ES2212651T3 - Mejoras relacionadas con sistemas electricos de direccion asistida. - Google Patents
Mejoras relacionadas con sistemas electricos de direccion asistida.Info
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Abstract
Un sistema de dirección electroasistida que comprende una carcasa (4), un motor eléctrico (1) fijo con respecto a la carcasa (4) que tiene un estátor (2) y un rotor (3), un eje de entrada (5) conectado operativamente al rotor (3), un eje de salida (12) conectado operativamente a una columna de dirección, y un sensor de par adaptado para producir una señal de salida indicativa del par en el eje de salida (12), estando adaptado el motor (1) para aplicar sobre el eje de salida (12) un par que depende de la señal de salida del sensor de par, a través de un tornillo sinfín (13) situado en el eje de entrada (5) y adaptado para engranar con una rueda helicoidal (11) conectada operativamente al eje de salida (12), comprendiendo además el sistema de dirección un primer medio de cojinete (9) que soporta al eje de entrada (5) con relación a la carcasa (4) por el extremo distal del motor (1) y estando caracterizado por comprender un muelle de lámina que está adaptado para actuar sobre el primer medio de cojinete (9) para empujar el eje de entrada (5) hacia la rueda helicoidal (11).
Description
Mejoras relacionadas con sistemas eléctricos de
dirección asistida.
Esta invención se refiere a mejoras en conjuntos
de engranajes, y en particular a conjuntos de dirección
electroasistida que incorporan un conjunto de engranajes de tornillo
sinfín para transferir un par desde un motor eléctrico hasta una
columna de dirección o eje de salida operativamente conectado a la
misma.
Son conocidos los sistemas de dirección asistida
para vehículos que comprenden un motor eléctrico que tiene un
estátor y un rotor, un eje de entrada conectado operativamente al
rotor y preparado para girar con el mismo, un eje de salida asociado
a una columna de dirección, y una caja de engranajes preparada para
transmitir el par desde el eje de entrada hasta el eje de salida en
respuesta a una medida del par en el eje de salida obtenida por un
sensor de par. El motor actúa típicamente aplicando sobre el eje de
salida un par directamente proporcional al par medido, aplicando así
un par de asistencia que ayuda a dirigir el vehículo.
En una disposición sencilla, el eje de entrada
define un tornillo sinfín, y el eje de salida está provisto de una
rueda helicoidal preparada para engranar con el tornillo sinfín.
Aunque este sistema es relativamente eficaz, existe el problema del
ruido y la vibración debidos a un engrane incorrecto entre el
tornillo sinfín y la rueda helicoidal. Este engrane incorrecto puede
producirse debido a tolerancias de fabricación, cambios térmicos de
las dimensiones, distorsión debida a las fuerzas torsionales y
desgaste durante el servicio.
Existe constancia del documento
US-A-4967858 que describe un aparato
motriz eléctrico que comprende todas las características contenidas
en la cláusula precaracterizadora de la reivindicación 1.
Específicamente, el aparato del documento
US-A-4967858 no incluye ningún medio
de empuje para el eje.
También existe constancia del documento
EP-A-0420131 que describe un aparato
de dirección de ruedas traseras en el cual un eje sinfín que se
extiende desde un motor es empujado hacia una rueda de tornillo
sinfín por un medio elástico en forma de muelle helicoidal.
En el documento
J-A-62255618 un elemento elástico
constituido por muelles de lámina tiene una pluralidad de caras de
accionamiento que cooperan con unas caras de accionamiento definidas
en un rotor y en un eje de entrada.
Según un primer aspecto, la invención proporciona
un sistema de dirección electroasistida que comprende una carcasa,
un motor eléctrico fijo con respecto a la carcasa y que tiene un
estátor y un rotor, un eje de entrada conectado operativamente al
rotor, un eje de salida conectado operativamente a una columna de
dirección, y un sensor de par preparado para producir una señal de
salida indicativa del par en el eje de salida, estando el motor
preparado para aplicar sobre el eje de salida un par proporcional a
la señal de salida del sensor de par, a través de un tornillo sinfín
situado en el eje de entrada y preparado para engranar con una rueda
helicoidal conectada operativamente al eje de salida, incluyendo
además el sistema de dirección un primer medio de cojinete que
soporta al eje de entrada sobre la carcasa por el extremo opuesto al
motor y estando caracterizado por incluir un muelle de lámina que
está preparado para actuar sobre el primer medio de cojinete para
empujar el eje de entrada hacia la rueda helicoidal.
