Conjunto de caja de cambios para un sistema de dirección asistida eléctrica.

Conjunto de caja de cambios para un aparato de dirección asistida eléctrica que comprende:

un sistema de dirección asistida eléctrica que comprende una carcasa (4), un motor eléctrico (1) fijado conrelación a la carcasa (4) que tiene un estator (2) y un rotor (3), un árbol de entrada (5) conectadooperativamente al rotor (3) y soportado en su extremo distal más alejado del motor (1) por primeros mediosde cojinete (6) y en su otro extremo por segundos medios de cojinete (7), un árbol de salida (10) conectadooperativamente a una columna de dirección asistida que lleva un engranaje de rueda que se fija conrelación a la carcasa y que se engrana con el engranaje de tornillo sin fin, y un sensor de par adaptado paraproducir una señal de salida indicativa del par en el árbol de salida (10), estando adaptado el motor (1) paraaplicar un par al árbol de salida (10) dependiendo de la señal de salida procedente del sensor de par, y enel que un engranaje de tornillo sin fin (8) previsto en el árbol de entrada (5) está adaptado para engranarsecon un engranaje de rueda (9) en el árbol de salida (10), comprendiendo además medios de desvíoflexibles (11) adaptados para actuar sobre los primeros medios de cojinete (6) para desviar el árbol deentrada (5) hacia el engranaje de rueda (9);

en el que los medios de desvío (11) comprenden un conjunto de resorte que actúa entre la carcasa (4) y elprimer conjunto de cojinete (6),

en el que en una posición neutra el engranaje de tornillo sin fin (8) y engranaje de rueda (9) estáncompletamente enganchados y el conjunto de resorte aplica una fuerza de desvío sobre el primer cojineteen un primer sentido alejándose de la posición neutra de modo que garantiza que el engranaje de tornillosin fin (8) y el engranaje de rueda (9) están completamente enganchados, proporcionando también elconjunto de resorte una fuerza de resistencia contra el movimiento del primer cojinete (6) en un segundosentido, opuesto al primer sentido, en el caso de que el engranaje de tornillo sin fin (8) y el engranaje derueda (9) traten de desengancharse,

caracterizado porque el conjunto de resorte tiene una tasa de resorte que tiene un cambio de paso en tornoa la posición neutra de manera que la tasa de cambio en la fuerza ejercida por el conjunto de resorte sobreel primer conjunto de cojinete (6) a medida que el conjunto de resorte se mueve en el primer sentido desdesu posición neutra es menor que la tasa de cambio en la fuerza a medida que el conjunto de resorte semueve en el segundo sentido alejándose de la posición neutra .

Conjunto de caja de cambios para un sistema de dirección asistida eléctrica.

Esta invención se refiere a una mejora en conjuntos de engranajes, y en particular a conjuntos de dirección asistida eléctrica que incorporan un conjunto de engranaje de tornillo sin fin y engranaje de rueda para transferir un par desde un motor eléctrico hasta una columna de dirección asistida o árbol de salida conectado operativamente al mismo.

Se conoce proporcionar un sistema de dirección asistida eléctrica para un vehículo que comprende un motor eléctrico que tiene un estator y un rotor, un árbol de entrada conectado operativamente al rotor y adaptado para rotar con el mismo, un árbol de salida asociado con una columna de dirección asistida, y una caja de cambios adaptada para transferir el par desde el árbol de entrada hacia el árbol de salida en respuesta a una medida de par en el árbol de salida producida por un sensor de par. El motor se hace funcionar normalmente para aplicar un par creciente al árbol de salida a medida que aumenta el par medido, aplicando por tanto un par de asistencia que ayuda a dirigir el vehículo.

