CN104903177A - 用于车辆转向装置的角叠加设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于具有行星齿轮传动机构的车辆转向装置的角叠加设备包括：-可以在纵向上相对于共同的纵轴(8)互相旋转的第一轴和第二轴，-固定设置在车身的托架构造(11，11a,11b)，第一轴和第二轴以及转子轴(6’)至少部分安装、可旋转的安置在该构造上，-具有设置在托架构造(11，11a,11b)上的定子(7)和相对于纵轴(8)和轴之一共轴设置、旋转安装的具有转子(6)的转子轴(6’)的辅助传动机构(6，7)，-具有蜗杆(10)的行星齿轮传动机构，该蜗杆设置为可以围绕旋转轴旋转的太阳轮，蜗杆设置在转子轴(6’)上并与至少两个通过行星轮轴(32’)设置在行星托架(30)上的行星轮(31)的齿啮合，其中行星轮(31)又与空心轮(20)的内齿(20’)啮合，-其中行星托架(30)以旋转固定的方式与第二轴相连并且空心轮(20)以旋转固定的方式与第一轴相连，并且其中辅助传动机构(6，7)叠加了在第一轴和第二轴之间传递的旋转运动。这种设置实现了特别低噪音的角叠加设备。

Description

用于车辆转向装置的角叠加设备
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的特征的用于车辆转向装置的角叠加设备。
本发明特别涉及一种用于非轨道型的机动车的转向系统的具有辅助传动机构的角叠加设备，辅助传动机构的转速和方向盘上的控制通过驾驶员叠加并且传导到轮的转向运动。角叠加设备概念还与旋转角叠加设备、转向角叠加设备或者转速叠加设备这些概念意思相同。
背景技术
在现有技术中已知一系列这类系统，其中角叠加设备的转速叠加传动机构通过行星传动机构实现或者额外地具有蜗杆轮传动机构。
DE19823721A1中介绍了一个这类角叠加系统。外壳通过方向盘传动，两个行星齿轮传动机构的空心轮的齿位于外壳中。一个设置在外壳中的电动机传动第一行星齿轮传动机构的太阳轮。第一行星齿轮传动机构的行星托架传动第二行星齿轮传动机构的太阳轮。第二行星齿轮传动机构的行星齿轮支撑在外壳的空心轮上并且行星托架与输出轴相连。在已指出的实施方式中，第一行星齿轮传动机构的太阳轮的传动直接通过电动机的转子实现。通过电动机相应的控制，能够得到所预期的转速叠加。然而这个现有技术中指出的方案存在一些关键的缺陷。这种传动由多个构件组成。需要两个齿圈环件或者行星齿轮传动机构。单独部件的生产成本过高和昂贵。大量的齿啮合需要十分高的精确度来避免间隙。另外整个设备，包括电机外壳，必须由司机在控制时一起旋转。此外还有一个缺点是电动机电能昂贵的耦合。
在其他现有技术中，DE19852447A1介绍了一个用于叠加转速的方案，其中电动机通过蜗杆传动耦合到成型为行星齿轮传动机构的叠加传动机构上。这里的传动单元设置为车身固定。然而这个方案还是有一系列缺点。通过蜗杆传动耦合导致了十分小的传动比效率。另外该设置还需要巨大的安装空间，这样的安装空间由于部件之间几何结构特定的位置而不太灵活。同样此处的单个部件的生产成本过高和昂贵而对制造公差的要求相应地高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，同时提供一种紧凑的组件，该组件允许具有小的和尽可能简易生产的构件的转速叠加。另外应当简化辅助传动机构的能源消耗以及与在需要情况下使用的传感器的关联。
本发明的目的通过根据权利要求1中的角叠加设备来实现。从属权利要求2到17涉及角叠加设备的优选的实施方式。
提出一种用于具有行星齿轮传动机构的车辆转向装置的角叠加设备，包括：
-第一轴和第二轴，设置为可以在纵向上相对于共同的纵轴互相旋转，