Preferiblemente, el eje de entrada está empujado
con un movimiento basculante centrado en un segundo medio de
cojinete que soporta al eje de entrada sobre la carcasa por el
extremo adyacente al motor.
El medio de empuje puede estar preparado para
aplicar sobre el primer medio de cojinete una fuerza de empuje
suficiente para mantener un engrane total entre los dientes del
tornillo sinfín y los dientes de la rueda helicoidal dentro de un
margen predeterminado de los valores del par soportado por la rueda
helicoidal. Esto ayuda a evitar que suenen los engranajes cuando se
rueda en línea recta por carreteras bacheadas asegurando que los
lados de los dientes engranados del tornillo sinfín y de la rueda
helicoidal estén en contacto prácticamente en todo momento dentro de
este margen de pares. Debido a que esta disposición aumenta el
rozamiento estático de la caja de engranajes, es importante mantener
el control de la fuerza aplicada por el medio de empuje durante todo
el margen requerido para el eje de entrada. Por lo tanto el medio de
empuje debe tener una fuerza elástica baja.
La provisión del medio de empuje permite ejercer
una fuerza de empuje controlada permitiendo a la vez un movimiento
basculante del eje de entrada suficiente para compensar los cambios
de dimensiones debidos a tolerancias de fabricación, cambios de
temperatura, etc. El valor máximo del par hasta el cual es eficaz el
engrane total es cuidadosamente elegido (mediante un compromiso)
para evitar un rozamiento excesivo.
El muelle de lámina puede estar sujeto a la
carcasa por un primer extremo y actuar sobre el primer medio de
cojinete por su segundo extremo. Este puede apoyar sobre el primer
medio de cojinete por el lado del eje de entrada opuesto a la rueda
helicoidal, de manera que empuje el tornillo sinfín haciéndole
entrar en contacto con la rueda helicoidal.
El muelle de lámina puede estar situado fuera de
la carcasa y el segundo extremo del muelle de lámina puede pasar a
través de una abertura de la carcasa para apoyar sobre el primer
medio de cojinete. El segundo extremo del muelle de lámina puede
llevar un retén que cierre herméticamente la abertura por la que
atraviesa.
El eje de entrada puede estar conectado
directamente al rotor del motor. Puede extenderse continuamente a
través del rotor.
El eje de entrada puede estar operativamente
conectado al rotor a través de un acoplamiento flexible que permita
que el tornillo sinfín bascule sin que se mueva el rotor.
El acoplamiento flexible puede comprender un
elemento elástico, por ejemplo de goma. El rotor del motor puede
estar preparado para aplicar una fuerza motriz sobre el elemento
elástico a través de una o varias superficies separadas
circunferencialmente y extendidas radialmente del elemento elástico.
El elemento elástico puede estar preparado a su vez para aplicar una
fuerza motriz sobre el eje de entrada a través de una o varias
superficies del elemento extendidas radialmente y separadas
circunferencialmente. El elemento puede tener una forma de araña con
múltiples brazos que presenten un número de superficies motrices
extendidas radialmente y separadas circunferencialmente.
Cuando el eje de entrada está conectado al rotor
del motor mediante un acoplamiento flexible, puede proveerse un
primer medio de compresión entre la carcasa y el primer medio de
cojinete situado en el extremo del eje de entrada opuesto al motor,
el cual aplica una fuerza de compresión sobre el eje de entrada para
empujarlo hacia el rotor del motor. Puede consistir en un muelle
helicoidal. Su función es la de evitar el ruido y la vibración
debidos al juego axial en el segundo medio de cojinete. En su estado
comprimido, quedará un espacio libre entre espiras adyacentes para
evitar la resistencia al movimiento basculante del eje de entrada
por rozamiento de las espiras.
También puede proveerse un segundo medio de
compresión (tal como un muelle helicoidal) entre el extremo del eje
de entrada adyacente al rotor del motor y el rotor del motor. Este
puede colocarse en una copa formada en un extremo del eje de
entrada, mientras una clavija que se extiende desde el eje de
rotación del rotor del motor y que forma parte del rotor se proyecta
hasta el interior de la copa para apoyar sobre el muelle.
