CN103260999B - 具有螺杆传动机构的助力转向装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有伺服马达的助力转向装置，所述助力转向装置尤其用于机动车，所述伺服马达经由在支架（3）中可转动地安装在轴承（4，5）中的螺母（1）驱动可轴向移动的结构元件，其中螺母（1）与构造在结构元件上的丝杠（2）接合并且在轴向方向上借助于弹簧元件（14）弹性地相对于支架支撑并且在径向方向上沿着细长的环绕的接触面支撑在支架（3）上，其中轴承（4，5）在外环（4）的外部的环周面上经由连接片在接触面上与支架（3）接触并且在连接片的区域中设有塑料元件（7），所述塑料元件防止轴承（4，5）和支架（3）之间的直接的金属接触。

Description

具有螺杆传动机构的助力转向装置
技术领域
本发明涉及一种具有伺服马达的助力转向装置，所述助力转向装置尤其用于机动车，所述伺服马达经由在支架中可转动但轴向不可移动地安装的螺母驱动可轴向移动的结构元件。在具有电动的伺服驱动器的转向装置中滚珠螺母刚性地安装在壳体中或者通过使用弹簧元件和轴承的或壳体的特殊的造型实现一定的纵向移动和倾斜移动，其中所述伺服驱动器经由球状螺纹传动装置作用。同样已知一种球状轴承，其中轴承环和支架都具有球状的面。在该解决方案中，在结构上确定球状面在轴承的中央平面中的中点。由允许轴的角度误差的球面轴承和自位轴承实现类似的功能。所述轴承的目的是公差补偿，由此避免球状螺纹传动装置的张紧。此外，降低构件的动态的和静态的负荷。改进声学特性和降低由于部件的热膨胀造成的机械间隙。
背景技术
在球状面之间的所描述的轴承结构中同样出现与应用球面轴承和自位轴承一样的问题，即最好针对径向力设计所述轴承结构。然而，在电辅助的转向传动装置中在滚珠螺母上出现的负荷在齿条或者丝杠方面主要是在轴向上。
DE 103 10 492 A1描述一种尤其用于机动车的助力转向装置，所述助力转向装置具有构成为电动的伺服马达，所述伺服马达经由在构成为转向装置壳体的支架中可转动但轴向不可移动地安装的螺母驱动构成为推杆的可轴向移动的结构元件。伺服马达、推杆和螺母借助于偏心的轴承环被安装成使得可以改变伺服马达的马达轴和推杆之间的轴间距，这实现简单地、快速地装配助力转向装置。
从DE 102 02 483 A1中已知一种电转向装置，所述电转向装置具有：齿条，所述齿条与转向轴连接；带有同轴地设置在齿条上的转子的用于辅助转向力的马达；螺杆传动机构，其中滚珠插入与转子楔紧的螺母和在齿条上形成的螺栓之间，并且所述电转向装置具有整体上接近圆柱形造型的壳体。滚珠螺杆机构的螺母在轴承中可转动地安装在螺母壳体部段的内部中。
在DE 1947337 U中示出一种具有轴向可移动性和具有复位力的轴向弹簧装置的弹性的滚动轴承。从DE 10 2004 034 701 A1中已知一种具有轴承外环和轴承内环的滚动轴承，其中轴承外环和/或轴承内环分别设置在至少一个减振元件之间。
在EP 1 571 067 A1中公开一种蜗杆轴的弹性轴承结构，所述轴承结构同轴地包围伺服马达的马达轴。
一类的EP 2 049 383 81示出一种解决方案，以便实现或者改进径向轴承的可枢转性。其提出，在外环的外环周上设有凸形的隆起部或者螺母设有凸形的隆起部，内环置于所述螺母上。通过外环的或者螺母的外环周的凸形的隆起部应实现径向轴承的自由调节并且实现螺母和可轴向移动的结构元件的可枢转性。在径向轴承的每个端侧上，设有具有带有弹性体特性的硫化元件的钢环，所述硫化元件在交替负荷的情况下应实现执行和衰减可轴向移动的结构元件的枢转移动以及轴向的和径向的衰减。在可轴向移动的结构元件的弯曲力矩负荷的情况下应当避免系统的张紧。
