ES2251660T3 - Servodireccion de cremallera para vehiculos. - Google Patents

Abstract

Servodirección de cremallera para vehículos con medios de entrada de dirección manuales, especialmente un volante, conectados a la cremallera a través de un engranaje de dirección, y con un servoaccionamiento dispuesto en unión de accionamiento con la cremallera, el cual, partiendo de su miembro de accionamiento giratorio solicitado a través de un servomotor, está unido con un miembro accionado del lado de la cremallera a través de un elemento de acoplamiento por rozamiento limitador del par de giro que está formado por un anillo tensor que, con una altura radial prefijada del espacio de montaje, está pretensado en su posición de montaje entre el miembro de accionamiento y el miembro accionado, estando prefijada la altura del espacio de montaje (32) por cojinetes (22, 23) de escaso rozamiento situados entre el miembro de accionamiento (10) y el miembro accionado (12), caracterizada porque los cojinetes (22, 23) de escaso rozamiento están formados por cojinetes de agujas.

Description

Servodirección de cremallera para vehículos.

La invención concierne a una servodirección de cremallera para vehículos según el preámbulo de la reivindicación 1.

Se conocen por el documento EP 0 814 012 B1 servodirecciones de cremallera de la clase antes citada, concretamente con disposición coaxial del servomotor para la cremallera construido como motor eléctrico y con rotor situado en posición contigua a la cremallera y abrazando a ésta. El rotor está apoyado contra la carcasa del motor por medio de rodamientos y solapa en uno de sus extremos a una tuerca de una transmisión de circulación de bolas dispuesta en prolongación axial del rotor y que abraza también a la cremallera, cuya transmisión presenta por el lado de la cremallera unas pistas de circulación a manera de roscas para bolas que unen la tuerca y la cremallera. La tuerca está también montada sobre rodamientos en su extremo alejado del rotor contra la carcasa de la transmisión, al igual que ocurre con el rotor, y está apoyada contra el rotor en su zona extrema situada en solapamiento con el rotor a través de un elemento de acoplamiento de rozamiento limitador del par de giro. El apoyo a través del elemento de acoplamiento de rozamiento en forma de un anillo tensor configurado a manera de meandros se efectúa exclusivamente, al limitar el recorrido de deformación del anillo tensor, por medio de hombros de la tuerca situados a ambos lados del espacio de montaje del anillo tensor, o bien de forma combinada a través de los hombros de la tuerca y el elemento de acoplamiento de rozamiento, aplicándose los hombros contra el rotor y formando por el contacto de rozamiento con el rotor una parte de la unión de acoplamiento por rozamiento entre el rotor y la tuerca.

En el primer caso citado del apoyo exclusivo de la tuerca en la zona de solapamiento con el rotor a través del elemento de acoplamiento de rozamiento configurado como anillo tensor, el par de disparo dependiente del par de giro, prefijado a través del pretensado del anillo tensor, depende solamente de las condiciones tribológicas y de la constitución de las superficies cooperantes, tal como la naturaleza de la superficie y la dureza. Sin embargo, debido a esto, la tuerca no está exactamente centrada con respecto al rotor, de modo que en el caso de un apoyo de rozamiento del anillo tensor que, en general, no es uniforme en todo el perímetro, se producen deformaciones y fenómenos de tableteo. En el segundo caso citado del apoyo con acoplamiento de rozamiento de la tuerca contra el rotor como complemento del anillo tensor, se asegura ciertamente un centrado recíproco de la tuerca con respecto al rotor, pero el valor límite de par de giro establecido depende del rozamiento, por un lado, entre la tuerca y el rotor y, por otro lado, entre el anillo tensor y el rotor. Esto conduce, especialmente también bajo criterios de tolerancias, a condiciones difícilmente controlables que traen consigo desde el punto de vista de una fabricación en serie unas tolerancias relativamente grandes respecto del valor límite del par de giro.

El documento JP 11 043056 A revela una servodirección de cremallera con medios manuales de entrada de dirección conectados a la cremallera a través de un engranaje de dirección y con un servoaccionamiento dispuesto en unión de accionamiento con la cremallera, el cual, partiendo de un miembro de accionamiento giratorio solicitado a través de un servomotor, está unido con un miembro accionado del lado de la cremallera a través de un elemento de acoplamiento por rozamiento limitador del par de giro, el cual, con una altura de construcción radial prefijada del espacio de montaje, está pretensado en su posición de montaje entre el miembro de accionamiento y el miembro accionado, estando prefijada la altura del espacio de montaje por dos cojinetes lisos axialmente distanciados uno de otro y situados entre el miembro de accionamiento y el miembro accionado. En esta disposición se manifiesta como desventajoso el hecho de que, debido al rozamiento propio de los cojinetes lisos, se puede falsear el valor umbral del elemento de acoplamiento por rozamiento limitador del par de giro y este valor sólo se puede determinar de antemano teniendo en cuenta el rozamiento propio de los cojinetes, cuyo cálculo requiere un gran coste.

