无间隙支撑的塑料元件制造技术

本发明专利技术描述了一种蜗轮齿轮箱，具有以抗扭转方式设置在转向杆上的蜗轮，转向杆可绕转向轴线旋转；被支撑以便绕旋转轴线旋转的蜗杆，蜗杆具有在引擎侧的端部和远离引擎的端部；以及蜗杆齿，其接合在蜗轮的齿之间使得蜗杆绕旋转轴线旋转时，蜗轮和转向杆绕转向轴线旋转；齿轮箱壳体，蜗轮和蜗杆支撑在其中以便旋转；以及补偿元件，其中补偿元件具有中间部分以及后端部分和前端部分，其中后端部分连接至齿轮箱壳体，并且前端部分保持住蜗杆远离引擎的端部或保持住用于容纳蜗杆远离引擎的端部的保持器。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种装置，特别地，是根据权利要求1的前序部分用于将螺钉或拧有螺钉的链轮压靠至蜗轮或斜齿轮的装置。这种装置用来，例如，生产机电动力转向系统。
技术介绍
与例如机电动力转向系统，例如EPS(电力转向)系统或者EPAS(电力辅助转向)系统一起使用的蜗杆齿轮箱必须布置成没有齿隙(backlash)但具有小扭矩。当温度和湿度变化时，齿隙正或负地变化，借此噪声(正齿隙)或刚性(负齿隙)可导致转向。这样的原因是，用于齿轮箱的不同材料的伸展不同，借此在一个温度与蜗轮紧密接合的蜗杆在另一温度仅松动地接合蜗轮或者将蜗杆过紧地压靠在蜗轮上。就先前的机电动力转向系统的齿轮箱而言，使用具有钢蜗杆的铝壳体。在这种情况下，蜗轮包括金属轮毂和薄的塑料链轮。就这些设计而言，金属轮毂和链轮的直径选择成使得钢轮毂、链轮和蜗杆作为一个整体的线性膨胀的热、径向系数大概对应于铝壳体的线性膨胀的热、径向系数。这样，为了满足这个条件，通常必须选择非常大的金属轮毂和非常薄的塑料链轮，这导致昂贵且沉重的组件。其他解决方案规定，蜗杆借助于复杂的设计加载弹簧抵住蜗轮。然而，在这种情况下，弹簧变形量通常是有限的，所以蜗轮不能承受因温度或空气湿度而引起的过大的直径变化。为了解决这个问题，EP 2 694 355 A1公开了一种具有电伺服马达的机电动力转向系统，伺服马达驱动蜗杆，蜗杆与设置在转向杆上的蜗轮啮合，其中蜗轮具有与转向齿轮箱的输入杆的有效连接，并且其中蜗杆和转向杆共同地、可旋转地支撑在齿轮箱壳体中。蜗杆与蜗轮之间的齿隙是有限的，因为其中蜗杆具有远离引擎的自由端，其安装在具有内环、滚动元件和中间环的滚柱轴承上，其中中间环具有用于滚动元件的内运行表面和用于外滚动元件的外运行表面，并且其中中间环的内运行表面和外运行表面设置成彼此偏心地。为了确保蜗杆接合到蜗轮的齿上的压力稍微均匀的水平，在这种解决方案的一个实施方式中，偏心枢转轴承附装至预设弹簧的齿轮箱壳体。然后在蜗轮由于热波动或由于湿度波动而扩张时，偏心外滚柱轴承顺应这种膨胀，所以在内部中间轴承中旋转的蜗杆顺应齿轮的这种膨胀运动，并且进一步以基本相同的压力啮合到齿轮上。这种解决方案不仅非常复杂，而且成本非常高。
技术实现思路
因此本专利技术的目的在于提供简单、更经济的解决方案，其确保当蜗轮由于温度变化或湿度变化改变外径时，蜗杆充分转移或屈服。这个目的由根据权利要求1的装置实现。有利的实施方式在从属权利要求中公开。专利技术的装置具有蜗轮，蜗轮具有指向外部的齿，并设置成绕转向轴线旋转，蜗轮可设置和/或紧固到转向杆上，蜗轮以抗扭转方式绕转向轴线旋转和/或以抗扭转方式连接至转向杆。装置还具有绕旋转轴线可旋转地支撑的蜗杆，蜗杆具有引擎侧端部和远离引擎的端部，以及蜗杆齿，其接合在蜗轮的齿之间，使得蜗杆绕旋转轴线旋转时，蜗轮绕转向轴线旋转。此外，装置具有齿轮箱壳体以及补偿元件，在齿轮箱壳体中蜗轮可旋转地支撑在蜗杆周围。蜗轮可由一种材料或由材料的混合物制成。例如，蜗轮具有金属轮毂(其包含例如钢)和塑料环，塑料环也称为链轮。蜗轮也可另外具有轮载体材料，在这种情况下其也称为轮主体或轮元件。轮元件然后设置在例如金属轮毂上，并支撑链轮。轮元件和链轮可由不同材料组成。