CN105121256A - 具有绝缘中间层的双重波形弹簧 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有伺服马达的动力转向系统，其特别是用于机动车辆，所述动力转向系统通过螺母(1)驱动可轴向运动的构件，所述螺母(1)以能够在框架(9、10)中旋转的方式安装在轴承(4)中。所述螺母(1)与形成于所述构件的螺纹轴(2)接合，并且借助于弹性元件(18、20)以相对于所述框架(9、10)弹性的方式通过所述轴承(4)在轴向上支撑，并且沿着狭窄的周向接触表面(8、30)在径向上支撑在所述框架(9、10)上。每个波形弹簧组件(18、20)具有至少两个元件，所述至少两个元件中的至少一个元件为波形弹簧(128、130)，并且弹性中间层(118、120)设置在所述至少两个元件的每一者之间。

Description

具有绝缘中间层的双重波形弹簧

技术领域

本发明涉及特别是用于机动车辆的具有伺服马达的动力转向系统，根据权利要求1的前序部分，所述动力转向系统通过螺母驱动可轴向运动的构件，所述螺母以能够在框架中旋转但是不可轴向运动的方式安装在轴承中。

背景技术

在电动马达伺服驱动的，且借助滚珠螺杆驱动而运行的转向系统中，球螺母或者可旋转地并且轴向刚性地安装在壳体中，或者球螺母由于使用弹簧元件和壳体或轴承的特殊设计而允许一定的纵向倾斜运动。还已知球面轴承的轴承套圈和框架两者都具有球面。在该设计中，球面的中点被设计成位于轴承的中心平面中。能够通过容许轴的角误差的球面滚子轴承和自动定心滚子轴承来实现相似的功能。这些轴承的目的是校正(evenout)公差，因此避免滚珠螺杆驱动器中的应力。此外，结构部件的动态和静态负载减少。因此，声学性质改进且由构件的热膨胀造成的机械松动减少。

在所述轴承中，在球面之间出现的问题(正如当使用球面滚子轴承和自动定心轴承时)是针对径向力而对这些轴承进行更多的设计。但是在电辅助的转向驱动中在球螺母上出现的负载相对于转向齿条或螺纹轴主要沿轴向取向。

DE10310492A1描述了特别是用于机动车辆的具有以电动马达构成的伺服马达的动力转向系统，所述动力转向系统通过螺母驱动以推杆的形式构造的可轴向运动的构件，所述螺母能够在以转向壳体的形式形成的框架中旋转但是不能轴向运动。伺服马达、推杆和螺母通借助于偏心的轴承环安装，从而使得伺服马达的电动机轴和推杆之间的轴向距离可以变化，这使得迅速且容易地安装动力转向系统。

通过DE10202483A1已知一种电动转向设备，所述电动转向设备具有齿条、马达、主轴驱动器和壳体，所述齿条连接至转向主轴，所述马达通过同轴安装在齿条上的转子辅助转向力，在所述主轴驱动器中滚珠插在螺母(插入转子)和螺杆(在齿条上形成)之间，所述壳体的整体大致为圆柱形。滚珠螺杆机构的螺母可旋转地安装在螺母壳体部分内部的轴承中。

DE1947337U介绍了弹性滚子轴承，所述弹性滚子轴承具有轴向运动能力和具有复位力的轴向弹簧的作用。通过DE102004034701A1已知具有外座圈和内座圈的滚子轴承，外座圈和/或内座圈各自设置在至少一个阻尼元件之间。

EP1571067A1公开了一种蜗杆轴的弹性轴承，所述弹性轴承同轴环绕伺服马达的电动机轴。

相关的现有技术EP204938381显示了允许或改进径向轴承的转动的解决方案。凸形的凸起设置在外座圈的外周上，或者安装内座圈的螺母设置有凸形的凸起。由于外座圈的外周或螺母的凸形的凸起，实现了径向轴承的释放和螺母与可轴向运动的构件的转动。在径向轴承的每个端面处设置有钢环，在所述钢环上硫化具有弹性体性质的元件，使得在交变负载下可轴向运动构件的转动运动的阻尼、轴向阻尼和径向阻尼以及通过成为可能。当可轴向运动的构件经受弯曲转矩时，应当避免系统卡住。制造所使用的元件和安装所述元件是费时的。此外，现有技术中没有公开具有低安装高度的轴承所期望的阻尼。

通过DE102009019856A1已知一种板式弹簧布置，其中至少两个经涂覆的板式弹簧形成板堆，并且弹性中间层设置在经涂覆的板式弹簧之间，能使被中间层分离的两个板式弹簧由于剪切作用而相对运动。弹簧的平行联接可以实现增力(forceboosting)，弹簧优选弹性地联接并且没有摩擦。

发明内容

因此，本发明所基于的问题是提供具有球螺母的可倾斜轴承的动力转向系统，可以以更简单的构件实现所述动力转向系统，所述动力转向系统容易安装，并且所述动力转向系统的轴承阻尼在低安装高度下具有大阻尼。

通过具有权利要求1的特征的动力转向系统解决该问题。

由于在特别用于机动车辆的具有伺服马达的动力转向系统中，所述动力转向系统通过螺母驱动可轴向运动的构件，所述螺母以能够在框架中旋转的方式安装在轴承中，其中所述螺母与在所述构件上形成的螺纹轴接合，并且借助于弹性元件以相对于所述框架弹性的方式通过所述轴承在轴向上支撑且沿着狭窄的周向接触表面在径向上支撑在所述框架上，每个波形弹簧组件具有至少两个元件，至少一个元件为波形弹簧，并且弹性中间层设置在至少两个元件的每一者之间，因而能够同时实现多个益处。每次在结构限定的范围内，球螺母在负载下的轴向均衡运动成为可能，球螺母的倾斜也成为可能。此外，由于中间层吸收能量，因而所述运动通过中间层而被施加阻尼。最后，由于金属波形弹簧不能直接冲击框架或相关的止推垫圈，而是冲击中间层，因而在波形弹簧的变形路径的终点，获得了终点终止阻尼。

如果止推垫圈每次安装在波形弹簧组件和框架之间，那么波形弹簧组件的材料无需适应于框架的材料。当波形弹簧组件每次设置在轴承的外座圈和框架的套环之间时，实现特别良好的弹性作用。

当框架包括壳体和壳体盖时能够容易地安装整个转向齿轮，其中一个套环形成于壳体盖而其它的套环形成于壳体或者能够插入到壳体中的套管。

当套管除了套环之外还具有轴承座(所述轴承座使所述轴承的外座圈抵靠外部的周向表面而保持住)时和/或当轴承座相对于外座圈形成支承表面(所述支承表面在布置的轴向方向上更狭窄)时，改进了轴承在负载下相对于倾斜运动的自由运动。在特别简单的实施方案中，支承表面可以以环绕的肋部的形式构造。但是也可以设置成：所述支承表面作为轴承座的向内面向轴承的凸形的表面的部分，是线形的。

有利地，波形弹簧组件各自具有两个波形弹簧，而弹性中间层设置在两个波形弹簧之间。所述组件有利地以单件形式构造。

还可以提供：波形弹簧组件各自具有波形弹簧和环，弹性中间层设置在波形弹簧和环之间，并且波形弹簧在其低点处抵靠环。当波形弹簧在其低点处具有至少一个径向连续的切口时实现特别良好的阻尼性能。

附图说明

下文将借助于附图更细致地解释本发明的示例性实施方案。相同或相当的部件具有相同的附图标记。附图显示：

图1显示了转向壳体中的球螺母的轴承，其具有抵靠壳体和壳体盖的轴向支架，

图2显示了插入套管中的轴承的轴向支架，其外部轴承座具有凸形的形状，

图3显示了对应于图2的布置，其具有用于径向支撑轴承外座圈的环绕的肋部，

图4显示了波形弹簧组件的侧视图，

图5显示了图4的波形弹簧组件的三维视图，

图6以沿着图4的线B-B显示了图4和图5的波形弹簧组件的纵向视图，

图7显示了波形弹簧组件的第二个实施方案的侧视图，

图8显示了图7的波形弹簧组件的三维视图，

图9显示了图7和图8的波形弹簧组件，且显示了图7的细节C的放大视图，

图10显示了波形弹簧组件的另一个实施方案的侧视图，

图11显示了图10的波形弹簧组件的三维视图，和

图12显示了图10和图11的波形弹簧组件，且显示了图10的细节D的放大视图。

附图标记列表：

1球螺母

2螺纹轴

3滚珠

4轴承

5内座圈

6轴承座

7外座圈

8轴承座

9转向壳体

10壳体盖

11中间套管

12皮带轮

15周向表面

16端面

17端面

18波形弹簧组件

19止推垫圈

20波形弹簧组件

21止推垫圈

22端面

23套环

24腹板

25螺纹螺母

26套环

27套管

28套环

29凸形的区域

30半径

31端面

32间隙

33斜面

34部段

118中间层

120中间层

128波形弹簧

130波形弹簧

138波形弹簧

140波形弹簧

148环

158波形弹簧的低点

168波形弹簧

178波形弹簧的切口。

具体实施方式

图1显示了电动操作的机动车辆的动力转向系统的纵截面的剖面图。剖面图沿着在球螺母1与螺纹轴2接合的区域中的对称轴A显示了纵截面的的上半部。在球螺母1和螺纹轴2之间以熟知方式设置滚珠循环系统的滚珠3。球螺母1以可旋转方式安装在轴承4中。轴承4具有内座圈5，所述内座圈5稳固地位于球螺母1的轴承座6上。轴承4还具有外座圈7，所述外座圈7设置在框架的轴承座8中。在该实施方案中，框架包括转向壳体9，所述转向壳体9在该区域中形成略微管状的形状并且由壳体盖10关闭。壳体盖10在转向壳体9的外侧封闭转向壳体9并且通过紧固装置(未示出)固定至转向壳体9。

球螺母1还带有中间套管11，齿形皮带驱动器的皮带轮12稳固地固定在所述中间套管11上从而抵抗扭转。在本发明的上下文中，重要的是轴承外座圈7在纵向轴线A的轴向方向上容纳在轴承座8中，特别是支架(bracing)中。下文将更细致地描述该情况。

正如滚子轴承的通常知识，轴承外座圈7设置有外部的周向表面15、第一端面16和第二端面17。波形弹簧组件18抵靠第一端面16，且抵靠止推垫圈19得以支撑。第二端面17相应地抵靠波形弹簧组件20得以支撑，所述波形弹簧组件20又在纵向轴线A的轴向方向上抵靠止推垫圈21得以支撑。波形弹簧组件18和20各自具有两个波形弹簧128、138、130、140，在所述两个波形弹簧之间设置弹性中间层118、120。波形弹簧128、138、130、140为具有大致相同半径的环形弹簧，所述半径优选与轴承外座圈7的半径一致。波形弹簧128、138、130、140不是扁(flat)的，而是根据图1在侧视图中具有波浪形状。该波浪形状允许波形弹簧128、138、130、140在轴向方向上在轴承外座圈7和止推垫圈19和21之间压缩。在该过程中，发生弹性变形，所述弹性变形是可逆的并且在静止状态(restingstate)将轴承外座圈7置于止推垫圈19和21的中间，如图1中所示。因而波形弹簧组件18和20为不被轴向方向上的重型负载破坏的构件。由于弹性中间层(所述弹性中间层优选为橡胶基弹性体或粘弹物质)，使得被中间层分离的波形弹簧128、138、130、140通过剪切作用的相对运动成为可能。除了联接的弹性元件之外，该剪切作用产生在轴向方向上的对施加力的阻尼。止推垫圈19和21为钢环，优选硬化钢。这些钢环适合于在运作的过程中吸收波形弹簧组件18和20的轻微运动，而不会使同样由硬质材料制成的波形弹簧自身作用到止推垫圈19和21中。因此当框架(此处为转向壳体9和壳体盖10)由轻质金属合金或相似的相对较软的材料制成时，止推垫圈19和21特别有优势。

