CN107428364B - 滚珠丝杆传动装置和机动车的配备有该滚珠丝杆传动装置的转向装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种滚珠丝杆传动装置（10），所述滚珠丝杆传动装置被用在转向装置中。所述滚珠丝杆传动装置（10）包含螺纹主轴（2a），用于将由电动马达（M）产生的辅助扭矩转化为平移助力，所述平移助力作用到在机动车的转向装置中的齿条（2b）上，其中，所述螺纹主轴（2a）的端部和所述齿条（2b）的端部分别借助于轴向关节（G）与转向横拉杆（3、3‘）连接，其中，所述滚珠丝杆传动装置（10）具有借助于固定轴承（4）支承在壳体（GH）中的球形螺母（5）。为了能够承受来自于所述转向横拉杆（3、3‘）的和在径向方向（y）上作用的高的横向负载或者横向力，在所述螺纹主轴（2a）的与转向横拉杆（3）连接的端部与所述滚珠丝杆传动装置（10）之间布置有滑动轴承元件（20），所述滑动轴承元件径向地相对于所述壳体（GH）支撑所述螺纹主轴（2a）。所述支撑经由能够被调整的径向间隙实现，其中，所述滑动轴承元件优选构造为套管（20），所述套管包围所述螺纹主轴（2a），其中，所述套管（20）具有成形为锥形的区段（22），所述区段在其外周侧处在轴向方向（x）上成形为锥形并且贴靠在在所述壳体（GH）中成形为锥形的内壁（23）处。

Description

滚珠丝杆传动装置和机动车的配备有该滚珠丝杆传动装置的 转向装置

技术领域

本发明涉及一种滚珠丝杆传动装置和机动车的配备有该滚珠丝杆传动装置的转向装置。尤其是，本发明涉及一种滚珠丝杆传动装置，所述滚珠丝杆传动装置包含螺纹主轴，所述螺纹主轴用于将由电动马达产生的辅助扭矩转化为平移助力，所述平移助力作用到在机动车的转向装置中的齿条上。

背景技术

在机动车转向领域中众所周知的是，使用滚珠丝杆传动装置，以便将由助力马达（电动马达）产生的旋转助力（扭矩）转换为平移助力，所述平移助力作用到转向装置的螺纹主轴或者齿条上。图1示意性地示出了这样的结构。如图1所示，该转向装置的螺纹主轴2a或者齿条2b经由所述滚珠丝杆传动装置10被偏转，其中，该螺纹主轴2a的端部借助于轴向关节G与转向横拉杆3连接；在该齿条2b的端部处，这个齿条2b对应地与转向横拉杆3‘关节式地连接。所述齿条2b与转向传动装置L的小齿轮啮合。所述滚珠丝杆传动装置10经由带R或者类似物被电动马达M驱动。图2详细地示出了该滚珠丝杆传动装置的构造：所述滚珠丝杆传动装置10具有借助于固定轴承4支承在壳体1中的球形螺母5，所述球形螺母与所述螺纹主轴2a和循环的球6一起形成该滚珠丝杆传动装置的主要部分，并且能够围绕旋转轴线D旋转。

例如，DE 10 2012 110 081 A1公开了这样的滚珠丝杆传动装置。这种类型的滚珠丝杆传动装置通常被用在电助力转向装置、即所谓的EPS转向装置（Electric PowerSteering电动助力转向装置）中。

此外，例如DE 10 20010 029 266 A1公开了如下改型开头所述类型的滚珠丝杆传动装置，在该固定轴承的每个端侧上、尤其是在该固定轴承的外环上（参见该专利文件的图2）布置有至少一个弹簧元件“24”。由此，在所述固定轴承上达到了该轴承结构的弹性，由此在轴向方向上作用的冲击式负载能够被高效地缓冲。

