CN101479147A - 使第一轴相对于第二轴无间隙地锁定的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及使第一轴(2)与第二轴(3)的配合针对旋转和平移而锁定的锁定系统，第一轴位于所述第二轴的轴向镗孔(4)中，该系统包括在锁定位置与解锁位置之间活动的锁定装置(5)，第一轴(2)的端部(21)包括两个沿横向方向互相倾斜的倾斜壁(22)，轴向镗孔(4)包括两个与倾斜壁(22)相对的对应壁(23)，锁定装置(5)向锁定位置的过渡带动端部(21)横向移动，使得倾斜壁(22)抵靠轴向镗孔(4)的对应壁(23)。

Description

使第一轴相对于第二轴无间隙地锁定的系统
本发明涉及使第一轴与第二轴的配合针对旋转和平移而锁定的锁定系统，以及使用该系统将机动车辆的转向柱连接到齿条齿轮上并将车辆的方向盘轮毂连接到转向柱轴上。
已经知道有多个锁定系统，其可在第一轴和第二轴之间针对旋转和平移而锁定以便通过使所述轴配合旋转和平移来把力从一轴传递到另一轴。例如，文件FR-2 618 501描述了这样的系统。
在所述文件中描述的系统允许保证将第一轴锁定在另一轴上，而不用需要特殊工具的夹紧装置。这样的系统对于以下轴特别有利：其连接处很难进入以便放置这样的工具并且足够地锁紧该夹紧装置以保证力在轴之间的良好传递。所述进入问题对机动车辆的转向柱在齿条齿轮上的连接特别突出。事实上，这些部件的连接点位于机动车辆的踏板、踏板支座、发动机挡板以及挡板接头附近，使用紧固工具接触紧固螺钉是很困难的。
另外，已知系统不能消除第一轴与第二轴之间的所有间隙，例如在齿条齿轮与转向柱之间的间隙。然而，消除这些间隙对保证力在第一与第二轴之间的最佳传递是极其重要的。在转向柱的情况下，方向盘的运动正确传递到齿条齿轮上而驾驶员感觉不到间隙是很重要的。使用已知的不需要紧固工具的连接系统来消除间隙不是最佳的。
本发明的目的在于通过提出使第一轴与第二轴的配合针对旋转和平移而锁定的锁定系统来克服所述缺陷，其中当系统处于锁定位置时，轴之间的间隙以最佳方式消除，所述系统不需要紧固工具来保证锁定。
为此，根据第一方面，本发明涉及一种针对旋转和平移锁定第一轴与第二轴的锁定系统，所述第一轴与第二轴基本同轴，所述第一轴的一部分位于所述第二轴的轴向镗孔中，所述系统包括在锁定位置和解锁位置之间活动的锁定装置，其中在所述锁定位置，所述第一轴与所述第二轴针对旋转和平移连为一体，在所述解锁位置，所述第一轴不与所述第二轴配合，第一轴的端部包括两个沿横向方向互相倾斜的倾斜壁，所述轴向镗孔包括两个与和它们相对的第一轴的倾斜壁在相同方向延伸的对应壁，所述锁定装置向锁定位置的过渡带动所述第一轴的端部横向移动，使得所述端部的倾斜壁抵靠所述轴向镗孔的对应壁，以便在锁定位置基本上消除所述第一轴和第二轴之间的间隙。
因此，在使这些轴互相锁定之前，第一轴以一定间隙被引入第二轴中。在锁定装置向锁定位置过渡时带动第一轴的端部贴靠第二轴的相应壁移动，这允许相对于第二轴完全锁定第一轴并且消除这些轴之间的间隙。因此力在两个轴之间以最佳方式传递。
第一轴具有沿着轴向方向基本为截锥形的区域，所述区域与轴向镗孔的自由边缘相对，所述边缘的形状与所述截锥形区域基本匹配，所述锁定装置向锁定位置的过渡带动所述截锥形区域贴靠所述镗孔的边缘轴向移动，该移动带动所述第一轴的端部横向移动。
因此所述截锥形区域贴靠镗孔的边缘允许使第一轴的端部横向移动。另外，当第一轴被引入镗孔时，第一轴的截锥形区域允许把第一轴的端部引导到第二轴的镗孔中。
