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    • 专利摘要:
    Eine elektrische Servolenkvorrichtung zum Umwandeln der Drehung eines Lenkunterstützungsmotors in eine axial gerichtete Bewegung einer Lenkwelle (10) entsprechend der Lenkbetätigung unter Verwendung eines Kugelumlaufspindelmechanismus, weist eine im Innenumfang eines durch den Lenkunterstützungsmotor um seine Achse gedrehten Zylinders (12) ausgebildete Innengewindenut (12a) und eine im Außenumfang der Lenkwelle (10) ausgebildete Außengewindenut (10a) auf, die über mehrere Kugeln (14) miteinander kämmen. Die Bereiche des Querschnitts, in denen beide Gewindenuten (12a, 10a) die Kugeln (14) berühren, sind jeweils kreisbogenförmig ausgebildet und die Krümmung der Innengewindenut (12a) ist kleiner als diejenige der Außengewindenut (10a). Somit ist ein Kugelumlaufspindelmechanismus ausgebildet, bei dem ein Versatz zwischen der Kugel (14) und beiden Gewindenuten (10a und 12a) verhindert ist und eventuelle Abmessungsfehler der beiden Gewindenuten (10a und 12a) verringert sind.
    公开号:DE102004012445A1
    申请号:DE200410012445
    申请日:2004-03-13
    公开日:2004-09-30
    发明作者:Tetsuya Murakami；Takehiro Saruwatari
    申请人:Koyo Seiko Co Ltd；
    IPC主号:B62D5-04
    专利说明:
    [0001] Die vorliegende Erfindung betriffteine elektrische Servolenkvorrichtung zum Umwandeln der Drehbewegungeines Lenkunterstützungsmotorsin eine Linearbewegung einer Lenkwelle unter Verwendung des Kugelumlaufspindelmechanismus,der Drehbewegung in Linearbewegung oder Linearbewegung in Drehbewegungumsetzt.
    [0002] Kugelumlaufspindelmechanismen zumUmwandeln der Drehbewegung einer Drehantriebsquelle, beispielsweiseeines Elektromotors, in eine Linearbewegung oder, umgekehrt, zumUmwandeln einer Linearbewegung in eine Drehbewegung werden in verschiedenenindustriellen Bereichen verwendet. Ein Kugelumlaufspindelmechanismuswird beispielsweise in einer Servolenkvorrichtung mit einem Lenkunterstützungsmotorverwendet und entsprechend der Lenkbetätigung angetrieben. Diese Artvon elektrischer Servolenkvorrichtung verwendet einen Kugelumlaufspindelmechanismus,bei dem eine Innengewindenut, die im Innenumfang einer durch einen Lenkunterstützungsmotorum die Achse gedrehten zylindrischen Kugelmutter ausgebildet ist,mit einer am Außenumfangeiner Zahnwelle (Lenkwelle) eines Zahnstangengetriebes, über mehrereKugeln kämmt, wodurchdie Bewegung des Lenkunterstützungsmotorsin eine Linearbewegung in axialer Richtung der Zahnwelle umgewandeltwird (siehe beispielsweise JP 2001-122136).
    [0003] 1 isteine schematische Schnittdarstellung in axialer Richtung, welchedie Form des Schraubbereichs eines herkömmlichen Kugelspindelmechanismuszeigt. Das Bezugszeichen 11 bezeichnet eine geschnitteneZahnwelle und das Bezugs zeichen 13 bezeichnet eine geschnitteneKugelmutter. Eine im Außenumfangder Zahnwelle 11 ausgebildete Außengewindenut 11a kämmt über mehrereKugeln 14 (von denen in 1 nureine dargestellt ist) mit einer im Innenumfang der Kugelmutter 13 ausgebildetenInnengewindenut 13a. Bereiche (Kontaktbereiche) des Querschnitts,in denen die Außengewindenut 11a unddie Innengewindenut 13a die Kugel 14 berühren, sindjeweils in zusammengesetzt runder Form (in Form eines gotischenBogens) ausgebildet, die erhalten wird, wenn zwei einzelne runde Formenderart zusammengesetzt werden, daß sie sich am Boden der Gewindenutschneiden.
