CN111201179A - 具有斜齿轮传动机构并具有用于将浮动轴承支承在齿轮箱上的补偿装置的机电动力转向系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及机电动力转向系统(1)，其具有电动马达(10)，该电动马达具有马达轴并且驱动与斜齿轮(15)啮合的轴(14)，其中，该轴(14)布置在齿轮箱中并且在轴的第一端部处安装在轴承装置(16)中，使得该轴能够绕旋转轴线(140)旋转，并且该轴在轴的第二端部处安装在齿轮箱中的浮动轴承(18)中，其中，浮动轴承(18)被补偿装置(20)包围，补偿装置具有内圈(19)，该内圈(19)在径向相反的两个侧部上具有鼻部(22)，鼻部由弹性体形成，并且其中，补偿装置(20)具有周向封围内圈(19)的外圈(21)，其中，该外圈(21)具有适当形成以容纳鼻部(22)的凸耳(23)，并且在空载状态下，在内圈(19)与外圈(21)之间存在位于鼻部(22)的区域外侧的间隙。

Description

具有斜齿轮传动机构并具有用于将浮动轴承支承在齿轮箱上 的补偿装置的机电动力转向系统
技术领域
本发明涉及一种具有权利要求1的前序部分的特征的机电动力转向系统。
背景技术
在机电动力转向系统中，电动马达产生扭矩，该扭矩被传递至齿轮传动机构并且能够作为用于转向目的的动力辅助而可供驾驶员使用。
上述类型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蜗杆轴，该蜗杆轴与蜗轮啮合，该蜗轮布置在转向轴上或直接布置在与齿条接合的转向小齿轮上。蜗杆轴联接至电动马达的轴。蜗轮以旋转固定的方式连接至转向轴或转向小齿轮。常规蜗轮传动机构的蜗杆轴在其驱动端处具有固定轴承并在其自由端处具有浮动轴承。
在公开申请DE 10 161 715A1中公开了一种蜗轮传动机构，其中，蜗杆可以垂直于旋转轴线枢转并通过轴承支承。蜗杆轴在径向上受到预应力并被推靠在蜗轮的齿部上。此处，预应力通过弹簧和施压装置提供。该解决方案被证明是不利的，因为不能避免噪声的发生。
DE 10 2014 105 921A1公开了一种枢轴轴承，该枢轴轴承容纳在套筒中，该套筒具有两个径向相反且径向向内或向外定向的轴承鼻部，以用于形成枢转元件。轴承的外圈正好松动地靠在轴承鼻部并且可以自由移动。这导致不期望的噪音和摩擦的产生。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种机电动力转向系统，该机电动力转向系统具有能够减小噪音和摩擦的蜗轮传动机构。
该目的通过一种具有权利要求1、替代性地独立权利要求10以及从属权利要求的特征的机电动力转向系统来实现。
因此，本发明提供了一种机电动力转向系统，该机电动力转向系统包括具有马达轴的电动马达或电动伺服马达，该马达驱动与斜齿轮啮合的轴，其中，该轴布置在齿轮箱中，并且该轴在其第一端部处以能够绕旋转轴线旋转的方式安装在轴承装置中并在其第二端部处安装在浮动轴承中，其中，该浮动轴承由补偿装置封围，该补偿装置具有内圈，该内圈在径向相反的两个侧部上具有由弹性体形成的相应的鼻部，并且其中，补偿装置具有外圈，该外圈周向封围内圈，其中，外圈具有适当形成的用于容纳鼻部的凸耳，并且在空载状态下，在内圈与外圈之间、在鼻部的区域外侧存在间隙。补偿装置可以因此补偿磨损、制造公差和热膨胀。其具有简单的结构并且不需要太多的安装空间。
优选地，鼻部与内圈一体形成。
如果鼻部被沿径向方向切开，则是有利的。这导致了更好的阻尼特性。
在优选实施方式中，第一端部是轴的在马达附近并安装在轴承装置中的端部，第二端部是轴的远离马达并安装在浮动轴承中的端部。可以想到并且可能的是，第一端部是轴的远离马达的端部，而第二端部是轴的在马达附近的端部。
优选的是，外圈被压入至齿轮箱中，并且外圈的两个凸耳与齿轮箱的内表面间隔开一定间隙，或者外圈的两个凸耳不与齿轮箱的未加工表面有任何接触。这意味着可以降低制造成本，因为仅需在轴承座的区域内加工齿轮箱。
优选的是，鼻部用作阻尼元件并且阻尼内圈在外圈中的运动。
