CN1973151A - 用于滚珠丝杆传动的丝杆螺母 - Google Patents

用于滚珠丝杆传动的丝杆螺母 Download PDF

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Abstract

一种用于滚珠丝杆传动的丝杆螺母，包括一用于滚珠(2)的连续的滚珠滚道(1)；一在丝杆螺母的内圆周上绕其旋转轴线并沿一螺旋线设置的、用于滚珠(2)的滚珠槽(3、14)，其经由至少一圈(4)延伸；以及一转向装置(5)，在其转向通道(9)中各滚珠(2)从一圈(4)的一终端转向一圈(4)的一起端，其中丝杆螺母设有一边连接于滚珠槽(3、14)而另一边连接于转向通道(9)的滚珠入口(13、16)，其中滚珠槽(3、14)和滚珠入口(13、16)两者具有相同的横截面形状。

Description

用于滚珠丝杆传动的丝杆螺母
技术领域
本发明涉及一种用于滚珠丝杆传动的丝杆螺母，优选地，本发明涉及这样的滚珠丝杆传动，其在汽车的转向装置中用作为电动机械的转向增力机构。
背景技术
例如由DE 199 44 875 A1已知一种滚珠丝杆传动的丝杆螺母，其具有用于滚珠的一连续的滚珠滚道。在丝杆螺母的内圆周上围绕其旋转轴线沿一螺旋线构成一滚珠的滚珠槽，其经由多圈延伸。此外设有一转向装置，在其转向通道中各滚珠从一滚珠槽的共同的圈的终端转向滚珠槽的该共同的圈的起端。该转向装置在这里通过多个转向件构成，它们分别嵌入一在丝杆螺母的圆周上构成的开口中。为了可以将滚珠从丝杆螺母的滚珠槽中无冲击和低噪声地导入转向件的转向通道中，在丝杆螺母上构成一滚珠入口，其一边连接于丝杆螺母的滚珠槽而另一边延伸到丝杆螺母的开口。该滚珠入口常常手工加工或补充加工，这意味着很大的耗费。虽然在丝杆螺母上的滚珠槽常常并优选具有所谓的尖拱式外形，滚珠槽的各侧面大于滚珠直径并相交于滚珠槽的底点，但在制造滚珠入口时不能达到这样的外形。常常在滚珠入口中设定一圆锥形的入口外形。
发明内容
本发明的目的是，提供一种具有权利要求1的前序部分的特征的丝杆螺母，其中可以将滚珠从丝杆螺母的滚珠槽尽可能无冲击和低噪声地导入转向装置的转向通道中。
按照本发明该目的这样达到，即在丝杆螺母上构成的滚珠槽和滚珠入口两者具有一相同的横截面形状。因此利用本发明滚珠入口也可以具有尖拱式横截面形状。该尖拱式横截面形状有助于滚珠满意地导入转向装置的转向通道中。优选滚珠入口在纵截面上看在滚珠槽上开始，因此在那里紧接着滚珠槽，并且在转向通道上终止，其中滚珠入口在其路线上径向向外优选成弧形持续地增大。当滚珠槽展开成一平面时，该滚珠入口具有一优选凸的形状、优选在横截面上看具有所谓的尖拱式外形。滚珠入口和滚珠槽的横截面的相同的构成还能够实现从滚珠槽向滚珠入口的无棱边的过渡并从那里转入转向装置的转向通道。代替一尖拱式外形这样特性的外形也可以是适用的，即在其中可以引导滚珠。
如果如在开头所述现有技术中设置单转向，则特别有利的是，滚珠入口绕丝杆螺母的旋转轴线测量延伸过一达60°、优选达20°的角度，其中该角度在开口上开始而在滚珠槽上终止。作为下限推荐一约4°的角度。在该所述角度内滚珠入口持续地增大，从而确保，当滚珠离开滚珠入口并进入丝杆螺母的滚珠在其中受载的滚珠槽中时，滚珠只逐步渐增地受载。同时确保，当滚珠从受载的滚珠槽区域经由滚珠入口转入转向装置的转向通道时，只逐步地降低滚珠的负载。在丝杆、丝杠螺母、滚珠的通用的结构尺寸中所述的角度区域相当于一半到两倍的滚珠直径。