-固定设置在车身的托架构造，第一轴和第二轴以及转子轴至少部分安装、可旋转的安置在该构造上，
-辅助传动机构，该辅助传动机构具有设置在托架构造上的定子和相对于纵轴和轴之一共轴设置、旋转安装的具有转子的转子轴，
-具有蜗杆的行星齿轮传动机构，该蜗杆设置为可以围绕旋转轴旋转的太阳轮，蜗杆设置在转子轴上并与至少两个通过行星轮轴设置在行星托架上的行星轮的齿啮合，其中行星轮又与空心轮的内齿啮合，
-其中行星托架以旋转固定的方式与第二轴相连并且空心轮以旋转固定的方式与第一轴相连，
-其中辅助传动机构叠加了在第一轴和第二轴之间传递的旋转运动。
蜗杆以有利的方式这样设置，蜗杆的旋转轴与纵轴一致。蜗杆的齿成型为至少单线螺纹。优选成型少于四线螺纹的齿。蜗杆特别优选成型为单线螺纹。
为了确保行星轮与蜗杆和空心轮的内齿以合适的方式啮合，优选设置至少行星轮轴之一不与纵轴相交也不互相平行。优选所有行星轮轴不与纵轴相交和不互相平行。
所有行星轮轴设置成分别成对地互相不相交也成对地互相不平行是有利的。能够使得仅有两个行星轮轴不相交也不平行，而其他行星轮轴可以进行选择。
从投影面来看在一个或多个行星轮轴和纵轴之间的角有利地是在从包括5°到包括65°，更优选在包括25°到包括65°之间的范围中。特别优选40°到50°的范围。行星轮轴和纵轴之间的最小距离有利地是从行星轮直径的三分之一到包括整个行星轮直径和整个太阳轮直径的总和的范围内。优选距离是从行星轮直径的三分之一和太阳轮直径的三分之一的总和到行星轮直径的三分之二和太阳轮直径的三分之二的总和。
第一轴和第二轴能够功能互换。所以第一轴是传动轴而第二轴是从动轴或者第一轴是从动轴而第二轴是传动轴。
在故障情况或者特殊的车辆情况中-例如停电、控制失灵或者点火关闭等等，应当直接进行传动和从动轴的机械耦合，这样驾驶员完全控制转向系统。这种情况在所述的根据本发明的角叠加设备中得到保证，因为通过作为行星齿轮传动机构的太阳轮的蜗杆的一体化，在角叠加设备中的传动机构未打开时发生自锁效应。在有利的扩展方案中，还在角叠加设备中集成额外的安全耦合器或者开关，其在故障情况或者特殊的车辆情况中-例如停电、控制失灵或者点火关闭等等—迫使直接进行传动和从动轴的机械耦合，这样驾驶员完全控制转向系统。耦合能够例如以十分简易的方式通过相对于定子或者设备的外壳的辅助传动机构的转子的密封来发生。由此可以额外地确保提高的安全性。相应地也可以考虑，设置行星托架和太阳轮之间的直接的机械耦合或者行星托架和空心轮之间的直接的机械耦合或者空心轮和的太阳轮之间的直接的机械耦合作为多余安全耦合器。在此可以使用已知的摩擦耦合器和/或形状配合耦合器。
附图说明
借助附图示意性地和以举例的方式描述本发明。
附图1以三维图示出了具有辅助动力支持和角叠加设备的车辆转向装置，
附图2以侧视图示出了角叠加设备，
附图3示出了根据本发明的角叠加设备的纵剖面，
附图4示出了根据本发明的成型为蜗杆的具有行星轮和空心轮的太阳轮区域中的角叠加设备的横截面，
附图5示出了角叠加设备的另一剖面图，其中截面通过行星轮之一的轴，
附图6以三维分解图示出了对应前述附图3到5的角叠加设备，
附图7以三维图示出了具有作为蜗杆的太阳轮的转子轴，该转子轴例如与行星轮啮合，其中行星轮与空心轮的内齿啮合。
附图8以三维图用举例的方式示出了单独的行星轮与太阳轮的蜗杆和行星轮的齿的不同区域啮合，
附图9以三维图示出了具有齿和齿的不同区域的行星轮，
附图10以另一个三维图示出了具有作为蜗杆的太阳轮的转子轴，该转子轴例如与五个行星轮啮合，
附图11以三维图示出了具有用于安装接纳行星轮的凹槽的行星托架。
具体实施方式
