CN113490803B - 具有防扭转装置的球螺纹传动装置 - Google Patents

具有防扭转装置的球螺纹传动装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种轴向运动的元件的防扭转装置和包括防扭转装置的球螺纹传动装置，所述球螺纹传动装置尤其是用于在自动化的变速箱(AMT)中将旋转运动转换成平移运动。所述球螺纹传动装置具有心轴(3)、在球上围绕心轴(3)旋转的螺母(4)、至少一个保险元件(2)，所述保险元件设置在心轴(3)中，以及至少一个导向元件(5)，所述导向元件在槽中对保险元件(2)的从心轴(3)伸出的部分沿心轴(3)的纵向方向进行引导。所述至少一个保险元件(2)和所述至少一个包括槽的导向元件(5)在此是防扭转装置。在心轴(3)沿其纵向方向的平移运动中，可以通过保险元件(2)在所述至少一个导向元件(5)的槽中的引导，阻止心轴(3)的旋转。所述至少一个导向元件(5)在此安放在外壳的空隙中并且可以围绕其纵轴线转动。通过开放的旋转自由度，可以实现所述至少一个导向元件(5)的定向，由此在最大可能的面上保证通过保险元件(2)和槽到导向元件(5)中的力引入，并且借此可以减少所述至少一个导向元件(5)的槽和保险元件(2)的磨损。

Description

具有防扭转装置的球螺纹传动装置
技术领域
本发明涉及轴向运动的元件的防扭转装置和具有防扭转装置的球螺纹传动装置，所述球螺纹传动装置尤其是用于使用在自动化的变速箱(AMT)中，以用于将旋转运动转换成平移运动。
背景技术
为了在AMT驱动装置中操纵离合器和挡位，可以使用电驱动的促动器。由电动机产生的旋转的初始运动在此通常首先在一个传动级中传动并且随后转变为平移运动。对于后一个步骤，在实际中经常使用球螺纹传动装置。
所述球螺纹传动装置通常包括具有运行沟槽轮廓的心轴，处于运行沟槽轮廓中的球和螺母，所述螺母借助球以小的摩擦围绕心轴旋转。心轴在此在在运行沟槽轮廓中的球上沿其纵向方向滑动通过螺母的内径。所述螺母此外具有球引回系统，所述球引回系统将球在球基于螺母和心轴的运动从螺母和心轴之间的接触面要运动出来的位置再次引回需要球以用于摩擦减小的位置。换句话说亦即考虑，总是有球处于螺母和心轴之间，以便因此可以确保螺母和心轴之间的尽可能小的摩擦。
此外必须保证，心轴不是通过螺母的旋转一起旋转。这通过心轴的防扭转实现。所述扭防转通常通过在球螺纹传动装置的心轴和外壳之间的形锁合实现。为了实现防扭转，在现有技术中通常将横向栓设置在心轴中，所述横向栓在心轴上沿径向方向伸出并且在与其对应的长形槽中在外壳中沿操纵方向引导。因此心轴可以更确切地说是沿纵向方向运动，然而其旋转自由度通过防扭转装置锁止。
这样的实现当然具有缺点，即，通过公差、不同的摩擦副和不均匀的面压力，产生在保险元件和外壳的槽之间的显著的磨损。在保险元件和外壳之间的小的间隙已经导致，螺母的旋转运动同样导致心轴的小的旋转运动，直至保险元件与外壳的接触阻止心轴的旋转运动。
该过程在现有技术的所述布置结构中导致，保险元件与外壳、更准确地说是与外壳的引导保险元件的槽的侧面的接触面非常小，由此产生不仅槽的侧面而且保险元件的高的磨损。
发明内容
因此本发明的任务是，提供一种解决方案，其减少所述布置结构的磨损并且因此实现所述构件的较长的使用寿命和用于维修活动的较小的费用。
该任务通过按照本发明的主题解决。
按照本发明的防扭转装置具有保险元件，所述保险元件设置在运动元件上，所述运动元件配置用于，沿其纵轴线、亦即沿纵向方向运动并且在此不实施旋转运动。保险元件在此在至少一个位置上从运动元件的表面沿径向方向向外伸出。
