CN103459871A - 用于减振地连接特别是转向臂轴的两个轴分段的耦合器，以及转向臂轴和用于建立相应的耦合的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种耦合器(10)，用于减振地连接两个轴分段(50、52)、优选机动车转向系统的转向臂轴的两个轴分段，其中，所述耦合器(10)具有轴套结构(12)，所述轴套结构具有关于中心纵轴线(A)的径向内轴套(14)和径向外轴套(16)，其中，所述径向内轴套(14)能够与第一轴分段(50)以及所述径向外轴套(16)能够与第二轴分段(56)传递转矩地耦合，其中，在所述径向内轴套(14)与所述径向外轴套(16)之间设置减振层(32)。按照本发明，所述轴套结构(12)在纵轴线(A)的方向上观察具有圆周上的波状轮廓，其中，所述径向内轴套(14)和所述径向外轴套(16)具有相互啮合的波状轮廓，以及所述减振层(32)配有轴向的空隙(34、36)，所述空隙交替地从所述耦合器(10)的两个轴向端部延伸到所述减振层(32)中，从而在所述耦合器(10)的轴向端部上在所述径向内轴套(14)与所述径向外轴套(16)之间形成减振块(44、46)。

Description

用于减振地连接特别是转向臂轴的两个轴分段的耦合器,以及转向臂轴和用于建立相应的耦合的方法
技术领域
本发明涉及一种用于减振地连接两个轴分段、优选机动车转向系统的转向臂轴的两个轴分段的耦合器，其中，耦合器具有轴套结构，轴套结构具有关于中心纵轴的径向内轴套和径向外轴套，其中，径向内轴套与第一轴分段以及径向外轴套与第二轴分段传递转矩地耦合，其中，在径向内轴套与径向外轴套之间设置减振层。
背景技术
此类耦合器在现有技术中是公知的。比如文献EP1260725B2公开了一种此类弹性的联轴器。在该联轴器中，在纵向截面上呈U形的部分压到轴上，该U形部分在U形异型件的内部容纳管状的主体且通过减振层支承该主体。减振层可以根据实施方式(比如之字形)被不同地设计。该耦合器在制造上相对复杂且需要特别是昂贵的轴套结构，尤其是需要采用之字形的减振层时。
DE10225672A1公开了一种联轴器，其中，在内轴套与外轴套之间安装一个个减振层。这些减振层在整个轴向长度上延伸。
JP2007-120592A公开了一种类似的技术方案。
EP1260725B2公开了一种耦合结构，其中，在两个圆筒状的耦合件之间成形的减振层承受剪切应力。此类耦合器不适合传递较高的转矩。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种前述类似的耦合器，其在成本低廉、制造简单的前提下具有有利的减振特性。
该目的通过一种前述类型的耦合器实现，在这种耦合器中，轴套结构在纵轴线的方向上观察具有圆周上的波状轮廓，其中，径向内轴套和径向外轴套具有相互嵌接的波状轮廓，以及减振层配有轴向的空隙，空隙交替地从耦合器的两个轴向端部延伸到减振层中，从而在耦合器的轴向端部上在径向内轴套与径向外轴套之间形成减振块。
按照本发明，轴套结构仅包括一个径向内轴套和一个径向外轴套，其通过相互间互补的波状异型件形成且在其空腔中具有减振层。该减振层不是由贯穿的层组成，而是由一个个减振块形成，减振块在圆周方向上观察交替地设置在径向内轴套与径向外轴套之间的耦合器轴向端部上。由此得到了减振层的在应力方面有利的负荷，而无需将过多的减振材料设置在空腔中。在扭转应力的情况下(如其在转向臂轴中经常出现的那样)，一个个减振块基本上被施加压力，即其在一个个波纹侧边之间被压在一起。根据波纹轮廓的设计上的不同，可以根据所希望的抗扭特性的不同调节或大或小的压应力或切线应力。在轴向上，各减振块仅承受切线应力，其中，得到了相对柔和的轴向特征曲线。不过此类切线应力在转向臂轴中的作用不是主要的。在弯曲情况下，各减振块又根据所希望的抗弯特性主要承受具有或大或小的切线应力分离的压力。还可以调校、即预紧减振层。这如下实现，即减振层被压入空腔或径向外轴套或者还可以压到径向内轴套上。
