转向传动机构的制作方法

本发明涉及一种用于机动车的助力转向系统的转向传动机构。

背景技术：

在大多数机动车中，安装有助力转向系统，其在转向过程中产生辅助的转矩并且由此减小需要由驾驶员施加到转向柱上的转向力矩。

已知的助力转向系统基于这样的转向传动机构，该转向传动机构转换液压的或电动驱动装置的驱动功率并将其传递到例如转向柱上。这种转向传动机构通常呈螺旋滚子传动机构的形式并且尤其被构造为螺旋齿轮传动机构或蜗轮蜗杆传动机构，也就是说，其包括直接或间接与转向杆连接的齿轮以及与其啮合的、通过轴由驱动装置进行驱动的小齿轮。

这种转向传动机构存在以下问题：即，其具有传动机构间隙，所述传动机构间隙由于构件公差、传动机构元件的不同的热膨胀、磨损以及由塑料制成的齿轮中的材料的固化（Setzen）而形成。尤其在所谓的变换转向中，也就是说在以变换的转向角方向直接相继地转向的情况下，这种传动机构间隙产生不希望的噪音，该噪音由小齿轮和齿轮的齿的相对而置的齿面的交变的贴靠而引起。

已知由此消除这种传动机构间隙：即，小齿轮轴围绕垂直于小齿轮轴的纵向轴线并与小齿轮和齿轮的齿部啮合成一定距离延伸的轴线以能够枢转的方式得到支承，并且借助于一个或多个弹簧元件压靠齿轮（所谓的小齿轮轴的弹动（弹动））。小齿轮轴的可枢转性在此通常被集成到两个支承部中的一个中，小齿轮轴通过所述两个支承部在端侧上得到支承。该支承部被称为“固定轴承”。该支承部在另一端部的区域内于是被实施为具有间隙（“所谓的浮动轴承”），从而实现由枢转运动引起的偏转。固定轴承通常被设置在驱动侧，而浮动轴承被设置在小齿轮轴的自由的端部上。用于将小齿轮压到齿轮上的一个或多个弹簧元件在此既能够集成到浮动轴承中也能够集成到固定轴承中。

例如从WO 2011 / 073089 A1中已知这样一种转向传动机构，在该转向传动机构中借助于固定轴承产生用于弹动的弹簧力。在那里规定，将在固定轴承的区域内容纳小齿轮轴的滚动轴承在外侧支承在枢转套筒中。所述枢转套筒包括轴承套筒和外环，所述轴承套筒在很大程度上无间隙地容纳所述滚动轴承，并且所述外环在转向传动机构的壳体的容纳部中被保持为在很大程度上无间隙，其中所述外环和所述轴承套筒通过多个扭力接片连接，所述扭力接片在外环相对于轴承套筒旋转时被扭转。在组装完转向传动机构之后，如此扭转所述扭力接片，从而由此产生的弹性的复位作用引起小齿轮轴的弹动。

在DE 10 2012 103 146 A1中描述了一种类似于WO 2011/073089 A1的转向传动机构的设计方案。然而在那里，枢转环被实施为独立的构件。在此，该枢转环包括内环以及通过两个扭力接片与所述内环连接的外环。外环用于将固定轴承支承在转向传动机构的壳体中，而内环被夹紧在滚动轴承和轴承套筒的径向向内弯曲的端部之间。

为了尽管存在磨损并且尽管在转向传动机构的整个预设的使用寿命中的材料固化（Materialsetzen）仍确保足够大的、也就是说在充足的程度上避免由于传动机构间隙而引起的不希望的噪音生成的弹动，其即使在考虑到可能的构件公差的情况下也必须对于转向传动机构的新状态相对较大地确定大小。然而，这在新的或较小磨损的状态下在转向传动机构中导致相应较高的摩擦，这又原则上导致倾向于被感知为不好的转向感受。小齿轮轴的弹动的设计因此通常为一种妥协，这种妥协一方面基于在整个预设的使用寿命期间的有利的噪音生成，另一方面基于由于转向传动机构中尤其在转向传动机构的新状态下的相对低的摩擦力的较好的转向感受。