在工作时指出，在滚珠螺母的外环周的区域中的金属接触面上出现噪声和磨损。在弹性体的减振元件的金属承载件上也形成噪声。
发明内容
本发明基于下述目的，实现一种具有滚珠螺母的可倾斜的轴承结构的助力转向装置，所述助力转向装置具有较低的噪声形成。
所述目的通过根据本发明的助力转向装置来实现。
因为轴承在外环的外部的环周面上经由在轴向方向上的细长的连接片形成接触并且在支承面或支承线的区域中设有避免轴承和支架之间的直接的金属接触的塑料元件，所以能够实现尤其良好的噪声衰减。
连接片能够构造成是凸形的。所述造型实现轴承相对于支架的倾斜移动。在此有利的是，轴承在其外环上具有外部环绕的槽，减振衬垫插入到所述槽中。然后，减振衬垫能够与支架的连接片共同作用并且在此减少噪声的形成。
也能够提出，支架的环绕的连接片由减振的、非金属的材料制成。连接片能够作为插入件装入到槽中，其中槽能够径向向外刺入到轴承座的环周面中。因此，轴承座本身具有比轴承外环的外直径更大的直径。此外，也能够通过减振元件引起滚珠螺母的轴向支撑，所述减振元件插入或者嵌入到槽中，所述槽设置在支架中并且在轴向方向上与轴承外环的端侧相对置。
有利的是，具有弹性体特性的减振元件设有形状保持元件，所述形状保持元件在轴承结构中位于力线之外。由此能够选择所述结构元件的尤其容易的实施方案。特别地，形状保持元件也能够由塑料制成。减振元件在两侧贴靠转向装置壳体和轴承在轴向方向上相对彼此移动的面。以相同的方式避免在工作时能够导致噪声形成的、位于力线中的金属接触。
保持形状的部件能够是同心环，所述同心环设置在减振元件的内侧上。所述实施方案表示除了节约重量之外也有成本上的优势。在由于轴向压缩导致的减振元件的负荷的情况下有利的是，承载元件在支架中可轴向地移动。由此保持没有由在剪切方向上不利的负荷而将减振元件与承载元件连接。
附图说明
下面根据附图描述本发明的实施例。其示出：
图1示出本发明的第一实施例；
图2示出具有在环周侧的减振元件的本发明的第二实施例；
图3示出根据图2的实施形式的变型形式；
图4示出具有用于轴向弹簧缓冲的盘形弹簧的本发明的第三实施型式；
图5示出图1至图4中的减振元件的立体图；
图6示出具有凸形的环周侧的减振元件的根据图4的实施形式的变形；以及
图7示出具有能够简单装配的减振元件的变型形式。
具体实施方式
在图1中示意地示出横贯在滚珠螺母1的轴承结构的区域中的转向传动装置的纵截面的示意图。滚珠螺母1包围丝杠2并且与丝杠2接合，使得滚珠螺母1的转动将丝杠2沿轴向方向相对于为没有示出的转向壳体的一部分的支架3移动。滚珠螺母1为此例如能够经由没有示出的齿带电动驱动。滚珠螺母1相对于支架3的安装在具有外环4、球形的滚动体5和直接地构成在滚珠螺母1上的内部的作用面6的球轴承中，由此轴承装置是极其紧凑的。代替所述尤其紧凑的实施方案，在所述位置上也能够使用标准滚动轴承。
在径向方向上实现外环4在支架3中的轴承结构，使得支架3在轴承座的区域中设有连接片7，所述连接片环绕地设置并且沿着环形面以小的间隙贴靠轴承外环4。配合优选构成为滑动配合，使得轴承外环4沿轴向方向能够以小的力移动，其中那么外环4的外部的环周面能够在连接片7的内部的环周面上滑动。