La invención se basa en el problema de configurar una servodirección de cremallera de la clase citada al principio en el sentido de que incluso en la fabricación en serie resulte una estrecha banda de tolerancia para el valor límite del par de giro, y esto con una ejecución conveniente respecto de la configuración del accionamiento entre el servomotor y la cremallera en construcción ligera, teniendo en cuenta también aspectos técnicos de vibraciones y de ruidos.

Esto se consigue con las características de la reivindicación 1, a consecuencia de las cuales el apoyo entre el miembro de accionamiento y el miembro accionado, y, por tanto, referido al rotor y a la tuerca en el estado de la técnica antes citado, se efectúa a través de cojinetes de escaso rozamiento, de modo que se fija en construcción la altura del espacio de montaje para el anillo tensor y las respectivas tolerancias posibles son tan pequeñas que prácticamente quedan sin repercusión sobre la magnitud del par de giro que se ha de transmitir, con lo que resulta posible también una fijación definida del valor límite del par de giro. Se garantiza así la necesaria seguridad de disparo para evitar sobrecargas, con independencia de si éstas parten del servomotor o están condicionadas por el par de dirección introducido a mano, por ejemplo en caso de fallo del servomotor o de bloqueo de un miembro de accionamiento en la unión del servomotor con el árbol de dirección o la cremallera, puesto que en cualquier caso se tiene que conservar la capacidad de dirección del vehículo.

En este contexto, es especialmente conveniente que el espacio de montaje esté situado entre los cojinetes de escaso rozamiento, puesto que así se pueden garantizar condiciones de apoyo idénticas en toda la longitud axial del anillo tensor, suponiendo un diseño correspondientemente exacto de dicho anillo tensor.

Además, se manifiesta como conveniente que el anillo tensor lleve asociada una escotadura de alojamiento tanto en el miembro accionado como en el miembro de accionamiento, de modo que el anillo tensor esté fijado en su posición axial y pueda ser utilizado eventualmente también para la alineación axial del miembro de accionamiento y el miembro accionado. En particular, es eventualmente posible también un arriostramiento axial del anillo tensor con respecto al miembro de accionamiento o bien con respecto al miembro accionado, cuyo arriostramiento puede utilizarse también para ajustar la fuerza de tensado, eventualmente al abovedarse el anillo tensor, de modo que con una forma de construcción ligera se pueden aplicar también altas fuerzas de tensado a través de un anillo tensor.

Otros detalles y características de la invención se desprenden de las reivindicaciones. Asimismo, se explica seguidamente la invención con más detalle haciendo referencia a un ejemplo de ejecución. Muestran:

La Figura 1, una representación fuertemente esquematizada de una ejecución de una servodirección de cremallera para vehículos que trabaja con transmisión independiente de fuerza a la cremallera, por un lado, a través del volante y el árbol de dirección con engranaje de dirección pospuesto y, por otro lado, a través de una servounidad,

La Figura 2, otra ejecución de una servodirección de cremallera en la que la servounidad está conectada al árbol de dirección situado en la unión entre el volante y el engranaje de dirección,

La Figura 3, una representación en sección esquematizada del miembro accionado del lado de la cremallera en forma de un piñón que engrana con la cremallera, y de un miembro de accionamiento configurado como rueda helicoidal que está unido con el miembro accionado a través de un elemento de acoplamiento por rozamiento limitador del par de giro, proporcionando al mismo tiempo un montaje de escaso rozamiento, y

La Figura 4, una representación ampliada esquematizada del elemento de acoplamiento por rozamiento limitador del par de giro y de la unión que comprende el montaje entre el miembro de accionamiento y el miembro accionado, en representación ampliada y simplificada.

Las Figuras 1 y 2 muestran en su estructura básica ejecuciones diferentes de servodirecciones 1 y 2 de vehículos, respectivamente. En una servodirección 1 de vehículo según la Figura 1 se muestra una unidad de dirección 3 respecto de su engranaje de dirección 4 y su árbol de dirección 5, pero no se muestra el volante que está unido con el árbol de dirección 5 y a través del cual se introduce el par de dirección por el lado del conductor. El engranaje de dirección 4 trabaja de la manera usual sobre una cremallera 6 a través de un piñón no representado. Como complemento, la servodirección 1 de vehículo según la Figura 1 lleva asociada una servounidad 7 que comprende un servomotor 8 que, como se ilustra sólo esquemáticamente, solicita a través de un tornillo sinfín 9 a un miembro de accionamiento 10 en forma de una rueda helicoidal 11 que está unida con un miembro accionado 12 en forma de un piñón 13 que coopera con la cremallera 6. En la Figura 1 se han insinuado solamente las carcasas correspondientes 14 y 15 respecto del miembro de accionamiento 10 y el miembro accionado 12, respectivamente.

Mientras que en la servodirección 1 de vehículo según la Figura 1 la servounidad 7 trabaja directamente sobre la cremallera 6, y así la unidad de dirección 3 y la servounidad 7 forman unidades separadas respecto de la unión con la cremallera 6, en la servodirección 2 de vehículo según la Figura 2 la servounidad 16 lleva asociado el árbol de dirección 17, el cual está unido con el volante no mostrado, tal como se ha explicado ya con relación a la Figura 1. El árbol de dirección 17 está unido, en analogía a la disposición según la Figura 1, con el engranaje de dirección no mostrado a través de una unión de árbol articulado 18 más elaborada. La servounidad 16 comprende nuevamente un servomotor 19 que está unido con un miembro de accionamiento que está dispuesto coaxialmente al árbol de dirección 17, el cual forma en este caso también el miembro accionado de la servounidad 16, con lo que la unión de árbol 18 transmite tanto el par de dirección aplicado a mano como el par de dirección aplicado por servomotor al engranaje de dirección subsiguiente y, a través de éste, a la cremallera 6. Respecto del miembro de accionamiento, que está asentado coaxialmente al árbol de dirección 17, es visible de nuevo tan sólo la carcasa correspondiente 20 y la unión del miembro de accionamiento con el árbol de dirección está configurada análogamente a la Figura 3, estando configurado el árbol de dirección 17 de manera correspondiente según la Figura 3 en su zona del árbol de piñón 13 que lleva el miembro de accionamiento configurado como rueda
helicoidal.

La Figura 3 ilustra que la rueda helicoidal 11 lleva en su zona periférica exterior una corona dentada 21 ajustada al árbol de tornillo sinfín y está apoyada radialmente por dentro con respecto al árbol del piñón a través de cojinetes 22 y 23 configurados como cojinetes de agujas, así como a través de un anillo tensor 24, haciéndose referencia a la Figura 4 en lo que se refiere a esta ejecución. El piñón 13 presenta una zona de dentado insinuada 25 en la que engrana con la cremallera 6, y en el ejemplo de ejecución presenta también un muñón de árbol 26 en el extremo opuesto a la rueda helicoidal 11 para un montaje no mostrado con más detalle en la carcasa 14.

En la representación ampliada según la Figura 4 se muestran de la rueda helicoidal 11 únicamente la parte de cubo 27 y la pieza de transición 28 - adyacente a ésta - hacia la corona dentada 21, así como un fragmento del piñón 13 con la parte de árbol 29 del piñón que está situada en coincidencia con la rueda helicoidal 11 y que presenta en forma radialmente escalonada un hombro 30 para la rueda helicoidal 11, que está asegurada axialmente en dirección contraria por medio de un anillo de retención 31, por ejemplo un anillo Seeger o similar. El apoyo de la rueda helicoidal 11 que sirve de miembro de accionamiento 10 sobre la parte de árbol 29 del piñón 13 se efectúa a través de los dos cojinetes 22 y 23, entre los cuales está situado el espacio de montaje 32 para un elemento de acoplamiento por rozamiento limitador del par de giro en forma de un anillo tensor 24, el cual está configurado de manera conocida - véase a este respecto, por ejemplo, el documento EP 0 814 012 B1 - como un cuerpo de anillo abierto con zonas de borde laterales opuestas 34 hacia el lado contrario, aquí hacia protuberancias 35 estampadas radialmente hacia fuera y que discurren axialmente por la zona longitudinal central.