根据一个实施方式，所述第一轴包括至少一个凹槽，所述第二轴包括至少一个在锁定位置与所述凹槽相对的孔眼，所述锁定装置包括可在所述解锁位置和所述锁定位置之间轴向平移运动的控制构件，以及被环箍驱动在所述解锁位置和所述锁定位置之间径向平移的锁定构件，其中在所述解锁位置，所述锁定构件位于所述凹槽之外，在所述锁定位置，所述锁定构件穿过所述第二轴的孔眼并且位于所述凹槽中，以便相对于所述第二轴锁住所述第一轴。
根据另一实施方式，控制构件是容纳在第一轴的镗孔中的滑动件。滑动件可以具有引导解锁销的横向镗孔，所述解锁销横向活动并与轴的开口相配合以便把滑动件锁定在解锁位置，解锁销另外与第二轴相配合以释放滑动件。
根据第二方面，本发明涉及使用如上述的锁定系统来将机动车辆的转向柱连接到机动车辆的齿条齿轮上，第一轴由所述齿条齿轮形成，第二轴由包括与转向柱结合的装置的叉头(
Figure A200780023808D0006150208QIETU
)形成。
根据第三方面，本发明涉及方向盘轮毂在转向轴上的连接，第一轴由转向轴形成，第二轴由方向盘轮毂形成。
随着下面参照附图进行的描述可以了解本发明的其它方面和优点。
图1是根据本发明的锁定系统的轴向剖面示意图。
图2是系统沿图1的II-II轴线的横剖面示意图。
图3是系统沿图1的III-III轴线的剖面示意图。
图4是图1的系统的变型的分解透视示意图。
图5根据本发明第二实施方式的锁定系统的轴向剖面示意图。
图6是图5的系统的侧视图。
图7示出图5的系统的细节。
图8是根据本发明第三实施方式的锁定系统的透视图。
在说明书中，“轴向”一词根据第一轴和第二轴延伸的方向来定义，“横向”一词根据与轴向方向垂直的平面来定义。
参照图1，描述使第一轴2与第二轴3的配合针对旋转和平移而锁定的锁定系统1。第一轴2与第二轴3基本同轴，并且第一轴2的一部分位于第二轴3的轴向镗孔4中。
锁定系统1包括可在锁定位置与解锁位置之间活动的锁定装置5，在锁定位置，第一轴2与第二轴3针对旋转和平移连为一体，在解锁位置，第一轴2不与第二轴3相配合。
根据图1至图3所示的实施例，锁定装置5包括至少一个设置在第一轴2中的凹槽6、至少一个设置在第二轴3中并且在锁定位置与凹槽6相对的孔眼7。锁定装置5还包括由位于第一轴2和第二轴3周围并且在解锁位置与锁定位置之间可轴向平移运动的环箍8构成的控制构件，和被环箍8驱动在解锁位置与锁定位置之间横向平移运动的锁定构件9，其中在解锁位置，锁定构件9位于凹槽6之外(图1)，在锁定位置，锁定构件9穿过第二轴3的孔眼7并位于凹槽6中，以便相对于第二轴3锁住第一轴2(图3)。
如图1所示，为了允许驱动锁定构件9横向平移，环箍8具有基本为截锥形的内壁10，所述壁贴靠锁定构件9。因此，环箍8的轴向平移运动导致与锁定构件9相对的内壁的直径减小，这在从解锁位置向锁定位置过渡时带动锁定构件9横向平移运动。
锁定构件9可以是凸头或球体。根据图中所示的实施例，构件9包括形状与环箍8的内壁10基本互补的壁。第一轴2的凹槽6具有两个倾斜的壁11因此呈现喇叭口形，所述形状允许在过渡到锁定位置时把锁定构件9引导向凹槽6的底部。为此，锁定构件9可以包括形状与凹槽6的壁11之一基本匹配的壁12。根据不同实施例，锁定构件9可以被定向为与第一轴和第二轴基本垂直，或者可以相对于所述垂直方向形成角度。该角度例如在20°到30°之间。
弹簧13位于环箍8与阻挡表面14之间，所述阻挡表面14与第二轴3相连并基本横向地延伸。由于环箍8向解锁位置的过渡压缩了弹簧13，所以弹簧13用于将环箍8推向其锁定位置。弹簧13例如被引入设置在第二轴3周围的环箍8的镗孔15中，并贴靠环箍的形成镗孔15边缘的横向壁。一旦弹簧13被引入镗孔15中，阻挡表面14可以嵌在第二轴3周围。环箍可轴向平移的行程例如基本等于2.5mm。
