CN101570213A - 一种吸能式汽车转向管柱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种吸能式汽车转向管柱的结构，转向管柱的芯轴由上下两段组成，并采用花键连接，芯轴上段外安装有护管，芯轴下段外安装有管柱壳体，在管柱壳体上段内壁与护管下段外壁之间安装一个套管，并使套管轴向限位固定；护管的下端设有凸部，该凸部与套管上的导向槽配合，在导向槽的旁侧设有供导向槽张开的收缩槽，管柱壳体、套管、护管用销连接固定，销通过支撑护管使芯轴上段在正常情况下不会与芯轴下段发生相对滑动，在汽车发生碰撞销被剪短后，护管下端的凸部引导护管和芯轴上段沿导向槽向下运动，把冲击能传给套管。可见通过上述机构的改进，整个转向管柱是一个密闭的整体，而且结构简单紧凑，吸能平稳，碰撞后仍可进行转向操作。

Description

一种吸能式汽车转向管柱

技术领域

本发明涉及汽车转向技术，具体说涉及一种吸能式汽车转向管柱的结构。

背景技术

在汽车发生严重的交通事故中，一旦汽车前端被碰撞，发动机舱等后移，方向盘与驾驶椅之间的距离突然缩小，驾驶员夹在中间而受到伤害，为了尽量减少这种伤害发生，要求转向管柱具有吸能保护的功能。

例如中国发明专利申请公开说明书CN101254794A就公开了一种吸能式汽车转向管柱，这种转向管柱由转向柱柱筒、转向轴、转向支架三部分组成，其中转向柱柱筒由上柱筒、下柱筒组成，转向轴由上半轴、下半轴组成，转向支架由上支架、下支架组成，在转向柱上柱筒壁上加工有向上卷向内壁的卷曲摩擦片。汽车一旦发生正面碰撞，转向柱所承受的力达到设计值时，上支架上的注塑销和转向轴上半轴与下半轴相连接的注塑销先后被剪断，上支架与镶块脱离，转向柱上柱筒及转向轴上半轴在冲击力的作用下向下缩进，转向柱柱筒的上柱筒壁和下柱筒壁之间通过卷曲摩擦片的变形能将能量消耗掉。

这种吸能装置要在转向柱上柱筒壁上开长方形口来制造卷曲摩擦片，这样就降低了上柱筒的强度，而且容易使灰尘等杂物通过长方形口进入转向柱内；另外转向柱要用通过上下两支架固定在驾驶舱内，又增加了安装工作量；还有就是在上转向轴向下缩进后，汽车的转向装置便不能进行转向操作，对事故后的处理工作带来不便。

发明内容

本发明的目的在于提供一种吸能平稳、碰撞后仍可进行转向操作、封闭的吸能式汽车转向管柱。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：转向管柱的芯轴由上下两段组成，芯轴上段与芯轴下段采用花键连接，芯轴上段的外部有护管，在护管的上端部与芯轴的上段之间设有轴承，芯轴下段的外部有管柱壳体，管柱壳体的下端部与芯轴的下段之间也设有轴承，在管柱壳体的外壁上设有一个支架，该支架可把整个转向管柱固定在驾驶舱内，芯轴上段与芯轴下段、护管、管柱壳体的轴线在一条直线上；所述管柱壳体的上端部套住护管的下端，且两者固定连接，在管柱壳体的上段内腔安装一个套管，并在管柱壳体的内壁设有阻止套管沿轴向向下运动的限位部，套管的上端部介于护管下段的外壁和管柱壳体的内壁之间，护管的下端部设有凸部，该凸部与套管管长方向开设的导向槽配合，在导向槽的旁侧设有供导向槽张开的收缩槽。

所述管柱壳体与护管之间的固定连接是指这种连接可以用销等连接部件将其周向和轴向定位，使它们不能相对运动，同时该连接部件还可通过支撑护管以阻止护管和芯轴上段沿轴向向下运动，当护管受到大的轴向力的时候，该连接部可被剪断，这种连接部有多种，如可选用销来连接。当汽车发生严重碰撞，在驾驶员冲击力的作用下销被剪断，护管下端的凸部引导护管和芯轴上端向下运动，并通过凸部把导向槽的下段胀开，同时把冲击能传给套管，由于芯轴上段下移，增大了驾驶员和方向盘之间的空间，这样就有效保护了驾驶员的安全。可见通过上述机构的改进，整个转向管柱是一个密闭的整体，且结构简单紧凑，并只需通过一个设置在管柱壳体外壁上的安装支架就可把整个转向管柱固定在驾驶舱，碰撞后芯轴上段虽下移，但上下芯轴之间的花键配合完好，管柱壳体仍被固定在驾驶舱，所以转向操作依然可进行。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是三瓣式套管的结构示意图；

