CN103967958A - 万向接头及其与之适配的转向柱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于连接扭矩传输轴（2、11）的万向接头，其带有两个节轭（6、16），每个节轭（6、16）可以被连接至轴（2、11）其中之一，所述轴中的每个限定轴纵向轴线（10、12），并且每个节轭（6、16）带有一对轴承装置（7），所述轴承装置中的每个限定接头轴线（8、9），该万向接头带有接头部件（13），该接头部件（13）被设置于节轭（6、16）之间并带有两对互补的轴承装置（14），其中两个节轭（6、16）以这样的方式通过接头部件（13）相互耦接，该方式涉及轴承装置（7）和互补的轴承装置（14）之间的成对相互作用。至少一个接头轴线（8、9）与相应轴纵向轴线（10、12）围成锐角或钝角（α、β）。本发明进一步涉及一种装配有至少一个此种万向接头的机动车辆转向柱。

Description

万向接头及其与之适配的转向柱

技术领域

本发明涉及一种用于连接机动车辆的扭矩传输轴、尤其是转向柱的万向接头，以及一种与其适配的转向柱。

背景技术

机动车辆中的转向柱以本身已知的方式将转向角和转向扭矩自方向盘传输到转向机构，例如，齿条与小齿轮转向机构。现在通常使用的转向柱在传输路径上带有接头，特别是万向接头或胡克接头，以便于例如允许甚至转向柱连接部的偏移路径。用这种方法，能够实现更短的转向柱部分，并因此从事故的角度来说在安置方面更好，并同样实现对于空间条件的调整。然而，该转向柱的转向传动比在这种情况下一般为方向盘角度的周期函数，导致由转向柱不均匀地传输的并可以以传递函数的方式来描述的旋转运动。

一种已知的实践是在中心转向位置处以快比率或者慢比率设计转向传动比，或者以这样的方式选择转向传动比，即使转向柱的整体不均匀性被最小化。这样的需求以及进一步的需求在例如转向规范SDS-SO-0075中被描述。

DE10012222A1公开了带有转向系统的机动车辆，该转向系统包括转向柱连接部，其中有万向接头，该万向接头利用变化的传动比非均匀地传输转向运动。在输出侧，该转向柱连接部驱动齿条和小齿轮转向机构的小齿轮，在齿条和小齿轮转向机构中的小齿轮和齿条之间的相反地变化的传动比被叠加在接头的变化的传动比上。

在小型客运车辆中，在中心转向位置的更快的比率可以帮助改善转向操纵感，尤其当向前直行时。然而，当牵引拖车时，较慢的转向传动比可以改进车辆的转向性能，例如，特别是在小型卡车的例子中。

然而，对于目前已知的其传输路径中带有常规万向接头的转向柱来说，公知地，由于此种转向柱的传递函数因万向接头的使用而具有180°的周期，存在对传动比的调整的某种限制。由于舒适度的原因，该转向柱的旋转运动的非均匀性应当一直被保持在某一水平之下，以便不会获得不需要的可感觉到的扭矩波动，例如，在停车时。在某些情况下，常规的转向柱的传动比的非均匀性的调整也可在相关转向锁定区域中导致高转向扭矩，这同样也是不希望的。

发明内容

在这样的背景下，本发明将自身的目的设定为提供用于连接机动车辆的扭矩传输轴、尤其是转向柱的万向接头，与现有技术相比，该万向接头显著了加宽该轴——特别是转向柱——的旋转运动的设计传输的范围，并提供了构造有此种万向接头的转向柱。

这些目的通过具有以下特征的万向接头和转向柱来完成。进一步地，本发明的特别有利的实施例在文中公开。

应注意的是，在以下的说明中单独提出的特征可以以任何技术上有意义的方式组合并且产生本发明的进一步实施例。说明书附加地表征和说明了本发明，尤其是结合附图。

依照本发明，一种用于连接机动车辆的扭矩传输轴、尤其是转向柱的万向接头包括两个节轭，其每一个可以被连接至一个轴，所述轴的每一个限定了轴纵向轴线，并且该两个节轭各带有一对轴承装置，每个所述轴承装置限定了接头轴线。

该万向接头进一步包括接头部件，其被设置在节轭之间，并带有两对互补的轴承装置，其中两个节轭以如下方式通过接头部件相互耦接，该方式涉及轴承装置和互补的轴承装置之间的成对的相互作用。在依照本发明的万向接头中，至少一个接头轴线与相应轴纵向轴线围成锐角或钝角，其中在接头轴线和相应轴纵向轴线之间的锐角或钝角在不同情况下在量值上从直角（接近90°）偏离小于约10°。