De este modo, mientras el primer medio de
compresión empuja al segundo medio de cojinete a través del
acoplamiento flexible, el segundo medio de compresión empuja al
rotor directamente a través de la clavija. Debe existir una
diferencia entre las fuerzas ejercidas respectivamente por el primer
y el segundo medio de compresión que sea suficiente para provocar el
empuje deseado sobre el segundo medio de cojinete en la dirección
del eje de entrada.
El segundo medio de cojinete puede comprender un
cojinete a bolas preparado para evitar el movimiento radial y axial
del eje de entrada con respecto a la carcasa a la vez que permita el
movimiento basculante del eje de entrada venciendo la fuerza de
empuje ejercida por el medio de empuje.
El segundo medio de cojinete puede seleccionarse
de manera que comprenda un conjunto de cojinete a bolas de alta
tolerancia que esté preparado, en virtud de la forma del canal en el
que están situadas las bolas, para impedir sustancialmente todo
desplazamiento radial del eje de entrada con respecto a la carcasa
al pasar a través del segundo cojinete, pero permitiendo a la vez
que el eje de entrada pivote sobre el punto de intersección de su
eje con el plano del segundo medio de cojinete.
En una disposición preferida, la carcasa define
una primera porción y una segunda porción, consistiendo la primera
porción en una carcasa para el eje de entrada que tiene al menos un
par de paredes opuestas, y que tiene una abertura en cada pared en
la cual están respectivamente situados el primer y el segundo medio
de cojinete, y consistiendo la segunda porción en una carcasa para
una parte al menos del eje de salida que tiene una pareja al menos
de paredes opuestas, existiendo una abertura en cada pared para
alojar uno o varios cojinetes preparados para sujetar el eje de
salida sobre la carcasa. El eje de salida se monta preferiblemente
perpendicular al eje de entrada e impide sustancialmente el
desplazamiento radial con respecto a la carcasa.
Puede proveerse una parte de recubrimiento
plástico sobre una cara circunferencial exterior del primer medio de
cojinete que impida el contacto entre el primer medio de cojinete y
la carcasa en el caso de desplazamientos excesivos. Esto ayuda a
eliminar el ruido de vibración debido al contacto metálico directo
entre el primer medio de cojinete y la carcasa.
La primera abertura definida en la primera
porción de la carcasa (que aloja el primer medio de cojinete) puede
comprender en una ranura alargada por la cual pasa el eje de entrada
y que tiene unas porciones extremas semicirculares y una pareja de
lados centrales paralelos. La separación entre los lados paralelos
puede ser sustancialmente igual al diámetro exterior del primer
medio de cojinete. El radio de las porciones extremas semicirculares
de la ranura puede ser sustancialmente igual al radio exterior del
primer medio de cojinete. De este modo, el primer medio de cojinete
puede estar preparado para desplazarse axialmente a lo largo de la
ranura pero está imposibilitado de desplazarse radialmente en
dirección perpendicular a la ranura.
La primera abertura de la primera porción puede
comprender un orificio circular que tiene una superficie interior
con un diámetro superior al diámetro del primer medio de cojinete.
De este modo la superficie exterior del primer medio de cojinete
puede estar separada de la pared interior.
A continuación se describirá una realización de
la presente invención a título de ejemplo únicamente. Se hace
referencia a los dibujos adjuntos que incluyen los mismos números de
referencia para las piezas iguales, y en los cuales:
la Figura 1 es una vista parcial seccionada de un
sistema de dirección electroasistida que comprende un medio de
empuje elástico para empujar un eje de entrada hacia una rueda
helicoidal;
la Figura 2 es una vista de un sistema de
dirección electroasistida que comprende otro tipo de medio de
empuje;
la Figura 3 es una vista alternativa del sistema
de la Figura 2 mostrando la conexión entre la barra de torsión y un
perno roscado que se fija a la carcasa;
la Figura 4 es una vista de una realización de un
sistema de dirección electroasistida que incorpora la presente
invención;
la Figura 5 es un detalle del segundo cubo
soporte para el rotor del motor;
la Figura 6 es un detalle del elemento de araña
flexible; y
la Figura 7 muestra una vista en planta del
elemento de muelle de lámina.
La Figura 1 es una vista seccionada de una parte
de un sistema de dirección electroasistida utilizable en un
vehículo.
