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CN102574185A - 制造用于螺杆传动机构的螺杆的方法、具有这种螺杆的滚动螺旋传动机构及滚动螺旋传动机构的应用 - Google Patents

制造用于螺杆传动机构的螺杆的方法、具有这种螺杆的滚动螺旋传动机构及滚动螺旋传动机构的应用 Download PDF

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CN102574185A CN2010800470026A CN201080047002A CN102574185A CN 102574185 A CN102574185 A CN 102574185A CN 2010800470026 A CN2010800470026 A CN 2010800470026A CN 201080047002 A CN201080047002 A CN 201080047002A CN 102574185 A CN102574185 A CN 102574185A
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

本发明涉及一种用于滚动螺旋传动机构，例如用于机电式制动助力器或机电式助力转向装置的螺杆(1)。本发明提出，具有扁平矩形环状横截面的螺旋线(2)设置在薄壁的管(8)上并且管(8)通过从内侧施加高压负载成形在螺旋线(2)的足部区域上。

Description

制造用于螺杆传动机构的螺杆的方法、具有这种螺杆的滚动螺旋传动机构及滚动螺旋传动机构的应用
技术领域
本发明涉及一种具有权利要求1或7的前序部分特征的制造用于螺杆传动机构的螺杆的方法，此外还涉及一种具有权利要求9的前序部分特征的包括这种螺杆的滚动螺旋传动机构，以及滚动螺旋传动机构在具有权利要求13和14的前序部分特征的机电式制动助力器和机电式助力转向装置中的应用。
背景技术
螺杆传动机构是已知的。其属于螺旋齿轮传动并且将旋转的驱动运动转换为平移的从动运动，有时也是相反的，其中在后者的情况下，螺杆传动机构必须被实施为非自锁的。螺杆螺母可以被旋转地驱动而螺杆在轴向被移动，或者反之。在此，螺杆螺母根据其功能(与螺杆共同将旋转运动转换为平动运动，或者反之)确定了，其外观无须必然具有螺母的形式。滑动螺旋传动机构与滚动螺旋传动机构的区别在于，后者特别是属于球体螺旋传动机构，通常具有球循环，即在螺杆螺母中的球回馈。根据本发明制造的螺杆特别地用于滚动螺旋传动机构，但这并非强制性的，其也可以用在滑动螺旋传动机构中。
螺杆的制造通常是以切削的方式通过车削、螺纹旋风铣削或磨削进行或者以变形的方式通过滚轧来实现。为了提高耐磨性，螺纹可以随后被硬化和/或为了提高精确度被磨削。
发明内容
具有权利要求1的特征的根据本发明的方法提出由管和一个或多个螺旋线制造用于螺杆传动机构的螺杆。螺旋线随后构成螺杆的螺纹并且具有其横截面。螺旋线设置在管上或者管设置在螺旋线中，以及管由内侧被施加压力负载，使得所述管塑性变形并在足部区域贴靠或成形在螺旋线上。特别的是以液压的方式实现施加压力负载，所述方法可以被称为内高压变形(英语：hydroforming)。在螺旋线的足部区域，即在从螺旋线到管的过渡部上，管可以在两侧从螺旋线的螺圈些许向外地成形在螺圈上或者螺旋线可以些许成形在管内，从而形成螺旋线与管之间的形状配合连接，此形状配合连接将螺旋线沿轴向保持在管上。螺旋线通过形状配合连接和/或传力连接保持在管上。也可以考虑通过冷焊进行材料连接。
通过根据本发明的方法可以制造薄壁的中空螺杆，根据本发明的方法以极少的材料用量实现了轻质的螺杆。本发明的另一优点在于，当螺旋线具有矩形横截面时对构成螺杆螺纹的螺旋线的正交负载。除了不变的螺距之外，本发明还实现了在螺杆的长度上变化的螺距。
从属权利要求的内容是权利要求1给出的发明的有利设计和改进方案。