在有利的实施方式中，鼻部的纵向轴线垂直于轴的旋转轴线并且垂直于补偿装置的运动方向定向，其中，沿着该运动方向，如果存在的话，仅有少量的预应力将轴预压到斜齿轮上。因此，可以在斜齿轮的方向上对轴施加预应力，而在垂直于轴轴线的方向上确保刚性。
鼻部优选地限定枢轴轴线，轴可以绕枢轴轴线在斜齿轮的方向上枢转。
优选的是，浮动轴承压入至内圈中。补偿装置的内圈和外圈优选地由塑性材料制成。
在另一实施方式中可以规定，补偿装置的内圈由浮动轴承的外圈形成，并且该外圈在两个径向相反的侧部上具有相应的鼻部，该鼻部由弹性体形成，并且浮动轴承的外圈被套筒周向封围，其中，该套筒具有适当形成的用于容纳鼻部的凸耳，并且在空载状态下，在浮动轴承的外圈与套筒之间、在鼻部的区域外侧存在间隙。换句话说，鼻部布置在浮动轴承的外圈上，并且套筒以类似于补偿装置的外圈的方式封围浮动轴承的外圈。因此，补偿装置仅包括一个部分，由此可以减少或防止接触表面之间的运动和相应的摩擦。
可以规定，机电动力转向系统的电动马达或电动伺服马达布置在转向柱上或作用在与转向轴连接的转向小齿轮上。在具有双小齿轮转向机构的机电动力转向系统的情况下，电动伺服马达可以作用在与转向轴连接的转向小齿轮上和/或作用在第二小齿轮上，该第二小齿轮与转向小齿轮间隔开并与齿条啮合。
在所有实施方式中，优选的是，斜齿轮是蜗轮，而轴是蜗杆轴。
附图说明
以下将参照附图描述本发明的示例性实施方式。相似的部件或具有相似功能的部件在本文带有相似的附图标记。在附图中：
图1：示出了具有双小齿轮转向机构的机电动力转向系统的示意图；
图2：示出了来自图1的动力转向系统的齿轮传动机构的三维视图；
图3：示出了来自图2的简化为蜗杆轴、根据本发明的补偿装置以及蜗轮的齿轮传动机构的三维视图；
图4：示出了来自图3的根据本发明的补偿装置的分解图；
图5：示出了根据本发明的具有切开的鼻部的补偿装置的分解图；
图6：示出了来自图4的根据本发明的补偿装置的另一分解图，这次其具有压在浮动轴承上的内圈；
图7：示出了来自图5的补偿装置的侧视图；
图8：示出了根据本发明的补偿装置的另一实施方式的分解图，这次其坐置在浮动轴承的外圈上；以及
图9：示出了具有作用在转向轴上的动力辅助电动马达的机电动力转向系统。
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系统1，该方向盘2以旋转固定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(未示出)与下转向轴4进行功能性的连接。下转向轴4以旋转固定的方式连接至转向小齿轮5。转向小齿轮5以已知的方式与齿条6的第一齿部区域60啮合。齿条6安装在转向系统壳体中，使得齿条6可以沿其纵向轴线方向移位。齿条6在其自由端处经由球窝接头(未示出)连接至拉杆7。拉杆7本身以已知的方式经由转向节连接至机动车辆的相应的转向轮8。方向盘2的旋转经由转向轴3、4的连接和转向小齿轮5的连接而导致齿条6的纵向移位，并因此导致转向轮8的枢转。转向轮8受到来自车道80的反作用，而该反作用阻碍了转向运动。因此，为了使车轮8枢转，力是必要的，并且所述力需要方向盘2上的对应扭矩。在与第一齿部区域60相距一定距离处，存在第二齿部区域600，在该第一齿部区域60中转向小齿轮5与齿条6啮合，在该第二齿部区域600中第二小齿轮9与齿条6啮合。
为了在转向运动上对驾驶员进行辅助，设置有伺服单元的电动马达或电动伺服马达。该伺服单元在此处可以以叠加的转向系统的形式布置在转向柱上，或者以动力辅助装置的形式布置在转向小齿轮5和/或第二小齿轮9上。
图2示出了具有电动马达10和齿轮传动机构11的转向壳体12。长形且基本中空的筒形转向壳体12的内部容纳齿条6，使得齿条6可以在纵向方向上移位。转向壳体12在背离转向小齿轮5定向的侧部上具有容纳孔13，在该容纳孔中可以结合压力施加件，以便将齿条6预紧在转向小齿轮5上。电动马达10设置在远离转向小齿轮一定距离处。电动马达10驱动蜗杆轴14，该蜗杆轴14借助于其蜗杆与蜗轮15接合，该蜗轮15以旋转固定的方式连接至第二小齿轮9。在电动马达10的运行期间，蜗杆轴14被驱动并且蜗杆轴14和蜗轮15对应地旋转，以便将辅助扭矩直接引入至第二小齿轮9中。