在本专利技术中，当蜗轮形成为一整体时构成蜗轮的材料或当蜗轮形成多件时构成蜗轮的材料称为蜗轮材料。根据本专利技术，补偿元件具有中间部分以及后端部分和前端部分。在这种情况下，后端部分连接至齿轮箱壳体，前端部分支撑蜗杆远离引擎的端部或者支撑用于容纳蜗杆远离引擎的端部的保持件。保持件可以是，例如，绕蜗杆远离引擎的端部设置的浮动轴承，优选地，形成为滚柱轴承，蜗杆可旋转地支撑在其中。补偿元件有利地形成为一整体，其中中间部分形成于前端部分与后端部分之间。优选地，补偿元件由膨胀变化类似于蜗轮半径膨胀变化的材料制成。优选地，制成补偿元件的材料的膨胀变化与蜗轮的膨胀变化偏差不超过20-40％。通过合适的大小，补偿元件自身然后显示出类似于蜗轮的热膨胀运动。例如，轮主体可由玻璃纤维加强聚酰胺(例如PA66)制成，链轮可由纯聚酰胺(例如PA66)制成。补偿元件可由例如玻璃纤维加强材料制成，例如，具有50-60％玻璃纤维的聚酰胺。有利地，组成链轮的材料具有与组成补偿元件的材料相同或至少相似的源属性，或者组成蜗轮的链轮和轮元件的材料平均具有与组成补偿元件的材料相同或至少相似的源属性。这是有利的，由于空气湿度波动而存在的潜在材料鼓胀使蜗轮的膨胀能够大概顺应补偿元件的膨胀。蜗轮可由玻璃纤维加强塑料材料制成或者可具有由玻璃纤维加强塑料材料制成的链轮，或者可具有由玻璃纤维加强塑料材料组成的轮元件。蜗轮也可具有大的钢轮毂，例如，直径等于或者大于蜗轮直径的一半的钢轮毂，例如，大于蜗轮直径的四分之三，其中链轮可形成没有玻璃纤维加强的。然后为了确保在某一温差下，补偿元件的绝对长度变化相同或者至少在蜗轮半径线性变形加蜗杆半径线性变形减去壳体线性变形的范围内，金属轮毂现在可具有，例如，与蜗轮的总直径相比相对小的直径。蜗轮直径的主要部分因此可由例如一种塑料材料或多种塑料材料制成。与完全由金属制成的蜗轮相比，蜗轮的重量因此可降低。可计算出补偿元件在其紧固和支撑点之间必须具有的长度以便其线性膨胀大概对应于蜗轮半径的变化，其可由以下计算公式示出，参照图9进行说明。以下一般适用：ΔL＝L0*α*ΔT (1)其中ΔL是补偿元件的线性膨胀数值。L0是补偿元件在参考温度T0的长度，α是线性膨胀系数，ΔT是温度变化。图9示出具有蜗轮2的蜗杆齿轮箱的示意图，蜗杆4与蜗轮2相啮合。K1、K2、K3和K4界定了轴承点。蜗杆4支撑在两个轴承点K1和K2上。轴承点K1形成为固定轴承，而轴承点K2形成为浮动轴承。轴承点K1和K3是固定轴承，其附装至容纳蜗杆齿轮箱的壳体。蜗轮2支撑在轴承点K4上，其界定了蜗轮的中心点。补偿元件A支撑在固定轴承点K3和浮动轴承点K2上。L界定了两个轴承点K1和K2之间的距离；L1界定了轴承点K1与蜗轮2和蜗杆4的接触点在蜗杆的K1-K2轴线上的投影之间的距离。SR是蜗轮的半径，αSR是蜗轮线性膨胀的有效系数，SN是蜗杆的半径，αSN是蜗杆线性膨胀的有效系数，A是补偿元件的长度，αA是补偿元件线性膨胀的有效系数，αG是壳体线性膨胀的有效系数。以下是轴向距离G的结果：G＝SR+SN (2)在蜗轮中心和蜗杆中心轴线之间的壳体线性膨胀ΔG可偏离由蜗轮半径变化ΔSR和蜗杆半径变化ΔSN总和所引起的线性变形。以下适用于偏离量XW：XW＝ΔSR+ΔSN-ΔG (3)长度比率L1/L导致浮动轴承K2的偏离量Xa为Xa＝XW*L/L1 (4)补偿元件A在轴承点K2应当承受与蜗杆在Xw偏离量相同的相对偏离量，并将杠杆比率L1/L传递至浮动轴承K2。这通过以下实现，选择补偿元件的长度和线性热膨胀系数(CLTE)使补偿元件由于热膨胀在点K2相对于壳体在这个位置精确伸展距离Xa。补偿元件的膨胀减去K2和K3之间壳体的膨胀应当精确地对应于Xa，所以Xa＝A0*(αA-αG)*ΔT (5)这里A0是补偿元件要选择的长度。