CN102421654B

CN102421654B - 转向机构中的蜗杆的支承装置

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Publication number: CN102421654B
Application number: CN201080020113.8A
Authority: CN
Inventors: W·伯恩哈德; M·格劳; E·克内尔; J-U·哈费马尔兹; D·菲克泽尔; J·比贝尔; R·申策尔
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: Robert Bosch Motor Turning Co Ltd
Priority date: 2009-05-08
Filing date: 2010-03-31
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2030-03-31
Also published as: EP2427360A1; CN102421654A; US8539849B2; WO2010127915A1; US20120125132A1; DE102009002940A1

Abstract

本发明涉及一种支承装置，其用于转向机构中的与蜗轮(SR)啮合的蜗杆(S)，所述支承装置具有至少一个包括外环(1)、内环(2)和可运动地容纳于外环和内环之间的滚动体(4)的轴承(FL)，所述轴承(FL)可枢转地设置在支承容纳部(6)中，支承容纳部容纳轴承(FL)的外环(1)，并且内环(2)容纳蜗杆(S)的两个轴端部之一，以便将蜗杆(S)的该轴端部(WS)在径向上支承在转向机构的壳体(G)中。为了获得改善的对蜗杆(S)的弹性加载，在所述轴承(FL)上设置至少一个弹簧元件(FE1)，其向该轴承(FL)外环(1)的一个区域(1B)加载弹力，该弹力支持蜗杆(S)朝向蜗轮(SR)枢转(V)。

Description

转向机构中的蜗杆的支承装置

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的在转向机构中的蜗杆的支承装置以及根据并列独立权利要求的前序部分的相应的转向机构和配备该转向机构的助力转向装置。

本发明尤其是涉及蜗杆的借助浮动轴承和固定轴承的支承装置，其中固定轴承构造为枢转轴承并且设置用于蜗杆的弹性加载(Anfederung)。

背景技术

DE 101 61 715A1公开了一种开头所述类型的支承装置。在蜗杆的与伺服电机(电动机)的驱动轴连接的轴端部上设置第一轴承(固定轴承)，该轴承本身可枢转地支承并因此构造为枢转轴承的形式。在蜗杆的另一自由轴端部上设置第二轴承(浮动轴承)。因此，蜗杆在径向上固定，但可在轴向上延长并通过枢转轴承总是可靠地与蜗轮啮合。枢转轴承因而可使蜗杆在啮合方向上轻易朝向蜗轮枢转地被支承。图1示出该已知的结构、即构造为蜗杆传动机构的转向机构1。为此，在壳体2中设置蜗杆3以及蜗轮4，蜗杆与蜗轮啮合并借助连接装置8与电驱动电动机10的支承在轴承11中的驱动轴9连接。蜗杆轴本身支承在轴支承装置5中，其具有四点支承形式的球轴承并构造为自动调心轴承或者说枢转轴承。为了在传动机构的整个寿命中尽可能使蜗杆3和蜗轮4之间的啮合间隙保持恒定，蜗杆3在径向上被加载预紧力并且始终被压向蜗轮4或者说螺旋齿轮的齿部。这借助预紧装置进行，其具有预紧弹簧13以及压缩装置12。压缩装置12例如可设有液压装置14和由液压装置操作的压块15，压块作用于那里的轴承16或者说蜗杆3本身。由此虽然可自动补偿整个寿命上出现的磨损，但已经表明，在轴支承装置5上也会产生噪音，在此只有通过使用昂贵的特种轴承才能消除该噪音。

也已知其它的具有球轴承的轴支承装置、尤其是固定轴承，其中，球轴承的外环容纳在滑动轴承中或球轴承的内环容纳在所谓的吸音套筒中，轴也因此可枢转地支承。但这些解决方案的实现花费甚高并具有相对大的间隙，这尤其在负荷变化(交替转向)时又会导致噪音产生。另外，所述轴支承装置易受温度波动影响并且寿命不太长。

发明内容

因此，本发明的任务是提出一种用于转向机构中的蜗杆的支承装置，使得以有利的方式克服上述缺点。尤其是提供一种可尽可能低成本实现的并且无噪音的支承装置结构、一种设有该支承装置的转向机构和设有该转向机构的助力转向装置。

该任务通过具有权利要求1的特征的蜗杆的支承装置来解决。据此，在蜗杆的一个轴承、尤其是固定轴承上设置弹簧元件，其为了弹性加载蜗杆向该轴承外环的一个区域加载弹力，该弹力支持蜗杆朝向蜗轮枢转。弹簧元件例如构造为楔形锁止环或弹簧垫片，其具有直接压紧到轴承外环的、与蜗杆的和蜗轮啮合的区域相对置的区域上的突起或凸鼻。

