CN104684789A - 滚珠丝杠传动机构以及具有该传动机构的动力转向系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种滚珠丝杠传动机构(10)，具有螺纹主轴(12)和布置于其上的滚珠螺母(11)，其中螺纹主轴(12)通过滚珠螺母(11)中的滚珠(15)而被引导，并且滚珠螺母(11)的内螺纹(13)至少部分具有球面配置的轮廓。此外，本发明涉及一种具有此类型滚珠丝杠传动系统(10)的动力转向系统。

Description

滚珠丝杠传动机构以及具有该传动机构的动力转向系统
本发明涉及一种如独立权利要求1的前序部分所述的滚珠丝杠传动机构，并且还涉及一种如权利要求5前序部分所述的动力转向系统。
DE102009019227A1公开了一种具有适应性轮廓的导向衬套，以便在弯曲载荷的情况下为齿条提供更多支撑区域，结果是齿条的塑性形变被抵消。这里，齿条在外部区域中被支撑；滚珠丝杠传动机构的内螺纹不受此影响。
GB952782A公开了一种用于飞机制造的螺纹传动机构。这里螺母被如此设计，使得其能以不同方式抵靠主轴。螺母的螺纹匝之间的中间空间的包络是球面形状。从而彼此有效啮合的螺纹匝的平均侧面角不同。此类型实施例的优点在于以下事实，即螺纹的磨损更为均匀地发生并且采用的润滑剂被更高效地利用。
如果滚珠丝杠传动机构被用在机动车辆的转向设备中的话，滚珠丝杠传动机构需要特殊的要求。此类型转向设备通常包括转向壳，其中轴向可移动地安装有连接到转向柱的齿条，以便偏转车轮。通过齿条的移位，转向角度以公知的方式改变，这意味着齿条通过相应的横向连杆或横拉杆和类似的机械连接耦合到将被转向的车轮。
滚珠丝杠传动机构被提供以在转向期间辅助驾驶者，其中滚珠丝杠传动机构包括螺纹主轴，该螺纹主轴耦合到齿条，即结合到纵向可移动的机械区段。螺纹主轴在齿条移动期间同样移动。一个位置固定的滚珠螺母以公知的方式在螺纹主轴上行进。滚珠螺母例如可以通过驱动电机借助皮带驱动。在螺母主动旋转并且作为结果螺纹主轴以及齿条随之被移动之后，驾驶者发起的转向运动通过所述电机被辅助。此类型的转向设备也被称作具有齿轮齿条传动的电动或电力驱动动力转向系统(EPAS＝电动力辅助转向)。
在操作期间，滚珠丝杠传动机构通常经受机械载荷，其首先可以由到驱动电机的皮带连接结构所引起，并且其次可以由横拉杆输入的力所引起。轴向上向螺纹主轴输入的力引起螺纹主轴的弯曲载荷，从而主轴变弯。作为螺纹主轴变弯的结果，滚珠丝杠传动机构或滚珠随之经受更高载荷并且因此损耗增加。电机和皮带轮之间的皮带张力同样可以在螺纹主轴上施加力，该力导致滚珠螺母的倾斜/错位，并且因而增加了滚珠丝杠传动机构的磨损。
因此本发明的目的是开发一种前文提及的滚珠丝杠传动机构，其中尽管外部输入了力，但是并未发生为此增加的磨损。
用于实现本发明目的的滚珠丝杠传动机构具有如独立权利要求1所述的特征。根据所述权利要求，提出了一种特别是用于动力转向系统的滚珠丝杠传动机构，具有基本圆柱形配置的螺纹主轴以及滚珠螺母，其中基本圆柱形配置的螺纹主轴带有外螺纹，并且滚珠螺母在容纳部分中具有至少部分圆柱形的内螺纹，并且通过多个滚珠在螺纹主轴上引导，螺纹主轴被同心布置在容纳部分中，并且内螺纹在端部区域中具有球面配置的轮廓。作为内螺纹端部区域容纳部分放大的结果，对于主轴弹性弯曲的情形，所述容纳部分可以承受在整个接收区上。不然通常在端部区域发生的晃动因此可以在弯曲的方向上被避免，从而例如滚珠的磨损也可以被减小。
根据一个优选实施例，至少一个端部区域的轮廓基本上对应于螺纹主轴的轮廓，该轮廓通过弯曲载荷而发生形变。这产生了两个对应的表面，从而特别地，更多滚珠与两个螺纹径向啮合。结果，滚珠丝杠传动机构的载荷承受能力也可被增强。