在附图1中示出的转向装置129的示意性的构造作为具有电力辅助动力支持的转向装置129大体对应于现有技术。该转向装置特别由方向盘120、转向柱121，转向传动机构122和两个为了轮子的旋转而在两个侧面分别与轮125相连的横拉杆124，124’。横拉杆124，124’由齿条123传动。根据本发明的角叠加设备100，100’用于叠加转速。在此角叠加设备100’如前所述也可以称作转速叠加设备，也能够直接集成到转向传动机构122中。转向装置例如包括具有用于形成电力支持的辅助转向的辅助传动机构100”的辅助动力支持。用于耦合辅助控制力的辅助动力支持设置在如在示例中示出的转向传动机构的区域中或者转向柱的区域中，以单独或者也与角叠加设备100，100’联合的方式。
在优选的实施方式中，角叠加设备位于方向盘120和转向传动机构122之间，例如设置在接近转向盘120标记为100的地方。在附图2和3中详细示出了角叠加设备100的这个实施方式。
在另一个实施方式中，在转向传动机构122和横拉杆124之间或者在转向传动机构中设置角叠加设备。角叠加设备包括用于在平移运动中平移旋转运动的转换传动机构，例如滚珠螺杆传动机构或者滚珠螺母。
在所有实施方式中-通常情况下-驾驶员的想法通过方向盘120经过此处未示出的传感器作为信号传达到控制器中。在控制器中，如有必要在转向系统的辅助传动机构的传感信号(这里未示出信号传输)和/或角叠加设备和其他描述车辆状态的信号的帮助下，确定电动机的对应的控制电压并且在电动机上，在角叠加设备100或100’和/或辅助传动机构100”中提供用于电力支持的辅助转向。
本发明涉及在用于机动车辆的转向系统129中的构造中的角叠加设备100，100’。根据本发明的角叠加设备在此能够在具有或者不具有辅助动力支持的转向系统中使用。除了使用根据本发明的角叠加设备之外，同样能够以液压的、气压的或者电子的方式实现转向系统的可能存在的辅助动力支持，例如也可以根据上述根据本发明的传动概念来实现。
根据本发明的车辆转向装置，对应于实施例，包括具有优选的电传动机构102的角叠加设备100或100’，该电传动机构通过具有第二轴的行星传动机构10，11，20，31与转向传动机构122相连，该第二轴例如为具有纵轴8的从动轴2。
具有行星传动机构的传动装置既能够用于电支持的辅助转向，也能有利地用于角叠加设备。该构造特别适合于角叠加设备。
借助附图2到11通过不同的实施例进一步阐述本发明的细节。
用于具有行星齿轮传动机构的车辆转向装置的角叠加设备100包括：
-第一轴和第二轴，设置为可以在纵向上相对于共同的纵轴8互相旋转，
-固定设置在车身的托架构造11，11a,11b，第一轴和第二轴以及转子轴6’至少部分安装、可旋转的安置在该托架构造上，
-辅助传动机构6，7，该传动机构具有设置在托架构造11，11a,11b上的定子7和相对于纵轴8和轴之一共轴设置、旋转安装的具有转子6的转子轴6’，
-具有蜗杆10的行星齿轮传动机构，该行星齿轮传动机构设置为可以作为太阳轮围绕旋转轴旋转，设置在转子轴6’上并与至少两个通过行星轮轴32’设置在行星托架30上的行星轮31的齿啮合，其中行星轮31又与空心轮20的内齿20’啮合，
-其中行星托架30以旋转固定的方式与第二轴相连并且空心轮20以旋转固定的方式与第一轴相连，
-其中辅助传动机构6，7叠加了在第一轴和第二轴之间传递的旋转运动。
如同在附图2和3中以示意图示出的，托架构造11优选包含电传动机构102作为辅助传动，并且在底盘400上固定设置在车身。转子7在托架构造11中紧密构造并且不与之同转。托架构造11例如由外壳包围，外壳由第一外壳部件11a和成型为顶盖11b的第二外壳部件构成。空心轮20以旋转固定的方式与第一轴相连并且例如可旋转的安装，该空心轮紧邻传动机构。第二轴例如穿过具有传动机构102的托架构造11，并且在该处作为与接头3相连的从动轴2来使用，该接头将旋转运动传递到转向传动机构上。在这种情况下，第一轴是与方向盘120相连的传动轴。
