用于轉向機構的浮動軸承的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于轉向機構的浮動軸承(7)，該浮動軸承具有用于容納所述轉向機構的小齒輪軸的內圈(11)和用于將所述浮動軸承(7)支承在所述轉向機構的殼體(1)中的包圍所述內圈(11)的外圈(13)，其中，所述外圈(13)和所述內圈(11)在其之間形成環形間隙(19)，并且，所述外圈(13)和所述內圈(11)經由至少一個柔性的連接部件(17)相互連接，使得所述內圈和外圈在至少一個徑向方向上能夠彼此相對運動，其特征在于，所述外圈(13)和/或所述內圈(10)在所述連接部件(17)內構造有至少一個凸起(18)，所述凸起伸入所述環形間隙(19)中，從而在該凸起(18)的區域中所述外圈(13)和所述內圈(11)之間的間距小于在所述環形間隙(19)的其余部段中所述外圈和所述內圈之間的間距。
【專利說明】用于轉向機構的浮動軸承
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種用于轉向機構的浮動軸承。
【背景技術】
[0002]在大多數機動車中裝有助力轉向系統，所述助力轉向系統在轉向時產生輔助扭矩進而減小由駕駛者施加到轉向柱上的轉向力矩。
[0003]已知的助力轉向系統基于轉向機構，所述轉向機構轉換液壓式或電氣式驅動器的驅動功率并且將其傳遞到轉向柱上。這種轉向機構通常構造成滾齒傳動機構的形式并且尤其構造為螺旋齒輪傳動機構或蝸桿傳動機構，也就是說，其包括:直接或間接地與轉向拉桿連接的齒輪；以及由此經由小齒輪軸由驅動器驅動的小齒輪。
[0004]在這種轉向機構中顯示為有問題的是齒輪嚙合間隙，所述齒輪嚙合間隙由于構件公差、傳動元件的不同熱膨脹并且由于磨損而形成。尤其在所謂的轉向變化的情況下，也就是說在以變化的轉向回轉進行直接相繼轉向的情況下，這樣的齒輪嚙合間隙產生不期望的噪音，所述噪音由小齒輪和齒輪的各齒的相對置的齒面的交替貼靠造成。
[0005]已知的是，所述齒輪嚙合間隙通過下述方式消除:小齒輪軸可樞轉地圍繞一軸線被支承并且借助于一個或多個彈性元件壓向齒輪，所述軸線垂直于小齒輪軸的縱軸線并且與小齒輪和齒輪的齒部嚙合成一定間距地延伸。小齒輪軸的可樞轉性在此集成到兩個軸承結構之一中，小齒輪軸在端側上經由所述軸承結構支承。所述軸承結構也稱為“固定軸承”。然后，軸承結構在另一端部的區域中構成有間隙(所謂的“浮動軸承”)，以便能夠實現因樞轉運動引起的偏轉。固定軸承通常設置在驅動側，而浮動軸承設置在小齒輪軸的自由端上。用于將小齒輪按壓到齒輪上的一個或多個彈性元件通常集成到浮動軸承中。
[0006]這樣的(這種)浮動軸承以及包括這樣的浮動軸承的轉向機構例如從DE 10 2007055 814 Al中已知。在那里浮動軸承包括:內圈，轉向機構的小齒輪軸的一部分在插入滾動軸承的情況下支承在所述內圈內；以及外圈，所述外圈被容納在轉向機構的殼體的容納部中。內圈和外圈在其之間形成環形間隙。在環周的一個位置上，內圈和外圈經由構造為連接片的由彈性材料制成的連接部件連接。環形間隙能夠實現內圈和外圈相互間的可徑向運動性，而連接部件確保內圈和外圈的固緊，而不會妨礙在所述內圈和外圈之間的期望的可徑向運動性。
[0007]在從DE 10 2007 055 814 Al中已知的浮動軸承中不利的是相對大的力，所述力對于由于連接部件的變形而引起的內圈相對于外圈的相對移動是必需的。
