CN109311507B - 具有一体式角接触滚珠轴承的机电动力转向系统的滚珠丝杠 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种特别地用于机动车辆的机电动力转向装置(1)，机电动力转向装置(1)具有伺服马达(9)，伺服马达(9)借助于滚珠螺母(13)来驱动可轴向移动的部件(6)，滚珠螺母(13)以可旋转的方式安装在轴承(15)中，其中，滚珠螺母(13)与形成在部件(6)上的螺纹主轴(6”)接合，其中，轴承(15)为具有一件式轴承内圈(16)的双列角接触滚珠轴承。

Description

具有一体式角接触滚珠轴承的机电动力转向系统的滚珠丝杠

技术领域

本发明涉及机电动力转向装置。

背景技术

在机电动力转向装置中，扭矩由电动马达产生，该扭矩被传递至齿轮机构，并且由驾驶员引入的转向扭矩被叠加在由电动马达产生的扭矩中。

一般类型的机电动力转向装置具有作用在滚珠丝杠驱动器的滚珠螺母上的伺服马达。滚珠螺母经由循环滚珠与滚珠丝杠接合，该滚珠丝杠布置在齿条的外圆周上，该齿条是齿条和小齿轮转向系统的一部分。滚珠螺母的旋转引起齿条的轴向运动，由此辅助驾驶员的转向运动。滚珠丝杠驱动器优选地经由齿形带联接至电动马达。

滚珠螺母以可旋转的方式安装在转向器壳体中的滚珠轴承中。在轮轴外部作用在齿条上的力使齿条产生必须由该轴承吸收的倾斜力矩。此外，轴承受到温度影响，所述温度影响由于轴承外壳和转向器壳体的不同的热膨胀系数而在运行期间例如导致在轴承座的区域中形成间隙或者导致在热膨胀未被补偿的情况下损坏部件。

因此，已知的是使用角接触滚珠轴承来安装滚珠螺母。角接触滚珠轴承可以在不被损坏的情况下吸收高的轴向力和倾斜力。然而，角接触滚珠轴承仅可以在高复杂性的情况下制造，并且因此，角接触滚珠轴承是昂贵的。

公开说明书US 2015/0183455 A1公开了两种用于对滚珠丝杠驱动器的滚珠螺母进行安装的角接触滚珠轴承。这两种角接触滚珠轴承各自具有轴承内圈和轴承外圈，在轴承内圈与轴承外圈之间布置有滚珠。两个轴承外圈以弹簧方式支承在壳体的一侧上。在此不利的是，需要多个部件，这要求安装空间并产生成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有滚珠丝杠驱动器的机电动力转向装置，在滚珠螺母安装在轴承中的情况下，该机电动力转向装置在不需要大的安装空间和产生高的生产成本的情况下具有改善的抗倾斜性并且能够传递轴向力。

所述目的是通过本发明的机电动力转向装置来实现的。

因此，提供了一种用于机动车辆的机电动力转向装置，该机电动力转向装置具有伺服马达，该伺服马达经由滚珠螺母来驱动可轴向移动的部件，该滚珠螺母以滚珠螺母可以在壳体中旋转的方式安装在轴承中，滚珠螺母与构造在部件上的螺纹主轴接合，并且轴承为具有一件式轴承内圈的双列角接触滚珠轴承。轴承系统由于角接触滚珠轴承的布置而变得特别地能抵抗倾斜。一件式轴承内圈由于减少了部件数量而使紧凑的构型成为可能，这由此使得制造成本低廉。

此处优选的是，双列角接触滚珠轴承的接触角选择成使得构成不为零的支承间距。

此处，接触角应当理解为是指连接线与轴承轴线相交所成的角度，从相应的角接触滚珠轴承的滚珠的中心点开始的连接线伸延穿过相应的接触部到达轴承内圈的运行面。连接线与两列的双列角接触滚珠轴承的轴承轴线的相交点相对于彼此形成在轴承轴线上测得的支承间距。

