CN111051184A - 借助于双金属弹簧的机电动力转向系统的蜗轮蜗杆传动装置的游隙的减小 - Google Patents

借助于双金属弹簧的机电动力转向系统的蜗轮蜗杆传动装置的游隙的减小 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种机动车辆的机电动力转向系统的蜗轮蜗杆传动装置，该蜗轮蜗杆传动装置包括蜗杆轴(2)，该蜗杆轴(2)与蜗轮(4)啮合，其中，蜗轮(4)和蜗杆轴(2)设置在共用的齿轮壳体中。偏心杆(7)和操作性地连接至该偏心杆(7)的双金属弹簧(16)补偿蜗轮(4)与蜗杆轴(2)之间的接合中的与温度相关的游隙。

Description

借助于双金属弹簧的机电动力转向系统的蜗轮蜗杆传动装置 的游隙的减小
技术领域
本发明涉及具有权利要求1的通用术语的特征的机动车辆的机电动力转向系统的蜗轮蜗杆传动装置，并且涉及具有权利要求10的通用术语的特征的机电动力转向系统。
背景技术
通用的机电动力转向系统具有电动伺服马达，该电动伺服马达驱动与设置在转向轴上的蜗轮啮合的蜗杆轴，其中，蜗轮与转向器的输入轴操作性地连接，并且其中，蜗杆轴和转向轴以可旋转的方式一起安装在齿轮壳体中。
机电机动车辆转向系统必须在低温(例如，低至-40℃)和高温(例如，高至+80℃)两者下都起作用。然而，部件在冷冻温度下收缩，同时部件在高温下扩张。在蜗轮蜗杆传动装置中，由于蜗轮(和/或蜗杆轴)收缩，在低环境温度下齿轮之间的接合中存在较大的游隙。这会导致转向系统方面的不期望的噪声。然而，在高温下，蜗轮扩张，因此在传动装置中产生导致部件磨损的很大的力。
公开文本KR 1020080000730 A公开了一种形状记忆合金，该形状记忆合金定位在齿轮壳体与外轴承环之间，因此补偿蜗杆轴与蜗轮之间的温差。这种材料被证明是不利的，这是因为随着工作周期的增加，该材料变得越来越无效而且该材料昂贵。
发明内容
因此，本发明的根本问题是提供一种用于机电动力转向系统的蜗轮蜗杆传动装置，该蜗轮蜗杆传动装置提供改善的温度补偿以及噪声降低，并且该蜗轮蜗杆传动装置同时可以以成本有效的方式生产。
该问题通过用于具有权利要求1的特征的机动车辆的机电动力转向系统的蜗轮蜗杆传动装置和具有权利要求10的特征的机电动力转向系统来解决。
因此，提供了一种用于机动车辆的机电动力转向系统的蜗轮蜗杆传动装置，该蜗轮蜗杆传动装置包括蜗杆轴，该蜗杆轴经由蜗杆驱动部与蜗轮啮合，其中，该蜗轮和蜗杆轴一起设置在齿轮壳体中，并且其中，偏心杆和与偏心杆操作性地连接的双金属弹簧补偿蜗轮与蜗杆轴之间的啮合中的与温度相关的游隙。双金属弹簧确保在温度补偿和噪声降低方面的改善。另外，该解决方案是特别成本有效的。优选地，双金属弹簧是螺旋形的。
在优选的实施方式中，偏心杆是用于调节蜗杆轴与蜗轮之间的接合的预载荷的枢转支承件的一部分，使得温度补偿需要特别小的安装空间。
双金属弹簧优选地设置在挺杆上，该挺杆以不可旋转的方式安装在齿轮壳体中。挺杆优选地在面对蜗杆轴的一侧上具有槽，双金属弹簧的第二自由端部接纳在该槽中。
以下情况是有利的：在齿轮壳体与双金属弹簧之间设置楔形元件，该楔形元件支撑抵靠齿轮壳体上的止挡销，其中，楔形元件在齿轮壳体与偏心杆之间设置成使得可以通过移动楔形元件而使偏心杆朝向蜗轮移动或者移动远离蜗轮。偏心杆优选地在止挡销的区域中具有位于偏心杆的外周缘表面上的弹性阻尼器，使得可以降低噪声。阻尼器可以是环形形状的，使得阻尼器设置在枢转支承件的滚动轴承与偏心杆之间，并且阻尼器设计有与止挡销或楔形元件接触的突起。环形阻尼器可以在其外周缘表面上具有形状锁定元件，利用该形状锁定元件，环形阻尼器与偏心杆的孔的轮廓接合。
