CN111656056A - 蜗杆传动机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带有蜗杆轴和第一容纳单元的蜗杆传动机构。所述蜗杆轴在此可旋转运动地支承在所述第一容纳单元中。此外，所述蜗杆传动机构包括蜗轮和第二容纳单元。所述蜗轮在此可旋转运动地支承在所述第二容纳单元中。所述第一容纳单元布置在所述第二容纳单元上并且可旋转运动地支承的所述蜗杆轴与所述第二容纳单元的所述蜗轮处于接触状态中以传递扭矩。另外，所述蜗杆传动机构包括导向销，用于可松开地连接所述第一容纳单元和所述第二容纳单元。尤其地，所述第一容纳单元在此至少部分地容纳所述导向销并且所述第二容纳单元与所述导向销中的其中一个，优选与所述导向销的第一端部相连。在所述导向销的第二端部上在所述第一容纳单元与所述紧固件之间布置有弹簧元件。

Description

蜗杆传动机构

技术领域

本发明涉及一种蜗杆传动机构，尤其是一种蜗杆轴的容纳单元相对于蜗轮的容纳单元的预紧力可设置的蜗杆传动机构。

背景

蜗杆传动机构在现有技术中已知。已知的蜗杆传动机构具有设有一个或多个螺纹的轴，即蜗杆轴，和在其中啮合的斜齿齿轮，即蜗轮。蜗杆轴和蜗轮的轴线大多互相偏移成90°度，以相互交叉的轴线布置并支承，由此通过滑动效应以直角传递运动力。一般来说，蜗杆轴是传动元件并且蜗轮是吸收力的从动轮。由此不排除该规则的因结构设计而造成的例外情况。在此，蜗杆轴能够实施成右旋或左旋的。在传递运动力时，蜗杆轴的螺纹头在蜗轮的共轭齿面上摩擦，由此使得蜗杆传动机构的机械组件(蜗杆轴、蜗轮、支撑结构)承受磨损。此效应在带有一个螺纹头的蜗杆传动机构规格上，或者在只有一个螺纹头在力传递期间处于摩擦接触状态的蜗杆传动机构规格上出现得还更加明显。

在现有技术中已知的蜗杆传动机构中不利的是，蜗杆轴与蜗轮之间的摩擦接触造成了剧烈的摩擦，即所谓的滑动摩擦，这引起了蜗杆传动机构的高运行温度和低效率。因此在现有技术中，所出现的滑动摩擦的降低常以这种形式进行，即将不同的，彼此高效协调的材料用于蜗杆轴(例如钢)和用于蜗轮(例如青铜)。将相同的材料(例如仅钢)同样地用于蜗杆轴和蜗轮会导致大得多的摩擦和由此还会导致更低的效率和更高的磨损。

如此设计不同材料制成的蜗杆轴和蜗轮被证明不利的是，这些材料因此具有不同的热膨胀系数，由此这些材料根据环境温度或蜗杆传动机构的运行温度而表现得或膨胀得不同。由于蜗杆轴和蜗轮的材料的不同的膨胀性能，尤其是相互接触的齿部的不同的膨胀性能，能够导致齿部的磨损增加和/或卡住，并且由此对蜗杆传动机构造成损坏。

在现有技术中，为了补偿不同的热膨胀系数和为了确保蜗杆传动机构在不同的环境温度或蜗杆传动机构运行温度下的必要的平稳运行，为蜗杆传动机构设有在蜗杆轴与蜗轮之间的固定设置的间隙。通过蜗杆轴的齿部与蜗轮之间的固定设置的间隙，降低了齿部之间增加的摩擦力或减少了由此引起的蜗杆轴与蜗轮在它们热膨胀时的卡住。尤其在带有不同热膨胀系数的材料组合中，需要比在带有几乎相同的热膨胀系数的材料组合中更大的间隙。

进一步被证实为不利的是，蜗杆轴和蜗轮在实践中无法被无制造公差地生产出来，这能够导致摩擦接触增加并且由此导致摩擦增加和磨损增加和/或卡住。为了正好在有制造公差的情况下能够保证平稳运行，和/或能够对制造公差进行补偿并且由此使机械组件的磨损保持得尽可能低，蜗杆传动机构也出于此原因在蜗杆轴与蜗轮之间设有固定设置的间隙。

在此，蜗杆轴与蜗轮之间固定设置的间隙被证明对于将蜗杆传动机构用于精确定位应用而言正好是不利的并且由此在实践中不适用于这一应用领域。由蜗杆轴与蜗轮之间的间距所带来的侧隙在正常运行中造成齿轮啮合间隙，在其中在蜗杆轴静止时蜗轮可以运动并且由此最后只允许在非常有限的范围内将蜗轮传动机构用于定位应用，如果可能的话。在此，正常运行应理解为蜗杆传动机构以固定设置的间隙运行，在其中该间隙是用于补偿热膨胀和/或制造公差而使它们正好不产生影响的最大距离。

另外，在定位应用中期望高的位置精确度，这种高的位置精确度只能借助于无间隙的传动机构/变速器来提供。另外，侧隙和作用于齿部的力矩导致磨损增加。

进一步被证实为不利的是，带有固定设置的间隙的蜗杆传动机构在运行参数不断变化以及环境和/或运行温度不断变化时在进行必要的调整方面是繁琐而昂贵的。为设置或调整蜗杆传动机构的间隙，在大多数情况下需要增加维护和布置工作以及专用工具。

简要说明

因此，本发明的目的在于，提供一种开篇所述类型的蜗杆传动机构，该蜗杆传动机构至少部分地克服了现有技术的缺点，并且尤其突出的是，蜗杆轴的容纳单元相对于蜗轮的容纳单元的预紧力是可设置的，尤其在由于制造公差和机械组件所用材料的热膨胀系数不同间隙发生变化的情况下。

根据本发明，上述目的通过带有权利要求1的特征的蜗杆传动机构来实现。优选的实施方式是从属权利要求的内容。

据此，所述蜗杆传动机构包括蜗杆轴和第一容纳单元。所述蜗杆轴在此可旋转运动地支承在所述第一容纳单元中。此外，所述蜗杆传动机构包括蜗轮和第二容纳单元。所述蜗轮在此可旋转运动地支承在所述第二容纳单元中。所述第一容纳单元布置在所述第二容纳单元上并且可旋转运动地支承的所述蜗杆轴与所述第二容纳单元的所述蜗轮处于接触状态中以传递扭矩。

