CN117267329A - 线性致动器和转向系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种线性致动器(1)以及带有这种线性致动器(1)的转向系统(10)。线性致动器(1)具有壳体(20)和布置在壳体(20)中的线性单元(30)。按照本发明，线性单元(30)的、特别是在壳体(20)中能沿轴向位移的丝杠(40)通过其两个轴向端部(41a、41b)沿径向支撑在壳体(20)上。

Description

线性致动器和转向系统
技术领域
本发明涉及一种线性致动器和一种转向系统。
背景技术
线性运动、例如用于操控机器部件的运动，可以借助于线性致动器产生。这种线性致动器例如可具有线性单元，通过线性单元可以将马达轴的旋转运动转换成平移运动。另一种已知类型的线性致动器是液压缸。
具有线性单元的机电式线性致动器，与液压缸相比，在效率、刚性和可定位性等方面具有优势。此外，这种线性致动器可以在无液压油或无油的情况下操作。然而，线性单元需要一定的结构空间，因此，具有线性单元的线性致动器通常比液压缸的总长度与行程之比(简而言之：行程-长度比)更差。因此，在对结构空间要求苛刻的应用中使用的液压缸，例如叉车、拖拉机和飞机拖拉机等车辆，升降工作平台或人员升降机，农业机械或其他移动应用，不能被机电式线性致动器所取代。
发明内容
本发明的任务是提供一种改进的、带有线性单元的线性致动器和改进的转向系统，特别是一种具有大行程的紧凑型线性致动器和紧凑型转向系统。
该任务通过按照独立权利要求所述的线性致动器和转向系统来解决。
优选实施方式是从属权利要求和以下描述的主题。
按照本发明的第一方面，线性致动器，特别是用于转向系统的线性致动器，具有壳体和布置在壳体内的线性单元。按照本发明，线性单元的、特别是在壳体中能沿轴向位移的丝杠通过其两个轴向端部沿径向支撑在壳体上。
本发明的一方面是基于通过下述方式构造线性单元的丝杠的手段，使丝杠在轴向运动时可径向支撑在相应的线性致动器的壳体上。特别是，壳体可设置用于引导丝杠的轴向运动，并吸收任何可能影响线性单元寿命的横向负荷。丝杠得当地可在其两个轴向端部、即沿其外周与壳体径向接触。例如，壳体可具有至少一个管状区段，丝杠被轴向可移动地支承、特别是滑动支承在管状区段中。在这种情况下，丝杠可以径向接触管状区段的内侧。这样的管状设计允许使用标准密封环进行良好的密封。然而原则上，其他设计也是可以设想的，如有角度的、扁平的和/或有凹槽的，以实现抗旋转。在这种情况下，也可以使用波纹管实现密封。在任何情况下，当丝杠相对于壳体轴向移动时，丝杠支撑在壳体上的区域可以变动。
丝杠在壳体上的直接径向支撑可显著减少线性致动器所需的结构空间。在传统的带有线性单元的线性致动器中，丝杠通常间接地通过推管或推杆被引导穿过壳体中的两个相对置的开口，与其相比，丝杠的行程可以通过在壳体上的直接径向支撑来增加。因此，能够实现更大的行程-长度比。
本发明的优选实施方案及其进一步方案描述如下。除非明确排除，否则这些实施方案可分别任意相互结合，并与下文所述的本发明的各个方面结合。
在一优选的实施方案中，线性单元构造成滚珠螺杆驱动。与传统的螺杆驱动相比，可以减少摩擦和磨损、以及起动力矩(滑粘行为)。
替代地，也可以设想把线性单元设计成滚柱螺杆驱动，特别是行星滚柱螺杆驱动，或者设计成滑动丝杠。通过这种方式，可以实现高负载能力。
在另一优选的实施方案中，丝杠特别是在任何轴向位置、即任何时候都完全布置在壳体内。特别是，线性致动器不具有任何与丝杠刚性连接的、在丝杠轴向移动时会移出或移入壳体的构件。例如，没有紧固到丝杠的轴向端部的、将丝杠的轴向运动带出壳体的推管。这使得线性致动器的尤其紧凑的构型成为可能并易于集成，例如集成在带有转向臂的转向系统中。