在滚珠与轴承内圈双接触的情况下，伸延穿过相应的接触部和滚珠的相应的中心点的两条接触连接线的平分线被定义为连接线。

所述支承间距优选地在角接触滚珠轴承的滚珠的直径的至少一倍至角接触滚珠轴承的滚珠的直径的三倍的范围内。然而，优选的是，将所述支承间距构造成在1.5倍至2.5倍的范围内，并且特别优选地为角接触滚珠轴承的滚珠的直径的2倍。在角接触滚珠轴承的两个轴承具有不同的滚珠直径的情况下，应以较小的滚珠直径为标准。

两列的双列角接触滚珠轴承的接触角优选地是相同的，这简化了制造过程。

优选地，设置成使得轴承外圈具有两件式构型。因此，滚珠导引装置可以布置在轴承外圈之间，由此轴承变得尽可能紧凑。另外，可以设置成使得滑轮直接且固定地连接至滚珠螺母的外表面以与滚珠螺母一起旋转，该滑轮同样地布置在轴承外圈之间。

一件式轴承内圈优选地通过滚珠螺母形成。

沿着轴承轴线的、在角接触轴承的滚珠中心点之间的间距特别优选地构造成在滚珠直径的至少3倍至5倍的范围内。优选的是，将所述间距构造成在角接触轴承的滚珠直径的4.5倍的范围内。

优选地，可以设置成使得滚珠螺母在其外周面上于其端部处分别具有形成双列角接触滚珠轴承中的一列的滚珠滚道的周向凹部。

在一个优选实施方式中，该部件为齿条和小齿轮转向机构中的齿条。

附图说明

在以下文本中，将使用附图对本发明的一个示例性实施方式进行描述。相同的部件或具有相同功能的部件具有相同的附图标记。在附图中：

图1示出了具有滚珠丝杠驱动器的机电动力转向装置的示意图；

图2示出了根据本发明的滚珠丝杠驱动器在没有封闭壳体的情况下的三维图示；

图3示出了穿过根据本发明的动力转向装置的角接触滚珠轴承的纵向截面；

图4示出了根据图2和图3的角接触滚珠轴承的局部分解图示；

图5示出了根据图2和图3的具有滚珠返回装置的滚珠丝杠驱动器的局部分解图示；

图6示出了滚珠螺母的三维视图；

图7示出了从上方观察的滚珠返回装置的三维图示；以及

图8示出了从下方观察的滚珠返回装置的三维图示。

具体实施方式

图1示意性地示出了具有方向盘2的机电式机动车辆转向装置，方向盘2以抗扭矩的方式联接至上转向轴3和下转向轴4。上转向轴3经由扭杆功能性地连接至下转向轴4。下转向轴4以抗扭矩的方式连接至小齿轮5。小齿轮5以已知的方式与齿条6的带齿部段6’啮合。齿条6安装在转向器壳体中以使得齿条6可以沿其纵向轴线的方向移位。在齿条6的各自由端部处，齿条6经由球形接头(未示出)连接至横拉杆7。这些横拉杆7本身以已知的方式经由转向节分别连接至机动车辆的一个转向车轮8。方向盘2的旋转通过与转向轴3、转向轴4的连接以及与小齿轮5的连接引起齿条6的纵向移位，并且因此，导致转向车轮8的枢转。转向车轮8经由道路80时经受反作用力，该反作用力抵消了转向运动。因此，需要用以使车轮8枢转的力，该力使得方向盘2上的对应扭矩成为必要。设置了伺服单元10的电动马达9，以便在所述转向运动期间辅助驾驶员。为此，电动马达9通过带驱动器11驱动滚珠丝杠驱动器12的滚珠螺母。螺母的旋转设定了滚珠丝杠驱动器12的螺纹主轴，该螺纹主轴是齿条6的一部分，齿条6的轴向运动最终导致机动车辆的转向运动。

即使这里在示例中示出了在方向盘2与转向小齿轮5之间具有机械联接件的机电动力转向装置，本发明也可以应用于其中没有机械联接件的机动车辆转向装置。该类型的转向系统在术语线控转向下是已知的。

