ES2299057T3 - Mecanismo de tornillo a bolas para un sistema de direccion electromecanico y tuerca para un mecanismo de tornillo a bolas. - Google Patents
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Abstract
Mecanismo de tornillo a bolas para un sistema de dirección electromecánico de un vehículo, especialmente para para un vehículo automóvil, con un husillo roscado (2) que atraviesa una tuerca (3), estando el husillo roscado (2) y la tuerca (3) provistos de pistas (4) de rodadura de bolas para recibir conjuntamente bolas (5) transmisoras de carga dentro de la tuerca (3) y presentando la tuerca (3) unas piezas (6) de desviación de bolas para extraer e introducir las bolas (5) en las pistas (4) de rodadura de bolas, estando dispuestas las bolas (5) en una cadena cerrada (7) sobre aproximadamente dos o más filetes de rosca dentro de las pistas (4) de rodadura de bolas, caracterizado porque la tuerca (3) con las piezas (6) de desviación de bolas está configurada en su región de transición (8) a las pistas (4) de rodadura de bolas de modo que queda garantizada una superficie de contacto (9) de las pistas (4) de rodadura de bolas del husillo roscado (2) con las bolas (5), la cual se modifica progresivamente de manera casi continua y sirve para la entrada y salida definidas de las bolas (5) en una zona (10) de entrada de carga y de salida de carga prevista en la región de transición (8).
Description
Mecanismo de tornillo a bolas para un sistema de
dirección electromecánico y tuerca para un mecanismo de tornillo a
bolas.
La invención concierne a un mecanismo de
tornillo a bolas para un sistema de dirección electromecánico de un
vehículo, especialmente para un vehículo automóvil, según el
preámbulo de la reivindicación 1 y a una tuerca para un mecanismo
de tornillo a bolas de un sistema de dirección según la
reivindicación 14.
Se conocen mecanismos de tornillo a bolas para
sistemas de dirección o mecanismos de dirección por circulación de
bolas para vehículos. El documento EP 0 133 003 B1 describe un
mecanismo de tornillo a bolas para un sistema de dirección
electromecánico de un vehículo automóvil con un husillo roscado
unido operativamente con un volante de conducción a través de un
piñón y una cremallera, cuyo husillo presenta pistas de rodadura de
bolas de forma helicoidal alrededor de su perímetro, atravesando el
husillo roscado una tuerca montada en forma axialmente inmóvil
dentro de una caja del mecanismo y con respecto a la cual se puede
mover axialmente el husillo roscado al girar la tuerca. La tuerca
presenta pistas de rodadura de bolas de forma helicoidal. Las pistas
de rodadura de bolas del husillo roscado y de la tuerca sirven para
recibir conjuntamente bolas transmisoras de carga dentro del rango
axial de la tuerca. El husillo roscado está en unión operativa con
ruedas dirigidas del vehículo a través de uniones mecánicas a base
de barras de dirección y palancas de dirección de las ruedas,
modificándose un ángulo de conducción de las ruedas dirigidas del
vehículo al producirse un movimiento axial del husillo roscado.
Las propiedades de rodadura de tales mecanismos
de tornillo a bolas dependen de la configuración geométrica de las
pistas de rodadura de bolas del husillo roscado y de la tuerca en la
región roscada portante y especialmente de las condiciones
geométricas de la pista de rodadura de las bolas desde la guía de
las bolas, pasando por la zona de entrada de carga y la zona de
salida de carga, hasta la tuerca y sus filetes de rosca. En la zona
de entrada de carga y en la zona de salida de carga tiene que estar
presente una geometría ópticamente configurada de tal manera que la
respectiva bola entre de manera definida y sin tirones desde la guía
de bolas en la región portante del filete de rosca en la que la
bola está expuesta a las cargas exteriores por efecto de la fuerza
de pretensado y la fuerza de carga. Mediante las condiciones
geométricas se determina una marcha sin tirones del mecanismo de
tornillo a bolas que se produce con un par de giro constante y se
determina también la producción de calor y de ruido del mecanismo
de tornillo a bolas.