环箍8在解锁位置可沿确定范围旋转，如图3所示，凹陷16设置在内壁10中。当环箍8经受了在预定范围上的旋转时该凹陷与锁定构件9相对，因此内壁10不再贴靠锁定构件9并且当从镗孔4取出第一轴2时锁定构件9可以从其锁定位置过渡到其解锁位置。
为此，阻挡表面14具有开口17，其宽度限定环箍8的旋转范围。如图2所示，环箍8具有限位块18，当环箍8处于解锁位置时限位块18被引入开口17中，使得在限位块18到达靠在开口17的边缘时阻止环箍8的旋转。根据一个实施例，开口17的宽度用于使在锁定位置和解锁位置之间环箍能够进行约25°的旋转。
环箍8具有限位块19，当环箍8处于锁定位置时限位块19抵靠第二轴3，以便在锁定位置阻止环箍旋转。
如图2所示，为了使开口17相对于环箍8和限位块18正确地定位，可以在第二轴3和阻挡表面14上设置位置定位器(détrompeur)20。
因此，为了使锁定系统过渡到解锁位置，使环箍8抵抗弹簧13的力而向它的解锁位置进行轴向平移以便释放限位块19。然后使环箍8进行旋转以便使凹陷16与锁定构件相对。在该位置，第一轴2可以从镗孔4取出，其结果是使锁定构件9过渡到解锁位置。
环箍8的简单旋转使锁定构件9贴靠环箍8的内壁10，并且允许当第一轴2被引入镗孔4中时在弹簧13的作用下使系统过渡到锁定位置。
但是，当内壁10贴靠锁定构件9以便过渡到锁定位置时，必须保证第二轴3正确地相对第一轴2定位，以便没有使这两个轴失去配合的危险。在系统的安装不加区别地进行时，根据图4所示的变型，可想到使用保险环27，其允许保证只有在两个轴互相正确定位时才能进行到锁定位置的过渡。保险环27位于第一轴2的周围并且通过至少一个凸榫30与环箍8针对旋转连为一体，所述凸榫30与保险环27相连并被引入设置在环箍8上的匹配凹槽中。保险环27包括至少一个向环27中的第一轴2的通过孔31内部突起的凹座(décrochement)28。第一轴2具有槽29，当轴2、3互相正确定位时，槽29与凹座28相对。因此，当两个轴正确定位时，凹座28可以在环箍8旋转时嵌在槽29中。相反，如果轴2、3没有互相正确定位，即如果凹座没有与槽29相对，因为凹座28抵住第一轴2，所以阻止了环8的旋转，因此不能使环箍8的内壁10贴靠锁定构件9。从而保证只有轴2、3互相正确定位时才能进行到锁定位置的过渡。
现在参照图1和图3描述本发明的允许在锁定系统1过渡到锁定位置时消除第一和第二轴2、3之间所有间隙的方法。
如图3所示，第一轴2延伸到凹槽6以外的至少端部21包括两个沿横向方向互相倾斜的壁22。因此第一轴2的端部21具有基本为梯形的截面。轴向镗孔4包括两个相匹配的壁23，该壁23延伸在与它们相对的倾斜壁22相同的方向。另外，镗孔4包括允许使第一轴2以一定间隙被引入镗孔4的空间24。一旦第一轴2已经以所述间隙被引入镗孔4中，锁定装置5向锁定位置的过渡带动第一轴2的端部21横向移动，使得倾斜壁22抵靠相应的壁23以便在锁定位置上基本上消除第一和第二轴之间的间隙。
为此，如图1所示，第一轴2还具有沿着轴向基本为截锥形的区域25。当轴2被引入镗孔4时，该区域25与轴向镗孔4的自由边缘26相对。该边缘26的形状与截锥形区域25基本匹配，因此锁定装置5向锁定位置的过渡带动截锥形区域25贴靠镗孔4的边缘26轴向移动，同时所述移动带动第一轴2的端部21横向移动。实际上，根据图中所示的实施例，当锁定构件9穿入凹槽6时，其带动轴2向着镗孔4的底部轴向移动，这使截锥形区域25贴靠边缘26，边缘26用它的圆边带动轴2的端部21横向移动。因此消除了第一轴和第二轴2、3之间的所有间隙。
另外，截锥形区域25允许将端部21引导到镗孔4中。
