CN104203721B - 用于转向机构的浮动轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于转向机构的浮动轴承(7)，该浮动轴承具有用于容纳所述转向机构的小齿轮轴的内圈(11)和用于将所述浮动轴承(7)支承在所述转向机构的壳体(1)中的包围所述内圈(11)的外圈(13)，其中，所述外圈(13)和所述内圈(11)在其之间形成环形间隙(19)，并且，所述外圈(13)和所述内圈(11)经由至少一个柔性的连接部件(17)相互连接，使得所述内圈和外圈在至少一个径向方向上能够彼此相对运动，其特征在于，所述外圈(13)和/或所述内圈(10)在所述连接部件(17)内构造有至少一个凸起(18)，所述凸起伸入所述环形间隙(19)中，从而在该凸起(18)的区域中所述外圈(13)和所述内圈(11)之间的间距小于在所述环形间隙(19)的其余部段中所述外圈和所述内圈之间的间距。

Description

用于转向机构的浮动轴承
技术领域
本发明涉及一种用于转向机构的浮动轴承。
背景技术
在大多数机动车中装有助力转向系统，所述助力转向系统在转向时产生辅助扭矩进而减小由驾驶者施加到转向柱上的转向力矩。
已知的助力转向系统基于转向机构，所述转向机构转换液压式或电气式驱动器的驱动功率并且将其传递到转向柱上。这种转向机构通常构造成滚齿传动机构的形式并且尤其构造为螺旋齿轮传动机构或蜗杆传动机构，也就是说，其包括：直接或间接地与转向拉杆连接的齿轮；以及由此经由小齿轮轴由驱动器驱动的小齿轮。
在这种转向机构中显示为有问题的是齿轮啮合间隙，所述齿轮啮合间隙由于构件公差、传动元件的不同热膨胀并且由于磨损而形成。尤其在所谓的转向变化的情况下，也就是说在以变化的转向回转进行直接相继转向的情况下，这样的齿轮啮合间隙产生不期望的噪音，所述噪音由小齿轮和齿轮的各齿的相对置的齿面的交替贴靠造成。
已知的是，所述齿轮啮合间隙通过下述方式消除：小齿轮轴可枢转地围绕一轴线被支承并且借助于一个或多个弹性元件压向齿轮，所述轴线垂直于小齿轮轴的纵轴线并且与小齿轮和齿轮的齿部啮合成一定间距地延伸。小齿轮轴的可枢转性在此集成到两个轴承结构之一中，小齿轮轴在端侧上经由所述轴承结构支承。所述轴承结构也称为“固定轴承”。然后，轴承结构在另一端部的区域中构成有间隙(所谓的“浮动轴承”)，以便能够实现因枢转运动引起的偏转。固定轴承通常设置在驱动侧，而浮动轴承设置在小齿轮轴的自由端上。用于将小齿轮按压到齿轮上的一个或多个弹性元件通常集成到浮动轴承中。
这样的(这种)浮动轴承以及包括这样的浮动轴承的转向机构例如从DE 10 2007055 814 A1中已知。在那里浮动轴承包括：内圈，转向机构的小齿轮轴的一部分在插入滚动轴承的情况下支承在所述内圈内；以及外圈，所述外圈被容纳在转向机构的壳体的容纳部中。内圈和外圈在其之间形成环形间隙。在环周的一个位置上，内圈和外圈经由构造为连接片的由弹性材料制成的连接部件连接。环形间隙能够实现内圈和外圈相互间的可径向运动性，而连接部件确保内圈和外圈的固紧，而不会妨碍在所述内圈和外圈之间的期望的可径向运动性。
在从DE 10 2007 055 814 A1中已知的浮动轴承中不利的是相对大的力，所述力对于由于连接部件的变形而引起的内圈相对于外圈的相对移动是必需的。