【發明內容】
[0008]從現有技術出發，本發明基于的目的是提出一種改進的用于轉向機構的浮動軸承。該改進的浮動軸承的特定尤其在于:僅需要相對小的用于內圈相對于外圈的相對運動的力。
[0009]所述目的通過根據獨立權利要求1所述的浮動軸承得以實現。包括這樣的浮動軸承的轉向機構是并列的權利要求9的主題。根據本發明的浮動軸承以及根據本發明的轉向機構的有利的實施形式是相應的從屬權利要求的主題并且從本發明的下面的描述中得出。
[0010]本發明基于的思想是，尤其是關于用于內圈相對于外圈的相對移動所施加的力改進這種浮動軸承，其方式為，連接部件(內圈與外圈經由該連接部件可運動地連接)被鉸鏈狀地構成，從而所述相對運動基本上基于內圈和外圈相互的滾動和滑動。所述相對運動的引導由此由內圈和外圈本身承擔。在根據DE 10 2007 055 814 Al的浮動軸承中仍構成整個連接部件的柔性材料的使用因此能夠減少到外殼上，所述外殼基本上僅仍必須確保將內圈和外圈的固緊并且能夠因小的變形力而出色。
[0011]本發明的該思想在結構上通過下述方式實現:所述浮動軸承具有用于(直接或間接地)容納轉向機構的小齒輪軸的內圈和用于將浮動軸承支承在轉向機構的殼體中的包圍所述內圈的外圈，其中，外圈和內圈在其之間形成環形間隙，并且外圈和內圈經由至少一個柔性的連接部件相互連接，使得所述內圈和外圈在至少一個徑向方向上可彼此相對運動，將這種用于轉向機構的浮動軸承如下改進:外圈和/或內圈在連接部件內構造有(至少)一個凸起，所述凸起伸入到環形間隙中，從而在該凸起的區域中在外圈和內圈之間的間距小于在環形間隙的其余部段中在外圈和內圈之間的間距。
[0012]在此，所述凸起能夠優選具有(二維或三維)彎曲的表面輪廓。
[0013]此外在根據本發明的浮動軸承的一個優選的設計方案中能夠提出:內圈和外圈分別構造有(至少)一個凸起，各凸起徑向相對置。
[0014]優選能夠提出:內圈和外圈在凸起的區域中部分地或完全地由柔性材料并且優選由彈性材料(例如彈性體)包圍。柔性材料能夠尤其構成在一個或多個凸起的區域中包圍內圈和外圈的外殼,所述外殼確保將內圈和外圈固緊,但同時盡可能少地阻礙在內圈和外圈之間的相對運動。
[0015]“柔性材料”理解為在力下可變形的材料，所述力(明顯)低于使內圈和外圈相應變形的力。尤其是所述“柔性材料”的根據功能的可變形性在這樣的力下給定，即所述力在這種轉向機構中導致小齒輪軸的樞轉并導致內圈和外圈的基于所述樞轉的相對運動。
[0016]“彈性材料”理解為彈性模數(明顯)小于內圈和外圈的一種/多種材料的一個/多個彈性模數的材料。尤其是，“彈性材料”的彈性模數小到使得所述彈性材料在這種轉向機構中引起小齒輪軸的樞轉的力的情況下會導致根據功能的變形并且導致由此實現的內圈和外圈的相對運動。
[0017]在根據本發明的浮動軸承的另一優選的設計方案中能夠提出:內圈(優選在其內側上)和/或外圈(優選在其外側上)構造有至少一個凹部，在所述凹部中設置有柔性材料。由此一方面能夠構成在內圈和/或外圈以及柔性材料本身之間的形狀鎖合的連接，所述連接改進內圈和外圈的固緊。此外，尤其當(如優選提出的那樣)柔性材料不伸出凹部(多個凹部)的邊緣時，能夠通過將柔性材料設置在凹部中而簡化浮動軸承到轉向機構的殼體中的集成。
[0018]優選能夠提出:根據本發明的浮動軸承的內圈和外圈在一個或多個凸起的區域中接觸，由此所述內圈和外圈在相對運動時直接相互滾動或滑動。