图3是图2的仰视图；

图4是图2的俯视图；

图5是图1的A-A剖视图；

图6是用销连接护管与套管、管柱壳体处的结构放大示意图；

图7是轴承衬套的端面视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明；

如图1所示，转向管柱的芯轴由上下两段组成，芯轴上段10与芯轴下段20采用花键连接，芯轴上段10的外部设有护管30，在护管30的上端部与芯轴上段10之间设有轴承40，芯轴下段20的外部有管柱壳体50，管柱壳体50的下端部与芯轴下段20之间设有轴承60，在管柱壳体50的外壁上设有一个支架52，该支架可把整个转向管柱固定在驾驶舱内，芯轴上段10与芯轴下段20、护管30、管柱壳体50的轴线在一条直线上；所述管柱壳体50的上端部套住护管30的下端，且两者固定连接。在管柱壳体50上段的内腔安装一个套管70，并在管柱壳体50的内壁设有阻止套管70沿轴向向下运动的限位部，套管70的上端部位于护管30下段的外壁和管柱壳体50的内壁之间；护管30的下端部设有凸部，该凸部与套管70的管长方向开设的导向槽71配合，在导向槽71的旁侧设有供导向槽71张开的收缩槽72。

所述的套管70可有多种型式，其中优选结构有两种：整体式和分瓣式。整体式套管的导向槽71自套管70的下端面向上延伸至其中上部，且导向槽71上段的槽宽相等，并与护管20下端凸部的宽度相吻合，导向槽71下段的槽宽逐渐减小，以便增大凸部与导向槽71槽壁的摩擦力；收缩槽72沿套管70的轴向设置在套管70的下段，与导向槽71相间布置，收缩槽72用来接收导向槽71被胀开的部分，收缩槽72的宽度可以相等，优选方案是使收缩槽72宽度从上到下逐渐增大，这样不但满足了接收导向槽71被胀开的部分，同时又最大限度的保证了套管70的强度；整体式套管便于安装，且导向槽72的位置是固定的，可稳定的引导护管30下端的凸部向下运动。分瓣式套管的导向槽71自套管70的下端面延伸至其上端面，如图2所示是三瓣式套管的结构示意图，参见图3、图4，三个弧瓣沿周向依次排布围合形成管状区域，相邻两弧瓣之间的间隙构成导向槽71，导向槽71上段的槽宽相等，下段的槽宽逐渐减小，在套管70的上端部设有供销穿过的孔73，孔73位于收缩槽72的正上方，销同时可使套管70的上端固定，收缩槽72沿套管70的轴向设置在套管70的下段，位于两导向槽的中间；所述管柱壳体50上段的内径大于其下段的内径，在内径的变化处有台阶51，套管70的下端面抵在台阶51上，套管70的上端面与管柱壳体50的上端面平齐。

所述护管30下端的凸部也可有多种型式，该凸部的作用是引导护管30和芯轴上段10向下运动，并与导向槽71的壁面发生摩擦把冲击能量传给套管70，本发明的凸部优选方案是选用钢球32，且使钢球32的一部分球体位于凹坑31里，另一部分球体位于导向槽71内，本方案中钢球32始终都是可以活动的，在护管30和芯轴上段10向下运动的时候，钢球32可更有效的把冲击能量传给套管。

管柱壳体50和护管30之间固定连接的连接部件优选销80，且该销80采用注塑销，如图6所示，在本实施例中设有3个销，该销80两端部的直径大于其中部的直径，在销80与套管70配合至与护管30配合的过渡处周向开有凹槽81，凹槽81使销80在凹槽81处产生应力集中，以便护管30所受的冲击力大到一定程度时，使销80从凹槽81处被剪断，以实现芯轴上段10向下缩进，增大驾驶员和方向盘之间的空间，保护驾驶员的人身安全。

芯轴上段10为空心管，芯轴下段20为实心轴，芯轴上段10与芯轴下段20之间花键连接的优选方案是在芯轴上段10的下端部的内腔安装一个内花键套90，参见图1和图5，内花键套90为管状，其外壁与芯轴上段10的内壁之间静配合，以防止两者之间发生相对运动，从而影响转向操作；内花键套90的内壁沿管长方向加工有花键槽，芯轴下段20的外壁沿管长方向加工有的花键齿，花键槽与花键齿之间的配合长度小于芯轴下段20上花键齿的长度以供汽车发生严重碰撞时芯轴上段10向下缩进；另一种方案是直接在芯轴上段10的内壁加工出花键槽，在芯轴下段20的外壁加工出花键齿，且花键配合的长度小于花键槽和花键齿的实际长度。上述方案中芯轴下段20上的花键齿从其上端面延伸至与管柱壳体50的下端面相平齐的位置，轴承60与芯轴下段20通过轴承衬套61连接，参见图1和图7；轴承60与芯轴下段20连接的另一种方案是把芯轴60的内圈直接套在芯轴下段20的外壁，此时芯轴下段20的下段有一小段光轴身与轴承60配合，该轴承60以上的芯轴下段20的轴身上设置花键齿即可。