发明内容
从现有技术出发，本发明基于的目的是提出一种改进的用于转向机构的浮动轴承。该改进的浮动轴承的特定尤其在于：仅需要相对小的用于内圈相对于外圈的相对运动的力。
根据本发明提供一种用于转向机构的浮动轴承，该浮动轴承具有用于容纳所述转向机构的小齿轮轴的内圈和用于将所述浮动轴承支承在所述转向机构的壳体中的包围所述内圈的外圈，其中，所述外圈和所述内圈在其之间构成环形间隙，并且，所述外圈和所述内圈经由至少一个柔性的连接部件相互连接，使得所述内圈和外圈在至少一个径向方向上能够彼此相对运动，其中，所述外圈和/或所述内圈在所述连接部件内构造有至少一个凸起，所述凸起伸入到所述环形间隙中，从而在所述凸起的区域中在所述外圈和所述内圈之间的间距小于在所述环形间隙的其余部段中所述外圈和所述内圈之间的间距。
另外，根据本发明提供一种转向机构，具有齿轮、与该齿轮啮合的小齿轮和包含该小齿轮的小齿轮轴，其中，所述小齿轮轴在所述小齿轮的一侧上支承在固定轴承中，该固定轴承构造有用于所述小齿轮轴的枢转轴线，并且，所述小齿轮轴在所述小齿轮的另一侧上支承在浮动轴承中，其中，所述浮动轴承如上所述构成。
本发明基于的思想是，尤其是关于用于内圈相对于外圈的相对移动所施加的力改进这种浮动轴承，其方式为，连接部件(内圈与外圈经由该连接部件可运动地连接)被铰链状地构成，从而所述相对运动基本上基于内圈和外圈相互的滚动和滑动。所述相对运动的引导由此由内圈和外圈本身承担。在根据DE 10 2007 055 814 A1的浮动轴承中仍构成整个连接部件的柔性材料的使用因此能够减少到外壳上，所述外壳基本上仅仍必须确保将内圈和外圈的固紧并且能够因小的变形力而出色。
本发明的该思想在结构上通过下述方式实现：所述浮动轴承具有用于(直接或间接地)容纳转向机构的小齿轮轴的内圈和用于将浮动轴承支承在转向机构的壳体中的包围所述内圈的外圈，其中，外圈和内圈在其之间形成环形间隙，并且外圈和内圈经由至少一个柔性的连接部件相互连接，使得所述内圈和外圈在至少一个径向方向上可彼此相对运动，将这种用于转向机构的浮动轴承如下改进：外圈和/或内圈在连接部件内构造有(至少)一个凸起，所述凸起伸入到环形间隙中，从而在该凸起的区域中在外圈和内圈之间的间距小于在环形间隙的其余部段中在外圈和内圈之间的间距。
在此，所述凸起能够优选具有(二维或三维)弯曲的表面轮廓。
此外在根据本发明的浮动轴承的一个优选的设计方案中能够提出：内圈和外圈分别构造有(至少)一个凸起，各凸起径向相对置。
优选能够提出：内圈和外圈在凸起的区域中部分地或完全地由柔性材料并且优选由弹性材料(例如弹性体)包围。柔性材料能够尤其构成在一个或多个凸起的区域中包围内圈和外圈的外壳，所述外壳确保将内圈和外圈固紧，但同时尽可能少地阻碍在内圈和外圈之间的相对运动。
“柔性材料”理解为在力下可变形的材料，所述力(明显)低于使内圈和外圈相应变形的力。尤其是所述“柔性材料”的根据功能的可变形性在这样的力下给定，即所述力在这种转向机构中导致小齿轮轴的枢转并导致内圈和外圈的基于所述枢转的相对运动。
“弹性材料”理解为弹性模数(明显)小于内圈和外圈的一种/多种材料的一个/多个弹性模数的材料。尤其是，“弹性材料”的弹性模数小到使得所述弹性材料在这种转向机构中引起小齿轮轴的枢转的力的情况下会导致根据功能的变形并且导致由此实现的内圈和外圈的相对运动。