转向传动机构中的高的摩擦此外会对转向传动机构的效率产生负面影响。

基于所述现有技术，本发明试图提供一种用于机动车的助力转向系统的改进的转向传动机构。尤其应该提出这样一种转向传动机构，在该转向传动机构中能够以构造上简单的方式在使用寿命过程中足够低的噪音生成的情况下实现尽可能好的转向感受。

该任务通过根据权利要求1所述的转向传动机构来解决。对此，有利的设计方案为从属权利要求的主题并且由以下对本发明的描述中得知。

本发明基于这种思想：即，能够可变化地设计转向传动机构的被构造为螺旋小齿轮轴的小齿轮轴的弹动的刚度，从而一方面实现足够大的弹动，通过该弹动能够在转向传动机构的整个预设的使用寿命中有效地避免传动机构间隙并由此能够获得有利的噪音特性，而另一方面，如果这对于获得良好的转向感受为有利的，则弹动以及由此传动机构中的摩擦被保持相对低。在此应当利用的是，为了评估转向感受尤其以下方面是相关的：即，其在包括该转向传动机构的机动车的行驶状态中出现，而尤其在静止状态下和/或直至例如最大20 km/h的缓慢行驶过程中在变换转向的情况下可能有不利的噪音生成。如果考虑到必须由助力转向系统并且由此由与转向传动机构连接的驱动装置所产生的辅助功率在静止状态下并且在缓慢行驶中显著高于在机动车的行驶的状态中，则可以利用所述不同的、通过所述转向传动机构传递的辅助功率，从而实现弹动的变化性。

与此相应地，提供了一种转向传动机构，其具有至少一个齿轮、与所述齿轮啮合的螺旋小齿轮和包括所述螺旋小齿轮的螺旋小齿轮轴，其中所述螺旋小齿轮轴在所述螺旋小齿轮的其中一个侧面上被支承在固定轴承中，所述固定轴承包括旋转轴承，所述旋转轴承包括其中容纳有所述螺旋小齿轮轴的内部的轴瓦和直接或间接地与枢转环的内环连接的外部的轴瓦，其中所述内环通过至少一个扭力接片围绕横向于所述螺旋小齿轮轴的纵向方向（沿纵向轴线的延长部）放置的枢转轴线以能够枢转的方式与所述枢转环的外环连接，并且其中所述外环直接或间接地被支承在所述转向传动机构的壳体中（并且在此尤其也关于所述螺旋小齿轮轴的纵向方向得到支撑）。根据本发明，这种转向传动机构的特征在于，所述扭力接片在至少一个侧面上关于所述螺旋小齿轮轴的所述纵向方向距支撑面一定距离地延伸，其中所述距离被如此确定尺寸，使得当所述螺旋小齿轮轴未被加载转矩时，所述扭力接片不接触所述支撑面，并且当所述螺旋小齿轮轴被加载运行转矩、也就是说在转向传动机构的预设的运行过程中所设置的转矩时，所述扭力接片至少部分地接触所述支撑面。在此优选地能够规定，当螺旋小齿轮轴被加载在运行中最高设置的运行转矩时，所述扭力接片完全接触所述支撑面。

