CN114080344B - 具有枢转摆式轴承组件的机电式动力转向系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种机电式动力转向系统，该机电式动力转向系统包括具有马达轴的电动伺服马达，该电动伺服马达驱动与斜齿轮(4)啮合的轴(2)，轴(2)布置在齿轮箱壳体(8)中并且安装在具有滚子轴承(9)的轴承组件(7)中用于绕旋转轴线(100)旋转，机电式动力转向系统包括预加载装置(18)，预加载装置(18)使轴承组件(7)的可移动轴承元件弹性地预加载抵靠变速器壳体(8)，以便设定斜齿轮(4)与轴(2)之间的接合的间隙，齿轮箱壳体(8)包括具有第一接触面(33)和第二接触面(32)的壳体部分(16)，第一接触面(33)和第二接触面(32)的法线不相交，轴承组件(7)具有用于滚子轴承(9)的轴承承载件(13)，该轴承承载件形成可移动轴承元件并且具有杠杆臂(19)，该杠杆臂从轴承承载件(13)的主体(24)延伸并且具有自由端部(21)，该自由端部以第二接触区域(34)在第二接触面(32)处抵靠齿轮箱壳体(8)，轴承承载件(13)在其主体(24)上具有偏心凸轮(14)，该偏心凸轮以第一接触区域(35)在第一接触面(33)处抵靠壳体(8)。

Description

具有枢转摆式轴承组件的机电式动力转向系统
技术领域
本发明涉及机电式动力转向系统。
背景技术
在机电式动力转向系统中，通过电动马达而产生扭矩，该扭矩被传递至齿轮箱并且在齿轮箱中与由驾驶员所提供的转向扭矩叠加。
一般的机电式动力转向系统具有电动伺服马达，该电动伺服马达对与布置在转向轴上的蜗轮相啮合的蜗杆轴进行驱动，其中，蜗轮操作性地连接至转向齿轮箱的输入轴，并且其中，蜗杆轴和转向轴以可旋转的方式安装在共用齿轮箱壳体中。
蜗杆齿轮箱的安装应该理想地没有间隙，以避免声学问题、比如偏转敲击或嘎嘎作响。然而，与此同时，必须能够保证间隙，以便能够补偿公差和环境影响、比如湿度、温度等的变化。然而，相反，不能对齿部施加过大的预张紧力，否则起动扭矩和相关联的磨损将变得过大。由于蜗轮和蜗杆轴的齿部中的角度，以及蜗杆的安装件，蜗杆轴的轴承上产生不对称载荷。随着时间的推移，这些会导致部件磨损，因此在齿部中的间隙会继续增加。已经证明，在组装期间将间隙调整到零是不够的。在齿部中增加间隙会导致声学问题。
第一和未经审查的公开文献DE 10 2014 110 306 A1公开了一种蜗杆轴，该蜗杆轴在其马达远端端部以可旋转的方式安装在轴承中，该轴承被接纳在安装件中，形成轴承的外部分的轴承圈以旋转固定方式附接在该安装件中。安装件以可移位的方式安装在蜗轮齿轮箱中，使得轴承圈可以在朝着蜗轮的齿部的方向上移动，由此，蜗杆轴可以被预张紧成以无间隙的方式与蜗轮啮合。例如，接合在安装件上并将蜗杆轴在无间隙的情况下以弹性的方式压靠蜗轮的齿部的弹簧可以作为预张紧元件。此外，安装件通过构造枢转轴的销以可枢转的方式安装在齿轮箱壳体中。
发明内容
本发明的目的是提出一种具有螺旋齿轮箱、特别是蜗杆齿轮箱的机电式动力转向系统，在该系统中可以长期有效地降低噪声和间隙。
该目的通过本发明的机电式动力转向系统来实现。