不同于所述的单转向还已知一种滚珠丝杆传动，其中丝杆螺母设有两个在圆周上设置的开口，在它们之间滚珠槽经由多圈延伸。此外在丝杆螺母的外圆周上设置一设有转向通道的外部转向装置。该所述外转向装置可以例如通过一管子构成，其一端嵌入一开口而其另一端嵌入另一开口中，其中滚珠入口绕丝杆螺母的旋转轴线测量延伸过一达360°的角度，该角度在开口上开始而在滚珠槽上终止。但小的角度、优选180°也是有利的。通过所述大的角度仍明显突出滚珠只逐步地加载和卸载的优点。如果一不变的横向力作用到旋转的丝杆螺母上，较大的导入角的优点以特别有利的方式显示：在滚珠丝杆传动的刚度特性中的不连续性基于滚珠槽的螺距。滚珠入口在一整转的过程中只一次通过横向力作用的平面。导入角越大，滚珠越平缓地进入转向通道或从转向通道离开。如果例如一丝杆螺母设有包括三整圈的滚珠槽，并且第一圈和最后一圈分别超过360°构成一滚珠入口，当位于外面的各圈渐增地或渐减地受载时，则根据扭转推进一圈在一转过程中总是承受载荷。这有利地影响使用寿命、运转培植和一低声的运转。
不仅在单转向中而且在最后所述的外部转向中也可以优选在考虑工作载荷的情况下实现角度。在一定的工作载荷下滚珠弹性压缩。滚珠入口的长度可以大致相当于最大的滚珠弹性压缩的大小。这意味着，首先在全载荷作用下滚珠弹簧弹性变形并接着在进入滚珠入口时弹性松弛而且在滚珠入口的终端，亦即在进入转向装置的转向通道时重新具有其本来的滚珠形状。因此滚珠入口的长度也可以与所采用的滚珠的变形特征相一致。在考虑该工作载荷的情况下，在匹配于滚珠弹性压缩的滚珠入口角度时可以提供丝杆螺母，其中确保滚珠从滚动槽声响很低地进入转向装置的转向通道中。
此外建议一种用于制造一用于滚珠丝杆传动的丝杆螺母的方法。该方法设定，在丝杆螺母的内圆周上绕其旋转轴线并沿一螺旋线用一刀具切削加工出一用于滚珠的滚珠槽。该滚珠槽经由至少一圈延伸。在至少一个滚珠槽的位置上开始并根据刀具与丝杆螺母之间的相对扭转推进现在使刀具向径向进给，以便从丝杆螺母上切除其他的材料。根据相对的进一步扭转推进并且在滚珠槽的另一位置终止和再次退回该进给而且实现滚珠槽的继续加工，其中由于刀具的进给和/或进给的退回构成一滚珠入口，并且其中在丝杆螺母的圆周上设置一在两位置之间设置的开口，一直延伸到滚珠入口。根据刀具的选择可以重复该过程，直到最后滚珠槽和滚珠入口已达到其最终的形状。
在该本发明的方法中因此可用一个刀具构成滚珠槽和滚珠入口。通过刀具的取下报废和一新的刀具的装上，以便可能构成滚珠入口，确保从滚珠槽向滚珠入口实现无棱边和平缓地过渡。而且不需要手工操作。由于刀具优选设有一尖拱式外形，还确保不仅滚珠槽而且滚珠入口均设有一尖拱式横截面形状。
该方法可以优选这样进一步构成，即首先优选在一切断过程中在丝杆螺母的圆周上设置开口，并且紧接着制造包括滚珠入口的滚珠槽。刀具因此径向进给通过开口的区域并接着切除在丝杆螺母上其他的材料。或者，也可以首先构成包括至少一个滚珠入口的滚珠槽并紧接着同样优选在一切断过程中在丝杆螺母的圆周上制造开口。
刀具优选为一特别以一横向于滚珠槽设置的旋转轴线旋转的磨具，其旋转的圆周表面朝磨具的横截面看具有滚珠槽和滚珠入口对应外形。
可以有利地为大批量的丝杆螺母的制造提供这样的磨具。
可以采用其他的切削刀具，这样的刀具不必象一成型的砂轮那样成型。例如可以使一小的刀具横向于滚珠槽的延伸运动，以便产生滚珠槽和滚珠入口的横截面形状。