优选地，双金属弹簧和楔形元件被设计成使得楔形元件的具有较小厚度的区域在较高温度下、优选地在大于或等于+10℃的温度下设置在偏心杆的区域中，并且楔形元件的具有较大厚度的区域在较低温度下、优选地在小于或等于+5℃的温度下设置在偏心杆的区域中。楔形元件的较小厚度优选在0.1mm与0.14mm之间的范围内。楔形元件的较大厚度优选在1.3mm与2mm之间的范围内。这使传动装置在较高温度下的力和在较低温度下的游隙减小。
可以设置的是，双金属弹簧通过利用其第一自由端部搁置在偏心杆的突起上来预张紧枢转支承件。
在另一实施方式中，具有双金属弹簧的偏心杆优选地设置在单独的壳体中。
以下情况是有利的：双金属弹簧是螺旋形的并且设置在弹簧保持件上，弹簧保持件接纳在偏心杆的第一开口中，其中，弹簧保持件支承在单独的壳体中，并且其中，在偏心杆的渐缩区域中设置有小于第一开口的第二开口，所述第二开口用于接纳挺杆，双金属弹簧利用其第一自由端部搁置在该挺杆上，并且该挺杆平行于弹簧保持件设置。在这种情况下，偏心杆不是设置以用于调节蜗杆轴与蜗轮之间接合的预载荷的枢转支承件的一部分。因此，优选的是，偏心杆的止挡经由止挡销实现或者直接在单独的枢转支承件的枢转杆上实现。
此外，提供了一种具有前述蜗轮蜗杆传动装置的机电动力转向系统，其中，机电动力转向系统包括电动伺服马达，该电动伺服马达驱动蜗杆轴，该蜗杆轴经由蜗杆驱动部与设置在转向轴上的蜗轮啮合，其中，蜗轮与转向器的输入轴操作性地连接，并且其中，蜗杆轴和转向轴以可旋转的方式一起安装在齿轮壳体中。
附图说明
下面将基于附图对本发明的优选实施方式进行更详细地说明。在附图中，类似或等效的部件用相同的附图标记表示。这些附图示出：
图1是机电动力转向系统的传动装置的立体图；
图2是从图1的传动装置的上方观察的立体图；
图3和图4是蜗轮蜗杆传动装置的偏心杆在两种不同的状态下的俯视图；
图5是偏心杆的分解图；
图6是不具有螺旋弹簧的另一偏心杆的立体图；
图7是图6的实施方式的分解图；
图8是具有设置在单独的壳体中的偏心杆的传动装置的立体图；
图9是图8的偏心杆的俯视图；
图10和图11是图8的偏心杆的工作原理的示图；
图12是图8的偏心杆的分解图。
具体实施方式
图1至图5中示出了本发明的第一实施方式。电动马达1驱动蜗杆轴2。电动马达1具有马达轴，该马达轴经由联接件与蜗杆轴2联接成使得马达轴和蜗杆轴2一起旋转，并且该马达轴沿着蜗杆轴轴线A设置。联接件由两个联接部件构成，其中，第一联接部件(此处未示出)设置在马达轴上，而第二联接部件100设置在蜗杆轴2上。蜗杆轴2经由蜗杆驱动部3与蜗轮4啮合。蜗轮4又以使得蜗轮4和转向轴5两者一起旋转的方式连接至转向轴5，该转向轴沿着横向于蜗杆轴轴线A延伸的轴线B设置，并且该转向轴围绕轴线B旋转。转向轴在机动车辆的方向盘(未示出)与转向器之间延伸。前述部件一起容纳在在齿轮壳体6中。蜗杆轴2借助于位于马达附近的支承装置101和位于距马达一定距离处的支承装置8支承在齿轮壳体6中。
蜗杆轴2与蜗轮4之间的预载荷由设置在蜗杆轴2的远离马达定位的端部处的滴状偏心杆7产生，该杆借助于支承件8与壳体6连接。偏心杆7在沿着蜗杆轴轴线A扩展的具有较大半径的区域中包括第一开口9，该开口接纳设置在蜗杆轴2的远离马达定位的端部处的滚动轴承10。滚珠轴承形式的滚动轴承10以可旋转的方式支承蜗杆轴2，并且滚动轴承10利用其外座圈搁置在偏心杆7的对应轴承座中。第二开口11在偏心杆7中设置于渐缩区域中或具有较小半径的区域中，第二开口11用于接纳支承件8的销12，该销平行于蜗杆轴2设置，由此偏心杆7在壳体6处支承成使得偏心杆7可以围绕枢转轴线枢转。其中的第二开口11被设计成小于第一开口9。