在另一优选的实施方案中，丝杠在其轴向端部处的直径大于其两个轴向端部之间的区段的直径。特别是，丝杠在其轴向端部处的直径可大于丝杠与丝杠螺母相互作用的螺纹区段的直径。由此，丝杠能够在壳体内可靠地进行轴向引导。例如，可以通过这种方式稳定丝杠在壳体中的定向。
例如，丝杠的每个轴向端部都可具有一支撑装置，用于径向支撑在壳体上。支撑装置得当地基本上构造为圆柱形，以便其外表面可以沿着壳体内壁滑动。然而替代地，为了实现抗旋转，也可以设想有角度的和/或扁平的形状。在这方面，支撑装置也可具有凹槽或与壳体的凹槽相接合的导轨。
在另一优选的实施方案中，丝杠在其每个轴向端部都具有一紧固装置，用于紧固负载传输机构。借助于负载传输装置，能够得当地将丝杠的运动从壳体传递到壳体外的构件。通过在丝杠的轴向端部的紧固装置能使负载传输机构在丝杠相应移动时以节省空间的方式与壳体接合。
紧固装置例如可构造成叉形头。由此，负载传输机构能够在需要时以低成本的方式被紧固或松开，并且必要时还可以进行更换。
在另一优选的实施方案中，支撑装置和/或紧固装置都具有螺纹销。支撑装置和/或紧固装置通过螺纹销被得当地拧入丝杠主体。这可以简化线性致动器的装配，并允许在出现磨损或故障的情况下，以较低的成本更换支撑装置和/或紧固装置。
替代地也可设想的是，支撑装置和/或紧固装置与丝杠主体是一体制造的，即形成一个构件(该丝杠)。那么，支撑装置和/或紧固装置可对应于丝杠的支撑区段或紧固区段。换言之，丝杠在其每个轴向端部都可具有支撑区段和/或紧固区段，在支撑区段和/或紧固区段中，丝杠被支撑在壳体上或者能连接到力传递机构。
在另一优选的实施方案中，丝杠在其每个轴向端部的区域中具有独立的滑动区段和独立的密封区段。这意味着，滑动区段与密封区段是分开设置的。这样能够通过减少摩擦和节省润滑剂，可以有效地、特别是节能和节省资源地使用线性致动器。
为了确保丝杠的轴向引导，滑动区段被得当地设置为将径向力从丝杠传递到壳体，或反之亦然。
密封区段得当地设置为对线性致动器进行密封，例如防止润滑剂从壳体中流出。在密封区段，丝杠得当地相应具有密封机构、例如O型环和/或刮刀。为了在滑动区段实现径向的力传递，密封机构优选地是可变形的。
为了进一步减少丝杠轴向运动时的摩擦，优选地在每个滑动区段中，至少两个沿周向延伸的滑动导向带相邻地布置。这些滑动导向带例如可由聚甲醛(POM)制成。借助于两条这样的带，即使其中一条带失效，例如由于疲劳断裂，也能保持该滑动区段的功能。
在另一优选的实施方案中，丝杠在其每个轴向端部都具有至少一个接触面，用于限制丝杠的行程，即行程范围。通过这些接触面，轴向端部可在相应的止挡面处止挡，以禁止丝杠的进一步轴向移动。通过这样的接触面，可尤其精确和可靠地设定丝杠的最大允许行程、例如相对于壳体的最大允许行程。
例如可设想的是，两个接触面相互面对并被设置为对线性单元的丝杠螺母进行止挡。通过这样的接触面，可以防止丝杠无意中移动穿过丝杠螺母。
替代地或除此以外，两个接触面可相互背对。在这种情况下，壳体得当地在两个轴向相对置的端部处分别具有突缘。那么，这两个接触面可以被设置成在突缘处进行止挡。通过这样的接触面，可以防止丝杠无意中移动穿过壳体的开口。
突缘得当地在壳体中形成开口，通过这些开口可以从壳体外部接触丝杠，例如丝杠能连接到力传递机构。
在另一优选的实施方式中，壳体具有两个轴向的相对置的开口，通过这些开口能将力传递机构引入壳体，力传递机构用于联接到丝杠的每个轴向端部。换言之，通过这些开口可以从壳体外部接触丝杠，例如丝杠能连接到力传递机构。
这些开口得当地由突缘形成，特别通过由它们限定。由此可以节省用于限制行程的专用构件。