当本发明建议的方法在具有单转向的丝杆螺母中应用时，提供以下本发明的方案：丝杆螺母设有多个沿圆周分布设置的开口，在其中可分别嵌入一设有转向通道的转向件，以便滚珠从滚珠槽的一共同的圈的起端转向终端。各开口朝丝杆螺母的轴向方向看分别切断一滚珠槽的肩部，其中沿圆周相互接近设置的开口伸进一共同的圈内，并且在刀具的径向进给的同时在其中一开口上制造滚珠入口而在该进给的退回的同时在接近一开口设置的另一开口上制造滚珠入口，因此可以只通过进给的退回制造另一滚珠入口。这种处理方式能够实现一合理的制造方法。在最后所述的方法方案中刀具保持在该两滚珠入口之间径向进给，这是可能的，因为没有滚珠进入该所谓的死程区域。为此一方案可以是，在死程区域内取消径向进给。后一方案需要附中的刀具运动，但减小切削加工的持续时间和量。因此可以保持不加工该死程区域。
沿螺旋线构成的滚珠槽不必加工到丝杆螺母的端面，因为滚珠槽的最后的圈的至少一部分形成一死程区域。按这种方式可以进一步降低丝杆螺母的加工费用。
附图说明
以下借助在总共9个视图中描绘的2个实施例说明本发明。其中：
图1  一本发明的丝杆螺母的透视图；
图2  一在按图1的丝杆螺母上构成的滚珠槽的横剖面图；
图3  图2的滚珠槽的展开图；
图4  本发明的丝杆螺母的局部的横截面图；
图5  本发明的丝杆螺母沿滚珠槽剖开的，展开成一平面的局部视图；
图6  另一本发明的丝杆螺母的透视图；
图7  图6的丝杆螺母的纵剖视图；
图8  图6的丝杆螺母的横剖视图；
图9  按图6的丝杆螺母的滚珠槽的展开的示意图。
具体实施方式
按图1至5的第一实施例示出一具有所述单转向的丝杆螺母。该丝杆螺母具有一用于滚珠2的连续的滚珠滚道1(见图4)。由图1可看出，在丝杆螺母的内圆周上绕丝杆螺母的旋转轴线并沿一螺旋线构成一滚珠2的滚珠槽3。该滚珠槽3延伸过多圈4。此外设有一转向装置5，以便滚珠2从一共同的圈4的起端转向终端。该转向装置5包括多个转向件6，它们嵌入一在丝杆螺母的圆周上设置的开口7中(图1)。丝杆螺母设有多个开口7。由图1可看出，每一开口7切断一滚珠槽3的肩部8。如果人们沿纵向剖开丝杆螺母并观察之，该肩部8位于两轴向相邻设置的滚珠槽3的部分之间。
嵌入该开口7的转向件6具有一转向通道9，如其在图4中所示。
滚珠槽3具有尖拱式横截面形状10，如其在图2中示意描绘的。由该图可看出，尖拱式外形10的形状不同于圆形，该圆形在图中以点划线表示。在滚珠槽3的底点11滚珠槽3的两侧面12彼此会合。由图2可看出在底点11与所示圆之间存在一间距，而在各侧面12在区域内圆与这些侧面12相切。
在滚珠2在滚珠滚道1中的连续的循环中，滚珠2从一滚珠槽3的共同的圈4的起端转向终端。图4示出丝杆螺母从滚珠槽3过渡到转向通道9的部分横截面图。在过渡区域内在丝杆螺母上成型一滚珠入口13。该滚珠入口在横截面上看同样具有尖拱式外形，其符合于滚珠槽3的尖拱式外形10。滚珠入口13沿滚珠槽3的长度大致相当于一绕丝杆螺母轴线的角度α，该角度α可以达60°。该滚珠入口13在一侧无棱边地连接于丝杆螺母的滚珠槽3而在另一侧无棱边地连接于转向件6的转向通道9。由图4还可看出，滚珠入口开始于滚珠槽3上并且终止于转向通道9地成弧形持续径向向外增大。该形状在该横截面上看形成凸的。图4还明显地示出，滚珠入口13一直延伸到开口7。图5在丝杆螺母的展开图中再一次说明滚珠入口13的凸的构成，如其在图5中扼要地描绘的。
为了制造这样的丝杆螺母以有利的方式提供以下本发明的方法。首先在丝杆螺母的内圆周上绕其旋转轴线并沿一螺旋线用一在此未示出的刀具切削加工出滚珠的滚珠槽3。接着或与该加工同时在滚珠槽3的一个位置上开始根据刀具与丝杆螺母之间的相对扭转推进将刀具向径向进给，以便从丝杆螺母上切除其他的材料。按这种方式首先制造图4中描绘的滚珠入口13。根据刀具与丝杆螺母之间的相对扭转推进在一沿螺旋线随后的位置终止并再次退回该进给而且可以实现滚珠槽3的继续加工。在该两个所述的位置之间设置开口7，一直延伸到滚珠入口13。