Un motor 1 para aplicar un par de asistencia
sobre un eje de salida 12 operativamente conectado a un eje de
columna de dirección comprende un estátor 2 y un rotor 3. El motor
está montado en un lado de una carcasa 4. Un extremo de un eje de
entrada 5 que está enchavetado a un extremo del rotor se extiende a
través de una abertura 8 penetrando en una cavidad interior 6 de la
carcasa. El otro extremo del eje de entrada pasa a través de una
abertura 7 situada en un lado de la carcasa opuesto a la abertura 9,
y un primer medio de cojinete 9 y un segundo medio de cojinete 10
situados respectivamente en la abertura 7 y en la abertura 8
soportan el eje de entrada sobre la carcasa.
El eje de entrada 5 tiene un tornillo sinfín 13
entre los dos medios de cojinete que está preparado para engranar
con una rueda dentada 11 montada sobre el eje de salida 12 allí
donde este atraviesa la carcasa. Unos cojinetes (no representados)
soportan el eje de salida 12 sobre la carcasa 4 ortogonalmente del
eje de entrada 5, de manera que el tornillo sinfín y la rueda
helicoidal están engranados.
En funcionamiento, la señal de salida de un
sensor de par (no representado) preparado para medir el par sobre el
eje de salida 12 (o sobre un eje de dirección operativamente
conectado al mismo) es enviada a una unidad electrónica de control
que a su vez emite una señal de activación del motor que controla el
par producido por el motor 1. El motor 1 transfiere entonces un par
a través del rotor 3 del motor hasta el eje de entrada 5 y el eje de
salida 12 para proporcionar la asistencia que ayude al conductor del
vehículo.
Cada uno de los medios de cojinete 9, 10
comprende un cojinete a bolas o un cojinete a rodillos que tiene una
pista interior del cojinete que coopera con el eje de entrada y una
pista exterior del cojinete situada alrededor de la pista interior,
con las bolas o los rodillos colocados entre ambas. Puede utilizarse
cualquier conjunto de cojinete conocido a condición de que cumpla
los requisitos de tolerancia y de carga establecidos por el
diseñador.
El segundo medio de cojinete 10 está sujeto a la
carcasa 4 y actúa como pivote sobre el cual puede bascular el eje de
entrada 5. Esto impide sustancialmente cualquier movimiento radial
del eje 5 al pasar a través del cojinete 10.
El primer medio de cojinete 9 está separado de la
carcasa 4 por un medio de empuje elástico 14 preparado para empujar
al eje de entrada 5 hacia la rueda helicoidal 12 del eje de salida
11.
El segundo (y mayor) medio de cojinete 10 soporta
por lo tanto las fuerzas tangenciales aplicadas por el tornillo
sinfín sobre la rueda helicoidal, así como las fuerzas radiales (es
decir, perpendiculares al eje del tornillo sinfín) debidas al ángulo
helicoidal y al ángulo de presión de los dientes.
El primer conjunto de cojinete 9 está forzado
axialmente con respecto a la carcasa 4 (según se describirá a
continuación) pero tiene libertad para moverse radialmente venciendo
la fuerza de empuje aplicada por el medio de empuje 14.
El medio de empuje 14 sirve para empujar al
tornillo sinfín haciéndole engranar con la rueda helicoidal a través
de un medio elástico y permitiéndole adoptar una condición
totalmente engranada (es decir, en la cual no exista ningún huelgo
entre los flancos engranados de los dientes del tornillo sinfín y de
la rueda helicoidal) dentro del margen de variación del tamaño y de
la posición de la rueda helicoidal (debido a tolerancias de
fabricación), de la temperatura y del estado de desgaste de los
dientes. Según se aprecia en la Figura 1, el medio de empuje
consiste en un anillo tórico que se aloja en una ranura 15 de
sección cuadrada.
Es preciso mantener esta condición de engrane
total dentro de un margen de valores de par, medidos en la rueda
helicoidal, (por ejemplo hasta 4 N-m en una
aplicación), con el fin de evitar que suenen los engranajes al rodar
en línea recta por carreteras bacheadas. Para mantener un engrane
total con un par de 4 N-m en la rueda helicoidal es
preciso aplicar sobre el tornillo sinfín una fuerza de 20 N en
sentido radial con respecto a la rueda helicoidal. Cuando se aplica
un par superior, el tornillo helicoidal se separará de la rueda
helicoidal y aparecerá un huelgo en los lados de los dientes que no
estén transmitiendo el par. El máximo par del sistema de engranajes
representado en la Figura 1 es de 42 N-m.