[0019]然而其也能夠是由柔性材料構成的(薄)層，該柔性材料也能夠是包圍內圈和外圈的相同的材料，所述材料在凸起的區域中設置在內圈和外圈之間。在此其厚度在其最薄的位置上優選為最大0.5mm、特別優選為最大0.3mm,在該最薄的位置上在內圈和外圈之間的間距最小。根據柔性材料，這樣的層能夠減少在僅間接地相互滾動或滑動的內圈和外圈之間的摩擦。這樣的薄層能夠以簡單的方式通過下述方式制成:包圍內圈和外圈的外殼通過借助柔性材料包封注塑來制成，其中，(由于在內圈和外圈之間的間隙和/或由于在注塑時產生的壓力下外圈和/或內圈的變形)設定在一個/多個凸起的區域中在內圈和外圈之間的對應于層厚的間距。
[0020]根據本發明的轉向機構包括至少一個齒輪、與所述齒輪嚙合的小齒輪和包含所述小齒輪的小齒輪軸，其中，所述小齒輪軸在所述小齒輪的一側上支承在固定軸承中，所述固定軸承構造有用于小齒輪軸的樞轉軸線，并且所述小齒輪軸在所述小齒輪的另一側上支承在根據本發明的浮動軸承中。
[0021]在根據本發明的轉向機構的一個優選的設計方案中，內圈和/或外圈包括至少一個凸起，所述凸起為了將浮動軸承優選精確地定位在轉向機構的殼體中而嵌接到殼體的優選互補地構成的凹部中。在此，特別優選地提出:凹部沿內圈或外圈的軸向方向延伸。因此能夠簡化與此互補的凹部在殼體中的制造。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]下面借助于在附圖中示出的實施例詳細闡述本發明。在附圖中:
[0023]圖1示出根據本發明的轉向機構的第一橫截面；
[0024]圖2示出圖1的轉向機構的第二橫截面；
[0025]圖3示出圖1和2的轉向機構的功能的示意圖；
[0026]圖4示出在圖1和2的轉向機構中所使用的浮動軸承的俯視圖；
[0027]圖5示出圖4的浮動軸承的沿著圖4中的剖面V-V的縱剖面；
[0028]圖6示出圖4和5的浮動軸承的沿著圖5中的剖面V1-VI的徑向剖面。
【具體實施方式】
[0029]圖1和2示出根據本發明的轉向機構的一個實施形式的重要組件。所述轉向機構包括殼體1，在所述殼體內支承有齒輪2以及與齒輪2嚙合的小齒輪。小齒輪和包含該小齒輪的小齒輪軸以蝸桿3的形式集成地構成。
[0030]齒輪2牢固地固定在機動車(未示出)的轉向柱4上。
[0031]蝸桿3具有驅動側端部，經由該端部能夠與未示出的驅動器(例如電動機)的驅動軸連接。在所述驅動側端部的區域中，蝸桿3借助于第一軸承結構支承在殼體I中。該軸承結構包括固定軸承5，所述固定軸承允許蝸桿3圍繞樞轉軸線6樞轉。
[0032]所述樞轉引起蝸桿3的與驅動側端部相對置的自由端的偏轉，所述蝸桿在自由端處借助于第二軸承結構支承在殼體I的容納部中。第二軸承結構包括根據本發明的浮動軸承7，所述浮動軸承構成為使得其允許蝸桿3的自由端偏轉。
[0033]蝸桿4的在固定軸承5的區域中和在浮動軸承7的區域中的軸承結構分別包括滾動軸承8、9，蝸桿3的相應部段盡可能無間隙地支承在所述滾動軸承中。滾動軸承8、9本身分別支承在固定軸承5或浮動軸承7的內圈10、11中。此外固定軸承5和浮動軸承7分別包括包圍相關內圈10、11的外圈12、13，各外圈又再盡可能無間隙地分別設置在殼體I的相應容納部中。在內圈10、11和與其相關的外圈12、13之間的連接在結構上構成為，使得所述外圈和內圈(在固定軸承5的情況下)能夠實現蝸桿3圍繞樞轉軸線6的樞轉并且(在浮動軸承7的情況下)能夠實現蝸桿3的自由端的偏轉。