在安装时，转向臂轴可以通过此类耦合器伸缩，即一个个转向臂轴分段可以相互插入，这简化了安装。在碰撞的情况下，转向臂轴甚至可以完全地伸缩，因为如上所述在轴向负荷时仅承受切线应力且由此在足够大的力的情况下最终从轴套结构在现场被松开且这样允许两个轴分段的相互间的轴向相对运动。
在轴套结构的设计方式可以根据本发明的改进优选地设计，轴套结构在纵轴线的方向上观察具有星形或苜蓿叶形的轮廓。星形或苜蓿叶形的轮廓的优点在于，在内轴套和外轴套上形成相互面对的侧边，通过这些侧边能够在扭转应力下主要传递压力。由此在必要时尽可能减小很难监控的切线应力或剪切应力。此外，此类星形或苜蓿叶形的轮廓的优点还在于，两个轴分段本身在减振层故障时能够足够地保证相互间不发生扭转，从而使得转向臂轴结构能够继续传递转矩。两个轴套可以同心或偏心地通过减振层相互连接。同心的结构应用在机动车领域。偏心的结构可以考虑应用在一般机械制造中的机械支承中。减振层在圆周方向上或者保持厚度相同或者根据两个轴套的相互啮合的异型件的不同具有变化的尺寸。
按照本发明，在一个实施变型中，轴套结构在其初始状态下被设计为一体的构件，其中，径向内轴套与径向外轴套通过至少一个被设计为预设断裂点的连接横板连接，连接横板能够通过径向内轴套与径向外轴套的相对位移被断开。这里实现了轴套结构由塑料制成。
需要说明的是，一个或多个连接横板(其对预设断裂点做出反应)还额外被用作径向止挡，从而能够通过这些连接横板定义径向内轴套与径向外轴套之间的最大的偏转。
根据需要可以将减振块设置在轴套结构的波状轴套之间。优选减振块在径向内轴套与径向外轴套之间分别设置在单个的波纹的侧边的区域中。这里，可以将减振块规则或不规则地设置在限定的区域中。在本发明的一个有利的实施方式中，减振块分别从波谷向波峰延伸。在减振块的此类结构中，通过减振块容纳较大的振动力且传递相应大小的转矩。
此外，在此意义上设置成，减振块在围绕纵轴线的圆周方向上观察在耦合器的一个轴向端部上设置在一个个波纹的向前延伸的侧边上以及在耦合器的另一个轴向端部上设置在一个个波纹的向后延伸的侧边上。换句话说，这表示，减振块在耦合器的一个轴向端部上传递在一个旋转方向上的转矩(压应力)以及在另一个轴向端部上传递在另一个旋转方向上的转矩。
为了避免减振层中的缺口效应，在本发明的改进中设置成，空隙具有倒圆的、与波纹走向相匹配的几何形状。根据各轴套波纹走向和侧边走向的不同，空隙或多或少地直线地设计。此外还可以设置成，空隙在径向上直接延伸到轴套上或者其可替换地为此由减振层的材料所包围，即在轴套上分别有减振层材料在具有较小厚度的空隙的区域中连接。
此外还可以使得空隙在横截面上具有倒圆的、有棱角的、C形的或U形的轮廓。这样，还可以通过空隙的横截面几何形状的设计实现一定的减振表现。比如可以在C形或U形以及冠状横截面几何形状的情况下仅设置被设计为镰刀状的较窄的缝隙作为空隙。该缝隙在按照本发明的耦合器在负荷下承受剪切应力时必要时如下变型，即其部分地减小到“零”的标称尺寸，这导致了减振表现中附加的类似流体静力学的分量。由此可以明显提高构件的抗扭特性。根据间隙几何尺寸的设计不同可以根据所预计的负荷实现可定义的等比级数(Progression)。
在本发明的一个改进中，空隙在轴向上在波纹侧边的一部分或整个高度上延伸。按照本发明还可以设置成，空隙在轴向上在轴套结构的轴向长度的大致三分之二上延伸。由此得到了相对较小的减振材料占耦合器的整个容积的容积比例，这在保持有利的减振特性的情况下导致节省材料和重量。比如减振材料的容积比例为25-33％。
此外，按照本发明还可以使得空隙在轴向上逐渐变细。通过这种措施还可以通过轴向上逐渐变细(圆锥形)的缝隙实现或增大额外的等比级数。这可以附加或可替换于前述空隙的实施方式以较窄的缝隙实现。适当地组合将空隙设计成较窄的缝隙(比如C形)以及在轴向上圆锥形的空隙可以实现了特别有利的递增的耦合表现。
根据制造成本的不同还可以将一个个减振块在轴向上基本上相互间完全分开。在此意义上，当一个个减振块之间在轴向上还保持较薄的、不能支承的表皮或较薄的由减振材料制成的接板时，接板不具有传递转矩或减振的特性。此类在两个减振块之间的较薄的表皮或相应较薄的接板位于耦合器的对立的轴向端部上，因此，按照本发明总是理解为，减振块在功能上相互独立。
