CN103707918B - 用于机动车辆的转向柱组件 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于机动车辆的转向柱组件。该转向柱组件可包括主转向柱轴、第一管状元件、第一附接特征部和第二附接特征部。第一附接特征部和第二附接特征部可由具有载荷玻璃纤维的注射模制材料（比如尼龙或聚丙烯）制成。第一和第二附接特征部关于主转向柱轴被注射模制。还提供了一种构造用于机动车辆的转向柱组件的方法，其中第一附接特征部和第二附接特征部被注射模制，且关于主转向柱轴定位。

Description

用于机动车辆的转向柱组件
技术领域
本发明涉及用于机动车辆的转向柱。
背景技术
用于机动车辆的传统转向柱包括细长的轴向转向柱轴，其具有第一端部和第二端部。转向柱轴在第一端部处连接到转向轮，在第二端部处连接到尾轴或能量轴。尾轴或能量轴联接到转向连杆和齿轮组件。转向柱轴通过同中心的传动管组件和外支撑杆或转向柱套管环绕。
各种支架安装在套管上，以在附接点处将转向柱牢固地连接到仪表板结构。传统的转向柱、支架和转向柱套管传统地由金属材料制成，且支架典型地通过焊接或类似的金属加工工艺附接到套管。
发明内容
提供了一种用于机动车辆的转向柱组件。转向柱组件可包括具有第一端部和第二端部的主转向柱轴、同中心地围绕主转向柱轴的第一管状构件、第一附接特征部和第二附接特征部。主转向柱轴在其第一端部附近可由第一管状构件同中心地围绕。
主转向柱轴可通过第一附接特征部在其第一端部处与车辆转向连杆和齿轮组件以及转向柱尾轴联接。第一附接特征部可由具有载荷玻璃纤维的注射模制材料(比如尼龙或聚丙烯)制成。第一附接特征部绕主转向柱轴在靠近主转向柱轴第一端部处被注射模制。
主转向柱轴可通过第二附接特征部连接到机动车辆的仪表板结构。第二附接特征部可由具有载荷玻璃纤维的注射模制材料(比如尼龙或聚丙烯)制成。第二附接特征部可绕主转向柱轴被注射模制，且定位在主转向柱轴第一端部和主转向柱轴第二端部之间的中部。
还提供了一种用于构造机动车辆转向柱组件的方法。该方法包括以下步骤：关于具有主转向柱轴第一端部和主转向柱轴第二端部的主转向柱轴装配第一管状构件，并将第一管状构件定位在主转向柱轴第一端部和主转向柱轴第二端部之间；将主转向柱轴和第一管状构件定位在第一模具内，所述第一模具具有配置为限定第一附接特征部且定位在主转向柱轴第一端部附近的模具腔体，并将主转向柱轴和第一管状构件定位在第二模具内，该第二模具具有配置为限定第二附接特征部且定位在主转向柱轴第一端部和主转向柱轴第二端部之间的中部的模具腔体；将高强度的可注射模制材料注入第一模具和第二模具；且模制该高强度的可注射模制材料，以绕主转向柱轴和第一管状构件形成第一附接特征部和第二附接特征部。
本发明的上述特征和优势及其他特征和优势将从用于实施如上所定义的本发明的一些最佳模式和其它实施例的以下详细描述连同附图时显而易见。
附图说明
图1是所提出的转向柱组件的示意透视图。
图2是所提出的转向柱组件的示意性透视图，该转向柱组件在主转向柱轴第一端部处联接转向连杆和齿轮组件以及尾轴或能量轴，在主转向柱轴第二端部处联接转向轮和转向柱护罩。
图3是主转向柱轴和第一管状构件的示意性剖视图，所述主转向柱轴和第一管状构件定位在第一模具内，所述第一模具具有配置为在主转向柱轴第一端部附近限定第一附接特征部且所述主转向柱轴和第一管状构件置于第二模具内的模具腔体，该第二模具具有配置为在主转向柱轴第一端部和主转向柱轴第二端部之间的中部限定第二附接特征部的模具腔体。
具体实施方式
以下描述和附图代表示例性实施例，且仅是基本的说明，不意图限制本发明、本发明的应用或用途。参考附图，其中相同的附图标记在若干幅视图中代表相同或相似的部件，提供一种用于机动车辆的转向柱组件100，并在图1和图2大致示出。