由于小齿轮被设计为螺旋小齿轮，施加到螺旋小齿轮轴上的转矩在螺旋小齿轮轴的纵向方向上引起这样的载荷，该载荷通过枢转环传递到壳体上，其中枢转环的扭力接片由于其弹性的设计而在相应的方向上变形，从而使所述扭力接片至少部分地贴靠在支撑面上。这由此在功能上减小了扭力接片的自由的长度、也就是在扭力接片的区域中枢转环的外环和内环的夹入部（Einspannung）之间的距离，这在保持不变的枢转角度，所述螺旋小齿轮轴以所述枢转角度偏转以实现弹动，的情况下，导致更强烈的扭曲（Verdrillung）以及由此导致弹动的增加。当螺旋小齿轮轴被加载高的转矩时，在结果上由此可以实现相对强烈的弹动，当在静止状态下并且在机动车缓慢行驶的情况下实施转向运动时，尤其是这样情况，而当施加到螺旋小齿轮轴上的转矩相对较小（或者为零）时，以相应较小的摩擦并且由此相应有利的转向感受实现相对弱的弹动，当在机动车的行驶状态下实施转向运动时，尤其是这种情况。

在根据本发明的转向传动机构的优选的设计方案中能够规定，在螺旋小齿轮轴的两侧上设置相应的支撑面。由此，能够实现对于螺旋小齿轮轴的两个旋转方向的以及因此对于机动车的经转向的车轮的由此起辅助性作用而引起的转向角的两个方向的可变的弹动的有利作用。

在根据本发明的转向传动机构的尤其构造上有利的设计方案中能够规定，当小齿轮轴未被加载转矩时，支撑面或者支撑面中的至少一个大致平行于扭力接片延伸。此外，通过这种方式，能够随着施加到螺旋小齿轮轴上的转矩的增加大致成比例地实现螺旋小齿轮轴的弹动的刚度的增加。

同样能够规定，所述支撑面或者所述支撑面中的至少一个具有关于径向于螺旋小齿轮轴的纵向轴线指向的方向弯折或弯曲的走向。在弯曲的设计方案中还应该优选规定，所述曲率半径大于设置用于与相应的支撑面进行接触的扭力接片的侧面的曲率半径，当所述小齿轮轴被加载运行转矩以及尤其被加载最大的运行转矩时，所述曲率半径一方面由在相应的支撑面和扭力接片之间的最大距离以及另一方面相邻于所述支撑面进行延伸的扭力接片的区段的长度计算得出。通过这种方式，能够根据施加到螺旋小齿轮轴上的转矩的增加，实现螺旋小齿轮轴的弹动的刚度的尤其非比例的增加，由此能够更好地协调一方面关于避免不希望的噪音生成并且另一方面关于尽可能有利的转向感受的有利作用。

当如在根据本发明的转向传动机构的优选的设计方案中所规定的那样：即，螺旋小齿轮轴仅仅借助于枢转环关于沿其纵向方向的载荷直接或间接地支撑在壳体上时，根据本发明所追求的作用为尤其大的，因为由此扭力接片沿螺旋小齿轮轴的纵向方向的用于将扭力接片以可变的方式贴靠到支撑面上的弹性变形尤其能够显现。

本发明还涉及一种具有根据本发明的转向系统的助力转向系统以及具有这种助力转向系统的机动车。

不定冠词（“一”、“一个”、“一种”和“一件”），尤其在权利要求和通常解释权利要求的说明书中应该被理解为不定冠词而不应被理解为数字。相应地，因此具体化的组件因此被如此理解，使得它们存在至少一次并且能够存在多次。

接下来，将参照附图中示出的实施例更详细地解释本发明。在附图中示出：

图1以侧视图示出根据本发明的转向传动机构；

图2示出了沿着图1中的剖面平面II-II穿过转向传动机构的纵剖面；

图3示出了沿着图1中的剖面平面III-III穿过转向传动机构的纵剖面的放大示出的细节图；

图4以放大的视图示出了图3中的细节图IV；并且

图5以单独的视图示出了转向传动机构的枢转环的俯视图。

图1至5示出了用于机动车的助力转向系统的根据本发明的转向传动机构的设计方案的基本的组成部分。所述转向传动机构包括壳体1，在该壳体内支承有齿轮2和与该齿轮2啮合的螺旋小齿轮3。螺旋小齿轮3和包括该螺旋小齿轮3的螺旋小齿轮轴 4呈蜗杆的形式被集成地构造。