La distancia radial entre el piñón 13 o la parte de árbol de piñón 29 y la parte de cubo 27 de la rueda helicoidal 11 está prefijada por los cojinetes 22 y 23, y así también está prefijada la altura radial del espacio de montaje 32 para el anillo tensor 24, el cual, debido al apoyo casi exento de rozamiento de la parte de cubo 27 de la rueda helicoidal 11 contra la parte de árbol 29 del piñón 13 a través de los cojinetes 22 y 23, forma prácticamente el único elemento de acoplamiento por rozamiento que transmite y limita el par de giro. Prescindiendo de pequeñas tolerancias de fabricación, la altura del espacio de montaje 32 es casi constante incluso en la fabricación en serie, y esto en todas las condiciones de funcionamiento, e igualmente, partiendo de condiciones de funcionamiento regulares, el rozamiento en los cojinetes y a través de los cojinetes 22, 23 es constantemente casi despreciable, de modo que a través del elemento de acoplamiento por rozamiento limitador del par de giro en forma del anillo tensor 24 se puede fijar dentro de límites muy estrechos el par de giro límite en el que se interrumpe la unión de accionamiento normalmente rígida y la rueda helicoidal 11 sigue girando con respecto al piñón 13 y excluye así sobrecargas en la unión de conexión con el servomotor 7 y también un bloqueo del par de dirección a transmitir a mano en el caso de un eventual fallo del servomotor o de perturbaciones en la unión de accionamiento con éste.

Respecto de la unión entre la parte de cubo 27 y la parte de árbol 29, se manifiesta como conveniente que el espacio de montaje 32 esté repartido entre una escotadura en la parte de árbol 29 y una escotadura en la parte de cubo 27, recibiendo la escotadura de la parte de cubo 27 las protuberancias 35 estampadas radialmente hacia fuera.

La división del espacio de montaje 32 en dos zonas protuberantes radialmente enfrentadas una a otra hace posible también que se apoye o se arriostre axialmente el anillo tensor 24 a través de la protuberancia 35 o bien en el área radialmente opuesta a través de las zonas de borde 34, con lo que eventualmente se puede ajustar el anillo tensor 24 en su dureza o en su comportamiento elástico, referido a los respectivos requisitos, pudiendo aprovecharse unas tensiones axiales de deformación correspondientes para el endurecimiento y haciéndose así posible una construcción especialmente ligera y de pared delgada del anillo tensor 24. Asimismo, el anillo tensor 24 puede ser empleado así también para la fijación axial de la rueda helicoidal 11 contra el piñón 13.

Claims (10)

1. Servodirección de cremallera para vehículos con medios de entrada de dirección manuales, especialmente un volante, conectados a la cremallera a través de un engranaje de dirección, y con un servoaccionamiento dispuesto en unión de accionamiento con la cremallera, el cual, partiendo de su miembro de accionamiento giratorio solicitado a través de un servomotor, está unido con un miembro accionado del lado de la cremallera a través de un elemento de acoplamiento por rozamiento limitador del par de giro que está formado por un anillo tensor que, con una altura radial prefijada del espacio de montaje, está pretensado en su posición de montaje entre el miembro de accionamiento y el miembro accionado, estando prefijada la altura del espacio de montaje (32) por cojinetes (22, 23) de escaso rozamiento situados entre el miembro de accionamiento (10) y el miembro accionado (12), caracterizada porque los cojinetes (22, 23) de escaso rozamiento están formados por cojinetes de
agujas.

2. Servodirección de cremallera según la reivindicación 1, caracterizada porque el espacio de montaje (32) está situado entre dos cojinetes (22, 23) axialmente distanciados uno de otro.

3. Servodirección de cremallera según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque el anillo tensor (24) está situado en una escotadura de una de las superficies periféricas del miembro de accionamiento (10) y/o del miembro accionado (12) que delimitan el espacio de montaje (32) y están enfrentadas una a otra.

4. Servodirección de cremallera según la reivindicación 3, caracterizada porque el anillo tensor (24) está provisto, a cierta distancia de sus zonas de borde (34), de unas protuberancias axiales (35) a las que está asociada una escotadura en la superficie periférica correspondiente del miembro de accionamiento (10) o del miembro accionado (12).

5. Servodirección de cremallera según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el anillo tensor (24) está dispuesto en una escotadura situada entre rebajos para los cojinetes (22, 23) en posición radialmente opuesta a la escotadura que da alojamiento a las protuberancias (35).

6. Servodirección de cremallera según la reivindicación 5, caracterizada porque los rebajos que dan alojamiento a los cojinetes (22, 23) están asociados al miembro accionado (12).

7. Servodirección de cremallera según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el miembro de accionamiento (10) está formado por una rueda helicoidal (11).

8. Servodirección de cremallera según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el miembro accionado (12) está formado por un piñón (13) que engrana con la cremallera (6).

9. Servodirección de cremallera según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque el miembro accionado (12) está unido con el árbol de dirección (5) o está formado por este árbol de dirección (5).

10. Servodirección de cremallera según la reivindicación 9, caracterizada porque el miembro accionado (12) está configurado como un elemento, especialmente como una tuerca de husillo o similar, que corre sobre el árbol de dirección (5) y está unido con este árbol de dirección (5) para la transmisión del par de giro.