[0034]為此，在固定軸承5的情況下，外圈12經由兩個連接片14(例如由彈簧鋼制成)與內圈10連接,其中，兩個連接片14盡可能在同一直線上延伸進而構成樞轉軸線6,以便能夠使外圈12相對于內圈10樞轉。連接片14進而樞轉軸線6在此不延伸穿過固定軸承5的中心，而是與該固定軸承徑向位錯地延伸(參見圖3)。因此樞轉軸線6不與蝸桿3的縱軸線15相交。
[0035]通過使連接片14相對于固定軸承5的中心徑向位錯，樞轉軸線6移動到蝸桿3的小齒輪的外環周的附近，由此能夠減少或者避免反應力矩(M2)的形成，所述反應力矩由于在小齒輪和齒輪的齒嚙合的情況下產生的嚙合力(Fal、Fa2)結合嚙合力(Fal、Fa2)的作用線與樞轉軸線6的間距而產生或可能會產生。為了盡可能完全避免反應力矩(M2 = O)而提出:樞轉軸線6位于切向平面內，該切向平面形成在齒輪2和小齒輪的兩個分度圓或節圓的接觸點中(即“齒部嚙合”16)，如在圖3中示意地示出的。
[0036]圖4和6單獨地示出根據本發明的、轉向機構的浮動軸承7。浮動軸承7的重要功能在于，將蝸桿支承在殼體I內，從而確保蝸桿3的自由端由于該蝸桿圍繞在固定軸承5中形成的樞轉軸線6的樞轉而引起的運動(偏轉)。為此，內圈11在浮動軸承7的沒有負載的中性位置中以基本上恒定的間距同心地設置在外圈13內。在一個部段中，內圈11經由徑向延伸的連接部件17與外圈13連接。在連接部件17的區域中，內圈11和外圈13在徑向剖面中(參見圖6)分別具有彎曲延伸的凸起18，各凸起(相對置地)伸入在內圈11和外圈13之間形成的環形間隙19中。兩個凸起18的尖部在此接觸。
[0037]在凸起18的區域中，內圈11和外圈13由彈性體外殼20包圍。在此，彈性體外殼20的設計方案為:該彈性體外殼不突出于內圈11和外圈13的外表面。為此一方面在凸起18的區域中內圈11和外圈13的軸向長度小于在其余部段中內圈11和外圈13的軸向長度。由此形成凹部21，彈性體外殼20的彈性材料被容納在所述凹部中(參見圖5)。此外外圈13在一半的軸向長度上設有徑向開口，在所述徑向開口中同樣設置有彈性體外殼20的材料(參見圖5)。此外圖6示出，內圈11在其容納蝸桿3的內側上并且外圈13在其將浮動軸承7支承在殼體I的相關容納部中的外側上分別形成沿軸向方向延伸的另外的凹部22，在該另外的凹部中同樣容納有彈性體外殼20的材料。通過將彈性體外殼20的材料設置在凹部21、22中能夠防止所述材料突出于內圈11和外圈13的相應地相鄰的區域，由此簡化浮動軸承7到轉向機構中的集成。
[0038]也在環形間隙19的區域中，凸起18在兩側(在環周方向上)由彈性材料23包圍。在此所述彈性材料優選為也構成彈性體外殼20的相同的材料。彈性材料23在環形間隙19的區域中結合彈性體外殼20引起內圈11和外圈13的固緊。彈性體外殼20和在環形間隙19中設置的彈性材料23能夠在一個工作過程中例如通過(雙組分)注塑制成。
[0039]連接部件17構成具有低樞轉力矩的樞轉鉸鏈，所述樞轉鉸鏈能夠實現外圈13相對于內圈11圍繞位于連接部件17的區域中的樞轉軸線的樞轉。在這個樞轉運動中，外圈13和內圈11在接觸部段中相互滑動或滾動，而彈性體外殼20和在環形間隙19中設置的彈性材料23并不顯著地妨礙外圈13和內圈11的相對運動，但同時確保所述內圈和外圈的固緊。