根据权利要求2，管和螺旋线被放置在工具中，以及封闭工具，此后管由内侧被施加压力负载并由此塑性变形地从内侧成形在螺旋线的足部区域上。管到达螺旋线中、螺旋线到达工具中，以及管到达工具中的顺序是不重要的。重要的是，管与如螺纹般将其包围的螺旋线位于工具中。工具可以是注射成型工具或压铸工具。工具的腔具有需制造的螺杆的阴模形状，工具将螺旋线定位在管上或者定位地将螺旋线保持在管上并抵抗管的从内侧的压力负载来从外侧支撑螺旋线和/或管。在封闭工具之后，管从内侧被施加压力负载，使得管塑性变形并且在足部区域贴靠或成形在螺旋线上。在螺旋线的足部区域，即在从螺旋线到管的过渡部上，腔可以具有倒角或倒圆，管变形进入所述腔中，从而在螺旋线的足部区域中在管上形成螺旋形环绕的凸部，这些凸部将螺旋线沿轴向保持在管上。螺旋线通过形状配合连接和/或传力连接保持在管上。也可以考虑通过冷焊的材料连接。
权利要求3提出，在管上设置有多个螺旋线。通过将设有多个螺旋线的管在从工具取出后分成多个螺杆，本发明的这种设计实现了多个螺杆的制造。通过多个轴向彼此联接地设置在管上的螺旋线实现了具有多头螺纹的螺杆的制造。
为了提高耐磨性，权利要求5提出螺旋线由硬化的钢制造。为了提高形状精确度，可以在制造螺杆后对螺旋线进行磨削，其中对构成螺纹轮廓侧面的螺旋线面的磨削足够了。
通过根据权利要求7的根据本发明的方法的变型可以制造具有内螺纹的螺杆。为此，螺旋线设置在芯上，此芯在高压变形时从内侧支撑，以及管以外侧设置在螺旋线上，其中顺序也可以颠倒。随后管从外侧被施加压力作用并如前所述成形在螺旋线上，使得螺旋线抗扭且轴向固定地保持在管中。
权利要求9涉及具有根据前述方法制造的螺杆的滚动螺旋传动机构。滚动螺旋传动机构具有在螺旋线上滚动的驱动滚轮。如果螺旋线具有矩形的横截面以及螺杆由此具有矩形的螺纹横截面，则驱动滚轮特别是圆柱形并且具有相对于螺杆在径向的轴。在螺旋线横截面为梯形且螺纹因此为梯形的情况下，驱动滚轮设置为锥形滚子和/或其轴以与相对于螺杆的径向成角度方式设置。在构成螺杆螺纹的螺旋线上滚动的驱动滚轮构成所谓的螺杆螺母或者是螺杆螺母的一部分。螺杆的旋转使得驱动滚轮沿相对于螺杆轴向平行的方向移动。优选的是围绕螺杆分布地设置有两个、三个或多个驱动滚轮，其中驱动滚轮对应于螺旋线的螺距(同时是螺杆螺纹的螺距)彼此错开地设置或者螺杆是多头的。驱动滚轮能够可旋转地支承在包围螺杆的环或套筒中。两个或更多的驱动滚轮提高了承载能力，两个彼此相对设置的驱动滚轮或多于两个的驱动滚轮防止了倾斜力矩，三个驱动滚轮实现了静定的支撑。驱动滚轮可以设置为在圆周上均匀或不均匀地分布。
除了用于平移驱动的所述的驱动滚轮以外，权利要求11还提出，设有至少三个定心滚轮，所述定心滚轮被设置为在圆周上均匀或不均匀地分布并且在管或螺旋线的外周上滚动。定心滚轮在螺杆上同轴地导引螺杆螺母或在螺杆螺母中同轴地导引螺杆。
本发明的一种设计方案设有金属波纹管，其用作滚动螺旋传动机构的轴向弹簧或防止旋转构件。由于其沿轴向的弹性，金属波纹管适于作为轴向弹簧，更确切地说作为拉弹簧和/或压弹簧。此外，金属波纹管的抗扭性足以用作防止旋转构件。金属波纹管的一端位置固定且抗扭地被保持，而金属波纹管的另一端轴向固定且抗扭地设置在螺旋传动机构的移动部分上，也就是设置在螺杆或螺杆螺母上。
权利要求13的内容是一种具有前述类型滚动螺旋传动机构的机电式制动助力器，权利要求14的内容是一种用于具有前述类型螺旋传动机构的机电式助力转向装置的转向机构。由于若非乃至是干扰的，在转向机构中通过例如齿杆机构实现防止旋转并且不需要轴向弹簧，所以对于本发明的这种应用不设置金属波纹管，尽管原则上并不排除。机电式制动助力器具有用于驱动滚动螺旋传动机构的电动机。在此处需要防止旋转构件，金属波纹管作为轴向弹簧或防止旋转构件也是有利的。金属波纹管还可以附加地用作能量存储器，其在车辆制动系统松开时吸收能量(金属波纹管被夹紧)，在制动操作时释放所述能量。
附图说明
以下参照在附图中示出的实施例对本发明进行详细说明。附图中：