图3示出了蜗杆轴14以及与蜗杆轴14啮合的蜗轮15的立体图，该蜗杆轴具有位于马达附近的轴承装置16和远离马达的轴承装置17，其中，省略了齿轮箱的部件。
图4至图7示出了轴承装置的细节、特别是远离马达的轴承装置17的细节。
位于马达附近的轴承装置16具有固定轴承。远离马达的轴承装置17包括滚动接触轴承18，该滚动接触轴承18以浮动轴承的形式设计并且允许蜗杆轴14相对于齿轮箱141的旋转轴线的轻微轴向运动和改变。远离马达的滚动接触轴承18被压入补偿装置20的套筒状的内圈19中。补偿装置20还具有套筒状的外圈21，该外圈21周向封围内圈19。补偿装置20的内圈19在两个径向相反的侧部上具有突出部，该突出部被称为鼻部22，该鼻部22由弹性体形成。除鼻部22以外，内圈19是圆形的。如图5中所示，弹性鼻部22与内圈19一体成型并且可以形成狭槽220，以便因此提供更好的刚性和阻尼特性。为了容纳鼻部22，外圈21具有适当形成的凹陷或间隙，这些凹陷或间隙被称为凸耳23。在所示的示例性实施方式中，内圈19的鼻部22以及相应的外圈21的凸耳23在接触区域中是圆形或弓形的。在接触区域中，两者都可能变平或呈圆锥形。还可以想到并且可能的是，鼻部22相对于纵向轴线26以最大45o的角度布置。外圈22的凸耳23以与所述角度相对应的方式形成。鼻部可以填充凸耳的整个区域，或者如图7中所示，鼻部相对于所形成的凸耳的一个或更多个壁以一定的间隙定位。除了设置有凸耳的区域外，外圈是圆形的。在内圈19与外圈21之间，在鼻部22和/或凸耳的区域之外存在间隙/游隙量24；所述间隙/游隙量允许蜗杆轴14在蜗轮15的方向上被预压紧，而在垂直于蜗杆轴线140的方向上确保了刚性。换句话说，内圈19可以在外圈21中沿垂直于弹性鼻部22的纵向轴线26的方向相应地移动。在弹性鼻部22的纵向轴线的方向上，刚性等级很高，并且如果有的话，仅允许内圈19的最小运动。弹性鼻部22用作阻尼元件。内圈19的最大可能径向运动量受到撞击外圈21的限制。
如图7中所示，将外圈21压入铸件壳体12的壳体部分141中。精确地对铸件壳体的筒形直径进行机械加工，以使得外圈21的两个凸耳23与铸件壳体的未加工表面或内表面没有任何接触并且与内表面间隔开间隙25。铸件壳体的内表面以与外圈的凸耳的形状相应的方式设计成弧形。
将补偿装置20插入壳体中，使得弹性鼻部22或外圈21的凸耳23的纵向轴线26垂直于蜗杆轴14的旋转轴线，其中，弹性鼻部的纵向轴线26在蜗杆轴14上定向成使得弹性鼻部22垂直于中性平面定位，该中性平面对应于补偿装置20的运动方向27。沿运动方向27的投影分离力是相同的，这表现在，如果存在的话，蜗杆轴的齿部相对于蜗轮的齿部只有少量的预应力，因此两个旋转方向的齿分离力是相同的。蜗轮与蜗杆轴之间的径向分离力取决于旋转方向。蜗杆轴14在径向上受到预应力并且被推靠在蜗轮的齿部上。蜗杆轴14的位置因此可以借助于补偿装置20相对于蜗轮15进行调节。因此，调节在蜗杆轴14的远离马达的那个端部处进行。弹性鼻部22限定了枢轴轴线，因此蜗杆轴14可以在蜗轮的方向上移动。
补偿装置20的内圈19和外圈21优选地由塑性材料制成。
在图8中规定，将鼻部22直接定位在浮动轴承的外圈上，其中，所述鼻部容纳在套筒21的凸耳23中，该套筒21优选地由塑性材料制成，以这种方式可以减少部件的数量。
补偿装置不限于在双小齿轮转向机构中使用。补偿装置也可以用在单小齿轮转向机构中，或者如图9中所示，用在电动马达布置在上转向柱上的转向辅助系统中。
图9示出了具有电动马达10的机电式机动车辆动力转向系统1，该电动马达10辅助由驾驶员在转向柱上执行的转向运动。为了辅助的目的，电动马达的轴经由蜗轮传动机构联接至转向轴的旋转中。上转向轴3以旋转固定的方式直接连接至方向盘(未示出)。电动马达10经由蜗轮传动机构驱动下转向轴4，所述转向轴连接至齿轮齿条转向机构(未示出)。如上所述，蜗轮传动机构的蜗杆轴14在其远离马达的端部处通过齿轮箱中的补偿装置20安装在浮动轴承18中。