图2示出了常规的滚珠丝杆传动装置10，在所述滚珠丝杆传动装置中在日常使用中出现下述问题：尤其是（通过在所述车辆中的相应的转向横拉杆3的给定的角度产生的）转向横拉杆力a的横向力分量c是对在EPS转向装置中的滚珠丝杆传动装置的组件的大挑战。如果所述转向装置不能够接收这样高的横向力，则能够导致该滚珠丝杆传动装置（下文中也称为球循环螺纹）的损坏，这此外还导致声学特性的显著恶化。如在图2中根据将转向横拉杆力a分解为分量b和c的图示能够看出的那样，该转向横拉杆力a的横向力分量c导致径向负荷，也就是说，导致该滚珠丝杆传动装置10的在径向方向Y上作用的横向负载。这个横向负载不仅导致所述螺纹主轴2a和齿条2b能够弹性地弯曲，而且导致在所述滚珠丝杆传动装置10中产生对应的倾覆力矩K。所述倾覆力矩K又导致在所述螺纹传动装置中的第一个球6的和最后一个球的特别高的负载。这在图2中通过箭头示出。高的倾覆力矩在那里支撑在该球循环的前面的或者后面的区域中，并且在“球-滚道”或者“球-球”接触中、尤其是在该球形螺母5的外螺纹线中产生高的赫兹压力。这又导致高度的损耗和使用寿命的减少，导致在球滚道中的和/或在所述球上的变形，据此造成在所述滚珠丝杆传动装置中的显著的声学的恶化。

发明内容

因此，本发明从常规的滚珠丝杆传动装置出发，所述滚珠丝杆传动装置包含螺纹主轴，所述用于将由电动马达产生的辅助扭矩转化为平移助力，所述平移助力作用到在机动车的转向装置中的齿条上，其中，该螺纹主轴的端部和该齿条的端部分别借助于轴向关节与转向横拉杆连接，其中，所述滚珠丝杆传动装置具有借助于固定轴承支承在壳体中的球形螺母（5）。

本发明的任务是，明显改善开头所述类型的滚珠丝杆传动装置，从而使得上述缺点以有利的方式被克服。尤其是，所述滚珠丝杆传动装置应该为了安装在转向装置中而如此被创造，使得高的横向负载也不会导致在该滚珠丝杆传动装置的球循环中的高负载。

所述任务通过下述根据本发明的滚珠丝杆传动装置得到解决。此外，还建议一转向装置，所述转向装置配备有这样的滚珠丝杆传动装置。

根据本发明的滚珠丝杆传动装置的特征在于，在该螺纹主轴的与所述转向横拉杆连接的端部与所述滚珠丝杆传动装置之间布置有滑动轴承元件，所述滑动轴承元件径向地相对于所述壳体支撑所述螺纹主轴。

优选地，所述滑动轴承元件构造为套管，所述套管包围所述螺纹主轴，其中，所述套管具有成形为锥形的区段，所述区段在其外周侧处在轴向方向上成形为锥形，并且贴靠在在所述壳体中成形为锥形的内壁处。由此，能够实现具有能够精确地被调整的径向间隙的滑动轴承。

因此，在所述滚珠丝杆传动装置与该转向横拉杆的耦接结构之间设置径向地支撑所述螺纹主轴的滑动轴承结构，所述滑动轴承结构能够承载出现的横向力，由此有效地阻止过高的横向负载能够直接地对所述球循环产生作用。只有当所述横向负载超过一定的大小时，通过调整该径向间隙径向的支撑效应才开始作用。因此，该转向装置的正常运行保持完全不受影响。

在横向负载高的情况下，限制出现的倾覆力矩，从而使得构件（球形螺母、球）的材料负载以及该螺纹主轴或者齿条的挠度明显受到限制。由此可能的是，使用更小的螺纹主轴或者齿条直径，并且也在所述球循环中设置更少的螺纹线，而不超过允许的强度。由此，能够特别成本有利地实现该转向装置的结构。此外，整个球链的负载更少，由此在运行特性方面的鲁棒性明显增加。

本发明涉及一种用于机动车的转向装置，所述转向装置配备有这样的滚珠丝杆传动装置，并且还涉及一种滑动轴承元件本身，所述滑动轴承元件适用于这样的滚珠丝杆传动装置的构造。

上述优点以及其它优点也从说明本发明的有利的构造方案的下述描述中得出。

因此有利的是，所述滑动轴承元件构造为具有环形区段的套管，所述环形区段具有外螺纹，所述外螺纹与构造在所述壳体中的内螺纹啮合。由此，能够被定义地确定该套管的安装位置，并且因此也能够被定义地确定锥形区段的卡锁。因此，所述径向间隙能够非常准确地被调整到该外螺纹的上方。

在这方面，所述滑动轴承元件、尤其是构造为套管的滑动轴承元件优选具有光滑的内壁，该螺纹主轴的外周侧以能够被调整的径向间隙贴靠在所述内壁处。在此，所述径向间隙通过在所述壳体内装配构造为套管的滑动轴承元件、尤其是通过该成形为锥形的区段相对于所述成形为锥形的内壁借助于所述外螺纹被调整的位置而被调整。