Los mecanismos de dirección conocidos presentan
el principio de la desviación individual de las cadenas de bolas en
la tuerca de dirección, estando interrumpida la pista de rodadura de
bolas en la región de la guía de las bolas y tendiendo el mecanismo
de tornillo a bolas a la producción de ruido bajo una solicitación
de fuerza transversal del husillo roscado, es decir, especialmente
bajo grandes fuerzas producidas en tales sistemas de dirección
electromecánicos en dirección perpendicular al eje longitudinal de
la cremallera y del husillo roscado, ya que el husillo roscado y la
unión mecánica establecida en el mismo con las ruedas dirigidas del
vehículo no está soportada uniformemente en dirección radial por las
bolas en la región de la guía de bolas. Además, las bolas,
especialmente bajo una solicitación de fuerza transversal del
husillo roscado en una región de transición de la guía de bolas a
las pistas de rodadura de bolas, son presionadas hacia dentro de una
región roscada portante, contribuyendo la guía de bolas usual, que
termina en una abertura circular con un canto de entrada, a una
introducción o descarga a tirones de las bolas en la zona de entrada
de carga o de salida de carga de las pistas de rodadura de
bolas.
Otro mecanismo de tornillo a bolas con las
características del preámbulo de la reivindicación 1 y con una
tuerca para un mecanismo de tornillo a bolas con las características
del preámbulo de la reivindicación 13 es conocido por el documento
DE 295 04 812 U.
La invención se basa en el problema de crear un
mecanismo de tornillo a bolas para un sistema de dirección
electromecánico cuyas zonas de entrada de carga y de salida de carga
hagan posible una marcha uniforme y poco ruidosa del mecanismo de
tornillo a bolas.
El problema se resuelve mediante un mecanismo de
tornillo a bolas con las características de la reivindicación 1 y
mediante una tuerca para un mecanismo de tornillo a bolas con las
características de la reivindicación 13.
Como quiera que en el mecanismo de tornillo a
bolas las bolas están dispuestas en una cadena cerrada dentro de
las pistas de rodadura de bolas, se hace posible una entrada y
descarga sin tirones de las bolas en las pistas de rodadura de
bolas del husillo roscado y de la tuerca. Debido a la cadena de
bolas cerrada en las pistas de rodadura de bolas no se produce
ninguna interrupción de la pista de rodadura de bolas portante y,
por tanto, no se presenta tampoco la posibilidad de generar ruidos
de golpeteo originados por la influencia de una fuerza transversal
en el husillo roscado.
Realizaciones preferidas de la invención se
desprenden de las reivindicaciones subordinadas.
En un ejemplo de realización especialmente
preferido del mecanismo de tornillo a bolas las zonas de entrada de
carga y de salida de carga de la tuerca están configuradas en su
región de transición en forma de ranuras roscadas de modo que
resulte una superficie de contacto que varía progresivamente de
manera casi constante entre las pistas de rodadura de bolas del
husillo roscado y las bolas. Las bolas son aceleradas o deceleradas
sin tirones en esta región de transición a través de la superficie
de contacto - que se agranda o empequeñece paulatinamente - con las
pistas de rodadura de bolas del husillo roscado y a través del
rozamiento de rodadura que se modifica así también paulatinamente
en las bolas. Las bolas corren desde la guía de bolas en la tuerca
a lo largo de dos cantos de un perfil de pista de rodadura gótico
hasta que entran en el filete de rosca a la altura del angular de
asiento/presión. Las bolas son expuestas o substraídas así
sucesivamente al rozamiento de rodadura por efecto del movimiento
relativo del husillo roscado y de la tuerca y son arrastradas
también por sí solas hacia o desde un canal de retorno de bolas
presente en la tuerca. En contraste con el estado de la técnica
conocido, las bolas son empujadas así adicionalmente sin tirones y
son presionadas a tirones hacia dentro de los filetes de rosca
formados conjuntamente por las pistas de rodadura de bolas en la
tuerca y en el husillo roscado.