第一开口9的尺寸是第二开口11的尺寸的至少三倍。本文中，抵抗拉伸载荷的螺旋弹簧13或支腿弹簧以同心的方式围绕销12并借助于钩14与偏心杆7上的凹口72接合，该凹口大致位于蜗轮4的平面中。由于螺旋弹簧13的拉伸载荷，因此被支承成使得可以枢转的偏心杆7在运动的范围方面受到限制，并且实现蜗杆轴2抵靠蜗轮4的弹性预载荷。如图5中示出的，坐置于挺杆15上的双金属弹簧16设置在偏心杆7与壳体6的壳体盖17之间。为此，挺杆15在面对蜗杆轴的一侧上包括槽151，双金属弹簧16的第二自由端部162接纳在槽151中。双金属弹簧16以大致螺旋的形状围绕挺杆15。挺杆15经由螺母171以不可旋转的方式安装在壳体6的壳体盖17中，螺母171设置在背离蜗杆轴的一侧上。为此，挺杆15包括轮廓，例如槽或十字槽、六边形异形部或六叶形异形部，使得可以在该轮廓中使用工具来拧紧螺母171。在齿轮壳体6与双金属弹簧16之间设置有楔形元件18，该楔形元件由于设置在齿轮壳体6中的止挡销19而沿偏心杆的方向移动或移动远离偏心杆，使得游隙可以被调节。偏心杆7可以在止挡销19的区域中具有用于使噪声最小化的弹性阻尼器191，其中，该止挡销使楔形元件18朝向该阻尼器移动或移动远离该阻尼器。双金属弹簧16被设计成使得双金属弹簧16在低温下使支撑抵靠楔形元件18和止挡销19的偏心杆7和支承在偏心杆上的蜗杆轴2朝向蜗轮4移动以补偿蜗杆轴2与蜗轮4之间的游隙。然而，在高环境温度下，偏心杆7和支承在偏心杆7上的蜗杆轴2移动远离蜗轮4，使得可以避免力或应力。双金属弹簧由熔接、铆接或结合在一起的两层不同的金属构成，其中，第一层优选为铁合金、比如钢，并且第二层例如为铜或锌。
图3示出了偏心杆在温暖的温度下的布置结构。双金属弹簧16以使得偏心杆7移动远离蜗杆轴2的方式使楔形元件移位，由此可以避免蜗杆轴2与蜗轮4的接合中的力和应力。图4示出了在较冷温度下的状态。双金属弹簧16将楔形元件18移动到更厚的区域中，并且蜗杆轴2朝向蜗轮4移动，由此减小蜗杆轴2与蜗轮4之间的接合中的游隙。
图6和图7示出了不具有螺旋弹簧的实施方式。本文中，双金属弹簧16提供必要的预张紧力并补偿传动装置中的温差。为此，双金属弹簧16利用其第一自由端部161搁置在偏心杆7的突起71上。偏心杆经由止挡销9支承在壳体6上。在偏心杆7与滚动轴承10之间设置有用于噪声降低的环形阻尼元件73，该阻尼元件包括突起191，突起191突出到偏心杆的开口中，并且突起191与止挡销19接触。偏心杆7在第一开口9中具有形状锁定(positive-locking)元件，这些元件与阻尼器套筒73的形状锁定元件相互作用。
图8至图12示出了本发明的另一实施方式。具有双金属弹簧160的偏心杆70在单独的壳体61中设置于蜗轮蜗杆传动装置壳体60的外周缘上。螺旋形双金属弹簧160设置在开叉的或未完全开槽的弹簧保持件20上，该弹簧保持件20坐置于弹簧160的中央。弹簧保持件20包括防旋转锁220，防旋转锁220与壳体61的防旋转锁661相互作用。滴状偏心杆70在具有较小半径的区域中包括第一开口90，该开口容置弹簧保持件20。弹簧保持件20容纳在壳体61中，并且进而经由第一开口90支承偏心杆70。显著较小的第二开口120在具有较大半径的区域中设置于偏心杆70的渐缩区域中，第二开口120用于接纳平行于弹簧保持件20设置的挺杆21，双金属弹簧160利用其外端部搁置在挺杆21上。在低温下，如图11中示出的，偏心杆70借助于金属弹簧160伸出以补偿蜗杆轴2与蜗轮4之间的游隙。另一方面，如图10中示出的，杆70在高环境温度或温暖的环境温度下缩回，以避免力或应力。偏心杆70的止挡由可移动的止挡销22实现，或者直接在枢转支承件23的枢转杆上实现，为此，枢转支承件23在接合区域中包括阻尼器(未示出)。

