CN105917142B - 用于磨合蜗轮传动装置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于磨合机电转向***的蜗轮传动装置的方法，具有以下步骤：准备机电伺服转向***的预组装状态，在该预组装状态下蜗杆轴(2)的端部，靠近马达的端部(10)或者远离马达的端部(12)，可旋转地安装在传动装置壳体(9)中的轴承中，蜗杆轴(2)的另一个端部可在径向方向上移动从而形成自由端；在可调节的预紧装置中可旋转地安装蜗杆轴(2)的自由端，所述预紧装置设计成在接合中使蜗杆轴(2)在蜗轮(7)的方向上预张紧；通过控制装置调节所述预紧装置以产生接合规定的预张紧；根据控制装置在一定的时间段内以规定的旋转速度驱动蜗杆轴(2)。

Description

用于磨合蜗轮传动装置的方法

技术领域

本发明涉及一种用于磨合机电转向***的蜗轮传动装置的方法以及相应的机电转向***。

背景技术

所讨论类型的机电转向***具有电动伺服马达，该电动伺服马达驱动蜗杆轴，该蜗杆轴与配置在转向装置的输入轴上的蜗轮啮合，其中蜗轮运转地连接至转向装置的输入轴，并且蜗杆轴和输入轴可旋转地安装在传动装置壳体中。此处，蜗杆轴和输入轴可以安装在同一个壳体中，也可以安装在多部分的传动装置壳体中或者甚至是安装在多个传动装置壳体中。

该类型的伺服传动***对部件的精密度具有相对高的要求。特别地，蜗轮和蜗杆轴的齿接合需要尽可能的精确，以便确保良好的传动力和传动扭矩，而几乎不产生噪音。进一步地，应当预料到转向***中不断变化的旋转运动，因此该旋转运动需要由这种类型的传动装置无游隙地传递。

例如从DE 10 2010 003 727 A1、DE 10 2010 002 285 A1和EP 2 423 075 A2已知多种这样的传动装置。通常，多种这样的动力转向助推装置包括通过弹簧补偿齿接合的轴向游隙或者径向游隙的装置，其中如在DE 10 2010 002 285 A1中公开的，还能够通过重调装置消除大部分游隙或者基本游隙，并且还能够通过相应的缓冲补偿剩下的残留游隙或者交变载荷。

从公开申请DE 198 24 382 A1已知，在安装的过程中对先前描述的传动装置中的基本游隙调节一次，然后对其进行设置。

用于调整传动接合中的尺侧之间的游隙的前述措施需要较高的技术费用，以便优化配置齿接合并优化齿的相互匹配。出于该目的，需要保持非常精准的公差，这导致较高的成本。

DE 10 2010 002 285 A1还公开了使用塑料的蜗轮齿环的可能性。使用这种类型的塑料齿是为了抑制冲击噪音并为***引入一定程度的弹性，使得能够补偿现有的间隙波动。在电动伺服转向***的情况下，如果确实意图使用阻尼特性，那么作用在齿侧上的力却是如此高幅度以至于需要考虑塑料的齿的因此较高的磨损程度。可选地，能够使用坚固的塑料，但是在运作过程中却不出现预期的阻尼。

发明内容

因此本发明的目的在于提供一种用于磨合机电转向***的蜗轮传动装置的方法，以及一种具有磨合的蜗轮传动装置的机电转向***，其中磨合的蜗轮传动装置具有几乎无游隙的十分良好的力传动和扭矩传动，并对带齿的齿轮的制造精度要求较低。

该目的通过如下方法并通过如下机电转向***得以实现。

据此，提供一种用于磨合机电转向***的蜗轮传动装置的方法，其中机电转向***具有电动马达，一个端部靠近所述马达且一个端部远离所述马达的蜗杆轴，设置在输出轴或者输入轴上的蜗轮，以及传动装置壳体，其中所述马达运转地连接至蜗杆轴，所述蜗杆轴与所述蜗轮接合，所述方法具有以下方法步骤：

a)准备机电伺服转向***的预组装状态，其中蜗杆轴的一个端部(靠近马达的端部或者远离马达的端部)可旋转地安装在传动装置壳体中的轴承中，蜗杆轴的分别的另一个端部可在径向方向上移动，从而形成自由端；

b)在可调节的预紧装置中可旋转地安装蜗杆轴的自由端，所述预紧装置构造成在接合中使蜗杆轴在蜗轮的方向上预张紧；

c)通过控制装置调节所述预紧装置以产生接合的规定的预张紧；

d)根据控制装置在确定的时间段内以规定的旋转速度旋转地驱动蜗杆轴。

通过之前描述的磨合过程，蜗轮的齿与蜗杆轴的齿相匹配，传动装置的操作性能得以优化。此处，预紧装置能够附接至蜗杆轴的靠近马达的端部或者蜗杆轴的远离马达的端部。此处，能够用特别的驱动马达和机电转向***(＝伺服转向***)的电动马达来实施磨合过程。但是，由于能够省去伺服转向***的电动马达的电接触连接，因而优选使用特别的驱动马达，且能够使用特别合适的马达。因此，在优选的变体中，转向***的电动马达优选地仅仅在实施磨合过程之后安装。