另外，所述蜗杆传动机构包括导向销，用于可松开地连接所述第一容纳单元和所述第二容纳单元。尤其地，所述第一容纳单元在此至少部分地容纳所述导向销并且所述第二容纳单元与所述导向销中的其中一个，优选与所述导向销的第一端部相连。

根据本发明，在所述导向销的第二端部上在所述第一容纳单元与所述紧固件之间布置有弹簧元件。

在此，弹簧元件通常应理解为一种结构元件，这种结构元件具有以预定的方式在负荷下吸收功并将其全部或部分储存为应变能，或者在卸载时又将其完全或部分地释放的能力。

蜗杆轴是设有一个或多个螺纹头的轴并且通常是斜齿轮的一种特殊形式。斜齿的角度如此设计，即一个齿围绕轮轴线(轴轴线)螺旋形地缠绕多次。蜗杆轴的齿也被称为(螺纹)头。蜗杆轴能够实施为单头或多头，由此使得蜗杆轴与蜗轮之间的传动比能够发生变化。

蜗杆轴相比蜗轮承受着更大的磨损并且例如由表面硬化钢和铆接钢制成，以获得更好的耐磨损性。蜗杆轴的耐磨损性还可例如通过后续的表面硬化处理或表面氮化处理来改善。在此并不排除其他材料和/或加工工艺。

蜗杆轴布置在第一容纳单元中并且由固定轴承和浮动轴承可旋转运动地支承。有利地，由此为蜗杆轴进行径向支撑，并在轴向上进行导向。另外，蜗杆轴的可能因热而产生的长度变化非强制地由固定轴承和浮动轴承吸收。优选地，蜗杆轴的支撑结构通过角接触球轴承实现。

在一种简单的实施方式中，蜗轮是斜齿啮合的正齿轮。为了最大程度减少因蜗杆轴与蜗轮之间的摩擦接触而产生的摩擦，蜗轮由与蜗杆轴不同的并且还更软的材料生产而成，例如由黄铜或青铜或自润滑塑料生产而成。蜗轮可旋转运动地支承在第二容纳单元中。示例性的实施方式并不排除其他材料。

在此，带蜗杆轴的第一容纳单元位于带蜗轮的第二容纳单元上方的布置仅是一种示例性的布置。相反地，由于构造、使用和/或应用的原因，第二容纳单元也可以布置在第一容纳单元的上方。

带蜗杆轴的第一容纳单元和带蜗轮的第二容纳单元必须如此布置，即使得蜗杆轴和蜗轮的齿部相互接触并且各个齿相互啮合，从而传递蜗杆轴与蜗轮之间的扭矩。

第一容纳单元和第二容纳单元的连接通过导向销进行。导向销用于确保第一容纳单元与第二容纳单元之间的可运动的连接。由此实现径向支承的蜗杆轴相对于蜗轮的轴向运动。导向轴在其端部上包括螺纹，用于容纳固定元件和将导向销与第二容纳单元连接。

在本发明的一种实施方式中，由第一容纳单元至少部分地容纳导向销。通过导向销的第二端部上的螺纹，位于第一容纳单元与紧固件之间的弹簧元件通过紧固件进行固定。通过导向销的第一端部上的螺纹，将第二容纳单元与导向销连接起来。

在根据本发明的蜗杆传动机构的一种替代性实施方式中，第二容纳单元至少部分地容纳导向销并且导向销通过螺纹由紧固件与第二容纳单元相连。

在本发明的一种实施方式中，在导向销的第二端部上在第一容纳单元与紧固件之间布置的弹簧元件至少部分地容纳导向销。

在一种实施方式中，在第一容纳单元与紧固件之间布置的弹簧元件尤其容纳在弹簧外壳中。优选地，弹簧外壳具有带内部贯通部的基本上为圆柱形对称的外部几何形状，该贯通部至少部分地容纳导向销。弹簧外壳中的贯通部居中地沿所容纳的导向销的旋转轴线延伸。另外，弹簧外壳具有按弹簧元件的外径扩大的凹陷部，用于容纳弹簧元件。凹陷部的高度优选地对应于弹簧元件的弹簧行程，在其中弹簧元件优选地受到最大程度的压缩并且由此以最大弹力作用在第一容纳单元上。这是凹陷部的示例性实施方式并且根据其他类型的弹簧元件也可在高度上根据所用的弹簧元件发生变化。凹陷部安置在与第一容纳单元处于接触状态中的弹簧外壳侧。优选地，使用紧固件固定的弹簧外壳提供对弹簧元件的弹簧行程的限制，由此在预紧力最大时向第一容纳单元施加弹力并且在蜗杆传动机构中出现扭矩峰值时将弹簧元件压缩至设置的弹簧行程的。

在本发明的一种实施方式中，弹簧元件选自包含盘式弹簧、螺旋弹簧、锥形弹簧、压缩弹簧、由橡胶和/或弹性体和/或聚氨酯制成的弹簧、金属弹簧、纤维增强塑料弹簧、空气弹簧的组。

优选地，弹簧元件实施为盘式弹簧。盘式弹簧是平坦的，锥形的环状壳部，该盘式弹簧在轴向上受力，制造成带支撑面的和无支撑面的(DIN2093)。盘式弹簧一般来说在整个面上具有恒定的盘厚，由此，负载的引入均匀地分布在上内侧和下外侧边缘。有利的是，盘式弹簧标准化并且可提供各种不同的弹力和尺寸，从而能够按照蜗杆传动机构的不同应用领域调整盘式弹簧带来的预紧力或设计其大小。此外还有利的是，盘式弹簧在弹簧行程小时具有大的弹力，从而结构或尺寸设计相比传统的蜗杆传动机构不增大。此外，盘式弹簧在相应的尺寸设计下因长的使用寿命而突出，这就最大程度降低了维护和保养成本。

在一种实施方式中，弹簧元件由一个单独的盘式弹簧组成。有利地，盘式弹簧能够由于空间需求小而以各种方式构成由沿同一方向层叠的单个盘形成的组或还构成由沿不同方向层叠的单个盘或组形成的弹簧柱。通过带n个相同的盘的弹簧组，有利地，在变位量不变的情况下使计算出的单力增加n倍。通过带m个不同方向层叠的单个盘的弹簧柱，有利的，在弹力不变的情况下有利地使变位量增加m倍。