在另一优选的实施方案中，线性致动器被构造成双作用的线性致动器。特别是，丝杠可构造成双作用的丝杠。本文的术语“双作用”是指双侧的作用。换言之，线性致动器或丝杠可以在两个相反的侧起作用，即例如在两个相反的侧施加力。
在另一优选的实施方案中，丝杠在其轴向端部具有与壳体共同作用的抗旋转部。例如，轴向端部构造成有角度的、如长方形或多边形，扁平的或椭圆形。替代地或除此以外，一个或两个端部可具有凹槽或导轨。壳体得当地采用互补方式构造，特别是在壳体内壁的区域中，壳体引导丝杠的轴向运动并吸收横向负荷。通过抗旋转部可防止作用在丝杠上的驱动扭矩例如传递到转向系统的轴线上。
按照本发明的第二方面的转向系统尤其可构造成转向节转向系统。在该转向系统中，两个转向横拉杆被得当地连接到按照本发明的第一方面的线性致动器的丝杠上。由此使得转向横拉杆可被精确地定位，并同时沿长的行程范围移动。这种类型的转向系统可具有结构紧凑的设计，并且可在无液压油或无油的情况下操作。
附图说明
以下根据附图进一步阐述本发明。只要合乎目的，本文中相同作用的元件标以相同的附图标记。本发明不受限于附图所示的实施例，在功能特征方面也不受此限制。前文的描述以及下文的附图描述包含许多特征，其中部分特征以多种组合的形式概括地反映在从属权利要求中。然而，技术人员也会单独考虑这些特征以及上文和下文的附图描述中公开的所有其他特征，并将它们组合起来形成有用的进一步组合。特别是，上述所有特征都可以各自单独组合并且与按照本发明第一方面的线性致动器以及按照本发明第二方面的转向系统进行任何适当的组合。
在附图中至少部分示意性地示出：
图1示出现有技术中的线性致动器的示例；
图2是带有丝杠的线性致动器的示例，丝杠在其两个轴向端部径向支撑在壳体上；
图3示出丝杠的轴向端部的示例；和
图4示出转向系统的示例。
具体实施方式
图1示出现有技术中的线性致动器60的示例。线性致动器60具有壳体61和布置在壳体中的线性单元62，线性单元带有丝杠63和丝杠螺母64。推管66a、66b紧固到丝杠63的轴向端部65a、65b，通过推管将丝杠63的轴向运动带出壳体61。为此，推管66a、66b通过开口67a、67b从壳体61的两侧伸出。
丝杠63通过推管66a、66b，即间接地或非直接地径向支撑在壳体61上。特别是，丝杠63通过推管66a、66b在推管在开口67a、67b的区域中与壳体接触的地方径向支撑。
在这种情况下，丝杠63和推管66a、66b各自具有基本相同的长度L。壳体61具有基本上两倍于丝杠63或推管66a、66b的长度2L。由此，其中一个推管66a、66b几乎完全移出壳体61，而另一个推管66b、66a基本上完全消失在壳体61中。因此，线性致动器60的总长度总是约为3L(如果有必要的话，丝杠63也被设计得稍长一些，以考虑到丝杠螺母64的轴向膨胀)。因此，行程-长度比约为L/3L＝1/3。
图2示出带有壳体20的线性致动器1的和布置在壳体20中的线性致动器1的示例。线性单元30具有丝杠40和丝杠螺母31，丝杠螺母可马达2驱动。为了在马达2和丝杠螺母31之间实现驱动连接，可设有传动机构3，特别是一个或多个齿形带、正齿轮、伞齿轮、蜗轮、准双曲面齿轮和/或类似的齿轮，特别是它们的组合。丝杠40沿轴向可移动地支承在壳体20中，并且丝杠通过其两个轴向端部41a、41b沿径向、即垂直于丝杠的运动方向支撑在壳体20上。
为此，丝杠40除了具有丝杠主体42外，优选地还具有两个支撑装置43a、43b。在这种情况下，各个支撑装置43a、43b分别布置在两个轴向端部41a、41b中的一个上。支撑装置43a、43b优选构造为圆柱形，并具有比丝杠主体42更大的周长。支撑装置43a、43b的周面44a、44b得当地在相应构造的壳体内表面21上与壳体20滑动接触。在这种情况下，壳体内表面21可由至少一个管状的壳体区段形成，该壳体区段得当地构造成穿过壳体20的通孔24。
