ES2206346T3 - Accionador para un dispositivo de direccion de vehiculo. - Google Patents
Accionador para un dispositivo de direccion de vehiculo.Info
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Abstract
Accionador para la intervención de dirección superpuesta en un dispositivo de dirección de vehículos, con un engranaje de superposición (12), que presenta dos árboles de entrada (13, 14) y un árbol de salida (15), en el que la relación de transmisión entre una modificación del ángulo de giro en el primer árbol de entrada (13) y la modificación del ángulo de giro en el árbol de salida (15) coaxial con el primer árbol de entrada puede ser modificada por medio de un motor eléctrico (20) acoplado con el segundo árbol de entrada (14) en función de parámetros predeterminados, por ejemplo la velocidad giratoria del primer árbol de entrada (13), donde el engranaje de superposición (12) presenta un engranaje planetario (25) modificado, de dos fases, con un soporte de planetas (30), con al menos uno, con preferencia con al menos tres planetas escalonados (31), que están constituidos por dos ruedas planetarias (211, 312) alineadas axialmente, conectadas entre sí fijas contra giro y que están retenidosde forma giratoria en el soporte de planetas (30), y con dos ruedas solares (32, 33), engranando, respectivamente, una de las ruedas planetarias (311) del al menos un planeta escalonado (31) con una de las ruedas solares (32) y engranando la otra rueda planetaria (312), del planeta escalonado (31) con la otra rueda solar (33), estando conectado el primer árbol de entrada (13) con una de las ruedas solares (32) y estando conectado el árbol de salida (15) con la otra rueda solar (33), respectivamente, de manera fija contra giro, y siendo accionable el soporte de planetas (30) por medio del segundo árbol de entrada, caracterizado porque los dientes (67, 68) de las ruedas planetarias (311, 312) de los planetas escalonados (31) y de las ruedas solares (22, 23) que engranan con éstos en cada fase del engranaje están biselados y los ángulos de chaflán (beta1, /beta2) de los dientes (67, 68) en las dos fases del engranaje están adaptados entre sí de tal forma que las fuerzas tangenciales (Ft1, Ft2) introducidas en las ruedas planetarias (311, 312) generan componentes de fuerzas axiales (Fa1, Fa2), que se compensan mutuamente, porque entre el segundo árbol de entrada (14) y el soporte de planetas (30) está dispuesto un engranaje helicoidal (26) irreversible con un tornillo sin fin (27), que está conectado fijo contra giro con el segundo árbol de entrada (14) y con una rueda helicoidal (28) conectada fija contra giro con el soporte de planetas (30), y porque la relación de multiplicación del engranaje helicoidal (26) es mayor que aproximadamente 10 así como la relación de multiplicación del engranaje planetario (25) desde el soporte de planetas (30) hacia el árbol de salida (15) está seleccionada entre 2 y 8.
Description
Accionador para un dispositivo de dirección de
vehículo.
La invención parte de un accionador para la
intervención de dirección superpuesta en un dispositivo de
dirección de vehículo del tipo definido en el preámbulo de la
reivindicación 1. Se publica en el documento DE 19 723 358 un
accionador de este tipo.
Con tales accionadores se modifica el ángulo de
la dirección de las ruedas del vehículo en función del ángulo del
volante, con lo que se consiguen ventajas con respecto a la
dinámica de la marcha, la seguridad de la marcha y la comodidad de
la marcha.
En un accionador conocido (DE 38 30 654 A1), el
engranaje de superposición está configurado como engranaje
planetario de una fase con soporte de planetas, ruedas de planetas,
rueda solar y rueda hueca, estando conectada fijamente la rueda
solar, respectivamente, con el primer árbol de entrada y la rueda
hueca con el árbol de salida y estando el soporte de planetas en
conexión operativa con el segundo árbol de entrada a través de un
engranaje helicoidal. El primer árbol de entrada está en conexión
de accionamiento con el volante y el árbol de salida está en
conexión de accionamiento con las ruedas articuladas del vehículo o
bien con miembros del engranaje de la dirección acoplados con ellas
de una manera forzada. El engranaje helicoidal accionado por un
motor eléctrico está configurado irreversible. En los árboles de
entrada y en el árbol de salida están dispuestos sensores, cuyas
señales reproducen la posición giratoria respectiva del árbol. Las
señales son alimentadas a un dispositivo de regulación, que controla
el motor eléctrico que incide en el segundo árbol de entrada.
El accionador según la invención con las
características de la reivindicación 1 o de la reivindicación 14
tiene la ventaja de que el engranaje de superposición es silencioso
debido al dentado biselado. Al mismo tiempo se impide que a través
de las componentes de fuerza que aparecen de forma inevitable en el
dentado biselado en dirección axial se produzca un choque frontal de
los planetas escalonados en el soporte de planetas, especialmente
en el caso de inversión del sentido de giro. A través de la
compensación de los componentes de fuerzas axiales se puede realizar
el alojamiento de los planetas escalonados sobre el soporte de
planetas de una manera constructivamente sencilla y de coste
favorable a través de un alojamiento deslizante sencillo.
Por medio de las medidas indicadas en las otras
reivindicaciones son posibles desarrollos ventajosos y mejoras del
accionador indicado en la reivindicación 1.