所显示的设计的止推垫圈19直接抵靠转向壳体9的端面22。第二止推垫圈21相应地抵靠壳体盖10的套环(collar)23，所述套环23在安装状态下位于与端面22对立的一定间隔处。在径向方向上，轴承外座圈7的外部的周向表面15推挤腹板24，所述腹板24在轴承座8中沿周向形成。腹板24与轴承外座圈7形成狭窄的环形环绕轴承表面，使轴承外座圈7能够相对于轴承座8倾斜至轻微程度。

最后，轴承内座圈5通过螺纹螺母25固定在其轴承座6中，所述螺纹螺母25旋拧在螺母1的相应的螺纹上。

对于安装，首先安装组件，所述组件稳固地抵抗相对于螺母1的旋转。该组件包括套管11和皮带轮12以及轴承4。该组件然后与波形弹簧组件18和止推垫圈19组装并且插入转向壳体9，直至止推垫圈19抵靠转向壳体9的端面22。在该组装过程之前或之后可以将螺纹轴2装入螺母1。之后，将波形弹簧组件20和止推垫圈21设置在轴承外座圈7上并且将壳体盖10设置就位并且在凸缘区域(未示出)中紧固至壳体9。

在操作中，电动伺服马达就可以借助齿形皮带驱动器使皮带轮12旋转并因此使螺母1旋转，从而使得螺纹轴2通过滚珠3而在轴向方向上运动，最终造成机动车辆的转向运动。球螺母1可以在轴承座8中以所述方式在轴向方向上抵抗波形弹簧组件18和20的复位力运动。腹板24区域中的狭窄的支承表面也允许轻微的倾斜运动。通过该方式，可以吸收动态负载，而该特殊轴承不会造成螺母1和螺纹轴2在滚珠3区域中的重型负载。

图2中显示了本发明的另一个实施方案。在图2的实施方案中，轴承4被设计得更小。其如图1中的轴承外座圈7在轴向方向上朝右侧穿过波形弹簧组件20和止推垫圈21抵靠壳体盖10的套环23。在相反的轴向方向上，轴承外座圈7通过其端面16穿过波形弹簧组件18和止推垫圈19而抵靠在套管27中形成的套环26。套管27为基本上管状的部件并且由多个部段组成，如在下文描述。

套管27具有足够大的内径使得球螺母、中间套管11和螺纹螺母25可以穿过套管27。在图2中左侧显示的第一部段具有对应于转向壳体9的内径的外径。可以通过该部段将套管27引入转向壳体9。套管27的外径则在该部段之后变宽成为套环28，使得套环28可以抵靠转向壳体9的端面22。在另一个部段中放大的套管27的外径大致对应于在该区域中的转向壳体9的外径和盖10的内径，在套管27和壳体盖10之间设置间隙。

在图2中的套环26(止推垫圈19抵靠所述套环26)处，套管27的内径从对应于止推垫圈19的内径的值增加至大于止推垫圈19的内径并且也大于波形弹簧组件18的内径。因此可以将波形弹簧组件18和止推垫圈19引入套管27直至套管27抵靠套环26。套管27的外径在该区域中保持不变。在对称轴线A的轴向方向上在大致与轴承外座圈7的左端面16的位置一致的地方存在套管27的向内凸出的区域29。区域29是这样地凸出的或鼓起的，以致从波形弹簧18区域中的较大半径开始以连续的半径凸曲率连续降低至最小半径30，然后再次大致增加至波形弹簧组件18区域中的较大内径的值。该凸形的区域29在套管27终止的位置处终止。在此，形成端面31，所述端面31平坦并且垂直于轴线A取向。套管27的外侧具有纯圆形圆柱体部段34，所述圆柱体部段34在离壳体盖10的少量间隔32处以恒定直径延伸(run)并且朝向端面31以斜面33成锥形。

