CN101827741B - 用于车辆的伸缩轴 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种伸缩轴。该伸缩轴包含：阳轴，其包括沿轴向方向形成在外周面上的多个第一花键以及沿径向形成在该阳轴的一个端部和中部的外周面上的固定槽和防脱轨突出部；阴轴，其包括中空部和形成在该中空部的内周面上、对应于多个第一花键的多个第二花键；多个滚珠，其设置在多个第一花键的槽和多个第二花键的槽之间；板簧，其呈板状且插入多个第一花键槽中；以及固定环，其连接到该固定槽并围绕该板簧的一个端部以防止该板簧脱轨。

Description

用于车辆的伸缩轴

技术领域

本发明涉及一种伸缩轴，特别涉及一种包含在分别形成于阳轴和阴轴内的多个第一花键的槽和多个第二花键的槽之间运动的多个滚珠以及诸如板簧的弹性构件从而减少由反冲产生并传递到驾驶者的振动的伸缩轴。 

背景技术

总体上，车辆包含将控制方向盘的功率传递到齿轮机构的伸缩轴。伸缩轴包含阴轴和阳轴。阴轴的一端连接到转向柱，阳轴的一端连接到转向齿轮。 

当驾驶者驾驶车辆时，由于伸缩轴间接地连接到车辆的车轮，驾驶者感觉到从不平整路面产生的振动或反冲。这种振动和反冲干扰驾驶者控制车辆。 

发明内容

技术问题 

图1为根据现有技术(日本专利公开No 2006-224767)的伸缩轴的截面视图。 

为了克服传统伸缩轴的问题，如图1所示，根据现有技术的伸缩轴10包含位于阳轴11和阴轴12之间的弹簧13用以支持滚珠15。然而，如果伸缩轴10过度变形，根据现有技术的伸缩轴10容易断掉。为了克服这个问题，根据现有技术的伸缩轴10包含针状物14以增大其硬度。 

然而，由于驾驶者转向车轮时的摩擦力，针状物14限制伸缩轴沿轴向方向的运动。因此，当车辆在不平整道路上行驶时产生的冲击或反冲被传递到驾驶者。 

此外，弹簧13包含位于其两端的弯曲部A，弯曲部A设计成吸收振动(两点支持)。由于弯曲部A的原因，当驾驶者控制车轮时产生偏转(diversion)。 

弹簧通常是通过压制工艺来制造。压制工艺限制最小化弯曲部A。因此，根据现有技术的伸缩轴在减少在驾驶者转向车轮时产生的控制间隙方面受限制。 

另外，根据现有技术的伸缩轴具有这样的问题，弯曲部A的尺寸与伸缩轴的标准成比例地增大。 

也就是说，根据现有技术的伸缩轴的结构无法衰减车辆在不平整道路上运行时从路面传递的振动，以及改善方向盘的响应。另外，根据现有技术的伸缩轴无法将控制间隙最小化至小于预定值。 

技术方案 

根据本发明的一个方面，提供了一种伸缩轴，该伸缩轴包含：阳轴，其包含沿轴向方向形成在外周面上的多个第一花键以及在该阳轴的一个端部和中部沿径向在外周面上形成的固定槽和防脱轨突出部；阴轴，其包含中空部和形成在该中空部的内周面上、对应于多个第一花键的多个第二花键；多个滚珠，其设置在多个第一花键的槽和多个第二花键的槽之间；板簧，其呈板状且插入多个第一花键槽中；以及固定环，其连接到该固定槽并围绕该板簧的一个端部以防止该板簧脱轨。 

板簧可包含位于一侧上的槽以形成多个滚珠的凹座。 

在多个第一花键槽中，形成具有’U’形截面的槽以将该板簧分隔一距离。 

多个滚珠的表面可用尼龙涂布以减少振动和噪声。 

根据本发明另一方面，提供了一种伸缩轴，该伸缩轴包含：阳轴，其包括沿轴向方向形成在外周面上的多个第一花键；阴轴，包括在中空部的内周面上形成的、对应于多个第一花键的多个第二花键；板簧，其呈板状且插入多个第一花键槽中；以及多个滚珠，设置在多个第一花键的槽和多个第二花键的槽之间。该阳轴包括：第一防脱轨突出部，其沿径向形成在中部的外周面上；第一固定槽，形成在该第一防脱轨突出部的、与多个第一花键相反方向的一侧；第二防脱轨突出部，形成在多个第一花键的一个端部的外周面上；以及第二固定槽，形成在该第二防脱轨突出部的外侧上。该板簧包含延伸到该第一固定槽且由固定环固定的一个端部以及延伸到该第二固定槽且由固定环固定的另一个端部。 