优选地，所述成形为锥形的区段具有多个在轴向方向上伸展的缝隙，所述缝隙将所述区段划分为多个扇区。由此，所述锥形区段获得一定的弹性，所述弹性还进一步地便于并且改善该径向间隙的准确的调整。利用所述缝隙的长度能够确定或者适配该锥形区段的弹性。

以有利的方式如此调整所述径向间隙，使得所述滑动轴承元件、尤其是所述套管从定义的横向负载起才径向地相对于所述壳体支撑所述螺纹主轴，尤其是从当所述横向力分量大于该转向横拉杆力的 10%、尤其是20%时出现的横向负载起才径向地相对于所述壳体支撑所述螺纹主轴。因此，所述滑动轴承从一定的横向负载起作为附加的浮动轴承作用。利用第一种调整（>10%），所述滑动轴承就已经能够径向支撑较小的横向负载。利用第二种调整（>20%），所述径向的支撑在出现特别高的横向负载时才作用，所述特别高的横向负载例如在发生特殊情况或者在误用时出现。

优选地，如此确定所述成形为锥形的区段的尺寸，使得该区段具有在1至1.5之间的坡度。所述滑动轴承元件或者所述套管优选由金属、尤其是钢或者铝，或者由塑料、尤其是聚酰胺制成。

附图说明

下面根据涉及用于机动车的转向装置的实施例详细地并且参照附图3、4和5a/b说明本发明，附图给出了以下示意图：

图3在横截面中示出转向装置的构造，所述转向装置配备有根据本发明的滚珠丝杆传动装置；

图4更详细地示出以在该转向装置内的套管的形式的滑动轴承元件的安装；

图5a/b示出其它细节视图，所述视图示出该构造为套管的滑动轴承元件的安装和构造。

具体实施方式

在图3和4中示出的滚珠丝杆传动装置也具有这样的部件，所述部件已经存在在图1和2中并且配有附图标记。因此，保留用于以下部件的附图标记：具有转向传动装置LG的转向装置壳体GH和在所述壳体（件）1中的滚珠丝杆传动装置10；球形螺母5；具有球6的内区域或者球循环；具有其旋转轴线D的螺纹主轴2b；固定轴承4；齿条2b；用于耦接相应的转向横拉杆3或者3‘的关节G；带R和马达M。

下面，参考图3至5a/b说明第一实施例：

图3在横截面中示出转向装置的构造，所述转向装置配备有根据本发明的滚珠丝杆传动装置10。所述滚珠丝杆传动装置10包括所述螺纹主轴2a，所述螺纹主轴与该转向装置的齿条2b结构统一地构造。总图像也被简短地称为齿条。在该总图像的两个自由端部处关节式地连接有转向横拉杆3或者3‘。现在为了阻止高的横向负载、即在径向方向Y上的高的横向力使该滚珠丝杆传动装置10的球循环过载，在所述滚珠丝杆传动装置10与该螺纹主轴2a的自由端部、即与所述转向横拉杆3连接的端部之间布置滑动轴承元件20，所述滑动轴承元件径向地相对于所述壳体GH支撑所述螺纹主轴2a。

如图4和5a/b更详细地示出的那样，所述滑动轴承元件构造为套管或者衬套20，所述套管或者衬套包围所述螺纹主轴2a。所述套管20具有成形为锥形的区段22，所述区段在其外周侧处在轴向方向x上成形为锥形，并且贴靠在在所述壳体GH中成形为锥形的内壁23处。在示出的实施例中，该区段22的锥体在方向X上、也就是说朝向所述球形螺母逐渐变细。所述套管20也具有环形区段21，所述环形区段配有外螺纹25，所述外螺纹与构造在所述壳体GH中的内螺纹啮合。所述套管20或者所述区段22能够被理解为调整螺旋，所述调整螺旋通过旋入到该壳体GH的锥形内螺纹中将所述锥形区段22或多或少地强力地压靠在该壳体GH的锥形内壁上。由此，该锥体的位置或者其填缝被定义，由此又确定了在该套管20的光滑的内壁与所述螺纹主轴2a之间是否存在或者存在哪个径向间隙RS。

