CN107771145A - 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（30），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）。所述滑动轴承元件优选构造为滑动轴承衬套（30），所述滑动轴承衬套万向节式地能够至少围绕横向轴线（z）摆动地支承在所述壳体（GH）中，所述横向轴线与方向（y）垂直地定向，在所述方向上出现转向横拉杆力（a）的横向力分量（c）。优选地，所述滑动轴承衬套（30）具有环形的外周侧（31），所述外周侧凸起成拱形、尤其是以球拱的形式成拱形。凸起的外周侧（31）的至少第一分区贴靠在所述壳体（GH）的内壁的凹入的分区处，所述内壁凹入成拱形。

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

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，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。

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和绕行的球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。所述固定轴承4基本上只接收轴向力并且因此在径向方向上是无负载的。

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，在所述固定轴承上实现了该轴承的弹性，由此在轴向方向上作用的冲击式负载能够被有效地缓冲。

图2示出了常规的滚珠丝杆传动装置10，就所述滚珠丝杆传动装置而言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（KGT）的组件的大挑战。如果所述转向装置不能够接收可能非常高的横向力，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）和KGT轴承的损坏，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部的或者后部的区域中，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。

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，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（所述固定轴承能够只接收轴向力）支承在壳体中的球形螺母。

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。

所述任务通过具有权利要求1的特征的滚珠丝杆传动装置得到解决。此外，还建议转向装置，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滑动轴承衬套，所述滑动轴承衬套包围所述螺纹主轴，其中，所述滑动轴承衬套万向节式地支承在所述壳体中,并且接收该齿条的由所述转向横拉杆产生的横向力分量。

通过这里公开的发明，在所述滚珠丝杆传动装置（缩写：KGT）与该转向横拉杆的耦合结构之间设置径向地支撑所述螺纹主轴的滑动支承结构（所述滑动支承结构能够承载出现的横向力），由此有效地阻止横向负载（KGT和KGT轴承还只遇到轴向力）能够直接地对所述球循环或者该球循环的轴承产生作用。优选地，本发明通过滑动轴承衬套被实现，所述滑动轴承衬套万向节式地能够摆动地装配在所述壳体中。

通过非常紧靠着导入力的位置被安放的滑动轴承位置产生该齿条的更小的挠度和被减小的施加到该KGT和KGT轴承的螺纹主轴上的负载。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。对此，参阅并列的权利要求。

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从属权利要求中得出。

因此，所述滑动轴承衬套优选具有环形的外周侧，所述外周侧凸起成拱形、尤其是以球拱的形式成拱形。在这方面有利的是，该滑动轴承衬套的外周侧的至少第一分区贴靠在该壳体的内壁处，所述内壁是凹入成拱形的。由此，以非常有效的方式实现该滑动轴承衬套的半万向节式的支承结构。

优选地，该滑动轴承衬套的外周侧的至少第二分区贴靠在能够被导入到所述壳体中的环的内壁处，所述内壁凹入成拱形。所述能够被导入的环能够利用固定元件被固定在期望的位置中。由此，将所述滑动轴承衬套安装到所述壳体中得到简化；此外，该衬套的万向节式的支承结构能够被调整到可能期望的间隙。

替代地，根据第二实施例，所述滑动轴承衬套在其两个端部处能够分别被圆线环固定以防止在轴向方向上的运动。优选地，所述滑动轴承衬套为此在其外周侧处具有两个槽，所述圆线环被接收到所述槽中。此外还能够设置，该滑动轴承衬套的内壁在该衬套的两个端部处具有倒角或者在那里被倒角。

所述滑动轴承元件或者所述滑动轴承衬套优选由金属、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、4a/b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详细地示出根据第一实施例的、以万向节式被支承的滑动轴承衬套的形式的滑动轴承元件的安装；