如同在附图2，3和6中示出的，蜗杆10的旋转轴与纵轴8一致。因而它们拥有共同的纵轴8。
如同在附图3到8和10，11中示出的，这样围绕纵轴8设置行星轮31，至少一个行星轮轴32’和纵轴8不相交也不互相平行。相反，行星轮31有利地设置成，所有行星轮轴32’和纵轴8不相交也不互相平行。
也可以这样设置行星轮31，所有行星轮轴32’分别成对地不互相相交也分别成对地不互相平行。
根据本发明的角叠加设备的另一个优选的方案这样成型，即，
-设置具有转子6的定子7，转子相对于第二轴共轴设置并具有转子轴6’，定子通过轴承13，14旋转安装，并具有用于相对于托架构造11，11a,11b可旋转地安装第二轴的轴承12，
-其中蜗杆10在第一轴的方向上成型为转子轴6’的末端区段上的齿，
-其中行星托架30从端面，在第一轴的方向上与第二轴相连，其中行星托架成型为铃型并且在转子轴6’上端面包围蜗杆10，其中行星托架30具有凹槽35，为了在每一个凹槽中接纳可旋转安装的具有行星轮轴32’的所述行星轮31，其中设置至少两个行星轮31，
-空心轮20具有内齿20’并且与第一轴旋转固定相连并同轴地包围铃型的行星托架30，以这种方式行星轮31位于蜗杆10和空心轮20之间并通过其齿31’与蜗杆10和空心轮20的内齿20’啮合，由此形成传动设置，
-其中轴承22，23设置为，相对于行星托架30轴向支承空心轮20，其中轴向轴承22，23相对于纵轴8在轴向上互相分开，在行星托架30和空心轮20的侧面齿面之间设置行星托架30两侧的端面，
另外，为了分别成型行星轮轴32’设置行星轮轴螺栓32，该螺栓突出于行星轮31的两侧。例如附图3到5和附图10，11中示例性所示，该螺栓在两侧设置在行星托架30的凹陷36中，该凹陷设置在行星托架30的凹槽35的侧面上。
为了达到行星轮31的具有很小的磨损的安静的运动，行星轮31相对于其附属的行星轮轴螺栓32通过行星轮轴承33，33’能够旋转地安置。如附图3到5中所示，例如第一行星轮轴承33作为径向轴承设置在行星轮轴螺栓32和行星轮31之间。
如附图5和附图10所示的，额外地，有利地，另一个行星轮轴承33’作为轴向轴承33’设置在行星轮31的端面和两侧，以降低轴向上的行星轮31和行星托架30之间的摩擦。
有利的是，行星托架30接纳至少三个可旋转的安装的行星轮31，每个都分别设置在凹槽35中。
另外，转子轴6’的齿有利地成型为至少单线螺纹的优选最多五线螺纹或者最好是最多三线螺纹的蜗杆10。特别优选成型单线螺纹的蜗杆10。
可以从附图3和附图7到10中看出，行星齿轮传动机构的特别良好的运行性能能够通过行星轮31上的行星轮齿31’是斜的来实现。由此行星轮齿31’与空心轮内齿20’和蜗杆10的啮合能够良好配合。此外，能够通过行星轮齿31’的额外的特殊造型来优化该啮合，例如在行星轮31上轻微扭转齿轮排列。同样可以额外地相应优化适应空心轮内齿20’并设置特殊的齿，例如斜的位置或者其他形状。因而表明了，通过行星轮的齿31’的特殊成型，特别是具有齿区域31a,31b,31c的在纵轴8方向一直延伸的空心轮内齿20’是特别合适的。按照这种方式，具有蜗杆10、空心轮20和行星轮31的行星齿轮传动机构的齿能够进行优化，因而达到更小的运动噪音并同时具有高的传动比和高的效率。
另一个改进是，行星轮31上的齿31’为了在蜗杆10中和在空心轮20的齿20’中的齿啮合区域优化成型。如附图7到9所示的，这个方案能够有利地实现，即通过行星轮31上的齿31’在纵向上分为不同的齿区域，优选为三个齿区域31a,31b,31c，其中中间的齿区域31a为了齿与蜗杆10的啮合进行优化，两个外面的齿区域31b,31c为了齿与空心轮20的齿20’的啮合进行优化。