图1示出了根据本发明制造的螺杆的半成品的轴向剖视图；
图2A示出了用于根据本发明制造螺杆的两件式工具的半部；
图2B示出了用于根据本发明制造螺杆的相对于图2A有所变化的两件式工具的半部；
图3示出了根据本发明制造的螺杆；
图4示出了图3的螺杆在根据本发明的机电式制动助力器的传动机构中的应用；以及
图5示出了图3的螺杆在根据本发明的机电式助力转向装置的转向机构中的应用。
附图应理解为简化且示意性的图示以理解和阐述本发明。由随后对本发明实施方式的说明结合权利要求书、前述说明及附图得到本发明的其它特征。各个特征可以分别独立地或与多个特征以任意的组合在本发明的实施方式中实现。
具体实施方式
为了根据本发明制造螺杆1，具有圆形的线材横截面的弹簧线材被辊压成具有矩形的线材横截面的扁线材并弯曲成螺旋线2，使得线材横截面的长侧面沿径向延伸。弹簧线材通过辊压强化并且可以被硬化。多个这种螺旋线被同轴地依次插入工具4的半部3中，如图2A所示。工具4可以是注射成型工具或压铸工具。工具4具有圆柱形的腔5，该腔具有螺旋线形的槽6以容纳螺旋线2。腔5的圆柱形部分的直径对应于螺旋线2的内径。工具4在轴向平面中分开。工具4可以如图示地为双件式或多件式(多于两件)。腔5在两个端部敞开。
将管8沿轴向移入到腔5和插入工具4中的螺旋线2内，该管8的外径对应于螺旋线2的内径并由此对应于腔5的圆柱形部分的直径。工具4由未示出的第二工具半部封闭，该第二工具半部延续了工具4的示出的半部3的槽6。并未从工具4伸出的管8在两端被封闭件7抗压且密封地封闭，并且从内侧被压力油施加负载。施加压力作用由液压泵9和压力表10以符号表示。管8必须被密闭地封闭，使得可以从内侧对其施加压力负载。在工具4中不允许形成从外侧对管8施加压力负载并且阻碍或至少干扰管8变形的压力。通过从内侧施加压力负载，管8塑性变形，其从内侧贴靠在螺旋线2上，该螺旋线2从外侧被工具4支撑。工具4在从槽6到腔5的圆柱形部分的过渡部上的沟部处具有横截面倒圆的沟槽11，该沟槽朝向槽6和腔5的圆柱形部分都敞开。管8通过从内侧施加压力负载而变形进入工具4的沟槽11中，这在螺旋线2的两侧在其足部区域，即在从螺旋线2到管8的过渡部构成凸部12，如图3所示。螺旋线2固定在管8上，除了摩擦连接及通过凸部12实现的沿轴向的形状配合连接之外，螺旋线2可以通过压力负载的施加与管8冷焊连接。管8与螺旋线2构成螺杆1，螺旋线2形成该螺杆的螺纹13。管8的变形及从内侧成形在螺旋线2上也可以称为内部高压变形或液压成形。压力的大小特别地取决于管8的材料和壁厚以及变形度。管8在螺旋线2之间被分割，从而产成多个螺杆1。管8是薄壁的且(中空)螺杆1也是薄壁的。
图2B示出了略有变化的工具4。其在从槽6至腔5的圆柱形部分的过渡部没有沟槽11，而是槽6在径向上低于螺旋线2的螺圈横截面。也就是说，插入工具4的槽6中的螺旋线2向内突出到腔5的圆柱形部分中。为了描述螺旋线2的螺圈向内突出到腔5圆柱形部分中，在图2B中在右侧示出了插入工具4的槽6中的螺旋线2。螺旋线2以轴向剖视图的方式示出，使得螺旋线2的向内突出的螺圈横截面以阴影线截面的方式可见。工具4中的螺旋线2螺圈的向内突出在管8由于从内侧被施加压力负载而变形时使得管8不仅从内侧成形在螺旋线2上，而且在侧面略微包住螺旋线2。由此如图2A的工具4一样实现了螺旋线2在管8上沿轴向的形状配合连接。
为了提高精确度和/或表面质量，螺旋线2的形成螺纹13的扁平侧面例如通过磨削进行加工。如果螺纹13的仅一个扁平侧面被施加压力负载，则仅对这个扁平侧面进行加工便足矣。
与所示出的实施方式不同，螺旋线2可以在其长度上具有变化的螺距，由此螺杆1可制造为具有变化的螺距。为了制造双头螺杆，两个螺旋线2分别沿轴向优选以一半螺距彼此错开地设置。相应地可以制造具有多于两个螺纹的螺杆1。又可行的是，螺旋线2构造有波谷，即构造有波纹，从而实现以下将进行说明的螺杆螺母的稳固设定。