Los experimentos han mostrado que, en caso de no
existir un medio de empuje, puede producirse típicamente un margen
de variación del huelgo dimensional de unos 0,150 mm debido a las
tolerancias, la temperatura y el desgaste. Para compensarlo, se
precisa un margen de desplazamiento radial del tornillo sinfín, con
respecto a la rueda helicoidal, aproximadamente igual al doble de la
variación del huelgo (debido al ángulo de presión de 14 grados); es
decir, un total de 0,300 mm (o +/-0,150 mm con respecto a la
posición nominal del eje del tornillo sinfín). Este margen de
desplazamiento se consigue permitiendo que el eje del tornillo
sinfín pivote sobre el cojinete a bolas mayor, moviéndose
nominalmente en un plano vertical, y forzando el movimiento hacia la
rueda helicoidal mediante el anillo tórico de 3 mm de ancho que
actúa sobre la pista exterior del cojinete a bolas menor.
En el diseño particular representado en la Figura
1, la relación entre las distancias desde el centro de contacto del
tornillo helicoidal hasta el centro de los respectivos medios de
cojinete significa que el anillo tórico deberá aplicar una fuerza de
20 x 48 [48 + 38,5] N (=11N). Idealmente, esto debería mantenerse
sobre un margen de desplazamiento, desde la posición nominal del eje
de tornillo sinfín, de +/-0,270 mm (= +/-0,150 x [48 +
38,5)/48]mm). Sin embargo, en la práctica esto no es posible
porque la fuerza de este medio elástico simple varía en función del
desplazamiento. Como compromiso, la invención alcanza un margen de
fuerzas aproximado de 17 a 27 N sobre la totalidad del margen de
desplazamiento de 0,540 mm (es decir +/-0,270 mm). Esto se consigue
decalando el centro de la ranura para el anillo tórico con respecto
a la posición nominal del eje del tornillo sinfín. La magnitud de
este decalaje dependerá de la característica de fuerza y
desplazamiento del anillo tórico, que actuará como un muelle no
lineal cuya fuerza aumentará a medida que el tornillo sinfín vaya
separándose de la rueda helicoidal. Una vez superado el límite del
margen de desplazamiento útil citado, en el sentido de alejarse de
la rueda helicoidal, la resistencia del anillo tórico deberá
aumentar muy rápidamente para impedir un desplazamiento excesivo del
tornillo sinfín a altos pares.
Se provee un límite absoluto de recorrido (por
ejemplo 0,500 mm desde el eje nominal) debido a que el orificio de
la carcasa para el cojinete de 22 mm de diámetro está mecanizado a
23 mm. Para evitar el ruido por impactos directos entre metal y
metal, la fuerza del anillo tórico deberá ser como mínimo de 150 N a
los 0,500 mm de desplazamiento del cojinete pequeño con respecto al
eje. Esto exigirá que la fuerza elástica aumente muy rápidamente
entre el desplazamiento de 0,300 mm y y el de 0,500 mm. Esto puede
lograrse dándole a la ranura del anillo tórico una forma precisa, en
relación con el diámetro de la sección transversal del anillo
tórico, de tal modo que el material del anillo tórico llene
totalmente la ranura justo en el momento en que la fuerza elástica
debe aumentar bruscamente. La dureza de la goma es otro parámetro
que puede ser optimizado.
Nótese que es importante limitar la fuerza de
engrane que se produce cuando el par es pequeño, ya que introduce
una cantidad apreciable de rozamiento estático en el funcionamiento
de la caja de engranajes y ello perjudica a la eficacia y a la buena
marcha. Una fuerza de engrane de 20 N creará un rozamiento de 0,4 N
en la rueda helicoidal. El máximo aceptable ronda típicamente los
0,5 N.
Para que pueda actuar como centro pivotante del
tornillo sinfín, al menos sobre los pequeños desplazamientos
angulares afectados (+/-0,18 grados), el cojinete mayor puede
especificarse con un grado de tolerancia "C3" (es decir, con la
máxima tolerancia estándar). Esto permitirá al cojinete rodar con la
desalineación requerida sin rozamientos ni desgastes excesivos. Para
evitar que suene a causa de las inversiones esporádicas de par en la
caja de engranajes, que se producen cuando se rueda en línea recta
por carreteras bacheadas, el cojinete deberá estar precargado
axialmente con 90 N. La carga previa puede aplicarse a través del
eje precargando la pista exterior del cojinete menor por medio de un
muelle helicoidal comprimido 16.