轴承外环4在支架3中通过稳固元件8稳固在所述支架的轴承座中，所述稳固元件例如能够构成为环形螺母。稳固元件8具有横截面为矩形的朝向轴承外环4的槽9。槽侧壁是圆柱形的环绕的面，所述面与所述装置同轴地设置，而槽基底是平行于轴承外环4的平面的端面延伸的圆环面。在轴承外环4和槽基底之间插入起弹簧和减振作用的减振元件10。减振元件10具有环形的承载件11和同样环形的减振元件12，所述减振元件在内部固定在承载件11上。减振元件12在装置的轴向方向上与承载件11相比更厚地构成。减振元件12的一侧贴靠轴承外环4的相邻的端面。所述减振元件的另一侧贴靠槽9的槽底。
相应地，支架3在相对置的侧上设有槽13，所述槽同样具有矩形的环绕的横截面并且所述槽在装置的轴向方向上朝向轴承外环4开口。在槽13中插入减振元件14，所述减振元件包括内部固定的承载件15和外部的减振件16。减振件16从外部安置在承载件15上。减振件16在装置的轴向方向上与承载件15相比更厚并且在一侧贴靠轴承外环4，而在另一侧贴靠槽13的槽底。此外，轴承外环4被装配在支架3中，使得距支承外环4的端面的两侧保持缝隙17或18并且轴承外环4在轴向方向上设置成可在支架3之内移动缝隙大小。
在作用到滚珠螺母1的轴承上的负载的情况下，轴承外环4以受限的程度偏离，使得滚珠螺母1能相应地移动并且能够跟随齿条2的突然的负载或者小的弯曲，而没有损坏轴承结构或者滚珠本身。在此，连接片7还实现轴承外环4在齿条2的径向弯曲的情况下的倾斜。
在所述实施形式中，减振元件10和13是有利的，因为一方面所述减振元件能够低成本地制造，因为承载件11或者15能够由固定的、性状稳定的塑料材料制造，而减振件12或者16能够基于弹性体材料制成。减振元件的两个所述的元件之间的连接不受到特别高的负荷，因为当轴承外环4移动时承载件11或15不位于力线中。此外，通过缝隙17和18的缝隙大小限制轴承外环4的移动，使得本来的减振体不能够被压缩和负载到超过结构上预设的大小。为了安装有利的是，减振元件10和14在装配时能够简单地插入到槽9或13中，而没有为此需要特殊的装置。
得到低成本的、可长期保持的并且能够简单装配的解决方案并且实现尤其低噪声的工作，因为减振元件在力线中不具有金属的承载元件。
图2示出本发明的另一实施形式的根据图1的视图。相同的构件设有相同的附图标记。没有示出齿条。
通过减振元件21设有环形的承载件22和减振件23可以实现支架20的紧凑的结构，其中承载件22载有环形环绕的、朝向平坦侧开口的槽24，减振元件23嵌入到所述槽中。减振元件23本身由弹性体制成，而承载件22能够由硬质的塑料或者金属制成。支架20具有环形环绕的卷边25，减振元件21以其背离槽24的平坦侧贴靠所述卷边。轴承外环26以平坦侧贴靠减振件23。轴承外环26的相对置的平坦侧通过在此也为环形螺母的结构形式的稳固元件27稳固。稳固元件27类似于图1中的稳固元件8具有朝向轴承外环26的槽，所述槽的槽底平行于轴承外环26的相邻的平侧延伸。环形的减振元件29插入或者模制到槽28中。所述减振元件以其背离槽底的空出的一侧贴靠轴承外环26的平坦的端侧。支架20还具有连接片30，所述连接片沿径向方向引导轴承外环26。轴承外环26在贴靠连接片30的区域中设有槽31。槽沿轴承外环26的环周方向在所述轴承外环的外侧上延伸。减振元件32插入到槽31中，使得设置成与连接片30接触。