因此，在所述轴承(固定轴承)本身当中提供了在轴向上作用在蜗杆的可枢转的支承装置上的弹性加载，其一定程度上不允许间隙的出现并由此有效地防止了枢转轴承上的噪音形成。通过使用弹簧垫片或类似物低成本并且节省空间地实现了弹性加载。作为弹簧元件也可使用其它类型的弹性元件、如压簧，其在外环的一个位置上向外环施加轴向弹力。

另外，还提出一种具有这种支承装置的转向机构以及一种装有该转向机构的助力转向装置。

从属权利要求给出本发明的有利的构型。

根据一种优选的实施方式有利的是，弹簧元件构造为非对称的或非对称地设置在转向机构的壳体中，以便仅作用于轴承外环的所述一个区域上。由此可以非常简单地实现单侧力加载，其促成或者说支持蜗杆朝向蜗轮枢转。

在一种优选的实施方式中，弹簧元件构造为环状弹簧元件、尤其是楔形锁止环，其具有突起，借助该突起向轴承外环的所述区域加载轴向弹力。

在另一种优选的实施方式中，弹簧元件构造为盘状弹簧元件、尤其是弹簧垫片，其具有突起或者说凸鼻，以便向轴承外环的所述一个区域加载轴向弹力。弹簧垫片也可设有调整螺钉。

当弹簧元件例如构造为楔形锁止环或弹簧垫片时，突起作用于外环的与蜗杆的和蜗轮啮合的区域相对置的区域。由此轴向上产生的弹力形成倾斜力矩或者说枢转力矩，致使蜗杆朝向蜗轮枢转。

在另一种优选的实施方式中，弹簧元件构造为非对称地设置在转向机构的壳体中的压簧、尤其是构造为螺旋状压簧。该压簧可设有压点。压簧设置在外环的与蜗杆的和蜗轮啮合的区域相面对的区域中。由此轴向上产生的弹力形成倾斜力矩或者说枢转力矩，致使蜗杆朝向蜗轮枢转。

规定支承装置具有由多个这种弹簧元件构成的组合也是有利的。

在这里提出的支承装置中，容纳外环的支承容纳部构造为转环，弹簧元件(例如弹簧垫片)向外环加载轴向作用的力并将外环压紧到转环上。该结构在转向机构中优选设置在蜗杆的固定轴承上、即在这样的地方，在那里内环容纳蜗杆的与伺服驱动装置连接的受驱动的轴端部。弹簧元件优选借助突起或凸鼻有针对性地并且在轴向方向上压紧到外环的一个区域上。转环具有凹形的滑动面并且外环具有与此匹配的凸出的滑动面，由此从弹簧元件而来的单侧力引起蜗杆或者说蜗杆轴朝向蜗轮枢转。

附图说明

接下来借助实施例详细说明本发明和其优点，附图如下：

图1示出枢转轴承形式的传统的支承装置；

图2a/b示出根据本发明的支承装置的第一种实施方式，其中弹簧元件构造为楔形锁止环；

图3a/b示出根据本发明的支承装置的第二种实施方式，其中弹簧元件构造为弹簧垫片；以及

图4示出根据本发明的支承装置的第三种实施方式，其中弹簧元件构造为螺旋状压簧。

具体实施方式

图2包括局部图2a和2b，其示出根据本发明的支承装置的第一种实施方式。

在图2a中示出弹簧元件FE1，其构造为楔形锁止环并且在图2b所示的转向机构中用于对蜗杆弹性加载并且因此直接应用在其中一个轴承、即固定轴承上。弹簧元件FE1或者说楔形锁止环具有突起N1，其在装入状态中直接作用于固定轴承FL的外环1(参见图2b)。另外，楔形锁止环还具有开口O1以及锁止件E1。锁止件E1并不作用于外环1，而是作用于转环6并因此尤其是用于固定楔形锁止环FE1本身。

如图2b示意性所示，蜗杆S在其两个轴端部支承在转向机构的壳体G中，该蜗杆以其驱动侧的轴端部在径向上支承在固定轴承FL上并且以其自由的轴端部在径向上支承在浮动轴承中。蜗杆S与蜗轮SR处于啮合。为了改善啮合并且弹性加载蜗杆S，在固定轴承FL上设置弹簧元件，在此即图2a中所示的楔形锁止环FE1。

