CN106573642A - 伸缩转向柱组件 - Google Patents

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Abstract

一种伸缩转向柱组件包括：上部和下部罩部分(1、2)，其能够在伸缩调节过程中相对运动；伸缩转向轴(3、4)穿过罩部分(1、2)，并通过至少一个支承轴承组件(7、8)而由罩部分支承，支承轴承组件作用在伸缩转向轴(3、4)的上部部分(4)和罩(2)的下部部分之间，它们在转向组件伸缩调节的过程中彼此相对轴向运动。至少一个支承轴承组件(7、8)包括：第一轴承座圈，其与罩部分(1、2)和转向轴(3、4)分离；弹性垫片(12)，用于施加偏压力，该偏压力的方向沿离开轴(3、4)轴线的径向方向，弹性垫片布置在第一座圈以及下部罩部分(2)和上部轴部分(3)中的一个的相邻面之间；一组轴承件(11)；笼架(10)使得轴承件(11)相对于第一轴承座圈(9)定位。轴承件(11)抵靠在第二轴承座圈上，第二轴承座圈由下部罩部分(2)和上部轴部分(3)中的另一个的表面限定，第二轴承座圈在转向柱组件调节伸长时允许轴承件(11)沿转向柱组件的调节方向滑动或滚转。

Description

伸缩转向柱组件
技术领域
本发明涉及一种改进的转向柱组件。
背景技术
在很多场合下，希望转向柱装置能够伸缩，以便能够调节转向柱的长度。通过使得轴或罩的一部分能够在另一部分上面伸缩运动，能够调节转向组件的伸长程度(reach)。在碰撞中(驾驶员冲撞方向盘)，这还能够允许方向盘运动，通过控制伸缩运动的速率，能够以控制的方式来吸收碰撞中的能量。
在典型结构中，转向柱包括伸缩罩，该伸缩罩有上部和下部管形罩部分。在上部管的顶表面中有狭缝，该狭缝沿上部管的长度的较大部分(通常超过一半)延伸，且该狭缝使得上部管形部分能够通过驾驶员操作的夹持机构而挤压成与下部管形部分牢固接触，该夹持机构环绕所谓的调节夹持螺栓装配。夹持螺栓通常能够在车辆安装的所谓的倾斜托架中的狭槽内沿大致竖直方向滑动，以便使得方向盘能够调节高度。方向盘实际上在绕枢转轴线而定心的圆弧中调节，该枢转轴线通常设计为下部安装装置的一部分，其中，可选的电动力转向(EPS)单元安装在车辆上并在整个柱和EPS组件的下端处。夹持螺栓也穿过在夹持托架中的大致水平狭槽，该夹持托架形成上部管的上部部件，以便允许调节方向盘的伸长程度。
当电动力转向单元包含在柱内时，在普通结构中，上部管(该上部管最接近方向盘)是外部管，而下部管可滑动地布置在上部管内。通常，由在上部柱管的上端处的一个滚珠轴承来支承上部柱轴，还通过与EPS单元的输入轴的有花键的滑动交接面而向下降低。EPS输入轴悬挂在EPS单元的齿轮箱内的两个小间距轴承上。这一对轴(即上部柱轴和EPS输入轴)的抗弯曲性主要依赖于所述滑动交接面的弯曲刚性，因为它必须自由滑动以便允许上部柱伸缩，必须有一些间隙(虽然较小)。支承上部柱轴的这种方法比较经济，但很难实现通常车辆制造商使用的最小自然振动频率目标(通常50Hz)。过去，该目标的目的是减小方向盘由于发动机振动或道路粗糙而引起的摇动。近来，一些车辆制造商还规定了更高的目标，以避免方向盘在自动发动机停止-起动节油策略的操作过程中摇动。
发明内容
本发明的目的是提高例如上述类型的转向柱组件的性能。
根据第一方面，本发明提供了一种伸缩转向柱组件，它包括：上部罩部分；下部罩部分，这两个罩部分能够在伸缩调节过程中沿公共线性通路相对运动；伸缩转向轴，该伸缩转向轴穿过上部罩部分和下部罩部分，并通过至少一个支承轴承组件而由该罩部分来支承，该支承轴承组件作用在伸缩转向轴的上部部分和罩的下部部分之间，它们在转向组件伸缩调节伸长程度的过程中彼此相对沿轴向运动，支承轴承组件在使用中除去在轴和罩部分之间的游隙，否则该游隙将沿与伸缩运动垂直的至少一个方向出现；