为了限制丝杠40的行程，支撑装置43a、43b优选地具有相互面对的接触面45a、45b，这些接触面被设置为用于止挡丝杠螺母31。特别是，丝杠螺母31可具有止挡凸起32a、32b，接触面45a、45b可在止挡凸起处进行止挡。
此外，本示例中的支撑装置43a、43b具有可选的相互背对的接触面46a、46b，这些接触面被设置为用于止挡壳体20的相应突缘22a、22b。在这种情况下，突缘22a、22b得当地在壳体内表面21上形成端侧凸起。在这方面，壳体20中的通孔24可以在其端部变细，从而使丝杠40、特别是支撑装置43a、43b不能从壳体20的相应开口23a、23b中移出。
开口23a、23b优选地设计成，特别地布置在壳体20的两个轴向相对的端部，以便未示出的力传递机构可接合在壳体20中、即在通孔24中，并可与丝杠40的轴向端部41a、41b连接。为此，丝杠40得当地在端侧具有两个紧固装置47a、47b，紧固装置例如呈叉形头的形式。紧固装置47a、47b优选地与支撑装置43a、43b一体构造。
丝杠40具有长度L。壳体20基本上具有长度2L。丝杠40的行程基本上对应于长度L(减去丝杠螺母31的长度，但这是可以忽略不计的)。由此导致了L/2L＝1/2的行程-长度比。这明显优于传统的带有线性单元的线性致动器的行程-长度比(见图1)。
图3示出了丝杠40的轴向端部41a的示例，该端部被设置为径向地支撑在壳体(未示出)上。轴向端部41a由支撑装置43a形成，其也用作紧固装置47a。支撑装置43a在端侧紧固在丝杠主体42上，丝杠主体在周面上具有螺纹，用于与相应的丝杠螺母相互作用。
在本示例中，支撑装置43a为了紧固在丝杠主体42上具有螺纹销48，支撑装置凭借螺纹销拧入或可以拧入丝杠主体42。丝杠主体42在端侧得当地具有相应的带内螺纹的盲孔。替代地，支撑装置43a与丝杠主体42整体构造，即丝杠40是一体的。
在丝杠40的轴向端部41a处优选地设有滑动区段51和密封区段52。滑动区段51得当地由两个滑动导向带53形成，例如两个POM环。密封区段52得当地由环形密封机构54形成，例如O形环。滑动导向带53和环形密封机构54优选地位于支撑装置43a的周面44a上。
图4示出了转向系统10的示例，其在此构造为转向节转向系统。转向系统10具有两个转向横拉杆11a、11b，它们与线性致动器1的丝杠40相连。特别是，用作力传递机构的转向横拉杆11a、11b分别紧固到丝杠40的轴向端部41a、41b。由此，转向横拉杆11a、11b能够与线性致动器1的壳体20接合，而丝杠40则径向地支撑在壳体上。
当丝杠40在壳体20中轴向移动时，转向横拉杆11a、11b也相应地跟随移动，并且通过这种移动可引起相对于壳体20可枢转地支承的转向节12a、12b的偏转。
附图标记列表
1 线性致动器
2 马达
3 传动机构
10 转向系统
11a、11b转向横拉杆
12a、12b转向节
20 壳体
21 壳体内螺纹
22a、22b突缘
23a、23b开口
24 通孔
30 线性单元
31 丝杠螺母
32a、32b止挡凸起
40丝杠
41a、41b端部
42丝杠主体
43a、43b支撑装置
44a、44b周面
45a、45b接触面
46a、46b接触面
47a、47b紧固装置
48 螺纹销
51 滑动区段
52 密封区段
53 滑动导向带
54 密封机构
60 线性致动器
61 壳体
62 线性单元
63 丝杠
64 丝杠螺母
65a、65b端部
66a、66b推管
67a、67b开口
L长度

Claims (16)