图2b所示的固定轴承FL相当于枢转轴承，其主要包括外环1、内环和可运动地容纳于外环和内环之间的滚珠形式的滚动体4。支承容纳部(其为具有凸出的滑动面的转环6的形式)又容纳外表面为凹形的外环1。内环2又容纳蜗杆S的与(未示出的)伺服电机连接的(图中左侧的)轴端部WS。由此形成的枢转轴承可使蜗杆S在啮合方向上轻易朝向蜗轮SR枢转地支承。位于蜗杆(S)的另一自由轴端部上的(图中右侧的)浮动轴承LL仅用于在径向上支承该轴端部。为了使蜗杆S能够枢转V，浮动轴承LL设置成允许径向方向上的朝向蜗轮SR的相应运动及反向运动。为此例如可为浮动轴承LL设置长孔容纳部或类似物。

现在为了避免该枢转滑槽中的轴向间隙并且尤其是有效防止在负荷变化时出现的噪音，在枢转轴承(固定轴承)FL上安装弹簧元件FE1，其在轴向上弹性加载外环1的特定区域、在此即加载向右侧定向的力。

如图2b所示，构造为楔形锁止环的弹簧元件FE1安装在转环6和固定环形螺母(Befestigungsschraubring)BS之间，凸鼻状的突起N1(参见图2a)直接压紧到外环1的区域1B上，该区域与蜗杆S的与蜗轮SR啮合的区域相对置。因此轴向弹性力转化为枢转力矩，其使蜗杆S朝向蜗轮SR偏转(参见图2b中的旋转箭头V)。从而防止外环1和转环6之间出现形成噪音的轴承间隙。

设置在楔形锁止环FE1上的凸鼻N1首先径向向内延伸，然后在外环1的区域中沿着轴向方向(在此向右)折弯或者说具有折弯的侧面(楔形)，该侧面在安装状态中直接碰到外环1的区域1B并且在那里加载轴向弹力。

楔形锁止环FE1在其外圆周上借助环形螺母或者说调整螺钉BS安装和卡紧在转环6和壳体G之间。通过在此显示的结构，外环1被预紧紧到转环6上，由此不再允许自由间隙，因而在安装有转向机构的助力转向装置的运行中噪音水平显著降低。

图3包括局部图3a和3b，其示出根据本发明的支承装置的第二种实施方式。

在图3a中示出弹簧垫片FE2形式的弹簧元件，该弹簧垫片同样用于弹性加载蜗杆(参见图3b)。弹簧垫片FE2具有突起或者说凸鼻N2，其在装入状态中直接作用于固定轴承FL的外环1的区域1B(参见图3b)。图3b中所示的固定轴承FL相当于枢转轴承，在此借助弹簧垫片FE2弹性加载蜗杆S的支承装置。在此凸鼻状的突起N2直接压紧到外环1的区域1B上，该区域与蜗杆S的和蜗轮SR啮合的区域相对置。因此，轴向弹力在此也转化为枢转力矩，其使蜗杆S朝向蜗轮SR偏转(参见图3b中的转动箭头V)。

图4中示出根据本发明的支承装置的第三种实施方式。在此借助构造为压簧的弹簧元件FE3来弹性加载蜗杆S的支承装置。压簧是螺旋状压簧，其在壳体G中关于外环1非对称或者说单侧地安装，在此即安装在下部区域中。压簧FE3设有压点SP3，其由此压紧到外环1的区域1B′上，该区域面对蜗杆S的和蜗轮SR啮合的区域。因此在此轴向力也转化为枢转力矩，使得蜗杆S朝向蜗轮SR偏转(参见图2b中的转动箭头)。由此防止在外环1和转环6之间出现形成噪音的轴承间隙。

所述弹簧元件也可分别多次设置和/或彼此组合。例如可想到：除了如图3a/b所示借助弹簧垫片进行弹性加载外，也可借助如图4所示的压簧来进行弹性加载。也可想到其它组合或变型方案。例如也可将压簧集成到调整螺钉或者说环形螺母6(参见图2)中。

总之提出一种设置用于转向机构中与蜗轮啮合的蜗杆的支承装置。所述支承装置具有至少一个第一轴承，其优选构造为固定轴承。该轴承主要包括外环、内环和可运动地容纳于外环和内环之间的滚动体并且可枢转地设置在支承容纳部中，支承容纳部又容纳轴承的外环。内环容纳蜗杆的两个轴端部之一，以便将蜗杆的该轴端部在径向上支承在转向机构的壳体中。为了改善蜗杆的弹性加载，在该轴承上设置至少一个弹簧元件，其向该轴承外环的一个区域或者说位置加载弹力，该弹力促使蜗杆朝向蜗轮枢转。