图5a/b详细地示出根据第二实施例的、以借助于圆线环被固定的滑动轴承衬套的形式的滑动轴承元件的安装。

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。总图像也被简短简化地称为齿条。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30，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4a/b详细地示出的那样，所述滑动轴承元件构造为滑动轴承衬套30，所述滑动轴承衬套包围所述螺纹主轴2a。所述衬套30基本上由具有光滑的内壁32和凸出成拱形的外周侧31的环形体组成。在这里示出的实施例中，该衬套的这部分具有球拱的形状，所述球拱的大约一半（在图4b中的右半部分）被接收在该壳体GH的凹入成形的区段中。该球拱31的另一半（在图4b中的左半部分）被能够导入到所述壳体中的环33或者该环的凹入成形的内壁保持，从而使得所述球拱和因此整个滑动轴承衬套30能够在所述期望的位置处摆动并且绕z轴定位。以环35的形式的固定元件用于固定该装置。

在图4a/b中示出的实施例因此示出万向节式被支承的并且能够围绕z轴摆动的衬套30，所述衬套径向地支撑所述螺纹主轴2a并且能够（在y方向上）承载横向力。由此，所述球循环、尤其是第一个和最后一个球轨道被保护以防过载。所述滑动轴承衬套30与所述壳体GH之间的接触或者间隙能够经由所述固定元件35被最佳地调整。所述衬套本身或者所述环形体30能够为了节省材料和减轻重量而具有切口（如图4b所示）。如果需要，该材料的切口或变窄也能够相对较弱地被确定尺寸以达到一定弹性。

下面根据图5a/b说明本发明的第二实施方式：同样的环形体用作滑动轴承元件40，所述环形体具有滑动轴承衬套的形状并且包括所述螺纹主轴2a。该滑动轴承元件或者该滑动轴承衬套40的内壁在内区域中同样构造为平坦的和光滑的。该衬套40的两个端部能够被倒角，也就是说具有倒角42。所述倒角便于所述装配并且在该螺纹的弯曲线和旋转方面是有利的。

在该衬套40的外周侧处设置有槽，所述槽分别在环绕方向上延伸，并且各自接收圆线环43或者44。所述圆线环43或者44与该壳体GH的内壁接触，从而使得所述滑动轴承衬套能够轻微摆动地（万向节式地）被装配。此外，在该衬套40的中心（参见图5b），所述外周侧41轻微凸出成拱形并且例如以球拱的形式被构造。所述球拱利用所述圆线环中的一个、在这里利用右边的环44被轴向固定。在该装置偏转之后（在出现横向负载时）经由O形环自动地出现中心位置。由此，在图5a/b所示的解决方案中实现了自动定中。这个功能在图4a/b中的例子中未被实现。

在大多数应用中，该滑动轴承衬套30或者40的安装位置应该优选位于该螺纹主轴2a的自由端部附近、即尽可能地在用于所述转向横拉杆3的连接关节附近（参见图3）。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。所述衬套30或者40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，因为需要更少的螺距。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，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、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30，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。所述滑动轴承元件优选构造为滑动轴承衬套30，所述滑动轴承衬套万向节式地能够至少围绕横向轴线z摆动地支承在所述壳体GH中，所述横向轴线与方向y垂直地定向，在所述方向上出现转向横拉杆力a的横向力分量c。优选地，所述滑动轴承衬套30具有环形的外周侧31，所述外周侧凸起成拱形、尤其是以球拱的形式成拱形。凸起的外周侧31的至少第一分区贴靠在该壳体GH的内壁的凹入的分区处。所述KGT轴承在使用这里介绍的支承结构的情况下仅仅接收轴向力，并且因此能够被实施为纯轴向球轴承。