尤其如图5a所示，所述成形为锥形的区段22配有多个在轴向方向x上伸展的缝隙24，由此，这个区段22被划分为多个扇区。由此，确定该套管（调整螺旋）20的期望的弹性。材料选择、例如PA6塑料和该锥形区段22的尺寸也一起确定该套管的弹性。

尤其根据图5b示出的径向间隙（RS）在该套管（20）的装配的过程中能够通过下述方式被调整：借助于该外螺纹25将该成形为锥形的区段22相对于所述成形为锥形的内壁23的位置调整到期望的程度。所述锥体越多地抵住该壳体GH的锥形内壁，所述径向间隙就变得越窄。因此能够实现的是，当不出现或者只出现低的横向负载时，总是存在径向间隙。由此，该滚珠丝杆传动装置10的功能首先保持不受影响；近似存在在该套管20内的螺纹主轴2a的空转。

现在如此调整所述套管或者调整螺旋，使得从定义的横向负载起才径向地相对于所述壳体GH支撑所述螺纹主轴2a，即所述螺纹主轴才如此程度地弯曲，使得所述螺纹主轴贴靠在该套管的光滑的内壁26处。例如，能够如此调整该套管的位置或者锥形填缝的程度，使得横向力分量（参见图2中的“c”）是该转向横拉杆力（参见 “a”）的 10%。由此，应该如此调整所述径向间隙RS，使得从这个大小起才出现该滑动轴承的或者该套管20的径向支撑效果。所述限界也能够被调整到例如至少20%，从而使得在出现特别高的横向负载时所述支撑效果才开始，所述特别高的横向负载在极端情况中（特殊情况或者误用）出现。

该锥体的坡度的尺寸也属于可调整性。已经表明，在1至1.5之间的坡度在这里是特别有利的。该套管20的总长度例如能够是大约15mm。就螺旋区段21的长度l1和该锥形区段22的长度l2而言（参见图5b），l2明显比l1长；例如，l2是l1的至少两倍。

该套管20的安装位置优选位于具有用于所述转向横拉杆3的连接关节的自由端部附近。由此，在所述转向横拉杆处作用的横向力分量能够更好地被支撑/承载。所述套管本身在当前例子中由PA6型的聚酰胺制成，但是也能够由别的适合的塑料制成，替代地也能够由金属、例如钢或者铝制成。

本发明特别适合被安装在机动车的转向装置、尤其是具有电助力支持装置的转向装置中。通过本发明，能够实现更简单的设计或者结构变型方案，因为更小的螺纹主轴或者齿条直径是可能的。该球形螺母的更短的构造方式也是可能的，因为需要更少的螺纹线。性能或者运行特性通过未张紧的球链被明显改善。

总而言之，本发明涉及一种滚珠丝杆传动装置10，所述滚珠丝杆传动装置被用在转向装置中。所述滚珠丝杆传动装置10包含螺纹主轴2a，所述螺纹主轴用于将由电动马达M产生的辅助扭矩转化为平移助力，所述平移助力作用到在机动车的转向装置中的齿条2b上，其中，该螺纹主轴2a的端部和该齿条2b的端部分别借助于轴向关节G与转向横拉杆3连接，其中，所述滚珠丝杆传动装置10具有借助于固定轴承4支承在壳体GH中的球形螺母5。为了能够承受来自于所述转向横拉杆3、3‘的和在径向方向y上作用的高的横向负载或者横向力，在该螺纹主轴2a的与转向横拉杆3连接的端部与所述滚珠丝杆传动装置10之间布置有滑动轴承元件20，所述滑动轴承元件径向地相对于所述壳体GH支撑所述螺纹主轴2a。所述支撑经由能够被调整的径向间隙实现，其中，所述滑动轴承元件优选构造为套管20，所述套管包围所述螺纹主轴2a，其中，所述套管20具有成形为锥形的区段22，所述区段在其外周侧处在轴向方向x上成形为锥形，并且贴靠在在所述壳体GH中成形为锥形的内壁23处。