第二防脱轨突出部可通过轧形工艺形成。 

根据本发明的再一方面，提供了一种伸缩轴，该伸缩轴包含：阳轴，其具有沿轴向方向形成在外周面上的多个第一花键；阴轴，其具有形成在中空部的内周面上、对应于多个第一花键的多个第二花键；多个滚珠，设置在多个第一花键的槽和多个第二花键的槽之间；以及板簧，其呈板状且插入多个第一花键槽中。该阳轴包括：第三防脱轨突出部，沿径向形成在中部的外周面上；第三固定槽，形成在该第三防脱轨突出部的、与多个第一花键相反方向的一侧；以及第四固定槽，其沿径向形成在多个第一花键的一个端部的外周面上。该板簧包含延伸到该第三固定槽且由固定环固定的一个端部以及由固定环固定在该第四防脱轨突出部的内侧的另一个端部。 

第四防脱轨突出部可通过旋压工艺形成。 

有益效果 

根据本发明的伸缩轴具有下述有益效果。 

首先，根据本发明的伸缩轴可以衰减从路面传递的振动并改善方向盘的响应。 

其次，根据本发明的伸缩轴包含多个滚珠而不是针状物，由此允许伸缩轴沿长度方向运动。因此，根据本发明的伸缩轴可以减少反冲的影响。 

第三，根据本发明的伸缩轴包含用作止动板的防脱轨突出部。因此，根据本发明的伸缩轴制造工艺比较简单且阳轴的硬度增加。 

第四，通过由轧形工艺或旋压工艺形成防脱轨突出部，根据本发明的伸缩轴具有比较大的硬度。 

第五，阳轴的固定槽部的轴向直径总体上增大。因此，易于固定该固定环且易于组装。 

附图说明

本发明的上述和其它目的及特征将从结合附图给出的对优选实施例的下述描述而变得显而易见，其中： 

图1为根据现有技术的伸缩轴的剖视图； 

图2为说明根据本发明的第一实施例的伸缩轴的分解立体图； 

图3为示出了根据本发明的第一实施例的伸缩轴的部分立体图； 

图4为图2的伸缩轴的立体图； 

图5为根据本发明的第一实施例的伸缩轴的纵剖视图； 

图6为根据本发明的第一实施例的伸缩轴的横剖视图； 

图7为根据本发明的第一实施例的伸缩轴的一部分的立体图； 

图8为示出根据本发明的第一实施例的伸缩轴的模拟结果的曲线； 

图9为根据本发明的第二实施例的伸缩轴在形成阳轴之前的俯视图； 

图10为根据本发明的第二实施例的伸缩轴在形成阳轴之后的俯视图； 

图11为图10中示出的阳轴的剖视图； 

图12为根据本发明的第二实施例的板簧的剖视图； 

图13为根据本发明的第三实施例的伸缩轴在形成阳轴之前的俯视图； 

图14为根据本发明的第四实施例的伸缩轴在形成阳轴之后的俯视图； 

图15为图14中示出的阳轴的剖视图；以及 

图16为根据本发明的第三实施例的板簧的剖视图。 

具体实施方式

本发明的优点、特征和方案将参考附图对实施例的下述描述而变得显而易见，这在下文予以陈述。在说明书和权利要求中使用的术语和用语不可以仅仅理解为典型或者字典的含义。术语和用语基于下述原理可以理解为对应于本发明的技术方面的含义和概念：发明人可以恰当地定义术语的概念从而使用最佳方法描述自己的发明。 

因此，在说明书中描述的实施例以及在附图中示出的构造仅仅是本发明的实施例。由于实施例和构造可以不代表本发明的所有技术方案，在提交相关申请时可存在能够替代该实施例和构造的各种等同物和变型。 

下文将描述根据本发明第一实施例的伸缩轴。 

图2为示出根据本发明的第一实施例的伸缩轴的分解立体图，图3为示出根据本发明的第一实施例的伸缩轴的局部立体图，图4为图2的伸缩轴的立体图，图5为根据本发明的第一实施例的伸缩轴的纵剖视图，图6为根据本发明的第一实施例的伸缩轴的横剖视图，以及图7为根据本发明的第一实施例的伸缩轴的一部分的立体图。 

如图2至7所示，根据第一实施例的伸缩轴100包含阳轴110和阴轴140。 

阳轴110包括：多个第一花键111，沿轴向方向形成在外周面上；第一花键槽111b，形成在相邻第一花键111之间；固定槽112和防脱轨突出部115，沿径向形成在阳轴的一个端部的外周面上；以及固定槽113和防脱轨突出部116，形成在阳轴110的中部的外周面上。 