根据本发明的另一种特别优选的实施方式，优选地使用这样的弹簧、弹簧元件或弹簧组，即其具有这样的工作范围，该工作范围在弹力方面介于10N与1000N之间，优选地介于10N与100N之间并且尤其地介于30N与70N之间并且具有介于0.01mm与10mm之间，优选地介于0.001mm与1mm之间并且尤其地介于0.01mm与0.2mm之间的弹簧行程。另外，在这样的工作范围中，根据本发明的特别优选的实施方式，弹簧元件、弹簧或弹簧组的刚性在介于10N/mm与200N/mm之间，优选地介于20N/mm与100N/mm之间并且尤其地介于30N/mm与90N/mm之间的范围内，该刚性尤其地可在所谓的理想点上确定。

优选地，弹簧元件如此设计，使得在预紧力最大时和由此在蜗杆轴的齿部最大程度地啮合进蜗轮的齿部中时在第一容纳单元与跟第一容纳单元处于接触状态中的弹簧外壳侧之间设计有间距(优选气隙)。在预紧力最大的状态下，蜗杆轴和蜗轮的齿部的啮合齿面相互贴靠，由此，蜗杆传动机构在标称运行时无间隙。

该间距(优选气隙)对应于预紧力的最大移动行程，由此有利地补偿跳动偏差和/或不同的材料热系数以及扭矩峰值。

例如当具有比弹簧元件作用在第一容纳单元上的弹力更大的力的扭矩峰值出现时，第一容纳单元与弹簧外壳之间的间距缩小。有利地，由此通过弹簧元件的压缩降低齿部之间的摩擦力且由此也减少摩擦。这最大程度减少了蜗杆传动机构的磨损。如果预紧力的弹力在扭矩峰值减小时超过了其作用力，那么第一容纳单元和由此蜗杆轴的齿部压进蜗轮的齿部中并且第一容纳单元与弹簧外壳之间的间距(优选气隙)增大。

通过借助弹簧元件在第一容纳单元上预设的预紧力，蜗杆轴的齿部的啮合齿面如此置放在蜗轮的齿部中，即使得蜗杆传动机构在标称运行中几乎无间隙，但是啮合齿面之间的摩擦和由此还有磨损降至最低。

在另一种实施方式中，第一容纳单元可在导向销的延伸方向上运动。导向销直接贴靠着蜗杆轴的轴承从带蜗轮的第二容纳单元出发在带蜗杆轴的第一容纳单元的方向上延伸。第一容纳单元可沿导向销在第二容纳单元的方向上运动。这种运动产生于由弹簧元件作用在第一容纳单元上的预紧力。

通过作用于蜗杆轴上的扭矩或通过蜗杆轴和/或蜗轮的齿部的热膨胀，带蜗杆轴的第一容纳单元沿导向销反作用于作用的预紧力而运动。

有利地，带蜗杆轴的第一容纳单元通过带可调节的止挡的盘形弹簧沿导向销在蜗轮的方向上运动，从而使得蜗杆轴的齿部以特定的压力啮合进蜗轮的齿部中并且间隙降低至确定的最小值或由此消除间隙。所确定的最小值在此处于这样的范围内，在其中蜗杆轴和蜗轮的啮合齿面相互啮合并相互贴靠，但摩擦仍处于合理的范围内。

此外有利的是，在达到具有大于弹簧元件的弹力的力的扭矩峰值时，带蜗杆轴的第一容纳单元逆着第二容纳单元的预紧力的作用方向沿导向销运动，从而使得在这样的蜗杆传动机构中在啮合齿面之间出现间隙，该蜗杆传动机构对应于以“标准间隙”固定设置的蜗杆传动机构。

在通过扭矩峰值作用的力降至低于预紧力的值时，带蜗杆轴的第一容纳单元再次沿导向销在带蜗轮的第二容纳单元的方向上运动，直至齿部相互啮合。

蜗杆传动机构的一种实施方式具有至少四个导向销，用于可松开地连接第一容纳单元与第二容纳单元。特别优选地，蜗杆传动机构具有具有偶数个导向销，用于可松开地连接第一容纳单元与第二容纳单元。在此，导向销实现了第一容纳单元与第二容纳单元之间的可运动的连接，由此实现带径向支承的蜗杆轴的第一容纳单元相对于带蜗轮的第二容纳单元的轴向运动。导向销在此一般来说持续承受高的机械负荷并且必须与此相应地具有高的强度，以确保所需的尽可能长的使用寿命。有利地，作用在导向销上的高机械负荷在所用导向销的数量为偶数时均匀地分布，从而使得负荷降至最低并且确保长的使用寿命。此外，通过使用四个导向销产生第一容纳单元的均匀的运动和导向，从而避免运动期间可能出现的倾斜。

在蜗杆传动机构的一种实施方式中，导向销具有紧固件以便固定，该紧固件包括调整螺母和调整螺母的固定装置。调整螺母的固定装置选自包含自锁调整螺母、插销式调整螺母、调整螺母的粘接固定装置、调整螺母的线状固定装置、锁紧螺母、塑料锁紧环、Locktix垫圈、楔形锁紧垫圈对、锁紧垫圈或锁紧片、卡紧环的组。

在导向销的第二端部上，借助紧固件将其固定在第一容纳单元上。在紧固件与第一容纳单元之间布置有带弹簧元件的弹簧外壳。紧固件包括调整螺母，该调整螺母通过固定装置固定，防止连接自行松开。

在根据本发明的蜗杆传动机构的一种替代性实施方式中，导向销在其第一端部上通过紧固件与第二容纳单元相连。在该实施方式中，紧固件包括调整螺母，该调整螺母通过固定装置固定，防止连接自行松开。

优选地，所用的导向销中的至少一半，尤其至少两个具有滑动套筒。滑动套筒是一个圆筒状的部件，该部件安置在第一容纳单元中为导向销所设的贯通孔中。滑动套筒如此安置在第一容纳单元中的贯通孔中，即使得其有力地且非无损地才能与第一容纳单元分离开。优选地，在每个设有滑动套筒的贯通孔中分别将两个滑动套筒，至少在为导向销所设的贯通部的分别的端部上装入第一容纳单元中。

