CN104613097A - 滚动元件伸缩式轴组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及滚动元件伸缩式轴组件。提供了一种驱动轴连接，传递扭矩的伸缩式轴组件。该组件包括沿纵向轴线延伸的外部轴构件并限定内孔和内表面。内部轴构件至少部分设置在孔内并且可相对其沿所述轴线伸缩地运动，并限定外表面。滚动元件外槽布置在内表面中，围绕所述轴线分布，并且是起作用的(即用于传递扭矩)。外凹部限定在外槽之间，并限定相邻扭矩传递外槽之间的更短距离。滚动元件内槽被限定在外表面上且围绕所述轴线分布。滚动元件滚动布置在外槽和内槽中，并在轴组件的伸缩运动过程中滚动接合外部轴构件和内部轴构件以减小其之间的摩擦。

Description

滚动元件伸缩式轴组件

相关申请的交叉引用

本申请基于并要求申请号为61/883,518，2013年9月27日提交的，并且标题为“Telescopic Shaft(伸缩轴)”的美国专利申请的权益，其通过引用被并入本文。

技术领域

总体来说，本发明涉及一种用于传递扭矩的轴组件，并且更具体地，涉及一种用于在传动系系统中传递扭矩的伸缩式轴组件。

背景技术

能够传递扭矩的伸缩式轴组件经常作为扭矩传递机构用于传动系系统中。伸缩轴组件通常包括管状外部轴构件和内部轴构件。内部轴构件至少部分设置在外部轴构件内，且可沿纵向轴线相对于外部轴构件移动。伸缩轴组件通常在外部轴构件和内部轴构件之间使用滚动元件以减小其之间的摩擦。

伸缩轴组件的滚动元件通常包括线性轴承且经常包括钢滚子或钢珠。滚动元件构造成在持续传递扭矩的同时，在伸缩轴组件的伸缩运动过程中在外部轴构件和内部轴构件之间滚动。

构造成连接两个恒速接头的伸缩轴是已知的，其中已经添加了过多的滚动元件槽到伸缩轴的外部轴构件上，以使热处理期间的扭曲最小化。然而，只有二分之一或三分之一的槽是起作用的(即用于传递扭矩)。这种构造限制了用于给定扭矩容量的包装紧凑性，一旦已经达到最小连结板(即相邻工作槽之间的部分)，限制了槽之间的弦距离。在一种构造中，其中外部轴构件具有的槽数目是内部轴构件的槽数目的两倍或三倍，内部轴构件中的连结板总是大于外部轴构件中的连结板。

发明内容

根据本发明的非限制性示例性实施例，提供了一种用于连接驱动轴并传递扭矩的滚动元件伸缩式轴组件。轴组件包括沿纵向轴线延伸的外部轴构件，并且限定内孔和内表面。内部轴构件至少部分地设置在外部轴构件的内孔内，并且可沿轴线相对于外部轴构件伸缩地运动，并限定外表面。滚动元件外槽布置在外部轴构件的内表面中并围绕轴线分布，并且所有外槽均是起作用的(即用于传递扭矩)。外凹部被限定在外槽之间，并且限定相邻扭矩传递外槽之间更短的距离。滚动元件内槽被限定在内部轴构件的外表面上且围绕轴线分布。滚动元件被滚动布置在外槽和内槽中，并在轴组件的伸缩运动过程中，滚动接合外部轴构件和内部轴构件，以减小其之间的摩擦。

因此，本发明提供了一种克服紧凑包装限制的滚动元件伸缩式轴组件(即当外部轴构件中存在过多槽并且已经实现最小连结板的时候)。更具体地，轴组件减小相邻工作槽之间的弦距离，其最大化或最优化对于给定扭矩容量的包装紧凑性。轴组件也有成本效益地设计并允许更长的加工寿命，导致更低的或最小化的制造成本。轴组件的较小空间限制和更紧凑的包装还允许汽车制造商的更高的灵活性。由于其较小的质量和较低的转动惯量，轴组件还提高了燃料经济性。

附图说明

被视为本发明的主题在本说明书的总结部分的权利要求书中特别指出并明确要求保护。本发明的上述和其它特征及优点从结合其附图的本发明的非限制性示例性实施例的以下详细描述中将变得明显，其中：

图1是根据本发明的滚动元件伸缩式轴组件的非限制性示例性实施例的透视图；

图2是根据本发明的滚动元件伸缩式轴组件的外部轴构件的非限制性示例性实施例的剖视图；

图3是根据本发明的滚动元件伸缩式轴组件的另一个非限制性示例性实施例的剖视图；以及

图4是根据本发明的滚动元件伸缩式轴组件的另一个非限制性示例性实施例的剖视图。

具体实施方式

本发明在下面进行描述，并参考其具体示例性实施例在附图中示出而不限制本发明。参照附图，相同的附图标记在所有几个视图中指代相应的部件，轴组件一般示出为10。轴组件10是能够连接至驱动轴(未示出)并传递扭矩的滚动元件伸缩式轴组件10。虽然轴组件10可结合到任意合适的装置中，但轴组件10特别适合用作车辆的传动系系统中的伸缩式轴组件。

