CN1993574A - 机电式转向系统的滚珠螺旋传动装置和用于滚珠螺旋传动装置的螺母 - Google Patents

机电式转向系统的滚珠螺旋传动装置和用于滚珠螺旋传动装置的螺母 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种车辆尤其是汽车的机电式转向系统的滚珠螺旋传动装置(1)，包括一根螺杆(2)和一个螺母(3)，其中，螺杆(2)和螺母(3)设有用于在螺母(3)内部共同容纳传力滚珠(5)的滚珠滚道(4)，以及，螺母(3)具有滚珠转向段(6)，用于将滚珠(5)导出和导入滚珠滚道(4)内。为了提供一种尤其在螺杆(2)施加横向力时滚珠螺旋传动装置的滚珠导向部能够实现其均匀而低噪声地运行的滚珠螺旋传动装置，规定：具有滚珠转向段(6)的螺母(3)在滚珠转向段至滚珠滚道(4)的过渡区(8)内设计为，在此区域内，在接触或压力角(22)的高度提供滚珠滚道(4)的尖拱式滚道型面(16)的一种叉形结构，以及保证螺杆(2)的滚珠滚道(4)与滚珠(5)的接触面(9)大体上连续地逐渐改变，以使滚珠按规定平顺地进入或排出负荷传入及负荷传出区(10)。滚珠(5)在滚珠滚道(4)内通过大体两个或更多个螺纹导程排列成一条封闭的链(7)。