La conexión entre el eje 5 del tornillo sinfín y
el rotor 3 del motor se hace mediante una unión estriada con huelgo
en la cual se utiliza un pequeño muelle de lámina para cargar
lateralmente la estría macho con respecto a la estría hembra y
eliminar cualquier juego torsional en la tracción. Esta disposición
permite un pequeño grado de flexión entre el eje del tornillo sinfín
y el rotor del motor y permite por lo tanto el desplazamiento
deseado del eje del tornillo sinfín.
Se muestra un ejemplo alternativo en las Figuras
2 y 3 en las cuales se han utilizado en lo posible los mismos
números de referencia indicados en la Figura 1, puesto que muchos
componentes son idénticos.
El segundo ejemplo difiere de la primera
realización en cuanto a que el medio de empuje consiste en una barra
de torsión 100 que actúa sobre una superficie exterior del primer
medio de cojinete, en lugar de ser un anillo tórico.
La barra de torsión 100 comprende una barra
alargada doblada en forma de una U larga. Cada extremo de la barra
está a su vez doblado con un ángulo aproximado de 90º.
La porción central 101 de la barra 100 está
sujeta sobre una porción de la carcasa 4 mediante un casquillo que
permite que la barra gire sobre su eje. Un extremo 102 de la barra
actúa sobre el medio de cojinete mientras que el otro extremo 103
actúa sobre un perno 104 encajado a rosca en la carcasa 4. El giro
del perno 104 desplaza el correspondiente extremo de la barra,
induciendo una torsión en la barra ya que el otro extremo está
inmovilizado por el medio de cojinete. Así pues, la fuerza de empuje
puede ser ajustada mediante el giro del perno.
Naturalmente, el tornillo no es esencial, y
pueden utilizarse muchos otros modos para variar la fuerza de
empuje. Por ejemplo, pueden introducirse unas cuñas entre el extremo
de la barra de torsión y el medio de cojinete o la carcasa. El
alcance de la invención también contempla otros tipos alternativos
de muelles.
Los expertos en la técnica comprenderán por lo
tanto que la presente invención consiste, al menos en un aspecto, en
la provisión de un medio de empuje que empuja el eje de entrada
hacia el eje de salida con una relación deseada entre desplazamiento
y fuerza de empuje para evitar al menos parcialmente que suene la
caja de engranajes.
En la Figura 4 se ilustra una realización de un
sistema de dirección electroasistida de la presente invención.
Este sistema difiere de los dos sistemas
anteriores en que el tornillo sinfín está empujado contra la rueda
helicoidal 11 mediante un muelle de lámina 200 preparado para actuar
sobre el primer medio de cojinete 9 que soporta el extremo del eje 5
opuesto al motor.
El rotor 3 del motor es cilíndrico y está apoyado
por ambos extremos sobre unos respectivos cubos 30, 31. Un primer
cubo 30 comprende un bastidor soporte con un cojinete situado en su
eje de rotación. El cojinete está ajustado de modo deslizante sobre
un gorrón centrado 32 que forma parte de la carcasa 4 del motor y
que está situado sobre el eje de rotación del rotor. El gorrón pasa
pues a través del cojinete proporcionando un apoyo para el rotor en
el extremo del motor opuesto a la caja de engranajes.
El segundo cubo 31 comprende un bastidor soporte
radial y una espiga integral 33 situada centralmente. La espiga 33
se proyecta desde el rotor 3 hacia la caja de engranajes y se aloja
en una copa 51 formada en el extremo del eje de entrada 5 para
asegurar una alineación axial aproximada entre el rotor y el eje de
entrada 5.
Entre el segundo cubo 31 y la copa 51 se
encuentra un acoplamiento flexible 52 que consiste en una araña de
goma con ocho brazos 53 idénticos y circunferencialmente separados
que definen dieciséis superficies radiales 54 de accionamiento.
Según puede apreciarse en la Figura 6, el segundo
cubo 31 tiene cuatro dientes o garras de accionamiento 31a que se
proyectan hacia la caja de engranajes y que se encajan entre los
correspondientes brazos de la araña flexible. La copa 51 del eje del
tornillo sinfín está similarmente provista de cuatro dientes o
garras que se extienden axialmente hacia el rotor y encajan en las
restantes superficies de accionamiento existentes entre los brazos
de la araña. De este modo, se acopla la acción motriz del rotor del
motor sobre el eje del tornillo sinfín a través de la araña.