在根据图2的实施形式中，环形环绕的减振件23和29被喷射到槽24和28中。例如能够使用EPDM(三元乙丙橡胶)或者HNBR(氢化丁腈橡胶)材料。该结构与根据图1的实施形式相比可以更紧凑的。在所述实施形式中，减振件23和29的压缩也通过确定缝隙17和18的尺寸来限定，所述缝隙在减振件能被损坏之前限制轴承外环26的轴向移动。
环形的减振元件32同样能够由塑料制成，其中在此优选的是相对硬质的塑料，所述相对硬质的塑料与连接片30形成有利的摩擦副。不同于在根据图1的实施方案中，在所述实施形式中，轴承外环26不与支架20直接地金属接触，使得实现进一步改进的噪声衰减。
图3示出根据图2的实施方案的更加简单的变型形式。在所述变型形式中，减振元件35直接地被装入、例如喷射到支架37的环绕的槽36中。轴承外环26如在图2中一样设有外部环绕的槽31，在所述槽中插入有减振元件32。稳固元件38在此构成为螺栓套筒。稳固元件38如在图2中一样具有朝向轴承外环26的槽39和设置在槽39中的减振元件40。减振元件35和40贴靠轴承外环26的两个平的端侧。稳固元件38具有套筒形的突起部41，所述突起部包围轴承外环26并且其内直径大于轴外环26的外直径。套筒形的突起部41在其内侧上具有连接片42，所述连接片在所示出的装配位置中与减振元件32接触，更确切地说，大致中央地环绕地贴靠在所述减振元件的外部的表面上。整个装置大致与滚珠螺母1的中轴线旋转对称。
在所述实施形式中，进一步降低结构元件的数量，因为减振元件35直接地设置在支架37中。轴承外环26如在其他的实施例中一样以小的大小移动。在沿轴向方向移动时，减振元件32在连接片42的内表面上滑动，而减振元件35或40根据运动方向被压缩。由于连接片42在轴向方向上相对短的延伸，轴承外环26也能够以小的程度倾斜，而没有出现损坏。减振元件35和40的变形又通过确定缝隙17和18的尺寸来限定。
在根据图3的实施形式中，在工作时也实现低的噪声水平，因为轴承外环26不与支架37直接地金属接触。
在图4中示出滚珠螺母和轴承外环的与根据图2和3的实施方案结构相同的实施形式。轴承外环26同样在环周侧具有槽31，减振元件32插入到所述槽中。
在所述实施形式中，支架在所示出的轴承结构的区域中构成为是两件式的壳体。第一壳体件50和第二壳体件51沿着分隔部彼此相邻地设置并且借助没有示出的固定机构固定。壳体件51具有径向向内指向的连接片53，所述连接片形成如上描述的轴承座。壳体件50和51围绕轴承外环26首先形成基本上圆柱形的壳体，所述壳体以距轴承环26一定间距的方式在每个壳体件50和51上承载指向内部的环形卷边。环形卷边在朝着对称轴线的径向方向上比轴承外环26的径向延伸短得多。两个环形卷边54和55形成圆环形的面，所述面平行于轴承外环26的平坦的外侧延伸。盘形弹簧置于所述圆环形的面上，更确切地说其中环形卷边54具有第一盘形弹簧56和第二盘形弹簧57。在第二环形卷边55中设有第三盘形弹簧58和第四盘形弹簧59。盘形弹簧56和57以形成镜像的方式设置。因此，所述盘形弹簧的表面不相互平行，而是盘形弹簧56和57在直径最大的区域中线形地接触到凸形的一侧上。盘形弹簧56和57的凸形的侧彼此朝向。凸形的侧彼此背离。盘形弹簧56在其直径最小的区域中线形地贴靠环形卷边54的平坦的侧。盘形弹簧57以其最小的直径线形地贴靠轴承外环26的端侧。相应地，盘形弹簧58和59同样相互成镜像地设置。最小直径的线贴靠法兰55的内侧或者轴承外环26的外侧，而两个盘形弹簧在其直径最大处线形地接触。轴承外环26以该方式在设备的轴向方向上弹性地安装在盘形弹簧之间。在弹簧移动时，如在其他的实施例中一样，减振元件32也在连接片53的内侧滑动。在倾斜移动时，轴承外环能够在一侧压紧盘形弹簧57并且在相对置的相反一侧压紧盘形弹簧58。减振元件32允许轴承外环26的相应的倾斜。所述实施形式是尤其结实的并且由于在盘形弹簧的区域中的小的接触面以及在减振元件32的区域中的非金属的接触在工作时还是低噪声的。