圆线环或者O形环（如图5a/b所示）的使用造成该滑动衬套的自动定中：如果径向地加载所述齿条，则参照所述支承结构产生该齿条的弯曲线走向。万向节式的滑动支承结构在此支撑所述径向力。因为所述衬套与理论计算方法相反不具有“理想的0mm的结构长度”，因此，所述衬套与其长度对应地遵循该齿条的弯曲线的走向。如果取消所述横向力，则所述齿条在其支承结构内再次占据中性位置并且——并不完全地——夹带万向节式的滑动轴承。由于齿条与滑动轴承之间的轴承空隙还剩余小的残余角，所述残余角关于承载图（接触面）并且尤其关于摩擦不引人注意。如果现在O形环被装配在壳体与滑动轴承之间，则这个O形环在摆动该滑动轴承时在横向力的作用下同样弹性地变形。如果现在取消所述横向力，则所述O形环会再次具有其初始形状，并且将所述滑动轴承复位到中心位置中（所述O形环产生复位力矩）。

附图标记列表

10:滚珠丝杆传动装置

1 :滚珠丝杆传动装置壳体

2a:螺纹主轴或者2b:齿条

3、3‘:转向横拉杆

4:固定轴承具有4A:外环

5:球形螺母

6:球或者球循环

GH:转向装置壳体

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（能够被分解为分量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

30:以万向节式被支承的滑动轴承衬套的形式的、无定中的滑动轴承（第一例子）

31:环形的外周侧，凸起成拱形，例如以球拱的形式

32:该滑动轴承衬套的内壁

33:楔形的/凹入成形的环

35:固定元件/固定环

40:以万向节式被支承的滑动轴承衬套的形式的、具有定中的滑动轴承（第二例子）

41:外周侧，轻微凸起成拱形并且配有槽

42:被倒角的端部

43,44:在所述槽中的圆线环

Claims (11)

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）具有借助于轴承（4）支承在壳体（GH）中的球形螺母（5），其特征在于，

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（30;40），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）。

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，所述滑动轴承元件构造为滑动轴承衬套（30;40），所述滑动轴承衬套包围所述螺纹主轴（2a），其中，所述滑动轴承衬套（30;40）万向节式地能够至少围绕横向轴线（z）摆动地支承在所述壳体（GH）中，所述横向轴线与方向（y）垂直地定向，在所述方向上出现转向横拉杆力（a）的横向力分量（c）。

3.根据权利要求2所述的滚珠丝杆传动装置（10），其特征在于，所述滑动轴承衬套（30;40）具有环形的外周侧（31;41），所述外周侧凸起成拱形、尤其是以球拱（31）的形式成拱形。

4.根据权利要求3所述的滚珠丝杆传动装置（10），其特征在于，所述滑动轴承衬套（30）的外周侧（31）的至少第一分区贴靠在所述壳体（GH）的内壁处，所述内壁凹入成拱形。

5.根据权利要求2或者3所述的滚珠丝杆传动装置（10），其特征在于，所述滑动轴承衬套（30）的外周侧（31）的至少第二分区贴靠在能够被导入到所述壳体（GH）中的环（33）的内壁处，所述内壁凹入成拱形。

6.根据权利要求5所述的滚珠丝杆传动装置（10），其特征在于，所述能够被导入到所述壳体（GH）中的环（33）利用固定元件（35）被固定在期望的位置中。

7.根据权利要求2或者3所述的滚珠丝杆传动装置（10），其特征在于，所述滑动轴承衬套（40）在其两个端部处分别被圆线环（43、44）固定以防止在轴向方向（x）上的运动。

8.根据权利要求7所述的滚珠丝杆传动装置（10），其特征在于，所述滑动轴承衬套（40）在其外周侧处具有两个槽，所述圆线环（43、44）被接收到所述槽中。

9.根据权利要求7或者8所述的滚珠丝杆传动装置（10），其特征在于，所述滑动轴承衬套（40）的内壁在所述滑动轴承衬套的两个端部处具有倒角（42）。

10.用于机动车的转向装置、尤其是具有电助力支持装置的转向装置，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）。

11.滑动轴承元件（30;40），所述滑动轴承元件用于根据权利要求1至9中任一项所述的滚珠丝杆传动装置（10）。