CN111936758A - 用于带有非对称预紧固定轴承的机电伺服转向器的斜齿轮传动装置 - Google Patents

用于带有非对称预紧固定轴承的机电伺服转向器的斜齿轮传动装置 Download PDF

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CN111936758A CN201980018819.1A CN201980018819A CN111936758A CN 111936758 A CN111936758 A CN 111936758A CN 201980018819 A CN201980018819 A CN 201980018819A CN 111936758 A CN111936758 A CN 111936758A
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Abstract

本发明涉及一种用于机电伺服转向器的斜齿轮传动装置，其包括与斜齿轮(5)啮合的轴(4)。轴(4)布置在传动装置外壳(7)中，其中，轴的第一端部以能够绕旋转轴线(100)旋转的方式安装在驱动侧的轴承组件(8)中，并且第二端部安装在位于传动装置外壳(7)中的驱动远端的轴承组件(9)中。驱动侧的轴承组件(8)具有固定轴承(11)，并且固定轴承(11)被两个轴承壳(17)封围，其中，相应的弹簧元件(16)在固定轴承(15)的两个端面处布置在固定轴承(11)与对应的轴承壳(17)之间，并且弹簧元件(16)使固定轴承(11)非对称地预紧，使得在轴(4)与斜齿轮(5)之间的齿接平面的区域中布置有枢转轴线，轴(4)能够沿斜齿轮(5)的方向绕该枢转轴线枢转。

Description

用于带有非对称预紧固定轴承的机电伺服转向器的斜齿轮传 动装置
技术领域
本发明涉及具有权利要求1的前序部分的特征的用于机电助力转向机构的斜齿轮传动装置，并且涉及具有权利要求14的前序部分的特征的机电助力转向机构。
背景技术
在机电助力转向机构中，由电动马达产生扭矩，该扭矩被传递到传动装置并且在所述传动装置中叠加在由驾驶员提供的转向扭矩上。
通用型的机电助力转向机构具有电动伺服马达，该电动伺服马达驱动蜗杆轴，该蜗杆轴与设置在转向轴上或直接设置在转向小齿轮上的蜗轮啮合，其中，蜗杆轴以可旋转的方式安装在传动装置外壳中。在此，蜗杆轴借助于联轴器与电动伺服马达的马达轴连接。
常规的蜗杆传动装置在驱动侧端部处具有固定轴承，并且在自由端部处具有浮动轴承。针对本文中的转向机构的特定要求要求蜗杆传动装置在低噪音即没有嘎嘎声和碰撞声、同时具有低摩擦的情况下运行。为此，应使蜗杆传动装置的齿隙游移减至最小或消除。
在现有技术中，已知涡轮在驱动侧端部处借助于第一滚子轴承安装，该第一滚子轴承允许横向于轴向方向进行一定程度的倾斜运动或枢转运动，而蜗杆轴在相反端部处以可旋转的方式安装在第二滚子轴承中，其中，提供了用于在齿的接合中设置间隙的装置。由于该装置的提供，蜗杆轴可以根据需要绕第一滚子轴承枢转，以确保蜗杆轴与蜗轮大致一致的啮合。
DE 10 2013 003 749 A1公开了一种用于助力转向机构的传动装置的轴承组件。蜗杆轴在马达侧的端部处借助于固定轴承安装，而在相反端部处借助于浮动球轴承安装。浮动球轴承在此通过弹簧元件进行力加载，使得蜗杆轴预加载到蜗轮上。固定轴承包括球轴承，该球轴承在径向方向上被壳体元件围绕，该壳体元件具有一定程度的径向变形能力并且在横截面中在径向上于内侧或外侧具有凸形轮廓。球轴承借助于所述壳体元件以及可选地借助于居间的弹性元件而支承在传动装置外壳上，由此，蜗杆轴以及结合的球轴承可以绕着以居中的方式穿过固定轴承的枢转轴线倾斜。为了在固定轴承的两侧上对轴承进行轴向紧固，提供了由设置在两个环状件之间的弹性体构成的轴向弹簧元件。