在根据本发明的浮动轴承的另一优选的设计方案中能够提出：内圈(优选在其内侧上)和/或外圈(优选在其外侧上)构造有至少一个凹部，在所述凹部中设置有柔性材料。由此一方面能够构成在内圈和/或外圈以及柔性材料本身之间的形状锁合的连接，所述连接改进内圈和外圈的固紧。此外，尤其当(如优选提出的那样)柔性材料不伸出凹部(多个凹部)的边缘时，能够通过将柔性材料设置在凹部中而简化浮动轴承到转向机构的壳体中的集成。
优选能够提出：根据本发明的浮动轴承的内圈和外圈在一个或多个凸起的区域中接触，由此所述内圈和外圈在相对运动时直接相互滚动或滑动。
然而其也能够是由柔性材料构成的(薄)层，该柔性材料也能够是包围内圈和外圈的相同的材料，所述材料在凸起的区域中设置在内圈和外圈之间。在此其厚度在其最薄的位置上优选为最大0.5mm、特别优选为最大0.3mm，在该最薄的位置上在内圈和外圈之间的间距最小。根据柔性材料，这样的层能够减少在仅间接地相互滚动或滑动的内圈和外圈之间的摩擦。这样的薄层能够以简单的方式通过下述方式制成：包围内圈和外圈的外壳通过借助柔性材料包封注塑来制成，其中，(由于在内圈和外圈之间的间隙和/或由于在注塑时产生的压力下外圈和/或内圈的变形)设定在一个/多个凸起的区域中在内圈和外圈之间的对应于层厚的间距。
根据本发明的转向机构包括至少一个齿轮、与所述齿轮啮合的小齿轮和包含所述小齿轮的小齿轮轴，其中，所述小齿轮轴在所述小齿轮的一侧上支承在固定轴承中，所述固定轴承构造有用于小齿轮轴的枢转轴线，并且所述小齿轮轴在所述小齿轮的另一侧上支承在根据本发明的浮动轴承中。
在根据本发明的转向机构的一个优选的设计方案中，内圈和/或外圈包括至少一个凸起，所述凸起为了将浮动轴承优选精确地定位在转向机构的壳体中而嵌接到壳体的优选互补地构成的凹部中。在此，特别优选地提出：凹部沿内圈或外圈的轴向方向延伸。因此能够简化与此互补的凹部在壳体中的制造。
附图说明
下面借助于在附图中示出的实施例详细阐述本发明。在附图中：
图1示出根据本发明的转向机构的第一横截面；
图2示出图1的转向机构的第二横截面；
图3示出图1和2的转向机构的功能的示意图；
图4示出在图1和2的转向机构中所使用的浮动轴承的俯视图；
图5示出图4的浮动轴承的沿着图4中的剖面V-V的纵剖面；
图6示出图4和5的浮动轴承的沿着图5中的剖面VI-VI的径向剖面。
具体实施方式
图1和2示出根据本发明的转向机构的一个实施形式的重要组件。所述转向机构包括壳体1，在所述壳体内支承有齿轮2以及与齿轮2啮合的小齿轮。小齿轮和包含该小齿轮的小齿轮轴以蜗杆3的形式集成地构成。
齿轮2牢固地固定在机动车(未示出)的转向柱4上。
蜗杆3具有驱动侧端部，经由该端部能够与未示出的驱动器(例如电动机)的驱动轴连接。在所述驱动侧端部的区域中，蜗杆3借助于第一轴承结构支承在壳体1中。该轴承结构包括固定轴承5，所述固定轴承允许蜗杆3围绕枢转轴线6枢转。
所述枢转引起蜗杆3的与驱动侧端部相对置的自由端的偏转，所述蜗杆在自由端处借助于第二轴承结构支承在壳体1的容纳部中。第二轴承结构包括根据本发明的浮动轴承7，所述浮动轴承构成为使得其允许蜗杆3的自由端偏转。