在凸形的区域29的最小半径30的区域中，套管27的内径对应于轴承外座圈7的外径。由于轴承外座圈7在几何上在其外侧对应于具有恒定直径的圆形圆柱体，轴承外座圈7的支承表面在凸形的区域29处示出的位置为近似线形的。在负载下，轴承外座圈7和具有其的轴承4以及球螺母1、滚珠3和螺纹轴2的整个布置可以抵抗波形弹簧组件18和20的复位力在轴线A方向上运动。但是由于抵靠凸形的区域29的线形支承，轴承外座圈7也可以以有限程度倾斜。因此保证在负载峰值下可以通过轴承4的一定的运动能力来中和螺母1上的动态负载。

相比于图1的实施方案，图2的实施方案的优点在于轴承4的尺寸可以更小，并且还可以首先基于套管27而预安装整个组件。特别地，在插入转向壳体9之前套管27可以已经容纳波形弹簧组件18和止推垫圈19以及轴承4，并且螺母1安装在套管27中并且螺纹轴2可能已经旋拧在其上。相比于安装图1的实施方案，将套管27插入轴承9更为容易。在许多情况下，安装益处比用于制造套管27的增加的费用更为重要。替代性地，可以想到并且有可能通过部段34将套管27挤压配合入壳体盖，因此不存在间隔32或者以相应的挤压配合而设计。通过该方式，在该替代性实施方案中，轴承4和波形弹簧组件18、20以及止推垫圈19的组件可以作为预安装组件与车辆的动力转向系统的剩余部件组装。简化的实施方案要求壳体27由硬质或硬化钢合金制成。在该未示出的实施方案中，可以消除止推垫圈19，使得波形弹簧组件18可以直接抵靠套管27的套环26。通过选择合适的材料，不存在波形弹簧组件18随着时间嵌入套管27的材料的危险。转向壳体9和壳体盖10可以如上所述由轻质金属合金或合适的塑料制成。

图3显示了本发明的第三个实施方案，其中不同于图1，提供套管27用于将轴承4安装在转向壳体9中。因此，该实施方案对应于图2中显示的实施方案。不同于图2，套管27在轴承4的座8的区域中具有向内指向的周向腹板24。因此，图3的实施方案的轴承座8的区域对应于图1中描述的实施方案。由于套管27，图3的实施方案中也存在安装益处。然而，相比于图2中显示的轴承座的区域中的凸形的区域，具有周向腹板24的轴承座8更容易制造。腹板24的尺寸足够窄从而当外部动态负载需要时也允许轴承4的轻微倾斜。

图4至12显示了波形弹簧组件18和20的三个不同的实施方案。

图4至6以各个视图显示了波形弹簧组件18，所述波形弹簧组件18具有两个平行设置的波形弹簧128、138和在所述波形弹簧128、138之间的弹性体或粘弹体中间层118。平行的波形弹簧128、138的直径、宽度和厚度大致一致。它们的形状一致。设置在波形弹簧之间的中间层118具有相同的宽度。中间层118的厚度约为波形弹簧128、138的尺寸的七分之一。

图7至9中以各个视图显示了波形弹簧组件18和20的第二个实施方案。波形弹簧组件18在此具有一个波形弹簧128和一个扁环148，在所述波形弹簧128和扁环148之间设置有粘弹性中间层或弹性体中间层118。波形弹簧128和环148的直径和宽度一致。波形弹簧128和环148同心地设置。环148的厚度比波形弹簧128的厚度约大六倍。中间层118具有与环148和波形弹簧128相同的宽度和相同的直径。中间层118的厚度平均大致对应于波形弹簧128的厚度。波形弹簧128被设置成使得其低点158抵靠环148。通过波形弹簧128的弯曲，在运作的过程中在弹性体中产生剪切应力，这造成能量的消耗并且因此起到阻尼作用。

图10至12显示了波形弹簧组件18和20的第三个实施方案。波形弹簧组件18在此具有一个波形弹簧168和一个扁环148，在所述波形弹簧128和扁环148之间设置有粘弹性中间层或弹性体中间层118。波形弹簧168和环148的直径和宽度一致。环148的高度比波形弹簧168的高度约大六倍。波形弹簧128和环148彼此同心地设置。中间层118具有与环148和波形弹簧168相同的宽度和相同的直径。中间层118的厚度大致对应于波形弹簧168的厚度。波形弹簧168在至少一个低点处(优选在所有的低点158处)具有在径向方向上延伸的连续切口178。如果设置至少两个切口178，那么波形弹簧168因此被分成多个块。切口178使波形弹簧168能够在径向方向上拉伸。这引起弹性体中的剪切应力，并产生阻尼作用。