此外按照本发明的防扭转装置具有至少一个导向元件，所述导向元件也设有槽。作为槽在此表示的是导向元件中的长形的凹部，所述凹部可以具有任何横截面形状，并且设置用于接纳保险元件。具有槽的所述至少一个导向元件在此这样设置在运动元件的外壳的空隙中，使得所述槽基本上平行于运动元件的纵轴线并且对保险元件的从运动元件的表面伸出的部分在运动元件的纵向运动中进行引导。如果运动元件受到导致运动元件围绕自身的纵轴线旋转的力矩，则该运动通过保险元件在导向元件的槽中的嵌接阻止。此外，所述至少一个导向元件不具有沿槽的纵轴线的开放的自由度，但具有用于围绕平行于槽的纵轴线的轴线的旋转的至少一个开放的自由度。
通过开放的旋转自由度，导向元件可按照运动元件和借此保险元件的旋转通过从保险元件施加的到导向元件上的力在所述导向元件上定向。以这种方式实现，提高在保险元件和导向元件之间的接触面，由此可以减少参与的构件的磨损。
在一种有利的实施形式中并且为了实现具有尽可能小的结构空间的解决方案，保险元件设置在运动元件的端部上或端部区域中。以这种方式，可以避免心轴的沿轴向方向伸出的区段并且总体上阻止所述装置的结构空间的不必要的增大。
此外，在一种有利的实施形式中，导向元件的数量对应于如下位置的数量，在所述位置上，所述至少一个保险元件从运动元件的表面沿径向方向伸出。该实施形式的优点在于，所述至少一个保险元件的每个有助于扭转止动的端部分别具有一个导向元件并且由此可以确保相应的导向元件的优化的定向。另一方面由此保证，仅安装需要的导向元件的数量，这节省加工耗费和费用。
在另一种有利的实施形式中，所述至少一个导向元件的槽垂直于导向元件的纵轴线的横截面具有与垂直于运动元件的纵轴线经过保险元件的伸入导向元件的槽中的部分的横截面相同的形状。在此可以有保险元件的多个位置伸入槽中，以及设置多个保险元件和导向元件。
在本发明的另一种有利的实施形式中，防扭转装置具有至少2个、优选均匀地围绕运动元件设置的导向元件，以便以这种方式将由所述至少一个导向元件要接收的力对于每个导向元件至少减半并且因此减少在每个单独的导向元件中的磨损。
此外，有利的是保险元件作为栓的实施形式。这表示，所述至少一个保险元件垂直于保险元件的纵轴线的横截面在保险元件伸入导向元件的槽中的位置上具有圆形的形状。
在另一种有利的实施形式中，所述至少一个导向元件在其端面上或在其端部上在外壳中可旋转地支承。通过这样的支承，阻止导向元件在外壳中的每一运动，除了围绕如下轴线的旋转，所述轴线通过支座定义并且平行于运动元件的纵轴线延伸。这样的实施方式具有优点，即，在导向元件和外壳之间的摩擦在导向元件在保险元件上的定向中被最小化并且因此可以减少在参与的构件上的磨损。
在本发明的另一种有利的实施形式中，所述至少一个导向元件在外壳的空隙中这样设置，使得导向元件沿其纵向方向的运动在所述一侧上通过到外壳上的止挡部限定并且导向元件沿相反的方向的运动通过保险环阻止，从而沿导向元件的纵向方向的运动都是不可能的。
此外有利的是一种实施形式，在该实施形式中，导向元件垂直于其纵轴线具有对称的、优选圆形的横截面。尤其是通过圆形的横截面，可以保证本发明的小的结构尺寸和简单的实施。
在另一种有利的实施形式中，导向元件和安放导向元件的外壳的空隙具有垂直于导向元件的纵轴线的相同的横截面形状。这样的实施方式因此不需要比按照现有技术的防扭转装置更大的结构空间。
在另一种有利的实施形式中，所述至少一个导向元件的槽具有沿所述槽的纵向方向的对称的横截面。