其中，该至少一个支承轴承组件包括：
第一轴承座圈，该第一轴承座圈与罩部分和转向轴分离；
弹性垫片，该弹性垫片施加偏压力，该偏压力的方向沿离开所述轴的轴线的径向方向，且该弹性垫片布置在第一座圈以及下部罩部分和上部轴部分中的一个的相邻面之间；
一组轴承件；以及
笼架，该笼架使得轴承件相对于第一轴承座圈定位；
其特征在于：轴承件抵靠在第二轴承座圈上，该第二轴承座圈由下部罩部分和上部轴部分中的另一个的表面来限定，该第二轴承座圈在调节转向柱组件伸长程度时允许轴承件沿转向柱组件的调节方向滑动或滚转。
本发明的装置除去了径向游隙，同时使用可靠和简单装配的轴承组件而以简单的方式来允许所需的伸缩运动。使用弹性垫片使得轴承组件能够向轴承部件施加合适的径向预负载，以便消除间隙。这利用了下列情况：在所关注的振动频率下在柱中产生的径向扰动力相当小。当施加更大的准静态径向力时(例如驾驶员用力地倚靠在方向盘的缘上)，可以暂时允许在轴承内的特定位置产生较小间隙，但是不会导致不希望的振动。通过避免使用较大的径向预负载，在轴承和下部管的孔之间的接触力保持为大致较低。因此，对于轴承的转动和滑动的摩擦阻力也保持较低。
弹性垫片可以通过接触表面的摩擦接合而相对于下部罩部分和上部轴部分中的所述一个而沿轴向固定，或者可以通过限制装置来进行机械限制，该限制装置可以包括一个或多个簧环、凸肩和/或垫圈。
第一轴承座圈可以包括内部轴承座圈，该内部轴承座圈沿径向布置在轴承件和笼架的内部，该轴承件和笼架环绕公共轴线布置，且弹性垫片优选是布置在内部座圈和上部轴部分之间。
因此，第二轴承座圈可以包括下部罩部分的内表面。这可以在内表面的一定长度上有恒定直径，该长度至少等于在调节组件伸长程度的过程中伸缩运动的量。这保证轴承件能够很容易地滚转或滑动，且对于全部伸长位置，均匀的负载施加在轴承件上。
弹性垫片可以包括环形环，该弹性垫片可以用作向轴承施加预负载的偏压装置。它可以是没有间断的连续环。
弹性垫片可以直接作用在第一轴承座圈上，因此可以布置在第一轴承座圈的、与轴承件相对的一侧。
在一种简单结构中，环形环可以包括由可压缩材料制成的环，其在未加载时沿径向具有均匀的厚度，该厚度稍微大于轴承座圈的内表面和上部轴部分的外表面之间的平均间距，因此在使用中所述环可以轻微压缩，从而绕所述内部座圈均匀地施加径向负载。
所述弹性垫片可以选择地包括相互连接的一组周向延伸的弓形部分，它们一起形成包括至少三个周向延伸的弓形部分的环，该弓形部分环绕该环的轴线相互间隔开，并提供了在第一轴承座圈以及下部罩部分和上部轴部分中的所述一个之间的大部分或全部压缩预负载。这样，我们的意思是相互连接的部分在正常使用中向轴承件施加很小预负载或并不施加预负载，且通常只稍微接触轴承座圈或者完全不接触它。
所述环可以是没有端部的封闭环。
当沿径向方向测量时，三个预负载轴承弓形部分可以各自比与它们相互连接的部分更厚，这样，在使用中，与它们相互连接的部分基本不向轴承座圈施加预负载。例如，相互连接的部分可以与这三个部分相比具有减小的径向厚度。
这三个部分可以环绕该环基本均匀地间隔开，这样，在相邻部分的中心之间有近似或精确的120度间距。
承载大部分预负载的这三个部分中的至少两个可以包括相对刚性的不可压缩的部分。例如，它们可以包括弯曲的金属垫，或者任意其它相对不可压缩的垫。在最优选的结构中，只有环绕弹性垫片的周边间隔开的所述至少三个部分中的两个部分是这样。
这些部分中的第三个部分可以包括一个或多个径向延伸的可弹性压缩元件，该可弹性压缩元件由弓形部分来支承，这样，该可压缩元件和支承部分一起在静止时的径向厚度比在第一座圈以及上部轴部分和下部罩部分中的所述一个之间的平均间距更大。
