周边上支承在机架（4）或一个固定在机架上的构件与环半部（13、14）之间。
11.根据权利要求1至10之一所述的动力转向装置，其特征在于，弹性元件（20）或多个弹性元件（20、21）沿轴向穿过或搭接两个环部分（13、14）并且施加将两个环部分（13、14）朝彼此牵拉的轴向拉力。
12.根据权利要求1至11之一所述的动力转向装置，其特征在于，滚动轴承（9）的内环（10）和外环（11）具有关于分界面（12）对称的横截面。
13.根据权利要求1至12之一所述的动力转向装置，其特征在于，滚动轴承（9）是一个滚珠轴承（23）、一个深沟球轴承或一个四点轴承或两个径向推力球轴承。
14.根据权利要求1至13之一所述的动力转向装置，其特征在于，所述轴向可移动的构件（6）是具有螺纹部段（25）的螺杆或齿条，沿轴向不可移动地支承的滚珠螺母（26）绕所述螺杆或齿条旋转。
15.根据权利要求1至14之一所述的动力转向装置，其特征在于，动力转向装置（1）是电动助力转向装置，其中，伺服电机（2）的与所述沿轴向可移动的构件（6）的轴线平行设置。
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