上面描述的锁定系统1可以特别适用于将机动车辆的转向柱连接在机动车辆的齿条齿轮上，所述齿条齿轮形成第一轴，包括与转向柱结合的装置的万向叉头(
Figure A200780023808D0006150208QIETU
 de cardan)形成第二轴。
现在参照图5-8描述本发明第二实施方式，与第一实施方式相同或相似的部件在可能的情况下带有相同的标号。
锁定系统1允许使构成转向柱轴的第一空心轴2与方向盘轮毂构成的第二空心轴3针对平移和旋转而锁定。第一轴2限定了具有标号Z的几何轴线。轴2的一端21具有两个与轴线Z平行并且互相倾斜的平面外壁22，外壁22通过柱形扇壁22A和22B互相连接，因此端部21的横截面基本为梯形。另外，轴2包括由形成阻挡的板14来封闭的镗孔15。在该镗孔15中容纳由滑动件(tiroir)8构成的控制构件，其可以在镗孔15中沿轴线Z平移，但不能旋转，并且被滑动件的弹簧13推向与板14相反的轴向方向。控制滑动件8具有推动斜面10和侧向镗孔30。斜面10与锁定零件9相配合，这里锁定零件9由被引导在形成于壁中的引导开口7中的球体构成。侧向镗孔30与形成于壁22A中的定位开口33相对，并且定位开口33具有较大开口的第一部分33A和较小开口的第二部分33B。在侧向镗孔30中设置了由推杆31构成的解锁销，推杆31具有较大直径的引导柱31A、支撑凸肩31B以及穿过开口33而突起的直径更小的凸头31C。解锁销31被侧向镗孔30的壁引导沿着与轴线Z垂直的几何轴线X平移。回位弹簧32把推杆31推向开口33。轴2通过截面更大的管形部分向轴向镗孔15的相反方向延伸，并且在截面变化处具有截锥形驱动壁25。
轮毂3具有镗孔，该镗孔具有相对的并互相倾斜的平面侧壁23，侧壁23以与倾斜壁22相同的方式互相定位。镗孔的平面壁23通过两个脱离壁23A、23B互相连接。壁23B具有锁定斜面11。壁23A具有隆起34。需要注意的是，壁23A与23B之间的距离大于壁22A与22B之间的距离，因此在壁23B附近存在脱离空间24。轮毂3的出口包括截锥形倒角26。
所述装置以下述方式运行。在装置1的解锁状态中，即在方向盘轮毂3组装到轴2上之前，解锁销31的凸肩31B与定位开口33的较大截面部分33A相接触，并且被回位弹簧13带回到该位置。然后解锁销31把滑动件8保持在靠近板14的位置，同时弹簧13被绷紧。凸头31C通过定位开口33突起到壁22的外表面以外。球体9找到自由空间，在该自由空间中，它可以靠近推动斜面10。
然后，可通过沿轴线Z的平移运动把空心轴2插入到方向盘轮毂3中。插入开始时，轴和轮毂互相具有沿轴线X的自由度，这是因为轴部分地处于脱离空间24中。随着轴沿轴线Z进一步插入，凸头31C遇到隆起34，使得解锁销31逐渐进入镗孔30。一旦凸肩31B脱离了定位开口的较大直径部分33A，滑动件8就恢复了其沿轴线Z平移运动的自由度，并且被锁定弹簧13推到图5所示的锁定位置。则球体9被推动斜面10部分地推到开口7之外，并与锁定斜面11形成接触。当轴2继续插入轮毂3时，截锥形壁25接触倒角26。截锥形壁和倒角的倾斜导致还在X方向推动轴，使得壁22、23互相贴靠。该运动得到锁定弹簧13对滑动件8的推力的帮助，所述推力导致球体9对锁定斜面11的推力，其具有在X轴方向的倾向于使壁22靠近壁23的分量。一旦达到图5的最终位置，弹簧施加的静态力表现为壁22和23之间的接触压力与截锥形壁25和倒角26之间的接触压力。解锁销31处于开口的狭窄部分33B中，并且其凸头31C在超过隆起34处抵靠在壁23A上，处于在弹簧13有问题的情况下保证装置部件的定位的位置。