另外，固定环130a设置在固定槽112中。固定环130a围绕并固定板簧。连接到固定槽113的固定环130a和130b防止板簧120脱轨。 

防脱轨突出部形成在固定槽的一侧。防脱轨突出部115和116用作限制滚珠150沿轴向方向的运动的止动件。 

中空部141形成在阴轴140内部。多个第二花键142形成在中空部141的内周面上、对应于多个第一花键111。与第一花键111类似，第二花键槽142b形成在相邻第二花键142之间。 

根据第一实施例的伸缩轴包括在第一花键槽111b和第二花键槽142b之间运动的多个滚珠150。滚珠150使得阳轴110能够在阴轴140内部沿轴向方向进行竖直运动，由此增大运动范围。 

通过对多个滚珠150的表面进行涂布，可以进一步减少振动和噪声。具体地，优选使用尼龙材料涂布滚珠150的表面。 

板簧120插入每个第一花键槽111b中。 

如图1所示，根据现有技术的伸缩轴包含弯曲弹簧13，其具有位于其两个端部的、设计成吸收振动的弯曲部A(两点支持)。因此，根据现有技术的伸缩轴在最小化由弯曲部A产生的方向盘的控制间隙方面受限制。另外，根据现有技术的伸缩轴具有这样的问题，弯曲部A的尺寸与伸缩轴的标准成比例地增大。 

不同的是，根据本实施例的伸缩轴使用形成为板状的板簧120在一个点支持板簧120和滚珠150的结构。这种结构增大弹性模量并减小变形，由此最小化当驾驶者转动车轮时产生的偏转。 

另外，如图1所示，根据现有技术的伸缩轴包含针状物14。针状物14容易由于热处理工艺或外部冲击而变形。如果针状物变形，或者如果第一和第二花键不是笔直地形成，当阴轴和阳轴沿轴向方向运动时，针状物无法沿着第一和第二花键槽滑动。也就是说，针状物堆叠在第一和第二花键槽的内部表面。针状物干扰阴轴和阳轴沿轴向方向的运动。 

对于本实施例的情形，即使第一和第二花键槽变形，接触板簧120的滚珠150可以沿着第一和第二花键槽在轴向方向运动。因此，滚珠150不干扰阴轴和阳轴沿轴向方向的运动。 

对于根据现有技术的具有针状物的伸缩轴的情形，当驾驶者转向车轮时，阴轴和阳轴无法沿轴向方向进行相对运动。因此，当驾驶者在不平整道路上转向车轮时，根据现有技术的伸缩轴原样地将冲击传递到驾驶者。对于根据本实施例的伸缩轴的情形，即使驾驶者转向车轮，阴轴和阳轴可以沿轴向方向进行相对运动，由此减少由反冲导致的振动的影响。

换言之，使用根据本实施例的伸缩轴100，可以衰减从路面传递到方向盘的反冲的影响以及改善方向盘的控制响应。 

如图5的A部分所示，优选根据本发明的板簧120a包括位于其一侧的长槽，从而单点支持滚珠150并生成滚珠150的凹座。 

也就是说，通过在板簧120a的、面向滚珠150的一侧上形成长槽来制备薄弱部且压力施加到该薄弱部，由此防止产生非故意的凹座以及防止板簧120a不规则地变形。 

如图5的A部分所示，优选第一花键槽还包含具有’U’形截面的槽从而将板簧120a分隔一距离。 

如果板簧120a的厚度t增大，弹簧的弹性模量增大，由此减少控制间隙，该控制间隙为伸缩轴的旋转角度。因此，可以简单地通过控制板簧的厚度来控制反冲的衰减和方向盘的响应。 

图8为示出根据本实施例的伸缩轴的模拟结果的曲线。 

如图8所示，根据本实施例的伸缩轴对于±1Nm的扭矩产生仅三分的旋转角度作为控制间隙，这显著小于根据现有技术的伸缩轴的控制间隙。 

如果扭矩增加而大于±1Nm，旋转角度逐渐增大而无变形，同时维持完美的刚性体特性。因此，虽然驾驶者转向车轮，通过允许阴轴和阳轴的相对运动，可以进一步减少反冲的影响。 

下文将描述根据本发明第二实施例的伸缩轴。 

图9为根据本发明的第二实施例的伸缩轴在形成阳轴之前的俯视图，图10为根据本发明的第二实施例的伸缩轴在形成阳轴之后的俯视图，图11为图10中示出的阳轴的剖视图，以及图12为根据本发明的第二实施例的板簧的剖视图。 