蜗杆4的在固定轴承5的区域中和在浮动轴承7的区域中的轴承结构分别包括滚动轴承8、9，蜗杆3的相应部段尽可能无间隙地支承在所述滚动轴承中。滚动轴承8、9本身分别支承在固定轴承5或浮动轴承7的内圈10、11中。此外固定轴承5和浮动轴承7分别包括包围相关内圈10、11的外圈12、13，各外圈又再尽可能无间隙地分别设置在壳体1的相应容纳部中。在内圈10、11和与其相关的外圈12、13之间的连接在结构上构成为，使得所述外圈和内圈(在固定轴承5的情况下)能够实现蜗杆3围绕枢转轴线6的枢转并且(在浮动轴承7的情况下)能够实现蜗杆3的自由端的偏转。
为此，在固定轴承5的情况下，外圈12经由两个连接片14(例如由弹簧钢制成)与内圈10连接，其中，两个连接片14尽可能在同一直线上延伸进而构成枢转轴线6，以便能够使外圈12相对于内圈10枢转。连接片14进而枢转轴线6在此不延伸穿过固定轴承5的中心，而是与该固定轴承径向位错地延伸(参见图3)。因此枢转轴线6不与蜗杆3的纵轴线15相交。
通过使连接片14相对于固定轴承5的中心径向位错，枢转轴线6移动到蜗杆3的小齿轮的外环周的附近，由此能够减少或者避免反应力矩(M2)的形成，所述反应力矩由于在小齿轮和齿轮的齿啮合的情况下产生的啮合力(Fa1、Fa2)结合啮合力(Fa1、Fa2)的作用线与枢转轴线6的间距而产生或可能会产生。为了尽可能完全避免反应力矩(M2＝0)而提出：枢转轴线6位于切向平面内，该切向平面形成在齿轮2和小齿轮的两个分度圆或节圆的接触点中(即“齿部啮合”16)，如在图3中示意地示出的。
图4和6单独地示出根据本发明的、转向机构的浮动轴承7。浮动轴承7的重要功能在于，将蜗杆支承在壳体1内，从而确保蜗杆3的自由端由于该蜗杆围绕在固定轴承5中形成的枢转轴线6的枢转而引起的运动(偏转)。为此，内圈11在浮动轴承7的没有负载的中性位置中以基本上恒定的间距同心地设置在外圈13内。在一个部段中，内圈11经由径向延伸的连接部件17与外圈13连接。在连接部件17的区域中，内圈11和外圈13在径向剖面中(参见图6)分别具有弯曲延伸的凸起18，各凸起(相对置地)伸入在内圈11和外圈13之间形成的环形间隙19中。两个凸起18的尖部在此接触。
在凸起18的区域中，内圈11和外圈13由弹性体外壳20包围。在此，弹性体外壳20的设计方案为：该弹性体外壳不突出于内圈11和外圈13的外表面。为此一方面在凸起18的区域中内圈11和外圈13的轴向长度小于在其余部段中内圈11和外圈13的轴向长度。由此形成凹部21，弹性体外壳20的弹性材料被容纳在所述凹部中(参见图5)。此外外圈13在一半的轴向长度上设有径向开口，在所述径向开口中同样设置有弹性体外壳20的材料(参见图5)。此外图6示出，内圈11在其容纳蜗杆3的内侧上并且外圈13在其将浮动轴承7支承在壳体1的相关容纳部中的外侧上分别形成沿轴向方向延伸的另外的凹部22，在该另外的凹部中同样容纳有弹性体外壳20的材料。通过将弹性体外壳20的材料设置在凹部21、22中能够防止所述材料突出于内圈11和外圈13的相应地相邻的区域，由此简化浮动轴承7到转向机构中的集成。
也在环形间隙19的区域中，凸起18在两侧(在环周方向上)由弹性材料23包围。在此所述弹性材料优选为也构成弹性体外壳20的相同的材料。弹性材料23在环形间隙19的区域中结合弹性体外壳20引起内圈11和外圈13的固紧。弹性体外壳20和在环形间隙19中设置的弹性材料23能够在一个工作过程中例如通过(双组分)注塑制成。