根据本发明的另一优选实施例，滚珠螺母的相应端部区域，特别地相应外螺纹匝，可以布置为距离螺纹主轴的更大间距。如果内螺纹端部区域中的直径一定程度上大于其他圆柱形配置的内螺纹的剩余公称直径，由弯曲载荷加载的主轴作为结果可以改进的方式适应于容纳部分的轮廓。该轮廓的适应性获得了在滚珠丝杠传动机构的纵向范围上力的改进分布。
此外，有利的是内螺纹在纵向范围上具有弯曲的，凹面，球面或圆锥形等配置的轮廓，一个或多个螺纹匝优选具有距离螺纹主轴的不同间距。端部区域以下述方式被配置，即对于作为轴向加载的结果被弹性弯曲的螺纹主轴来说，弯曲轮廓基本上对应于端部区域的轮廓，从而滚珠被均匀加载。
用于实现本发明目的的动力转向系统包括如独立权利要求5所述的特征。根据所述权利要求，提出了一种特别是用于机动车辆的动力转向系统，该动力转向系统包括滚珠丝杠传动机构，其具有螺纹主轴以及布置于其上的滚珠螺母，具有外螺纹的螺纹主轴被同心布置在具有内螺纹的滚珠螺母的容纳部分中，并且螺纹主轴和滚珠螺母可相对于彼此移动，内螺纹至少部分具有球面配置轮廓。作为球面轮廓的结果，在弯曲载荷下形变的主轴可以改进的方式适应于内螺纹，特别是在所述内螺纹的端部区域中，这导致了布置在主轴和滚珠螺母之间的滚珠的径向载荷的更为均匀的分布。
在下文中，将使用附图更为详细地说明本发明的一个优选示例性实施例。附图中：
图1示出了传统滚珠丝杠传动机构的横截面示图细节；
图2示出了根据本发明的滚珠丝杠传动机构的横截面示图细节；
图3示出了滚珠丝杠传动机构中的滚珠螺母的端部区域的示图；以及
图4示出了滚珠螺母和螺纹主轴之间根据本发明的轮廓以及现有技术的轮廓之间的示例性比较。
滚珠丝杠传动机构10具有至少一个滚珠螺母11和螺纹主轴12，滚珠螺母11布置在螺纹主轴12之上，并且两个组件可相对于彼此移动。滚珠螺母11具有内螺纹13，并且螺纹主轴具有外螺纹14，两个螺纹13、14彼此对应，并且滚珠15被布置在相应螺纹匝16中。滚珠丝杠传动机构10通过皮带连接到伺服电动机，伺服电动机例如将滚珠螺母11设为旋转运动。由于滚珠螺母11以位置稳定的方式被布置在滚珠丝杠传动机构10中，所以作为滚珠螺母11旋转运动的结果，螺纹主轴12在轴向上取决于旋转方向在左手方向或右手方向上运动。
示出的滚珠丝杠传动机构10优选是机动车辆转向设备的部件，滚珠丝杠传动机构10被布置在转向力辅助装置中。这里，滚珠丝杠传动机构10的螺纹主轴12在相应端部被直接或间接连接到横拉杆，横拉杆确保车辆车轮的转向运动。作为主轴12的轴向运动的结果，横拉杆也被设为轴向运动，从而车轮可将车辆转向左或右。作为替代，主轴12还可以被固定定位，并且滚珠螺母11可以在车辆的横向方向上运动，在该替代示例中滚珠螺母11被直接或间接连接到横拉杆。
滚珠螺母11的内螺纹13位于容纳部分中，其中布置有基本圆柱形配置的螺纹主轴12。容纳部分的内螺纹13基本为圆柱形配置，为此圆柱形螺纹主轴12被同心布置在容纳部分中。内螺纹13的螺纹距对应于螺纹主轴的外螺纹14的螺纹距，为此每种情形中被部分布置于内和外螺纹13、14的螺纹匝16中的滚珠15基本上不会在螺纹匝16中晃动。这里，作为滚珠螺母11旋转运动结果被输入到螺纹主轴12的力通过滚珠15而被传递，并且在过程中产生螺纹主轴12的平移运动。
在滚珠螺母11两侧的端部区域17中，容纳部分不是圆柱形配置，而是具有与容纳部分圆柱形部分相比内螺纹13的更大直径。两个端部区域17即具有球面形状的轮廓。端部区域17的轮廓同样可以凹形、锥形或以一般弯曲的方式成形。作为端部区域17球面轮廓的结果，螺纹匝16的圆周同样至少部分具有比圆柱形配置区域内的螺纹匝16的圆周更大的公称直径。多个圆周还可以具有更大的公称直径，公称直径在这里向着内螺纹13的相应外端部的方向变得更大。这在图2中示出。