Claims

1.支承装置，其用于转向机构中的与蜗轮（SR）啮合的蜗杆（S），所述支承装置具有至少一个构造成枢转轴承的轴承（FL），所述轴承包括外环（1）、内环（2）和可运动地容纳在外环和内环之间的滚动体（4），所述轴承（FL）可枢转地设置在支承容纳部（6）中，该支承容纳部容纳轴承（FL）的外环（1），并且内环（2）容纳蜗杆（S）的两个轴端部之一，以便将蜗杆（S）的该轴端部在径向上支承在转向机构的壳体（G）中，其特征在于在轴向上作用在蜗杆（S）的可枢转的支承装置上的弹性加载，其中，在所述构造成枢转轴承的轴承（FL）上设置至少一个弹簧元件（FE1），所述弹簧元件为了弹性加载蜗杆（S）而对所述轴承（FL）的外环（1）的一个区域（1B）加载弹力，该弹力支持蜗杆（S）朝向蜗轮（SR）枢转（V），所述弹簧元件（FE1；FE2；FE3）构造成非对称的，以便仅作用于轴承（FL）的外环（1）的所述一个区域上。

2.支承装置，其用于转向机构中的与蜗轮（SR）啮合的蜗杆（S），所述支承装置具有至少一个构造成枢转轴承的轴承（FL），所述轴承包括外环（1）、内环（2）和可运动地容纳在外环和内环之间的滚动体（4），所述轴承（FL）可枢转地设置在支承容纳部（6）中，该支承容纳部容纳轴承（FL）的外环（1），并且内环（2）容纳蜗杆（S）的两个轴端部之一，以便将蜗杆（S）的该轴端部在径向上支承在转向机构的壳体（G）中，其特征在于在轴向上作用在蜗杆（S）的可枢转的支承装置上的弹性加载，其中，在所述构造成枢转轴承的轴承（FL）上设置至少一个弹簧元件（FE1），所述弹簧元件为了弹性加载蜗杆（S）而对所述轴承（FL）的外环（1）的一个区域（1B）加载弹力，该弹力支持蜗杆（S）朝向蜗轮（SR）枢转（V），所述弹簧元件（FE1；FE2；FE3）非对称地设置在壳体（G）中，以便仅作用于轴承（FL）的外环（1）的所述一个区域上。

3.根据权利要求1或2的支承装置，其特征在于，所述弹簧元件（FE1；FE2）作用在轴承（FL）的外环（1）上的所述区域（1B）与蜗杆（S）的蜗杆（S）用以与蜗轮（SR）相啮合的区域相对置。

4.根据权利要求1或2的支承装置，其特征在于，所述弹簧元件（FE3）作用在轴承（FL''）的外环（1）上的所述区域（1B'）与蜗杆（S）的蜗杆（S）用以与蜗轮（SR）啮合的区域相面对。

5.根据权利要求1或2的支承装置，其特征在于，所述弹簧元件是环状或盘状的弹簧元件（FE1，FE2）。

6.根据权利要求5的支承装置，其特征在于，所述弹簧元件是环状弹簧元件，并且具有突起（N1），借助该突起，弹簧元件向轴承（FL）的外环（1）的所述一个区域施加轴向弹力。

7.根据权利要求5的支承装置，其特征在于，所述弹簧元件是盘状弹簧元件，并且具有突起（N2），借助该突起，弹簧元件向轴承（FL''）的外环（1）的所述一个区域施加轴向弹力。