图2示出了呈三维形式的滚珠丝杠驱动器。螺纹主轴6”是齿条6的一部分并且布置成与带齿部段6’间隔开。滚珠螺母13具有在滚珠螺母13的外周面上的滑轮14。

图3示出了沿纵向截面的滚珠螺母13和螺纹主轴6”。滚珠螺母13以可旋转的方式安装在双列角接触滚珠轴承15中。轴承15具有通过滚珠螺母13形成的单个共用的内圈16。为此，滚珠螺母13在其外周面16上于其端部13’处分别具有一个用于滚珠滚道的周向凹部17。在此，凹部17或滚道轮廓根据角接触滚珠轴承15进行构造。角接触滚珠轴承的滚道轮廓17和/或套筒可以构造为卵圆形轮廓，其结果是在滚道与滚珠100之间产生点状接触。因此，能够实现均匀的载荷分布、高刚度和改善的运行性能、以及更精确的指导。滚珠优选地在凹部17与套筒19之间具有两点接触。还可以优选地在滚珠螺母13的端部13’与套筒之间有四点接触。为此，滚珠螺母的端部13’可以构造为漏斗形状。

此外，轴承15各自具有一个外圈18。外圈18各自被接纳在单独的套筒19中，该套筒19布置在壳体21的轴承座20中。齿带驱动器11的滑轮14以抗扭矩的方式紧固在滚珠螺母13上。套筒19优选地由具有比铝和钢更大的热膨胀的材料形成。特别地，套筒19优选地由塑料形成，特别优选地由PA66GF30(具有30％体积份的加强玻璃纤维的聚酰胺66)形成。套筒19优选地由塑料制造，并且套筒19对机构壳体21与滚珠螺母驱动器12之间的热膨胀进行补偿。

套筒优选地包括圆筒形周向壁191和圆筒形底部区域192，其中，圆筒形周向壁191围封轴承15和轴承轴线24，圆筒形底部区域192沿轴承轴线24的方向沿径向向内延伸并且具有围封轴承轴线24的圆筒形开口193。在此，两个单独的套筒19优选地以下述方式布置，即：将两个轴承15布置在两个底部区域192之间。底部区域192优选地具有平面构型且优选地具有恒定厚度。然而，还可以设想并且能够以有针对性的方式为底部区域提供凹槽、雕刻或肋状部或波状形状，以便例如以有针对性的方式来影响润滑和/或热性能。

为了进一步改善补偿性能，套筒可以在其周向壁191中具有凹部，优选地是沿轴承轴线24的方向延伸的狭槽194。所述狭槽优选地布设远至周向壁191的远离底部区域192指向的那个开口端。换句话说，狭槽194在滑轮14的方向上是敞开的。

套筒19优选地由单个部件形成为一体，套筒19优选地由单个材料一体地形成，并且特别优选地以注射模制的方法形成。

如图4所示，在优选实施方式中，在套筒19中布置有波纹弹簧22，该波纹弹簧22沿轴向方向对轴承15预加应力。波纹弹簧22位于套筒19与轴承外圈18之间。附接刚度可以通过套筒19和波纹弹簧22的组合来设定。另外，所述组合使得在在动态载荷的情况下轴承15的运动受到阻尼方面以及在减小载荷峰值方面成为可能。

然而，根据应用，所述波纹弹簧22可以由杯形弹簧或由杯形弹簧与波纹弹簧的组合来代替。

角接触滚珠轴承15的滚珠100被导引在滚珠保持架101中。

双列角接触滚珠轴承15的滚道以如下方式构造，即：滚珠与滚道之间的接触点的连接线23、23’、23”、23”’与轴承轴线24相交以便位于外圈18之间。在与轴承轴线24的两个交点之间形成有预定的支承间距X。轴承15由于该大的支承间距X而变得特别地能抵抗倾斜。对于特别高的抗倾，支承间距X优选地在角接触轴承的滚珠100的直径的一倍至三倍之间的区间中。特别优选的是相当于角接触滚珠轴承的滚珠100的直径的两倍的支承距离。滚道面17上的滚珠100与套筒的内部面的接触区域优选地相当于滚珠周向区域的四分之一。未与滚珠接触的底切部优选地保留在滚道面上和套筒的内部面上。在滚珠100与滚道之间的两个接触点的连接线与径向平面围成的角度被称为接触角α，在该夹角处，载荷被从一个滚道传递至另一滚道。对于两列轴承15而言，接触角优选地具有相等的大小。轴承15的最佳抗倾斜性可以通过支承间距X的预定值以限定的接触角α来设定。