因此，提供了一种具有电动伺服马达的机电式动力转向系统，电动伺服马达具有马达轴并且驱动与斜齿轮啮合的轴，其中，轴设置在齿轮箱壳体中并且安装在具有滚子轴承的轴承组件中，以便能够绕旋转轴线旋转，机电式动力转向系统包括预张紧装置，预张紧装置使轴承组件的可移动轴承元件相对于齿轮箱壳体弹性地预张紧以用于调节斜齿轮与轴之间的接合中的间隙，其中，齿轮箱壳体具有壳体部分，壳体部分具有第一接触面和第二接触面，其中，轴承组件具有用于滚子轴承的轴承支承件，轴承支承件形成可移动轴承元件并且具有杠杆臂，杠杆臂具有自由端部，杠杆臂从轴承支承件的主体延伸并且在齿轮箱壳体上在第二接触区域中抵靠在第二接触面上。此外，轴承支承件在轴承支承件的主体上具有偏心凸轮，偏心凸轮在壳体上在第一接触区域中抵靠在第一接触面上。第一接触面的法线和第二接触面的法线可以在一个或更多个空间方向上具有代数符号变化。还可以想到并且可能的是，两个接触面将构造为接触点。因此，优选地，轴承支承件仅经由接触面与壳体接触。轴承组件可以设置在马达近端端部上，并且优选地设置在轴的马达远端端部上。
由于齿轮箱壳体上的轴承支承件的不对称两点支承，使得轴承组件即使在全部载荷条件下也是无间隙的，使得可以有效地降低噪音。优选地，轴承支承件由一个工件、例如由注射模制塑料部件一体地构造。
齿轮箱壳体的形成第一接触面和第二接触面的部分优选地构造为具有平坦面的楔形形状。该部分可以构造成能够进行移动，以防止阻挡轴的移动。
有利的是，第一接触区域和第二接触区域位于垂直于旋转轴线的共用平面中。
杠杆臂在杠杆臂的自由端部上优选地具有突出部，该突出部在纵向方向上延伸、被弹性地支承在齿轮箱壳体上并且抵靠在壳体部分的第二接触面上。
在一个有利的实施方式中，在突出部与轴承支承件的主体之间构造有空隙，齿轮箱壳体的形成第一接触面和第二接触面的壳体部分被接纳在所述空隙中。
滚子轴承优选地被轴承支承件的主体同心地围绕，并且轴承支承件在主体的中心开口中具有用于滚子轴承的座，该座由开口中的肩部构造。
有利的是，保持在壳体中的弹簧元件压在杠杆臂的自由端部上以用于使壳体中的轴弹性地预张紧。优选地提供刚性制动器、例如壳体的接触面或与预张紧的弹簧元件相互作用的压装销。还可以想到并且可能的是，借助于弹簧预张紧销来实现壳体中的轴的弹性预张紧。优选地，杠杆臂的突出部借助于销被支承在齿轮箱壳体上。
为了保证良好的调节可能性，偏心凸轮优选地相对于轴的旋转轴线在10°到100°之间的范围内的扇区上延伸。
偏心凸轮优选地具有凸起部，凸起部在周向方向上不对称地延伸并且在纵向方向上一致或特别地优选地是凸的或弯曲的，为了补偿公差，所述凸起部在横截面上的曲率半径小于或大于轴承座的半径。当要检查接触点的位置时，曲率半径应选择较小，而为了使接触压力最小应选择较大的曲率半径。纵向方向由轴的旋转轴线的方向限定。
偏心凸轮优选地定形状成使得在滚子轴承的轴承外圈绕旋转轴线运动时，轴承外圈远离(第一接触面的)壳体部分或朝向后者移动以用于调节斜齿轮与轴之间的接合中的间隙。
为了确保轴承组件的长的使用寿命，齿轮箱壳体的第一接触面和/或第二接触面具有比轴承支承件的刚度高的刚度。
为了能够吸收不对称力，第一接触区域与第二接触区域之间的相对于旋转轴线在周向方向上的角度间距在20°至50°之间，并且特别地优选地在30°至40°之间。
在一个实施方式中，斜齿轮是蜗轮并且轴是蜗杆轴。
附图说明
下面将借助于附图来描述本发明的示例性实施方式。相同的部件或具有相同功能的部件具有相同的附图标记。在附图中：
图1示出了机电式动力转向系统的齿轮箱的三维图；
图2示出了图1中所示的齿轮箱的另一三维图；
图3示出了蜗轮与齿轮箱的蜗杆轴之间的接合的三维图；
图4示出了在轴承的高度水平处穿过蜗杆轴的横截面；
图5示出了轴承的部件的三维视图；以及
图6示出了轴承的操作模式的示意图。
具体实施方式
在图1至图3中示出了机动车辆的机电式动力转向系统的齿轮箱1。机电式动力转向系统设置成在转向运动期间辅助驾驶员。机电式动力转向系统除了齿轮箱外，还具有电动马达或伺服马达150。伺服单元可以设置为转向柱上的叠置的转向机构，或者设置为小齿轮或齿条上的辅助动力支承装置。