使用的齿轮10，20，31能够由塑料制成，因此特殊的造型能够经济地生产。这特别适用于行星轮31。
特别合适的和优选的实施例对应于附图2到11的示意图。
这里的角叠加装置包括：
-传动轴1和从动轴2，设置为可以在纵向上相对于共同的纵轴8互相旋转，
-固定设置在车身的托架构造11，11a,11b，具有包含设置在托架构造11，11a,11b上的定子7的辅助传动机构6，7，具有相对于从动轴2同轴设置的具有转子轴6’的转子6,该转子轴通过轴承13，14可旋转的安装，具有从动轴的轴承12，用于相对于托架构造11，11a,11b可旋转的放置，
-转子轴6’的末端区域的齿，在传动轴1方向上，其中这些齿成型为蜗杆10，
-从端面在传动轴1方向上与从动轴2相连的行星托架30，其中该行星托架成型为铃型并且从端面包围在转子轴6’上的蜗杆10，其中行星托架30具有凹槽35，为了在每一个凹槽中接纳可旋转安装的具有行星轮轴32’的行星轮31，其中设置至少两个所述行星轮31，
-空心轮20具有内齿20’并且与传动轴1旋转固定相连并同轴地包围铃型的行星托架30，以这种方式行星轮31位于蜗杆10和空心轮20之间并通过其齿与蜗杆10和空心轮20的内齿20’啮合，由此形成传动构造，
-轴承22，23，用于相对于行星托架30轴向支承空心轮20，其中每个轴向轴承22，23相对于纵轴8在轴向上互相分开，在行星托架30和空心轮20的侧面齿面之间设置行星托架30的端面和两侧，
-其中可以额外地在转子6和蜗杆10之间的区域的转子轴6上设置用于径向支承具有传动轴的空心轮20的空心轮轴承，
可选择和优选为了支承空心轮设置密封件15，用于密封行星齿轮传动机构。这个变体是优选的，因为通过径向的浮动的支承防止了传动机构构造的过分限定。密封件15可以设置为轴密封圈。
这里优点在于，在空心轮20端面上设置环形的空心轮盖21，该空心轮盖使得空心轮20支撑密封件15。
第一轴和第二轴的功能可以交换。优选地，第一轴是传动轴1而第二轴是从动轴2。
然而第一轴也可以是从动轴2，于是第二轴就是传动轴1。

Claims (17)

1.一种用于具有行星齿轮传动机构的车辆转向装置的角叠加设备，包括：
-第一轴和第二轴，所述第一轴和第二轴设置为在纵向上相对于共同的纵轴(8)能够互相旋转，
-固定设置在车身的托架构造(11，11a,11b)，所述第一轴和所述第二轴以及转子轴(6’)至少部分安装、能够旋转的安置在所述托架构造上，
-辅助传动机构(6，7)，所述辅助传动机构具有设置在所述托架构造(11，11a,11b)上的定子(7)和相对于纵轴(8)和所述轴的其中一个共轴设置、能够旋转安装的具有转子(6)的转子轴(6’)，
-具有蜗杆(10)的行星齿轮传动机构，该蜗杆设置为能够围绕旋转轴旋转的太阳轮，所述蜗杆设置在转子轴(6’)上并与至少两个通过行星轮轴(32’)设置在行星托架(30)上的行星轮(31)的齿啮合，其中行星轮(31)又与空心轮(20)的内齿(20’)啮合，
-其中行星托架(30)以旋转固定的方式与第二轴相连并且空心轮(20)以旋转固定的方式与第一轴相连，
-其中辅助传动机构(6，7)叠加了在第一轴和第二轴之间传递的旋转运动。
2.根据权利要求1所述的角叠加设备，其特征在于，所述蜗杆(10)的旋转轴与所述纵轴(8)一致。
3.根据前述权利要求中任一项所述的角叠加设备，其特征在于，至少一个所述行星轮轴(32’)和所述纵轴(8)不相交也不互相平行。
4.根据前述权利要求中任一项所述的角叠加设备，其特征在于，所有所述行星轮轴(32’)和所述纵轴(8)不相交也不互相平行。