Puede ser conveniente formar en el mecanismo de
tornillo a bolas dos o más cadenas de bolas con dos o más filetes
de rosca y un retorno de bolas constituido por un canal de retorno
de bolas y piezas de desviación de bolas. El retorno de bolas con
las piezas de desviación de bolas y el canal de retorno de bolas
está alojado preferiblemente en la envolvente de la tuerca. La
pieza de retorno de bolas se ha formado de manera enteriza
preferiblemente por un procedimiento de conformación y/o de
fundición y está constituida por un material metálico o no
metálico. El canal de retorno de bolas discurre de preferencia a
poca distancia radial del perímetro del husillo roscado, sustancial
o completamente dentro de la tuerca. El canal de retorno de bolas,
que discurre preferiblemente como un taladro sustancialmente axial
practicado en el material de la tuerca, se extiende tangencialmente
a la región de transición de la pieza de desviación de bolas a las
pistas de rodadura de bolas, de modo que la respectiva pieza de
desviación de bolas puede estar formada como una pieza de inserción
para la tuerca y la abertura del canal de retorno de bolas y la de
la pieza de desviación de bolas vienen a quedar alineadas una con
otra después de colocar la respectiva pieza de desviación de bolas
dentro de la tuerca.
En una forma de realización de la tuerca
especialmente preferida y fácil de montar, las piezas de desviación
de bolas están posicionadas en extremos axiales de la tuerca o en
sus proximidades, de modo que las piezas de desviación de bolas
pueden ser inmovilizadas de manera sencilla con sendos elementos de
seguridad axiales, tales como un anillo de resorte y/o un elemento
de muelle, tal como un disco dispuesto axialmente entre el anillo
de resorte y la pieza de desviación de bolas, revestido
preferiblemente con un elastómero, tal como goma. Las bolas ruedan
sobre un perfil de banda de rodadura gótico al menos en la región de
las piezas de desviación de bolas.
Se describe ahora la invención con más detalle
ayudándose de un ejemplo de realización y del dibujo adjunto.
La figura 1 muestra una sección longitudinal de
un mecanismo de tornillo a bolas con un accionamiento
electromecánico,
La figura 2 muestra una sección longitudinal
parcial y una vista del mecanismo de tornillo a bolas de la figura
1,
La figura 3 muestra una vista en perspectiva de
una pieza de desviación de bolas,
La figura 4 muestra una vista de un lado frontal
de una tuerca del mecanismo de tornillo a bolas de la figura 1 y
La figura 5 muestra una sección transversal a
través de un perfil de pista de rodadura gótico con corte oblicuo
de la guía de bolas de la tuerca del mecanismo de tornillo a bolas
de la figura 1.
En la figura 1 se muestra en una sección
longitudinal un mecanismo 1 de tornillo a bolas para un sistema de
dirección electromecánico servoasistido de un vehículo automóvil. Un
husillo roscado 2 sujeto de forma giratoria dentro de una caja 19
del mecanismo está unido con un volante de conducción del vehículo
automóvil a través de una cremallera no mostrada, con la que
engrana un piñón unido solidariamente en rotación con el volante de
dirección. En la caja 19 del mecanismo están dispuestos tanto el
mecanismo 1 de tornillo a bolas y el husillo roscado 2 como un
motor eléctrico 20 que actúa sobre una tuerca 3 a través de un
engranaje reductor 21. El husillo roscado 2 presenta alrededor de
su perímetro unas pistas 4 de rodadura de bolas de forma helicoidal
con aproximadamente el mismo paso que las pistas 4 de rodadura de
bolas de forma helicoidal de la tuerca 3. La tuerca 3 está
atravesada por el husillo roscado 2 y se encuentra unida
operativamente con el husillo roscado 2 a través de bolas 5 de una
cadena 7 de bolas que están dispuestas en forma cerrada dentro de
una pista 4 de rodadura de bolas del husillo roscado 2 y la tuerca
3, así como en un retorno 12 de bolas que está constituido en cada
caso por una pieza 6 de desviación de bolas (véase la figura 2) y un
canal 13 de retorno de bolas. El husillo roscado 2 se desplaza
axialmente sobre la tuerca 3 al girar ésta. En el husillo roscado 2
está establecida una unión mecánica, constituida por barras de
dirección y palancas de dirección de rueda, con ruedas dirigibles
del vehículo automóvil, de modo que se modifica un ángulo de
conducción de las ruedas dirigibles al producirse un desplazamiento
axial del husillo roscado 2 sobre la tuerca 3. Las bolas 5 corren
con la menor holgura posible dentro de las pistas 4 de rodadura de
bolas.