参照图1，轴组件10包括外部轴构件12以及与外部轴构件12伸缩地接合的内部轴构件14。外部轴构件12沿纵向轴线“A”延伸并限定圆柱形或多瓣形的内表面16(图2)，内表面16限定了以轴线“A”为中心的内孔18。应当认识到的是，外部轴构件12是大致管状的。

参照图2-4，外部轴构件12的内表面16限定了一组布置在内表面16中的纵向滚动元件外槽20。每个外槽20沿轴线“A”延伸并大致与轴线“A”平行设置。因此，外槽20设置成与穿过轴线“A”延伸的平面横向被隔开，并且沿着具有与轴线“A”相同方向的路径延伸。外槽20围绕轴线“A”分布，并且所有外槽20用于传递扭矩，并且因此是起作用的(与其中只有大约二分之一或三分之一的槽可以是起作用的一些已知伸缩轴的外部轴构件相比)。如在以下详细描述的，在实施例的一个版本中，外槽20并不是围绕轴线“A”均匀分布。在图3和图4中，“滚珠圆直径”(BCD)标记为22并且作为参考，以下将作进一步描述。

多个或一组挤压或成型的棱柱形外凹部24围绕轴线“A”分布在相邻外槽20之间。每个外凹部24的几何形状或外形与每个外槽20的几何形状或外形是不同的。在实施例的一个版本中，外凹部24相对于轴线“A”是凹陷的，并且与内孔18平滑接合，而且外槽20是半球形，且相对于轴线“A”是凹陷的。外凹部24的半径比外槽20的半径小。外槽20和外凹部24相对于轴线“A”对称放置。

该组外凹部24分布在外槽20之间并大致与轴线“A”平行地布置。每个外凹部24的几何形状或外形与每个外槽20的几何形状或外形不同。由外凹部24的开口端限定的虚拟平面定位在孔18处。每个外凹部24的长度与每个外槽20的长度类似，在孔18处的外凹部24的宽度比在孔18处的外槽20的宽度小。以此方式，外凹部24允许相邻扭矩传递外槽20之间的距离更短。外槽20之间的距离能够限定为BCD的弦。在实施例的一个版本中，每个外凹部24是棱柱形，且相对于轴线“A”是凹陷的。外凹部24也放置在外槽20的上部与相邻外槽20的上部之间。外凹部24的半径和横截面积比外槽20的半径和横截面积小。外凹部24相对于轴线“A”对称放置。

内部轴构件14至少部分设置在外部轴构件12的孔18内或进入孔18。内部轴构件14还限定了外表面26和纵向轴线“A”，其在轴组件10的“组装”状态下与外部轴构件12的纵向轴线“A”相一致。内部轴构件14还可沿轴线“A”相对于外部轴构件12伸缩地运动。

内部轴构件14的外表面26限定了一组布置在外表面26中的纵向滚动元件内槽28。每个内槽28沿轴线“A”延伸并大致与轴线“A”平行设置。因此，内槽28设置成与穿过轴线“A”延伸的平面被横向隔开，并沿着与轴线“A”和外槽20的每个具有相同方向的路径延伸。内槽28是半球形且相对于轴线“A”是凸起的。内槽28相对于轴线“A”对称放置。由每个外槽20的开口端限定的虚拟平面放置在由相应的内槽28的开口端限定的虚拟平面处，使得相应的外槽20和内槽28互为镜像。相应的外槽20和内槽28一起形成各自的开口30。

轴组件10包括多个滚动元件32——例如，滚珠或滚子——其每个滚动布置在相应的开口30内。滚动元件32在第一轴构件12和第二轴构件24以最小的滑动摩擦的之间的相对轴向运动或伸缩运动的过程中，滚动地接合外部轴构件12和内部轴构件14。

如上所述，多个内槽28能够对应于多个外槽20，其中每个内槽28与相应的外槽20相对布置以形成对。在一个方面，对的数量至少为2。在这种情况下，至少一个滚动元件32滚动布置在每对相对的外槽20和内槽28中。彼此相对布置的槽20和28与将它们连接的相应的滚动元件32形成更高的运动副。

套筒状笼架34能够布置在内部轴构件14的外表面26和外部轴构件12的内表面16之间。笼架34限定了多个径向贯通小口36，相应的滚动元件32接合在小口中并且在外槽20和内槽28的对中的垂直于轴线“A”限定的一组虚拟平面中保持彼此隔开。

具体参照图3，轴组件10以组装状态示出。在轴组件10的所示实施例中，外部轴构件12和内部轴构件14的槽20和28彼此相对布置在相邻两对槽20和28的组中。更具体地说，外凹部24在组之间分布。内部轴构件14限定一组成型的内部棱柱形凹部38，该棱柱形凹部38分布在两个相邻内槽28的组之间。这允许由于热处理而减小扭曲。