导向销至少部分地由滑动套筒容纳并且本身不包含可运动的部件。滑动套筒的滑动面设计成圆筒形，由此第一容纳单元沿导向销的延伸方向进行线性运动。有利地，通过滑动套筒进行第一容纳单元的精确的，低摩擦的且无磨损的导向。低摩擦且无磨损的滑动能够通过润滑膜来简化。

为避免第一容纳单元的支撑结构超定，例如仅所用的四个导向销中的两个具有带间隙配合的滑动套筒。另外两个导向销具有更大的过盈并且优选地不用于第一容纳单元的导向。该示例性的结构不构成对根据本发明的蜗杆传动机构的限制。相反地，第一容纳单元能够具有偶数个贯通孔来容纳滑动套筒和导向销。优选地，多个贯通孔中的分别的一半具有带间隙配合的滑动套筒并且另一半设计有更大的过盈。

优选地，具有滑动套筒的导向销彼此成对角线地布置在第一容纳单元上并且通过紧固件固定在第一容纳单元上。通过带滑动套筒的导向销的对角线布置，实现第一容纳单元沿导向销的延伸方向的匀速运动并且降低作用的力/负荷以及减少第一容纳单元的倾斜。

在另一种实施方式中，具有滑动套筒的导向销与不带滑动套筒的规格的导向销交错布置。对此，“交错”应理解为，各导向销以交替的顺序设计为带或不带滑动套筒。对此，与带滑动套筒的导向销相邻的导向销设计为不带滑动套筒。对此，不带滑动套筒的导向销的相邻导向销设计为带滑动套筒。

在根据本发明的蜗杆传动机构的另一种实施方式中，带滑动套筒的径向导向销具有间隙配合，尤其是带窄的转动配合或转动配合的间隙配合。在此，对于间隙配合，滑动套筒中的孔的内径的最小尺寸总是比径向导向销的外径的最大尺寸更大，在临界情况下相同。径向导向销与滑动套筒之间的间隙处于最小0.003mm和最大0.086mm的范围内。通过径向导向销的支撑结构进行第一容纳单元在径向导向销的延伸方向上的导向或导向下的运动。

配合由成对公差区之间的相互关系产生，在相应地相同的名义尺寸的情况下既确保了特定功能，例如滑动和导向任务，又确保了互换性。通过公差区位置和公差区尺寸(基本公差)的分配确定存在带哪种间隙或过盈的哪种配合类型。在此例如区分配合系统基孔和基轴。公差区相对于名义尺寸(零线)的位置由基本尺寸确定。基本尺寸是最接近零线的那个上尺寸或下尺寸。对于内部尺寸的公差区位置的名称用大写字母表示，对于外部尺寸用小写字母表示(ISO286)。

带滑动套筒的规格的导向销具有带窄的转动配合即至少G7/h6或H7/g6的间隙配合或带转动配合即至少H7/f7或F8/h6或H8/f7或F8/h9的间隙配合。

在根据本发明的蜗杆传动机构的另一种实施方式中，不带滑动套筒的导向销具有间隙配合，尤其是带轻微的转动配合或宽的转动配合的间隙配合。这些导向销在第一容纳单元的运动中不承担直接的导向作用。相反地，第一容纳单元与第二容纳单元之间的连接的稳定性和强度得以改善。通过设计一半导向销带滑动套筒并且另一半不带滑动套筒，避免支撑结构超定。径向导向销与第一容纳单元中的贯通孔之间的间隙处于最小0.1mm和最大0.3mm的范围内，优选间隙为0.2mm。

不带滑动套筒的规格的导向销具有带轻微的转动配合即至少H8/e8或E9/h9的间隙配合或带宽的转动配合即至少H8/d9或D10/h9或H11/d9或D10/h11的间隙配合。

在本发明的另一种实施方式中，弹簧元件通过弹力向第一容纳单元施加在10N至100N的范围内，优选在30N至70N的范围内，特别优选为50N的预紧力。

弹力应理解为这样的力，其在一个有弹性的且可变形的主体，例如盘式弹簧受外部影响被拉长/拉伸或挤压/压缩时产生。由于受到外部影响，在盘式弹簧中有一个反作用力起作用，通过该反作用力，盘式弹簧应恢复到原来的形状。盘式弹簧的反作用弹力的强度取决于盘式弹簧被拉伸或压缩的距离。距离越长，盘式弹簧的反作用弹力的强度就越高。

如果具有大于弹簧元件的弹力的力的扭矩峰值作用于蜗杆传动机构，第一容纳单元沿导向销的延伸方向在第一容纳单元的方向上运动，从而使得蜗杆轴的啮合齿面与蜗轮之间出现间隙。在这种状态下，弹簧元件受到压缩。在通过扭矩峰值作用的力降至低于弹力的值时，第一容纳单元沿导向销的延伸方向在第二容纳单元的方向上运动。该运动产生于弹力对第一容纳单元的作用和弹簧元件的同时松弛。

预紧力是指在不受外界影响的情况下在例如弹性体中存在的一种张力，该张力在装配过程中例如由于其他媒介而被带入该弹性体中，并在负载下表现出期望的行为。有利地，例如弹簧元件能够借助止挡来预紧，从而弹簧元件被设置为一个永久存在的弹力。由此能够例如如此设置盘式弹簧，即使得其在达到特定的扭矩峰值时才被压缩。有利地，由此能够设置预紧力，由此带蜗杆轴的第一容纳单元在蜗轮的方向上运动，以最大限度地减小啮合齿面之间的间隙，使得根据本发明的蜗杆传动机构能够用于精确的定位应用。

此外，能够通过止挡设置盘式弹簧的弹簧行程和由此设置弹力。有利地，由此有持续的预紧力作用于第一容纳单元。止挡能够例如通过调节垫圈来设计。

此外，预紧的弹簧元件具有这样的弹力，即其在特定的扭矩峰值时才会被超过，从而在蜗杆轴的啮合齿面与蜗轮之间出现间隙并且减少啮合齿面之间的摩擦。

在根据本发明的方式中，申请人如此确定弹簧元件的弹力，即预紧力达到蜗杆传动机构的标称值的1％至20％之间的范围内，优选地达到蜗杆传动机构的标称值的5％至15％之间的范围内，特别优选地达到蜗杆传动机构的标称值的10％。在该范围内，蜗杆轴的齿部压进蜗轮的齿部中，从而使得相应的啮合齿面相互贴靠。由此，齿部在标称运行中在例如振动的影响下无间隙并且由预紧力引起的摩擦被限制在合理的最小值。