Según una forma de realización preferida de la
invención, con la misma dirección de gradiente, el ángulo de
chaflán de las dos fases del engranaje establece el ángulo de
chaflán de una de las fases del engranaje y el ángulo de chaflán de
la otra fase del engranaje se calcula a partir de la relación
F_{t1} \cdot tan\beta_{1} +
F_{t2} \cdot tan\beta_{2} =
0
donde F_{t1}, F_{t2} son las fuerzas
tangenciales introducidas en las dos ruedas planetarias del planeta
escalonado y \beta_{1,}\beta_{2} son los ángulos de chaflán
en las dos fases del
engranaje.
Según una forma de realización ventajosa de la
invención, los diámetros y, por lo tanto, el número de dientes de
las ruedas planetarias de los planetas escalonados están fijados de
tal forma que se lleva a cabo lentamente una transmisión desde el
primer árbol de entrada hacia el árbol de salida. De esta manera,
se puede realizar una estrategia de regulación acorde con la
seguridad con respecto a una transmisión variable de la dirección,
procurando, a elevadas velocidades de marcha, una transmisión
indirecta de la dirección y proporcionando, a baja velocidad de
marcha, una transmisión más directa de la dirección. A elevada
velocidad de marcha, el motor eléctrico permanece desconectado y la
transmisión de la dirección está predeterminada mecánicamente a
través del engranaje planetario, mientras que a bajas velocidades
de marcha, que no son críticas, el motor eléctrico aporta
movimientos de dirección.
Según la invención, entre el segundo árbol de
entrada y el soporte de planetas está dispuesto un engranaje
helicoidal configurado irreversible con un tornillo sin fin
conectado fijo contra giro con el segundo árbol de entrada y con
una rueda helicoidal conectada fija contra giro con el soporte
planetario. La relación entre los diámetros del tornillo sin fin y
la rueda helicoidal es aproximadamente 1 por razones de la inercia
de masas y del espacio de montaje disponible, y con una relación de
transmisión del engranaje helicoidal mayor que 10 aproximadamente,
se puede realizar la retención automática. La relación de
multiplicación del engranaje planetario se selecciona con 4
aproximadamente, para que resulten números de revoluciones no
críticos para el soporte de planetas con respecto al ruido y la
dinámica. Entre el motor eléctrico y el engranaje de la dirección
resulta de esta manera, en general, una relación de transmisión de
40 aproximadamente, y esta multiplicación total está adaptada para
un motor eléctrico usual, de precio favorable.
Según una forma de realización ventajosa de la
invención, el soporte de planetas que lleva la rueda helicoidal
está alojado por medio de al menos un cojinete de agujas sobre el
árbol de salida. Este cojinete de agujas reduce el par de fricción
no deseado que se opone al movimiento de la dirección durante el
paso del árbol de entrada al árbol de salida y a la inversa.
Según una forma de realización ventajosa de la
invención, el árbol de salida se apoya en el primer árbol de
entrada coaxial a través de un cojinete axial configurado como
cojinete de fricción. Con preferencia en este caso el cojinete
axial presenta una bola recibida en el lado frontal de uno de los
dos árboles y un disco que se apoya puntualmente en la bola,
dispuesto en el lado frontal del otro árbol. El disco es aproximado
por medio de un pasador roscado que puede ser enroscado en el árbol
y de esta manera reduce el juego axial entre el árbol de entrada y
el árbol de salida hasta cero. Una vez que se ha alcanzado la
ausencia de juego axial, se asegura este estado con la ayuda de otro
tornillo. Por medio de esta medida constructiva se consigue una
compensación sencilla, de coste favorable, del juego para
tolerancias de los componentes en dirección axial. Puesto que entre
la bola y el disco solamente existe un contacto puntual, el par de
fricción que aparece es muy reducido a pesar del alojamiento de
fricción de precio favorable. No se necesita espacio de
construcción adicional en dirección axial y radial. Con respecto al
apoyo del soporte de planetas a través del cojinete de agujas y de
los árboles entre sí a través del cojinete axial, se pueden
intercambiar el primer árbol de entrada y el árbol de salida.
Según una forma de realización ventajosa de la
invención, el árbol de salida se apoya a través de al menos un
cojinete de agujas sobre el árbol de entrada que está apoyado, por
su parte, en el lado de la carcasa sobre un cojinete de bolas. Los
cojinetes de agujas y los cojinetes de bolas se encuentran en este
caso concéntricamente entre sí. Si están montados dos cojinetes de
agujas, entonces el árbol de entrada puede absorber fuerzas
transversales y pares de flexión en una medida limitada. El primer
árbol de salida es entonces el árbol, que puede absorber desde el
punto de vista del alojamiento la fuerza transversal máxima o bien
el par de flexión máximo. Si se tiene esto en cuenta, entonces el
accionador se puede montar girado 180º, con lo que se intercambian
el árbol de entrada y el árbol de salida en su asociación
funcional. La determinación de los árboles depende de qué fuerza
transversal o bien que par de flexión sea introducido según la
experiencia en los árboles. El accionador se puede integrar en este
caso tanto en la columna de la dirección como también en el
engranaje de la dirección, de manera que con el accionador según la
invención se pueden cubrir todos los casos de carga que aparecen
tanto en la columna de dirección como también en el engranaje de
dirección.