伺服马达驱动蜗杆轴2，该蜗杆轴2的蜗杆3与蜗轮4接合，蜗轮4以在旋转方面固定的方式连接至下部转向轴5或小齿轮。当电动马达150操作时，蜗杆轴2被驱动并且蜗杆3和蜗轮4以对应的方式进行旋转，以便为下部转向轴5提供旋转支承或将辅助力矩直接引入到小齿轮中。
蜗杆轴2在其自由端部6处被安装在围绕齿轮箱的齿轮箱壳体8中的轴承组件7中。
在图4中详细示出了轴承组件7。所述轴承组件7具有滚子轴承9，该滚子轴承9被设计为滚珠轴承并且允许蜗杆轴2的旋转轴线相对于齿轮箱壳体8的略微轴向运动和变化。滚子轴承9具有内圈10、滚动元件11和外圈12。滚动元件11在内圈10与外圈12之间的凹槽中运行。外圈12被接纳在轴承支承件13的轴承座中。轴承支承件13围绕周长上的外支架。轴承支承件13具有偏心凸轮14。偏心凸轮14构造在轴承支承件13的周向面上，并且具有在周向方向上不对称地延伸且在纵向方向上一致的凸起部15，所述凸起部15在横截面上的曲率半径小于或大于轴承座的半径。偏心凸轮14在相对于蜗杆轴2的旋转轴线100的20°至100°之间的范围内的扇区上延伸。偏心凸轮14通过其周向面被支承在壳体部分16上。该壳体部分16优选地以楔形的形状形成，并且具有平坦平面17，偏心凸轮14可以在该平坦平面17上上下滚动或沿其滑动，特别是当偏心凸轮形成滑动支承点时。当轴承外圈12围绕旋转轴线100移动时，如箭头示意性所示，轴承外圈12远离或朝向壳体部分16移动，从而根据旋转方向增大或减小蜗轮4与蜗杆轴2之间的接合中的间隙。然而，特别有利的是，将不存在轴承外圈12的运动，或者只有略微的、可容许的运动，这增加了两个接触面32、33之间的距离。壳体部分16优选地具有比偏心凸轮14更高的刚度，使得壳体8不会被在平面17上滚动的偏心凸轮14损坏。
此外，轴承支承件13具有预张紧装置18，该预张紧装置18具有杠杆臂19。杠杆臂19构造为具有自由端部21的臂20。后者从轴承支承件13的周向面沿径向方向向着旋转轴线100延伸。轴承支承件13在杠杆臂19的自由端部21处同样被支承在齿轮箱壳体8上。为此，保持在壳体8中的弹簧预张紧销22压在自由端部21上。蜗杆轴2相对于蜗轮4的位置能够借助于预张紧装置18调节。根据由销22上的预张紧装置18的弹簧23施加的力，偏心凸轮14在齿轮箱壳体8的壳体内壁向上或向下滑动。
由于轴承支承件13在齿轮箱壳体8上的两点支承，轴承组件7即使在所有载荷情况下也是无间隙的，使得可以有效地降低噪音。
图5和图6示出了轴承支承件13的细节。轴承支承件13具有大致筒形的主体24，该主体24被圆形开口25穿透，在该圆形开口25中，在内部设置了周向肩部26，该周向肩部形成纵向方向上的环形接触面27作为用于滚子轴承的座。偏心凸轮14设置在主体24的外部上，并且在纵向方向上在轴承支承件13的整个高度上延伸。杠杆臂19同样设置在主体24的外部上，以便在周向方向上与偏心凸轮14偏移。杠杆臂19在纵向方向上仅在主体24的高度的一部分上延伸。在杠杆臂19的上侧部28和与所述上侧部28平行的主体24的端侧部29之间设置间距。杠杆臂19在其自由端部21处具有突出部30。突出部30在纵向方向上从自由端部21的上侧部延伸，使得在主体24的周向侧部与突出部30面向主体的内侧部之间形成空隙31。楔形形状的壳体部分被接纳在该空隙中，如图4中所示。弹簧元件23与杠杆臂19的突出部30接触。杠杆臂19的突出部30的运动在楔形形状的壳体部分上被引导。突出部30与楔形形状的壳体部分的第一侧部32接触。偏心凸轮14抵靠楔形形状的壳体部分的与第一侧部32相反的第二侧部33。楔形形状的壳体部分因此构造两个接触面32、33，每个接触面具有接触点34、35或用于轴承支承件13的接触面。轴承支承件13在其背离蜗杆轴的一侧上具有平坦平面。