齿轮2固定地紧固在转向传动机构的输出轴5（参见图1）上。在所示实施例中具有齿部的输出轴5例如能够与至少在一个区段中被构造为齿条的转向杆啮合，由此所述输出轴执行平移运动，该平移运动通过车轮转向杆（未示出）以已知的方式能够被转换为机动车的经转向的车轮（未示出）的枢转运动。输出轴5然而也能够是助力转向系统的转向柱，该转向柱与方向盘连接并且通过转向小齿轮作用到转向杆上。

螺旋小齿轮轴4具有驱动侧的端部，所述螺旋小齿轮轴能够通过该端部与未示出的驱动装置（例如、电动马达）的输出轴连接。在该驱动侧的端部的区域中，螺旋小齿轮轴4借助于第一支承部支承在壳体1中。该支承部被设计为固定轴承6，该固定轴承允许螺旋小齿轮轴4围绕枢转轴线7枢转（参见图1和5）。

该枢转引起螺旋小齿轮轴 4的与所述驱动侧的端部相对而置的自由的端部的偏转，该螺旋小齿轮轴在那里借助于浮动轴承8支承在壳体1的相应的容纳部中。该浮动轴承8被设计成使得所述浮动轴承允许由所述螺旋小齿轮轴 4的枢转而产生的所述自由的端部的偏转。

固定轴承6和浮动轴承8分别包括呈滚动轴承9、10、例如滚珠滚动轴承的形式的旋转轴承。在所述滚动轴承9、10的内部的轴瓦中支承有螺旋小齿轮轴 4的相应的区段，而滚动轴承8、9的外部的轴瓦支承分别在轴承装置11、12中，所述轴承装置又支承在壳体1的相应的容纳部中。轴承装置11、12在构造上被如此设计，使得其在固定轴承6的情况下允许螺旋小齿轮轴 4围绕枢转轴线7的枢转，并且在浮动轴承8的情况下允许螺旋小齿轮轴 4的自由的端部的偏转。

为此，固定轴承6的轴承装置11包括具有圆形的横截面的轴承套筒13，该轴承套筒在内侧在第一纵向区段中容纳滚动轴承9，并且在第二纵向区段中容纳枢转环14的内环15。枢转环14的内环15在中间连接支撑盘19的情况下不可相对旋转地且在轴向上固定地支承在轴承套筒13内，其中内环15在中间连接中间盘20的情况下支撑在滚动轴承9的外部的轴瓦上。除了内环15外，枢转环14还包括外环16。外环16通过两个扭力接片17（参见图1和3至5）与内环15连接。为此，外环16、内环15和扭力接片17例如由例如弹簧钢一体式地构造而成。

滚动轴承9在螺旋小齿轮轴4上的轴向的位置固定在中间连接压力件21的情况下借助于旋入到内螺纹中的螺栓22而实现，所述内螺纹被集成到螺旋小齿轮轴4的相应的端部中。枢转环14的外环16在壳体1内的轴向的位置固定借助于具有外螺纹的螺旋环23实现，所述外螺纹旋入到壳体1的相应的内螺纹中。

两个扭力接片17形成枢转轴线7，外环16围绕所述枢转轴线能够相对于所述内环15枢转。然而扭力接片17以及由此枢转轴线7在此不延伸穿过枢转环14的以及由此螺旋小齿轮轴4的横截面的中心，而是在径向上与其偏置（参见图5）。枢转轴线7由此不与螺旋小齿轮轴4的纵向轴线18相交。

通过扭力接片17相对于枢转环14的中心的径向上的偏置，将枢转轴线7移动到螺旋小齿轮轴4的外周的附近，由此能够减小或者避免反作用力矩的形成，该反作用力矩由于在螺旋小齿轮3和齿轮2的齿啮合中得到的啮合力结合所述啮合力的作用线到枢转轴线7的距离而得出或者可能得出。为了尽可能完全避免反作用力矩而规定，枢转轴线7位于这样的切平面内，该切平面形成于齿轮2和螺旋小齿轮3的两个部分或者滚动圆的接触点中。