Claims (14)

1.一种机电动力转向系统(1)，所述机电动力转向系统包括具有马达轴的电动马达(10)，所述电动马达驱动与斜齿轮(15)啮合的轴(14)，其中，所述轴(14)布置在齿轮箱(141)中并且在所述轴的第一端部处安装在轴承装置(16)中，使得所述轴(14)能够绕旋转轴线(140)旋转，并且所述轴(14)在其第二端部处安装在所述齿轮箱(141)中的浮动轴承(18)中，其特征在于，所述浮动轴承(18)由补偿装置(20)封围，所述补偿装置(20)具有内圈(19)，所述内圈(19)在径向相反的两个侧部上具有相应的鼻部(22)，所述鼻部(22)由弹性体形成，并且其中，所述补偿装置(20)具有外圈(21)，所述外圈(21)周向封围所述内圈(19)，其中，所述外圈(21)具有适当形成的用于容纳所述鼻部(22)的凸耳(23)，并且在空载状态下，在所述内圈(19)与所述外圈(21)之间、在所述鼻部(22)的区域外侧存在有间隙(24)。
2.根据权利要求1所述的机电动力转向系统，其特征在于，所述鼻部(22)与所述内圈(19)一体形成。
3.根据权利要求1或2所述的机电动力转向系统，其特征在于，所述鼻部(22)被沿径向方向切开。
4.根据前述权利要求中的一项所述的机电动力转向系统，其特征在于，所述外圈(21)压入至所述齿轮箱(140)中，并且所述外圈(21)的两个凸耳(23)与所述齿轮箱的内表面间隔开间隙(25)。
5.根据前述权利要求中的一项所述的机电动力转向系统，其特征在于，所述鼻部(22)用作阻尼元件并且对所述内圈(19)在所述外圈(21)中的运动进行阻尼。
6.根据前述权利要求中的一项所述的机电动力转向系统，其特征在于，所述鼻部(22)的纵向轴线(26)定向成垂直于所述轴的旋转轴线(140)并且垂直于所述补偿装置的运动方向(27)。
7.根据前述权利要求中的一项所述的机电动力转向系统，其特征在于，所述鼻部(22)限定枢轴轴线，所述轴(14)能够绕所述枢轴轴线在所述斜齿轮(15)的方向上枢转。
8.根据前述权利要求中的一项所述的机电动力转向系统，其特征在于，所述浮动轴承(18)压入至所述内圈(19)中。
9.根据前述权利要求中的一项所述的机电动力转向系统，其特征在于，所述补偿装置的所述内圈(19)和所述外圈(21)由塑性材料制成。
10.一种机电动力转向系统(1)，所述机电动力转向系统包括具有马达轴的电动马达(10)，所述电动马达驱动与斜齿轮(15)啮合的轴(14)，其中，所述轴(14)布置在齿轮箱(141)中并且在所述轴的第一端部处安装在轴承装置(16)中，使得所述轴(14)能够绕旋转轴线(140)旋转，并且所述轴(14)在其第二端部处安装在所述齿轮箱(141)中的浮动轴承(18)中，其特征在于，所述浮动轴承(18)具有外圈，所述外圈在径向相反的两个侧部上具有相应的鼻部(22)，所述鼻部由弹性体形成，并且所述浮动轴承(18)的所述外圈由套筒(21)周向封围，其中，所述套筒(21)具有适当形成的用于容纳所述鼻部(22)的凸耳(23)，并且在空载状态下，在所述浮动轴承(18)的所述外圈与所述套筒(21)之间、在所述鼻部(22)的区域外侧存在有间隙。
11.根据前述权利要求中的一项所述的机电动力转向系统，其特征在于，所述机电动力转向系统的所述电动马达(10)布置在转向柱上。
12.根据前述权利要求1至10中的一项所述的机电动力转向系统，其特征在于，所述电动马达(10)作用在连接至所述转向轴的转向小齿轮上。
13.根据前述权利要求1至10中的一项所述的机电动力转向系统，其特征在于，所述机电动力转向系统具有双小齿轮转向机构，其中，所述电动马达(10)作用在连接至所述转向轴的转向小齿轮(5)上并且/或者作用在与所述转向小齿轮(5)间隔开并与齿条(6)啮合的第二小齿轮(9)上。
14.根据前述权利要求中的一项所述的机电动力转向系统，其特征在于，所述斜齿轮(15)是蜗轮并且所述轴(14)是蜗杆轴。
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