在100N至1000N范围之内的预张紧力能够作为预张紧的值使用。

作为在c)中提及的产生规定的预张紧的替代，还可以设置预定的进给行程。

此处有利地是，在方法步骤b)和方法步骤c)之间设置以下步骤：

e)用预紧装置通过使蜗杆轴旋转测量蜗轮的高点；

f)将蜗轮和蜗杆轴的齿接合调节到蜗轮的所述高点。

当蜗轮的高点与蜗杆轴接合的时候，因此设置规定的预张紧。

替代性地，蜗轮的低点也能够借助预紧装置通过使蜗杆轴旋转来进行测量，并因此在蜗轮的低点处实施蜗轮和蜗杆轴的齿接合。

还能够将高点的测量和低点的测量组合。在这种情况下，能够在高点处或者在低点处或者在中间值处实施齿接合的调节。中间值需要通过测试来确定。

此外，在步骤d)之后能够具有以下步骤：

g)通过控制装置将预张紧降低至预张紧的规定值的最多20％，优选为零；

h)在蜗轮传动装置运行的同时引入润滑剂。

在运转的蜗轮传动装置的仍然受热的状态下，润滑剂特别容易分布，并且还用于在磨合过程结束时冷却传动装置。

有利地是，在调节预张紧之后，蜗杆轴的自由端保持在固定的位置从而确定规定的旋转轴线，使得蜗轮能够优化地适配于蜗杆轴。

在方法步骤c)的过程中，优选经过规定的力/时间曲线和/或旋转速度/时间曲线。出于该目的，控制装置控制预紧装置和马达。

在另一实施方案中设置成，在方法步骤d)过程中，在第一阶段，蜗杆轴在5s至60s范围之内的时间段内以500rpm至5000rpm范围之内的旋转速度驱动，在又一阶段中，在方法步骤g)和h)的过程中，蜗杆轴在2s至30s范围之内的时间段内以100rpm至1000rpm范围之内的旋转速度驱动。

蜗轮优选地由塑料制成。此处，因为借助磨合过程塑料由于传动装置中的摩擦而受热或者融化，因而塑料的强度能够使得其不具有任何特别的缓冲性能(例如为了补偿传动装置的可能的公差波动)，其结果是塑料蜗轮的齿与蜗杆轴的齿相匹配。

磨合过程之后，磨合的蜗轮传动装置能够安装在机电转向助力装置、叠加转向***或者线控转向***的反馈致动器中。

在一个实施方案中，蜗轮制造成注塑部件。在磨合过程中在方法步骤d)过程中，铸件表皮的分子链则有利地在塑料蜗轮的支撑表面区域中中断，从而形成能够接收润滑剂的润滑脂腔用于润滑传动装置。在传动装置的磨合过程中，因此发生塑料蜗轮的表面改动；通过磨合过程以如下方式加工十分光滑的铸件表皮(润滑剂通常很少附接至该铸件表皮)：在磨合过程之后，表面设置有保持润滑剂的表面结构。润滑脂腔充当各种各样的小润滑剂仓，该润滑剂仓能特别持久地保持润滑剂，且通过即使小量的润滑剂也能够充分填充。

进一步地，提供机电转向***，其具有如前述方法磨合的蜗轮传动装置。

附图说明

以下参考附图描述本发明的示例性实施方案。相同部件或者具有相同功能的部件具有相同的附图标记。在附图中：

图1：显示预组装状态下，在磨合过程中伺服转向***的传动装置的沿着蜗杆轴的纵向截面，

图2：显示安装状态下，伺服转向***的传动装置的沿着蜗杆轴的纵向截面。

具体实施方式

图1显示了预组装状态下，在磨合过程中，机电伺服转向***的传动装置的纵向截面。此处，纵向截面沿着由电动马达3驱动的蜗杆轴2的旋转轴线1行进。电动马达3具有马达轴4，该马达轴4经由弹性联轴节5而联接至蜗杆轴2以与蜗杆轴一起旋转。蜗杆轴2经由蜗杆齿6与蜗轮7啮合。蜗轮7转而连接至转向轴8以与转向轴一起旋转，所述转向轴在转向轮(未示出)和实际的机动车转向装置(同样未示出)之间运转。所提及的部件以示例的方式安装在共同的传动装置壳体9中。

