无间隙转向机构制造技术

一种汽车转向蜗轮蜗杆传动装置，其自锁与作用在蜗轮蜗杆传动装置１的蜗轮１９上的转矩Ｍ的转向无关。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】现有技术本专利技术涉及一种汽车转向蜗轮蜗杆传动装置，包括一个在其轴上抗扭设置的蜗杆和一个与蜗杆啮合的蜗轮，其中蜗杆和蜗轮在径向被预紧。通常的汽车转向机构、具有差动传动装置和线操作转向装置的汽车转向机构需要一个或多个转向传动装置，通过它们将转向盘的转动转换成转向轮的转动。在通常的电转向机构中，还必须将电机产生的转矩耦合到转向机构中。对于线操作转向装置，在转向盘和转向轮之间不存在机械或液压连接。根据司机的要求和其它条件如偏航率或行驶速度，转向盘调节转向轮的位置。其转向轮的转向运动被被任意编程且这个转向操作通过电或液压转向盘实现。在具有差动传动装置的汽车转向机构中，通常的转向机构与差动传动装置组合，使其转向配合与司机的转向要求无关。因此，进一步改善了线操作转向机构的特点。对于差动传动装置所不希望的是间隙，这是因为他会使得转向感觉变差，降低转向配合精度，此外在改变方向时由于“喀嚓噪音”令人感到不快。为了实现上述目的，由于在蜗轮蜗杆传动装置不需要转动时，一般它要自锁并由此电机断电，通常使用具有电机的蜗轮蜗杆传动装置。由申请人为Robert Bosch有限公司申请号为DE 100 51 506.9(申请日为2000.10.17)的还未公开的专利申请可知一种汽车转向传动装置，其中的轴在径向摆动支承，在该轴上固定蜗轮蜗杆传动装置的蜗杆。两个轴承中的一个在径向可移动。通过在径向形成的弹簧力，轴绕固定轴承摆动并保证蜗杆与蜗轮的啮合无间隙。如果蜗轮蜗杆传动装置的电驱动装置不被控制，蜗轮蜗杆传动装置自锁，由此转向运动从转向盘直接不可改变地传递到转向轮。专利技术优点在具有权利要求1特征的蜗轮蜗杆传动装置中，蜗轮蜗杆传动装置的自锁与电机断电时作用在蜗轮上的转矩的方向无关。由此，蜗轮蜗杆传动装置的特性在电机不通电时与转动方向无关。因此，提高了装有本专利技术蜗轮蜗杆传动装置汽车转向装置的功能可靠性，即使是在电机或控制装置失效时。其优点的重要意义在于，在汽车的电装置部件失效时，其转向装置仍能起作用。在本专利技术的一变型中，轴借助一个固定轴承和至少一个浮动轴承支承在壳体中，所述浮动轴承在径向在壳体中可移动，和/或壳体具有接纳浮动轴承的长孔，长孔在径向分布。在该变型中，轴的摆动通过长孔实现。轴不会在切向产生偏离。此外，长孔制造简单。在本专利技术另一补充实施例中，其浮动轴承经支承环支承在壳体上，这样浮动轴承不承受径向负载或承受直线负载，改善了浮动轴承在壳体中的导向。在本专利技术的另一改进变型中，在浮动轴承和壳体之间或支承环与壳体之间设置至少一个弹簧件、特别是螺旋弹簧或盘簧，这样以简单廉价的方式调节蜗杆和蜗轮或齿条之间确定的预紧力。其预紧力主要与弹簧件的弹簧刚度有关，而在很小范围内与支承环或壳体的加工公差有关。在本专利技术的一个特别优选实施例中，浮动轴承经板簧与壳体连接，板簧垂直于轴的纵向轴线和浮动轴承移动方向在壳体和浮动轴承之间延伸，板簧这样设置在壳体上，使得在蜗杆和蜗轮之间产生所希望的压紧力。在该实施例中，由于板簧不仅具有弹性功能还有导向功能，减少了部件的数量。此外，安装简单。在本专利技术的另一实施例中，在浮动轴承和壳体之间或支承环与壳体之间设置防扭转装置，这样浮动轴承不会在壳体中转动，影响功能作用。在本专利技术的另一补充方案中，蜗杆抗扭地设置在电机的转子轴上，这样减少了部件的数量且可以使得本专利技术的传动装置结构特别紧凑。在可能出现的自锁失效的极端情况下，会减弱汽车转向的功能作用和操作特性，因此，还要通过电机锁定其蜗轮蜗杆传动装置。蜗轮蜗杆传动装置的锁定或主动通过电机产生反向转矩或被动通过电机的至少两相被短路实现。其被动锁定这样实现，即在电机不需要转动时，电机的至少两相被短路且电机与电源分开。在这种状态下尽管蜗轮蜗杆传动装置自锁其电机被驱动，由于相电被短路，其电机产生转动转矩。由此，减小意外的转动。有利的是，电机的至少两相短路通过继电器或场效应晶体管(FET)-半导体件实现。