由于第二实施例的阴轴和滚珠与第一实施例相同，省略了对其的详细描述。 

如图10和11所示，根据第二实施例的伸缩轴的阳轴210包括：多个第一花键211，沿轴向方向位于阳轴的外周面上；第一花键槽，位于相邻第一花键211之间；第一防脱轨突出部212，沿径向位于阳轴210的中部的外周面上；第一固定槽213，形成在第一防脱轨突出部212的、与第一花键211相反方向的一侧；第二防脱轨突出部214，沿径向位于阳轴210的第一花键211的一个端部的外周面上；以及第二固定槽215，位于第二防脱轨突出部214的外侧。 

根据第二实施例的伸缩轴的板簧220包括延伸到第一固定槽213且由固定环230a固定的一个端部以及延伸到第二固定槽215且由固定环230b固定的另一个端部。 

与使用连接到固定槽的固定环和止动板防止板簧和滚珠脱轨的现有技术不同，第一防脱轨突出部212和第二防脱轨突出部214用作用于限制滚珠沿轴向方向运动的止动件。 

优选使用轧形工艺形成根据第二实施例的伸缩轴的阳轴210的第二防脱轨突出部214。 

轧形工艺是一种典型的轧制工艺，其将原料放置在诸如轧辊的成形工具之间同时旋转成形工具并将成形工具表面的形状雕刻在原料上。 

轧形工艺通过原料和工具之间进行局部接触，以比较小的加工功率制备具有高硬度的产品且容易形成期望形状。由于轧形工艺不产生碎片，轧形工艺具有高的原料利用率、通过塑性变形加工硬化、致密成形以及高加工速度的优点。 

如图9所示，中心槽219形成在阳轴210每个端部的中心处，且阳轴210的两个端部利用中心槽219固定。随后，阳轴210以轴向方向为中心旋转且沿粗箭头方向施压。随后，如图10所示，第二防脱轨突出部214和第二固定槽215同时形成在阳轴210的一个端部。 

在轧形工艺之后，图12中示出的板簧220设置在阳轴210的花键槽中。如图11所示，延伸到第一固定槽213和第二固定槽215的板簧220的两个端部设置在板簧220的两端，且由固定环230a和230b固定。 

在根据第二实施例的伸缩轴中，阳轴的硬度增强，这是因为第一和第二防脱轨轴212和214用作限制滚珠沿轴向方向的运动的止动件。 

在根据第二实施例的伸缩轴中，方便地固定固定环230a，这是因为形成第一固定槽处的轴向直径以及固定环的直径大。另外，另一个固定环230b通过具有小直径的部分也可靠地设置在第二固定槽215，且也容易固定。因此，方便地将阳轴组装在伸缩轴内。 

下文将描述根据本发明的第三实施例的伸缩轴的阳轴。 

图13为根据本发明的第三实施例的伸缩轴在形成阳轴之前的俯视图，图14为根据本发明的第四实施例的伸缩轴在形成阳轴之后的俯视图，图15为图14中示出的阳轴的剖视图，以及图16为根据本发明的第三实施例的板簧的剖视图。 

由于第三实施例的阴轴和滚珠与第一实施例相同，省略了对其的详细描述。 

如图13和14所示，根据本发明第三实施例的伸缩轴的阳轴310包含：第一花键311，沿轴向方向形成在阳轴的外周上；第一花键槽，位于相邻第一花键311之间；第三防脱轨突出部312，沿径向形成在阳轴310的中部的外周面上；第三固定槽313，形成在第三防脱轨突出部312的一侧；以及第四防脱轨突出部314，位于第一花键311的、与第一花键311相反方向的一个端部的外周面上。 

根据第三实施例的伸缩轴的板簧320包括延伸到第三固定槽313且由固定环330a固定的一个端部以及设置在第四防脱轨突出部314中且由固定环330b固定的另一个端部。 

与使用固定在固定槽的固定环和止动板来防止板簧和滚珠脱轨的第一实施例不同，第三防脱轨突出部312和第四防脱轨突出部314用作限制滚珠沿轴向方向的运动的止动件。 

优选使用旋压工艺形成根据第三实施例的阳轴310的第四防脱轨突出部314。 

旋压工艺是制作锥形容器的工艺或者使容器的入口收窄的工艺。旋压工艺通过将预定框架安装在旋压车床的旋转轴，放置和旋转圆形原料到框架，并将杆或辊子推到原料来形成原料的形状。 