在正常情况下，护管30与管柱壳体50套管70通过销80穿连成一体，使芯轴上端10与芯轴下段20不能作相对轴向运动。当汽车发生严重碰撞时，由于惯性，驾驶员将以较大的冲击力作用在方向盘上，该冲击力通过芯轴上段10传给销80，销80所受的剪切力不断增大，当冲击剪切载荷大于销80的设计强度时，销80从凹槽81处被剪切断，护管30和芯轴上段10沿芯轴下段20上的花键向下运动，同时使钢球32沿着导向槽71向下运动，由于套管70上的导向槽71从嵌钢球32处至其下端面宽度逐渐减小，这样就增大了钢球32轴向运动时的摩擦力，钢球3向下运动时挤压导向槽71的两壁面，使导向槽71的壁面向两边张开，张开的部分由收缩槽72接收，这样冲击能就被套管70平稳的吸收了。

本发明不限于图1至图5所示的实施方式的结构，本发明的套管上所开的导向槽的数量可以为一个也可以为多个，导向槽可以从套管上段的某一位置开始延伸至其下端面，也可以从套管的上端面开至下端面；本发明的护管下端的凸部可以有多种型式，例如该凸部是直接焊接在护管下端的小圆柱体等，只要是通过引导护管和心轴上端沿导向槽向下运动，同时把冲击能量传给套管，就都在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1、一种吸能式汽车转向管柱，转向管柱的芯轴由上下两段组成，芯轴上段(10)与芯轴下段(20)采用花键连接；芯轴上段(10)的外部有护管(30)，在护管(30)的上端部与芯轴上段(10)之间设有轴承(40)；芯轴下段(20)的外部有管柱壳体(50)，管柱壳体(50)的下端部与芯轴下段(20)之间设有轴承(60)，在管柱壳体(50)的外壁上设有一个支架(52)用于同车体连接；芯轴上段(10)与芯轴下段(20)、护管(30)、管柱壳体(50)的轴线在一条直线上，其特征在于：所述管柱壳体(50)的上端部套住护管(30)的下端，且两者固定连接；在管柱壳体(50)上段的内腔安装一个套管(70)，并在管柱壳体(50)的内壁设有阻止套管(70)沿轴向向下运动的限位部，套管(70)的上端部位于护管(30)下段的外壁和管柱壳体(50)的内壁之间；护管(30)的下端部设有凸部，该凸部与套管(70)的管长方向开设的导向槽(71)配合，在导向槽(71)的旁侧设有供导向槽(71)张开的收缩槽(72)。

2、根据权利要求1所述的吸能式汽车转向管柱，其特征在于：所述的套管(70)是一个空心管，导向槽(71)自套管(70)的下端面向上延伸，且导向槽(71)上段的槽宽相等，其下段的槽宽逐渐减小；收缩槽(72)沿套管(70)的轴向设置在套管(70)的下段，与导向槽(71)相间布置。

3、根据权利要求1所述的吸能式汽车转向管柱，其特征在于：所述的套管(70)为三瓣式结构，三个弧瓣沿周向依次排布围合形成管状，相邻两弧瓣之间的间隙构成导向槽(71)，导向槽(71)上段的槽宽相等，下段的槽宽逐渐减小；收缩槽(72)沿套管(70)的轴向设置在套管(70)的下段，位于两导向槽的中间。

4、根据权利要求1所述的吸能式汽车转向管柱，其特征在于：所述护管(30)下端的凸部是钢球(32)，钢球(32)的一部分球体位于护管(30)外壁所设的凹坑(31)部位，另一部分球体凸出于护管(30)外壁，并位于导向槽(71)内。

5、根据权利要求1所述的吸能式汽车转向管柱，其特征在于：所述的限位部是设置在管柱壳体(50)内壁的台阶(51)，套管(70)的下端位于台阶(51)处。

6、根据权利要求1所述的吸能式汽车转向管柱，其特征在于：所述管柱壳体(50)与护管(30)之间设置销(80)构成固定连接。

7、根据权利要求1所述的吸能式汽车转向管柱，其特征在于：所述的芯轴上段(10)与芯轴下段(20)之间正常配合段的长度小于其上花键槽或和花键齿的长度。

8、根据权利要求2或3所述的吸能式汽车转向管柱，其特征在于：所述收缩槽(72)从套管(70)的中部往下延伸至套管(70)的下端面，且宽度逐渐增大。

9、根据权利要求6所述的吸能式汽车转向管柱，其特征在于：套管(70)的上端与管柱壳体(50)的上端平齐，销(80)同时与管柱壳体(50)、套管(70)及护管(30)穿连为一体，销(80)设置1～3个，销(80)与导向槽(71)周向错位布置。

10、根据权利要求6所述的吸能式汽车转向管柱，其特征在于：所述的销(80)为注塑销，该销两端部的直径大于其中部的直径，在销(80)与套管(70)配合至与护管(30)配合的过渡处周向开有凹槽(81)。

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