图4示出了按照之前参照图1至图3所述的方法制造的螺杆1在滚动螺旋传动机构14中的应用，该滚动螺旋传动机构位于其它部分未示出的机电式制动助力器中。切下的螺杆1的管8在一端径向向内变形，其中保留了用于踏板杆15穿过的中央孔。管8的向内变形的端部贴靠在踏板杆15的圆柱形压盘16上。踏板杆15将未示出的足部制动踏板与车辆液压制动系统的主制动缸的同样未示出的推杆活塞铰接地连接。螺杆螺母17同轴地包围螺杆1。螺杆螺母17是圆柱管状的并且比螺杆1更短。其具有向内伸出的、螺旋形环绕的接片18，该接片具有与构成螺杆1的螺纹13的螺旋线2相同的螺距。接片18近似在360°上延伸并且接合在螺纹13的螺圈之间。
接片18具有用于驱动滚轮19和定心滚轮20的凹部，该凹部可旋转地支承在圆柱销上，它们构成驱动滚轮19和定心滚轮20的轴21、22。在圆周上等距分布地设置有三个驱动滚轮19，它们具有径向轴21并且在构成螺纹13的螺旋线2的扁平侧面上滚动。通过三个在圆周上分布地设置的驱动滚轮19实现了螺杆螺母17在螺杆1上的静定的支撑及在相反的情况下，螺杆1在螺杆螺母17中的静定的支撑。
在前述驱动滚轮19之间设置有具有相对于螺旋线2正交的轴22的另外三个定心滚轮20。定心滚轮20在位于螺杆1的管8上的螺纹13之间的间隙内滚动。这三个定心滚轮20将螺杆螺母17定心在螺杆1上并在相反的情况下，将螺杆1定心在螺杆螺母17中。
为了旋转驱动，将齿带盘23压在螺杆螺母17上。螺杆螺母17通过径向轴承24和轴向轴承25可旋转地被支承。两个轴承24、25在此实施例中是球轴承。轴向轴承25沿轴向支撑螺杆螺母17。在通过在齿带盘23上的未示出的齿带旋转驱动螺杆螺母17时，驱动滚轮19在构成螺杆1的螺纹13的螺旋线2上滚动。螺杆1沿轴向移动，并通过压盘16将轴向力施加在踏板杆15上。以此方式能够增大由未示出的足部制动踏板施加在踏板杆15上的用于操作未示出的主制动缸的人力。
在螺杆1的管8中同轴地设置有金属波纹管26，该金属波纹管包围踏板杆15。金属波纹管26以一端部抗扭且轴向固定地支撑在壳体27中，其另一端部抗扭且轴向固定地与管8的向内变形的端部连接。金属波纹管26构成防止旋转构件，其保持螺杆1抗扭。此外，金属波纹管26构成轴向弹簧，该轴向弹簧在螺杆1移动时拉紧并储存能量或者松开并释放能量。金属波纹管26可以在未示出的主制动缸松开时通过由滚动螺旋传动机构14转换为螺杆1的移动的螺杆螺母17的旋转驱动而变紧，并且在制动操作时释放由此储存的能力。在这种情况下，需要沿两个轴向对螺杆螺母17轴向支撑。由此减小了机电式制动助力器的未示出电动机的最大扭矩和最大功率。
壳体27例如通过由板材深冲制造，其是具有直径分级的圆柱管形。螺杆螺母17的轴承24、25容纳在壳体27的直径阶部上。
图5示出了已经参照图4描述的根据本发明的滚动螺旋传动机构14在机电式助力转向装置的转向机构中的应用。在图5中的滚动螺旋传动机构14与图4中的滚动螺旋传动机构14基本上相同地构造，其螺杆如对图1至图3所描述地那样进行制造，可以参考相应的前述实施方式。在螺杆1的管8的一端插入并焊接齿杆28，与该齿杆啮合有可由未示出的方向盘旋转地驱动的齿轮29。相对于齿轮29设置有受压件30，该受压件支撑齿杆28并且保持与齿轮29的啮合。齿杆28在其纵向上在空心圆形的受压件中被可移动地导引，齿轮29在齿杆28中的啮合抗扭地保持齿杆28。由于齿杆28通过压入螺杆1的管8中而与螺杆1刚性连接，所以螺杆1不需要原本的防旋转构件，因此在图5中省去了金属波纹管。在齿杆28的远离螺杆1的端部设置有球窝接头，并且在螺杆1的管8的远离齿杆28的端部上同样设置有球窝接头，它们将齿杆28和螺杆1与转向装置的转向横拉杆连接(未示出)。在图5中与图4构造相同且功能相同的螺杆螺母17由两个轴向轴承25可旋转地支承并且沿两个轴向方向被支撑；它们可以由此沿两个方向传递力。具有径向轴21的驱动滚轮19与螺杆螺母17的旋转方向和螺杆1的位移方向相关地在构成螺杆1的螺纹13的螺旋线2的两个扁平侧面上滚动。在螺旋线2的螺圈与驱动滚轮19之间同样存在很小的间隙，进而同样存在螺杆1相对于螺杆螺母17的很小的轴向间隙。滚动螺旋传动机构14增大了由齿轮29施加在齿杆28上的转向力。