连接部件17构成具有低枢转力矩的枢转铰链，所述枢转铰链能够实现外圈13相对于内圈11围绕位于连接部件17的区域中的枢转轴线的枢转。在这个枢转运动中，外圈13和内圈11在接触部段中相互滑动或滚动，而弹性体外壳20和在环形间隙19中设置的弹性材料23并不显著地妨碍外圈13和内圈11的相对运动，但同时确保所述内圈和外圈的固紧。
浮动轴承7的内圈11还具有卡圈。所述卡圈用于将滚动轴承9进而将蜗杆3轴向定位在壳体1中。
此外，浮动轴承7的外圈13在其环周的一个位置上还具有沿轴向方向突出的定位凸起25。所述定位凸起嵌接到壳体1的相应空隙中(参见图2)。由此确保浮动轴承7精确地定位在壳体1中。此外，定位凸起防止外圈13在壳体1中扭转。
所提出的是，将浮动轴承7集成到转向机构的壳体1中，使得蜗杆3围绕在固定轴承5中形成的枢转轴线6的枢转引起内圈11相对于外圈13在基本上垂直于引导通过连接部件17的径向轴线26的方向上移动。反之，在垂直于所述方向的方向上，即在浮动轴承7的引导通过连接部件17的径向轴线26的方向上，应使外圈13尽可能不相对于内圈11移动，以便在转向机构运行时避免蜗杆3的小齿轮卡在齿轮2上。这通过下述方式实现：在内圈11和外圈13之间的间距在浮动轴承7的与连接部件17径向相对置的部段中限制在例如0.1mm的小尺度上。这借助于限制元件27进行，所述限制元件沿径向方向可移动地支承在外圈13内。限制元件27的径向宽度大于外圈13的径向宽度，其中，还没有安装在壳体1中的浮动轴承7的限制元件27能够向外移动，使得所述限制元件突出于外圈13的外表面。由此引起在内圈11的外侧和限制元件27之间的相对大的间距。该间距在将浮动轴承7安装在壳体1中时减小到所期望的小尺度，这是因为限制元件27由于与壳体1的碰撞而不再能够突出于外圈13的外表面并且因此必须朝向内圈11的方向移动。
此外浮动轴承7的外圈13还包括弹性止挡元件28，所述弹性止挡元件在蜗杆3沿一个方向(在图1中向上)枢转时限制内圈11的运动。例如能够构成为金属弹簧或构成为包括金属弹簧和弹性体弹簧的组合的弹性止挡元件28也能够集成在内圈11中。
根据本发明的转向机构引起齿轮啮合间隙的补偿，如尤其是可由于转向机构的各构件的制造公差、这些构件的不同热膨胀以及磨损而引起的齿轮啮合间隙。所述齿轮啮合间隙补偿通过下述方式实现：蜗杆3被可枢转地支承并且经由弹簧负载压向齿轮2。弹簧负载(同样如构成枢转轴线6那样)尤其通过固定轴承5的连接片14实现，所述连接片由于外圈12相对于内圈10的相对运动而绞合进而在功能上用作为扭转弹簧杆。为了实现充足的弹簧应力，以便经由所述弹簧应力在转向机构的使用寿命期间补偿日益增加的磨损，所提出的是：蜗杆3在重新制造转向机构时设有相对大的枢转角。为此提出：将蜗杆3集成到壳体1中，使得该蜗杆的纵轴线15在固定轴承5的区域中距齿部啮合16或啮合力(Fa1、Fa2)的作用线的间距比在浮动轴承7的区域中的情况下的间距略小(参见图1)。该位错通过固定轴承5的内圈10相对于外圈12的相应位错实现；内圈和外圈因此不精确地同心地设置。由此能够实现：固定轴承5和浮动轴承7尽管预设的枢转角但仍设置在壳体1的容纳部中，各容纳部同心地设置。由此能够简化壳体1的制造。
附图标记清单
1 壳体