La provisión del acoplamiento flexible, que puede
apreciarse con mayor detalle en las Figuras 5 y 7 de los dibujos
adjuntos, permite que el eje de entrada 5 se mueva sin necesidad de
un correspondiente movimiento del rotor 3 del motor, lo cual alarga
la vida útil del motor.
En el interior de la copa se coloca un pequeño
muelle helicoidal 55 que actúa a través de un separador sobre el
extremo de la espiga del segundo cubo para empujar el rotor del
motor en sentido opuesto a la caja de engranajes. Entre la carcasa
de la caja de engranajes y el primer medio de cojinete se provee un
segundo muelle 56 para empujar el eje de entrada 5 hacia el
rotor.
El muelle de lámina 200 se aprecia con mayor
detalle en la Figura 7 de los dibujos adjuntos. Comprende un
elemento elástico y sustancialmente plano que está atornillado por
un extremo sobre la carcasa del motor, mediante unos orificios 202,
siendo el plano del muelle paralelo al eje de entrada.
El extremo libre 201 del muelle de lámina 200
está doblado 90º y pasa a través de un orificio de la carcasa para
apoyarse en el primer medio de cojinete 9. Esto aplica sobre el eje
de entrada una fuerza dirigida hacia la rueda helicoidal. Un retén
moldeado sobre el extremo 201 del muelle de lámina coopera con las
paredes del orificio para cerrar herméticamente el orificio. Además,
se provee una tapa 300 que impide acceder al muelle de lámina si no
se quita antes la tapa.
El primer medio de cojinete que soporta el
extremo libre del eje del tornillo sinfín está colocado dentro de
una guía de plástico ajustada a presión en la carcasa. La guía está
sobredimensionada 0,76 mm con respecto al movimiento radial del
primer medio de cojinete hacia la rueda helicoidal, pero está
ajustada a presión en la dirección ortogonal (horizontal) para
restringir el movimiento del cojinete en esa dirección. De este modo
la guía sólo permite al primer medio de cojinete un grado de
libertad de movimiento.
Claims (17)
1. Un sistema de dirección electroasistida que
comprende una carcasa (4), un motor eléctrico (1) fijo con respecto
a la carcasa (4) que tiene un estátor (2) y un rotor (3), un eje de
entrada (5) conectado operativamente al rotor (3), un eje de salida
(12) conectado operativamente a una columna de dirección, y un
sensor de par adaptado para producir una señal de salida indicativa
del par en el eje de salida (12), estando adaptado el motor (1) para
aplicar sobre el eje de salida (12) un par que depende de la señal
de salida del sensor de par, a través de un tornillo sinfín (13)
situado en el eje de entrada (5) y adaptado para engranar con una
rueda helicoidal (11) conectada operativamente al eje de salida
(12), comprendiendo además el sistema de dirección un primer medio
de cojinete (9) que soporta al eje de entrada (5) con relación a la
carcasa (4) por el extremo distal del motor (1) y estando
caracterizado por comprender un muelle de lámina que está
adaptado para actuar sobre el primer medio de cojinete (9) para
empujar el eje de entrada (5) hacia la rueda helicoidal (11).
2. Un sistema de dirección electroasistida según
la reivindicación 1 en el cual el eje de entrada es empujado
mediante un movimiento basculante centrado en un segundo medio de
cojinete que soporta al eje de entrada con relación a la carcasa por
el extremo adyacente al motor.
3. Un sistema de dirección electroasistida según
la reivindicación 1 en el cual el muelle de lámina (200) está
adaptado para aplicar sobre el primer medio de cojinete (9) una
fuerza de empuje suficiente para mantener un engrane total entre los
dientes del tornillo sinfín (13) y los dientes de la rueda
helicoidal (11) dentro de un intervalo predeterminado de los valores
del par soportados por la rueda helicoidal.
4. Un sistema de dirección electroasistida según
cualquiera de las reivindicaciones precedentes en el cual el muelle
de lámina está sujeto a la carcasa por un primer extremo y actúa
sobre el primer medio de cojinete (9) por su segundo extremo.