发明内容
本发明的目的是提供斜齿轮传动装置，该斜齿轮传动装置具有改善了性能的轴承组件。
该目的通过具有权利要求1的特征的用于机电助力转向机构的斜齿轮传动装置以及具有权利要求14的特征的机电助力转向机构来实现。从从属权利要求中得出有利的改进方案。
相应地提供了用于机电助力转向机构的斜齿轮传动装置，该斜齿轮传动装置包括与斜齿轮啮合的轴，其中，该轴设置在传动装置外壳中，并且该轴在所述轴的第一端部处在第一轴承组件中安装成能够绕旋转轴线旋转，并且该轴在所述轴的第二端部处在第二轴承组件中安装成位于传动装置外壳中，其中，第一轴承组件具有固定轴承。固定轴承被两个轴承壳封围，其中，在固定轴承的两个端部侧部上各自在固定轴承与相应的轴承壳之间设置有一个弹簧元件，并且其中，弹簧元件非对称地对固定轴承进行预加载，使得在斜齿轮和轴的齿接平面的区域中设置有枢转轴线，轴能够沿斜齿轮的方向绕该枢转轴线枢转。
弹簧元件会降低轴承紧固结构的轴向刚度和扭转刚度。由于使用了固定轴承，因此可以使用简单的沟型球轴承。由于非对称的预加载，枢转轴线位于齿接平面的区域中，由此可以以简单的方式减小在固定轴承中的负力加载。枢转轴线优选地在轴与斜齿轮之间的接合区域中平行于旋转轴线延伸，从而由此不会在枢转轴线中产生扭矩。
优选地，第一轴承组件是驱动侧的轴承组件，并且第二轴承组件是驱动远端的轴承组件。
第一轴承组件优选地具有轴承外圈，该轴承外圈以旋转对称的方式构造。端部侧部优选地构造为平坦或平面的，意味着所述端部侧部不具有任何凸起、倒角或凹部。可以想到并且有可能的是，枢转轴线在旋转轴线的方向上以居中的方式穿透轴承组件。
在一个实施方式中，轴承壳各自具有一个座，该座具有至少一个用于弹簧元件的突出的台阶部，其中，两个轴承壳的台阶部限定了枢转轴线。轴承壳特别优选地定形状成盆状的形式，并且在基部中具有供轴通过的孔，其中，弹簧元件所抵靠的突出的台阶部和座构造在基部上。换句话说：轴承壳的内侧上的座由具有较小内径的区域形成。轴承壳具有轴承壳深度。轴承壳深度限定了轴承壳在轴承壳的基部与轴承壳的外周缘面之间的间距。通过台阶部将轴承壳深度细分为第一轴承壳深度和第二轴承壳深度。在此，第一轴承壳深度被构造成小于第二轴承壳深度。因此，该台阶部表示从第一轴承壳深度到第二轴承壳深度的过渡。具有第一轴承壳深度的区域优选地占据基部周缘面的2/3或者相应地在具有较小内径的区域中占据轴承壳的内侧的2/3，而具有第二轴承壳深度的区域优选地占据轴承壳的基部周缘面的1/3。优选地，具有较大宽度的第二区域沿斜齿轮的周向方向布置。
在此优选的是，就轴承壳在周向方向上的内周而言，该台阶部各自在限定的角度范围内延伸，该角度范围在60°至180°之间、优选地在90°至120°之间延伸。为了构造非对称设计，两个轴承壳的台阶部在周向方向上优选地定向相同并且彼此相对。
有利的是，两个轴承壳在圆周方向上的台阶部位于斜齿轮的区域中。
弹簧元件优选地是环形的并且具有大致对应于固定轴承的外径的外径。
在一个优选的实施方式中，固定轴承是滚子轴承并且/或者弹簧元件是波形弹簧。此外可以想到并且可能的是，弹簧元件是盘形的平板簧、比方说例如板簧或弹簧盘，或者将弹簧元件构造为弹簧锁紧垫圈。
有利的是，相应的轴承壳在外周侧上具有作为防旋转保护装置的至少一个突出部，所述至少一个突出部接合在传动装置外壳的连通凹部中。因此可以确保轴承组件以正确的取向插入。可以想到并且可能的是，在相应的轴承壳的外周侧上设置多于一个的突出部。