也可使本发明的连接机构与两个轴之间的电连接装置相结合，两个轴之一具有公的电连接器，该公的电连接器具有一个或多个轴向突起的连接插头，另一轴具有与公的连接器相匹配的母的电连接器，该母的电连接器允许：或者在沿方向Z轴向插入的初始运动时插入插头，或者当轴在横向方向X上相对运动时插入插头。根据未出示的实施例的变型，至少连接器之一属于旋转部件之间的电连接装置的一部分。该变型在将本发明用于方向盘和转向轴之间的连接中被证实特别有意义。在该应用中，把旋转的电连接装置固定在转向轴上，然后按照本发明，通过前面描述的将轴轴向插入到轮毂中的运动，接着是X方向上的横向连接运动，来进行方向盘轮毂与转向轴之间的安装。这些运动同时保证在固定到方向盘的连接器和属于旋转电连接装置的连接器之间的电连接。在组装转向柱的后续阶段，将轴安装在机动车辆上，并将旋转电连接装置接通到机动车辆的电路，从而保证了设置在方向盘上的电气元件与车辆电路的电连接。
当然可以进行各种修改。壁22和23不一定是平面，重要的是它们具有允许当轴2在X方向运动时啮合的匹配形状。作为示例，图8示出本发明第二实施方式的实施变型，采用相同的标号来表示相同或相似的部分。该变型与图5-7的系统的主要区别在于匹配的壁22和23的形状，在这种情况下，它们由多个在轴22的端部21的下部上的沟槽22和在轮毂3内壁上的匹配沟槽23形成。当然，这些沟槽被设置以便允许沟槽22沿X轴横向插入到沟槽23中。
可以进行其它修改。特别是，可以使本发明的不同实施方式的部件互相结合。另外，根据第一实施方式的装置可以用于将转向轴连接到方向盘，而根据第二实施方式的装置用于将转向轴连接到转向万向叉头。还可以使用本发明的系统使转向轴的两段互相连接。一般而言，在所述申请中使用轴这个词来表示用于围绕几何旋转轴线旋转的部件。

Claims (17)

1.一种针对旋转和平移锁定第一轴(2)与第二轴(3)的锁定系统，所述第一轴与第二轴(3)基本同轴，所述第一轴的一部分位于所述第二轴的轴向镗孔(4)中，所述系统包括在锁定位置和解锁位置之间活动的锁定装置(5)，其中在所述锁定位置，所述第一轴(2)与所述第二轴(3)针对旋转和平移连为一体，在所述解锁位置，所述第一轴(2)不与所述第二轴(3)配合，所述系统的特征在于，第一轴(2)的端部(21)包括两个沿横向方向互相倾斜的倾斜壁(22)，所述轴向镗孔(4)包括两个与和它们相对的第一轴(2)的倾斜壁(22)在相同方向延伸的对应壁(23)，所述锁定装置(5)向锁定位置的过渡带动所述第一轴(2)的端部(21)横向移动，使得所述端部的倾斜壁(22)抵靠所述轴向镗孔(4)的对应壁(23)，以便在锁定位置基本上消除所述第一轴和第二轴(2，3)之间的间隙。
2.如权利要求1所述的锁定系统，其特征在于，所述第一轴(2)具有沿着轴向方向基本为截锥形的区域(25)，所述区域与轴向镗孔(4)的自由边缘(26)相对，所述边缘的形状与所述截锥形区域基本匹配，所述锁定装置(5)向锁定位置的过渡带动所述截锥形区域(25)贴靠所述镗孔(4)的边缘(26)轴向移动，所述移动带动所述第一轴(2)的端部(21)横向移动。
3.如权利要求1或2所述的锁定系统，其特征在于，所述第一轴(2)包括至少一个凹槽(6)，所述第二轴(3)包括至少一个在锁定位置与所述凹槽相对的孔眼(7)，所述锁定装置(5)包括能够在所述解锁位置和所述锁定位置之间轴向平移运动的控制构件，还包括被所述控制构件(8)驱动在所述解锁位置和所述锁定位置之间横向平移的锁定构件(9)，其中在所述解锁位置，所述锁定构件(9)位于所述凹槽(6)之外，在所述锁定位置，所述构件(9)穿过所述第二轴(3)的孔眼(7)并且位于所述凹槽(6)中，以便相对于所述第二轴(3)锁住所述第一轴(2)。