Para posibilitar una introducción y descarga sin
tirones de las bolas 5 en las pistas 4 de rodadura de bolas y
garantizar un apoyo radial continuo y uniforme del husillo roscado 2
en la tuerca 3, están previstas una o varias cadenas 7 de bolas que
forman un filete de rosca cerrado de más de 360º sin interrupción de
la pista de rodadura de bolas portante. Además, en los extremos
axiales 17, 17' de un canal 13 de retorno de bolas están
introducidas y fijadas en la pared de la tuerca 3 unas piezas 6 de
desviación de bolas que están configuradas de modo que presentan en
su región de transición 8 a las pistas 4 de rodadura de bolas una
superficie de base que se reduce de tamaño continuamente hacia las
pistas 4 de rodadura de bolas y que a su vez hace posible una
superficie de contacto 9 de las bolas 5 con las pistas 4 de rodadura
de bolas que se modifica progresivamente en forma continua. De este
modo, las bolas 5 se pueden mover sin tirones a consecuencia del
rozamiento de rodadura bajo un movimiento relativo del husillo
roscado 2 y la tuerca 3 en una zona 10 de entrada de
carga-salida de carga prevista en estos extremos 11
de la tuerca 3 que se ensanchan y en sus piezas 6 de desviación de
bolas (véanse las figuras 2 y 3).
En la figura 2 se muestra en una sección
longitudinal parcial y en una vista del mecanismo 1 de tornillo a
bolas de la figura 1 la estructura del mecanismo 1 de tornillo a
bolas con una única cadena 7 de bolas que se extiende sobre
aproximadamente cuatro filetes de rosca de la tuerca 3. Para los
mismos componentes se aplican los mismos símbolos de referencia que
en la figura 1.
Como muestran las figuras 2 y 4, el canal 13 de
retorno de bolas se extiende aproximadamente en dirección axial en
la envolvente de la tuerca 3, de modo que la abertura de dicho canal
está dispuesta tangencialmente al respectivo extremo 11 de las
piezas 6 de desviación de bolas. Por tanto, las piezas 6 de
desviación de bolas se hacen cargo tanto de la desviación de las
bolas 5 provenientes del canal 13 de retorno de bolas como de la
introducción y extracción de las bolas 5 con respecto a las pistas 4
de rodadura de bolas.
Como se muestra en la figura 3, las piezas 6 de
desviación de bolas se han hecho como piezas fundidas monobloque.
Tal como ilustran las figuras 2 y 4, estas piezas pueden ser
colocadas en dirección axial en extremos de la tuerca 3 dentro de
aberturas 18, 18' de ajuste exacto y pueden ser inmovilizadas en la
tuerca 3 con un respectivo elemento de seguridad axial 14, tal como
un anillo de resorte, y preferiblemente con un respectivo elemento
de muelle 15, tal como un disco de acero revestido con un material
elastómero, tal como goma.
La figura 5 muestra una vista de una zona 10 de
entrada de carga y de salida de carga en la tuerca 3 en la región
de un angular de asiento-presión 22 con un perfil de
banda de rodadura gótico 16 que recibe una estructura de horquilla
debido a que se ha cortado oblicuamente el perfil 16 de banda de
rodadura y se abre en esta región en forma de horquilla una guía
lineal de las bolas 5, con lo que las bolas 5 son arrastradas por sí
solas a consecuencia del rozamiento de rodadura que se presenta
bajo un movimiento relativo entre el husillo roscado 2 y la tuerca
3. Se garantiza así un funcionamiento sin tirones y con poco ruido
del mecanismo 1 de tornillo a bolas.