在蜗杆轴和/或蜗轮及其齿部热膨胀时，同样有一个力反作用于弹簧元件的弹力。如果作用的力大于弹力，那么弹力就会被超过并且带蜗杆轴的第一容纳单元就会运动远离蜗轮。在此，弹簧元件受到压缩，这种压缩会一直进行直至弹簧元件运动至设置的止挡。在热膨胀缩减时，第一容纳单元通过预紧力在第二容纳单元的方向上运动。

在根据本发明的方式中，申请人如此确定弹簧元件的弹力，从而使得为蜗杆传动机构提供预紧力并且该蜗杆传动机构在热膨胀时可在介于-60℃至+90℃的温度范围内，尤其在介于-50℃至+80℃的温度范围内，优选地在介于-40℃至+75℃的温度范围内运行。

在根据本发明的蜗杆传动机构的另一种实施方式中，弹簧元件提供在介于0.01mm至0.2mm之间的范围内，尤其地在介于0.03mm至0.15mm之间的范围内，优选地在介于0.05mm至0.1mm之间的范围内的弹簧行程。有利地，通过在弹簧行程上提供的弹力，使蜗杆轴与蜗轮的啮合齿面之间的间隙最小化。

在根据本发明的方式中，已知的是，借助调节垫圈设置为优选的范围的弹簧元件的弹簧行程补偿蜗杆传动机构的由制造商给定的例如0.03mm的跳动偏差和在-40℃至72℃的温度范围内同样不同的热系数。通过在优选范围内提供的弹簧行程，一个持续的预紧力作用于第一容纳单元，从而使得蜗杆轴的齿部啮合进蜗轮的齿部中并且蜗杆传动机构在标称情况下在例如振动的影响下无间隙并且作用于预紧力的摩擦被限制在合理的最小值。通过蜗杆传动机构的无间隙运行，同时在不同热系数的情况下，可实现将根据本发明的蜗杆传动机构用于精确定位应用。

在蜗杆传动机构的一种实施方式中，蜗杆轴和蜗轮具有带啮合齿面的齿部。在最简单的情况下，蜗轮能够实施为斜齿啮合的正齿轮。为了确保蜗杆传动机构中蜗杆轴的啮合齿面与蜗轮之间是线接触而不是点接触，将蜗轮的齿部实施为空心。

蜗杆轴的齿部类似于螺栓上的螺纹。蜗杆轴因此类似于带少许非常斜的齿部的正齿轮，这些齿部螺旋形地缠绕圆筒形的蜗杆轴。对圆筒形蜗杆轴的一次缠绕由此对应于蜗杆轴的齿部的一个齿。

在啮合运动期间，蜗杆轴和蜗轮的啮合齿面彼此重叠滑动。在啮合点中，啮合齿面主要是重叠滚动，但也进行轻微的相对滑动。

根据本发明，弹簧元件使第一容纳单元和由此蜗杆轴的齿部在蜗轮的齿部的方向上运动，从而使得蜗杆轴的啮合齿面啮合进蜗轮的啮合齿面中并且啮合齿面之间的间距达到最小。

优选地，蜗杆轴和蜗轮具有渐开线齿部。示例性的实施方式不排除其他齿部实施方式。渐开线齿部具有大量齿，带有位于其间的齿槽。这些齿从内部齿根圆直径延伸至外部齿顶圆直径。齿根圆直径在此为齿槽的最深点并且齿顶圆直径在此为齿的最高点。齿的总高度分为顶高和根高。顶高与根高之间的交点为节点。在该点，相应齿部的两个齿形成形锁合。在此，如果蜗杆传动机构如此设计，即蜗杆轴和蜗轮的后续齿在蜗杆轴和蜗轮的前序齿的啮合断开之前就进入啮合状态，那么形锁合就不会丢失。通过根据本发明将蜗杆传动机构实施为带预紧力，确保了蜗杆轴与蜗轮的齿部之间的间隙如此设计，即使得蜗杆轴和蜗轮的后续齿在蜗杆轴和蜗轮的前序齿的啮合断开之前就进入啮合状态。

优选地，根据本发明的蜗杆传动机构的预紧力如此设计，即该预紧力使带蜗杆轴的第一容纳单元在导向销的延伸方向上在第二容纳单元的方向上运动，从而使得蜗杆轴与蜗轮的齿部之间的间隙达到最小并且相应齿部的齿形成形锁合。有利地，预紧力能够实现蜗杆传动机构在标称运行中的无间隙运行。无需预设置蜗杆轴与蜗轮之间的固定间隙。

特别优选地，预紧力在扭矩峰值时和在摩擦因机械组件之间的热膨胀而增加时发挥扭矩阻尼器的作用。在扭矩峰值时，弹簧元件的预紧力被超过并且第一容纳单元沿导向销的延伸方向在第一容纳单元的方向上运动。在蜗杆轴的齿部与蜗轮之间出现以根据本发明的方式获取的间隙，从而使得蜗杆轴的啮合齿面与蜗轮之间的摩擦被降至最小值。

尤其地，也补偿在-40℃至+75℃的温度范围内因不同热系数造成的热膨胀。在此，预紧力发挥补偿作用，方式是该预紧力因蜗杆轴的啮合齿面与蜗轮之间由于热膨胀而增加的摩擦而被超过并且由此在蜗杆轴与蜗轮之间出现最小的间隙。

在根据本发明的蜗杆传动机构的一种实施方式中，弹簧外壳具有可调节的止挡。可调节的止挡限制了弹簧元件在机械组件热膨胀和/或扭矩峰值时经受的最大弹簧变位量或最大压缩量。根据本发明，在机械组件热膨胀和/或扭矩峰值时弹力被超过，由此，带蜗杆轴的第一容纳单元沿导向销的延伸方向在第一容纳单元的方向上运动。在此，第一容纳单元移动至所设置且可调节的止挡。通过根据本发明的可设置的预紧力，在啮合齿面之间作用的摩擦被限制在合理的最小值并且由此将损坏或磨损最小化。止挡的调节和由此变位量的限制通过调节垫圈来进行。通过可调节的止挡和对弹簧元件的最大变位量的限制，也进行对作用于第一容纳单元的预紧力的设置。在扭矩峰值或热膨胀降低时，第一容纳单元通过预紧力沿导向销的延伸方向在第二容纳单元的方向上运动并且由此将蜗杆轴与蜗轮的啮合齿面之间形成的间隙最小化。视可调节的止挡的变化类型而定，蜗杆传动机构由此对于一定的扭矩峰值可设置地无间隙并且在不同的环境和/或运行温度下通过补偿机械组件的不同温度系数来起作用。