该第三部分可以包括可弹性压缩或者其它可弹性变形的部分，例如橡胶或塑料元件。它可以包括一组径向延伸的脊或棘突或者其它径向延伸的凸起，它们可以压缩或偏转，以便产生力，该力保证两个相对不可压缩的部分总是与轴承件接触并向该轴承件施加预负载。
第三部分可以和与另外两个负载承载部分相互连接的弓形部分形成一体。
可以有多个这样的第三部分，它们各自相互间隔开。当有超过两个时，优选是它们都串联地布置在两个相对不可压缩的部分之间。
在一种结构中，弹性垫片包括环形环，该环形环形成第三部分和连接部分，其中，该两个或更多其它预负载承载部分布置在形成于环中的袋穴内，该袋穴限定所述其它两个负载承载部分。
轴承件可以包括滚珠轴承或滚柱轴承，或者滚珠轴承和滚柱轴承的混合。它们可以布置在笼架中，这样，它们环绕轴承组件沿周向等间距，从而提供了负载的均匀分布。
第一轴承座圈可以包括环，该环有从一侧延伸至另一侧的狭缝，这样，环并不连续，而是有两个相邻端部，该端部稍微间隔开，以便当由弹性垫片施加预负载时能够改变座圈的直径。
轴承座圈可以包括金属条带。
端部可以倾斜，从而产生平滑轴承表面，当方向盘和(因此)转向轴旋转时，轴承件能够环绕该轴承表面滚转或滑动。
附图说明
下面将参考附图通过实例介绍本发明的一个实施例，该实施例如在附图中表示，附图中：
图1是本发明的转向柱组件的实施例的一部分的垂直剖视图；
图2是轴承组件的第一角度投影图以及罩的相邻部分的视图，该轴承组件设置在内部罩和外部罩之间；
图3是分开的内部轴承座圈的第一角度投影图；以及
图4是示例弹性垫片组件的第一角度投影图，该弹性垫片组件将内部座圈固定在内部罩部分上。
具体实施方式
图1提供了转向柱组件的视图，该转向柱组件包括在本发明一个方面的范围内的伸缩结构。转向柱组件包括罩1、2，该罩1、2包括管形上部罩部分1和管形下部罩部分2，它们各自包括柱形管。罩部分1、2可彼此相对运动，其中，上部罩部分1的端部滑动装配在下部罩部分2的端部内。罩1、2包围伸缩转向柱轴3、4。所述轴包括上部轴部分3，该上部轴部分3至少局部包围下部轴部分4，这两个部分通过互补的轴向延伸花键5而连接。上部轴的相对端为锥形，以使得它能够固定在方向盘(未示出)上。下部轴部分4与可选的电动力转向齿轮箱连接，该电动力转向齿轮箱再与车辆的行走轮连接。
上部轴套装在下部轴上，上部轴部分3可运动，而下部轴部分4不可沿轴向运动。类似的，上部的外部罩部分1布置成朝向方向盘，并在下部的内部罩部分2上面滑动。下部罩部分2沿轴向固定在齿轮箱(未示出)上。管形上部罩部分1可以使用夹持机构(只表示了该夹持机构的夹持螺栓5)来固定在车辆的固定部件上，该夹持机构夹持在上部罩部分1的导轨6上。狭缝设置于外部罩中，当夹持组件关闭时，该狭缝关闭，以便使得外部罩部分1夹紧内部罩部分2。
上部柱轴承组件7布置在上部轴3和上部罩部分1的内表面之间。这紧贴地充满空间，并保证轴3牢固地布置在罩1内。
额外的柱轴承组件8设置于内部罩部分和上部轴3之间并在它们交叠的区域中，从而在靠近两个轴部分之间的接头处提供用于轴3、4的支承。在使用中，该额外支承轴承组件8除去游隙(否则将存在游隙)，这增加了整个组件的最小谐振自然频率(与没有支承轴承组件8的相同组件相比)。这能够很受欢迎地改进用户在车辆沿粗糙表面行驶时感受到的NVH(噪音、振动和生硬性)水平。外部罩部分2、支承轴承组件7和轴3、4一起形成在本发明第一方面的范围内的伸缩组件。
为了能够调节罩的长度，内部罩必须自由地相对于外部罩沿轴向运动。为此，支承轴承组件8只是沿轴向固定在轴3的外表面上，并能够相对于下部罩部分2的内表面沿轴向滑动。