枢转环14的扭力接片17不仅实现外环16相对于内环15的以及由此螺旋小齿轮轴4相对于齿轮2或壳体1的枢转，而且同时引起这样的弹簧力，螺旋小齿轮轴4的螺旋小齿轮3通过该弹簧力而被压入到齿轮2的齿部中，从而在转向传动机构的运行中、尤其在所谓的变换转向中实现尽可能小的传动机构间隙以及由此相应小的噪音生成。通过以下方式得到弹簧力:即，在安装转向传动机构时，将螺旋小齿轮轴4由于与齿轮2的接触而如此远地进行偏转，从而得到扭力接片17的足够的扭转，使得由扭力接片17的扭转而产生的弹性的恢复力矩反作用于螺旋小齿轮轴4的偏转并且由此将其向齿轮2加载。

弹动的刚度在此直接取决于扭力接片17的有效的长度，因为螺旋小齿轮轴4的以及由此枢转环14的内环15相对于固定在壳体1中的外环16以限定的角度（例如仅为0.7°）的枢转导致随着扭力接片17的长度的减小而增加的扭曲。

扭力接片17的最大有效的长度由一方面在壳体1和螺旋环23的相应的区段之间的外环16的夹入部的端部以及另一方面在支撑盘19和中间盘20之间的内环15的夹入部的端部之间的距离得出，如其在图4中借助于以点示出的边界线24所示出的那样。

壳体1的被设置用于与枢转环14的外环16接触的接触面和螺旋环23的相应的接触面从由其构造而成的夹入部的配属于此的边界线24开始还进一步远地沿螺旋小齿轮轴4的纵向轴线的方向并且由此相邻于配属于此的扭力接片17的关于螺旋小齿轮轴4的纵向方向彼此间隔开的侧面进行延伸，其中由于构造在接触面中的凸肩，在其区域中所述接触面分别形成根据本发明的支撑面25，在其和相应的扭力接片17的相邻侧面之间形成一定的距离，只要螺旋小齿轮轴4不被加载转矩或仅加载相对小的转矩。由于所述能够为例如约0.05 mm的距离，扭力接片17的有效的长度对应于最大的长度以及由此分别对应于在其两个配属于此的边界线24之间的距离。由于扭力接片17的相对大的有效的长度，螺旋小齿轮轴4的弹动的刚度在转向传动机构的这种状态下为相对小的，所述刚度在几何上由螺旋小齿轮3的由于与齿轮2的接触的偏转得出。

相反，如果螺旋小齿轮轴4借助于与其连接的驱动装置（未示出）被加载（相对大的）转矩，则这由于螺旋小齿轮3的螺纹状的齿部也导致产生沿螺旋小齿轮轴4的纵向方向作用的力，其基本上仅通过枢转环14支撑在壳体1上，因为螺旋小齿轮轴4和壳体1之间的连接在固定轴承6的区域中仅通过枢转环14给出，而浮动轴承8的轴承装置12关于螺旋小齿轮轴4的纵向方向以可活动的方式支承在壳体1的内部。在此，沿螺旋小齿轮轴4的纵向方向作用的力的方向取决于所述螺旋小齿轮轴4借助于驱动装置进行旋转的旋转方向并且因此取决于机动车的预设的转向角的方向。

由于扭力接片17的可变形性，通过该可变形性将作用到螺旋小齿轮轴4上的纵向力传递到壳体1上，这导致螺旋小齿轮轴4沿相应的方向的小的纵向运动，该纵向运动根据作用到螺旋小齿轮轴4上的转矩的以及由此通过该转矩引起的纵向力的大小而导致扭力接片17的相应的侧面的相邻于支撑面25的区段部分地或完全地贴靠在配属于此的支撑面25上，由此扭力接片17的有效的长度减小，该长度用于由于螺旋小齿轮轴4的弹动引起的扭曲。在螺旋小齿轮轴4的未变化的偏转中，扭力接片17的较小的有效的长度因此导致扭力接片17的相应较高的扭曲以及由此螺旋小齿轮轴4的弹动的相对高的刚度。