图5至图8详细示出了滚珠螺母13和滚珠返回装置25。细节示出了具有滚珠丝杠6”的齿条6以及无滑轮布置在滚珠丝杠驱动器上的滚珠丝杠驱动器。

图5示出了在滚珠螺母13上放置有偏转体26的滚珠螺母13。在滚珠螺母13的内侧，滚珠螺母13承载滚珠丝杠，滚珠以本身已知的方式在滚珠丝杠中滚动。滚珠螺母13具有两个贯通凹部27。在每种情况下，一个凹部27为滚珠28的进出而在滚珠丝杠的相反端部处提供了外部滚珠返回装置。将两个凹部27彼此连接的滚珠返回装置25至少部分地由偏转体26形成。滚珠返回装置25具有U形构型。返回通道至少部分地通过偏转体26中的凹部29和与凹部29邻接的两个销30而形成。凹部29在偏转体26上成对角线地布置，该偏转体26在其内侧作为附件而适配于滚珠螺母13的上侧的曲率，并且该偏转体26在滚珠螺母13的有限部分上沿周向方向延伸。如图5所示，偏转体26借助于销30插入滚珠螺母13的两个凹部27中，其结果是滚珠返回装置25连接至滚珠丝杠的两个端部。

滚珠螺母13的轴承15构造成使得滚珠返回装置25和/或偏转体26可以布置在滚珠螺母与滑轮之间。因此，滚珠返回装置和/或偏转体在双列轴承内具有空间，由此该装置变得特别紧凑。

因此，根据本发明的动力转向装置的轴承与常规轴承相比具有改善的抗倾斜性。该动力转向装置由于内圈被整合到滚珠螺母中而可以传递高的轴向力并且具有减少数量的部件，这对于成本具有积极影响。

Claims (9)

1.一种用于机动车辆的机电动力转向装置（1），所述机电动力转向装置（1）具有伺服马达（9），所述伺服马达（9）经由滚珠螺母（13）驱动可轴向移动的部件（6），所述滚珠螺母（13）以所述滚珠螺母（13）能够在壳体（21）中旋转的方式安装在轴承（15）中，所述滚珠螺母（13）与构造在所述部件（6）上的螺纹主轴（6’）接合，其特征在于，所述轴承（15）为具有一件式轴承内圈（16）和两个外圈（18）的双列角接触滚珠轴承；所述外圈（18）具有滚道以容纳所述轴承（15）的滚珠；所述滚道以如下方式构造：所述滚珠（100）与所述滚道之间的接触点的连接线（23、23’、23”、23”’）与轴承轴线（24）相交以便位于所述接触点之间；在与所述轴承轴线（24）的两个交点之间形成有预定的支承间距（X）；所述支承间距（X）在所述滚珠（100）的直径的一倍至三倍之间的区间中。

2.根据权利要求1所述的机电动力转向装置，其特征在于，所述双列角接触滚珠轴承（15）的接触角（α）选择成使得构成不为零的支承间距（X）。

3.根据权利要求2所述的机电动力转向装置，其特征在于，两列的所述双列角接触滚珠轴承（15）的接触角（α）是相同的。

4.根据前述权利要求1-3中的一项所述的机电动力转向装置，其特征在于，轴承外圈（18）具有两件式构型。

5.根据前述权利要求1-3中的一项所述的机电动力转向装置，其特征在于，滑轮（14）直接且固定地连接至所述滚珠螺母（13）的外表面以与所述滚珠螺母（13）一起旋转。

6.根据前述权利要求1-3中的一项所述的机电动力转向装置，其特征在于，所述角接触滚珠轴承（15）的滚珠中心点之间的间距在滚珠的直径的3倍至5倍的范围内。

7.根据前述权利要求1-3中的一项所述的机电动力转向装置，其特征在于，所述一件式轴承内圈（16）通过所述滚珠螺母（13）形成。

8.根据权利要求6所述的机电动力转向装置，其特征在于，所述滚珠螺母（13）在其外周面（16）上于所述滚珠螺母（13）的端部（13’）处分别具有形成所述双列角接触滚珠轴承（15）中的一列的滚珠滚道的周向凹部（17）。

9.根据前述权利要求1-3中的一项所述的机电动力转向装置，其特征在于，所述部件为齿条和小齿轮转向机构中的齿条（6）。

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