4.如权利要求3所述的锁定系统，其特征在于，所述控制构件(8)具有形成斜面的内壁(10)，所述斜面贴靠所述锁定构件(9)使得在从所述解锁位置过渡到所述锁定位置时，所述控制构件(8)的轴向平移运动带动所述锁定构件(9)的横向平移运动。
5.如权利要求3或4所述的锁定系统，其特征在于，弹簧(13)位于所述控制构件(8)与和所述第二轴(3)相连的阻挡表面(14)之间，所述弹簧被配置为将所述控制构件(8)推向其锁定位置，这是由于向解锁位置的过渡压缩了所述弹簧。
6.如权利要求3-5中任一项所述的锁定系统，其特征在于，所述控制构件是位于所述第一轴和第二轴(2，3)周围的环箍(8)。
7.如至少从属于权利要求4的权利要求6所述的锁定系统，其特征在于，所述环箍(8)能够在解锁位置按照确定的范围旋转，内壁(10)上设有凹陷(16)，当环箍(8)在所述范围上经受旋转时所述凹陷与所述锁定构件(9)相对，使得所述内壁(10)不再贴靠所述锁定构件(9)并且所述锁定构件(9)能够从其锁定位置过渡到其解锁位置。
8.如至少从属于权利要求5的权利要求7所述的锁定系统，其特征在于，所述阻挡表面(14)具有开口(17)，所述开口的宽度限定所述环箍(8)的旋转范围，所述环箍具有限位块(18)，当环箍(8)处于解锁位置时所述限位块(18)被引入到所述开口中，以便当限位块(18)到达靠在开口(17)的边缘时阻止所述环箍的旋转。
9.如权利要求7或8中任一项所述的锁定系统，其特征在于，所述锁定装置(5)包括与所述环箍(8)针对旋转连为一体的保险环(27)，所述保险环围绕所述第一轴(2)，并且包括至少一个凹座(28)，所述第一轴(2)具有槽(29)，所述凹座能够嵌在所述槽中，如果所述凹座(28)没有与所述槽(29)相对，则所述保险环阻止环箍(8)的旋转。
10.如权利要求7-9中任一项所述的锁定系统，其特征在于，所述环箍(8)具有限位块(19)，当环箍(8)处于锁定位置时，所述限位块(19)抵靠第二轴(3)，以便在锁定位置阻止所述环箍的旋转。
11.如权利要求3-9中任一项所述的锁定系统，其特征在于，所述第一轴(2)的凹槽(6)具有两个倾斜的壁(11)，因此呈现喇叭口形，从而允许当过渡到锁定位置时将所述锁定构件(9)引导向所述凹槽(6)的底部。
12.如权利要求3或4所述的系统，其特征在于，所述控制构件是容纳在第一轴(2)的镗孔(15)中的滑动件(8)。
13.如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述滑动件(8)具有引导解锁销的横向镗孔(30)，所述解锁销能够横向活动并且与所述第一轴的开口相配合，以便将所述滑动件锁定在解锁位置，所述解锁销还与所述第二轴(3)相配合以便释放所述滑动件(8)。
14.如上述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述第一轴和第二轴(2，3)之一具有至少向另一轴轴向地突起的电连接插头，同时另一轴具有匹配的母的连接器。
15.如权利要求14所述的系统，其特征在于，两个连接器之一属于旋转电连接装置的一部分。
16.一种使用如权利要求1-15中任一项所述的锁定系统(1)来将机动车辆的转向柱连接到机动车辆的齿条齿轮上的方法，所述第一轴(2)由所述齿条齿轮构成，所述第二轴(3)由包括与转向柱相匹配的装置的叉头形成。
17.一种使用如权利要求1-15中任一项所述的锁定系统(1)将方向盘的轮毂连接到转向轴上的方法，所述第一轴(2)由转向轴形成，所述第二轴(3)由方向盘的轮毂形成。
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