具体参照图4，轴组件10以组装状态示出。在轴组件10的所示实施例中，外部轴构件12和内部轴构件14的各自的槽20和28彼此相对地布置在相邻三对槽20和28的组中。

如果外部轴构件12使用限定外部轴构件12内部几何形状的心轴由径向锻造或旋转型锻工艺生产，获得了轴组件10的特别有利的条件。在图2中，如果轴组件10的内部轴构件14由挤出工艺生产，获得了另一特别有利的条件。在图3和图4中，如果两个或三个相邻内槽28的组是由材料去除工艺同时制造，获得了另一特别有利的条件，材料去除工艺使用单一工具来一次去除在两个或三个内槽28中的材料，降低生产成本。

因此，轴组件10克服紧凑包装限制(即当在外部轴构件中存在过多的槽20和已经实现最小连结板时)。更具体地说，轴组件10减小了相邻的起作用槽20之间的弦距离，其最大化或最优化对于给定扭矩容量的包装紧凑性。此外，轴组件10有成本效益地设计并且允许更长的加工寿命，导致更低的或最小化的制造成本。另外，轴组件10的较小空间限制和更加紧凑的包装允许车辆制造商的更高灵活性。而且，因为轴组件10的较小的质量和较低的转动惯量，轴组件10提高了燃料经济性。

虽然本发明已经结合了仅有限数量的实施例被详细地公开，应当容易地理解的是本发明不限于这种实施例。而是，本发明可以被修改以结合任意数量的变型，替换物，替代物或此前未公开的等同布置，而这与本发明的精神和范围相对等。另外地，虽然本发明的各种实施例已经被公开，应当理解的是，本发明的方面可仅包括这些实施例中的一些。因此，本发明不被视为受限于之前公开的内容。

Claims (15)

1.一种用于连接驱动轴和传递扭矩的滚动元件伸缩式轴组件，所述轴组件包括：

外部轴构件，其沿着纵向轴线延伸并限定内孔和内表面；

内部轴构件，其至少部分地设置在外部轴构件的内孔内，可沿着纵向轴线相对于所述外部轴构件伸缩地运动，并且限定外表面；

多个滚动元件外槽，其布置在所述外部轴构件的内表面中，围绕所述纵向轴线分布，并且用于扭矩的传递；

多个外凹部，其被限定在所述外槽之间，并且限定相邻的扭矩传递外槽之间的距离；

多个滚动元件内槽，其被限定在所述内部轴构件的外表面上，并且围绕所述纵向轴线分布；以及

多个滚动元件，其滚动地布置在所述外槽和所述内槽中，并且在所述轴组件的伸缩运动过程中滚动地接合所述外部轴构件和所述内部轴构件。

2.如权利要求1所述的轴组件，其中所述孔基本上以纵向轴线为中心。

3.如权利要求1所述的轴组件，其中所述外部轴构件的内表面是基本上圆柱形和多瓣形中的至少一种。

4.如权利要求1所述的轴组件，其中所述外槽基本上是纵向的，并且布置在所述外部轴构件的内表面的长度部分中，其与纵向轴线基本上平行并且围绕所述纵向轴线均匀分布。

5.如权利要求1所述的轴组件，其中所述外凹部基本上是棱柱形，分布在所述外槽之间，并且基本上与所述纵向轴线平行设置。

6.如权利要求1所述的轴组件，其中所述外凹部在所述孔处的宽度比所述外槽在所述孔处的宽度小。

7.如权利要求1所述的轴组件，其中所述内槽围绕所述纵向轴线分布，并且基本上与所述纵向轴线平行延伸。

8.如权利要求1所述的轴组件，其中多个内槽与多个外槽相对应，每个内槽与相应的一个外槽基本上相对布置以形成对，并且至少一个滚动元件滚动地布置在每个相对的外槽和内槽的对中。

9.如权利要求1所述的轴组件，其中所述轴组件还包括布置在所述外部轴构件的内孔内的笼架，其在内部件的外表面和外部件的内表面之间，并且限定多个径向贯通小口，相对应的滚动元件接合在小口中并且保持彼此隔开。

10.如权利要求9所述的轴组件，其中所述滚动元件在限定在所述外槽和所述内槽中的一组虚拟平面中接合，并且保持彼此隔开。

11.如权利要求10所述的轴组件，其中该组虚拟平面被限定为基本上垂直于所述纵向轴线。

12.如权利要求1所述的轴组件，其中所述外槽和所述内槽在相邻的两对或三对槽的组中围绕所述纵向轴线基本上彼此相对地布置。

13.如权利要求12所述的轴组件，其中所述外凹部分布在所述组之间。

14.如权利要求13所述的轴组件，其中所述内部轴构件限定一组成型的内凹部，所述内凹部分布在相邻内槽的组之间。

15.如权利要求14所述的轴组件，其中所述外槽和所述内槽围绕所述纵向轴线布置，并且所述外凹部和所述内凹部分布在所述组之间。