锐角为小于90°的角，反之，钝角为大于90°的角。因此，依照本发明的万向接头的至少一个接头轴线从不与相应轴纵向轴线形成直角（90°）。该相应轴纵向轴线为被连接至节轭的轴的纵向轴线，该节轭限定接头轴线。如以下更详细地解释的，这给出了具有含360°周期的传递函数的万向接头，从而，与常规万向接头相比，在不会增加根据本发明的万向接头所占用的安装空间的情况下，给出了对于按照本发明的万向接头的全新的设计可能性。

依据本发明的有利的实施例，每一对互补的轴承装置限定轴承轴线，并且所述轴承轴线以直角相交，即，接近90°。本发明可选择的实施例假设每一对互补的轴承装置限定轴承轴线并且所述轴承轴线以锐角或钝角相交。

本发明的另一有利实施例假设每一互补的轴承装置包括轴承轴颈以及每一轴承装置包括轴承开口，该轴承开口在每种情况下接收轴承轴颈中的一个。

依照本发明的用于机动车辆的转向柱包括至少两个转矩传输轴，该至少两个转矩传输轴可以由万向接头相互连接，其中，根据以上描述的实施例中的一个设计该万向接头。

附图说明

本发明的进一步的有利的细节和效果将参照附图中所示的说明性实施例在以下更详细地说明，其中：

图1所示为现有技术的转向柱的一部分的透视侧视图，

图2所示为拆解的现有技术的万向接头的透视侧视图，

图3所示为图2所示的现有技术的万向接头在装配状态下的侧视图和几何视图，

图4所示为按照本发明的万向接头的侧视图和几何视图，

图5所示为旨在说明装配有根据本发明的万向接头的转向柱的动作的第一图表，以及

图6所示为旨在说明装配有根据本发明的万向接头的转向柱的动作的第二图表。

其中：1转向柱、2轴、3万向接头、4万向接头、5节轭、6节轭、7轴承装置，轴承开口、8接头轴线、9接头轴线、10轴纵向轴线、11轴、12轴纵向轴线、13接头部件、14互补的轴承装置，轴承轴颈、15万向接头、16节轭、17接头轴线、18第一曲线、19第二曲线、20第一曲线、21第二曲线、22直线向前位置范围、23机动范围、24转向锁定范围、α锐角、β钝角、ψ倾角。

具体实施方式

在不同的附图中，相似的部件在各种情况下被规定有相同的附图标记，并因此所述部件总体上仅进行一次描述。

图1所示为现有技术转向柱1的一部分的透视侧视图。所示的转向柱部分包括扭矩传输轴2，该扭矩传输轴2的轴向端被连接至各自的常规现有技术的万向接头3和4。在图1中说明的该转向柱部分以本身已知方式被用于将由方向盘（图1未示出）作出的转向运动传输到转向机构（同样未示出），例如，齿条和小齿轮转向机构。

为此目的，方向盘经由例如另外的轴（图1中未示出）被连接至图1所示的上部万向接头3的节轭5，以及转向机构的输入侧被连接至图1所示的下部万向接头4的节轭5。该转向机构的输出侧以本身已知的方式通过例如转向连杆来连接至车辆的可枢转的车轮，以确保通过方向盘将车辆的驾驶者作出的转向输入经由转向柱和转向机构传输到车轮。根据需求，该转向柱1可以包括一个或更多的图1中所示的转向柱部分。

该万向接头3和4使转向柱连接的偏移路径成为可能，从而使实现例如更短并因此从事故的角度来说在安置方面更有利和更好的转向柱部分成为可能，并同时使实现对空间条件更好的调整成为可能。然而，将两个轴相互连接的万向接头的旋转运动的传递函数高度依靠于万向接头的偏转角度。总体上，通过万向接头的从一个轴到另一个轴的旋转运动传输的不均匀性随着更大偏转角度而增加。

从图1可以进一步的看到，该万向接头3和4中的每个带有两个节轭5和6。图1所示的节轭5、6中的每个具有轴承开口形式的一对轴承装置7，其中，图2中可以清楚地看到，每对轴承装置7或轴承开口各自限定接头轴线8和9，在图2中通过示例的方式以拆分的透视侧视图示出了万向接头3。如图2同样可以看出，轴2限定了轴纵向轴线10，且在图2中连接至节轭5的轴11限定相应的轴纵向轴线12。