Los sistemas de dirección asistida que utilizan una caja de cambios de tornillo sin fin y rueda para transferir el par desde el árbol de entrada hacia el árbol de salida (el tornillo sin fin habitualmente previsto en el árbol de entrada y la rueda en el árbol de salida) se conocen bien en la técnica. Un problema con estos sistemas es el traqueteo entre el tornillo sin fin y la rueda que es especialmente apreciable para el conductor cuando conduce por carreteras con baches o cuando el volante se balancea de lado a lado con poca carga. Si los dientes de tornillo sin fin y rueda no están completamente engranados en todo momento, puede producirse ruido que puede oír el conductor. Este engranado incorrecto puede surgir debido a tolerancias de fabricación, cambios térmicos en dimensiones, distorsión debido a cargas torsoras y desgaste durante el servicio. Se han llevado a cabo varios intentos para solucionar este problema. Por ejemplo, pueden proporcionarse medios de desvío flexibles en forma de un resorte de hojas en forma de L, que actúan entre la carcasa y medios de cojinete de soporte que soportan el extremo de árbol de tornillo sin fin más alejado del motor. El resorte con forma de L aplica una carga de desvío ligera a los medios de cojinete para mantener enganchados el tornillo sin fin y la rueda.

Se conoce el documento US 2002/189892 que se considera como la técnica anterior más cercana y da a conocer un conjunto de caja de cambios que tiene todas la características de la parte precaracterizante de la reivindicación 1.

Según un primer aspecto la invención proporciona un conjunto de caja de cambios para un aparato de dirección asistida eléctrica que comprende:

un sistema de dirección asistida eléctrica que comprende una carcasa, un motor eléctrico fijado con relación a la carcasa que tiene un estator y un rotor, un árbol de entrada conectado operativamente al rotor y soportado en su extremo distal más alejado del motor por primeros medios de cojinete y en su otro extremo por segundos medios de cojinete, un árbol de salida conectado operativamente a una columna de dirección asistida que lleva un engranaje de rueda que se fija con relación a la carcasa y que se engrana con el engranaje de tornillo sin fin, y un sensor de par adaptado para producir una señal de salida indicativa del par en el árbol de salida, estando adaptado el motor para aplicar un par al árbol de salida dependiendo de la señal de salida procedente del sensor de par, y en el que un engranaje de tornillo sin fin previsto en el árbol de entrada está adaptado para engranarse con un engranaje de rueda en el árbol de salida, comprendiendo además medios de desvío flexibles adaptados para actuar sobre los primeros medios de cojinete para desviar el árbol de entrada hacia el engranaje de rueda;

en el que los medios de desvío comprenden un conjunto de resorte que actúa entre la carcasa y el primer conjunto de cojinete,

en el que en una posición neutra el engranaje de tornillo sin fin y engranaje de rueda están completamente enganchados y el conjunto de resorte aplica una fuerza de desvío sobre el primer cojinete en un primer sentido alejándose de la posición neutra de modo que garantiza que el engranaje de tornillo sin fin y el engranaje de rueda están completamente enganchados, proporcionando también el conjunto de resorte una fuerza de resistencia contra el movimiento del primer cojinete en un segundo sentido, opuesto al primer sentido, en el caso de que el engranaje de tornillo sin fin y el engranaje de rueda traten de desengancharse,

caracterizado porque el conjunto de resorte tiene una tasa de resorte que tiene un cambio de paso en torno a la posición neutra de manera que la tasa de cambio en la fuerza ejercida por el conjunto de resorte sobre el segundo conjunto de cojinete a medida que el conjunto de resorte se mueve en el primer sentido desde su posición neutra es menor que la tasa de cambio en la fuerza a medida que el conjunto de resorte se mueve en el segundo sentido alejándose de la posición neutra .

La invención por tanto proporciona un conjunto de resorte que empuja el tornillo sin fin y la rueda conjuntamente con una fuerza casi constante que varía poco a medida que el tornillo sin fin y la rueda se desgastan debido a la tasa de resorte relativamente baja a lo largo de ese rango y que proporciona una fuerza muy superior que resiste cualquier intento del tornillo sin fin y la rueda de separarse debido a la tasa de resorte relativamente superior para el movimiento en el segundo sentido. Por tanto, se necesita un mayor par de rueda de engranaje para provocar que aparezca una cantidad dada de espacio (huelgo) entre los flancos que no transmiten par (es decir, que no están en contacto) de los dientes de tornillo sin fin y engranaje. Por consiguiente, se requiere un nivel superior de oscilación de par (por ejemplo procedente de perturbaciones inducidas por la carretera) para producir repetidos ruidos de impacto de dientes audibles (es decir traqueteo) .