总体地参考图1和图2，转向柱组件100可包括主转向柱轴101、第一管状构件104、第一附接特征部105、和第二附接特征部106。主转向柱轴101可由金属材料形成，比如钢等。主转向柱轴101可具有第一端部102，其可联接到尾轴或能量轴(energy shaft)107。主转向柱轴101可具有第二端部103，其可与转向柱护罩108和转向轮109联接。转向柱护罩108可包括转向柱多功能开关和其中的点火壳体组件(ignition housing assembly)。
参考图1，第一管状构件104可同中心地围绕主转向柱轴101，且可以定位在主转向柱轴第一端部102附近。第一管状构件104可由金属材料形成，比如钢等。第一管状构件104可具有第一管状构件第一端部110和第一管状构件第二端部111。第一管状构件104可联接第一附接特征部105与第二附接特征部106。第一附接特征部105可定位在第一管状构件第一端部110附近。第二附接特征部106可定位在第一管状构件第二端部111附近。
第一附接特征部105可绕第一管状构件第一端部110注射模制。第一附接特征部105可包括第一相对的腿部112和第二相对的腿部113，第一和第二相对的腿部112、113可通过中间弯曲部分114联接。
第一相对腿部112可在其中限定孔115，该孔用于接收第一紧固特征部116。第二相对的腿部113可在其中限定孔117，该孔用于接收第二紧固特征部118。第一紧固特征部116和第二紧固特征部118中的每一个可包括耳轴和垫圈等，用于将主转向柱轴101固定到尾轴或能量轴107。
第一附接特征部105由可注射模制的材料形成，且在第一管状构件第一端部110处绕第一管状构件104被注射模制。注射模制和可注射模制的材料的利用在减少第一附接特征部105的质量的同时保持了性能，并且去除了对于金属部件的装配所必须的附接焊接的复杂性。
第一附接特征部105可由任何高强度的可注射模制材料形成，所述材料可具有长玻璃纤维组分，其中长玻璃纤维被化学地联接到材料基体，并提供良好的强度、硬度和耐性。可注射模制材料可包括载荷玻璃纤维组分，在该可注射模制材料中，基于按体积计量的100份可注射模制材料，所述载荷玻璃纤维组分的含量为从按体积计量的大约40份到按体积计量的大约60份。所述高强度的可注射模制材料可以是高强度的聚合体可注射模制材料。
在一个示例中，第一附接特征部105由尼龙6-6形成，所述尼龙6-6包括载荷玻璃纤维组分，所述载荷玻璃纤维组分在该尼龙6-6中含量为，基于按体积计量的100份尼龙6-6材料，存在从按体积计量的大约40份至按体积计量的大约60份载荷玻璃纤维组分。合适的尼龙6-6材料可在商业上从马萨诸塞州皮茨菲尔德市的SABIC Innovative Plastics获得，其商品名为LNPVerton Compound RV00CESS和LNP Verton Compound RF-700-12EM HS。Verton Compound RV00CESS具有希望的强度、硬度和耐性。Verton CompoundRV00CESS具有根据ASTM D 790标准的18020Mpa的挠曲模量。VertonCompound RV00CESS具有根据ASTM D 638标准的19650Mpa下50mm/min的拉伸模量。Verton Compound RV00CESS具有根据ISO 180/1U标准的80*10*4+23℃下102KJ/m2的无缺口冲击强度，以及根据ISO 180/1A标准的80*10*4+23℃下的54KJ/m2带缺口冲击强度。
