CN105008208B - 机动车辆的转向系统的螺旋齿轮机构及电动动力转向系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于机动车辆转向系统的轴承装置，其中套筒(15)被设置在外轴承圈(9)和壳体(13)之间，其中，所述套筒(15)具有内接触表面(17)，其与外轴承圈(9)的外圆周表面(20)接触，并且具有外接触表面(18)，其与壳体(13)的座表面(19)接触，其中，或者所述内接触表面(17)或者所述外接触表面(18)是凸状的并且两个圆周表面(20)和所述座表面(19)是圆柱形地或凸状地形成的。

Description

机动车辆的转向系统的螺旋齿轮机构及电动动力转向系统

技术领域

本发明涉及螺旋齿轮机构。

背景技术

以提高驾驶舒适性，机动车辆的机电转向系统具有动力转向系统，其引入由电动机产生的进入转向柱或转向小齿轮的辅助力并且因此促进由驾驶员转向时所施加的力。在此情况下，该电动机的辅助力是通过减速齿轮机构传递到转向小齿轮的，其可以是以螺旋齿轮机构、蜗杆齿轮机构或弧面(globoid)齿轮机构的形式。

转向系统特定的要求要求减速齿轮机构不晃动和爆震地安静运行并且，与此相结合地呈现低摩擦。为此目的，所述减速齿轮机构的齿面间隙被最小化或被消除。

用于最小化齿侧面间隙的多种方法从现有技术是已知的。

为了消除齿啮合的间隙并且同时允许小齿轮的径向运动，间隙例如借助于一个或多个偏心机构通过小齿轮相对于大齿轮(gearwheel)的径向位移进行设定或调整。此外，已有的方法中小齿轮和大齿轮由合适的弹性元件被弹性地预负载而相互抵靠。这些方法允许小齿轮与齿轮的同心度误差、热膨胀和磨损的补偿。

在此情况下，小齿轮轴被枢转而离开其中心位置，其中，其朝向电动机的后轴承装置本身发生倾斜。如果该轴承的倾斜超过取决于轴承的类型和轴承间隙的阈值，这将导致轴承装置的使用寿命缩短以及摩擦、摩擦中的严重波动、噪音的增大。

如果假设该轴承的轴向间隙必须被最小化以减少转向爆震和卡嗒卡嗒噪音(rattling noise)，由此所必要类型的轴承例如四点轴承对于倾斜甚至更加敏感。

因此特别是在轴承的轴向间隙被减小的情况下，希望允许轴承倾斜而没有上述缺点。

为此目的的设置从现有技术是已知的，该设置将在下面进行描述。

EP 2450262 A1已经公开了一种用于蜗杆齿轮机构预加载的方案，其中，所述滚动轴承的轴承壳被设计成使得所述轴承壳中的滚动体允许角运动。

在公开说明书DE 10201002285 A1中，在固定轴承侧的螺旋小齿轮由允许小的枢转角度的滚动轴承来实现。所述枢转借助于外轴承壳被接收在球形帽状的轴承容纳部是可能的。

此外，在DE 102008054441 A1中，技术方案公开了凸状外轴承环与弹性环相互作用，该弹性环允许所述凸状外轴承环的弹性枢转。轴承容纳部在此情况下具有局部凹陷的形式。

并不构成在先公布的文献的专利申请DE 102012005931，其涉及在轴向方向上进行阻尼的轴承。该轴承被容纳在具有冠状突起的壳体里，由此，该轴承可以执行摆动运动。

发明内容

本发明的目的是提供一种螺旋齿轮机构，该螺旋齿轮机构具有有改进特性的轴承装置。

根据本发明，其提供了一种用于机动车辆的转向系统的螺旋齿轮机构，具有螺旋齿轮并且具有啮合到该螺旋齿轮的齿内的螺旋小齿轮，具有固定轴承，该固定轴承具有被固定地设置在位于该螺旋小齿轮上的轴承座上的轴承内圈并且其具有轴承外圈以及该螺旋小齿轮借助于该固定轴承被安装，在驱动器的输入端，以便绕纵向轴线是可旋转的，其中，该固定轴承被接收在壳体里，并且螺旋小齿轮连同固定轴承绕垂直于纵向轴线定向的枢转轴线相对于该壳体是可枢转的，其中，在轴承的外圈与壳体之间，布置有套筒，其中，所述套筒具有与该轴承外圈的外圆周表面接触的内接触表面，并且具有与所述壳体的座表面接触的外接触表面，其中或者所述内接触表面或外接触表面是凸状的并且圆周表面和座表面是圆柱形的。在此情况下，螺旋齿轮机构可以是以蜗杆齿轮机构或弧面齿轮机构的形式。