支承轴承组件8在图2中更详细地表示，且轴承组件8的部件分别在附图3和4中表示。
额外轴承组件8包括内部轴承座圈9，轴3穿过该内部轴承座圈9。一组轴承滚柱11在形成于内部座圈的朝向外的表面中的轨道内运行，并通过轴承笼架10而保持就位。没有单独的外部轴承座圈，而是轴承滚柱在内部罩部分2的内表面上滚转。轴承滚柱在需要时自由地沿该表面沿轴向滑动，且该表面有给定的平滑光洁度，以便减小在该滑动运动中的摩擦。
轴承组件的内部座圈9包括钢条，该钢条形成环，且该钢条的端部斜接9a，这样，它们一起形成狭窄的分开线，该分开线相对于轴承轴线而成角度。这使得内部座圈能够稍微膨胀或收缩，同时使得滚柱仍然能够环绕它无噪音地前进。下部罩部分的孔在普通制造公差内平滑和精确。因为作用在该轴承上的径向力相对于它的总尺寸总体较小，因此不需要专门使得所述孔的表面硬化。因此，该孔用作轴承的外部座圈，从而保证适合滚柱无损坏地滚转接触和轴向滑动接触。
内部座圈9通过弹性垫片12而固定在上部轴部分1的外表面上。垫片可以是简单的弹性环，该弹性环有内径和外径，该内径在装配之前的松弛状态中稍微小于上部轴1的相应部分的外径，弹性环的该外径在松弛时稍微大于内部座圈的内径。因此，当在装配位置时，该环按压内部座圈离开轴1，从而将滚柱按压成与内部罩部分2接触。
不过，在该实施例中，弹性垫片包括环结构，该环结构包括多个离散但仍然相互连接的弓形部分，这些弓形部分有不同特性。该不同部分的功能是在更少的位置处提供内部座圈的控制的预负载，从而在管理施加给转向轴的预负载和滥用负载(例如当驾驶员费力地在方向盘上向下拉动时)方面给出了更高的性能。
弹性垫片12在图4中表示。它包括三个弓形部分13、14，这三个弓形部分13、14环绕所述环的轴线相互等距地间隔开，并提供了这样的通路，在正常使用中，在第一轴承座圈和上部轴部分之间的全部压缩预负载都横过该通路。
三个弓形部分13、14各自比与它们相互连接的部分沿径向更宽，这样，在使用中，与它们相互连接的部分基本不向轴承座圈施加预负载。如图2中所示，较小间隙存在于这些相互连接部分的外部面和内部座圈之间，因此，在该实例中，它们的功能只是使得三个负载承载部分彼此相对定位。
承载预负载的主要部分的三个部分中的两个部分13包括相对刚性的不可压缩的金属垫。当然，也可以使用其它材料。
第三部分14包括可压缩的橡胶或弹性体垫，该橡胶或弹性体垫在静止时的径向厚度大于在第一座圈以及上部轴和下部罩部分中的一个之间的平均间距。该第三部分14包括在与内部座圈接合的表面上的一组径向延伸的脊或棘突，该脊或棘突弹性压缩和偏转，以便产生力，该力保证使得两个相对不可压缩的部分总是与轴承接触并向该轴承施加预负载。径向脊环绕第三部分的周边延伸。
在该实例中，第三部分与将两个金属垫连接在一起的相互连接部分形成一体。
通过将有肋的第三部分、内部座圈和轴承滚柱的总径向厚度选择得稍微大于下部罩部分的孔的半径，当轴承装配在柱上时，橡胶环的肋压缩。该压缩提供了径向预负载。
在该实例中，有布置在橡胶环中的两个实体弓形插入件13，它们的中心间隔开大约120度。橡胶环的壁厚在它的大部分周边上减小，以便保证只有所述实体插入件提供在轴和内部座圈之间的径向支承，而不是橡胶。第三部分的肋使得轴预负载而与两个实体插入件接触，再接触在内部座圈的内表面上。因此，内部座圈在试图膨胀时将在该插入件附近的滚柱上施加径向预负载。同样，内部座圈压靠在压缩肋附近的滚柱。这时，需要相当大的径向力来沿朝向肋的圆弧的方向作用在轴上以便进一步压缩该肋，从而使得轴失去与两个实体插入件的接触。这种径向力的大小完全超过在方向盘自然频率测试中或在可能激励方向盘的自然振动模式的情况下将遇到的力。对于沿任意方向的较小径向扰动，轴的性能就像它与罩刚性连接一样。

Claims (13)