[0040]浮動軸承7的內圈11還具有卡圈24。所述卡圈用于將滾動軸承9進而將蝸桿3軸向定位在殼體I中。
[0041]此外，浮動軸承7的外圈13在其環周的一個位置上還具有沿軸向方向突出的定位凸起25。所述定位凸起嵌接到殼體I的相應空隙中(參見圖2)。由此確保浮動軸承7精確地定位在殼體I中。此外，定位凸起防止外圈13在殼體I中扭轉。
[0042]所提出的是，將浮動軸承7集成到轉向機構的殼體I中，使得蝸桿3圍繞在固定軸承5中形成的樞轉軸線6的樞轉引起內圈11相對于外圈13在基本上垂直于引導通過連接部件17的徑向軸線26的方向上移動。反之，在垂直于所述方向的方向上，即在浮動軸承7的引導通過連接部件17的徑向軸線26的方向上，應使外圈13盡可能不相對于內圈11移動，以便在轉向機構運行時避免蝸桿3的小齒輪卡在齒輪2上。這通過下述方式實現:在內圈11和外圈13之間的間距在浮動軸承7的與連接部件17徑向相對置的部段中限制在例如0.1mm的小尺度上。這借助于限制元件27進行，所述限制元件沿徑向方向可移動地支承在外圈13內。限制元件27的徑向寬度大于外圈13的徑向寬度，其中，還沒有安裝在殼體I中的浮動軸承7的限制元件27能夠向外移動，使得所述限制元件突出于外圈13的外表面。由此引起在內圈11的外側和限制元件27之間的相對大的間距。該間距在將浮動軸承7安裝在殼體I中時減小到所期望的小尺度，這是因為限制元件27由于與殼體I的碰撞而不再能夠突出于外圈13的外表面并且因此必須朝向內圈11的方向移動。
[0043]此外浮動軸承7的外圈13還包括彈性止擋元件28，所述彈性止擋元件在蝸桿3沿一個方向(在圖1中向上)樞轉時限制內圈11的運動。例如能夠構成為金屬彈簧或構成為包括金屬彈簧和彈性體彈簧的組合的彈性止擋元件28也能夠集成在內圈11中。
[0044]根據本發明的轉向機構引起齒輪嚙合間隙的補償，如尤其是可由于轉向機構的各構件的制造公差、這些構件的不同熱膨脹以及磨損而引起的齒輪嚙合間隙。所述齒輪嚙合間隙補償通過下述方式實現:蝸桿3被可樞轉地支承并且經由彈簧負載壓向齒輪2。彈簧負載(同樣如構成樞轉軸線6那樣)尤其通過固定軸承5的連接片14實現，所述連接片由于外圈12相對于內圈10的相對運動而絞合進而在功能上用作為扭轉彈簧桿。為了實現充足的彈簧應力，以便經由所述彈簧應力在轉向機構的使用壽命期間補償日益增加的磨損，所提出的是:蝸桿3在重新制造轉向機構時設有相對大的樞轉角。為此提出:將蝸桿3集成到殼體I中，使得該蝸桿的縱軸線15在固定軸承5的區域中距齒部嚙合16或嚙合力(Fal、Fa2)的作用線的間距比在浮動軸承7的區域中的情況下的間距略小(參見圖1)。該位錯通過固定軸承5的內圈10相對于外圈12的相應位錯實現；內圈和外圈因此不精確地同心地設置。由此能夠實現:固定軸承5和浮動軸承7盡管預設的樞轉角但仍設置在殼體I的容納部中，各容納部同心地設置。由此能夠簡化殼體I的制造。
[0045]附圖標記清單
[0046]I 殼體
[0047]2 齒輪
[0048]3 蝸桿
[0049]4 轉向柱
[0050]5 固定軸承
[0051]6樞轉軸線
[0052]7浮動軸承
[0053]8滾動軸承
[0054]9滾動軸承
[0055]10固定軸承的內圈
[0056]11浮動軸承的內圈
[0057]12固定軸承的外圈
[0058]13浮動軸承的外圈
[0059]14連接片
[0060]15蝸桿的縱軸線[0061 ]16齒部哨合