La tasa de cambio en el primer sentido desde la posición de instalación se elige preferiblemente de modo que a lo largo del rango de movimiento esperado en el primer sentido debido al desgaste la fuerza de resorte es sustancialmente constante. Por tanto puede tener una tasa de resorte en el primer sentido alejándose de la posición neutra elegida de modo que se aplica una fuerza de aproximadamente 10-13 Nm al cojinete, y lo más preferiblemente de 11 ó 12 Nm. El tipo, forma y tamaño del conjunto de resorte también pueden elegirse para proporcionar una fuerza casi constante sobre el cojinete para el movimiento en el primer sentido desde la posición neutra. Cualquier movimiento de este tipo se debe habitualmente a la excentricidad del tornillo sin fin o de la rueda o al desgaste de los dientes o cojinetes a lo largo del tiempo.

Para el movimiento en el segundo sentido la tasa de resorte tras el cambio de paso es preferiblemente muy superior de modo que el conjunto de resorte resiste fuertemente cualquier movimiento de este tipo. Puede tener una tasa de resorte en el segundo sentido alejándose de la posición neutra de al menos el doble de la de la antes del cambio de paso, por ejemplo de entre 20 Nm y 26 Nm o quizás al menos el triple. La rigidez de desviación hacia afuera del resorte tras el cambio de paso es en efecto mucho mayor que antes, lo que impide que el tornillo sin fin deje la rueda.

El conjunto de resorte puede comprender un resorte plano (llamado a veces un resorte de hojas o resorte en levadizo) que tiene un primer extremo fijo a la carcasa y un segundo extremo que tiene una punta que actúa sobre los primeros medios de cojinete. El resorte está por tanto en levadizo saliendo desde el extremo fijo a la carcasa y aplica una fuerza al cojinete si se dobla ligeramente cuando está en la posición neutra. La punta puede extenderse en ángulos rectos hacia el extremo libre del resorte.

Si la longitud del resorte desde la punta al punto en el que se sujeta a la carcasa es varios múltiplos de la cantidad de movimiento necesaria del cojinete el resorte proporcionará una fuerza de desvío casi constante al cojinete a medida que se mueve hacia la rueda de engranaje debido al desgaste.

Puede haber un cambio de paso en la tasa de resorte que se produce tras el movimiento del conjunto de resorte a través de la posición neutra, o se produce en un punto ligeramente desplazado en el... [Seguir leyendo]

1. Conjunto de caja de cambios para un aparato de dirección asistida eléctrica que comprende:

un sistema de dirección asistida eléctrica que comprende una carcasa (4) , un motor eléctrico (1) fijado con relación a la carcasa (4) que tiene un estator (2) y un rotor (3) , un árbol de entrada (5) conectado operativamente al rotor (3) y soportado en su extremo distal más alejado del motor (1) por primeros medios de cojinete (6) y en su otro extremo por segundos medios de cojinete (7) , un árbol de salida (10) conectado operativamente a una columna de dirección asistida que lleva un engranaje de rueda que se fija con relación a la carcasa y que se engrana con el engranaje de tornillo sin fin, y un sensor de par adaptado para producir una señal de salida indicativa del par en el árbol de salida (10) , estando adaptado el motor (1) para aplicar un par al árbol de salida (10) dependiendo de la señal de salida procedente del sensor de par, y en el que un engranaje de tornillo sin fin (8) previsto en el árbol de entrada (5) está adaptado para engranarse con un engranaje de rueda (9) en el árbol de salida (10) , comprendiendo además medios de desvío flexibles (11) adaptados para actuar sobre los primeros medios de cojinete (6) para desviar el árbol de entrada (5) hacia el engranaje de rueda (9) ;

en el que los medios de desvío (11) comprenden un conjunto de resorte que actúa entre la carcasa (4) y el primer conjunto de cojinete (6) ,

en el que en una posición neutra el engranaje de tornillo sin fin (8) y engranaje de rueda (9) están completamente enganchados y el conjunto de resorte aplica una fuerza de desvío sobre el primer cojinete en un primer sentido alejándose de la posición neutra de modo que garantiza que el engranaje de tornillo sin fin (8) y el engranaje de rueda (9) están completamente enganchados, proporcionando también el conjunto de resorte una fuerza de resistencia contra el movimiento del primer cojinete (6) en un segundo sentido, opuesto al primer sentido, en el caso de que el engranaje de tornillo sin fin (8) y el engranaje de rueda (9) traten de desengancharse,

caracterizado porque el conjunto de resorte tiene una tasa de resorte que tiene un cambio de paso en torno a la posición neutra de manera que la tasa de cambio en la fuerza ejercida por el conjunto de resorte sobre el primer conjunto de cojinete (6) a medida que el conjunto de resorte se mueve en el primer sentido desde su posición neutra es menor que la tasa de cambio en la fuerza a medida que el conjunto de resorte se mueve en el segundo sentido alejándose de la posición neutra .