Claims (10)

1.一种用于机动车辆的机电动力转向系统的蜗轮蜗杆传动装置，所述蜗轮蜗杆传动装置包括蜗杆轴(2)，所述蜗杆轴(2)经由蜗杆驱动部(3)与蜗轮(4)啮合，其中，所述蜗轮(4)和所述蜗杆轴(2)一起设置在齿轮壳体(6)中，其特征在于，偏心杆(7)和与所述偏心杆(7)操作性地连接的双金属弹簧(16)补偿所述蜗轮(4)与所述蜗杆轴(2)之间的接合中的与温度相关的游隙。
2.根据权利要求1所述的蜗轮蜗杆传动装置，其特征在于，所述偏心杆(7)是用于调节所述蜗杆轴(2)与所述蜗轮(4)之间的接合的枢转支承件(8)的一部分。
3.根据权利要求1或2所述的蜗轮蜗杆传动装置，其特征在于，所述双金属弹簧(16)是螺旋形的并且设置在挺杆(15)上，所述挺杆(15)以不可旋转的方式安装在所述齿轮壳体(6)中。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的蜗轮蜗杆传动装置，其特征在于，在所述齿轮壳体(6)与所述双金属弹簧(16)之间设置楔形元件(18)，所述楔形元件支撑抵靠所述齿轮壳体(6)上的止挡销(19)，并且所述楔形元件(18)在所述齿轮壳体(6)与所述偏心杆(7)之间设置成使得能够通过移动所述楔形元件(18)而使所述偏心杆(7)朝向所述蜗轮(4)移动或移动远离所述蜗轮(4)。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的蜗轮蜗杆传动装置，其特征在于，所述双金属弹簧(16)和所述楔形元件(18)被设计成使得所述楔形元件的具有较小厚度的区域在较高温度下设置在所述偏心杆(7)的区域中，并且所述楔形元件(18)的具有较大厚度的区域在较低温度下设置在所述偏心杆(7)的区域中。
6.根据权利要求2所述的蜗轮蜗杆传动装置，其特征在于，所述双金属弹簧(16)使所述枢转支承件(8)预张紧，并且为此所述双金属弹簧(16)利用所述双金属弹簧(16)的第一自由端部(161)搁置在所述偏心杆(7)的突起(71)上。
7.根据权利要求1所述的蜗轮蜗杆传动装置，其特征在于，具有所述双金属弹簧(160)的所述偏心杆(70)设置在单独的壳体(61)中。
8.根据权利要求7所述的蜗轮蜗杆传动装置，其特征在于，所述双金属弹簧(160)是螺旋形的并且设置在弹簧保持件(20)上，所述弹簧保持件(20)接纳在所述偏心杆(70)的第一开口(90)中，其中，所述弹簧保持件(20)支承在所述单独的壳体(61)中，并且在所述偏心杆(70)的渐缩区域中设置有小于所述第一开口(90)的第二开口(120)，所述第二开口(120)用于接纳挺杆(21)，所述双金属弹簧(160)利用所述双金属弹簧(160)的第一自由端部(161)搁置在所述挺杆(21)上，并且所述挺杆(21)平行于所述弹簧保持件(20)设置。
9.根据权利要求7或8所述的蜗轮蜗杆传动装置，其特征在于，所述偏心杆(70)的止挡经由止挡销(22)实现或直接在枢转支承件的枢转杆上实现。
10.一种机电动力转向系统，所述机电动力转向系统具有根据前述权利要求中的任一项所述的蜗轮蜗杆传动装置并且具有电动伺服马达(1)，所述电动伺服马达(1)驱动所述蜗杆轴(2)，所述蜗杆轴(2)经由所述蜗杆驱动部(3)与设置在转向轴(5)上的蜗轮(4)啮合，其中，所述蜗轮(4)与转向器的输入轴操作性地连接，并且其中，所述蜗杆轴(2)和所述转向轴(5)以可旋转的方式一起安装在齿轮壳体(6)中。
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