图6示意性地示出了在没有作用在蜗杆轴上的外力的情况下齿轮箱1在组装后的接触面32、33的布置。蜗杆轴(未图示)在y方向上位于示意性图示的蜗轮4的上方。x轴垂直于y轴并垂直于蜗杆轴的旋转轴线100延伸。坐标系的原点位于轴承支承件13的穿透开口25的中心或轴承支承件13的主体24的中心，并且因此位于旋转轴线100上。接触面32、33在z方向上位于共用平面中。
齿轮箱壳体上的从中心开始的偏心凸轮14的接触点35或接触区域分别具有与x轴的角度间距α。齿轮箱壳体的在该第一接触点35上的接触面33(切线)相对于y轴成角度δ延伸，并且具有与y轴的间距d1。齿轮箱壳体上的从中心开始的杠杆臂19的接触点34或接触区域分别具有与x轴的角度间距β。齿轮箱壳体的在该第二接触点34上的接触面32(切线)相对于中心与第二接触点34之间的连接线的垂直线在第二接触点34上成γ角度延伸。中心与第二接触点34之间的间距定义为d2。弹簧23具有弹簧力F1。预张紧装置具有间隙d3。
接触面的几何形状(角度和间距)以及接触点和接触面的摩擦系数可以选择成：不可能提升蜗杆(调节器)(γ<0)、或者只能利用非常大的力才能提升、或者已经可以利用小的力提升。该构型可以用径向作用于齿部的小的接触力(被动操作/起动扭矩)操作。
理论上也能够以点状方式构造的两个接触面32、33被偏移设置，以便相互偏移并且能够补偿不对称的齿部力，因此也能够降低噪声。
角度δ可以用于调节蜗杆轴两个旋转方向之间的力平衡。
在一个有利实施方式中，角度α和角度δ为0°。角度β约为35°，并且角度γ约为9°。为了克服摩擦力，必须选择相对较大的角度γ。在无摩擦的情况下，角度γ在0.5°到2.5°的范围内，特别是在1°与2°之间的范围内。在第二接触区域34中存在摩擦的情况下，角度γ在7°与13°之间的范围内。在有利实施方式中，摩擦系数约为0.1。间距d1约为16mm，并且间距d2约为22mm。弹簧力优选为5N。将预张紧装置中的间隙d3设置为0.2mm。剩余的接触中不存在间隙。从中心开始的接触点34、35的半径至少为7mm。
可以通过可移动壳体部分提供其他调节选项。位于两个接触点之间的壳体的特别是楔形形状的部分可以防止蜗杆轴由于在y方向上屈服而锁定。
可以将接触点设置成使得在轴承支承件相对于蜗杆轴移动之前需要较大的力。为了保持尽可能低的起动扭矩，可以在杠杆臂突出部与壳体之间的第二接触点34上提供弹簧动作。
上述轴承支承件具有特别简单的构型，并且与预张紧装置共同构造在单个部件中、优选地构造成与所述预张紧装置结合成一体。由于具有类似调整器的特性，轴承支承件的功能可以在齿轮箱的使用寿命内实现。此外，齿轮箱中的磨损还可以得到补偿。

Claims (14)

1.一种具有电动伺服马达(150)的机电式动力转向系统，所述电动伺服马达(150)具有马达轴并且驱动与斜齿轮(4)啮合的轴(2)，其中，所述轴(2)设置在齿轮箱壳体(8)中并且安装在具有滚子轴承(9)的轴承组件(7)中，以便能够绕旋转轴线(100)旋转，所述机电式动力转向系统包括预张紧装置(18)，所述预张紧装置(18)使所述轴承组件(7)的可移动轴承元件相对于所述齿轮箱壳体(8)弹性地预张紧以用于调节所述斜齿轮(4)与所述轴(2)之间的接合的间隙，其特征在于，所述齿轮箱壳体(8)具有壳体部分(16)，所述壳体部分(16)具有第一接触面(33)和第二接触面(32)，其中，所述轴承组件(7)具有用于所述滚子轴承(9)的轴承支承件(13)，所述轴承支承件(13)形成所述可移动轴承元件并且具有杠杆臂(19)，所述杠杆臂(19)具有自由端部(21)、从所述轴承支承件(13)的主体(24)延伸并且在所述齿轮箱壳体(8)上在第二接触区域(34)中抵靠在所述第二接触面(32)上，其中，所述轴承支承件(13)在所述轴承支承件(13)的所述主体(24)上具有偏心凸轮(14)，所述偏心凸轮(14)在所述齿轮箱壳体(8)上在第一接触区域(35)中抵靠在所述第一接触面(33)上。