图5示出如能够用作减振元件32的环的立体图。减振元件32具有通常圆柱形的、环形的基本形状，其中在整个环周上的材料厚度基本上是恒定的。从窄侧起以均匀的间距设置凹部60，所述凹部分别成对地直接相邻地从相对置的窄侧起被引入。由此，在凹部60之间构成细长的、S形的连接片61，所述连接片以弹簧的方式作用。基于所述造型，减振元件32能够膨胀，使得其内直径扩大。由此，减振元件32能够安装在轴承外环26上。
此外，减振元件32以该方式在一定程度上是柔性的，使得所述减振元件在轴承外环26和相邻的连接片之间使用时能够匹配于具体的尺寸。特别地，减振元件32也能够补偿通常由钢制成的轴承外环26的材料以及由铝铸件制成的转向壳体或者支架之间的不同的热膨胀。在热影响的情况下，缝隙扩大，在所述缝隙中设置有减振元件32。减振元件32由具有较高膨胀系数的塑料制成并且由此其厚度以相应于缝隙扩大的大小增加。由此，保持轴承在支架中的间隙基本上是恒定的。减振元件32本身在环周方向上的膨胀由切口60来补偿。减振元件32优选由可相应地负载的塑料材料制成。
图6示出类似图4的实施形式。在所述实施形式中，壳体同样被划分成两个壳体件62和63。四个盘形弹簧64如上面描述地那样位于壳体件62和63的环形卷边和轴承外环65之间。轴承外环35不具有被加入的减振元件，而是以其外侧贴靠减振环66，所述减振环被插入到壳体件62中并且所述减振环将轴承外环65在其外侧上完全地包围。减振元件66设有向内稍微凹陷的表面，使得轴承外环65基本上线形地贴靠减振元件66。该功能类似于根据图4的实施形式描述。盘形弹簧64实现轴承外环65在轴向方向上的移动以及稍微的倾斜。倾斜由于减振元件66的形状变得容易，使得在安装在滚珠螺母1中的齿条弯曲时轴承能够跟随所述弯曲，而不用担心过负载进而不用担心轴承损坏。
最后图7示出具有用于轴向地支撑轴承外环65的盘形弹簧64的类似图4和6的实施形式。在所述实施形式中，支架在所示出的轴承的区域中由第一壳体件70和第二壳体件71组成。两个壳体件70和71在此仅示意地示出。所述壳体件在真实的实施方案中是转向传动装置壳体的一部分。构件70和71基本上成形为，使得所述构件根据轴承座的类型在环周侧包围轴承外环65并且使得所述构件构成为指向径向内部的环形卷边，盘形弹簧64贴靠所述环形卷边。所述结构元件结合图4来详细地描述。
壳体件70和71组装成，使得壳体件71设有套筒状的区域72，所述区域相对于外部环周连接在具有减小的环周的凸肩73中。相应地，壳体件70在凸肩74中在内部直径被扩大。相对于滚珠螺母1纵轴线的轴向方向上的长度在套筒状的区域72中选择成，使得在构件70和71相互贴靠的情况下在凸肩74和套筒状区域72的端侧之间保持自由空间，所述自由空间形成环绕的槽75。槽75在完成装配的情况下中心地沿着所述轴承外环65的外部的环周面包围轴承外环65。减振元件76贴靠轴外环65的外部的环周面，而在壳体件70和71之间在轴承外环65中设有环绕的环形缝隙。