5.根据前述权利要求中任一项所述的角叠加设备，其特征在于，所有所述行星轮轴(32’)分别成对地互相不相交也分别成对地互相不平行。
6.根据前述权利要求中任一项所述的角叠加设备，其特征在于，
-具有所述转子(6)的所述定子(7)，所述转子相对于第二轴共轴设置并具有所述转子轴(6’)，所述定子通过轴承(13，14)安装为能够旋转的，并通过第二轴的轴承(12)能够旋转地相对于所述托架构造(11，11a,11b)安置，
-其中所述蜗杆(10)在第一轴的方向上成型为所述转子轴(6’)的末端区段上的齿，
-其中所述行星托架(30)从端面，在第一轴的方向上与第二轴相连，其中所述行星托架成型为铃型并且在所述转子轴(6’)上端面包围所述蜗杆(10)，其中所述行星托架(30)具有凹槽(35)，为了在每一个凹槽中接纳能够旋转地安装的具有所述行星轮轴(32’)的所述行星轮(31)，其中设置至少两个所述行星轮(31)，
-所述空心轮(20)具有内齿(20’)并且与第一轴旋转固定相连并同轴地包围铃型的所述行星托架(30)，以这种方式所述行星轮(31)位于所述蜗杆(10)和所述空心轮(20)之间并通过其齿与所述蜗杆(10)和所述空心轮(20)的所述内齿(20’)啮合，由此形成传动构造，
-其中所述轴承(22，23)设置为，相对于所述行星托架(30)轴向支承所述空心轮(20)，其中各个轴向轴承(22，23)相对于所述纵轴(8)在轴向上互相分开，在所述行星托架(30)和所述空心轮(20)的侧面齿面之间设置在所述行星托架(30)的端面和两侧。
7.根据前述权利要求中任一项所述的角叠加设备，其特征在于，为了分别成型所述行星轮轴(32’)设置行星轮轴螺栓(32)，该行星轮轴螺栓突出于所述行星轮(31)的两侧并且设置在所述行星托架(30)的各个凹陷(36)中，该凹陷设置在所述行星托架(30)的所述凹槽(35)的侧面上。
8.根据权利要求7所述的角叠加设备，其特征在于，所述行星轮(31)相对于其附属的所述行星轮轴螺栓(32)具有行星轮轴承(33，33’)。
9.根据权利要求8所述的角叠加设备，其特征在于，第一行星轮轴承(33)作为径向轴承设置在所述行星轮轴螺栓(32)和所述行星轮(31)之间。
10.根据权利要求8或9所述的角叠加设备，其特征在于，第二行星轮轴承(33’)作为轴向轴承设置在所述行星轮(31)的端面和两侧。
11.根据前述权利要求中任一项所述的角叠加设备，其特征在于，所述行星托架(30)接纳至少三个能够旋转地安装的所述行星轮(31)，所述行星轮设置在各个所述凹槽(35)中。
12.根据前述权利要求中任一项所述的角叠加设备，其特征在于，所述转子轴(6’)的齿成型为至少单线螺纹优选最多三线螺纹的蜗杆(10)。
13.根据前述权利要求中任一项所述的角叠加设备，其特征在于，所述行星轮(31)上的齿是斜的。
14.根据前述权利要求中任一项所述的角叠加设备，其特征在于，所述行星轮(31)上的齿成型为，为了在所述蜗杆(10)中和在所述空心轮(20)的所述齿(20’)中的齿啮合区域进行优化。
15.根据权利要求14所述的角叠加设备，其特征在于，所述行星轮(31)上的齿在纵向上分为三个齿区域(31a,31b,31c)，其中中间的齿区域(31a)为了与所述蜗杆(10)的啮合进行优化，两个外面的齿区域(31b,31c)为了与所述空心轮(20)的所述齿(20’)的啮合进行优化。
16.根据前述权利要求中任一项所述的角叠加设备，其特征在于，第一轴是传动轴(1)，第二轴是从动轴(2)。
17.根据前述权利要求中任一项所述的角叠加设备，其特征在于，第一轴是从动轴(2)，第二轴是传动轴(1)。
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