Según una forma de realización preferida de la
invención, al menos, uno de los planetas escalonados está montado
de forma giratoria sobre un eje, cuyos dos extremos están alojados,
respectivamente, en uno de los puntos de cojinete dispuestos en el
soporte de planetas. Los dos puntos de cojinete del eje están
dispuestos sobre el extremo libre de un brazo de flexión respectivo,
cuyo otro extremo está fijado en el soporte de planetas de forma
elástica por muelle con una tensión previa dirigida hacia las
ruedas solares que engranan con los planetas escalonados. En el
soporte de planetas está dispuesto un tope que limita un movimiento
del brazo de flexión que está dirigido fuera de las ruedas solares
que engranan, cuyo tope presenta una escotadura de centrado con dos
flancos laterales biselados, en los que se apoya de forma lineal el
extremo libre redondeado del brazo de flexión. Por medio de esta
configuración elástica del soporte de planetas se consigue una
libertad de juego radial del engranaje planetario. El tope mecánico
en forma de prisma central el punto de cojinete dispuesto en el
extremo delantero del brazo de flexión, de manera que el punto de
cojinete no se desplaza todavía adicionalmente a través de fuerzas
tangenciales que resultan a partir del engranaje planetario.
Según una forma de realización preferida de la
invención, el brazo de flexión está alineado tangencialmente al
soporte de planetas. De esta manera, el brazo de flexión
propiamente dicho se encuentra sobre la línea de actuación de las
fuerzas tangenciales, de manera que las fuerzas tangenciales
generan en el brazo de flexión solamente fuerzas de tracción y de
presión, mientras que las fuerzas radiales en el brazo de flexión
solamente aportan, en cambio, fuerzas de flexión. De esta manera, el
punto de cojinete no experimenta en el extremo delantero del brazo
de flexión durante la desviación del brazo de flexión ningún
recorrido tangencial, y el punto de cojinete está ligado
tangencialmente muy profundo en el soporte de planetas. De esta
manera, se podría suprimir la escotadura de centrado descrita
anteriormente en el soporte de planetas o amplificar su acción.
De acuerdo con una forma de realización ventajosa
de la invención, a cada uno de los dos árboles de entrada y al
árbol de salida está asociado un sensor que detecta el ángulo de
giro y/o la velocidad del ángulo de giro, cuyas señales de salida
están alimentadas a un dispositivo de regulación que controla el
motor eléctrico. De esta manera resulta, con respecto a la seguridad
puntual la posibilidad de la supervisión del ángulo de sumas,
puesto que la suma de todos los tres ángulos de giro detectados por
los sensores debe ser cero. Si falla un sensor, la función de este
sensor puede ser asumida por los otros sensores, puesto que el
ángulo de giro de un árbol discrecional se puede calcular a partir
de los ángulos de giro de los dos árboles restantes.
En general, la suma de los desarrollos y mejoras
de la invención da como resultado un accionador comercial,
técnicamente optimizado para la intervención de dirección
superpuesta.
La invención se explica en detalle en la
descripción siguiente con la ayuda de ejemplos de realización
representados en el dibujo. En este caso:
La figura 1 muestra una sección longitudinal de
un accionador para la intervención de dirección superpuesta en un
dispositivo de dirección de vehículo.
La figura 2 muestra un esbozo de principio de un
engranaje de superposición en el accionador según la figura 1.
La figura 3 muestra un esbozo de principio del
engranaje de superposición según otro ejemplo de realización.
La figura 4 muestra una vista ampliada de un
planeta escalonado en el engranaje de superposición según la figura
1.
La figura 5 muestra una vista en planta del plano
IV-IV de un soporte de planetas en el engranaje de
superposición según la figura 1.
La figura 6 muestra una representación igual que
en la figura 5 según otro ejemplo de realización del soporte de
planetas.
El accionador representado en la figura 1 para la
intervención de dirección superpuesta en un dispositivo de
dirección de vehículo representa una forma de realización típica
para el montaje en la columna de la dirección del vehículo y está
conectado fijamente con una carcasa de regulador 11 a través de un
soporte 10 de columna de dirección, indicado de forma esquemática en
la figura 1, con la carrocería. El miembro de ajuste presenta un
engranaje de superposición 12 recibido en una carcasa de regulador
11 con dos árboles de entrada 13, 14 y un árbol de salida 15, en el
que la relación de multiplicación entre una modificación del ángulo
de giro del primer árbol de entrada 13 y la modificación del ángulo
de giro en el árbol de salida 15 coaxial con el primer árbol de
entrada 13 es variable por medio de un motor eléctrico 20 acoplado
con el segundo árbol de entrada en función de parámetros
predeterminados, por ejemplo la velocidad de giro del primer árbol
de entrada 3. El primer árbol de entrada 13 está provisto en el
extremo del árbol con un dentado entallado exterior 16, en el que
engrana un dentado entallado interior 17 configurado en un tubo
envolvente 18. El tubo envolvente 18 está en conexión directa con el
volante no representado aquí. Un cubo de desplazamiento 19 permite
un desplazamiento axial del volante y transmite el par manual sin
juego sobre el primer árbol de entrada 13. Posibilita una capacidad
de ajuste longitudinal del volante y permite la retirada por
inmersión del volante en caso de choque. El segundo árbol de entrada
14 es el árbol de accionamiento del motor eléctrico 20. A cada
árbol de entrada 13, 14 y al árbol de salida 15 está asociado un
sensor 21, 22, 23, que detecta el ángulo de giro y/o la velocidad
del ángulo de giro del árbol. Las señales de medición de los
sensores 21 a 23 son transmitidas a un dispositivo de regulación 24,
que controla el motor eléctrico 20. Otras variables de medición,
como la velocidad de la marcha, la velocidad de guiñada y similares
son evaluadas igualmente en el dispositivo de regulación 24.