旋压工艺可以使用小尺寸的设备来制作大产品且可以容易地形成收窄的入口。 

再者，可以通过顶锻工艺以及旋压工艺来执行相同的工艺。顶锻工艺是一种这样的工艺，其通过使用锤来敲打诸如螺栓或铆钉的轴的端部而形成粗短产物。 

如图13所示，中心槽319形成在阳轴310的每个端部的中心，且阳轴310的两个端部使用中心槽319来固定。随后，阳轴310基于以轴向方向为中心来旋转并沿粗箭头方向施压，如图14所示由此在阳轴310的端部形成第四防脱轨突出部314。 

在旋压工艺之后，图16的板簧320设置在阳轴310的花键槽。如图15所示，板簧320的一个端部延伸到第三固定槽313且另一个端部设置在第四防脱轨突出部314内部。随后，板簧320的两个端部由固定环330a和330b固定。 

根据第三实施例的伸缩轴具有阳轴硬度改进的优点，这是因为均具有大的 直径的第三防脱轨突出部312和第四防脱轨突出部314用作限制滚珠沿轴向方向的运动的止动件。 

另外，容易通过固定环330a固定阳轴，这是因为阳轴的第三固定槽313形成处的部分具有大的直径以及固定环330b设置在具有相等直径的第四防脱轨突出部的内部。因此，根据第三实施例的伸缩轴可以容易地组装。 

尽管本发明已经结合特定优选实施例予以描述，显而易见的是，本领域技术人员可以进行各种改变和调整而不背离如下述权利要求中定义的本发明的范围。 

Claims (7)

1.一种伸缩轴，包含：

阳轴，其包括沿轴向方向形成在外周面上的多个第一花键以及沿径向形成在该阳轴的一个端部和中部的外周面上的固定槽和防脱轨突出部；

阴轴，其包括中空部和形成在该中空部的内周面上、对应于多个第一花键的多个第二花键；

多个滚珠，设置在多个第一花键的槽和多个第二花键的槽之间；

板簧，其呈板状且插入多个第一花键槽中；以及

固定环，其连接到该固定槽并围绕该板簧的一个端部以防止该板簧脱轨；

其中，在多个第一花键槽中，形成具有’U’形截面的槽以将该板簧分隔一距离。

2.如权利要求1所述的伸缩轴，其中该板簧包括位于一侧的槽以形成多个滚珠的凹座。

3.如权利要求1所述的伸缩轴，其中多个滚珠的表面用尼龙涂布以减少振动和噪声。

4.一种伸缩轴，包含：

阳轴，其包括沿轴向方向形成在外周面上的多个第一花键；

阴轴，其包括形成在中空部的内周面上、对应于多个第一花键的多个第二花键；

板簧，其呈板状且插入多个第一花键槽中；以及

多个滚珠，设置在多个第一花键的槽和多个第二花键的槽之间；

其中该阳轴包括：第一防脱轨突出部，沿径向形成在中部的外周面上；第一固定槽，形成在该第一防脱轨突出部的、与多个第一花键相反方向的一侧；第二防脱轨突出部，形成在多个第一花键的一个端部的外周面上；以及第二固定槽，形成在该第二防脱轨突出部的外侧上；并且

其中该板簧包括延伸到该第一固定槽且由固定环固定的一个端部以及延伸到该第二固定槽且由固定环固定的另一个端部；

其中，在多个第一花键槽中，形成具有’U’形截面的槽以将该板簧分隔一距离。

5.如权利要求4所述的伸缩轴，其中该第二防脱轨突出部通过轧形工艺形成。

6.一种伸缩轴，包含：具有沿轴向方向形成在外周面上的多个第一花键的阳轴；具有位于中空部的内周面上、对应于多个第一花键的多个第二花键的阴轴；设置在多个第一花键的槽和多个第二花键的槽之间的多个滚珠；以及呈板状且插入多个第一花键槽中的板簧；

其中该阳轴包括：第三防脱轨突出部，沿径向形成在中部的外周面上；第三固定槽，形成在该第三防脱轨突出部的、与多个第一花键相反方向的一侧；以及第四固定槽，沿径向形成在多个第一花键的一个端部的外周面上；并且

其中该板簧包含延伸到该第三固定槽且由固定环固定的一个端部以及由固定环固定在该第四防脱轨突出部的内侧的另一个端部；

其中，在多个第一花键槽中，形成具有’U’形截面的槽以将该板簧分隔一距离。

7.如权利要求6所述的伸缩轴，其中该第四防脱轨突出部通过旋压工艺形成。

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