优选在一切断过程例如冲裁中制造开口7，紧接着可以按所述的方式制造滚珠槽3包括滚珠入口13。
不同于该处理方式还可以首先按所述的方式制造包括滚珠入口13的滚珠槽3，并且紧接着可以同样优选在一切断过程中制造开口7。
考虑到各开口7的位置可以在利用所述刀具的过程中制造继续在圆周方向上并沿螺旋线依次设置的各滚珠入口。为了制造一第一滚珠入口在刀具与丝杆螺母之间的一扭转推进的情况下将刀具按所述的方式径向进给。在该径向进给的位置刀具此时沿螺旋线移动，直到其进入沿圆周侧紧接着的开口的区域内。现在在刀具与丝杆螺母之间的相对扭转推进的情况下可以将刀具再次径向退回，从而在刀具再次离开该随后的开口的区域并且位于丝杆螺母的滚珠槽的水平时，刀具已制成另一滚珠入口。一所谓的死程(Totgang)位于该所述两滚珠入口之间，在这样的滚珠丝杆传动中没有滚珠进入该死程。该死程的强制的存在能够使刀具在该两滚珠入口之间不需要径向退回。
滚珠入口的长度(见图4)，沿螺旋线测量，在这里大致相当于滚珠2的最大的弹性压缩(Einfederung)，由于滚珠2的一载荷产生该弹性压缩。
所述的滚珠入口13的制造过程示意地示于图3中，其中从左向右实现未示出的刀具的运动过程。图3中设置的各附图标记分别表示刀具在各个部分中的水平，它们如下分配：7′表示在一开口7的区域内，在其上连接用于制造滚珠入口13的区域13′。刀具最后处在滚珠槽3的水平，这主要用附图标记3′表示。刀具现在沿滚珠槽3移过大致一圈。现在紧接着区域13′以便制造另一滚珠入口13。刀具保持在进给的位置并且现在通过所谓的死程区域T并继续移到下一开口7的区域，其在图中用7′表示。在离开该开口时再次退回刀具的径向进给，从而制造下一滚珠入口13，其在图中用标记13′表示。从这里起重复所述循环。
一设有所谓的外部转向装置的滚珠丝杆传动描述于图6至9中。图6示出另一本发明的丝杆螺母的透视图。其在内侧设有一滚珠槽14。此外在丝杆螺母的圆周上构成两个开口，其中一在图中未示出的例如管形的外部转向以两管端分别嵌入一开口中。如同在上述实施例中在这里也设有各个滚珠入口16，它们示于图7中。图8示出丝杆螺母在一开口15的区域内的横截面图。
图9中以展开的形式示出包括滚珠槽14的丝杆螺母的部分视图。由该示意图可看出，各开口15的构成、各滚珠入口16和滚珠槽14。该描绘的滚珠槽的展开只是示意的。特别是滚珠入口16的区域可以沿螺旋线延伸达一整圈。
                 附图标记清单
1   滚珠滚道
2   滚珠
3   滚珠槽
4   圈
5   转向装置
6   转向件
7   开口
8   肩部
9   转向通道
10  尖拱式外形
11  底点
12  侧面
13  滚珠入口
14  滚珠槽
15  开口
16  滚珠入口

Claims (14)

1.一种用于滚珠丝杆传动的丝杆螺母，包括一用于滚珠(2)的连续的滚珠滚道(1)；一在丝杆螺母的内圆周上绕其旋转轴线并沿一螺旋线设置的、用于滚珠(2)的滚珠槽(3、14)，该滚珠槽经由至少一圈(4)延伸；以及一转向装置(5)，在其转向通道(9)中各滚珠(2)从一圈(4)的一终端转向一圈(4)的一起端，其中丝杆螺母设有一边连接于滚珠槽(3、14)而另一边连接于转向通道(9)的滚珠入口(13、16)；其特征在于，滚珠槽(3、14)和滚珠入口(13、16)两者具有相同的横截面形状。
2.按照权利要求1所述的丝杆螺母，其特征在于，丝杆螺母在至少一个在圆周上设置的位置上设有一开口(7、15)，在该开口中嵌入转向装置(5)，其中滚珠入口(13、16)一直延伸到开口(7、15)。