在图2中所示的万向接头3的拆分状态下进一步能够看到设置在节轭5和6之间的接头部件13，所述部件进而具有轴承轴颈形式的两对互补的轴承装置14。在万向接头的组装状态下，该节轭5和6的轴承装置7或轴承开口7与互补的轴承装置14或轴承轴颈14成对地相互作用，其结果是节轭5和6通过接头部件13被互相耦接。如图2可以进一步看到，现有技术的万向接头3的接头轴线8和9中的每个与各自相应的轴纵向轴线12和10形成直角。此外，该接头轴线8和9以及轴纵向轴线10和12全部在万向接头3的组装状态下在单点处相交。

每一对互补的轴承装置或轴承轴颈14限定轴承轴线（图2未具体示出）。该轴承轴线相当于轴承轴颈14的各自的纵向轴线。

图3所示为图2所示的万向接头3处于组装状态下的侧视图（上图）和几何视图（下图）。明显地，在万向接头3的组装状态下，由轴承轴颈14限定的接头部件13的轴承轴线与由节轭5和6限定的接头轴线8和9相重合。此外，该接头部件13的轴承轴线在现有技术的万向接头3中以直角相交，即，接近90°，其已经在图2中清楚的示出。因此，在图3中所示的现有技术的万向接头3的接头轴线8和9同样也以直角相交。此外，如已经提到的，万向接头3中的轴纵向轴线10和12也分别与相应的接头轴线8和9形成直角。

根据轴纵向轴线12和10相互围绕的偏转角度，例如轴11中存在的恒定的旋转速度通过万向接头3被非均匀地传输至轴2。该旋转速度的传递函数为非线性函数，其实质上取决于轴11的旋转角度以及轴11和2之间的偏转角度。在图2和3所示的现有技术的万向接头3的情况下，传递函数带有180°周期的旋转角度。这就意味着在轴11的半转（180°）之后的传递函数的特性再次精确地相同并在每180°的旋转后被重复。

因此，如图1所示，转向柱通常带有两个或更多的万向接头并因此带有数个扭矩传输轴，单独的转向柱部分的角取向可以被用于影响转向柱的总传递函数。例如，一个目标可以是最小化转向柱的总传递函数的非均匀性或者将转向机构配置为在转向机构的中心位置——即，当车辆向前直行时——上具有快比率或慢比率。然而，由于现有技术的万向接头的传递函数的180°周期，这种调整存在限制。

图4示出了依照本发明的万向接头15的侧视图（上图）以及几何视图（下图）。由于带有不同种类的节轭16，万向接头15实质不同于图3所示的万向接头3。与万向接头3的节轭5类似地，节轭16具有一对轴承开口（图4未示出）形式的轴承装置，但是这对轴承装置限定了接头轴线17，该接头轴线17在附图的平面中相对于节轭5的接头轴线8倾斜角ψ。另一方面，图4所示的万向接头15的说明性实施例中的接头轴线9相对于图3所示的万向接头3没有改变。轴承轴颈形式的两对互补的轴承装置14同样也形成了图2所示的接头部件13，节轭16和6借助该接头部件可以以铰接形式彼此耦接。

由于接头轴线17的倾斜，依照本发明的万向接头15的接头轴线17与轴纵向轴线12围绕锐角α或钝角β（根据视图）。

由于接头轴线17相对于现有技术中已知的万向接头3的接头轴线8倾斜了角ψ，依据本发明的万向接头15的传递函数进一步带有360°的周期，其叠加在常规的万向接头的180°周期上。这就意味着依照本发明的万向接头15的传递函数的特性仅在360°完全旋转之后重复。

在图4下图中，线段M-C垂直于由A、M和B形成的平面，所述平面在以下以平面A-M-B来指代。B’位于平面A-M-B上。线段M-C从而垂直于线段M-B并垂直于线段M-B'。通过将点B围绕线段M-C旋转角ψ来得到点B'。在以上说明中，该平面A-M-B位于图4的绘图平面上。线段M-B指示图3所示的常规万向接头3的接头轴线8的方向，然而线段M-B’指示图4所示的依照本发明的万向接头15的接头轴线17的方向。

图5所示为旨在说明装配了至少一个依照本发明的万向接头的转向柱的动作的第一图表。横坐标上标示了-360°到360°的旋转角度。转向柱的总体传动比在纵坐标上被标示。在第一曲线18中，图5中示出的图表显示了在直线向前位置或转向柱的中心位置（接近0°）具有快速转向传动比的转向柱结构。带有转向传动比的360°非均匀传递函数的所述转向柱的可能的第二结构由第二曲线19来代表。如图5中所能看到的，与曲线18相比，曲线19的快速转向传动比可以在0°的直线向前位置附近的显著更宽的角度范围内实现。此外，与曲线18相比，在整个角度范围内减少了曲线19中的扭矩波动，并且按照曲线19的结构对非对称更不敏感（平行于横坐标的曲线19的转移）。另一方面，利用根据曲线19的转向柱结构，还可以容许总体传递函数的更大的非均匀性，以便以此方式可以在直线前向位置上实现甚至更快的比率。