    [0004] Bei dem herkömmlichen Kugelspindelmechanismusmit derart zusammengesetzt rund ausgebildeten Gewindenuten berührt dieKugel 14, wenn das Spiel zwischen der Kugel 14 undder Außen- bzw.der Innengewindenut 11a, 13a verringert wird, dieGewindenuten an vier Stellen. Genauer gesagt berührt die Kugel 14 jededer Gewindenuten 11a und 13a and jeweils zweiStellen. Dies bewirkt Versatzprobleme. Darüber hinaus ist es schwierig,die einzelnen rechten und linken runden Formen, die zu den zusammengesetztenrunden Formen der Gewindenuten 11a, 13a zusammengesetztwerden, mit exakt gleichen Abmessungen und Formen herzustellen. Hierausergibt sich das Problem von Abmessungsfehlern.
    [0005] In Anbetracht der genannten Umstände ist esdie Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Servolenkvorrichtungmit einem Kugelspindelmechanismus zu schaffen, der in der Lage ist, dasAuftreten von Versatz zwischen der Kugel und den Gewindenuten zuverhindern und Abmessungsfehler in den Gewindenuten zu verringern.
    [0006] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalendes Patentanspruchs 1 gelöst.
    [0007] Nach einem ersten Aspekt der erfindungsgemäßen elektrischenServolenkvorrichtung ist vorgesehen, daß die elektrische Servolenkvorrichtungdie Drehung eines Lenkunterstützungsmotorsin eine Bewegung in axialer Richtung einer Lenkwelle entsprechendder Lenkbetätigungunter Verwendung eines Kugelumlaufspindelmechanismus umwandelt, wobeieine im Innenumfang eines um seine Achse durch den Lenkunterstützungsmotorgedrehten Zylinders ausgebildete Innengewindenut und eine im Außenumfangder Lenkwelle ausgebildete Außengewindenut über mehrereKugeln miteinander kämmen, dadurchgekennzeichnet, daß Bereichedes Querschnitts, in denen die Innengewindenut und die Außengewindenutdie Kugeln berühren,jeweils kreisbogenförmigausgebildet sind und die Krümmungder Innengewindenut kleiner als die der Außengewindenut ist.
    [0008] Nach dem ersten Aspekt der Erfindungsind die Berührungsbereicheder Gewindenuten kreisbogenförmig(als einzelne runde Form) ausgebildet. Wenn somit das Spiel zwischender Kugel und den Innen- und Außengewindenutenverringert wird, berührtdie Kugel jede der Gewindenuten an einer Stelle, das heißt, dieKugel berührtbeide Gewindenuten an insgesamt zwei Stellen. Darüber hinausist die Krümmungder Innengewindenut kleiner als die der Außengewindenut (der Krümmungsradiusder Innengewindenut ist größer alsderjenige der Außengewindenut.Da die Krümmungkleiner (der Krümmungsradiusgrößer) ist,ist die Flächeder Gewindenut, die in Kontakt mit der Kugel steht kleiner, undder Druck auf die Berührungsfläche isthöher.Da die Krümmung derInnengewindenut kleiner als diejenige der Außengewindenut ausgebildet ist(der Krümmungsradiusist größer), wirdsomit der Druck auf die drehzylinderseitige Berührungsfläche der Antriebsseite, auf welchedie Drehkraft des Lenkunterstützungsmotors aufgebrachtwird, höherals der Druck auf die lenkwellenseitige Berührungsfläche. Dies verbessert die Antriebseffizienz.
    [0009] Nach einem zweiten Aspekt der erfindungsgemäßen elektrischenServolenkvorrichtung liegt der Krümmungsradius der Innengewindenutim Bereich von 53,5 bis 80% des Durchmessers der Kugel, und derKrümmungsradiusder Außengewindenutliegt im Bereich von 52,5 bis 75% des Durchmessers der Kugel.
    [0010] Indem die Krümmungsradien beider Gewindenutenerfindungsgemäß größer als52,5% des Durchmessers der Kugel gewählt werden, können dieKugeln mit Spiel unter Freilassung eines Randes in die beiden Gewindenuteneingesetzt werden. Ferner kann durch das Festlegen der Krümmungsradien beiderGewindenuten auf einen Wert unter 85% des Durchmessers der Kugelder Druck auf die Kugelberührungsflächen beiderGewindenuten auf einem Grenzwert oder darunter gehalten werden.
    [0011] Die genannten und weitere Aufgabenund Merkmale der Erfindung ergeben sich deutlicher aus der nachfolgendendetaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen.
    [0012] 1 isteine schematische Schnittdarstellung in axialer Richtung, welchedie Form des Schraubbereichs eines herkömmlichen Kugelumlaufspindelmechanismuszeigt;
    [0013] 2 isteine schematische Schnittdarstellung eines Konfigurationsbeispielseiner erfindungsgemäßen elektrischenServolenkvorrichtung; und
    [0014] 3 isteine schematische Schnittdarstellung in axialer Richtung, welchedie Form des Schraubbereichs des Kugelumlaufspindelmechanismus inder erfindungsgemäßen elektrischenServolenkvorrichtung zeigt.
    [0015] Die vorliegende Erfindung wird imfolgenden insbesondere anhand der Zeichnungen dargestellt, welcheAusführungsbeispielederselben zeigen.
    [0016] 2 isteine schematische Schnittdarstellung eines Konfigurationsbeispielseiner erfindungsgemäßen elektrischenServolenkvorrichtung. Der Kugelumlaufspindelmechanismus 1 weisteine zylindrische Kugelmutter (Drehzylinder) 12 auf, diedurch einen (nicht dargestellten) Lenkunterstützungsmotor und eine Zahnwelle(Lenkwelle) 10 eines Zahnstangengetriebelenkmechanismusum ihre Achse gedreht wird. Ferner kämmen über mehrere Kugeln 14 eineim Innenumfang der Kugelmutter 12 ausgebildete Innengewindenut 12a undeine spiralig im Außenumfangder Zahnwelle 10 ausgebildete Außengewindenut 10a.
    [0017] Die Kugelmutter 12 des Kugelumlaufspindelmechanismus 1 istan zwei Stellen in axialer Richtung in einem Gehäuse 22 durch Kugellager 24 drehbar gestützt, für welchedie Kugelmutter 12 als Innenlaufring dient. Ferner istein Kegelrad 34 um den Außenumfangder Kugelmutter 12 angebracht. Dieses Kegelrad 34 kämmt miteinem Kegelrad 32, das an der Spitze einer durch den (nichtdargestellten) Lenkunterstützungsmotorgedrehten Drehwelle 30 angebracht ist.
    [0018] Wenn die Drehwelle 30 durchden Lenkunterstützungsmotorgedreht wird, wird ein Drehmoment vom Kegelrad 32 auf dasKegelrad 34 übertragenund die Kugelmutter 12 im Gehäuse 22 wird um ihreAchse gedreht. Wenn die Kugelmutter 12 um ihre Achse gedrehtwird, rollen die Kugeln 14, wobei sie den Eingriff in dieAußengewindenut 10a der Zahnwelle 10 beibehalten.Somit wird die Zahnwelle 10 durch die axiale Komponenteeiner auf die Außengewindenut 10a ander Position des Zusammengriffs mit den Kugeln 14 einwirkendenKraft in axiale Richtung gedrückt.Infolgedessen wird die Zahnwelle 10 durch das Drehen desLenkunterstützungsmotorsin axialer Richtung bewegt (in Rechts-Links-Richtung in 2), wodurch die Lenkunterstützung erfolgt.
    [0019] 3 isteine schematische Schnittdarstellung in axialer Richtung, welchedie Form des Schraubbereichs des Kugelumlaufspindelmechanismus inder erfindungsgemäßen elektrischenServolenkvorrichtung zeigt.
    [0020] Bereiche (Kontaktbereiche) des Querschnitts,in denen die im Außenumfangder Zahnwelle 10 ausgebildete Außenumfangsnut 10a unddie im Innenumfang der Kugelmutter 12 ausgebildete Innenumfangsnut 12a inKontakt mit der Kugel 14 stehen, sind kreisbogenförmig (alseinzelne runde Form) ausgebildet, wobei der Scheitelpunkt sich am Bodender Gewindenut befindet.
    [0021] Wie zuvor beschrieben ist bei demKugelumlaufspindelmechanismus der erfindungsgemäßen elektrischen Servolenkvorrichtungjeder Kontaktbereich, in dem die Außengewindenut 10a oderdie Innengewindenut 12a die Kugel 14 berührt, alseinzelne runde Form ausgebildet. Wenn daher das Spiel zwischen derKugel 14 und den Gewindenuten 10a, 12a verringertwird, berührtdie Kugel 14 die Gewindenuten 10a, 12a anzwei Stellen, wodurch das Auftreten von Versatz verhindert werdenkann. Da ferner jeder Kontaktbereich, in dem die Gewindenuten 10a, 12a dieKugel 14 berühren,jeweils in bestimmter runder Form ausgebildet ist, werden die Abmessungsfehlerzwischen den beiden Gewindenuten 10a, 12a verringert.
    [0022] Die Krümmung der Außengewindenut 10a ist jedochgrößer alsdiejenige der Innengewindenut 12a. Anders ausgedrückt: derKrümmungsradiusr1 der Außengewindenut 10a istkleiner als der Krümmungsradiusr2 der Innengewindenut 12a. Da der Krümmungsradius der Gewindenutgrößer ist,ist die Kontaktflächeder Gewindenut mit der Kugel 14 kleiner und der Druck aufdie Kontaktflächeist höher. Wennr2 größer alsr1 ist, wird der Druck auf die Kontaktfläche der Kugelmutter 12 aufder Antriebsseite, auf welche die Drehkraft des Lenkunterstützungsmotorsaufgebracht wird, höherals der Druck auf der Seite der Zahnwelle 10. Dies verbessertdie Antriebseffizienz.
    [0023] Wenn der Durchmesser der Kugel 14D ist, liegtder Krümmungsradiusr1 der Außengewindenut 10a imfolgenden Bereich: 0,525 × D ≤ r1 ≤ 0,75 × Dund der Krümmungsradiusr2 der Innengewindenut 12a liegt im folgenden Bereich: 0,535 × D ≤ r2 ≤ 0,85 × D.
    [0024] Damit die Kugeln 14 in derAußengewindenut 10a undder Innengewindenut 12a sitzen, müssen deren Krümmungsradien(r1 und r2) größer als 0,5 × D sein.Daher beträgtder Krümmungsradiusr1 der Außengewindenut 10a 0,525 × D odermehr, und der Krümmungsradiusr2 der Innengewindenut 12a ist größer als r1 und beträgt 0,535 × D odermehr.
    [0025] Darüber hinaus nimmt der Druckauf die Kontaktflächemit größer werdendemKrümmungsradius zu.Unter Berücksichtigungdes Grenzwerts des Drucks auf die Kontaktfläche beträgt der Krümmungsradius r2 der Innengewindenut 12a 0,85 × D oderweniger, und der Krümmungsradiusr1 der Außengewindenut 10a beträgt 0,75 × D oderweniger, also weniger als r2.
    [0026] Damit die Kugeln 14 in derAußengewindenut 10a undder Innengewindenut 12a mit Spiel sitzen können, beträgt der Krümmungsradiusr1 der Außengewindenut 10a vorzugsweise0,60 × Doder mehr, und der Krümmungsradiusr2 der Innengewindenut 12a beträgt vorzugsweise 0,61 × D odermehr.
    [0027] Um ferner eine Toleranz für die Grenzedes Drucks auf die Kontaktflächezu schaffen, beträgtder Krümmungsradiusr1 der Außengewindenut 10a vorzugsweise0,70 × Doder weniger, und der Krümmungsradiusr2 der Innengewindenut 12a beträgt vorzugsweise 0,75 × D oderweniger.
    [0028] Wenn sowohl der Krümmungsradiusr1 der Außengewindenut 10a undder Krümmungsradiusr2 der Innengewindenut 12a größer als der Radius (D/2) derKugel 14 sind, ist die Schubsteifigkeit der Lenkwelle 10,das heißt,die Steifigkeit in axialer Richtung derselben, herabgesetzt. Daherbewegt sich zu Beginn des Lenkens die Kugelmutter 12 ohnesich zu drehen geringfügigin Schubrichtung, wodurch das Lenken problemlos begonnen werdenkann.
    [0029] Darüber hinaus sind zwei Gewindelöcher 29 anden beiden Kugellagern 24 gegenüberliegenden Positionen inder der Drehwelle 30 gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 22 ausgebildet.Ferner ist ein elastisches Element 26 zwischen der Innenseite desGehäuses 22 aufder Seite der Drehwelle 30 und den Kugellagern 24 gehalten.Wenn Schrauben 28 in die beiden Gewindelöcher 29 geschraubtund angezogen werden, werden die Kugellager 24 in Richtung derDrehwelle 30 in dem Gehäuse 22 bewegt,wobei die elastischen Elemente 26 gedrückt werden. Wenn ferner beideSchrauben 28 gelöstwerden, werden beide Kugellager 24 durch die Elastizität der beiden elastischenElemente 26 von der Drehwelle 30 weg in dem Gehäuse 22 bewegt.
    [0030] Wenn die Schrauben 28 wiebeschrieben angezogen oder gelöstwerden, werden die Kugelmutter 12 und das Kegelrad 34 ebenfallszusammen mit den Kugellagern 24 im Gehäuse 22 bewegt. Somit kanndurch Anziehen oder Lösender Schrauben 28 das Spiel zwischen dem Kegelrad 32 ander Drehwelle 30 und dem Kegelrad 34 der Kugelmutter 12,das heißt,der Kämmzustandder Kegelräder,eingestellt werden.
    [0031] Wenn das Spiel zwischen den Kegelrädern 32 und 34 zugering ist, nimmt die Reibung zwischen diesen zu und das Drehenwird erschwert. Wenn jedoch das Spiel zu groß ist, besteht die Gefahr des Auftretenseines Totgangs. Daher ist das Einstellen des Spiels zwischen denKegelrädern 32 und 34 schwierig.Bei der vorliegenden Erfindung kann das Spiel zwischen den Kegelrädern 32 und 34 durchAnziehen oder Lösender Schrauben 28 jedoch leicht und genau eingestellt werden.
    [0032] Wie zuvor beschrieben sind die Bereiche,in denen die Außen-und die Innengewindenut des Kugelumlaufspindelmechanismus die Kugelberühren, kreisbogenförmig (alseinzelne runde Form) ausgebildet, wodurch die Abmessungsfehler derGewindenuten verringert werden. Darüber hinaus berührt die Kugeldie Außen- und die Innengewindenutdes Kugelumlaufspindelmechanismus an zwei Stellen, genauer gesagt,berührtdie Kugel die Außen-und die Innengewindenut des Kugelumlaufspindelmechanismus jeweilsan einer Stelle, wodurch das Auftreten von Versatz verhindert werdenkann.
    权利要求:
    Claims (2)
    [1] Elektrische Servolenkvorrichtung zum Umwandelnder Drehung eines Lenkunterstützungsmotorsin eine axial gerichtete Bewegung einer Lenkwelle entsprechend derLenkbetätigungunter Verwendung eines Kugelumlaufspindelmechanismus, wobei eineim Innenumfang eines durch den Lenkunterstützungsmotor um seine Achsegedrehten Zylinders ausgebildete Innengewindenut und eine im Außenumfangder Lenkwelle ausgebildete Außengewindenut über mehrereKugeln miteinander kämmen, dadurchgekennzeichnet, daß Bereichedes Querschnitts, in denen die Innengewindenut (12a) unddie Außengewindenut(10a) die Kugeln (14) berühren, jeweils kreisbogenförmig ausgebildetsind, und die Krümmungder Innengewindenut (12a) kleiner als diejenige der Außengewindenut(10a) ist.
    [2] Elektrische Servolenkvorrichtung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß derKrümmungsradius(r2) der Innengewindenut (12a) im Bereich von 53,5 bis80% des Durchmessers (D) der Kugel (14) liegt, und derKrümmungsradius(r1) der Außengewindenut(10a) im Bereich von 52,5 bis 75% des Durchmessers (D)der Kugel (14) liegt.
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2008-01-17| 8127| New person/name/address of the applicant|Owner name: JTEKT CORP., OSAKA, JP |
    2011-05-26| R012| Request for examination validly filed|Effective date: 20110305 |
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    优先权:
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