1.一种伸缩转向柱组件，包括：上部罩部分；下部罩部分，这两个罩部分能够在伸缩调节过程中沿公共线性通路相对运动；伸缩转向轴，该伸缩转向轴穿过上部罩部分和下部罩部分，并通过至少一个支承轴承组件而由该上部罩部分和下部罩部分来支承，该支承轴承组件作用在所述伸缩转向轴的上部部分和所述罩的下部部分之间，它们在伸缩转向柱组件伸缩调节伸长程度的过程中彼此相对地沿轴向运动，所述支承轴承组件在使用中消除在所述轴和该上部罩部分和下部罩部分之间的游隙，否则所述游隙将沿与伸缩运动垂直的至少一个方向出现；
其中，所述至少一个支承轴承组件包括：
第一轴承座圈，所述第一轴承座圈与所述上部罩部分和下部罩部分和所述转向轴分离；
弹性垫片，所述弹性垫片施加偏压力，该偏压力的方向沿离开所述轴的轴线的径向方向，且该弹性垫片布置在第一座圈以及下部罩部分和上部轴部分中的一个的相邻面之间；
一组轴承件；以及
笼架，该笼架使得轴承件相对于第一轴承座圈定位；
其特征在于：所述轴承件支承在第二轴承座圈上，所述第二轴承座圈由下部罩部分和上部轴部分中的另一个的表面来限定，所述第二轴承座圈在转向柱组件调节伸长程度时允许轴承件沿所述转向柱组件的调节方向滑动或滚转。
2.根据权利要求1所述的伸缩转向柱组件，其中：所述弹性垫片通过接触表面的摩擦接合而相对于所述下部罩部分和上部轴部分中的所述一个而沿轴向固定。
3.根据权利要求1或2所述的伸缩转向柱组件，其中：所述第一轴承座圈包括内部轴承座圈，所述内部轴承座圈沿径向布置在所述轴承件和笼架的内部，所述轴承件和笼架环绕公共轴线布置，且所述弹性垫片布置在所述内部座圈和上部轴部分之间。
4.根据前述任意一项权利要求所述的伸缩转向柱组件，其中：所述第二轴承座圈包括所述下部罩部分的内表面。
5.根据前述任意一项权利要求所述的伸缩转向柱组件，其中：所述弹性垫片包括环形环。
6.根据权利要求5所述的伸缩转向柱组件，其中：所述环形环包括相互连接的一组沿周向延伸的弓形部分，它们一起形成包括至少三个沿周向延伸的弓形部分的环，所述弓形部分环绕所述环的轴线相互间隔开，并提供了在第一轴承座圈以及下部罩部分和上部轴部分中的所述一个之间的大部分或全部压缩预负载。
7.根据权利要求6所述的伸缩转向柱组件，其中：当沿径向方向测量时，三个预负载轴承弓形部分各自比与它们相互连接的部分更厚，这样，在使用中，与它们相互连接的部分基本不向所述轴承座圈施加预负载。
8.根据权利要求6或7所述的伸缩转向柱组件，其中：所述三个弓形部分环绕所述环基本均匀地间隔开，这样，在相邻部分的中心之间有近似或精确的120度间距。
9.根据权利要求6、7或8所述的伸缩转向柱组件，其中：承载大部分预负载的这三个部分中的至少两个包括相对刚性的不可压缩的部分。
10.根据权利要求9所述的伸缩转向柱组件，其中：所述三个弓形部分中的第三个部分包括一个或多个沿径向延伸的可弹性压缩的元件，所述可弹性压缩的元件由弓形部分来支承，这样，所述可弹性压缩的元件和支承部分一起在静止时具有一径向厚度，该径向厚度比在第一座圈以及上部轴部分和下部罩部分中的所述一个之间的平均间距更大。
11.根据权利要求6至10中任意一项所述的伸缩转向柱组件，其中：第三部分和与另外两个负载承载部分相互连接的弓形部分形成一体。
12.根据前述任意一项权利要求所述的伸缩转向柱组件，其中：第一轴承座圈包括环，所述环有从一侧延伸至另一侧的狭缝，这样，所述环并不连续，而是有两个相邻端部，所述端部稍微间隔开，以便当由所述弹性垫片施加预负载时能够改变第一轴承座圈的直径。
13.一种伸缩转向柱组件，基本如参考附图所述和如附图中所示。
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