附图标记列表

10: 滚珠丝杆传动装置

1 : 滚珠丝杆传动装置的壳体

2a: 螺纹主轴

2b: 齿条

3, 3‘: 转向横拉杆

4: 固定轴承

4A: 外环

5: 球形螺母

6: 球或者球循环

GH : 转向装置的壳体

L: 转向传动装置

D : 旋转轴线

G : 用于将所述转向横拉杆与所述螺纹主轴或者齿条关节式地连接的轴向关节

a : 转向横拉杆力（能够分解为分量b和c）

b: 轴向力分量

c: 横向力分量

K: 倾覆力矩

x, y, z : 空间轴线或者方向坐标

R: 带

M : 电动马达

20: 以调整螺旋的形式的、作为用于所述螺纹主轴的径向支撑轴承的滑动轴承

21: 套管具有外螺纹的环形区段

22: 锥形区段/扇区

23: 该壳体GH的锥形内壁

24: 缝隙

25: 外螺纹

26: 该套管的内壁

RS: 径向间隙（能够调整）。

Claims (14)

1.具有螺纹主轴（2a）的滚珠丝杆传动装置（10），用于将由电动马达（M）产生的辅助扭矩转化为平移助力，所述平移助力作用到在机动车的转向装置中的齿条（2b）上，其中，所述螺纹主轴（2a）的端部和所述齿条（2b）的端部分别借助于轴向关节（G）与转向横拉杆（3）连接，其中，所述滚珠丝杆传动装置（10）具有借助于固定轴承（4）支承在壳体（GH）中的球形螺母（5），并且其中，在所述螺纹主轴（2a）的与所述转向横拉杆（3）连接的端部与所述滚珠丝杆传动装置（10）之间布置有滑动轴承元件（20），所述滑动轴承元件径向地相对于所述壳体（GH）支撑所述螺纹主轴（2a），其特征在于，所述滑动轴承元件构造为套管（20），所述套管包围所述螺纹主轴（2a），其中，所述套管（20）具有成形为锥形的区段（22），所述区段在其外周侧处在轴向方向（x）上成形为锥形并且贴靠在在所述壳体（GH）中成形为锥形的内壁（23）处；所述构造为套管（20）的滑动轴承元件具有光滑的内壁（26），所述螺纹主轴（2a）的外周侧以能够被调整的径向间隙（RS）贴靠到所述内壁处，其中，所述径向间隙（RS）能够由此进行调节：借助于外螺纹（25）来调节所述成形为锥形的区段（22）相对于所述成形为锥形的内壁（23）的位置。

2.根据权利要求1所述的滚珠丝杆传动装置（10），其特征在于，所述套管（20）具有环形区段（21），所述环形区段具有外螺纹（25），所述外螺纹与构造在所述壳体（GH）中的内螺纹啮合。

3.根据权利要求1或者2所述的滚珠丝杆传动装置（10），其特征在于，所述成形为锥形的区段（22）具有多个在轴向方向（x）上伸展的缝隙（24），所述缝隙将所述区段（22）划分为多个扇区。

4.根据权利要求1所述的滚珠丝杆传动装置（10），其特征在于，如此调整所述径向间隙（RS），使得所述滑动轴承元件从定义的横向负载起才径向地相对于所述壳体（GH）支撑所述螺纹主轴（2a）。

5.根据权利要求4所述的滚珠丝杆传动装置（10），其特征在于，所述滑动轴承元件是所述套管（20）。

6.根据权利要求4所述的滚珠丝杆传动装置（10），其特征在于，所述定义的横向负载是当横向力分量（c）大于转向横拉杆力（a）的 10%时出现的横向负载。

7.根据权利要求4所述的滚珠丝杆传动装置（10），其特征在于，所述定义的横向负载是当横向力分量（c）大于转向横拉杆力（a）的 20%时出现的横向负载。

8.根据权利要求4所述的滚珠丝杆传动装置（10），其特征在于，所述成形为锥形的区段（22）具有在1至1.5之间的坡度。

9.根据权利要求8所述的滚珠丝杆传动装置（10），其特征在于，所述滑动轴承元件由金属或者由塑料制成。

10.根据权利要求9所述的滚珠丝杆传动装置（10），其特征在于，所述金属是钢或者铝。

11.根据权利要求9所述的滚珠丝杆传动装置（10），其特征在于，所述塑料是聚酰胺。

12.用于机动车的转向装置，其特征在于，所述转向装置具有根据上述权利要求中任一项所述的滚珠丝杆传动装置（10）。

13.根据权利要求12所述的转向装置，其特征在于，该转向装置是具有电助力支持装置的转向装置。

14.滑动轴承元件（20），所述滑动轴承元件用于根据权利要求1至11中任一项所述的滚珠丝杆传动装置（10）。