当施加到螺旋小齿轮轴4上的转矩为零或者相对小时，在结果上由此能够在螺旋小齿轮3和齿轮2之间的齿轮对中实现相对小的弹动以及由此摩擦，当包括转向传动机构的机动车处于行驶中时，尤其也出现这种情况。因此实现的相对小的摩擦不仅导致转向传动机构的相对高的效率而且尤其也导致感知为舒适的转向感受。

相反，如果必须通过助力转向系统的驱动装置施加相对大的辅助功率，如尤其在静止状态下和在机动车的缓慢行驶中进行转向的这样情况一样，则施加到螺旋小齿轮轴4上的转矩也是相应较高的，由此由于将扭力接片17的相应的侧面部分地贴靠在支撑面25上而减小了扭力接片17的有效的长度，其扭曲因此得到增加并且因此以相对大的刚度实现弹动，这虽然伴随着螺旋小齿轮3和齿轮2之间的齿轮对中的相应的摩擦的增加，然而这通常被认为是不成问题的。同时，反而以相应的程度也有效地避免或降低传动机构间隙和由此产生的被感知为不利的噪音生成。

为了根据施加在螺旋小齿轮轴4上的转矩而进一步增强扭力接片17的有效的长度的变化的作用，能够将相应的支撑面25不仅设置在枢转环14的外环16的夹入部的区域中，而且同样设置在枢转环14的内环15的夹入部的区域中。在此，只要螺旋小齿轮轴4不被加载转矩，则内环15的夹入部的区域中的支撑面25能够对应于外环16的夹入部的区域中的支撑面进行构造并且由此例如以基本上恒定的距离以及由此平行于扭力接片17的相应的侧面的配属于此的区段延伸。

相反，在附图中示出了用于支撑面25的替代性的设计方案，所述支撑面此外仅被设置在单个扭力接片17的一个侧面上。该支撑面在螺旋小齿轮轴4的未被加载载荷的状态下关于扭力接片17的相应的侧面倾斜地延伸并且此外能够具有弯曲的走向，其中随后由其构造而成的曲率半径优选地明显大于配属于此的扭力接片17的曲率半径，当小齿轮轴4被加载最大的预设的运行转矩时，该曲率半径由相应的支撑面25和扭力接片17之间的最大的距离a以及相邻于所述支撑面25延伸的扭力接片17的区段的长度b计算得出。通过这种方式能够实现的是，单个扭力接片17的有效的长度不以大致成比例的方式随着作用到螺旋小齿轮轴4上的转矩的增加而减少。

在作用到螺旋小齿轮轴4上的转矩增加的情况下，随着扭力接片17的有效的长度的减小而得出的进一步的积极的效果在于针对扭力接片17的改善的可保持性，如前所述，所述可保持性基本上仅用于负责支撑由作用到螺旋小齿轮轴4上的转矩而产生的纵向力，因为随着有效的长度的减小扭力接片17沿螺旋小齿轮轴4的纵向方向的偏转也减小，这尤其由于加载扭力接片17的变换载荷而有利地起作用。

附图标记列表

1壳体

2齿轮

3螺旋小齿轮

4螺旋小齿轮轴

5输出轴

6固定轴承

7枢转轴线

8浮动轴承

9固定轴承的滚动轴承

10 浮动轴承的滚动轴承

11固定轴承的轴承装置

12 浮动轴承的轴承装置

13轴承套筒

14枢转环

15枢转环的内环

16枢转环的外环

17扭力接片

18螺旋小齿轮轴/轴承套筒的纵向轴线

19支撑盘

20中间盘

21压力件

22螺栓

23螺旋环

24 扭力接片的边界线

25支撑面。