在本发明的一个改进中，径向内轴套能够型面配合地压到轴套口上，径向外轴套能够型面配合地容纳在另一个轴套口的容纳部中且能够利用容纳部被压紧。但这还可以通过其他方式实现，比如通过额外的保险构件，比如保险环。
优选的是，减振层由橡胶制成。如上所述，减振层可以被调校，其中，其通过压入经受压力预紧。
本发明还涉及一种制造前述类型的耦合器的方法，包括如下步骤：
提供具有径向内轴套和径向外轴套的轴套结构，
将减振层置入径向内轴套与径向外轴套之间，
从轴套结构的一个轴向侧将具有凸起的冲头状的成型工具且从轴套结构的另一轴向侧将冲头状的互补的成型工具压入减振层，压入方式为，使得减振层配有轴向的空隙，空隙交替地从耦合器的两个轴向端部延伸到减振层中，从而在耦合器的轴向端部上在径向内轴套与径向外轴套之间形成减振块，以及
移除成型工具和互补的成型工具。
本发明还涉及一种特别是用于机动车转向系统的转向臂轴，包括两个相互间传递转矩地耦合的转向臂轴分段以及具有至少一个前述类型的耦合装置。
附图说明
下面，借助于附图示例性阐述本发明。其中，
图1示出了按照本发明的两个转向臂轴分段结构的正视图，这两个转向臂轴分段通过按照本发明的耦合器传递转矩地相互耦合；
图2示出了沿图1中的截面线II-II的侧视图；
图3示出了沿图2中的截面线III-III的侧视图；
图4示出了按照本发明的耦合器的立体图；
图5示出了图4的耦合器的正视图；
图6示出了图5中的耦合器沿截面线VI-VI的截面图；
图7示出了单件视图形式的减振层的正视图；
图8示出了沿图7的截面线VIII-VIII的截面图；
图9示出了轴套结构在初始状态下的正视图；
图10示出了沿图9的截面线X-X的轴套结构的截面图；
图11示出了相应于图10的截面图，但具有松开的预设断裂点；以及
图12-16示出了按照本发明的耦合器的另一个实施方式的视图，其中
图12示出了正视图，
图13示出了沿图12的截面线XIII-XIII的包含轴线的截面图，
图14示出了沿截面线XIV-XIV的横截面图；
图15示出了图14的一部分的放大图以及
图16示出了透视图。
具体实施方式
图1至6示出了按照本发明的耦合器的不同视图，耦合器以附图标记10标出。耦合器包括塑料的轴套结构12，其由两个轴套组成，即径向内轴套14和径向外轴套16。两个轴套14和16如图3、4和5所示具有倒圆的星形外轮廓，或者换句话说具有波状的封闭外轮廓。由此得到了交替的波峰18和波谷20。在波峰18与波谷20之间分别延伸有径向外轴套16上的侧边22以及径向内轴套14上的侧边24。相应地，在波峰18的另一侧又设置相互面对的侧边26、28。基于有规律地设计轴套结构12、特别是内轴套和外轴套14和16，由波谷20、波峰18和相互面对的侧边组成的结构多次重复，在所示的实施例中刚好为六次。
可以看到，波峰18和波谷20分别被设计为倒圆的。两个轴套14和16的尺寸设计为，在两个轴套之间形成宽度为b的空腔30。该宽度b在整个圆周上基本不变。在该空腔30中安装减振层32。该减振层32由橡胶制成。在该减振层32中还在轴向上延伸有空隙34、36。空隙34、36具有高度h，其小于空腔30的宽度b。此外，空隙34、36具有轴向长度l，其大致是耦合器10的轴向长度L的三分之二。这样，在径向上在空隙34和36的两侧保持材料表皮40、42粘附在内轴套14上以及粘附在外轴套16上。
在空隙34、36的各轴向端部上形成减振块44、46。这些减振块44、46将径向内轴套14与径向外轴套16传递转矩地连接起来。如图3、4和5所示，这些减振块44、46分别在定向相同的侧边之间延伸。如果在顺时针上观察图4和图5，则可以看到减振块46分别在波谷20中开始，在两个侧边22与24之间的空腔30中延伸且在波峰18的区域中终止。随后，在侧边26与28之间设置空隙34。随后，相应的结构位于在顺时针方向观察的下一个波谷上。在轴向上相反的一侧，在侧边22与24之间设置空隙36，其中，这里的减振块44在侧边26与28之间延伸。可以看到，减振块44交替地(wechselseitig)设置在波峰、波谷的两侧的侧边之间的轴向端部上。减振块44和46在这里基本上相互独立地设计，即其不通过轴向延伸的接板相互连接。虽然可能在制造中造成较薄的接板或较薄的橡胶表皮保留在空隙34、36的中间区域中，但这些接板或橡胶表皮不具有传递转矩或减振的特性且由此在功能上可以被忽略。