在本发明的框架内，已发现的是，通过使用调节垫圈作为弹簧元件的可调节的止挡，得到了弹簧元件的弹力的提高的，与蜗杆传动机构的精确定位应用的要求相对应的可设置性。通过安置调节垫圈作为可调节的止挡，使用圆柱环形标准件，这些标准件成本低廉并且可大批量购置，带不同的内径和外径组合和厚度。

在根据本发明的蜗杆传动机构的一种实施方式中，可旋转运动地支承的蜗杆轴布置在第一容纳单元中的固定轴承和浮动轴承中。在固定轴承和浮动轴承中的支撑结构用于径向支撑蜗杆轴，在轴向上导向和非强制性地吸收蜗杆轴可能的因热导致的长度变化。在蜗杆轴的支撑结构采取固定轴承和浮动轴承的组合时，固定轴承承担蜗杆轴的径向支撑和蜗杆轴在沿蜗杆轴延伸方向的两个方向上的轴向导向。对此，固定轴承侧面固定在轴上以及外壳中。蜗杆轴的各相对立的端部上的浮动轴承仅承担径向支撑。此外，浮动轴承允许轴向位移，以避免轴承相互卡住。

作为固定轴承，适合的是能够吸收组合负荷的径向轴承，例如深沟球轴承、双列或套装单列角接触球轴承、调心球轴承、调心滚子轴承、匹配的单列圆锥滚子轴承。作为浮动轴承，适合的是例如环形滚子轴承、滚针轴承和带无衬套环的圆柱滚子轴承。

根据本发明的蜗杆传动机构，尤其是根据本发明的蜗杆传动机构的由此公开的实施方式能够用作扭矩阻尼器。有利地，当预紧力的弹力和由此弹簧元件的弹力被克服时，由此在高扭矩负荷(扭矩峰值)时通过蜗轮在蜗杆轴上进行机械组件的卸载。在此，带蜗杆轴的第一容纳单元逆着弹簧元件的弹力升起并且由此使得蜗杆轴与蜗轮之间的摩擦接触最小化。第一容纳单元的升起或蜗杆轴与蜗轮之间的间距的增加取决于扭矩峰值的高度。如果扭矩峰值的力超过预紧力的力及弹簧元件的弹力，前者就会被超过并且带蜗杆轴的第一容纳单元移至由可调节的止挡定义的端部止挡。该状态类似于固定设置“标准间隙”的蜗杆传动机构，在其中仅一个齿面贴靠。由此将机械组件的过度负载最小化，由此也将磨损最小化。

设置有“标准间隙”的蜗杆传动机构应理解为这样的蜗杆传动机构，即在其中根据预设的运行参数固定设置蜗杆轴与蜗轮之间的间距和由此二者间的间隙并且使用工具费时费力地和手动地进行调整。

通过将因扭矩峰值产生的力降至低于通过预紧力施加在第一容纳装置上的力，蜗杆轴的啮合齿面再次被压进蜗轮中。蜗杆传动机构因此在蜗杆轴的啮合齿面与蜗轮之间再次具有降至最小值的间隙，其中啮合齿面之间的摩擦和由此的磨损被降至最小值。

附图说明

本发明的其他特征结合附图从根据本发明的蜗杆传动机构的优选实施例的下列描述中得出。这些实施例仅是示例性地描述本发明，不构成对本发明思想在变型方面的限制。在附图中：

图1以侧视图示出根据本发明的蜗杆传动机构1的一种实施方式的剖面示意图；

图2以侧视图示出根据本发明的蜗杆传动机构1的一种实施方式的带滑动套筒13的导向销6的剖面示意图；

图3以侧视图示出根据本发明的蜗杆传动机构1的一种实施方式的示意图；

图4示出根据本发明的蜗杆传动机构1的导向销6的一种实施方式的剖面示意图。

具体实施方式

图1示出蜗杆传动机构1的一种实施方式的二维剖面示意图，该蜗轮传动机构带有第二容纳单元3，在该第二容纳单元中支承地容纳有蜗轮5。在第二容纳单元3上方布置有第一容纳单元2。在第一容纳单元2中，可旋转运动地支承的蜗杆轴4布置在固定轴承18和浮动轴承18中。蜗杆轴4与蜗轮5的轴线相互偏移成90°布置。第一容纳单元2通过导向销6与第二容纳单元3可运动地相连。导向销6在第一端部7上与第二容纳单元3相连并且在第二端部8上通过紧固件12固定在第一容纳单元2上。在一种替代性的实施方式(未示出)中，导向销6与第二容纳单元3能够通过紧固件12进行固定。

在第一容纳单元2与紧固件12之间布置有弹簧外壳9，该弹簧外壳至少部分地容纳导向销6。弹簧外壳9与紧固件12处于直接接触中并且通过该紧固件固定在导向销8的第二端部上。紧固件12例如为锁紧螺母和用于固定锁紧螺母的压紧螺母。锁紧螺母布置在弹簧外壳9的上方并且压紧螺母布置在锁紧螺母上方用于固定，防止意外松开。在弹簧外壳9中布置有弹簧元件10，该弹簧元件至少部分地容纳导向销6。

第一容纳单元2可通过全部的多个弹簧元件10沿导向销的延伸方向在第二容纳单元3的方向上运动。通过带蜗杆轴4的第一容纳单元2在带蜗轮5的第二容纳单元3的方向上的运动，蜗杆轴4的齿部与蜗轮5之间的间隙有利地最小化。在弹簧外壳9与第一容纳单元2的表面之间设计有间距11，该表面与弹簧外壳9处于接触中。第一容纳单元2的与弹簧外壳9处于接触中的表面与弹簧外壳9之间的间距11由因所有弹簧元件10产生的弹力17得出，该弹力指向第一容纳单元2并且使得第一容纳单元2在第二容纳单元3的方向上运动。间距11是第一容纳单元2的运动范围并且在蜗杆轴4的齿部与蜗轮5之间的间隙最小化的同时达到最大。