2 齿轮
3 蜗杆
4 转向柱
5 固定轴承
6 枢转轴线
7 浮动轴承
8 滚动轴承
9 滚动轴承
10 固定轴承的内圈
11 浮动轴承的内圈
12 固定轴承的外圈
13 浮动轴承的外圈
14 连接片
15 蜗杆的纵轴线
16 齿部啮合
17 连接部件
18 凸起
19 环形间隙
20 弹性体外壳
21 凹部
22 凹部
23 弹性材料
24 卡圈
25 定位凸起

Claims (10)

1.一种用于转向机构的浮动轴承(7)，该浮动轴承具有用于容纳所述转向机构的小齿轮轴的内圈(11)和用于将所述浮动轴承(7)支承在所述转向机构的壳体(1)中的包围所述内圈(11)的外圈(13)，其中，所述外圈(13)和所述内圈(11)在其之间构成环形间隙(19)，并且，所述外圈(13)和所述内圈(11)经由至少一个柔性的连接部件(17)相互连接，使得所述内圈和外圈在至少一个径向方向上能够彼此相对运动，其特征在于，所述外圈(13)和/或所述内圈(11)在所述连接部件(17)内构造有至少一个凸起(18)，所述凸起伸入到所述环形间隙(19)中，从而在所述凸起(18)的区域中在所述外圈(13)和所述内圈(11)之间的间距小于在所述环形间隙(19)的其余部段中所述外圈和所述内圈之间的间距，并且所述内圈(11)和所述外圈(13)在所述凸起(18)的区域中由柔性材料包围。
2.根据权利要求1所述的浮动轴承(7)，其特征在于，所述凸起(18)具有弯曲的表面轮廓。
3.根据权利要求1或2所述的浮动轴承(7)，其特征在于，所述内圈(11)和所述外圈(13)分别构造有一个凸起(18)，各凸起径向相对置。
4.根据权利要求1或2所述的浮动轴承(7)，其特征在于，所述内圈(11)在其内侧上和/或所述外圈(13)在其外侧上构造有至少一个凹部(22)，在所述凹部中设置有所述柔性材料。
5.根据权利要求1或2所述的浮动轴承(7)，其特征在于，所述内圈(11)和所述外圈(13)在所述凸起(18)的区域中接触。
6.根据权利要求1或2所述的浮动轴承(7)，其特征在于，在所述内圈(11)和所述外圈(13)之间在所述凸起(18)的区域中设有由柔性材料构成的层。
7.根据权利要求6所述的浮动轴承(7)，其特征在于，在内圈(11)和外圈(13)之间的最小间距最大为0.5mm，因此所述由柔性材料构成的层的最小厚度最大为0.5mm。
8.一种转向机构，具有齿轮(2)、与该齿轮啮合的小齿轮和包含该小齿轮的小齿轮轴，其中，所述小齿轮轴在所述小齿轮的一侧上支承在固定轴承(5)中，该固定轴承构造有用于所述小齿轮轴的枢转轴线(6)，该枢转轴线垂直于所述小齿轮轴的纵轴线(15)，并且，所述小齿轮轴在所述小齿轮的另一侧上支承在浮动轴承(7)中，其特征在于，所述浮动轴承(7)根据权利要求1至7之一构成。
9.根据权利要求8所述的转向机构，其特征在于，所述内圈(11)和/或所述外圈(13)具有定位凸起(25)，所述定位凸起为了将所述浮动轴承(7)定位在所述转向机构的壳体(1)中而嵌接到所述壳体(1)的凹部中。
10.根据权利要求9所述的转向机构，其特征在于，所述定位凸起(25)沿所述内圈(11)和/或所述外圈(13)的轴向方向延伸。
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