所述轴承外圈和套筒形成角可运动的节点，由此，轴承被安装成相对于所述壳体可运动的。

纯粹圆柱形形式的所述圆周表面与座表面是特别优选的。

这是进一步有利的，如果所述套筒是弹性形式的，使得由于在套筒里的轴承外圈的倾斜位置所引起的有效直径增大可以得到补偿。

优选地，如果所述套管的凸状接触表面与所述圆周表面或座表面是线性接触的。取决于实施例，所述内接触表面或外接触表面是冠状形式的。相应地，或者圆周表面或者座表面与所述凸状接触表面是线性接触。在此情况下，该线性接触优选位于固定轴承的中心平面上。

更有利的是，如果枢转轴线中心地延伸穿过固定轴承并且因此同样地位于该固定轴承的中心平面里，使得作用于滚动轴承的枢转和由此产生的力矩能够由连接套筒(jointsleeve)在很大程度上被补偿，该连接套筒在内侧或外侧具有冠状形式。

进一步有利地提供了螺旋小齿轮在固定轴承处借助于弹性耦合装置连接到驱动马达，这允许螺旋齿轮转动而无需电动机被共同移动。

优选地提供了朝向套筒的凸状接触表面的圆柱形接触表面具有中心凹部，其被提供用于接收环状预负载元件，其中，所述预负载元件的特性曲线是有利地渐进的。

此外，在一个优选实施例中，套管具有径向延伸穿过该套管的膨胀槽。

有利的是，该膨胀槽在该套筒的两侧被设置有偏移并且延伸超过中心轴。

在根据本发明的轴承装置的另一优选实施方案中，在圆柱形接触表面上的凹部是凹槽形状的，其中没有设置径向预负载元件。在此情况下，径向弹簧特性曲线是由凹部的几何形状来确定的。在本实施例中，膨胀槽被同样地被配置成在套筒两侧有偏移。

在优选的实施方案中，提供了固定轴承由至少一个轴向弹簧元件被轴向地保持，所述至少一个轴向弹簧元件具有位置靠近轴承的环并且该至少一个轴向弹簧元件允许轴承倾斜。位置靠近螺旋小齿轮的轴向弹簧元件在此情况下通过固定环被轴向地固定在壳体里的凹槽中。

在所述轴向弹簧元件的一个优选实施方案中，在每种情况下轴向弹簧元件的、位置靠近轴承的环具有至少一个凸状突出部(protuberance)，该突出部的中心限定了与螺旋小齿轮的枢轴轴线重合的旋转轴线。这种设置进一步降低了仍作用在轴承上的倾斜力矩。

在此，有利的是如果壳体内侧上具有位置靠近轴承的用于对准凸状突出部的槽，该槽在每种情况下啮合环的对准凸耳(lug)。根据本发明，这种细化实施例使得在组装过程中实现的凸状突起部的正确对准更加容易。

根据本发明的上述实施例，该螺旋齿轮机构被优选用在机动车辆的电动动力转向系统中。

附图说明

本发明的优选实施例在附图的基础上将在下文中进行更详细的描述，其中：

图1示出了动力转向装置的螺旋齿轮机构的示意图，

图2示出了根据本发明的轴承装置的截面图，

图3示出了根据本发明的第二轴承装置的截面图，

图4示出了具有预负载元件的套筒的部分，

图5示出了第二套筒的部分，

图6示出了根据本发明的第三轴承装置的截面图，以及

图7示出了图6中的套筒的截面图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的具有滚动轴承1的轴承装置的转向单元(未被更详细地示出)的动力转向系统的示意图。经由驱动轴到由螺旋小齿轮3和螺旋齿轮4构成的螺旋齿轮机构2的耦合，电动机(在此未示出)驱动转向柱(此处未示出)。根据在此所示出的本发明的实施例，所述螺旋齿轮机构是蜗杆齿轮机构的形式。根据本发明，螺旋小齿轮3由滚动轴承1被安装在固定轴承侧。该螺旋小齿轮3的另一端被安装在一浮动轴承5里，在一示例性实施例中，该浮动轴承5同样地由滚动轴承实现。螺旋小齿轮3通过具有压缩弹簧7的预负载装置6由浮动轴承5以一定的力被压入螺旋齿轮4的齿8内。