Claims (13)
1. Mecanismo de tornillo a bolas para un sistema
de dirección electromecánico de un vehículo, especialmente para
para un vehículo automóvil, con un husillo roscado (2) que atraviesa
una tuerca (3), estando el husillo roscado (2) y la tuerca (3)
provistos de pistas (4) de rodadura de bolas para recibir
conjuntamente bolas (5) transmisoras de carga dentro de la tuerca
(3) y presentando la tuerca (3) unas piezas (6) de desviación de
bolas para extraer e introducir las bolas (5) en las pistas (4) de
rodadura de bolas, estando dispuestas las bolas (5) en una cadena
cerrada (7) sobre aproximadamente dos o más filetes de rosca dentro
de las pistas (4) de rodadura de bolas, caracterizado porque
la tuerca (3) con las piezas (6) de desviación de bolas está
configurada en su región de transición (8) a las pistas (4) de
rodadura de bolas de modo que queda garantizada una superficie de
contacto (9) de las pistas (4) de rodadura de bolas del husillo
roscado (2) con las bolas (5), la cual se modifica progresivamente
de manera casi continua y sirve para la entrada y salida definidas
de las bolas (5) en una zona (10) de entrada de carga y de salida de
carga prevista en la región de transición (8).
2. Mecanismo de tornillo a bolas según la
reivindicación 1, caracterizado porque las piezas (6) de
desviación de bolas presentan en su región de transición (8) unos
extremos (11) que se abren y se reducen de tamaño de forma
aproximadamente continua en su superficie de base.
3. Mecanismo de tornillo a bolas según una de
las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque las bolas
(5) se mueven en la zona de transición (8) a consecuencia del
rozamiento de rodadura bajo un movimiento relativo del husillo
roscado (2) y la tuerca (3) hacia y desde la zona (10) de entrada de
carga o de salida de carga.
4. Mecanismo de tornillo a bolas según una de
las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el mecanismo
(1) de tornillo a bolas presenta dos o más cadenas (7) de bolas con
más de un filete de rosca cerrado y un retorno (12) de bolas
constituido por un canal (13) de retorno de bolas y piezas (6) de
desviación de bolas.
5. Mecanismo de tornillo a bolas según una de
las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el retorno
(12) de bolas está dispuesto en la tuerca (3).
6. Mecanismo de tornillo a bolas según una de
las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la pieza (6)
de desviación de bolas está formada como una pieza monobloque.
7. Mecanismo de tornillo a bolas según una de
las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la pieza (6)
de desviación de bolas se ha formado por medio de un procedimiento
de conformación o de fundición.
8. Mecanismo de tornillo a bolas según una de
las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la pieza (6)
de desviación de bolas está formada por un material metálico o no
metálico.
9. Mecanismo de tornillo a bolas según una de
las reivindicaciones 4 a 8, caracterizado porque el canal
(13) de retorno de bolas discurre en dirección sustancialmente
axial dentro de la tuerca (3).
10. Mecanismo de tornillo a bolas según una de
las reivindicaciones 4 a 9, caracterizado porque el canal
(13) de retorno de bolas se extiende en dirección aproximadamente
tangencial a la zona de transición (8) de la pieza (6) de
desviación de bolas a las pistas (4) de rodadura de bolas.
11. Mecanismo de tornillo a bolas según una de
las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque las piezas
(6) de desviación de bolas están inmovilizadas en la tuerca (3) con
un elemento de seguridad axial (14) y/o con un elemento de muelle
(15).
12. Mecanismo de tornillo a bolas según una de
las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque en la
región de transición (8) está configurado en forma de horquilla un
perfil de banda de rodadura gótico (16) de la tuerca (3) por medio
de un corte oblicuo.
13. Tuerca para un mecanismo (1) de tornillo a
bolas de un sistema de dirección, caracterizada porque la
tuerca (3) presenta, para la introducción o descarga sin tirones de
bolas (5) del mecanismo (1) de tornillo a bolas, una zona (10) de
entrada de carga y de salida de carga con una estructura de
horquilla, sobre la cual van guiadas bolas (5) provenientes de un
retorno (12) de bolas a lo largo de cantos de un perfil de banda de
rodadura gótico (16) de la tuerca (3) hasta que dichas bolas entran
en la pista (4) de rodadura de bolas a la altura de un angular (22)
de asiento o de presión.
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