在工作时，在轴向负载的情况下并且尤其在未示出的丝杠的弯曲负荷的情况下，滚珠螺母1能够通过克服盘形弹簧64的弹性运动而移动。在穿过减振元件76的外部环周面的区域中的轴承结构也实现轴承外环相对于结构上预设的轴方向的枢转，使得如在工作时出现的弯曲负荷不导致滚珠螺母的轴承或滚珠的损坏。
在所述实施形式中，减振元件76能够由几乎任意的材料制成，因为为了装配不必须使减振元件拉伸或者压缩。减振元件能够是根据图5的环，但是在那里示出的凹部60不必须是在根据图7的实施形式中的凹部。
盘形弹簧的优点在于，借助两个弹簧在轴承的每侧能够实现弹簧结构的渐进的特征曲线。另一优点在于，盘形弹簧本身为在弹簧行程的端部处的金属的止挡件。不需要附加的止挡件。
附图标记列表
1. 滚珠螺母
2. 丝杠
3. 支架
4. 外环
5. 滚动体
6. 作用面
7. 连接片
8. 稳固元件
9. 槽
10. 减振元件
11. 承载件
12. 减振元件
13. 槽
14. 减振元件
15. 承载件
16. 减振元件
17. 缝隙
18. 缝隙
19. 支架
20. 支架
21. 减振元件
22. 承载件
23. 减振件
24. 槽
25. 卷边
26. 轴承外环
28. 槽
29. 减振元件
30. 连接片
31. 槽
32. 减振元件
35. 减振元件
36. 槽
37. 支架
38. 稳固元件
39. 槽
40. 减振元件
41. 突起部
42. 连接片
50. 壳体件
51. 壳体件
52. 分隔部
53. 连接片
54. 环形卷边
55. 环形卷边
56. 盘形弹簧
57. 盘形弹簧
58. 盘形弹簧
59. 盘形弹簧
60. 凹部
61. 连接片
62. 壳体件
63. 壳体件
64. 盘形弹簧
65. 轴承外环
66. 减振元件
70. 壳体件
71. 壳体件
72. 套筒形的区域
73. 凸肩
74. 凸肩
75. 槽
76. 减振元件

Claims (4)

1.具有伺服马达的助力转向装置，所述助力转向装置用于机动车，所述伺服马达经由在支架(3)中能转动地安装在轴承中的螺母(1)驱动能够轴向移动的结构元件，其中所述螺母(1)与构造在所述结构元件上的丝杠(2)接合并且经由所述轴承在轴向方向上借助于弹簧元件(14)弹性地相对于所述支架(3)支撑以及在径向方向上支撑在所述支架(3)的环绕的连接片上，
其特征在于，在所述连接片的区域中设有塑料元件(32)，所述塑料元件防止所述轴承和所述支架(3)的连接片之间的直接的金属接触，其中所述塑料元件(32)能够补偿轴承外环和所述支架(3)的不同的热膨胀，其中所述塑料元件(32)构成为环并且具有至少一个凹部(60)用于所述塑料元件(32)的弹性膨胀。
2.根据权利要求1所述的助力转向装置，其特征在于，所述塑料元件(32)插入到构成在所述轴承的外部的环周面上的槽(31)内。
3.根据上述权利要求之一所述的助力转向装置，其特征在于，所述塑料元件是减振衬垫。
4.根据权利要求1或2所述的助力转向装置，其特征在于，所述螺母是滚珠螺母，其中减振元件(23，29，35，40)设置用于轴向地支撑所述滚珠螺母，所述减振元件被插入或者嵌入到槽(24，28，36，39)中，所述槽设置在所述支架中并且在轴向方向上与所述轴承外环的端侧相对置。
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