此外，在一种有利的实施形式中，所述至少一个导向元件的材料和所述至少一个保险元件的材料产生材料副，所述材料副在所述材料之间的摩擦中具有小的磨损和/或小的摩擦阻力。所述至少一个导向元件的材料在此优选由硬的材料、例如硬的钢制成。以这种方式可以避免所述槽和所述至少一个保险元件的提高的磨损并且保证小的维修费用。
此外有利的是本发明的一种实施形式，在该实施形式中，保险元件的端部如此程度地伸入槽中，使得保险元件的与槽的侧面之一在保险元件转动的情况下通过运动元件的转动进入接触的点比导向元件垂直于其纵轴线的横截面的中点进一步远离心轴的表面。
按照本发明的球螺纹传动装置包括具有运行沟槽轮廓和定义的外径的心轴和具有定义的内径的螺母，所述内径略大于心轴的外径。此外所述球螺纹传动装置包含至少两个球，所述球在螺母和心轴之间设置在心轴的运行沟槽轮廓中，以便能够实现心轴和螺母之间的低摩擦的运动。在该布置结构中，当螺母围绕心轴旋转时，心轴沿纵向方向运动。在此，螺母和心轴的纵轴线彼此重叠并且螺母没有沿纵向方向的运动地围绕心轴旋转。
为了阻止心轴的旋转运动，球螺纹传动装置设有按照本发明的防扭转装置，其中，球螺纹传动装置的心轴是防扭转装置的运动元件。因此，设置在心轴上的保险元件以其伸出的端部嵌接到与心轴相对置地设置的导向元件的槽中并且在其中引导。导向元件在此如以上说明的那样设置在心轴的外壳中。
另一个按照本发明的球螺纹传动装置构成以上解释的球螺纹传动装置的运动学方面的反向。在这样的实施形式中，心轴围绕自己的纵轴线旋转，而没有沿轴向方向运动。由此螺母经历轴向的亦即平移运动，为此在该情况下必须阻止其旋转。防扭转装置也因此设置在螺母上，由此所述螺母在球螺纹传动装置中构成防扭转装置的运动元件。包括槽的所述至少一个导向元件因此相对置于螺母地设置在该实施形式的球螺纹传动装置的外壳中，保险元件引导在所述槽中。因此，所述保险元件可以在导向元件的槽中在平移运动中引导并且螺母的旋转被阻止。
附图说明
接着借助附图进一步解释本发明。在图中详细示出：
图1：按照本发明的球螺纹传动装置的一种实施形式的构造的原理简图；
图2：经过图1的实施形式的心轴的保险元件、心轴本身和两个导向元件的横截面视图；
图3：图2的横截面视图的详细视图，以用于示出按照本发明的球螺纹传动装置的工作原理；
图4：图2的另一个详细视图，以用于显示用于导向元件的定向的工作原理；
图5：用于解释具有防扭转装置的按照本发明的球螺纹传动装置的另一种实施形式的示意图。
具体实施方式
图1示出包括按照本发明的防扭转装置的按照本发明的球螺纹传动装置的一种实施形式的构造的原理简图。球螺纹传动装置1的中央的构件构成心轴3和围绕心轴的纵轴线旋转的螺母4。在螺母和心轴之间在此设置球，以便确保螺母4的尽可能低摩擦的旋转。所述球在此在心轴3中在图1中未示出的运行沟槽轮廓中引导。螺母4在其外径上通过球轴承6旋转地支承，从而螺母4围绕心轴3的转动运动是可能的，然而螺母4沿心轴3的纵向方向的运动被阻止。
如果螺母4通过例如电动机(未示出)置于旋转中，则螺母4的旋转运动通过在心轴3的运行沟槽轮廓中引导的球转化为心轴3的平移运动(在图平面中向右或向左)。因为所述球通过螺母4的旋转运动和心轴3的由此引起的平移运动沿运行沟槽轮廓从螺母4和心轴3之间的区域中转移出，所述球必须从所述螺母4的一个端部引回到所述另一个端部上。这通过螺母4内的未示出的并且在现有技术中已知的引回系统发生。