图2以侧视图示出蜗杆传动机构的一种实施方式的二维剖面示意图，带有根据本发明的导向销6，该导向销带滑动套筒13。图2示出带蜗轮4的第二容纳单元3，该第二容纳单元通过导向销6与第一容纳单元2相连。第二容纳单元布置在第一容纳单元2下方并且与导向销6的第一端部相连。

在图2中，导向销6至少部分地由第二容纳单元3容纳。在一种替代性的实施方式中，导向销6能够通过紧固件12与第二容纳单元3固定。导向销6从第二容纳单元3起在第一容纳单元2的方向上延伸并且至少部分地由第一容纳单元2容纳。在第一容纳单元2上方布置有弹簧外壳9。弹簧外壳9至少部分地容纳导向销6。弹簧外壳9通过紧固件12固定在导向销8的第二端部上。紧固件12例如为锁紧螺母和用于固定锁紧螺母的压紧螺母。锁紧螺母布置在弹簧外壳9的上方并且压紧螺母布置在锁紧螺母上方用于固定，防止意外松开。第一容纳单元2在为容纳导向销6'而设的贯通部中具有滑动套筒13。滑动套筒13如此装入第一容纳单元2中，即滑动套筒13的朝向第一容纳单元2的外侧的端部基本上以第一容纳单元3的下表面和上表面终止。“下表面”应理解为第一容纳单元2的朝向第二容纳单元3的一侧并且“上表面”应理解为第一容纳单元2的与弹簧外壳9处于接触状态的表面。

图2中所示的实施方式不应限制其他实施方式。例如，其他实施方式也能具有三个或多个在位置方面与图2中所示的滑动套筒不同的滑动套筒。滑动套筒13至少部分地容纳导向销6'。滑动套筒13的滑动面设计成圆筒形，由此第一容纳单元2沿导向销6、6'、6”的延伸方向进行线性运动。有利地，通过滑动套筒13进行第一容纳单元2的精确的，低摩擦的且无磨损的导向。为避免第一容纳单元2的支撑结构超定，例如仅所用的导向销6中的两个导向销6'具有带间隙配合的滑动套筒13。另外两个导向销6”具有更大的过盈并且不用于第一容纳单元2的导向。优选地，在对角线上相对而置的导向销6为两个导向销6'组成的组合，这两个导向销配有滑动套筒。导向销6”相应地也彼此成对角线地布置。在带有超过四个的多个导向销6的实施方式中，相应地分布这些导向销，从而避免支撑结构超定。

在图2中所示的实施方式中，弹簧外壳9的与第一容纳单元2处于接触状态中的一侧具有材料凹陷部，优选地采用弹簧元件10的外径，以容纳弹簧元件10。在材料凹陷部中容纳有弹簧元件10，优选盘式弹簧。优选地，每个导向销6至少部分地由弹簧外壳9容纳，并且由此由弹簧元件10容纳。由此，一个总体均匀指向的弹力作用于第一容纳单元2上，从而使其沿导向销6的延伸方向在第二容纳单元3的方向17上运动。

图3以侧视图示出根据本发明的蜗杆传动机构1的一种实施方式的示意图，带根据本发明的导向销6和弹簧元件10及间距11。在图3中，第一容纳单元2布置在第二容纳单元3上方并且通过导向销6彼此相连。第一容纳单元2通过紧固件12与导向销6相连。在紧固件12与第一容纳单元2之间布置有弹簧外壳9及弹簧元件10(未示出)。通过弹簧元件10，一个弹力作用于第一容纳单元2上，从而使其沿导向销6的延伸方向在第二容纳单元的方向17上运动。通过扭矩峰值经过蜗轮在蜗杆轴上的作用和/或热膨胀，弹簧元件10的弹力被超过并且第一容纳单元2沿导向销6的延伸方向在弹簧外壳9的方向17上运动，从而使得间距11最小化。在扭矩峰值和/或热膨胀消退后且作用力小于预紧力后，第一容纳单元2通过弹力在容纳单元3的方向上运动，从而使得间距11增大。第一容纳单元2执行运动17，该运动处在间距11的最大延伸范围内。当第一容纳单元2通过最大预紧力在第二容纳单元3的方向移动时，就会出现这种情况。

图4示出根据本发明的蜗杆传动机构1的导向销6的一种实施方式的二维剖面示意图，该蜗轮传动机构带第一容纳单元2和导向销8的第二端部，其中该导向销6至少部分地由第一容纳单元2容纳。导向销6从第二容纳单元3(未示出)起在第一容纳单元2的方向上延伸。在第一容纳单元2上方布置有弹簧外壳9。弹簧外壳9至少部分地容纳导向销6。在弹簧外壳9的与第一容纳单元2处于接触状态的一侧，弹簧外壳9具有材料凹陷部，优选地采用弹簧元件10的外径。材料凹陷部在高度(沿导向销6的延伸方向的延伸方向)和直径方面如此设计，即其容纳弹簧元件10，优选盘式弹簧，从而在第一容纳单元2上提供预紧力。

在图4中，容纳在材料凹陷部中的弹簧元件10以最大程度的放松状态示出，从而使得在导向销6的延伸方向上的预紧力作用在第一容纳单元2的方向上并且第一容纳单元2在第二容纳单元3(未示出)的方向上运动。由此在第一容纳单元2与弹簧外壳9之间形成间距11，优选气隙。通过扭矩峰值经过蜗轮在蜗杆轴上的作用和/或热膨胀，弹簧元件10的弹力被超过并且弹簧元件10被压缩或张紧。第一容纳单元2沿导向销的延伸方向在弹簧外壳9的方向上运动，由此弹簧外壳9与第一容纳单元之间的间距11最小化并且第一容纳单元2移至由可调节的止挡定义的端部止挡上。该端部止挡同时是第一容纳单元2在弹簧外壳9的方向上的运动的端部止挡。由此在蜗杆轴4(未示出)的齿部与蜗轮5(未示出)之间出现以根据本发明的方式获取的间隙，从而使得蜗杆轴的啮合齿面与蜗轮之间出现的摩擦被降至最小值。在扭矩峰值和/或热膨胀消退后，弹簧元件10松弛，由此一个预紧力通过弹簧元件10的弹力作用于第一容纳单元2上并且第一容纳单元沿导向销6的延伸方向在第二容纳单元3(未示出)的方向上运动。蜗杆传动机构1因此在蜗杆轴4的啮合齿面与蜗轮5(未示出)之间再次具有降至最小值的间隙，并且由此可用于精确的定位应用，其中啮合齿面之间的摩擦和由此的磨损被降至最小值。此外，弹簧外壳9具有可调节的止挡16(未示出)。另外，弹簧外壳9通过紧固件12固定在导向销8的第二端部上。紧固件12例如为锁紧螺母和用于固定锁紧螺母的压紧螺母。锁紧螺母布置在弹簧外壳9的上方并且压紧螺母布置在锁紧螺母上方用于固定，防止意外松开。