El engranaje de superposición 12 presenta un
engranaje planetario 25 modificado, de dos fases, con una relación
de transmisión del soporte de planetas 30 hacia el árbol de salida
así como un engranaje helicoidal 26 irreversible, a través del cual
se acciona el engranaje planetario 25 por medio del motor eléctrico
20. Irreversible significa que solamente el motor eléctrico 20 puede
accionar el engranaje planetario 25 y no a la inversa. La relación
de multiplicación está entre 2 y 8 y está seleccionada con
aproximadamente 4 en el ejemplo de realización. El engranaje
helicoidal 26 está constituido por un tornillo sin fin 27 de
plástico, que o bien está inyectado directamente sobre el segundo
árbol de entrada 14 o sobre un casquillo metálico 29 que, por su
parte, está presionado sobre el segundo árbol de entrada 14. La
relación del diámetro entre el tornillo sin fin 27 y la rueda
helicoidal 28 es aproximadamente 1 y la relación de multiplicación
del engranaje helicoidal 26 está seleccionada mayor que
aproximadamente 10. La rueda helicoidal 28 se asienta sobre un
soporte planetario 30 del engranaje planetario 25 que se describe
más adelante y forma con éste una unidad de construcción. En este
caso, la rueda helicoidal 28 y el soporte planetario 30 están
fabricados como una pieza fundida por inyección de un material, por
ejemplo aluminio o plástico. El plástico tiene la ventaja de que la
rueda helicoidal 28 está terminada con el proceso de inyección, es
de precio favorable y presenta propiedades de aislamiento del
ruido. De manera alternativa, el soporte de planetas 30 puede estar
fabricado, por ejemplo, de aluminio y la rueda helicoidal 28 puede
estar fabricada de plástico. Además de las ventajas ya mencionadas
se consigue de esta manera una resistencia más alta, una
elasticidad más elevada y una dilatación térmica más reducida del
soporte planetario 30 con respecto a un soporte de planetas de
plástico.
El engranaje planetario 25 de dos fases presenta,
además del soporte de planetas 30, tres planetas escalonados 31
alojados de forma giratoria en el soporte de planetas 30, que están
desplazados entre sí en el mismo ángulo de giro sobre un círculo
divisor coaxial al eje del soporte de planetas, así como dos ruedas
solares 32, 33. Cada planeta escalonado 31 está constituido por una
rueda planetaria 311 y una rueda planetaria 312, que están
conectadas entre sí de forma fija contra giro. Las ruedas
planetarias 311 y 312 presentan diámetros diferentes y, por lo
tanto, números de dientes diferentes. Cada planeta escalonado 31 se
asienta, montado sobre cojinete de fricción, sobre un eje 34 dentro
de una parte de cazoleta 301 del soporte de planetas 30, que está
cerrado con una placa de tapa 35. Los ejes 34 están recibidos con
sus extremos de eje de forma fija contra giro, respectivamente, en
un punto de cojinete 36 configurado en el fondo de cazoleta 301a de
la pieza de cazoleta 301 y en un punto de cojinete 37 configurado en
la placa de tapa 35. Desde la pieza de cazoleta 301 se proyecta una
pieza de casquillo 302 de una sola pieza del soporte de planetas
30, que está montada de forma giratoria a través de un cojinete de
fricción 38 sobre el árbol de salida 15, y que lleva la rueda
helicoidal 28 ya mencionada del engranaje helicoidal 26. Para la
reducción de un par de fricción no deseado durante el avance desde
el primer árbol de entrada hacia el árbol de salida 13, 15 y a la
inversa, se substituye o se completa el cojinete de fricción 38 con
un cojinete de agujas no representado aquí. Las ruedas planetarias
311 de los planetas escalonados 31 engranan con la rueda solar 32 y
las ruedas planetarias 312 engranan con la rueda solar 33. Las
ruedas solares 32 y 33 están fresadas directamente sobre el primer
árbol de entrada 13 o bien sobre el árbol de salida 15.
Para crear libertad de juego entre el primer
árbol de entrada 13 y el árbol de salida 15 del engranaje de
superposición 12 están previstos medios en el engranaje planetario
25 para la supresión de un juego del flanco de los dientes presente
entre los planetas escalonados 31 y las dos ruedas solares 32, 33.
Estos medios comprenden un alojamiento radialmente elástico por
medio de uno de los planetas escalonados 31 en el soporte de
planetas 30, lo que se realiza a través de una configuración
radialmente elástica de los puntos de cojinete 36 y 37 de estos
planetas escalonados 31 en el soporte de planetas 30. En la figura
5 se representa de forma ampliada la configuración elástica del
punto de cojinete 36 para uno de los planetas escalonados 31 en la
placa de cubierta 35 del soporte de planetas 35. El punto de
cojinete elástico 36 está configurado como taladro 39 sobre un
brazo de flexión 40, que está fijado de forma elástica por muelle
en la placa de cubierta 35. El brazo de flexión 40 está configurado
en este caso de tal forma que, cuando el engranaje planetario 25
está montado, genera una fuerza de sujeción aproximadamente radial,
que está dirigida hacia las ruedas solares 32, 33 que engranan. Esta
fuerza de sujeción se consigue porque el brazo de flexión 40,
durante el montaje de los planetas escalonados 31, es presionado en
dirección opuesta fuera de las ruedas solares 32, 33 que engranan.