为了阻止心轴3通过螺母4的动态的转动的旋转，需要通过防扭转装置阻止心轴3的转动运动。防扭转装置在图1中示出的实施形式中包括三个构件。一方面在这里应作为运动元件理解的心轴3的端部上设置保险元件2，所述保险元件垂直于心轴3的纵轴线设置。保险元件2此外具有沿垂直于保险元件2的纵轴线的切割方向的圆形的横截面。所述保险元件因此描绘为圆柱形的栓，所述栓垂直于心轴3的纵轴线。此外所述栓以两个端部显著地从心轴3的表面沿径向方向向外伸出。所述栓的端面在该实施形式中作为平面实施。
防扭转装置的其他的两个构件是导向元件5，所述导向元件直接对置地、在图平面中在心轴3之上和之下平行于心轴3的纵轴线设置。如心轴3和保险元件2，导向元件5也具有圆形的横截面并且可以因此作为包括平的端面的圆柱体说明。
在分别朝向心轴3的侧上，两个导向元件5具有槽(在图1中未示出)，所述槽分别接纳保险元件2的端部。所述槽在此这样设置在导向元件5中，使得在心轴3(在图平面中)向左的平移运动情况下，心轴3通过保险元件2在槽中在整个操纵长度Lb上引导并且可以避免心轴3的旋转。此外，槽的横截面形状对应于保险元件2的分别要引导的端部，从而槽的横截面尽可能完全由保险元件2的端部填充，而不会在此妨碍保险元件2沿槽的平移运动。
导向元件5本身分别设置在球螺纹传动装置1的外壳8的空隙中。在此，所述空隙和导向元件5具有垂直于导向元件5的纵轴线的相同的横截面形状。要注意，导向元件5的所述横截面的半径略小于相应的空隙的横截面的半径。沿纵向方向的运动在一侧上通过导向元件5在外壳8上的止挡部(在图平面中右侧)并且在另一侧通过保险环9(在图平面中左侧)限定。因此，导向元件5可以在其空隙中围绕其纵轴线转动，而导向元件沿纵向方向的平移运动是不可能的。
图2示出图1的球螺纹传动装置的实施形式的横截面视图。所述剖面在此在保险元件的高度上延伸，从而示出心轴3、保险元件2和两个导向元件5。在此可看出心轴3和两个导向元件5的圆形的横截面。保险元件2在此以相应的端部嵌接到导向元件5的槽中。心轴和借此保险元件2的运动在该视图中延伸到图平面中或从所述图平面中出来。
图3示出图2的横截面视图的详细视图，其中仅考察下面的导向元件5和心轴3和保险元件2的下面的部分。要指出，为了可以更好地解释本发明的原理，导向元件5的槽比保险元件2的端部显著更大地示出，从而在槽和保险元件2之间可看出明显的间隙。
心轴3并且借此还有保险元件2具有相对于导向元件5微小的扭转角。该扭转角由心轴3的轻微的旋转造成，所述旋转通过转矩Ms引起，所述转矩又通过螺母4的旋转作用到心轴3上。因为槽具有比在槽的区域中的保险元件2更大的横截面，所以保险元件2的端部可以首先在槽中运动。从一定的扭转角开始，保险元件与槽的侧面接触(在示出的状态中)。保险元件2的端部的接触点在此在图平面中处于导向元件5的基本上圆形的横截面的中点之下。这在图3中通过导向元件的横截面的中点和槽与保险元件2间的接触点之间的距离La表征。
在保险元件与导向元件接触之后，现在力矩Ms传递到导向元件5上。因为该导向元件在外壳(在图3中未示出)的空隙中在图平面中可以容易地运动并且尤其是转动，所以保险元件2的力矩Ms导致导向元件5的力矩Mf，这尤其是造成导向元件5在空隙中的转动。
图4示出由于力矩Mf对导向元件5的定向。左边的图示出在图3中已经所述的情况。保险元件2与槽的侧面接触，从而力矩Ms传输到导向元件5上并且引起力矩Mf。该力矩随后导致导向元件5围绕平行于其纵轴线的轴线的旋转。结果是，导向元件5这样定向，使得保险元件2以其处于槽内的整个侧面与槽的侧面处于接触中。
在该位置中，力矩Ms不可以进一步传输到导向元件5上，由此力矩Mf不再作用到导向元件5上。导向元件5的旋转因而停止并且导向元件5达到其终端位置。