在另一示例中，第一附接特征部105由聚丙烯形成，所述聚丙烯包括载荷玻璃纤维组分，所述载荷玻璃纤维组分在该聚丙烯中含量为，基于按体积计量的100份聚丙烯材料，存在从按体积计量的大约40份至按体积计量的大约60份的载荷玻璃纤维。适当的聚丙烯材料可在商业上从新泽西的PortMurray Borealis Compounds有限公司获取，商品名为NepolTMGB402HP。
第二附接特征部106可绕第一管状构件第二端部111装配。第二附接特征部106可包括安装部分122和管状柱杆套管部分119。安装部分122可包括中心部分123，其具有中心部分第一端部132和中心部分第二端部124。中心部分123可在其中限定孔(未示出)，其沿纵向轴线A从中心部分第一端部132向中心部分第二端部124延伸。中心孔(未示出)可配置为接收主转向柱101和第一管状构件104。
安装部分122可包括第一相对的翼状部部分125a和第二相对的翼状部部分125b。相应的第一相对的翼状部部分125a和第二相对的翼状部部分125b中的每一个可具有近端128a、128b和远端129a、129b。第一相对的翼状部部分125a和第二相对的翼状部部分125b可从中心部分123从近端128a、128b向远端129a、129b向外延伸。
相应的第一相对的翼状部部分125a和第二相对的翼状部部分125b中的每一个可配置为将安装部分122固定到车身。相应的第一相对的翼状部部分125a和第二相对的翼状部部分125b中的每一个可在其远端129a、129b处包括紧固平台126a、126b。相应的紧固平台126a、126b中的每一个可由金属材料形成，且可在其中限定孔(未示出)，用于接收至少一个紧固特征部127a、127b，比如螺母和螺栓等。相应的紧固平台126a、126b中的每一个可配置为将转向柱组件100固定到车辆。
第二附接特征部106还可包括管状柱杆套管部分119。管状柱杆套管部分119可具有管状柱杆套管第一端部120和管状柱杆套管第二端部121。管状柱杆套管部分119和安装部分122作为单件的工件整体模制。管状柱杆套管部分119和安装部分122在中心部分第二端部124和管状柱杆套管第一端部120处整体地联接。管状柱杆套管部分119可在其中限定中心孔130，用于保持主转向柱轴101。中心孔130通过管状柱杆套管部分119限定，且沿纵向轴线A从管状柱杆套管第一端部120延伸到管状柱杆套管第二端部121。
第二附接特征部106由可注射模制材料形成，且绕主转向柱轴101注射模制。第二附接特征部106可定位在主转向柱轴第一端部102和主转向柱轴第二端部103之间的中部。注射模制和可注射模制的材料的利用在减少第二附接特征部106的质量的同时保持性能，并且去除了对于金属部件的装配所必须的附接焊接的复杂性。
第二附接特征部106可由任何高强度的可注射模制材料形成。可注射模制材料可包括载荷玻璃纤维组分，在该可注射模制材料中，基于按体积计量的100份可注射模制材料，所述载荷玻璃纤维组分的含量为从大约按体积计量的40份到按体积计量的60份。所述高强度的可注射模制材料可以是高强度聚合体的可注射模制材料。
在一个示例中，第二附接特征部106由尼龙6-6形成，所述尼龙6-6包括载荷玻璃纤维组分，所述载荷玻璃纤维组分在该尼龙6-6中含量为，基于按体积计量的100份尼龙606材料，所述载荷玻璃纤维组分存在从大约按体积计量的40份至大约按体积计量的60份的载荷玻璃纤维。合适的尼龙6-6材料可在商业上从马萨诸塞州皮茨菲尔德市的SABICInnovative Plastics获得，其商品名为LNP Verton Compound RV00CESS和LNP Verton CompoundRF-700-12EM HS。Verton Compound RV00CESS具有希望的强度、硬度和阻抗。Verton Compound RV00CESS具有根据ASTM D 790标准的18020Mpa的挠曲模量。Verton Compound RV00CESS具有根据ASTM D 638标准的19650Mpa下50mm/min的拉伸模量。Verton Compound RV00CESS具有根据ISO 180/1U标准的80*10*4+23℃下102KJ/m2的无缺口冲击强度，以及根据ISO 180/1A标准的80*10*4+23℃下54KJ/m2的带缺口冲击强度。