第二轴承组件优选地具有预加载装置，借助于该预加载装置，能够调节轴相对于斜齿轮的位置。
斜齿轮优选为蜗轮，并且轴优选为蜗杆。
轴承壳可以由塑料材料制成。
此外，提供了一种机电助力转向机构，该机电助力转向机构包括具有马达轴的马达和前述斜齿轮传动装置，其中，马达轴驱动斜齿轮传动装置的轴。
在此有利的是，使斜齿轮以旋转固定的方式设置在机动车辆的转向轴上。
在组装驱动侧的轴承组件时，波形弹簧优选地各自在台阶部的区域中定位在相应的轴承壳中。张紧力在所述区域中最大。由于波形弹簧的非对称预加载，驱动侧的轴承组件的枢转点可以从轴承中心移出到蜗杆轴和蜗轮的齿接平面中。蜗杆轴和蜗轮在齿接平面中接合。因此可以防止由于轴承组件中的齿接力而引起的反作用力矩。此外，可以消除在蜗轮的不同旋转方向上的非对称的齿分离力，由此也抑制了蜗轮传动装置的齿的任何非对称的摩擦。
附图说明
下面将通过附图描述本发明的示例性实施方式。相同的部件或具有等效功能的部件具有相同的附图标记。在附图中：
图1：示出了机我已经附上了发票供您参考电转向机构的蜗轮传动装置的空间示意图；
图2：示出了图1的传动装置的详细视图，该传动装置被简化为电动马达和与蜗轮啮合的蜗杆轴。
图3：示出了组装的轴承组件的空间示意图；
图4：示出了根据本发明的蜗杆轴的轴承组件的分解图；
图4a：示出了图4的轴承壳的内侧的放大图；
图5：示出了根据本发明的轴承组件的轴承壳的空间视图；以及
图6：示出了穿过蜗杆轴的纵向截面，该蜗杆轴具有根据本发明的轴承组件。
具体实施方式
图1示出了助力转向机构1，该助力转向机构1附接至转向轴6，该转向轴6安装成能够绕转向轴6的纵向轴线L、即转向轴轴线旋转。在后转向轴部分61中的转向轴6旋转固定，但是能够在纵向轴线L的方向上调节，如由双箭头所指示的那样，以沿纵向方向调整附接至紧固部分62的方向盘(这里未示出)。
助力转向机构具有传动装置外壳7，在图2的分解图中省略了该传动装置外壳7。以旋转固定的方式连接至转向轴6的蜗轮5安装成能够在传动装置外壳7中绕纵向轴线L旋转。蜗杆轴4与蜗轮5啮合，从而形成蜗杆传动装置。
电动马达或伺服马达3借助于马达轴驱动蜗杆轴4，该马达轴借助于由两个联接部件构成的联轴器30以旋转固定的方式联接至蜗杆轴。蜗杆轴4借助于其蜗杆40与蜗轮5啮合，该蜗轮5以旋转固定的方式连接至小齿轮，或如此处所示，以旋转固定的方式连接至下转向轴6。当电动马达3运行时，蜗杆轴4被驱动，并且蜗轮5对应地旋转，从而为旋转下转向轴6提供帮助。
图2以立体图示出了具有驱动侧的轴承组件8和驱动远端的轴承组件9的蜗杆轴4以及与该蜗杆轴4啮合的蜗轮5，其中，传动装置外壳的部件已经被免除。
蜗杆轴4通过蜗杆齿40与蜗轮5啮合。蜗轮5转而以旋转固定的方式连接至转向轴6，该转向轴6在方向盘(未示出)与机动车辆的实际转向齿轮机构之间延伸。所提到的结构元件被安装在公共的传动装置外壳(未示出)中。
蜗杆轴4在此借助于驱动侧的轴承组件8和驱动远端的轴承组件9安装在传动装置外壳7中。驱动远端的轴承组件9具有构造为固定轴承11的滚子轴承。蜗杆轴4相对于蜗轮5的位置能够借助于在驱动远端的轴承组件9的区域中的预加载装置10而调节。驱动侧的轴承组件8具有固定轴承11，通过外壳7中对应的预加载，该固定轴承11允许围绕枢转轴线的枢转运动和相对于传动装置外壳的轻微轴向运动。
在图3至6中详细说明了驱动侧的轴承组件8及其功能原理。如图6中所示，固定轴承11具有滚子轴承12，该滚子轴承12具有内圈13、滚动构件80和外圈14。滚动构件80在内圈13与外圈14之间的凹槽中延伸。外圈14以旋转对称的方式构造。内圈13具有内部筒形的壳体面以紧密配合在蜗杆轴上。