在该终端位置中，相比于在左边的图中示出的位置，代替保险元件2和导向元件5之间的点状的接触产生线接触。通过保险元件2的力矩Ms作用的力因此分布到比在图4的左边的图中更大的区域上。
在按照现有技术的常规的解决方案中，如开头说明的，保险元件在球螺纹传动装置的外壳中的槽中引导。按照现有技术的解决方案因此通过图4的左边的图代表。通过导向元件5的定向(参考右边的图)和在保险元件2的较大的支承面上在所述槽的侧面上到导向元件5或外壳(在图4中未示出)中的与此伴随的力引入，可以实现保险元件2和导向元件5之间的较小的磨损并且尽管如此保证心轴的扭转。
图5示出包括防扭转装置的另一个按照本发明的球螺纹传动装置的示意图。在图5中示出的实施形式构成按照图1的实施形式的运动学方面的反向。
驱动装置9通过耦联器10与心轴3连接。所述心轴至少在其环周的一部分上具有运行沟槽轮廓3a并且通过轴承11旋转地支承。螺母4通过在运行沟槽轮廓3a中嵌入的球(未示出)与心轴处于嵌接中。心轴3在此如也在以上说明的实施形式中穿过螺母4，其中，两个构件彼此同轴地取向。螺母此外这样支承，使得其可以实施沿心轴3的纵向方向的平移运动。通过防扭转装置12，阻止螺母4的旋转，所述防扭转装置设置在螺母的两个轴向的端部上。按照本发明的防扭转装置如上说明的包括保险元件2和导向元件5，其中，保险元件2嵌接到导向元件5的槽中。螺母4此外与操纵元件13连接。导向元件和槽如在按照图1的实施形式的球螺纹传动装置中那样与保险元件对置地设置在外壳7的空隙中。
球螺纹传动装置的工作原理如下。如果通过驱动装置9，驱动运动(旋转)通过耦联器10施加到心轴3上，则心轴置于转动运动中。通过螺母4和心轴3之间球实现的形锁合导致，螺母可以沿轴向方向平移运动，而通过防扭转装置12可以阻止螺母4的旋转运动。因此操纵元件可以平行于心轴3的纵轴线运动。
附图标记列表
1球螺纹传动装置
2保险元件
3心轴
3a运行沟槽轮廓
4螺母
5导向元件
6球轴承
7外壳
8保险环
9驱动装置
10离合器
11轴承
12防扭转装置
13操纵元件
Lb操纵长度
Ms作用到心轴上的转矩
Mf作用到导向元件上的转矩

Claims (17)

1.防扭转装置，具有：
至少一个保险元件(2)，所述保险元件设置在运动元件上并且在至少一个位置上从运动元件的表面沿径向方向向外伸出，所述运动元件配置用于没有旋转地沿纵向方向运动；以及
至少一个导向元件(5)，所述导向元件具有槽并且所述导向元件配置用于设置在运动元件的外壳的空隙中，使得所述导向元件的槽基本上平行于运动元件的纵轴线设置，并且所述导向元件对保险元件(2)的伸出的部分在运动元件的纵向运动中在所述导向元件的槽中进行引导，
其中，所述至少一个导向元件(5)构成为，使得所述导向元件不具有沿槽的纵轴线的自由度，但至少具有围绕平行于槽的纵轴线的轴线的旋转自由度。
2.按照权利要求1所述的防扭转装置，其中，导向元件(5)的数量对应于如下位置的数量，在所述位置上，所述至少一个保险元件(2)从运动元件的表面沿径向方向伸出。
3.按照权利要求1或2所述的防扭转装置，其中，导向元件(5)的数量对应于如下位置的数量，在所述位置上，所述至少一个保险元件(2)从运动元件的表面沿径向方向向外伸出。
4.按照权利要求1或2所述的防扭转装置，其中，所述至少一个导向元件(5)的槽的垂直于所述槽的纵向方向的横截面与所述至少一个保险元件(2)的至少一个伸入导向元件(5)的槽中的端部的垂直于运动元件的纵向方向的横截面相同。
5.按照权利要求1或2所述的防扭转装置，其中，在多个导向元件(5)的情况中，所述导向元件在运动元件的环周上均匀地分布。