在另一示例中，第二附接特征部106由聚丙烯形成，所述聚丙烯包括载荷玻璃纤维组分，所述载荷玻璃纤维组分在该聚丙烯中含量为，基于按体积计量的100份聚丙烯材料，所述载荷玻璃纤维组分存在从大约按体积计量的40份至大约按体积计量的60份。适当的聚丙烯材料可在商业上从新泽西的Port Murray Borealis Compounds有限公司获取，商品名为NepolTMGB402HP。
参考图2，第一附接特征部105可将主转向柱轴101与车辆的固定结构联接，比如尾轴或能量轴107以及转向连杆和齿轮组件135。第一附接特征部105可构造为提供绕紧固特征部116、118(显示为耳轴)的枢转运动，以能够实现转向轮109的偏向。
第二附接特征部106可将转向柱组件100固定到车辆。第二附接特征部106定位在主转向柱轴第一端部102和主转向柱轴第二端部103之间的中部。
该转向柱组件100还可在主转向柱轴第二端部103以及第二附接特征部106的管状柱杆套筒部分119的管状柱杆套管第二端部121附近联接到转向柱护罩108。
参考图3，还提供了一种用于构造机动车辆转向柱组件的方法。该方法包括以下步骤：绕具有主转向柱轴第一端部102和主转向柱轴第二端部103的主转向柱轴101装配第一管状构件104，并将第一管状构件定位在主转向柱轴第一端部102和主转向柱轴第二端部103之间；将主转向柱轴101和第一管状构件104定位在具有模具腔体138的第一模具134内，所述模具腔体138构造为限定第一附接特征部105且定位在主转向柱轴第一端部102处，并将主转向柱轴101和第一管状构件104定位在具有模具腔体139的第二模具136内，模具腔体139限定了第二附接特征部106且定位在主转向柱轴第一端部102和主转向柱轴第二端部103之间的中部；将高强度的可注射模制材料注入第一模具134和第二模具136；和模制该高强度的可注射模制材料，以绕主转向柱轴101和第一管状构件104形成第一附接特征部105和第二附接特征部106。
例如通过所述方法注射模制的高强的材料可以是聚合体的可注射模制材料，比如尼龙、聚丙烯等。可注射模制材料可具有载荷玻璃纤维组分。在一个示例性情况中，其中可注射模制材料是尼龙6-6，高强度聚合体材料可具有大约70℃至大约90℃的干燥温度、大约3小时至大约5小时的干燥时间、大约0.10％至大约0.30％的最大含湿量和大约270℃至大约320℃的熔化温度。另外，尼龙6-6材料可在从大约0.15MPa至大约0.45MPa的背压下和以大约25rpm至大约65rpm的注射速度(screw speed)被注射，且在大约90℃至大约120℃的温度下被模制。
为了形成第一附接特征部105和第二附接特征部106而使用高强度聚合体材料，这保持转向柱组件100的性能，同时，相对于由金属部件形成的传统转向柱组件，其令转向柱组件100的总体质量降低高达20％。因而，车辆部分的重量的降低允许车辆整体重量的降低，由此最大化燃料经济性。为了形成和定位第一附接特征部105和第二附接特征部106使用注射模制技术，通过去除用于传统金属部件的形成和装配所必须的附接焊接的复杂性而提高了组装效率。
详细描述和附图或视图支持和描述本发明，但是本发明的范围仅由权利要求限定。尽管已详细描述了用于执行要求保护的发明的最佳模式和其他实施例，存在各种替换涉及和实施例，用于实践限定在所附权利要求中的本发明。