[0062]17連接部件
[0063]18凸起
[0064]19環形間隙
[0065]20彈性體外殼
[0066]21凹部
[0067]22凹部
[0068]23彈性材料
[0069]24卡圈
[0070]25定位凸起
【權利要求】
1.一種用于轉向機構的浮動軸承(7)，該浮動軸承具有用于容納所述轉向機構的小齒輪軸的內圈(11)和用于將所述浮動軸承(7)支承在所述轉向機構的殼體(I)中的包圍所述內圈(11)的外圈(13)，其中，所述外圈(13)和所述內圈(11)在其之間構成環形間隙(19)，并且，所述外圈(13)和所述內圈(11)經由至少一個柔性的連接部件(17)相互連接，使得所述內圈和外圈在至少一個徑向方向上能夠彼此相對運動，其特征在于，所述外圈(13)和/或所述內圈(10)在所述連接部件(17)內構造有至少一個凸起(18)，所述凸起伸入到所述環形間隙(19)中，從而在所述凸起(18)的區域中在所述外圈(13)和所述內圈(11)之間的間距小于在所述環形間隙(19)的其余部段中所述外圈和所述內圈之間的間距。
2.根據權利要求1所述的浮動軸承(7)，其特征在于，所述凸起(18)具有彎曲的表面輪廓。
3.根據權利要求1或2所述的浮動軸承(7)，其特征在于，所述內圈(11)和所述外圈(13)分別構造有一個凸起(18)，各凸起徑向相對置。
4.根據上述權利要求之一所述的浮動軸承(7)，其特征在于，所述內圈(11)和所述外圈(13)在所述凸起(18)的區域中由柔性材料包圍。
5.根據權利要求4所述的浮動軸承(7)，其特征在于，所述內圈(11)在其內側上和/或所述外圈(13)在其外側上構造有至少一個凹部(21)，在所述凹部中設置有所述柔性材料。
6.根據上述權利要求之一所述的浮動軸承(7)，其特征在于，所述內圈(11)和所述外圈(13)在所述凸起(18)的區域中接觸。
7.根據權利要求1至5之一所述的浮動軸承(7)，其特征在于，在所述內圈(11)和所述外圈(13)之間在所述凸起(18)的區域中設有由柔性材料構成的層。
8.根據權利要求7所述的浮動軸承(7)，其特征在于，在內圈(11)和外圈(13)之間的最小間距最大為0.5_、優選最大為0.3mm,因此所述由柔性材料構成的層的最小厚度最大為0.5mm、優選最大為0.3mm。
9.一種轉向機構，具有齒輪(2)、與該齒輪嚙合的小齒輪和包含該小齒輪的小齒輪軸，其中，所述小齒輪軸在所述小齒輪的一側上支承在固定軸承(5)中，該固定軸承構造有用于所述小齒輪軸的樞轉軸線，并且，所述小齒輪軸在所述小齒輪的另一側上支承在浮動軸承(7)中，其特征在于，所述浮動軸承(7)根據上述權利要求之一構成。
10.根據權利要求9所述的轉向機構，其特征在于，所述內圈(11)和/或所述外圈(13)具有定位凸起(25)，所述定位凸起為了將所述浮動軸承(7)定位在所述轉向機構的殼體(I)中而嵌接到所述殼體(I)的凹部中。
11.根據權利要求10所述的轉向機構，其特征在于，所述定位凸起(25)沿所述內圈(II)和/或所述外圈(13)的軸向方向延伸。
【文檔編號】B62D5/04GK104203721SQ201380019030
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2013年4月5日 優先權日:2012年4月12日
【發明者】D·菲克澤爾, J·哈費爾馬爾茨 申請人:Zf操作系統有限公司