通过根据本发明的方法的变化还可以制造出具有内螺纹的螺杆。为此，螺旋线设置在芯上，此芯在高压变形时从内侧支撑螺旋线，并且管在外侧设置在螺旋线上，其中顺序也可以颠倒。随后，管从外侧被施加压力负载并如所述的从外侧成形在螺旋线上，使得螺旋线抗扭且轴向固定地被保持在管上(未示出)。

Claims (14)

1.一种制造用于螺杆传动机构(14)的螺杆(1)的方法，其特征在于，管(8)上设有至少一个螺旋线(2)，从内侧对所述管(8)施加压力负载，使得所述管塑性变形并在足部区域中贴靠在所述至少一个螺旋线(2)上。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述管(8)和所述至少一个螺旋线(2)被放置在工具(4)中，该工具(4)被封闭并且所述管(8)由内侧被施加压力负载，使得所述管塑性变形并且在足部区域中贴靠在所述至少一个螺旋线(2)上。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述管(8)上设置多个螺旋线(2)。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述螺旋线(2)具有沿其长度变化的螺距。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述螺旋线(2)由硬化的钢制成。
6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述螺旋线(2)具有波谷。
7.用于制造螺杆(1)的方法，其特征在于，在管(8)中设置螺旋线(2)，以及所述管(8)从外侧被施加压力负载，使得所述管塑性变形且以外侧贴靠在所述螺旋线(2)上。
8.按照权利要求7所述的方法，其特征在于，当所述管(8)从外侧被施加压力负载时，所述螺旋线(2)被支撑在芯上。
9.一种具有螺杆的滚动螺旋传动机构，其特征在于，所述螺杆(1)具有至少一个螺旋线(2)和一个管(8)，所述管通过内部高压变形从内侧成形在所述至少一个螺旋线(2)的足部区域上，以及所述滚动螺旋传动机构(14)具有在所述螺旋线(2)上滚动的至少一个驱动滚轮(19)。
10.按照权利要求9所述的滚动螺旋传动机构，其特征在于，所述滚动螺旋传动机构(14)具有三个驱动滚轮(19)。
11.按照权利要求9所述的滚动螺旋传动机构，其特征在于，所述至少一个驱动滚轮(19)可旋转地支承在环(17)中，该环同轴地包围所述螺杆(1)，以及所述环(17)具有至少三个定心滚轮(20)，所述定心滚轮分布地设置在所述环的圆周上并且在所述螺杆(1)的圆周上滚动。
12.按照权利要求9所述的滚动螺旋传动机构，其特征在于，所述滚动螺旋传动机构(14)具有作为轴向弹簧和防止旋转构件的金属波纹管(26)。
13.一种机电式制动助力器，所述机电式制动助力器具有电动机和能由所述电动机驱动的、具有螺杆(1)的滚动螺旋传动机构(14)，其特征在于，所述螺杆(1)具有至少一个螺旋线(2)和一个管(8)，所述管通过内部高压变形从内侧成形在所述至少一个螺旋线(2)的足部区域上，以及所述滚动螺旋传动机构(14)具有在所述至少一个螺旋线(2)上滚动的至少一个驱动滚轮(19)。
14.一种用于机电式助力转向装置的转向机构，所述机电式助力转向装置具有用于驱动所述转向机构的电动机，其中所述转向机构具有能由所述电动机驱动的、具有螺杆(1)的滚动螺旋传动机构(14)，其特征在于，所述螺杆(1)具有至少一个螺旋线(2)和一个管(8)，所述管通过内部高压变形从内侧成形在所述至少一个螺旋线(2)的足部区域上，以及所述滚动螺旋传动机构(14)具有在所述至少一个螺旋线(2)上滚动的至少一个驱动滚轮(19)。
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