2. Conjunto de caja de cambios según la reivindicación 1, en el que la tasa de cambio en el primer sentido desde la posición de instalación se elige de modo que a lo largo del rango de movimiento esperado en el primer sentido debido al desgaste la fuerza de resorte es sustancialmente constante.

3. Conjunto de caja de cambios según la reivindicación 2, en el que el conjunto de resorte tiene una tasa de resorte en el segundo sentido alejándose de la posición neutra de al menos el doble de la de antes del cambio de paso.

4. Conjunto de caja de cambios según cualquier reivindicación anterior, en el que el cambio de paso en la tasa de resorte que se produce con el movimiento del conjunto de resorte a través de la posición neutra se produce en un punto ligeramente desplazado en el segundo sentido desde la posición neutra.

5. Conjunto de caja de cambios según cualquier reivindicación anterior, en el que la posición del cambio de paso es ajustable.

6. Conjunto de caja de cambios según la reivindicación 1, 2 ó 3, en el que el conjunto de resorte comprende un resorte de hojas que tiene un primer extremo fijo a la carcasa (4) y un segundo extremo que tiene una punta que actúa sobre los primeros medios de cojinete (6) .

7. Conjunto de caja de cambios según la reivindicación 6, en el que se proporciona un tope (30, 40, 50) que funciona como un punto de apoyo que entra en contacto con el resorte de hojas entre el punto en el que se fija a la carcasa (4) y la punta del resorte por lo que a medida que el resorte se mueve en el segundo sentido hacia y luego más allá de la posición neutra el brazo de hojas entra en contacto con el tope.

8. Conjunto de caja de cambios según la reivindicación 7, en el que el tope (30, 40, 50) toca el resorte de hojas en la posición neutra de modo que cualquier movimiento en el segundo sentido alejándose de la posición neutra se realiza con una tasa de resorte superior.

9. Conjunto de caja de cambios según la reivindicación 6 ó 7, en el que el tope (30, 40, 50) es sustancialmente rígido de modo que no se mueve o deforma cuando el resorte de hojas presiona contra el mismo.

10. Conjunto de caja de cambios según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9, en el que el tope (30, 40, 50) se fija a una parte de la carcasa (4) , opcionalmente mediante sujeciones (12) que también sujetan el resorte de hojas.

11. Conjunto de caja de cambios según la reivindicación 5, 6, 7 u 8, en el que el tope (40) comprende una parte de una tapa de extremo que cubre los medios de cojinete y el extremo del árbol de entrada más alejado del motor.

12. Conjunto de caja de cambios según una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 10, en el que el tope

comprende una barra en forma de U (41) que tiene una parte central montada sobre el resorte de hojas y dos patas (42, 43) que se enganchan en orificios en la carcasa.

13. Conjunto de caja de cambios según una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 10, en el que la posición del tope (30, 40, 50) con respecto a la carcasa (4) y/o con respecto al resorte de hojas es ajustable.

14. Método de ensamblaje de un conjunto de caja de cambios según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 13, que incluye un tope (30, 40, 50) y un resorte de hojas que comprende las etapas de:

establecer la posición neutra del resorte de hojas para aplicar un desvío predeterminado a los medios de cojinete y posteriormente establecer la posición del tope con respecto al resorte de hojas.

15. Método según la reivindicación 14, que comprende colocar el tope (50) para que entre ligeramente en contacto con el resorte de hojas en la posición neutra, y opcionalmente comprende añadir un espaciador de

material flexible entre un tope fijo y el resorte de hojas una vez que el resorte de hojas se ha colocado en la posición neutra, añadiéndose el espaciador opcionalmente en una forma fundida o semilíquida y enfriando después o endureciendo el material de espaciador de otro modo.