滚子轴承12的两个端部侧部15各自抵靠在弹簧元件16、特别是此处所示的波形弹簧上，所述波形弹簧确保滚子轴承12的倾斜或枢转。端部侧部是平坦或平面的，意味着所述端部侧部没有任何凸起、倒角或凹部。波形弹簧16在此具有下述外径：该外径大致对应于滚子轴承12的外圈14的外径。波形弹簧16的内径可以被选择成使得波形弹簧16覆盖滚动构件12的内圈13的至少一部分。波形弹簧16在此设置成使得所述波形弹簧16的中心大约位于滚子轴承12的旋转轴线100上。两个波形弹簧16优选地具有相同的构型。滚子轴承12和两个波形弹簧16被两个轴承壳17封围，这两个轴承壳17定形状成大致圆筒形并且在非应力状态下以同心的方式围绕固定轴承。轴承壳17在内侧各自具有一个用于波形弹簧16的座18。在内侧的座18由具有较小内径的区域形成。座18具有呈台阶部19形式的突出部19a、19b，如图4至图6中所示。台阶部19在旋转轴线100的方向上突出并且在旋转轴线的径向方向上在座18的整个宽度范围上延伸。沿着轴承壳17的内周缘的台阶部19仅占据所述内周缘的一部分，优选地相对于轴承壳17的内周缘占据60°至180°之间的限定的角度范围α，如图5中所示。具有台阶部19的座18因此在轴承壳17中形成用于波形弹簧16的非对称的支承面。为了确保台阶部19被相同地定向并且在传动装置外壳中在轴承的安装状态下彼此相对，每个轴承壳17在外侧具有突出部20。突出部20在周缘方向上优选地处于与台阶部19相反。传动装置外壳具有用于轴承壳的突出部的对应切口。因此，确保了轴承壳或驱动侧的轴承组件只能相应地在一个方向上安装。
在组装驱动侧的轴承组件时，波形弹簧各自在台阶部的区域中定位在对应的轴承壳中。在该区域中，张紧力最大。由于波形弹簧16的非对称预加载，驱动侧的轴承组件8的枢转点可以从轴承的中心移出到蜗杆轴4和蜗轮5的齿接平面S中，如图6中所示。蜗杆轴4和蜗轮5在齿接平面中接合。因此可以防止由于轴承组件中的齿接力而引起的反作用力矩。此外，可以消除在蜗轮的不同旋转方向上的非对称的齿分离力，由此也抑制了蜗轮传动装置的齿的任何非对称的摩擦。蜗杆轴4与蜗轮5之间的接合区域中的枢转轴线S优选地平行于旋转轴线100延伸，从而由此不会在枢转轴线上产生扭矩M。
轴承壳17在台阶部19的区域中的深度或台阶部19的高度预先限定了波形弹簧的必要间隙和预加载。如图3和图4至图6中所示，轴承壳17定形成盆状的形式，并且在基部中具有供轴4通过的孔，其中，座18和突出的台阶部19构造在该基部上，弹簧元件16抵接该台阶部19。轴承壳具有轴承壳深度。轴承壳深度限定了轴承壳17在轴承壳的基部18与轴承壳的外周缘面之间的间距d1、d2。轴承壳深度由台阶部19在突出部19a、19b的区域中细分为第一轴承壳深度d1和第二轴承壳深度d2。在此，第一轴承壳深度d1配置为小于第二轴承壳深度d2。因此，台阶部19借助于台阶部19的突出部19a、19b表示从第一轴承壳深度d1到第二轴承壳深度d2的过渡。具有第一轴承壳深度d1的区域优选地占据基部周缘面的2/3或者相应地在具有较小内径的区域中占据轴承壳17的内侧的2/3，而具有第二轴承壳深度d2的区域优选地占据轴承壳17的基部周缘面的1/3。具有较大宽度的第二区域优选地沿斜齿轮5的周向方向布置。
如图4a中所示，台阶部19借助于突出部19a、19b表示从具有第一轴承壳深度d1的第一区域到具有第二轴承壳深度d2的第二区域的过渡。轴承壳17在座18与轴承壳19的外周缘面之间的间距应理解为在台阶部的区域中的轴承壳深度。这里，第一深度d1被配置为小于第二深度d2。具有较大的深度d2的第二区域优选地沿涡轮5的周向方向设置。