5. Un sistema de dirección electroasistida según
la reivindicación 4 en el cual el muelle de lámina (200) está
provisto fuera de la carcasa (4) y el segundo extremo del muelle de
lámina (200) pasa a través de una abertura de la carcasa (4) para
apoyar engranar con el primer medio de cojinete (9).
6. Un sistema de dirección electroasistida según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 en el cual el segundo
extremo del muelle de lámina (200) está adaptado para llevar un
retén que ajusta herméticamente en la abertura a través de la cual
pasa el mismo.
7. Un sistema de dirección electroasistida según
cualquiera de las reivindicaciones precedentes en el cual el eje de
entrada (5) se extiende continuamente a través de rotor (3) y es
suficientemente flexible para permitir que el medio de empuje
flexione el tornillo sinfín la cantidad requerida.
8. Un sistema de dirección electroasistida según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 en el cual el eje de
entrada (5) está operativamente conectado al rotor (3) a través de
un acoplamiento flexible (52) que permite que el tornillo sinfín se
mueva sin que se mueva el rotor (3).
9. Un sistema de dirección electroasistida según
la reivindicación 8 en el cual el acoplamiento flexible (52)
comprende un elemento elástico y el rotor (3) del motor está
adaptado para aplicar una fuerza motriz sobre el elemento resiliente
(52) a través de una o varias superficies (54), extendidas
radialmente y separadas circunferencialmente, del elemento
resiliente.
10. Un sistema de dirección electroasistida según
la reivindicación 9 en el cual el elemento resiliente flexible (52)
está adaptado para aplicar una fuerza motriz sobre el eje de entrada
(5) a través de una o más superficies (54) extendidas radialmente y
separadas circunferencialmente, del elemento.
11. Un sistema de dirección electroasistida según
las reivindicaciones 8, 9 ó 10 en el cual se provee un primer medio
de compresión entre la carcasa y el primer medio de cojinete (9)
situado en el extremo del eje de entrada más alejado del motor, el
cual aplica una fuerza de compresión sobre el eje de entrada para
empujarlo hacia el rotor del motor.
12. Un sistema de dirección electroasistida según
la reivindicación 11 en el cual el primer medio de compresión
consiste en un muelle helicoidal (56).
13. Un sistema de dirección electroasistida según
las reivindicaciones 8 a 12 en el cual puede proveerse también un
segundo medio de compresión (55) entre el extremo del eje de entrada
más cercano al rotor del motor y el rotor del motor.
14. Un sistema de dirección electroasistida según
la reivindicación 13 en el cual está formada una copa (51) en un
extremo del eje de entrada (5) mientras que una espiga (33) que se
extiende alrededor del eje de rotación del rotor del motor y que
forma parte del rotor se proyecta dentro de la copa para engranar
con el segundo medio de compresión (55).
15. Un sistema de dirección electroasistida según
cualquiera de las reivindicaciones precedentes 3 a 14, cuando
dependa de la reivindicación 2, en el cual la carcasa define una
primera porción y una segunda porción, comprendiendo la primera
porción una carcasa para el eje de entrada que tiene al menos un par
de paredes opuestas, y que tiene en cada pared una abertura en la
cual se provee respectivamente un primer y un segundo medio de
cojinete (9, 10), y comprendiendo la segunda porción en una carcasa
para una parte al menos del eje de salida (12), la cual tiene al
menos un par de paredes opuestas, existiendo una abertura en cada
pared para alojar uno o varios cojinetes adaptados para sujetar el
eje de salida con relación a la carcasa.
16. Un sistema de dirección electroasistida según
cualquiera de las reivindicaciones precedentes en el cual se provee
una porción de revestimiento plástico alrededor de una cara
circunferencial exterior del primer medio de cojinete que impide el
contacto entre el primer medio de cojinete y la carcasa en
desplazamientos excesivos.
17. Un sistema de dirección electroasistida según
cualquiera de las reivindicaciones precedentes en el cual una
abertura definida en la primera porción de la carcasa en la que
recibe el primer medio de cojinete (9) comoprende una ranura
alargada por la cual pasa el eje de entrada (5) y que tiene unas
porciones extremas semicirculares y un par de lados centrales
paralelos, por medio de lo cual el primer medio de cojinete (9) está
adaptado para desplazarse axialmente a lo largo de la ranura pero no
puede desplazarse radial y perpendicularmente a la ranura.
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