在图7和8中可以看到由橡胶制成的减振层32的各单个部分的单件视图。
图1至3示出了耦合器10如何将两个转向臂轴分段50、52相互连接。转向臂轴分段50在这里同样具有波状或星形的外轮廓且型面配合地压入径向内轴套14中。为了明确地定义轴向位置，设置止挡肩54。相反，轴分段52具有空心的容纳套筒54，该容纳套筒同样具有星形的轮廓。容纳套筒型面配合地容纳径向外轴套16。随后，为了防止滑出，径向外轴套在区域58中被压紧。
图9至11示出了轴套结构12的单件视图。在根据图9和10的初始状态下，径向外轴套16和径向内轴套14通过连接横板60相互耦合。轴套结构12被设计为塑料成型件且以在图9和10示出的方式提供。如果在根据图9和10的状态下向径向内轴套14相对于径向外轴套16施加轴向压力F，则可以断开连接横板60中的预设断裂点且得到根据图11的状态，其中，横板保持在两个断裂分段62和64中。这里断裂分段可以作为被用作径向止挡来限制径向内轴套14与径向外轴套16之间的最大径向偏转。最后，在根据图11的状态下，减振层32被置入两个轴套14和16之间，从而得到根据图5和6的耦合。在置入减振层时，借助于冲头状(kronenartig)的成型工具形成空隙34、36且随后利用空隙形成减振块44、46。
图12至16示出了本发明的另一个实施方式的不同视图。这里，向减振层32中置入U形空隙70，其中，U形横边72沿星形的径向外轴套16延伸且两个U形纵边74、76基本上横向地穿过减振层32延伸。总体上设置六个此类U形空隙70。
在根据图13的截面图中可以看到，空隙70在轴向上圆锥形地逐渐变细，即其内径在轴向上减小。从图14中可以看到，在耦合器的大致中间平面上仅还存在C形的缝隙，如图15详细示出的那样。这些缝隙完全嵌入减振层32的橡胶材料中。
最后，图16示出了透视图。
通过根据图12至16的实施方式，替代体积较大的空腔还可以将较窄的、在轴向上圆锥形逐渐变细的镰刀状的间隙70置入减振层32。这些间隙70在所示出的造型中在由于作用的负荷所产生的扭转应力下必要时如下变型，即这些间隙完全或仅部分地被压缩成为0的标称尺寸。因此，可以额外得到减振表现中的附加的类似流体静力学的分量，其特别是可以明显提高耦合器的抗扭能力。这种效应可以通过轴向上圆锥形延伸的间隙得到增强。
总体上，按照本发明得到了可简单制造的有利的耦合器，其中，通过合适地设计减振块的尺寸有目的性地达到了所希望的转矩传递特性。在扭转应力中，各减振块基本上被施加压力。根据波峰以及波谷的数量的不同可以实现或多或少的压力应力以及或多或少地被减小的切线应力或剪切应力。波峰以及波谷的数量以及侧边的陡度(径向分量)可以根据所希望的抗扭特性来选择。同样，用于减振层的材料及其调校(压力预紧)的选择影响抗扭特性。最后，耦合器在轴向上承受切线应力且相对较软。在弯曲应力的情况下，耦合器又基本上被施加压力，其中，根据刚度的不同还可以允许或抑制不同强度的切线分量。
按照本发明的技术方案得到了可廉价制造的、在轴向上较软的管套管原理上的耦合器，其能够相对简单地安装。通过向减振层置入空隙可以大大节省材料，特别是耦合器中心区域中的材料。已经被证明，在耦合器的中心区域中的减振材料在上述负荷情况下具有对减振和转矩传递相对较小的分量，从而使得能够节省减振材料。

Claims (17)