Claims (10)

1.一种用于机动车辆的转向柱组件，包括：
主转向柱轴，具有主转向柱轴第一端部和主转向柱轴第二端部；
第一管状构件，配置为同中心地在主转向柱轴第一端部附近围绕该主转向柱轴；
第一附接特征部，由可注射模制材料制成，且绕第一管状构件在主转向柱轴第一端部附近定位；和
第二附接特征部，由可注射模制材料制成，其具有中心部分，该中心部分限定纵向地穿过中心部分延伸的中心孔，该中心孔配置为接收主转向柱轴，该第二附接特征部绕主转向柱轴定位在主转向柱轴第一端部和主转向柱轴第二端部之间的中部，该第二附接特征部配置为将主转向柱轴安装到车辆。
2.如权利要求1所述的转向柱组件，其中，第二附接特征部进一步包括：
安装部分，具有中心部分、第一相对的翼状部和第二相对的翼状部，所述第一相对的翼状部和第二相对的翼状部从所述中心部分向外延伸；
管状柱杆套管部分，限定穿过管状柱杆套管部分纵向地延伸的中心孔，该中心孔配置为接收主转向柱轴；和
其中第二附接特征部的安装部分和管状柱杆套管部分形成为单个整体部件。
3.如权利要求1所述的转向柱组件，其中第一附接特征部和第二附接特征部中的每一个由聚合物可注射模制材料形成。
4.如权利要求2所述的转向柱组件，其中相应的第一附接特征部和第二附接特征部每一个由可注射模制材料形成，该可注射模制材料中具有载荷玻璃纤维组分，基于按体积计量的100份可注射模制材料，所述载荷玻璃纤维组分的含量为按体积计量的40份到按体积计量的60份。
5.如权利要求4所述的转向柱组件，其中所述可注射模制材料是尼龙6-6。
6.如权利要求5所述的转向柱组件，其中基于按体积计量的100份尼龙6-6材料，该尼龙6-6材料具有按体积计量的60份载荷玻璃纤维组分。
7.一种用于构造机动车辆转向柱组件的方法，包括以下步骤：
提供主转向柱轴和第一管状构件，主转向柱轴具有主转向柱轴第一端部和主转向柱轴第二端部，且第一管状构件，配置为同中心地在主转向柱轴第一端部附近围绕该主转向柱轴；
主转向柱轴装配第一管状构件，并将第一管状构件定位在主转向柱轴第一端部附近；
将主转向柱轴和第一管状构件定位在第一模具内，所述第一模具具有配置为限定第一附接特征部且定位在主转向柱轴第一端部附近的模具腔体，并将主转向柱轴和第一管状构件定位在第二模具内，该第二模具具有配置为限定第二附接特征部且定位在主转向柱轴第一端部和主转向柱轴第二端部之间的中部的模具腔体；
将高强度的可注射模制材料注入第一模具和第二模具；和
模制该高强度的可注射模制材料，以绕主转向柱轴和第一管状构件形成第一附接特征部和第二附接特征部；
其中第一附接特征部通过高强度可注射模制材料和第一模具形成，使得第一附接特征部绕第一管状构件在主转向柱轴第一端部附近定位；和
其中第二附接特征部用高强度可注射模制材料和第二模具形成，使得第二附接特征部绕主转向柱轴和第一管状构件定位在主转向柱轴第一端部和主转向柱轴第二端部之间的中部，其中第二附接特征部具有中心部分，该中心部分限定纵向地穿过中心部分延伸的中心孔，该中心孔配置为接收主转向柱轴和第一管状构件。
8.如权利要求7所述的方法，其中高强度可注射模制材料中具有载荷玻璃纤维组分，在该高强度可注射模制材料中，基于按体积计量的100份高强度可注射模制材料，所述载荷玻璃纤维组分的含量为按体积计量的40份到按体积计量的60份。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述高强度可注射模制材料是尼龙6-6。
10.如权利要求9所述的方法，其中该尼龙6-6材料包括基于按体积计量的100份尼龙6-6材料中的按体积计量的60份载荷玻璃纤维组分。
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