在该示例中，壳体9中蜗杆轴2在蜗杆轴2的马达侧端部10处安装在常规的滚动轴承11中，该滚动轴承11在该示例中设计成滚珠轴承。滚珠轴承11以这样的方式设计：蜗杆轴2能够进行轻微的轴向移动以及旋转轴线1相对于壳体9的轻微改变。

更进一步地，电动马达3具有转矩传感器，该转矩传感器通过电流的测量或者另外的功率测量来确定扭矩。为此，例如，测量装置23设置在电动马达3的控制电流回路中。因此，可以监测蜗轮传动装置的磨合。

替代性地，在该方法的过程中，还可以省去监测而仅仅调节电动马达3的一系列的预定旋转速度。蜗杆轴2的旋转速度因此能够由控制单元而精确地调节。

在蜗杆轴2远离马达的端部12处，蜗杆轴2可旋转地安装在预紧装置24中。预紧装置24根据控制单元在蜗轮7的方向上产生垂直于蜗杆轴2的旋转轴线1的预张紧。预张紧的大小可以用测量装置25测量。此外，蜗杆轴的旋转速度n得以测量。

为了蜗轮7的相对较硬的塑料齿在蜗杆轴2的齿上的磨合，设置规定的预张紧且电动马达3在规定的时间段内以无负载运行的方式以规定的旋转速度n0旋转。此处，蜗杆轴2优选地由金属制成。蜗杆轴2和蜗轮3之间的自然的摩擦导致温度增加，这导致塑料齿发热且局部融化。由此发生了蜗轮7的塑料齿与蜗杆轴2的齿的配对，并补偿了两部件的制造公差。进一步地，在磨合过程期间，传动装置后续的润滑通过塑料蜗轮7在表面区域中的中断的分子链以及因此形成的润滑脂腔而得以改进，在该润滑脂腔中随后存储润滑剂。

磨合过程已经在预组装的传动装置中完成，因此传动装置的操作性能(诸如声学、摩擦和游隙)在运转过程中不会实质性地改变。

在示例性的实施方案中，设想允许100N至1000N范围之内的预张紧力在蜗轮的方向上垂直地作用到蜗杆轴的旋转轴线。首先，为此目的，通过预紧装置来测量蜗轮的半径，并且确定高点(即轮的圆周上离旋转轴线最远距离的那点)。之后调节对蜗轮7的所述高点的预张紧。当传动装置运转的时候，预紧装置相对于蜗轮7的旋转轴线以位置固定的方式保持蜗轮。

在第一阶段中，开始时蜗杆轴2经受100N至1000N范围之内的预张紧，之后蜗杆轴2在5秒至60秒范围之内的持续时间内借助电动马达3以500rpm至5000rpm范围之内的旋转速度驱动。随后是冷却阶段，在该冷却阶段预张紧的值降低至之前设定值的20％范围之内。在该阶段，预张紧特别优选地降低至0。在该冷却阶段，运转轴的旋转速度值降低至100rpm至1000rpm之间。冷却阶段持续时间是2秒至30秒。

在冷却阶段过程中，所注入的齿轮润滑脂由于受热而迅速且均匀地分布，此外还有助于冷却。之后，蜗轮蜗杆的温度降低直至蜗杆轴2的齿不再压进蜗轮7的塑料齿内的程度而停止。

蜗杆轴在其旋转方向上不受限制。由于即使在伺服转向***的传动装置的操作过程中也应当预期到旋转运动不断改变，因而可以设置为在磨合过程中蜗杆轴在旋转方向变化的情况下移动。

这些实施方案不受预紧装置的位置的限制。同样地，可以想到在蜗杆轴靠近马达的端部处配置预紧装置。

电动马达能够由任何驱动件(具有所需的必要条件)替代。还可以想到，用于磨合过程的电动马达为已经安装的伺服转向***的伺服马达。

在成功实施传动装置的磨合过程且已经经过规定的力/时间曲线和/或旋转速度/时间曲线之后，实施安装。

图2显示处于操作状态的磨合的传动装置。此处，蜗杆轴2在其远离马达的端部12处安装在滚动轴承13中。滚动轴承13具有内环14、滚动本体15和中间环16。中间环16其本身转而在其外侧具有用于滚珠17的行进凹槽。滚珠17在外环18中行进，外环18最终紧固在壳体9的轴承座19中。在马达侧的端部10处，蜗杆轴2经由弹性联轴节22联接至伺服转向***的电动马达21的马达轴20以与马达轴一起旋转。