端部区域17的球面轮廓基本上对应于当在操作车辆期间可能发生的经由横拉杆的轴向力被传递到螺纹主轴12时发生的螺纹主轴12的弯曲形变。所述轴向力在螺纹主轴12中产生弯曲力矩，从而后者优选地弹性弯曲。在完全圆柱形配置的滚珠螺母11的情形中，滚珠因此在内螺纹的整个长度上将经受不同的径向加载，位于螺纹匝16外圆周上的滚珠15将被精准径向加载至更大程度。作为端部区域17的球面轮廓的结果，滚珠现在被均匀加载，而不考虑螺纹主轴12的弯曲，从而承载部分被均匀分布。位于边缘区域17中的滚珠的承载部分进而被减小。
更大直径且具有球面配置轮廓的端部区域17还可以抵消滚珠螺母11的倾斜/错位。作为通常连接至滚珠螺母11的皮带轮和电动机之间的皮带张力的结果，滚珠螺母11有规律地经受这样量级的径向力，即其相对于纵轴倾斜，为此通过根据本发明成形端部区域实现了个体滚珠的承载力的均匀分布。
如图4所示，公称直径为到主轴的平均间距h1，所述间距朝着端部区域的方向增加，为此端部区域中的间距为h1+x。间距例如是由相应螺纹匝16各自的中间位置所确定的。为此如果端部区域17的球面形状如此之大以至于螺纹匝的超过一个圆周具有不同于平均间距H1的间距的话，x可以是变化的。
滚珠螺母两侧上的端部区域17可以下述方式定尺寸，即容纳部分中的内螺纹13在其整个纵向范围上具有球面轮廓，径向中心为对称轴并且位于距离螺纹主轴12的间距h1处。相应地，螺纹匝16的剩余圆周具有间距h1+x，其在相应外端部的方向上增加。在该实施例中，内螺纹13具有凹形轮廓。
本发明公开了一种具有螺纹主轴12和布置于其上的滚珠螺母11的滚珠丝杠传动机构10，螺纹主轴12通过滚珠15在滚珠螺母11中进行引导，并且滚珠螺母11的内螺纹13至少部分具有球面配置的轮廓。此外，本发明涉及具有此类滚珠丝杠传动机构10的动力转向系统。

Claims (5)

1.一种滚珠丝杠传动机构，特别是用于动力转向系统，至少具有基本圆柱形配置的螺纹主轴(12)以及滚珠螺母(11)，其中螺纹主轴(12)带有外螺纹(14)，并且滚珠螺母(11)在容纳部分中具有至少部分圆柱形的内螺纹(13)，并且通过多个滚珠(15)在螺纹主轴(12)上引导，螺纹主轴(12)被同心布置在容纳部分中，其特征在于，内螺纹(13)在至少一个端部区域(17)中具有球面配置的轮廓。
2.根据权利要求1所述的滚珠丝杠传动机构，其特征在于，所述至少一个端部区域(17)具有与螺纹主轴的轮廓基本上相对应的轮廓，所述轮廓通过弯曲载荷而发生形变。
3.根据权利要求1或2所述的滚珠丝杠传动机构，其特征在于，滚珠螺母(11)的相应端部区域(17)特别是相应外螺纹匝(16)被布置在距离螺纹主轴(12)更大的间距处。
4.根据前述任一权利要求所述的滚珠丝杠传动机构，其特征在于，内螺纹(13)在纵向范围上具有弯曲的，凹面，球面或圆锥形等配置的轮廓，一个或多个螺纹匝(16)优选位于距离螺纹主轴(12)的不同间距处。
5.一种动力转向系统，特别是用于机动车辆，包括滚珠丝杠传动机构(10)，滚珠丝杠传动机构(10)具有螺纹主轴(12)以及布置于其上的滚珠螺母(11)，具有外螺纹(14)的螺纹主轴(12)被同心布置在具有内螺纹(13)的滚珠螺母(11)的容纳部分中，并且螺纹主轴(12)和滚珠螺母(11)可相对于彼此移动，其特征在于，内螺纹(13)至少部分具有球面配置轮廓。
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