当然，波形弹簧、中间层和环的提及的尺寸根据需要而定，并从而可以脱离本文所述的关系。

仅为谨慎起见，应当提及，旋转部件以及套管、转向壳体9和壳体盖10的内部区域以及套管27构造为基本上可以对称于纵向轴线A旋转。特别地，套管27可以制造成转动部件。

在所有实施方案中可以想到并且有可能为摩擦接触的表面设置减摩表面。

根据本发明的球螺母的轴承的阻尼由于波形弹簧组件而具有较大的刚性，并且由于弹性中间层，在极低的设计高度下具有有利的阻尼。

Claims (11)

1.一种具有伺服马达的动力转向系统，其特别是用于机动车辆，所述动力转向系统通过螺母(1)驱动可轴向运动的构件，所述螺母(1)以能够在框架(9、10)中旋转的方式安装在轴承(4)中，其中所述螺母(1)与形成于所述构件的螺纹轴(2)接合，并且借助于弹性元件(18、20)以相对于所述框架(9、10)弹性的方式由所述轴承(4)在轴向上支撑，并且沿着狭窄的周向接触表面(8、30)在径向上支撑在所述框架(9、10)上，其特征在于，每个波形弹簧组件(18、20)具有至少两个元件，所述至少两个元件中的至少一个所述元件为波形弹簧(128、130)，并且弹性中间层(118、120)设置在所述至少两个元件的每一者之间。

2.根据权利要求1所述的动力转向系统，其特征在于，止推垫圈(19、21)每次安装在所述波形弹簧组件(18、20)和所述框架(9、10)之间。

3.根据前述权利要求任一项所述的动力转向系统，其特征在于，所述波形弹簧组件(18、20)每次设置在所述轴承(4)的外座圈(7)和所述框架(9、10)的套环(22、23、26)之间。

4.根据前述权利要求任一项所述的动力转向系统，其特征在于，所述框架包括壳体(9)和壳体盖(10)，其中一个所述套环(23)形成于所述壳体盖(10)，并且其它的套环(22、26)形成于所述壳体(9)或者能够插入到所述壳体(9)中的套管(27)。

5.根据前述权利要求任一项所述的动力转向系统，其特征在于，所述套管(27)除了所述套环(26)之外还具有轴承座(8)，所述轴承座(8)使所述轴承(4)的外座圈(7)抵靠外部的周向表面(15)而保持住。

6.根据前述权利要求任一项所述的动力转向系统，其特征在于，所述轴承座(8)相对于所述外座圈(7)形成支承表面，相比于所述外座圈(7)本身，所述支承表面在布置的轴向方向(A)上更狭窄。

7.根据前述权利要求任一项所述的动力转向系统，其特征在于，所述支承表面以环绕的肋部(24)的形式构造。

8.根据前述权利要求任一项所述的动力转向系统，其特征在于，所述支承表面作为所述轴承座(8)的向内面向所述轴承(4)的凸形的表面(29)的部分(30)，是线形的。

9.根据前述权利要求任一项所述的动力转向系统，其特征在于，所述波形弹簧组件(18、20)各自具有两个波形弹簧(128、138、130、140)，而弹性中间层(118、120)设置在所述两个波形弹簧之间。

10.根据权利要求1至8任一项所述的动力转向系统，其特征在于，所述波形弹簧组件(18、20)各自具有波形弹簧(128、130、168)和环(148)，弹性中间层(118、120)设置在所述波形弹簧(128、130)和所述环(148)之间，并且所述波形弹簧(128、30)在其低点(158)处抵靠所述环(148)。

11.根据权利要求10所述的动力转向系统，其特征在于，所述波形弹簧(168)在其低点(158)处具有至少一个沿径向连续的切口(178)。