El brazo de flexión 40 está configurado en forma de arco con un
canto de limitación interior 401, que se extiende concéntricamente
al eje del soporte de planetas 30, y en particular porque está
destalonado desde la placa de cubierta 35 de tal forma que uno de
los extremos del brazo permanece unido en una sola pieza con la
placa de cubierta 35 y el otro extremo del brazo está redondeado en
forma de arco. En este extremo del brazo redondeado en forma de
arco, el punto de cojinete 36 está alojado como taladro 39. En el
caso de sobrecarga, se apoya el brazo de flexión 40 en un tope 41
configurado en la placa de cubierta 35. Este tope 41 está formado
por la parte delantera 40 del canto de corte 351 de la placa de
cubierta 35, que se extiende en la distancia del intersticio
respecto del brazo de flexión 40. Si el brazo de flexión 40 es
presionado hacia fuera en caso de sobrecarga, se mueve el punto de
cojinete 36 a lo largo de una curva 61, hasta que se apoya en el
tope mecánico 41. Además de la fuerza radial 62 dirigida en contra
de la fuerza de resorte 65 del brazo de flexión 40, a partir del
engranaje planetario 25 resulta también todavía la fuerza tangencial
63. Esta fuerza tiene la tendencia a desplazar tangencialmente el
punto de cojinete 36 con el brazo de flexión 40, lo que es poco
ventajoso para el engranaje planetario 25. Por lo tanto, como se
puede ver en la figura 5, el tope 41 presenta una escotadura de
centrado 64 en forma de prisma con dos flancos laterales biselados
641 y 642. Si se apoya el extremo del brazo delantero en forma de
arco del brazo de flexión 40 con el punto de cojinete 36 en el tope
mecánico 41, entonces se fija el punto de cojinete sobre los dos
flancos laterales 641, 642 de la escotadura de centrado 64. El
punto de cojinete 36 está fijado de esta manera radial y
tangencialmente y, por lo tanto, define la posición extrema del
planeta escalonado 31 en el engranaje planetario 25. De esta manera,
se asegura la función perfecta del engranaje planetario 25 en todos
los casos de carga.
De la misma manera que se ha descrito con
respecto al punto de cojinete 36, está configurado el punto de
cojinete 37 del eje 34 de los planetas escalonados 31 en el fondo de
cazoleta 301a de la pieza de cazoleta 301 del soporte de planetas
30. A este respecto, se aplica de una manera idéntica la
descripción precedente, debiendo colocarse solamente, en lugar del
punto de cojinete 36, el punto de cojinete 37 y en lugar de la
placa de cubierta 35 el fondo de cazoleta 301a.
La figura 6 muestra una forma de realización
modificada del brazo de flexión 66 para el alojamiento radialmente
elástico del punto de cojinete 36 y 37, respectivamente. Como en la
figura 5, también aquí la fuerza radial 62 y la fuerza tangencial 63
inciden en el punto de cojinete 36. El brazo de flexión 66 está
realizado lineal y está alineado tangencialmente al soporte de
planetas 30. Por lo tanto, se encuentra sobre la línea de actuación
de las fuerzas tangenciales 63, con lo que las fuerzas tangenciales
63 en el brazo de flexión 66 solamente generan fuerzas de tracción y
fuerzas de compresión, en cambio la fuerza radial 62, a la que
contrarresta la fuerza elástica 65 del brazo de flexión 66, genera
exclusivamente una solicitación del brazo de flexión alrededor de la
unión del brazo de flexión 66 en el soporte de planetas 30. El
punto de cojinete 36 se mueve elásticamente a lo largo de la curva 6
en la región del recorrido posible del muelle radialmente hacia
fuera. En oposición al brazo de flexión 40 en la figura 5, el brazo
de flexión 66 no realiza ningún recorrido tangencial.
De la misma manera que el engranaje planetario
25, también el engranaje helicoidal 26 está configurado libre de
juego. A tal fin, una segunda rueda helicoidal estrecha 42 está
acoplada a través de un muelle anular 43 con la primera rueda
helicoidal 28. El muelle anular 43 se ocupa de la compensación del
juego tangencial, apoyándose con fuere elástica, respectivamente, un
flanco dentado de las ruedas helicoidales 28 y 42 a ambos lados en
los flancos dentados del tornillo sin fin 27.
El primer árbol de entrada 13 y el árbol de
salida 15 están montados, respectivamente, a través de un cojinete
de bolas 44 y 45 en la carcasa de regulador 11. Adicionalmente, el
árbol de salida 15 se proyecta con un pivote de cojinete 151, que
sobresale en uno de sus extremos frontales, en el interior de una
escotadura coaxial 46 del tipo de taladro ciego en el primer árbol
de entrada 13, y el árbol de salida 15 se apoya con su pivote de
cojinete 151 a través de dos cojinetes de agujas 47, 48 en la
escotadura 46 sobre su árbol de entrada 13. El cojinete de agujas 47
se encuentra en este caso directamente dentro de la zona anular
rodeada por el cojinete de bolas 44. A través de estos cojinetes de
agujas 47, 48 se soportan las fuerzas transversales o pares de
flexión, que son introducidos a través del tubo envolvente 18 en el
primer árbol de entrada 13. Si se excluye la introducción de una
fuerza transversal o bien de un par de flexión condicionada por el
diseño, entonces se puede suprimir el cojinete de agujas 48.