在固定轴承侧的滚动轴承1被容纳在壳体13的壳体开口12里，所述滚动轴承具有轴承外环9和轴承内圈10以及多个滚动体11。所述壳体开口12是绕螺旋小齿轮3的旋转轴线14的圆柱形，其中，在靠近螺旋齿轮机构的一侧上的半径已经被选择为这样的大小，即套筒15可以被接收在滚动轴承1的轴承外圈9和壳体13之间。朝向驱动输入一侧，所述壳体开口12的半径减小，形成了壳体肩部16。

所接收的套筒15的内接触表面17是冠状形式的，并且套筒15的外接触表面18是圆柱形的。套筒15的宽度大约对应于滚动轴承1的宽度。套筒15通过外接触表面18抵靠壳体13的座表面19并且通过内接触表面17抵靠着轴承外圈9的外圆周表面20，其中，所述套筒15的冠状形式与轴承1之间的接触是线性的。圆柱形外接触表面18具有在矩形凹部21，环形弹性体预负载元件22被接收在其中。为了轴承的轴向紧固，轴向弹簧元件23、24被设置在轴承外圈9与壳体肩部16之间的、靠近螺旋齿轮机构的侧上以及远离螺旋齿轮机构的一侧上。所述轴向弹簧元件23、24是由弹性体25组成的，其每一个被设置在两个环26之间并且其已经通过硫化被施加到所述环。环26的外直径在此情况下具有一定的间隙地对应于壳体开口12的直径。内部轴向弹簧元件23抵靠壳体肩部16并且外部轴向弹簧元件24通过被插入到壳体13中的槽27里的固定环28被保持在其位置上。轴向弹簧元件23、24有利地是两个弹性体元件的方式，所述弹性体元件被预加载相互抵靠并且具有渐进的弹簧特性曲线。

螺旋小齿轮3被安装在固定轴承1中，以便相对于旋转轴线14是垂直可枢转的，其中，所述枢轴轴线29中心地延伸通过固定轴承1。以此方式，所述齿(啮合)间隙通过预负载装置6可以在齿轮机构的整个生命周期中保持恒定。

螺旋小齿轮3的枢转运动和浮动轴承5的预负载由箭头进行表示。

图2是根据本发明的图1所示的滚动轴承1的轴承装置的放大示意图。

图3示出了轴承装置的第二实施例。在此情况下，两个轴向弹簧元件123、124被设计成使得旋转轴线30被限定为对应于枢转轴线29的位置。为此目的，轴向弹簧元件123、124的两个滚动轴承侧环126中的每个在滚动轴承1的方向上都具有两个凸状突起部31。该布置进一步地减少了作用在滚动轴承1上的倾斜力矩。

在组装过程中的轴向弹簧元件123、124的正确位置是借助于在壳体13里的槽32以及借助于两个滚动轴承侧环126的对准凸耳(此处未示出)来保障的。

套筒15的成形以及套筒15与预负载元件22的相互作用在图4中被详细示出。

套筒15具有径向延伸穿过它的膨胀槽33，该膨胀槽是在每种情况下被对称地设置有45°的偏移。膨胀槽33和预负载元件22的设置在套筒15的横截面中被示出。膨胀槽33被设置得在两侧偏移并且每个延伸超出中心轴34。该设置允许套筒15的径向膨胀。围绕中心轴线34居中地设置的弹性体预负载元件22是环的形式，位于凹部21里。在此情况下，径向作用弹性体预负载元件22优选具有强烈的渐进特性曲线。

套筒115的另一实施例在图5中示出。弹性体预负载元件并未被设置；相反，凹部121是凹槽形的而非前面实施例中的矩形形状。膨胀槽133径向延伸通过套筒115并且被配置成在两侧上偏移。膨胀槽133在此情况下未延伸超出中心轴线34。径向弹簧特性曲线在这种情况下由凹部121的几何形状来确定。