在示例中，磨合方法中使用的电动马达3不同于机电伺服转向***中使用的电动马达21。但是，也可以想到并且有可能利用伺服转向***中使用的电动马达来实施该方法。

可以例如通过在蜗杆轴的远离马达的一侧的偏心安装(如在图2中所示)或者通过在蜗杆轴的靠近马达的一侧的偏心安装来实施蜗杆轴和蜗轮的齿接合的缓冲，从而实现无游隙的齿接合。

根据本发明的磨合的传动装置适合于安装在机电转向助力装置、重叠转向***或者线控转向***的反馈致动器中。通过在将传动装置安装到转向***之前的根据本发明的传动装置的磨合，提供了这样的蜗轮传动装置：其具有几乎无游隙的十分良好的齿轮传动，并对带齿的传动轮的公差要求较低。

Claims (11)

1.一种用于磨合机电转向***的蜗轮传动装置的方法，其中机电转向***具有马达，一个端部(10)靠近所述马达且一个端部(12)远离所述马达的蜗杆轴(2)，设置在输出轴或者输入轴(8)上的蜗轮(7)，以及传动装置壳体(9)，其中所述马达运转地连接至蜗杆轴(2)，所述蜗杆轴(2)与所述蜗轮(7)接合，所述方法具有以下方法步骤：

a)准备机电伺服转向***的预组装状态，其中蜗杆轴(2)的一个端部能够旋转地安装在传动装置壳体(9)中的轴承中，所述一个端部为靠近马达的端部(10)或者远离马达的端部(12)，蜗杆轴(2)的另一个端部在径向方向上能够移动，从而形成自由端；

b)在能够调节的预紧装置中能够旋转地安装蜗杆轴(2)的所述自由端，所述预紧装置构造成在接合中使蜗杆轴(2)在蜗轮(7)的方向上预张紧；

c)通过控制装置调节所述预紧装置以产生接合的规定的预张紧；

d)根据所述控制装置在确定的时间段内以规定的旋转速度旋转地驱动蜗杆轴(2)。

2.如权利要求1所述的用于磨合机电转向***的蜗轮传动装置的方法，其特征在于，在方法步骤b)和方法步骤c)之间，具有以下步骤：

e)借助预紧装置通过旋转蜗杆轴测量蜗轮(7)的高点；

f)将蜗轮(7)和蜗杆轴(2)的齿接合调节到蜗轮(7)的所述高点。

3.如权利要求1或2所述的用于磨合机电转向***的蜗轮传动装置的方法，其特征在于，在方法步骤d)之后，具有以下步骤：

g)借助控制装置将预张紧降低至预张紧的规定值的20％范围之内；

h)在蜗轮传动装置运行的同时引入润滑剂。

4.如权利要求3所述的用于磨合机电转向***的蜗轮传动装置的方法，在步骤g)中，借助控制装置将预张紧降低为零。

5.如权利要求1或2所述的用于磨合机电转向***的蜗轮传动装置的方法，其特征在于，在调节预张紧之后，蜗杆轴(2)的自由端保持在固定的位置，从而确定规定的旋转轴线。

6.如权利要求1或2所述的用于磨合机电转向***的蜗轮传动装置的方法，其特征在于，在方法步骤c)过程中，经过规定的力/时间曲线和/或旋转速度/时间曲线。

7.如权利要求3所述的用于磨合机电转向***的蜗轮传动装置的方法，其特征在于，在方法步骤d)过程中，在第一阶段，蜗杆轴(2)在5s至60s范围之内的时间段内以500rpm至5000rpm范围之内的旋转速度驱动，在又一阶段中，在方法步骤g)和h)过程中，蜗杆轴在2s至30s范围之内的时间段内以100rpm至1000rpm范围之内的旋转速度驱动。

8.如权利要求1或2所述的用于磨合机电转向***的蜗轮传动装置的方法，其特征在于，所述蜗轮(7)由塑料制成。

9.如权利要求1或2所述的用于磨合机电转向***的蜗轮传动装置的方法，其特征在于，在磨合过程之后，蜗轮传动装置安装在机电转向助力装置、叠加转向***或者线控转向***的反馈致动器中。

10.如权利要求8所述的用于磨合机电转向***的蜗轮传动装置的方法，其特征在于，所述蜗轮(7)制造成注塑部件，在方法步骤d)过程中，铸件表皮的分子链在塑料蜗轮(7)的支撑表面的区域中中断，使得形成润滑脂腔，所述润滑脂腔能够容纳用于润滑传动装置的润滑剂。

11.一种机电转向***，其具有根据前述权利要求1-10任一项所述的用于磨合机电转向***的蜗轮传动装置的方法磨合的蜗轮传动装置。