Description

机电式转向系统的滚珠螺旋传动装置和用于滚珠螺旋传动装置的螺母
技术领域
本发明涉及一种按权利要求1前序部分所述的车辆尤其是汽车的机电式转向系统的滚珠螺旋传动装置，以及按权利要求14的用于转向系统的滚珠螺旋传动装置的螺母。
背景技术
汽车转向系统或滚珠循环转向机构的滚珠螺旋传动装置是已知的。EP0133003B1介绍了一种用于汽车的机电式转向系统的滚珠螺旋传动装置，包括一根通过主动小齿轮和齿条与转向手柄作用连接的螺杆，它有绕其圆周的螺旋状滚珠滚道，其中，螺杆穿过一个轴向不能运动地装在传动装置外壳内的螺母，在螺母旋转时螺杆可相对于螺母轴向运动。螺母有螺旋状滚珠滚道。螺杆和螺母的滚珠滚道用于在螺母内部共同容纳传力滚珠。螺杆通过由转向横拉杆和转向节臂组成的传动连接装置与汽车的转向轮作用连接，当螺杆轴向运动时改变汽车转向轮的转向角。
这种滚珠螺旋传动装置的运行特性，取决于螺杆和螺母在承力的螺纹区内滚珠滚道的几何设计，尤其取决于滚珠滚道、滚珠通过负荷传入及负荷传出区进入螺母内的导向装置以及螺母螺旋导程的几何状况。对于负荷传入及负荷传出区，必须提供一种最佳的几何设计，使各来自滚珠导向部的滚珠按规定和平顺地进入螺旋导程的承载区内，滚珠在此区域内通过预紧力和负荷力遭受外载荷。由这些几何特性决定着滚珠螺旋传动装置以恒定的扭矩实施平稳运行，同时也决定着滚珠螺旋传动装置的热和噪声发展。
已知的转向传动装置具有在转向螺母内滚珠链单链转向的原理，其中，滚珠滚道在滚珠导向部的区域内中断，并且，滚珠螺旋传动装置在螺杆施加横向力时，也就是说，尤其在这种机电式转向系统中产生的垂直于齿条和螺杆纵轴线的大的力时，倾向于发展噪声，这是因为，螺杆和固定在螺杆上至汽车转向轮的传动连接装置在滚珠导向部区域内沿径向不均匀地由滚珠支承。此外，尤其是在螺杆施加横向力时，滚珠在滚珠导向部到滚珠滚道的过渡区内压入承力的螺旋区内，其中，通常终止在一个有进口棱边的圆形开口内的滚珠导向部，有助于滚珠平顺地进入滚珠滚道的负荷传入或负荷传出区或从那里排出。
发明内容
本发明的目的是提供一种机电式转向系统，它的负荷传入及负荷传出区可以使滚珠螺旋传动装置实现一种均匀和低噪声的运行。
此目的通过具有权利要求1特征的滚珠螺旋传动装置和具有权利要求14特征的用于滚珠螺旋传动装置的螺母得以实现。
通过在此螺旋传动装置中使滚珠在滚珠滚道内排列成一条封闭的链，可以实现滚珠在螺杆和螺母的滚珠滚道内平顺地进入和排出。由于在滚珠滚道内的所述封闭的滚珠链，使得承力的滚珠滚道不中断并因而也不可能由于螺杆上的横向力影响而产生冲击噪声。
由从属权利要求说明本发明的优选的设计。
按滚珠螺旋传动装置的一种特别优选的实施例，它的螺母的负荷传入及负荷传出区，在其至螺旋槽的过渡区内设计为，保证螺杆的滚珠滚道与滚珠之间的接触面大体上连续地逐渐改变。滚珠通过与螺杆滚珠滚道逐渐增大或减小的接触面以及通过由此同样在滚珠上逐渐改变的滚动摩擦，在此过渡区内不会突然地加速或减速。来自螺母内滚珠导向部的滚珠沿尖拱式滚道型面的两个棱边滚动，直至它们在接触压力角的高度进入螺旋导程中。因此，通过螺杆与螺母的相对运动，滚珠逐渐遭受或消除滚动摩擦，并被自动带动进入螺母的滚珠回行通道或从那里排出。因而与已知的现有技术相比，滚珠不是冲击式地推入和急猛地压入由螺母和螺杆上的滚珠滚道共同构成的螺旋导程内。
恰当的是，在滚珠螺旋传动装置内设计两个或更多个滚珠链和两个或更多个螺旋导程以及一个由滚珠回行通道和滚珠转向段组成的滚珠回导部。包括滚珠转向段和滚珠回行通道的滚珠回导部优选地布置在螺母的圆周面内。滚珠转向段优选地通过变形法或浇铸法构造成一体，以及用金属或非金属材料制成。滚珠回行通道优选在离螺杆圆周小的径向距离处基本上或完全地在螺母内部延伸。优选设计为基本上沿轴向的孔在螺母圆周面内延伸的滚珠回行通道，成切向地导向滚珠转向段至滚珠滚道的过渡区，所以各滚珠转向段可以构成用于螺母的置入部分，以及，滚珠回行通道和滚珠转向段的开口在各滚珠转向段置入螺母后彼此对齐。
按螺母的一种便于装配的特别优选的实施形式，滚珠转向段定位在螺母的轴向端或其附近，从而，滚珠转向段可以简单的方式借助轴向定位元件，如锁紧涨圈，和/或弹簧元件，如沿轴向设在锁紧涨圈与滚珠转向段之间优选用弹性体如橡胶涂层的钢垫片，固定在螺母内。滚珠至少在滚珠转向段区域内在尖拱式滚道型面上滚动。
附图说明
下面借助实施例和附图详细说明本发明。
图1表示具有机电式驱动装置的滚珠螺旋传动装置纵剖面，
图2表示图1中的滚珠螺旋传动装置的局部纵剖面图，
图3表示滚珠转向段的透视图，
图4表示图1中的滚珠螺旋传动装置的螺母端视图，
图5表示尖拱式滚道型面的横剖面，它具有图1中的滚珠螺旋传动装置螺母的滚珠导向部的斜切部分。
具体实施方式
图1表示汽车的机电式助力转向系统的滚珠螺旋传动装置1纵剖面。可旋转地固定在传动装置外壳19内的螺杆2通过图中未表示的齿条与汽车转向手柄连接，一个与转向手柄旋转固定连接的小齿轮与齿条啮合。在传动装置外壳19中不仅设有滚珠螺旋传动装置1、螺杆2，而且安装了一台电动机20，它通过减速器21作用在螺母3上。螺杆2有绕其圆周的螺旋形滚珠滚道4，它们与螺母3内的螺旋形滚珠滚道4有大体上相同的螺距。螺母3被螺杆2穿过并通过一条滚珠链7的滚珠5与螺杆2作用连接，滚珠封闭地排列在螺杆2和螺母3的滚珠滚道4内以及在滚珠回导部12内，后者分别由一个滚珠转向段6(参见图2)和一个滚珠回行通道13组成。当螺母3旋转时，螺杆2沿轴向在螺母3上移动。在螺杆2上固定一个传动连接装置，它由用于汽车可转向车轮的转向横拉杆和转向节臂组成，所以当螺杆2在螺母3上轴向移动时就改变了可转向轮的转向角。滚珠5在滚珠滚道4内具有尽可能小的间隙地滚动。
为了使滚珠5能平顺地导入滚珠滚道4内和从那里排出，以及为了保证螺杆2沿径向持续均匀地支承在螺母3上，设置一条或多条滚珠链7，它们由一个超过360°的封闭的螺旋导程构成，从而不中断承力的滚珠滚道。此外，在滚珠回行通道13的轴向端17、17′，将滚珠转向段6置入并固定在螺母3的壁中，所述的滚珠转向段设计为，使得它们在其至滚珠滚道4的过渡区8中有一个朝滚珠滚道4的方向连续缩小的底面，此底面又允许滚珠5在滚珠滚道4上的接触面9连续地逐渐改变。从而，由于螺杆2与螺母3相对运动时的滚动摩擦，滚珠5可以在螺母3的这些扩展端11及其滚珠转向段6处的负荷传入-负荷传出区10内平顺地运动(参见图2、3)。
图2用图1所示滚珠螺旋传动装置1的局部纵剖面图表示滚珠螺旋传动装置1的结构，它包括一个大体沿螺母3的四个螺旋导程延伸的单条滚珠链7。对于同样的结构部分，采用与图1相同的附图标记。
如图2和4所示，在螺母3圆周面内的滚珠回行通道13大体沿轴向延伸，使它的开口布置为与滚珠转向段6的相应端11成切向。因此滚珠转向段6既承担着来自滚珠回行通道13的滚珠5的转向任务，又承担着将滚珠5导入滚珠滚道4和从那里导出的任务。
如图3所示，滚珠转向段6是整体浇铸的。它们可以如图2和4表示的那样沿轴向在螺母3的端部置入准确配合的开口18、18′内，并分别借助一个轴向定位元件14，如锁紧涨圈，和优选地借助一个弹簧元件15，如用弹性体材料如橡胶涂层的钢垫片，固定在螺母3内。
图5表示螺母3在具有尖拱式滚道型面16的接触-压力角22区域内的一个负荷传入及负荷传出区10的视图，通过将滚道型面16斜切以及使滚珠5的直线状导引部在此区域内叉形地分开，使滚道型面16获得一种叉状结构，因此，滚珠5由于螺杆2与螺母3之间相对运动时的滚动摩擦被自动地带动。从而保证滚珠螺旋传动装置1低噪声地平稳运行。