轴承壳优选由塑料材料形成，特别是通过注塑成型形成。

Claims (14)

1.一种用于机电助力转向机构的斜齿轮传动装置，所述斜齿轮传动装置包括轴(4)，所述轴(4)与斜齿轮(5)啮合，其中，所述轴(4)设置在传动装置外壳(7)中，并且所述轴(4)在所述轴(4)的第一端部处在驱动侧的轴承组件(8)中安装成能够绕旋转轴线(100)旋转，并且所述轴(4)在所述轴(4)的第二端部处在第一轴承组件(9)中安装成位于所述传动装置外壳(7)中，其中，所述第一轴承组件(8)具有固定轴承(11)，其特征在于，所述固定轴承(11)由两个轴承壳(17)封围，其中，在所述固定轴承(11)的两个端部侧部上，在所述固定轴承(11)与相应的所述轴承壳(17)之间各自设置有一个弹簧元件(16)，并且其中，所述弹簧元件(16)非对称地对所述固定轴承(11)进行预加载，使得在所述斜齿轮(5)与所述轴(4)的齿接平面的区域中设置有枢转轴线(S)，所述轴(4)能够沿所述斜齿轮(5)的方向绕所述枢转轴线(S)枢转。
2.根据权利要求1所述的斜齿轮传动装置，其特征在于，所述轴承壳(17)各自具有一个座(18)，所述座(18)具有用于弹簧元件(16)的至少一个突出的台阶部(19)，其中，所述两个轴承壳(17)中的所述台阶部(19)限定了所述枢转轴线。
3.根据前述权利要求中的一项所述的斜齿轮传动装置，其特征在于，至少一个所述台阶部(19)相对于所述轴承壳(17)的内周缘沿周向方向各自在介于60°与180°之间的角度范围内延伸。
4.根据前述权利要求中的一项所述的斜齿轮传动装置，其特征在于，所述两个轴承壳(17)的所述台阶部(19)在周向方向上相同地定向并且彼此相对。
5.根据权利要求4所述的斜齿轮传动装置，其特征在于，在所述周向方向上，所述两个轴承壳(17)的所述台阶部(19)位于所述斜齿轮(5)的区域中。
6.根据前述权利要求中的一项所述的斜齿轮传动装置，其特征在于，所述弹簧元件(16)是环形的并且具有大致对应于所述固定轴承(11)的外径的外径。
7.根据前述权利要求中的一项所述的斜齿轮传动装置，其特征在于，所述固定轴承(11)是滚子轴承。
8.根据前述权利要求中的一项所述的斜齿轮传动装置，其特征在于，所述弹簧元件(16)是波形弹簧。
9.根据前述权利要求中的一项所述的斜齿轮传动装置，其特征在于，所述轴承壳(17)在外周缘侧部上各自具有作为防旋转保护装置的至少一个突出部(20)，所述至少一个突出部(20)接合在所述传动装置外壳(7)的连通凹部中。
10.根据前述权利要求中的一项所述的斜齿轮传动装置，其特征在于，所述第二轴承组件(9)具有预加载装置(10)，借助于所述预加载装置(10)，所述轴(4)相对于所述斜齿轮(5)的位置是能够调节的。
11.根据前述权利要求中的一项所述的斜齿轮传动装置，其特征在于，所述斜齿轮(5)是蜗轮，并且所述轴(4)是蜗杆。
12.根据前述权利要求中的一项所述的斜齿轮传动装置，其特征在于，所述轴承壳(17)由塑料材料制成。
13.一种机电助力转向机构，包括具有马达轴的电动马达(3)和根据权利要求1至12中的一项所述的斜齿轮传动装置(1)，其中，所述马达轴驱动所述斜齿轮传动装置(1)的所述轴(4)。
14.根据权利要求13所述的机电助力转向机构，其特征在于，所述斜齿轮(5)设置成旋转固定在机动车辆的转向轴(6)上。
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