进一步的示例性实施例在图6和7中被示出。在此情况下，与那些在前述附图中已经描述的部件相同的部件由相同的附图标记表示。

图6在截面图中示出了根据本发明的轴承装置。在此被示出的并且被容纳在壳体13里的壳体开口12中的固定轴承侧滚动轴承1具有轴承外圈9和轴承内圈10以及多个滚动体11。正如在根据本发明的前述示例性实施例中，壳体开口12是绕螺旋小齿轮的旋转轴线(这里未示出)的圆柱形，其中，在靠近螺旋齿轮机构的一侧上的半径已经被选择为具有这样的尺寸，即套筒215可以被接收在滚动轴承1的轴承外圈9与壳体13之间。朝向驱动输入侧，壳体开口12的半径减小，形成了壳体肩部16。与以上所描述的示例性实施方案相对，接收套筒215的内接触表面217是圆柱形的，并套筒215的外接触表面218是冠状形式的。套筒215的宽度大约对应于滚动轴承1的宽度。套筒215由外接触表面218抵靠壳体13的座表面19并且由内接触表面217抵靠轴承外圈9的外圆周表面20，其中，所述套筒215的冠状形式与轴承1之间的接触是线性的。圆柱形内接触表面217具有矩形凹部21，环形弹性体预负载元件22被接收在其中。在此情况下，为了轴承的轴向紧固，轴向弹簧元件23、24被设置在轴承外圈9和壳体肩部16之间的靠近螺旋齿轮机构的侧上以及远离螺旋齿轮机构的一侧上。所述轴向弹簧元件23、24是由弹性体25组成的，其每一个都被设置在两个环26之间并且其已通过硫化被应用到所述环。环26的外直径在此情况下以一定的间隙地对应于壳体开口12的直径。内部轴向弹簧元件23抵靠壳体肩部16，并且外轴向弹簧元件24通过插入到所述外壳中的槽27内的固定环28被保持在其位置上。

图7示出了具有预负载元件22的套筒215的相互作用。该套筒215具有径向延伸穿过它的膨胀槽33，该膨胀槽在每种情况下被对称地布置有45°偏移。膨胀槽33和预负载元件22的设置以在套筒215的横截面中被示出。膨胀槽33配置得在两侧偏移并且每个延伸超出中心轴34。这样的设置允许套筒215的径向膨胀。围绕中心轴线34居中设置的弹性体预负载元件22是环的形式，位于所述内凹部221里。

在螺旋小齿轮的弹性预负载相对于所述螺旋齿轮被实施的情况下，螺旋齿轮的枢转导致滚动轴承与螺旋齿轮机构的中心轴线之间的偏差。根据本发明，借助于滚动轴承以角度可运动的方式被接收在在其内侧或外侧是冠状形式的连接套筒里，所述偏差是完全或大部分地被补偿。作用于滚动轴承的枢转，以及由此产生的力矩相对于非角度可移动的刚性设置都被大大地减少了。已知的缺点例如如增加或波动摩擦，其损害转向感，产生噪音并导致轴承装置使用寿命被降低、被消除或最小化。此外，根据本发明的轴承装置允许使用具有最小轴向间隙的并且也由此倾斜间隙的轴承类型，例如四点轴承。这是借助于以角度可运动的方式被接收在套筒的圆柱形轴承外圈得以实现的，该套筒在内侧或外侧是冠状形式的。轴承外圈和套筒由此形成了角度可运动的节点。为了补偿轴承外圈、套筒和壳体开口的直径公差，以及补偿由于套筒里的轴承外圈的倾斜位置而产生的有效直径扩大部的直径公差，该套筒呈现一定量的径向弹性，然而这被限于用于所述公差补偿所需要的量。所述套筒否则基本上是径向刚性的，并有利地形成作为注射模制的塑料部件。

此外，轴承相对于壳体开口的倾斜要求紧固在移动方向上的轴向轴承要有一定的弹性。为此目的，轴向弹簧元件被提供在轴承的两侧上，该轴向弹簧元件允许所述倾斜。

名称列表

1 滚动轴承

2 螺旋齿轮机构

3 螺旋小齿轮

4 螺旋齿轮

5 浮动轴承

6 预负载装置

7 压簧

8 齿形

9 轴承外圈

10 轴承内圈

11 滚动体

12 壳体开口

13 壳体

14 旋转轴

15 套筒

16 壳体肩部

17 内接触表面

18 外侧接触表面

19 座表面

20 外圆周表面

21 凹部

22 预负载元件

23 轴向弹性元件

24 轴向弹性元件

25 弹性体

26 环

27 槽

28 紧固圈

29 枢转轴

30 旋转轴

31 突起部

32 槽

33 膨胀槽

34 中心轴线

115 套筒

121 凹部

123 轴向弹性元件

124 轴向弹性元件

126 环

134 膨胀槽

215 套筒

217 内接触表面

218 外侧接触表面

221 凹部

Claims (13)