Claims (14)

1.车辆尤其是汽车的机电式转向系统的滚珠螺旋传动装置，包括一根穿过螺母(3)的螺杆(2)，其中，螺杆(2)和螺母(3)设有用于在螺母(3)内部共同容纳传力滚珠(5)的滚珠滚道(4)，以及，螺母(3)具有滚珠转向段(6)，用于将滚珠(5)导出和导入滚珠滚道(4)内，其特征为：滚珠(5)在滚珠滚道(4)内通过大体两个或更多个螺旋导程排列成一条封闭的链(7)。
2.按照权利要求1所述的滚珠螺旋传动装置，其特征为，具有滚珠转向段(6)的螺母(3)在滚珠转向段至滚珠滚道(4)的过渡区(8)内设计为，保证螺杆(2)的滚珠滚道(4)与滚珠(5)的接触面(9)大体上连续地逐渐改变，用于使滚珠(5)在负荷传入及负荷传出区(10)按规定进入或排出过渡区(8)内。
3.按照权利要求1或2所述的滚珠螺旋传动装置，其特征为，滚珠转向段(6)在其过渡区(8)具有在其底面大体连续缩小、分叉的端部(11)。
4.按照权利要求1或3之一所述的滚珠螺旋传动装置，其特征为，在过渡区(8)内的滚珠(5)由于在螺杆(2)与螺母(3)相对运动时的滚动摩擦而移入负荷传入及负荷传出区(10)或从那里移出。
5.按照权利要求1至4之一所述的滚珠螺旋传动装置，其特征为，滚珠螺旋传动装置(1)具有两条或更多条滚珠链(7)和一个以上封闭的螺旋导程和一个由一滚珠回行通道(13)及滚珠转向段(6)组成的滚珠回导部(12)。
6.按照权利要求1至5之一所述的滚珠螺旋传动装置，其特征为，滚珠回导部(12)设置在螺母(3)内。
7.按照权利要求1至6之一所述的滚珠螺旋传动装置，其特征为，滚珠转向段(6)成一体地构成。
8.按照权利要求1至7之一所述的滚珠螺旋传动装置，其特征为，滚珠转向段(6)通过变形法或浇铸法构成。
9.按照权利要求1至8之一所述的滚珠螺旋传动装置，其特征为，滚珠转向段(6)由金属或非金属材料制成。
10.按照权利要求5至9之一所述的滚珠螺旋传动装置，其特征为，滚珠回行通道(13)基本上沿轴向在螺母(3)内延伸。
11.按照权利要求5至10之一所述的滚珠螺旋传动装置，其特征为，滚珠回行通道(13)大体成切向地导向滚珠转向段(6)至滚珠滚道(4)的过渡区(8)。
12.按照权利要求1至11之一所述的滚珠螺旋传动装置，其特征为，滚珠转向段(6)借助一轴向定位元件(14)和/或一弹簧元件(15)固定在螺母(3)内。
13.按照权利要求2至12之一所述的滚珠螺旋传动装置，其特征为，螺母(3)在过渡区(8)内的尖拱式滚道型面(16)通过一斜切部分叉状地构成。
14.用于转向系统的滚珠螺旋传动装置(1)的螺母，其特征为：为使滚珠螺旋传动装置(1)的滚珠(5)平顺地进入或排出，所述螺母(3)具有一个叉形结构的负荷传入及负荷传出区(10)，来自滚珠回导部(12)的滚珠(5)沿螺母(3)的尖拱式滚道型面(16)的棱边在负荷传入及负荷传出区上导引，直至它们在接触或压力角(22)的高度进入到滚珠滚道(4)中。
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