1.一种线性致动器(1)，特别是用于转向系统(10)，所述线性致动器带有壳体(20)和布置在所述壳体(20)中的线性单元(30)，
其特征在于，
所述线性单元(30)的丝杠(40)在所述壳体(20)中能沿轴向位移，所述丝杠的两个轴向端部(41a、41b)沿径向支撑在所述壳体(20)上。
2.根据权利要求1所述的线性致动器(1)，
其特征在于，
所述丝杠(40)在任何轴向位置上都完全布置在所述壳体(20)中。
3.根据权利要求1或2所述的线性致动器(1)，
其特征在于，
所述丝杠(40)在其轴向端部(41a、41b)处的直径大于在所述两个轴向端部(41a、41b)之间的区段处的直径。
4.根据前述权利要求中任一项所述的线性致动器(1)，
其特征在于，
所述丝杠(40)在其每个轴向端部(41a、41b)处具有一支撑装置(43a、43b)，用于径向支撑在所述壳体(20)上。
5.根据前述权利要求中任一项所述的线性致动器(1)，
其特征在于，
所述丝杠(40)在其每个轴向端部(41a、41b)处具有一紧固装置(47a、47b)，用于紧固负载传输机构。
6.根据权利要求5所述的线性致动器(1)，
其特征在于，
所述紧固装置(47a、47b)构造成叉形头。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的线性致动器(1)，
其特征在于，
所述支撑装置(43a、43b)和/或所述紧固装置(47a、47b)分别具有螺纹销(48)，所述支撑装置和/或所述紧固装置通过所述螺纹销被拧入所述丝杠主体(42)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的线性致动器(1)，
其特征在于，
所述丝杠(40)在其每个轴向端部(41a、41b)的区域中具有独立的滑动区段(51)和独立的密封区段(52)。
9.根据权利要求8所述的线性致动器(1)，
其特征在于，
在每个所述滑动区段(51)中，至少两个沿周向延伸的滑动导向带(53)彼此相邻地布置。
10.根据前述权利要求中任一项所述的线性致动器(1)，
其特征在于，
所述丝杠(40)在其每个轴向端部(41a、41b)处具有至少一个接触面(45a、45b、46a、46b)，用于限制所述丝杠(40)的行程。
11.根据权利要求10所述的线性致动器(1)，
其特征在于，
两个接触面(45a、45b)相互面对，并被设置为用于止挡所述线性单元(30)的丝杠螺母(31)。
12.根据权利要求10或11所述的线性致动器(1)，
其特征在于，
-所述壳体(20)在两个轴向的相对置的端部分别具有一突缘(22a、22b)，以及
-两个接触面(46a、46b)设置为相互背对的并且用于止挡所述突缘(22a、22b)。
13.根据前述权利要求中任一项所述的线性致动器(1)，
其特征在于，
所述壳体(20)具有两个轴向的相对置的开口(23a、23b)，通过所述开口能将力传递机构引入所述壳体(20)，所述力传递机构用于联接到所述丝杠(40)的每个轴向端部(41a、41b)。
14.根据前述权利要求中任一项所述的线性致动器(1)，
其特征在于，
所述丝杠(40)被构造成双作用丝杠(40)。
15.根据前述权利要求中任一项所述的线性致动器(1)，
其特征在于，
所述丝杠(40)在其轴向端部(41a、41b)处具有与所述壳体(20)共同作用的抗旋转部。
16.一种转向系统(10)，特别是转向节转向系统，其中，两个转向横拉杆(11a、11b)与根据前述权利要求中任一项所述的线性致动器(1)的丝杠(40)连接。
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