1.一种耦合器(10)，用于减振地连接两个轴分段(50、52)、优选机动车转向系统的转向臂轴的两个轴分段，其中，所述耦合器(10)具有轴套结构(12)，所述轴套结构具有关于中心纵轴线(A)的径向内轴套(14)和径向外轴套(16)，其中，所述径向内轴套(14)能够与第一轴分段(50)以及所述径向外轴套(16)能够与第二轴分段(56)传递转矩地耦合，其中，在所述径向内轴套(14)与所述径向外轴套(16)之间设置减振层(32)，其特征在于，所述轴套结构(12)在纵轴线(A)的方向上观察具有圆周上的波状轮廓，其中，所述径向内轴套(14)和所述径向外轴套(16)具有相互啮合的波状轮廓，以及所述减振层(32)配有轴向的空隙(34、36)，所述空隙交替地从所述耦合器(10)的两个轴向端部延伸到所述减振层(32)中，从而在所述耦合器(10)的轴向端部上在所述径向内轴套(14)与所述径向外轴套(16)之间形成减振块(44、46)。
2.如权利要求1所述的耦合器(10)，其特征在于，所述轴套结构(12)在纵轴线(A)的方向上观察具有星形或苜蓿叶形的轮廓。
3.如权利要求1或2所述的耦合器(10)，其特征在于，所述轴套结构(12)在其初始状态下被设计为一体的构件，其中，所述径向内轴套(14)与所述径向外轴套(16)通过至少一个被设计为预设断裂点的连接横板(60)连接，所述连接横板能够通过所述径向内轴套(14)与所述径向外轴套(16)的相对位移被断开。
4.如权利要求1-3中任一项所述的耦合器(10)，其特征在于，所述轴套结构(12)由塑料制成。
5.如权利要求1-4中任一项所述的耦合器(10)，其特征在于，所述减振块(44、46)在径向内轴套(14)与径向外轴套(16)之间分别设置在单个的波纹的侧边(22、24、26、28)的区域中。
6.如权利要求5所述的耦合器(10)，其特征在于，所述减振块(44、46)分别从波谷(20)向波峰(18)延伸。
7.如权利要求5或6所述的耦合器(10)，其特征在于，所述减振块(44、46)在围绕纵轴线(A)的圆周方向上观察在所述耦合器(10)的一个轴向端部上设置在一个个波纹的前面的侧边(22、24)上以及在所述耦合器(10)的另一个轴向端部上设置在一个个波纹的后面的侧边(26、28)上。
8.如权利要求1-7中任一项所述的耦合器(10)，其特征在于，所述空隙(34、36)具有倒圆的、与波纹走向相匹配的几何形状。
9.如权利要求1-8中任一项所述的耦合器(10)，其特征在于，所述空隙(70)在横截面上具有倒圆的、有棱角的、C形的或U形的轮廓。
10.如权利要求1-9中任一项所述的耦合器(10)，其特征在于，所述空隙(34、36)在轴向(A)上在波纹侧边(22、24、26、28)的一部分或整个高度上延伸。
11.如权利要求1-10中任一项所述的耦合器(10)，其特征在于，所述空隙(34、36)在轴向(A)上在所述轴套结构(12)的轴向长度(L)的大致三分之二上延伸。
12.如权利要求1-11中任一项所述的耦合器(10)，其特征在于，所述空隙(70)在轴向上逐渐变细。
13.如权利要求1-12中任一项所述的耦合器(10)，其特征在于，一个个减振块(44、46)在轴向(A)上基本上相互间完全分开。
14.如权利要求1-13中任一项所述的耦合器(10)，其特征在于，所述径向内轴套(14)能够型面配合地压到轴套口(50)上，所述径向外轴套(16)能够型面配合地容纳在另一个轴套口(52)的容纳部(56)中且能够利用所述容纳部被压紧。
15.如权利要求1-14中任一项所述的耦合器(10)，其特征在于，所述减振层(32)由橡胶制成。
16.一种制造如权利要求1-15中任一项所述的耦合器的方法，包括如下步骤：
提供具有径向内轴套和径向外轴套的轴套结构，
将减振层置入所述径向内轴套与所述径向外轴套之间，
从所述轴套结构的一个轴向侧将具有凸起的冲头状的成型工具且从所述轴套结构的另一轴向侧将冲头状的互补的成型工具压入减振层，压入方式为，使得所述减振层配有轴向的空隙，所述空隙交替地从所述耦合器的两个轴向端部延伸到所述减振层中，从而在所述耦合器的轴向端部上在所述径向内轴套与所述径向外轴套之间形成减振块，以及
移除所述成型工具和所述互补的成型工具。
17.一种用于机动车转向系统的转向臂轴，包括两个相互间传递转矩地耦合的转向臂轴分段(50、52)，具有至少一个如权利要求1-15中任一项所述的耦合装置(10)。
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