在优选具有差动传动装置的驱动中，蜗轮蜗杆传动装置的主动和被动锁定还与本专利技术的非对称啮合无关。最后本专利技术的蜗轮蜗杆传动装置可应用于电助力转向助力单元中、齿条式转向装置中、方向盘、差动传动装置和/或拉线操作转向装置的方向盘中。本专利技术的其它优点和优选实施例可从下面的附图和描述中得知。 附图说明下面参照附图描述本专利技术的实施例，其中图1示出了具有外齿的本专利技术蜗轮蜗杆传动装置的第一实施例；图2示出了本专利技术蜗轮蜗杆传动装置的第二实施例；图3示出了本专利技术轴支承第一实施例的细节；图4示出了本专利技术轴支承第二实施例的细节。具体实施例方式图1示出了本专利技术蜗轮蜗杆传动装置1的第一实施例。传动装置1由具有一个轴5的电机3构成，轴5带有转子7。轴5的一端通过示意示出的固定轴承9支承在电机3的壳体11中。在电机3的相对端设置一浮动轴承13。在轴5的轴端15抗扭地固定一蜗杆17(未示出)。蜗杆17浮动地支承在轴5上并与固定在传动轴21上的蜗轮19啮合。传动轴21的支承件在图1中未示出。为了防止在蜗杆17和蜗轮19存在间隙，轴5可以绕固定轴承9在箭头X1方向摆动。轴5的摆动可以这样实现，即浮动轴承13在蜗轮19的方向可移动地支承在壳体11中。浮动轴承13连同轴5的移动方向用箭头23表示。由螺旋弹簧构成的弹簧件25将蜗杆17压靠在蜗轮19上，使得电机3的转动无间隙地传递到传动轴21上。弹簧件25的弹簧刚度和预紧力这样确定，即不会影响电机的转动方向和转矩，在蜗杆17和蜗轮19齿面之间产生的力不会克服弹簧件25的弹簧力使得轴5摆动。另外要注意的是，弹簧件25的弹簧力不能大到妨碍本专利技术传动装置运行困难、导致磨损不必要的增大。为了确保电机3的作用，需要浮动轴承13具有这样的摆动量X2，使得其转子7不能在电机的定子27上摩擦。此外，应注意的是，可能设置的电机3的电刷(未示出)或转角传感器41不会由于轴5的摆动影响其功能作用。这意味着转子7和定子27之间间隙X3必须使得转子7和定子27不发生接触。电刷29或未示出的转角传感器优选设置在固定轴承9附近。浮动轴承13设置在壳体11的细节下面参照图3进行描述。如图1所示，蜗轮19齿31右齿面20的啮合角αr与齿31左齿面22的啮合角αl相等。蜗轮蜗杆传动装置1被自锁，因此在电机3不通电时蜗轮19不转动。自锁通过适当选择蜗杆17的螺旋角(未示出)实现或被改善。蜗杆17将转矩传递到蜗轮19上，在蜗杆17上产生径向力Fr。径向力Fr克服弹簧件25的弹簧力F弹簧。此外，通过由蜗杆17将转矩传递到蜗轮19上，还产生轴向力FA。轴向力FA的方向随着转动方向改变。弹簧件25这样确定尺寸，弹簧件25的压紧转矩F弹簧×a大于转矩FR×b-FA×c如果在蜗轮19上经传动轴21传递转矩M，会在蜗杆17和蜗轮19的齿31之间的啮合产生下面的转矩平衡情况1转矩M逆时针起作用(在数学上为正)∑M＝Fa，r×c-F弹簧×a+Fr，r×b＝0其中FN，r齿31的右齿面20与蜗轮17之间的垂直力Fa，rFN，r的轴向分量Fr，rFN，r的径向分量a，b，c有效杠杆臂的长度情况2转矩M顺时针起作用(在数学上为负)∑M＝-Fa，l×c-F弹簧×a+Fr，r×b＝0其中FN，l齿31的左齿面22与蜗轮17之间的垂直力 Fa，lFN，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种汽车转向的蜗轮蜗杆传动装置，包括一个在径向（２３）可摆动支承的轴（５）、在该轴（５）上抗扭设置的一个蜗杆（１７）和与蜗杆（１７）啮合的一个蜗轮（１９），其中蜗杆（１７）和蜗轮（１９）在径向被预紧，其特征在于，右齿面（２０）的啮合角α↓［ｒ］与左齿面（２２）的啮合角α↓［ｌ］不同且选择成使得蜗杆（１７）与蜗轮（１９）之间的法向力（Ｆ↓［Ｎ］）与经蜗轮（１９）作用到蜗杆（１７）上的转矩的转动方向无关。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：M博克，W纳格尔，P布伦纳，
申请(专利权)人：罗伯特博希股份公司，ZF操纵系统有限责任公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]