2.根据权利要求1所述的机电式动力转向系统，其特征在于，所述齿轮箱壳体(8)的形成所述第一接触面(33)和所述第二接触面(32)的所述壳体部分(16)构造为具有平坦侧部(17)的楔形形状。
3.根据权利要求1或2所述的机电式动力转向系统，其特征在于，所述第一接触区域(35)和所述第二接触区域(34)位于垂直于所述旋转轴线(100)的共用平面中。
4.根据前述权利要求1-2中的一项所述的机电式动力转向系统，其特征在于，所述杠杆臂(19)在所述杠杆臂(19)的所述自由端部(21)上具有突出部(30)，所述突出部(30)在纵向方向上延伸、被弹性地支承在所述齿轮箱壳体(8)上并且抵靠在所述第二接触面(32)上。
5.根据权利要求4所述的机电式动力转向系统，其特征在于，在所述突出部(30)与所述轴承支承件(13)的所述主体(24)之间构造有空隙(31)，所述齿轮箱壳体(8)的形成所述第一接触面(33)和所述第二接触面(32)的所述壳体部分(16)被接纳在所述空隙(31)中。
6.根据前述权利要求1-2中的一项所述的机电式动力转向系统，其特征在于，所述滚子轴承(9)被所述轴承支承件(13)的所述主体(24)同心地围绕，并且所述轴承支承件(13)在所述主体(24)的中心开口(25)中具有用于所述滚子轴承(9)的座，所述座由所述开口(25)中的肩部(26)构造。
7.根据前述权利要求1-2中的一项所述的机电式动力转向系统，其特征在于，保持在所述齿轮箱壳体(8)中的弹簧元件(23)压在所述杠杆臂(19)的所述自由端部(21)上以用于使所述齿轮箱壳体(8)中的蜗杆(3)弹性地预张紧。
8.根据前述权利要求1-2中的一项所述的机电式动力转向系统，其特征在于，所述偏心凸轮(14)相对于所述轴(2)的所述旋转轴线(100)在10°至100°之间的范围内的扇区上延伸。
9.根据前述权利要求1-2中的一项所述的机电式动力转向系统，其特征在于，所述偏心凸轮(14)具有凸起部(15)，所述凸起部(15)在周向方向上不对称地延伸并且在纵向方向上一致，所述凸起部(15)在横截面上的曲率半径小于所述轴承的座的半径。
10.根据前述权利要求1-2中的一项所述的机电式动力转向系统，其特征在于，所述偏心凸轮(14)定形状成在所述滚子轴承(9)的轴承外圈(12)绕所述旋转轴线(100)运动时，所述轴承外圈(12)远离所述壳体部分(16)或朝向所述壳体部分(16)移动以用于调节所述斜齿轮(4)与所述轴(2)之间的接合中的间隙。
11.根据前述权利要求1-2中的一项所述的机电式动力转向系统，其特征在于，所述齿轮箱壳体(8)的所述第一接触面(33)和/或所述第二接触面(32)具有比所述轴承支承件(13)的刚度更高的刚度。
12.根据前述权利要求1-2中的一项所述的机电式动力转向系统，其特征在于，所述第一接触区域(35)与所述第二接触区域(34)之间的相对于所述旋转轴线(100)在周向方向上的角度间距在20°至50°之间。
13.根据前述权利要求12所述的机电式动力转向系统，其特征在于，所述第一接触区域(35)与所述第二接触区域(34)之间的相对于所述旋转轴线(100)在周向方向上的角度间距在30°至40°之间。
14.根据前述权利要求1-2中的一项所述的机电式动力转向系统，其特征在于，所述斜齿轮是蜗轮，并且所述轴是蜗杆轴。
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