把公式(4)代入公式(5)中得出以下：Xw*L/L1＝A0*(αA-αG)*ΔT把公式(3)代入这个等式得到以下：本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装置(1)，具有：‑具有齿(10)的蜗轮(2)，所述蜗轮绕转向轴线(12)可旋转地设置并能连接至转向杆，所述转向杆可绕所述转向轴线(12)以抗扭转方式旋转；‑被支撑以便绕旋转轴线(14)旋转的蜗杆(4)，所述蜗杆具有在引擎侧的端部(28)和远离引擎的端部(30)，以及蜗杆齿(8)，所述蜗杆齿接合在所述蜗轮(2)的所述齿(10)之间，使得所述蜗杆(4)绕所述旋转轴线(14)旋转时，所述蜗轮(2)绕所述转向轴线(12)旋转；‑齿轮箱壳体(6，60A，60B)，所述蜗轮(2)和所述蜗杆(4)支撑在其中以便旋转；‑以及补偿元件(16)；其特征在于：所述补偿元件(16)具有中间部分(22)，以及后端部分(18)和前端部分(20)，其中所述后端部分(18)连接至所述齿轮箱壳体(6，6A)，并且所述前端部分(20)保持住所述蜗杆(4)远离引擎的端部(30)或者保持住用于容纳所述蜗杆(4)远离引擎的端部(30)的保持器。

【技术特征摘要】
2015.02.13 EP 15154984.71.一种装置(1)，具有：-具有齿(10)的蜗轮(2)，所述蜗轮绕转向轴线(12)可旋转地设置并能连接至转向杆，所述转向杆可绕所述转向轴线(12)以抗扭转方式旋转；-被支撑以便绕旋转轴线(14)旋转的蜗杆(4)，所述蜗杆具有在引擎侧的端部(28)和远离引擎的端部(30)，以及蜗杆齿(8)，所述蜗杆齿接合在所述蜗轮(2)的所述齿(10)之间，使得所述蜗杆(4)绕所述旋转轴线(14)旋转时，所述蜗轮(2)绕所述转向轴线(12)旋转；-齿轮箱壳体(6，60A，60B)，所述蜗轮(2)和所述蜗杆(4)支撑在其中以便旋转；-以及补偿元件(16)；其特征在于：所述补偿元件(16)具有中间部分(22)，以及后端部分(18)和前端部分(20)，其中所述后端部分(18)连接至所述齿轮箱壳体(6，6A)，并且所述前端部分(20)保持住所述蜗杆(4)远离引擎的端部(30)或者保持住用于容纳所述蜗杆(4)远离引擎的端部(30)的保持器。2.根据权利要求1所述的装置(1)，其特征在于：所述保持器是管状蜗杆引导件(50)，所述蜗杆(4)容纳在所述蜗杆引导件中并被轴向引导以便轴向旋转，其中所述蜗杆(4)远离引擎的端部(30)被支撑以便在形成为管状的所述蜗杆引导件(50)中旋转。3.根据权利要求1所述的装置(1)，其特征在于：所述保持器是绕所述蜗杆(4)远离引擎的端部(30)设置的浮动轴承(36)，优选地，形成为滚柱轴承，所述保持器以可旋转方式保持所述蜗杆(4)。4.根据权利要求1所述的装置(1)，其特征在于：所述壳体(60A，60B)形成为两个部分，其中一个部分(60A)可旋转地支撑所述蜗轮(2)，另一部分(60B)可旋转地支撑所述蜗杆(4)和所述保持器。5.根据权利要求4所述的装置(1)，其特征在于：一个部分(60A)经由铰链(66)连接至另一部分(60B)以便枢转，其中所述一个部分(60A)优选由塑料制成。6.根据权利要求4或5所述的装置(1)，其特征在于：所述另一部分(60B)由金属制成，优选铝。7.根据权利要求4至6中任一所述的装置(1)，其特征在于：所述齿轮箱壳体(6)的一个部分(60A)连接至所述补偿元件(16)的所述后端部分(18)，并且所述齿轮箱壳体(6)的所述另一部分(60B)连接至所述补偿元件(16)的所述前端部分(20)，使得所述蜗杆齿(8)接合在所述蜗轮(2)的所述齿(10)之间。8.根据前述任一权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯蒂芬·奥博乐，格雷戈尔·莫尔莱希纳，
申请(专利权)人：IMS齿轮有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE