机电致动器和后轴转向系统

技术领域

本发明涉及一种将旋转运动转换成线性运动的机电致动器，其中螺纹主轴由多个设计为滚动体的行星件接触，并且其中安装有行星件的部件受到旋转驱动。本发明还涉及一种具有此类致动器的后轴(rear-axle)转向系统。

背景技术

例如从DE 195 40 634 C1中已知一种用于将旋转运动转换成轴向运动的装置，该装置包括在螺纹主轴上滚动的滚动元件。此装置的各个滚动元件由导向环和布置在导向环与主轴螺母之间的滚珠轴承支撑。在此，滚动元件相对于主轴螺母以及彼此以固定的预定距离布置，除其他之外，允许经由滚动元件、导向环和滚珠轴承在主轴螺母上吸收轴向力。在主轴螺母和主轴螺母的盖中，存在其他滚珠轴承，所述其他滚珠轴承可旋转地支撑滚动元件并且使滚动元件(也称为滚轮元件)之间的距离保持不变。就已知装置的主轴螺母或螺纹主轴的旋转驱动装置而言，相关零件的旋转被转换成另一零件的轴向运动，其没有螺距误差。

在FR 1.494.173 A中公开了另一种用于将旋转转换成线性运动的装置，同样在这种情况下，螺纹主轴由若干滚动元件包围，所述若干滚动元件起到行星件的作用。行星件安装在可用作变速器输出元件的外套筒中。另外，还设置有内部的、同样为套筒形的零件，一方面与行星件相接触，另一方面经由轴向滚珠轴承与外套筒相互作用。

在DE 1 198 157中所述的旋转-线性式变速器具有可旋转的保持架，螺纹主轴延伸穿过该可旋转的保持架，其中多个称为轴承元件的滚动元件安装在保持架中并且以主轴的螺纹接合。变速器进一步包括环形零件，该环形零件包围与其滚动接触的行星件，由此行星件与螺纹主轴保持接触。不提供在变速器的环形零件与保持架之间的任何轴向力传递。

发明内容

本发明的目的是提出一种相对于现有技术已经有了进一步发展的、特别是用于机动车辆后轴转向系统的机电致动器，该机电致动器的特征在于操作时没有螺距误差、结构制造方便，并且所需的安装空间与可传递的力和扭矩之间的关系特别有利。

根据本发明，此目的通过具有权利要求1的特征的机电致动器来实现。致动器适用于根据权利要求9所述的后轴转向系统中并且包括由行星件包围的螺纹主轴，每个行星件均具有相应的剖面，即接合至主轴的螺纹中的剖面，其中行星件在从动保持架中受到引导。行星件的其他剖面与螺母相接触，该螺母包围设置有所述剖面并且与螺纹主轴相接触的行星件的区域，并且该螺母相对于保持架由滚动轴承支撑。保持架借助于其他滚动轴承安装在壳体中并且不可旋转地连接至另一变速器的输出侧部件。

因此，在壳体中安装于滚动轴承上的保持架具有双重功能，即一方面发挥旋转-线性式齿轮中的旋转输入侧元件的功能，另一方面发挥另一齿轮，特别是设计为减速齿轮的旋转-旋转式变速器的输出侧上的功能。当致动器安装在车辆的后轴转向系统中时，致动器经设计用于线性偏转连接至螺纹主轴的至少一个连接元件并且经设置用于与趾型连接臂可移动地联接。

包围行星件的螺母布置在保持架内侧并且优选地包括两个可彼此支承抵靠的螺母半部。术语“螺母半部”不一定意味着两个螺母半部的尺寸相同。每个螺母半部均可连接至单独的偏置螺母，其中经设置用于将螺母安装在保持架中的轴承支撑在偏置螺母上。

在一个优选的实施例中，经设置用于将螺母安装在保持架中的轴承被设计为角接触滚动轴承，特别是角接触滚轮轴承或角接触滚珠轴承，其中两个角接触滚动轴承中的每一个均在径向方向以及正好一个轴向方向上在保持架中支撑螺母。两个角接触滚动轴承一起形成呈X形布置的滚动轴承。这意味着，压力线延伸穿过呈X形交叉的两个角接触滚动轴承的滚动元件，即滚轮或滚珠。

根据一个可能的实施例，致动器的其他变速器，即旋转-旋转式变速器设计为无级变速器，特别是皮带变速器。可替代地，也可经由正齿轮来驱动保持架。在这两种情况下，分配给致动器的电动机的轴与螺纹主轴的中心轴线平行地间隔开。经设置用于致动旋转-旋转式变速器的电动机可布置在同一壳体内，保持架可旋转安装在该同一壳体中。滚动轴承优选地用于将保持架安装在壳体中。例如，这可以是角接触滚动轴承或者径向滚动轴承和轴向滚动轴承的组合。

根据一种可能的设计，设计为皮带变速器的旋转-旋转式变速器包括输出元件(特别是以皮带轮的形式)，该输出元件包围保持架的侧表面。保持架本身也可设计为皮带轮。

根据一种替代设计，无级变速器包括输出元件，该输出元件经由凸缘或轴连接至引导行星件的保持架环，该保持架环分配给引导行星的保持架，并且在轴向方向上相对于保持架环偏移。

在旋转从动保持架中，行星件例如安装有滑动轴承。用于行星件的滚动轴承也是可能的。经设置用于主轴与保持架之间以及进一步至壳体的轴向力的传递的主要不是行星件所装有的滑动轴承或滚动轴承，而是在保持架中支撑螺母的轴承，其优选地设计为角接触滚动轴承。

在任何情况下，保持架的每次旋转均转换为具有相同梯度的螺纹主轴的进给。行星件在螺纹主轴上的可能滑移在此是不相干的。在一个优选的实施例中，连接在旋转-线性式变速器上游的旋转-旋转式变速器还允许驱动元件的角位置与输出元件的角位置之间有明确的关联，该输出元件的角位置与保持架的角位置相同。因此，螺纹主轴的定位可通过角度传感器简单地加以检测。如果角度传感器检测到致动器电动机的电机轴的角位置，则在此可实现最精细的分辨力。

可借助于致动器进行位移的螺纹主轴可具有单线螺纹或多线螺纹。

附图说明

下文参考附图更详细地说明了本发明的若干示例性实施例。在附图中：

图1以示意性剖面图示示出了后轴转向系统的机电致动器的第一示例性实施例，

图2以剖视图示出了机动车辆后轴转向系统的机电致动器的另一个不完全示出的示例性实施例，

图3示出了根据图2所示的装置的细节，

图4以透视图示出了机电致动器的第三示例性实施例，

图5示出了根据图4所示的装置的细节，

图6以剖视图示出了根据图5所示的装置，

图7以透视图示出了根据图4所示的致动器的部件，

图8至图13示出了根据图7所示的装置的独立零件，

除非另有说明，否则以下说明涉及所有示例性实施例。在所有附图中，相互对应或原则上具有相同效果的零件均由相同的附图标记进行标识。

具体实施方式

总体上以附图标记1标识的致动器(通常也称为传动单元)包括电动机9以及两级变速器，该两级变速器的第一传动级设计为旋转-旋转式变速器，并且第二传动级设计为旋转-线性式变速器。第二传动级的输出元件为螺纹主轴2，也简称为主轴，该螺纹主轴的螺纹标记为3。主轴2可非旋转地位移，其中该主轴连接至连接元件5、6，所述连接元件在图4中示出，并且所述连接元件各自设置有后轴转向系统的趾型连接臂，用于铰接联接。

设置有包围主轴2的螺母4，用于在轴向方向上(即在由M指示的主轴2的中心轴线方向上)传递力，但并非用于传递扭矩。在螺母4(也称为环形齿轮)中，滚行着若干个行星件21，所述行星件中的每一个均为多阶形状。每个行星件的中心部分标记为7，并且确定行星件21的最大直径。中心部分7的剖面8设计为凹槽剖面并且设计成与螺纹3的轮廓相对应。两个相对较薄、同样基本上呈圆柱形的侧面部分24邻接每个行星件21的中心部分7。侧面部分24的剖面标记为25。剖面25与剖面8一样，也具有无螺距的凹槽形式。剖面25相应地接合在两个螺母半部18、19的具有相应轮廓的剖面中。螺母半部18、19各自固定连接至偏置螺母15、16，其中偏置螺母15、16以环形方式包围相关联的螺母半部18、19。通过调整螺母半部18与螺母半部19之间的偏置，可避免螺母4与行星件21之间的游隙。同时，通过调整偏置螺母15、16，可调整轴承14的游隙，特别是将该游隙减小至零。每个轴承14均设计为角接触滚轮轴承并且布置在偏置螺母15、16与由13指示的、具有套筒形状的保持架之间。

保持架13有若干个容纳部27，其中安装有销26，所述销表示行星件21的端面。容纳部27中行星件21的销26的轴承设计为滑动接触轴承。

保持架13表示第二传动级(即旋转-线性式变速器)的输入侧元件。同时，保持架13不可旋转地连接至皮带轮12，该皮带轮为第一传动级(即设计为减速齿轮的旋转-旋转式变速器)的输出侧元件。还将通常称为循环装置的皮带11和称为输入侧上的元件的小齿轮10分配给该旋转-旋转式变速器。小齿轮10固定连接至电动机9的电机轴。

整个两级变速器装置以及电动机9位于壳体20中。保持架13借助于径向轴承30、31和轴向轴承32、33安装在壳体20中。所提及的轴承30、31、32、33在示例性实施例中为滚动轴承。在未示出的方式中，总共四个轴承30、31、32、33的功能可由具有较少部件的滚动轴承替代，例如两个角接触滚动轴承的组合。

在示例性实施例中，将螺母4安装在保持架13中的轴承14具有作为滚动元件的滚轮35，该滚轮滚行在轴承垫圈36、37上并且在保持架38中受到引导。在此，内轴承垫圈36固定连接至螺母4，而外轴承垫圈37则固定布置在保持架13中。

在根据图1所示的示例性实施例中，皮带轮12直接包围保持架13的外表面。在此，穿过皮带轮12而置的中心平面与螺母4的中心平面以及保持架13的中心平面相同。根据图2和图3的示例性实施例的保持架13也可以相应的方式来驱动。在图2和图3的情况下，保持架13包括两个外保持架零件44、45，所述两个外保持架零件借助于卡环43彼此对齐。管状凸缘28、29模制到每个外保持架零件44、45上。在图3中，描绘了力通量KF，该力通量是由引入至主轴2中并且在轴向方向上作用的力F产生的。从图3可见，力通量KF流经行星件21、螺母4、轴承14中的一个，并且从那里进入保持架13中并经由轴承30、32进一步进入壳体20中(未在图3中示出)。相比之下，没有值得注意的轴向力经由容纳部27而传递。在图2和图3的情况下，容纳部27是由保持架环22、23形成的，所述保持架环被分配给保持架13。

在根据图4至图13的示例性实施例中，保持架13也具有两个保持架环22、23，每个保持架环均形成用于行星件21的多个容纳部27。除了容纳部27之外，在这种情况下，保持架环22、23还形成形锁合元件42，该形锁合元件用于与凸缘28、29联接。在图5的情况下，设计为单独元件的凸缘28不可旋转地连接至驱动元件34，因此该驱动元件也不可旋转地联接至保持架13。驱动元件34固定连接至皮带轮12。因此，驱动元件34表示致动器1的第一传动级的输出侧上的元件。

在图4的情况下，保持架13包括基本上呈圆柱形的保持架套筒39。两个正面保持架元件40各自具有多个臂41，所述多个臂与保持架套筒39建立了形配合连接。基本上呈环形的正面保持架元件40之间的轴向力也可经由保持架套筒39传递。

在所有的示例性实施例中，保持架13的一次旋转转换为根据螺纹3的螺距限定的主轴2的进给。在这个意义上，给出了简单运动螺纹的功能。与简单运动螺纹例如梯形螺纹相比，一个显著的优点是，由于行星件21在主轴2上滚行，因此大大减小了摩擦。同时，通过检测保持架13或小齿轮10的角位置，可以通过简单的方式检测主轴2的位置。相比之下，对于包括致动器1的后轴转向系统的操作，不需要线性位置检测。可通过改变偏置螺母15、16的设置来调整致动器1的第二传动级的效率，该第二传动级设计为旋转-线性式变速器，在所述偏置螺母之间可布置有间隔垫圈17(图1)。

附图标记说明

1 致动器，传动单元

2 螺纹主轴

3 螺纹

4 螺母

5 连接元件

6 连接元件

7 行星件的中心部分

8 中间部分的剖面

9 电动机

10 小齿轮，驱动元件

11 皮带

12 皮带轮，输出元件

13 保持架

14 滚动轴承，用于将螺母安装在保持架中的轴承

15 偏置螺母

16 偏置螺母

17 间隔垫圈

18 螺母半部

19 螺母半部

20 壳体

21 行星件

22 保持架环

23 保持架环

24 侧面部分

25 侧面部分的剖面

26 销

27 容纳部

28 凸缘

29 凸缘

30 径向轴承

31 径向轴承

32 轴向轴承

33 轴向轴承

34 驱动元件

35 滚动元件，滚轮

36 轴承垫圈

37 轴承垫圈

38 轴承14的保持架

39 保持架13的保持架套筒

40 正面保持架元件

41 臂

42 形配合元件

43 卡环

44 外保持架零件

45 外保持架零件

F 力

KF 力通量

M 中心轴线