8.根据权利要求2的支承装置，其特征在于，所述在壳体（G）中非对称地设置的弹簧元件构造为压簧。

9.根据权利要求8的支承装置，其特征在于，所述压簧（FE3）设有压点（SP3）。

10.根据上述权利要求1或2的支承装置，其特征在于，所述至少一个弹簧元件是由多个弹簧元件构成的组合。

11.根据权利要求8的支承装置，其特征在于，所述压簧构造为螺旋状压簧（FE3）。

12.根据权利要求6的支承装置，其特征在于，环状弹簧元件是楔形锁止环（FE1）。

13.根据权利要求7的支承装置，其特征在于，盘状弹簧元件是弹簧垫片（FE2）。

14.根据权利要求13的支承装置，其特征在于，所述弹簧垫片（FE2）设有调整螺钉。

15.转向机构，其包含用于与蜗轮（SR）啮合的蜗杆（S）的支承装置，支承装置具有至少一个构造成枢转轴承的轴承（FL），所述轴承包括外环（1）、内环（2）和可运动地容纳在外环和内环之间的滚动体（4），所述轴承（FL）可枢转地设置在支承容纳部（6）中，支承容纳部容纳轴承（FL）的外环（1），并且内环（2）容纳蜗杆（S）的两个轴端部之一，以便将蜗杆（S）的该轴端部在径向上支承在转向机构的壳体（G）中，其特征在于在轴向上作用在蜗杆（S）的可枢转的支承装置上的弹性加载，其中，在所述构造成枢转轴承的轴承（FL）上设置至少一个弹簧元件（FE1），所述弹簧元件为了弹性加载蜗杆（S）而对所述轴承（FL）的外环（1）的一个区域（1B）加载弹力，该弹力支持蜗杆（S）朝向蜗轮（SR）枢转（V），所述弹簧元件（FE1）构造成非对称的，以便仅作用于轴承（FL）的外环（1）的所述一个区域上。

16.转向机构，其包含用于与蜗轮（SR）啮合的蜗杆（S）的支承装置，支承装置具有至少一个构造成枢转轴承的轴承（FL），所述轴承包括外环（1）、内环（2）和可运动地容纳在外环和内环之间的滚动体（4），所述轴承（FL）可枢转地设置在支承容纳部（6）中，支承容纳部容纳轴承（FL）的外环（1），并且内环（2）容纳蜗杆（S）的两个轴端部之一，以便将蜗杆（S）的该轴端部在径向上支承在转向机构的壳体（G）中，其特征在于在轴向上作用在蜗杆（S）的可枢转的支承装置上的弹性加载，其中，在所述构造成枢转轴承的轴承（FL）上设置至少一个弹簧元件（FE1），所述弹簧元件为了弹性加载蜗杆（S）而对所述轴承（FL）的外环（1）的一个区域（1B）加载弹力，该弹力支持蜗杆（S）朝向蜗轮（SR）枢转（V），所述弹簧元件（FE1）非对称地设置在壳体（G）中，以便仅作用于轴承（FL）的外环（1）的所述一个区域上。

17.助力转向装置，其包含转向机构，该转向机构具有用于与蜗轮（SR）啮合的蜗杆（S）的支承装置，支承装置具有至少一个构造成枢转轴承的轴承（FL），所述轴承包括外环（1）、内环（2）和可运动地容纳在外环和内环之间的滚动体（4），所述轴承（FL）可枢转地设置在支承容纳部（6）中，支承容纳部容纳轴承（FL）的外环（1），内环（2）容纳蜗杆（S）的两个轴端部之一，以便将蜗杆（S）的该轴端部在径向上支承在转向机构的壳体（G）中，其特征在于在轴向上作用在蜗杆（S）的可枢转的支承装置上的弹性加载，其中，在所述构造成枢转轴承的轴承（FL）上设置至少一个弹簧元件（FE1），所述弹簧元件为了弹性加载蜗杆（S）而对所述轴承（FL）的外环（1）的一个区域（1B）加载弹力，该弹力支持蜗杆（S）朝向蜗轮（SR）枢转（V），所述弹簧元件（FE1；FE2；FE3）构造成非对称的，以便仅作用于轴承（FL）的外环（1）的所述一个区域上。

18.助力转向装置，其包含转向机构，该转向机构具有用于与蜗轮（SR）啮合的蜗杆（S）的支承装置，支承装置具有至少一个构造成枢转轴承的轴承（FL），所述轴承包括外环（1）、内环（2）和可运动地容纳在外环和内环之间的滚动体（4），所述轴承（FL）可枢转地设置在支承容纳部（6）中，支承容纳部容纳轴承（FL）的外环（1），内环（2）容纳蜗杆（S）的两个轴端部之一，以便将蜗杆（S）的该轴端部在径向上支承在转向机构的壳体（G）中，其特征在于在轴向上作用在蜗杆（S）的可枢转的支承装置上的弹性加载，其中，在所述构造成枢转轴承的轴承（FL）上设置至少一个弹簧元件（FE1），所述弹簧元件为了弹性加载蜗杆（S）而对所述轴承（FL）的外环（1）的一个区域（1B）加载弹力，该弹力支持蜗杆（S）朝向蜗轮（SR）枢转（V），所述弹簧元件（FE1；FE2；FE3）非对称地设置在壳体（G）中，以便仅作用于轴承（FL）的外环（1）的所述一个区域上。