Entre el primer árbol de entrada 13 y el árbol de
salida 15 coaxial con él está prevista una compensación del juego.
A tal fin, entre el primer árbol de entrada 13 y el árbol de salida
15 o bien el pivote de cojinete 151 del árbol de salida 15 está
dispuesto un cojinete axial 50 configurado como cojinete de
fricción. El cojinete axial 50 comprende una bola 51, que está
recibida en una cavidad frontal 52 en el lado frontal del pivote de
cojinete 151 del árbol de salida 15, y un disco 53, que está
insertado en el fondo de la escotadura 46 en el primer árbol de
entrada 13. El disco 53 está recibido de forma desplazable
axialmente en la escotadura 46 y se apoya en el lado frontal de un
pasador roscado 54, que está enroscado en un taladro de rosca
interior 55 en el primer árbol de entrada 13. Si se aproxima el
pasador roscado 54, entonces se reduce el juego axial entre el
primer árbol de entrada 13 y el árbol de salida 15, y la bola 51 se
apunta de forma puntual en el disco 53. Si se alcanza la ausencia de
juego, entonces se asegura este estado con la ayuda de un tornillo
de seguridad 56, que se puede enroscar igualmente en el taladro
roscado interior 55. El pasador roscado 54 y el tornillo de
seguridad 56 son accesibles desde el extremo libre del primer árbol
de entrada 13 configurado hueco.
En la figura 2 se representa de nuevo todavía de
forma esquemática el engranaje de superposición 12 para la
ilustración de la compensación del juego radial en el engranaje
planetario 25 descrito. En coincidencia con la figura 1, el primer
árbol de entrada está designado con 13, el segundo árbol de entrada
está designado con 14 y el árbol de salida está designado con 15. La
rueda solar 32 se asienta fija contra giro sobre el primer árbol de
entrada 13 y la rueda solar 33 se asienta fija contra giro sobre el
árbol de salida 15. La rueda helicoidal 28 del engranaje helicoidal
26 está conectada fija contra giro con el soporte de planetas 30,
que está montado de forma giratoria en la carcasa del regulador 11,
en el ejemplo de realización de la figura 2 se apoya de forma
giratoria sobre el árbol de salida 15 a través de un cojinete de
agujas y sobre el árbol de entrada 13. La rueda solar 32 engrana con
la rueda planetaria 311 del planeta escalonado 31, y la rueda solar
33 engrana con la rueda planetaria 312 del planeta escalonado 31,
estando conectadas entre sí las ruedas planetarias 311, 312 de
forma fija contra giro y - como ya se ha descrito - están recibidas
de forma giratoria sobre un eje 34 a través de un cojinete de
fricción. El eje 34, representado en la figura 2, de uno de los
planetas escalonados 31 está montado de forma radialmente elástica
en el soporte de planetas 30. A tal fin, los puntos de cojinete
36, 37, que reciben los dos extremos axiales del eje 34, están
unidos de forma radialmente elástica en el soporte de planetas 30,
lo que está simbolizado a través de los muelles de tracción 57 en
la figura 2. Los muelles de tracción 57 generan una fuerza de
sujeción radial dirigida hacia las ruedas solares 32, 33. Los topes
mecánicos que delimitan la desviación radial hacia fuera en caso de
sobrecarga, que están integrados en el soporte planetario 30, están
designados en la figura 2 igualmente con
41.
41.
Como se representa en la figura 3, este engranaje
planetario 25 de dos fases se puede realizar también de una manera
alternativa de manera que en lugar de las dos ruedas solares 32,
33, engranan dos ruedas huecas 58, 59 con los planetas escalonados
31, estando asociada la rueda hueca 58 a la rueda planetaria 311 y
estando asociada la rueda hueca 59 a la rueda planetaria 312. La
rueda hueca 58 está conectada fija contra giro con el primer árbol
de entrada 13 y la rueda hueca 59 está conectada fija contra giro
con el árbol de salida 15. Para la compensación del juego radial, de
nuevo un planeta escalonado 31 está montado de forma radialmente
elástica, y en particular de tal forma que la fuerza radial actúa
hacia fuera y las ruedas planetarias 311, 312 encajan en unión por
aplicación de fuerza en las ruedas huecas 58, 59 asociadas. A tal
fin, de nuevo los puntos de cojinete 36, 37 del eje 34, que recibe
de forma móvil giratoria el planeta escalonado 31, están alojados
desplazables radialmente en el soporte de planetas 30, actuando la
fuerza radial hacia fuera y estando simbolizados en la figura 3 por
medio de muelles de compresión 60, 61. Este engranaje planetario 25
tiene igualmente libertad de juego radial, pero es desfavorable con
respecto al engranaje planetario mostrado en las figuras 1 y 2 en
la medida en que, debido a las ruedas huecas 58, 59, se incrementa
el diámetro del accionador y, además, las ruedas huecas metálicas
58, 59 caras elevan los costes de fabricación.
Para la consecución de una ausencia grande de
ruido del engranaje de transmisión, los dientes de las ruedas
planetarias 311 y 312 de los planetas escalonados 31 y de las ruedas
solares 32, 33 o bien de las ruedas huecas 58, 59, que engranan con
estos planetas escalonado en cada fase del engranaje, están
biselados, estando adaptados entre sí los ángulos de chaflán de los
dientes en las dos fases del engranaje para que las fuerzas
tangenciales introducidas por las ruedas solares 32, 33 o bien las
ruedas huecas 58, 59 generen componentes de fuerza axial, que se
compensan mutuamente. Este dentado biselado con compensación de
fuerza axial se representa en la figura 4 para un planeta escalonado
31, que -como se ha descrito- está montado sobre cojinete de
fricción sobre el eje 34 retenido en el soporte de planetas 30. El
eje 34 está recibido con sus extremos en el punto de cojinete 36 en
la placa de cubierta 35 y en el punto de cojinete 37 en el fondo de
cazoleta 301a de la pieza de cazoleta 301 del soporte de planetas
30. Con 67 se designa un diente de la rueda planetaria 311 y con 68
se designa un diente de la rueda planetaria 312. F_{t1} y
F_{t2} son fuerzas tangenciales, que son introducidas,
respectivamente, por las ruedas solares 32, 33 no representadas en
la figura 4. Las fuerzas axiales que resultan de ello son F_{a1} y
F_{a2}. Los círculos primitivos d_{1} y d_{2} del planeta
escalonado 31 están predeterminados en virtud de la transmisión
seleccionada del engranaje planetario. Los ángulos de chaflán
\beta_{1} y \beta_{2} son seleccionados ahora para que la
suma de las fuerzas axiales F_{t1} y F_{t2} sea cero.
En el caso de que los dientes 67 y 68 tengan la
misma dirección de gradiente, entonces se aplica la relación
F_{t1} \cdot tan\beta_{1} +
F_{t2} \cdot tan\beta_{2} =
0
Si se predetermina un ángulo de chaflán
\beta_{1}o \beta_{2}, entonces a partir de esta relación se
calcula el segundo ángulo de chaflán \beta_{1} o \beta_{2},
respectivamente. Los círculos primitivos d_{1} y d_{2} y, por
lo tanto, el número de dientes de las ruedas planetarias 311 y 312
están seleccionados para que se realice una transmisión desde el
primer árbol de entrada 13 hacia el árbol de salida 15, con
preferencia de una manera desacelerada. Es posible una transmisión
inversa cuando ésta no implica inconvenientes.
Claims (15)
1. Accionador para la intervención de dirección
superpuesta en un dispositivo de dirección de vehículos, con un
engranaje de superposición (12), que presenta dos árboles de
entrada (13, 14) y un árbol de salida (15), en el que la relación de
transmisión entre una modificación del ángulo de giro en el primer
árbol de entrada (13) y la modificación del ángulo de giro en el
árbol de salida (15) coaxial con el primer árbol de entrada puede
ser modificada por medio de un motor eléctrico (20) acoplado con el
segundo árbol de entrada (14) en función de parámetros
predeterminados, por ejemplo la velocidad giratoria del primer
árbol de entrada (13), donde el engranaje de superposición (12)
presenta un engranaje planetario (25) modificado, de dos fases, con
un soporte de planetas (30), con al menos uno, con preferencia con
al menos tres planetas escalonados (31), que están constituidos por
dos ruedas planetarias (211, 312) alineadas axialmente, conectadas
entre sí fijas contra giro y que están retenidos de forma giratoria
en el soporte de planetas (30), y con dos ruedas solares (32, 33),
engranando, respectivamente, una de las ruedas planetarias (311)
del al menos un planeta escalonado (31) con una de las ruedas
solares (32) y engranando la otra rueda planetaria (312), del
planeta escalonado (31) con la otra rueda solar (33), estando
conectado el primer árbol de entrada (13) con una de las ruedas
solares (32) y estando conectado el árbol de salida (15) con la
otra rueda solar (33), respectivamente, de manera fija contra giro,
y siendo accionable el soporte de planetas (30) por medio del
segundo árbol de entrada, caracterizado porque los dientes
(67, 68) de las ruedas planetarias (311, 312) de los planetas
escalonados (31) y de las ruedas solares (22, 23) que engranan con
éstos en cada fase del engranaje están biselados y los ángulos de
chaflán (\beta_{1,} \beta_{2}) de los dientes (67, 68) en
las dos fases del engranaje están adaptados entre sí de tal forma
que las fuerzas tangenciales (F_{t1}, F_{t2}) introducidas en
las ruedas planetarias (311, 312) generan componentes de fuerzas
axiales (F_{a1}, F_{a2}), que se compensan mutuamente, porque
entre el segundo árbol de entrada (14) y el soporte de planetas
(30) está dispuesto un engranaje helicoidal (26) irreversible con
un tornillo sin fin (27), que está conectado fijo contra giro con
el segundo árbol de entrada (14) y con una rueda helicoidal (28)
conectada fija contra giro con el soporte de planetas (30), y
porque la relación de multiplicación del engranaje helicoidal (26)
es mayor que aproximadamente 10 así como la relación de
multiplicación del engranaje planetario (25) desde el soporte de
planetas (30) hacia el árbol de salida (15) está seleccionada entre
2 y 8.
2. Accionador según la reivindicación 1,
caracterizado porque los ángulos de chaflán (\beta_{1,}
\beta_{2}) de las dos fases del engranaje presentan el mismo
sentido gradiente y el ángulo de chaflán (\beta_{1}o
\beta_{2}) de una de las fases de engranaje es fijo y el ángulo
de chaflán (\beta_{2,} \beta_{1}) de la otra fase de
engrane se calcula a partir de la relación,
F_{t1} \cdot tan\beta_{1} +
F_{t2} \cdot tan\beta_{2} =
0
donde F_{t1}, F_{t2} son las fuerzas
tangenciales introducidas en las dos ruedas planetarias (311, 312)
y (\beta_{1,} \beta_{2}) son los ángulos de chaflán en las
dos fases del
engranaje.
3. Accionador según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque el número de dientes de las ruedas
planetarias (311, 312) está fijado de tal forma que se realiza una
transmisión desde el primer árbol de entrada (13) hacia el árbol de
salida (15) con preferencia de una manera desacelerada.
4. Accionador según una de las reivindicaciones 1
a 3, caracterizado porque se selecciona la relación del
diámetro del tornillo sin fin (26) y de la rueda helicoidal (28)
aproximadamente 1.
5. Accionador según la reivindicación 4,
caracterizado porque el soporte de planetas (30) está
alojado por medio de un cojinete de agujas sobre el árbol de salida
(15).
6. Accionador según una de las reivindicaciones 1
a 5, caracterizado porque el árbol de salida (15) se apoya
en el primer árbol de entrada coaxial (13) por medio de un cojinete
axial (50) que está configurado con preferencia como cojinete de
fricción.
7. Accionador según la reivindicación 6,
caracterizado porque el cojinete axial (50) presenta una
bola (51) recibida en el lado frontal de un árbol (13, 15) y un
disco (53) dispuesto en el lado frontal del otro árbol (15, 13),
que se apoya de forma puntual en la bola (51).
8. Accionador según la reivindicación 7,
caracterizado porque el árbol de salida (15) se proyecta con
un pivote de cojinete (151), que sobresale en el lado frontal, en
una escotadura (46) coaxial del tipo de taladro ciego en el primer
árbol de entrada (13), porque la bola (51) está recibida en una
cavidad (52) configurada en el pivote de cojinete (151) del árbol de
salida (15) y el disco (53) está recibido desplazable axialmente en
la escotadura (46) del primer árbol de entrada (13) se apoya en un
pasador roscado (54) que se puede enroscar en el árbol de entrada
(13) y porque el pasador roscado (54) se puede bloquear en cada
posición de desplazamiento del disco (53) contra desplazamiento
adicional.
9. Accionador según la reivindicación 8,
caracterizado porque el árbol de salida (15) se apoya con su
pivote de cojinete (151) por medio de al menos un cojinete de agujas
(47, 48) en el interior del primer árbol de entrada (13), que está
apoyado, por su parte, en el lado de la carcasa por medio de un
cojinete de bolas (44).
10. Accionador según una de las reivindicaciones
1 a 9, caracterizado porque, al menos, uno de los planetas
escalonados, (31) está alojado sobre un eje (34), cuyos dos extremos
están recibidos, respectivamente, en un punto de cojinete (36, 37)
dispuesto en el soporte de planetas (30), porque los dos puntos de
cojinete (36, 37) del eje (34) están dispuestos sobre el extremo
libre de un brazo de flexión (40; 66) respectivo, cuyo otro extremo
está fijado de forma elástica por muelle en el soporte de planetas
(30) con una tensión previa dirigida sobre las ruedas solares (32,
33) que engranan con el planeta escalonado (31), y porque en el
soporte de planetas (30) está dispuesto un tope mecánico (41), que
limita un movimiento del brazo de flexión (40, 66) dirigido hacia
fuera de las ruedas solares (32, 33) engranadas.
11. Accionador según la reivindicación 10,
caracterizado porque el brazo de flexión (40) está
configurado en forma de arco con un canto de limitación interior
(401), que se extiende coaxialmente al eje del soporte de planetas
(30) y porque el tope (41) presenta una escotadura de centrado (64)
con dos flancos laterales biselados (641, 642), en los que se apoya
linealmente el extremo libre redondeado del brazo de flexión
(40).
12. Accionador según la reivindicación 10,
caracterizado porque el brazo de flexión (66) está alineado
tangencialmente al soporte de planetas (30).
13. Accionador según una de las reivindicaciones
1 a 12, caracterizado porque al menos tres planetas
escalonados (31) están dispuestos en el soporte de planetas (30)
desplazados entre sí en el mismo ángulo circunferencial, al menos
uno de los cuales presenta el alojamiento radialmente elástico.
14. Accionador según una de las reivindicaciones
1 a 13, en el que en lugar de las dos ruedas solares (32, 33), dos
ruedas huecas (58, 59) con dentado interior están conectadas fijas
contra giro con el árbol de entrada y el árbol de salida (13, 15) y
de la misma manera engranan con las ruedas planetarias (311, 312)
del al menos un planeta escalonado (31).
15. Accionador según una de las reivindicaciones
1 a 14, caracterizado porque a cada uno de los dos árboles
de entrada (13, 14) y al árbol de salida (15) está asociado un
sensor (21, 22, 23) que detecta el ángulo de giro o la velocidad
angular giratoria del árbol (13, 14, 15), cuyas señales de salida
están alimentadas a un dispositivo de regulación (24) para el motor
eléctrico (20).
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