3.按照权利要求1所述的丝杆螺母，其特征在于，滚珠入口(13、16)在纵截面上看开始于滚珠槽(3、14)并终止于转向通道(9)地径向向外优选成弧形连续地增大。
4.按照权利要求1所述的丝杆螺母，其特征在于，滚珠入口(13、16)在展开的滚珠槽(3、14)的纵截面上看形成凸形的。
5.按照权利要求1所述的丝杆螺母，其特征在于，横截面形状构成为所谓尖拱式外形(10)。
6.按照权利要求1所述的丝杆螺母，其特征在于，滚珠入口(13、16)无棱边地连接于滚珠槽(3、14)和转向装置(5)的转向通道(9)。
7.按照权利要求2所述的丝杠螺母，其特征在于，丝杆螺母设有多个沿圆周分布设置的开口(7)，在所述开口中分别设置一设有转向通道(9)的转向件(6)，其中滚珠(2)从滚珠槽(3)的一共同的圈(4)的起端转向终端，并且滚珠入口(13)绕丝杆螺母的旋转轴线测量延伸过一达60°、优选达20°的角度，该角度α开始于开口(7)而终止于滚珠槽(3)。
8.按照权利要求2所述的丝杆螺母，其特征在于，丝杆螺母设有两个在圆周上设置的开口(15)，在所述开口之间滚珠槽(14)经由多圈延伸，其中在丝杆螺母的外圆周上设置一设有转向通道的外部转向装置，其一端嵌入一开口而其另一端嵌入另一开口中，其中滚珠入口(16)绕丝杆螺母的旋转轴线测量延伸过一达360°的角度，该角度开始于开口(15)而终止于滚珠槽(14)。
9.一种用于制造一滚珠丝杆传动的优选由钢制成的丝杆螺母的方法，其中，在丝杆螺母的内圆周上绕其旋转轴线并沿一螺旋线用一刀具切削加工出一滚珠(2)的滚珠槽(3、14)，该滚珠槽经由至少一圈(4)延伸，其中在滚珠槽(3、14)的至少一个位置上开始根据刀具与丝杆螺母之间的相互扭转推进将刀具径向向外进给，从而从丝杆螺母上切除其他的材料，根据刀具与丝杆螺母之间的相对扭转推进在另一位置终止并再次退回该进给而且实现滚珠槽(14)的继续加工，此时由于刀具的进给和/或进给的退回构成一滚珠入口(13、16)，并且其中在丝杆螺母的圆周上设置一在所述两位置之间设置的开口(7、15)，一直延伸到滚珠入口(13、16)。
10.按照权利要求9所述的方法，其特征在于，首先优选在一切断过程中在丝杆螺母的圆周上制造开口(7、15)并且紧接着制造包括至少一个滚珠入口(13、16)的滚珠槽(3、14)。
11.按照权利要求9所述的方法，其特征在于，首先制造包括至少一个滚珠入口(13、16)的滚珠槽(3、14)并紧接着优选在一切断过程中在丝杆螺母的圆周上制造开口(7、15)。
12.按照权利要求9所述的方法，其特征在于，刀具为一优选以一横向于滚珠槽(3、14)设置的旋转轴线旋转的磨具，该磨具的旋转的圆周表面在磨具的横截面上看具有滚珠槽(3、14)和滚珠入口(13、16)的外形。
13.按照权利要求9所述用于制造丝杆螺母的方法，该丝杆螺母设有多个沿圆周分布设置的开口(7)，在所述开口中可分别嵌入一设有转向通道(9)的转向件(6)，以便滚珠(2)从滚珠槽(3)的一共同的圈(4)的起端转向终端，其中各开口(7)沿丝杆螺母的轴向方向看分别切断一滚珠槽(3)的肩部(8)，并且沿圆周相互接近设置的各开口(7)伸进一共同的圈(4)，并且在刀具的进给的情况下，在一开口(7)上制造滚珠入口(13)，而在该进给的退回的情况下，在接近该一开口(7)设置的另一开口(7)上制造滚珠入口(13)。
14.按照权利要求1所述的丝杆螺母，其特征在于，在丝杆螺母的终端在相应最后的滚珠入口(13、16)的后面不加工滚珠槽(3、14)。
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