附图标记清单

1蜗杆传动机构

2第一容纳单元

3第二容纳单元

4蜗杆轴

5蜗轮

6导向销

7导向销的第一端部

8导向销的第二端部

9弹簧外壳

10弹簧元件

11间距

12紧固件

13滑动套筒

14预紧力

15齿部

16止挡

17第一容纳单元的运动方向

18蜗杆轴的支撑结构

Claims (19)

1.蜗杆传动机构(1)，包括：

蜗杆轴(4)和第一容纳单元(2)，其中所述蜗杆轴(4)可旋转运动地支承在所述第一容纳单元(2)中；

蜗轮(5)和第二容纳单元(3)，其中所述蜗轮(5)可旋转运动地支承在所述第二容纳单元(3)中，并且

所述第一容纳单元(2)布置在所述第二容纳单元(3)上并且所述第一容纳单元(2)的所述可旋转运动地支承的蜗杆轴(4)与所述第二容纳单元(3)的所述蜗轮(5)处于接触状态中以传递扭矩；

导向销(6)，用于可松开地连接所述第一容纳单元(2)与所述第二容纳单元(3)，其中所述第一容纳单元(2)至少部分地容纳所述导向销(6)并且所述第二容纳单元(3)与所述导向销(6)中的一个，优选与第一端部(7)相连；

其特征在于，

在所述导向销的第二端部(8)上在所述第一容纳单元(2)与紧固件(12)之间布置有弹簧元件(10)。

2.根据权利要求1所述的蜗杆传动机构(1)，其特征在于，所述弹簧元件(10)容纳在弹簧外壳(9)中。

3.根据前述权利要求中任一项所述的蜗杆传动机构(1)，其特征在于，所述弹簧元件(10)选自包含盘式弹簧、螺旋弹簧、锥形弹簧、压缩弹簧、由橡胶和/或弹性体和/或聚氨酯制成的弹簧、金属弹簧、纤维增强塑料弹簧、空气弹簧的组。

4.根据前述权利要求中任一项所述的蜗杆传动机构(1)，其特征在于，在所述第一容纳单元(2)与所述弹簧外壳(9)之间设计有间距(11)。

5.根据权利要求1所述的蜗杆传动机构(1)，其特征在于，所述第一容纳单元(2)能够在所述导向销(6)的延伸方向上运动。

6.根据权利要求1所述的蜗杆传动机构(1)，其特征在于，所述蜗轮传动机构具有至少四个导向销(6)用于可松开地连接所述第一容纳单元(2)与所述第二容纳单元(3)，特别优选地具有偶数个导向销(6)用于可松开地连接所述第一容纳单元(2)与所述第二容纳单元(3)。

7.根据前述权利要求中任一项所述的蜗杆传动机构(1)，其特征在于，所述紧固件(12)包括选自包含自锁调整螺母、插销式调整螺母、调整螺母的粘接固定装置、调整螺母的线状固定装置、锁紧螺母、塑料锁紧环、Locktix垫圈、楔形锁紧垫圈对、锁紧垫圈或锁紧片、卡紧环的组的调整螺母和所述调整螺母的固定装置。

8.根据前述权利要求中任一项所述的蜗杆传动机构(1)，其特征在于，所述所用的导向销(6)中的至少一半，尤其至少两个具有滑动套筒(13)。

9.根据权利要求8所述的蜗杆传动机构(1)，其特征在于，具有所述滑动套筒(13)的所述导向销(6)彼此成对角线地布置在所述第一容纳单元(2)上并且通过所述紧固件(12)固定。

10.根据权利要求10所述的蜗杆传动机构(1)，其特征在于，所述带有滑动套筒(13)的导向销(6)具有间隙配合，尤其是带窄的转动配合或转动配合的间隙配合。

11.根据权利要求10所述的蜗杆传动机构(1)，其特征在于，所述不带滑动套筒(13)的导向销(6)具有间隙配合，尤其是带轻微的转动配合或宽的转动配合的间隙配合。

12.根据前述权利要求中任一项所述的蜗杆传动机构(1)，其特征在于，所述弹簧元件(10)通过弹力向所述第一容纳单元(2)施加在10N至100N的范围内，优选在30N至70N的范围内，特别优选为50N的预紧力(14)。

13.根据前述权利要求中任一项所述的蜗杆传动机构(1)，其特征在于，所述弹簧元件(10)提供在介于0.01mm至0.2mm之间的范围内，尤其地在介于0.03mm至0.15mm之间的范围内，优选在介于0.05mm至0.1mm之间的范围内的弹簧行程。

14.根据前述权利要求中任一项所述的蜗杆传动机构(1)，其特征在于，所述蜗杆轴(4)和所述蜗轮(5)具有带啮合齿面的齿部(15)。

15.根据前述权利要求中任一项所述的蜗杆传动机构(1)，其特征在于，所述弹簧元件(10)使所述蜗杆轴(4)的所述齿部(15)在所述蜗轮(5)的所述齿部(15)的方向上运动，其中所述蜗杆轴(4)的所述啮合齿面啮合进所述蜗轮(5)的所述啮合齿面中，从而使得所述啮合齿面之间的间距达到最小。

16.根据前述权利要求中任一项所述的蜗杆传动机构(1)，其特征在于，所述弹簧外壳(9)具有可调节的止挡(16)。

17.根据前述权利要求中任一项所述的蜗杆传动机构(1)，其特征在于，所述弹簧元件(10)的所述可调节止挡(16)为调节垫圈。

18.根据前述权利要求中任一项所述的蜗杆传动机构(1)，其特征在于，所述可旋转运动地支承的蜗杆轴(4)布置在固定轴承(18)和浮动轴承(18)中。

19.根据前述权利要求中任一项所述的蜗杆传动机构(1)作为扭矩阻尼器的应用。

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