利用依照本发明的万向接头在转向柱的直线前向位置上实现慢速转向传动比这样正相反的情况是可能的，如可以用来促进例如小货车在牵引拖车时改善其转向性能。

总的来说，凭借在转向运动的传递函数中引入所述接头的360°的非均匀性，转向柱的设计上的可能性可以通过使用依照本发明的万向接头被显著增加。

在一些应用中，例如，在运动型车辆中，为了例如更好的机动性，需要与转向柱的直线前向位置偏离的快速转向传动比，而同时，直线前向位置的转向传动比应当位于预定目标范围内。图6示出这样的情况，第二图表被示出以说明装配有至少一个按照本发明的万向接头15的转向柱的动作。在图6中说明的曲线20代表在未使用本发明的万向接头的情况下相对于标示在横坐标上的旋转角度的转向柱的总体传动比（纵坐标），而曲线21代表在转向柱连接处使用了至少一个按照本发明的万向接头时的转向柱的总体传动比。可以清楚的看到，曲线21表示在直线前向位置范围22中具有“非颠簸”转向传动比（慢转向传动比）的转向柱的结构，同时车辆的快速机动性（快速转向传动比）在机动范围23中可用。在转向锁定范围24中，转向传动比再次提升，由于此原因，在这个范围内有利地能够降低转向扭矩辅助系统的需求。

在此处描述的按照本发明的万向接头的所有实施例中，该锐角α或钝角β在量值上与直角相差至多10°，其中示例性的转向柱具有依照本发明的至少一个上部和一个下部万向接头（以如图1所示的相似的方式）。

在其他应用中，其中转向柱的重心位于转向柱的旋转轴线的外部，带有360°周期的不必要的扭矩波动可以被测量。通过按照本发明的万向接头，其同样带有360°的周期，甚至可能在按照本发明的万向接头的辅助下补偿转向柱中的这种不需要的非均匀性。

以上描述的按照本发明的万向接头不限于在此公开的实施例，并且也包括具有相同作用的另外实施例。具体地，本文所示的依照本发明的一个（第一）节轭的接头轴线的倾斜也可能在其他（第二）节轭上。与本文所述的接头部件的轴承轴线的直角取向相比，接头部件的轴承轴线的倾斜也是可以想到的。

在优选实施例中，按照本发明的万向接头被用于连接机动车辆的扭矩传输轴，特别是转向柱。

Claims (5)

1.一种用于连接扭矩传输轴（2、11）的万向接头，其具有两个节轭（6、16），每个节轭（6、16）被连接至轴（2、11）中的一个，所述轴中的每个限定轴纵向轴线（10、12），并且每个节轭（6、16）带有一对轴承装置（7），所述轴承装置中的每个限定接头轴线（8、9），该万向接头还带有接头部件（13），该接头部件（13）被设置于节轭（6、16）之间并带有两对互补的轴承装置（14），其中两个节轭（6、16）通过接头部件（13）以这样的方式相互耦接，该方式涉及在轴承装置（7）和互补的轴承装置（14）之间的成对相互作用，其特征在于，至少一个接头轴线（8、9）与相应的轴纵向轴线（10、12）围成锐角或钝角（α、β），并且在所有情况下锐角（α）或钝角（β）在量值上从直角10°偏离不多于约10°。

2.如权利要求1所述的万向接头，其特征在于，每对互补的轴承装置（14）限定轴承轴线，并且所述轴承轴线以直角相交。

3.如权利要求1所述的万向接头，其特征在于，每对互补的轴承装置（14）限定轴承轴线，并且所述轴承轴线以锐角或钝角相交。

4.如前述权利要求其中一项所述的万向接头，其特征在于，每个互补的轴承装置（14）包括轴承轴颈，并且每个轴承装置（7）包括轴承开口，该轴承开口在所有情况下接收轴承轴颈中的一个。

5.一种用于机动车辆的转向柱，其具有至少两个转矩传输轴（2、11），该至少两个转矩传输轴（2、11）可以通过万向接头（15）相互连接，其特征在于，根据前述权利要求其中一项设计万向接头（15）。