6.按照权利要求1或2所述的防扭转装置，其中，所述至少一个保险元件(2)的伸入所述至少一个导向元件(5)的槽中的至少一个端部具有垂直于所述至少一个保险元件(2)的纵向方向延伸的圆形的横截面。
7.按照权利要求1或2所述的防扭转装置，其中，所述至少一个导向元件(5)在外壳中在其端部上沿纵向方向支承，其中，所述支承配置用于，能够实现导向元件(5)围绕平行于运动元件的纵轴线的轴线的低摩擦的旋转并且阻止所述至少一个导向元件(5)的每一平移运动。
8.按照权利要求1或2所述的防扭转装置，其中，所述至少一个导向元件(5)垂直于其纵向方向具有对称的横截面。
9.按照权利要求1或2所述的防扭转装置，其中，所述至少一个导向元件(5)和外壳的空隙基本上具有垂直于其纵向方向的相同的横截面形状。
10.按照权利要求1或2所述的防扭转装置，其中，所述至少一个导向元件(5)的材料和所述至少一个保险元件(2)的材料产生材料副，所述材料副在所述材料之间摩擦时具有小的磨损和/或小的摩擦阻力，其中，所述至少一个导向元件(5)的材料是硬的材料。
11.按照权利要求1或2所述的防扭转装置，其中，所述外壳至少包围运动元件并且用作为壳体，其中，所述至少一个导向元件(5)在外壳中设置成，使得所述导向元件在一侧上抵靠在外壳上并且在另一侧上以保险环固定，从而沿导向元件(5)的纵向方向的运动是不可能的。
12.按照权利要求1或2所述的防扭转装置，其中，所述至少一个导向元件(5)的槽具有沿槽的纵向方向的对称的横截面。
13.按照权利要求1或2所述的防扭转装置，其中，保险元件(2)在所述至少一个位置上如此程度地伸入所述至少一个导向元件(5)的槽中，使得所述至少一个保险元件(2)的与槽的侧面之一在保险元件(2)转动中与槽进入接触的点比导向元件(5)的横截面的中点进一步远离运动元件的表面。
14.按照权利要求8所述的防扭转装置，其中，所述至少一个导向元件(5)垂直于其纵向方向具有圆形的横截面。
15.按照权利要求10所述的防扭转装置，其中，所述至少一个导向元件(5)的材料是钢。
16.具有防扭转装置的球螺纹传动装置，包括：
具有运行沟槽轮廓和定义的外径的心轴(3)；
具有定义的内径的螺母(4)，所述内径略大于心轴(3)的外径；
至少两个球，所述球在螺母(4)和心轴(3)之间设置在心轴的运行沟槽轮廓中并且配置用于实现心轴(3)沿螺母(4)的纵向方向的低摩擦的运动，其中，螺母(4)的内径的中轴线和心轴(3)的外径的中轴线重叠，并且螺母(4)配置用于没有沿纵向方向的运动地围绕心轴(3)旋转，并且心轴(3)配置用于没有旋转地沿纵向方向运动；以及
按照权利要求1至15之一所述的防扭转装置，其中，球螺纹传动装置的心轴(3)配置用于作为防扭转装置的运动元件起作用。
17.具有防扭转装置的球螺纹传动装置，包括：
具有运行沟槽轮廓和定义的外径的心轴(3)；
具有定义的内径的螺母(4)，所述内径略大于心轴(3)的外径；
至少两个球，所述球在螺母(4)和心轴(3)之间设置在心轴的运行沟槽轮廓中并且配置用于实现心轴(3)沿螺母(4)的纵向方向的低摩擦的运动，其中，螺母(4)的内径的中轴线和心轴(3)的外径的中轴线重叠，并且螺母(4)配置用于没有围绕心轴(3)的旋转地沿心轴的纵向方向运动，并且心轴(3)配置用于没有沿其纵向方向的运动地在螺母(4)中旋转；以及
按照上述权利要求1至15之一所述的防扭转装置；其中
球螺纹传动装置的螺母(4)配置用于作为防扭转装置的运动元件起作用。
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