1.一种用于机动车辆的转向系统的螺旋齿轮机构，

-具有螺旋齿轮(4)并且具有啮合到所述螺旋齿轮(4)的齿形(8)内的螺旋小齿轮(3)，

-具有固定轴承(1)，其具有被固定地设置在螺旋小齿轮(3)上的轴承座上的轴承内环(10)并且其具有轴承外圈(9)以及所述螺旋小齿轮(3)借助于该固定轴承被安装在驱动输入侧，以便绕纵向轴线(14)是可旋转的，

-其中，所述固定轴承(1)被接收在壳体(13)里，

-所述螺旋小齿轮(3)与固定轴承(1)一起相对于所述壳体(13)绕垂直于所述纵向轴线定向的枢轴轴线(29)是可枢转的，

-套筒(15、115、215)被设置在所述轴承外圈(9)与壳体(13)之间，并且所述套筒(15、115、215)的宽度对应于所述固定轴承(1)的宽度；其中，所述套筒(15、115、215)

-具有内接触表面(17、217)，其与所述轴承外圈(9)的外圆周表面(20)相接触，并且

-具有外接触表面(18、218)，其与所述壳体(13)的座表面(19)相接触，

其特征在于

-所述内接触表面(17)是凸状的并且所述外圆周表面(20)是圆柱形的或凸状的以及所述座表面(19)是圆柱形的或凸状的，其中

-凸状的内接触表面(17)与所述外圆周表面(20)是线性接触的，以及

-所述线性接触位于所述固定轴承的中心平面上；以及

螺旋齿轮机构还具有轴向弹簧元件(23，24)，所述轴向弹簧元件(23，24)被设置在靠近螺旋齿轮机构的一侧上以及轴承外圈(9)和壳体肩部(16)之间的远离螺旋齿轮机构的一侧上。

2.根据权利要求1所述的螺旋齿轮机构，其特征在于，所述套筒(15、115、215)是弹性的。

3.根据前述权利要求中任意一项所述的螺旋齿轮机构，其特征在于，所述枢轴轴线(29)中心地延伸通过所述固定轴承(1)。

4.根据前述权利要求1和2中任意一项所述的螺旋齿轮机构，其特征在于，所述螺旋小齿轮(3)借助于弹性耦合装置在所述固定轴承(1)处被连接到驱动马达。

5.根据前述权利要求1和2中任意一项所述的螺旋齿轮机构，其特征在于，面向所述套筒(15、115、215)的凸状内接触表面(17)的圆柱形外接触表面(18)具有中心凹部(21，121、221)。

6.根据前述权利要求5所述的螺旋齿轮机构，其特征在于，所述套筒(15、115、215)具有径向延伸通过该套筒的膨胀槽(33、133)。

7.根据权利要求6所述的螺旋齿轮机构，其特征在于，所述膨胀槽(33)被偏移地设置在所述套筒(15、215)的两侧上并且延伸超出中心轴线(34)。

8.权利要求7所述的螺旋齿轮机构，其特征在于，所述套筒(15、215)具有被接收在所述凹部(21、221)里的环形预负载元件(22)。

9.根据权利要求6所述的螺旋齿轮机构，其特征在于，所述凹部(121)是凹形的，并且所述膨胀槽(133)被偏移地设置在所述套筒(115)的两侧上。

10.根据前述权利要求1和2中任意一项所述的螺旋齿轮机构，其特征在于，所述固定轴承(1)由所述轴向弹簧元件(23、24、123、124)进行轴向地保持，所述轴向弹簧元件具有被定位靠近轴承的环(26、126)。

11.根据权利要求10所述的螺旋齿轮机构，其特征在于，所述轴向弹簧元件(123、124)的环(126)，在每种情况下被定位靠近轴承，其具有至少一个凸状突出部(31)，所述突出部的中心限定了与所述螺旋小齿轮(3)的枢转轴线(29)重合的旋转轴线(30)。

12.根据权利要求11所述的螺旋齿轮机构，其特征在于，所述壳体(13)在内侧上具有被定位靠近轴承的、用于所述凸状突出部(31)对准的槽(32)，在每种情况下，所述环(126)的一个对准凸耳啮合到所述槽(32)内。

13.一种用于机动车辆的电动动力转向系统，具有根据权利要求1至12中任意一项所述的螺旋齿轮机构(2)。