CN106627734B - 转向管柱的芯轴组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种转向管柱的芯轴组件，该芯轴组件包括：芯轴下段；芯轴上段，所述芯轴上段的下端套设在所述芯轴下段的上端，所述芯轴上段的内周面与所述芯轴下段的外周面之间限定有至少一个安装槽；多个球体，多个所述球体设在所述安装槽内且每个所述球体分别止抵在所述芯轴下段的外周面和所述芯轴上段的内周面之间；弹性件，所述弹性件止抵在所述芯轴上段和所述芯轴下段之间，所述弹性件沿所述芯轴上段的轴向可发生伸缩变形。根据本发明实施例的转向管柱的芯轴组件可以更大程度的降低碰撞对驾驶员的伤害，同时芯轴组件在溃缩时可以吸能，无需额外设置吸能机构，结构更简单，溃缩吸能性好。

Description

转向管柱的芯轴组件

技术领域

本发明涉及车辆技术领域，更具体地，涉及一种转向管柱的芯轴组件。

背景技术

在汽车发生正面碰撞时转向管柱及方向盘对驾驶员造成的损伤占驾驶员损伤的46％，在GB11557中也有对转向系统对驾驶员伤害的规定，因此转向系统碰撞安全设计非常关键。转向管柱可以通过溃缩和吸能两方面作用来达到减少碰撞时对驾驶员的伤害。但是，转向管柱的结构存在这样或那样的缺点，结构设计并不理想，仍有待于改进。

发明内容

本申请是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识作出的：

在相关技术中，为减少碰撞时对驾驶员造成的伤害，转向管柱可以通过溃缩和吸能两方面作用来实现。其中，溃缩是通过管柱两段芯轴的输入轴通过配合的花键沿着输出轴来实现，吸能则是通过在管柱安装板上增加撕裂带或者内外护管通过铆点配合来实现。

首先，对于溃缩而言，转向管柱芯轴两段的连接方式采用注塑花键连接，其主要有两种形式。一种是在注塑结构的芯轴上段的金属内花键和十八齿注塑花键套的尼龙外花键连接，十八齿注塑花键套的尼龙内花键与注塑结构芯轴下段的金属外花键连接，从而起到将力矩从注塑结构芯轴上段传递到注塑结构芯轴下段，由于在芯轴两段滑动过程中都金属与非金属接触，可以降低滑动摩擦力，一定程度上减少碰撞时管柱及方向盘对驾驶员胸部的伤害。另外一种是芯轴上段通过模具锻造成型出一个金属内花键，芯轴下段通过包胶注塑工艺注塑出一个尼龙外花键，通过金属内花键和尼龙外花键来起到传力和一定程度上减小碰撞时的滑动摩擦力。

本申请的发明人发现这些结构会存在如下问题：

(1)由于注塑花键连接结构强度低，能够传递的扭矩较小，并且上下芯轴发生的是滑动摩擦，所以不利于减少碰撞时对人体的胸部的伤害；

(2)在汽车的生命周期周期中，需要完成几十万次乃至上百万次的换向动作，尼龙等塑料制品也容易磨损，所以这种注塑花键连接结构的芯轴很容易产生摩擦间隙，加之又没有间隙补偿措施，转向系统很容易产生噪音及手感不良问题且该间隙不会被消除，并且在一些极限工况下如逆向冲击，很容易将花键齿破坏。

(3)这种花键连接结构也没有吸能功用，管柱需要额外增加吸能机构，不利于减少零件数量和减少生产节拍。例如，在转向管柱的上护管上设置翻边，翻边与转向管柱下护管过盈配合，溃缩时通过翻边与转向管柱下护管的摩擦来起到吸能作用。

有鉴于此，本申请的发明人对转向管柱的结构进行了改进，使转向管柱的上下芯轴的摩擦方式改变，并且转向管柱自身具有吸能功能，无需额外设置吸能机构，并且能更大程度的减小碰撞时对人体的伤害。

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提出了一种转向管柱，所述转向管柱在发生碰撞时能够溃缩和吸能，更大程度的减小对人体的伤害。

根据本发明实施例的转向管柱的芯轴组件，包括：芯轴下段；芯轴上段，所述芯轴上段的下端套设在所述芯轴下段的上端，所述芯轴上段的内周面与所述芯轴下段的外周面之间限定有至少一个安装槽；多个球体，多个所述球体设在所述安装槽内且每个所述球体分别止抵在所述芯轴下段的外周面和所述芯轴上段的内周面之间；弹性件，所述弹性件止抵在所述芯轴上段和所述芯轴下段之间，所述弹性件沿所述芯轴上段的轴向可发生伸缩变形。

根据本发明实施例的转向管柱的芯轴组件可以更大程度的降低碰撞对驾驶员的伤害，同时芯轴组件在溃缩时可以吸能，无需额外设置吸能机构，结构更简单，溃缩吸能性好。

另外，根据本发明上述实施例的转向管柱的芯轴组件还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述弹性件为弹簧片，所述弹簧片包括多个，多个所述弹簧片沿所述芯轴上段的周向间隔开设置。

根据本发明的一个实施例，所述安装槽包括多个，多个所述安装槽沿所述芯轴上段的周向间隔开布置，每个所述安装槽分别沿所述芯轴上段的轴向延伸。

根据本发明的一个实施例，所述芯轴下段包括下段本体和多个导轨座，所述下段本体的外周面上设有多个凹槽，多个所述导轨座分别设在对应的所述凹槽内，每个所述导轨座上设有沿所述下段本体的轴向延伸的第一导轨，所述芯轴上段的内周面上设有多个第二导轨，每个所述第一导轨与对应的第二导轨配合形成所述安装槽。

根据本发明的一个实施例，所述弹簧片设在所述凹槽内且位于所述导轨座与所述下段本体之间，所述弹簧片的下端插设在所述下段本体内且上端止抵在所述芯轴上段上。

根据本发明的一个实施例，所述芯轴上段包括上段本体和压环，所述上段本体的下端的内周面上设有所述第二导轨，所述压环设在所述上段本体内且位于所述第二导轨上方，所述弹簧片的上端止抵在所述压环上。

根据本发明的一个实施例，所述弹簧片在所述芯轴上段的轴向上呈波纹形延伸。

根据本发明的一个实施例，所述芯轴下段还包括限位环，所述限位环与所述下段本体相连且套设在多个所述弹簧片上，每个所述弹簧片上设有定位部，所述导轨座止抵在所述定位部与所述限位环之间。

根据本发明的一个实施例，所述凹槽内设有定位筋，所述弹簧片与所述定位筋配合相连。

根据本发明的一个实施例，所述球体为钢球，所述芯轴上段和所述芯轴下段分别为金属件。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是根据本发明实施例的转向管柱的芯轴组件的分解结构示意图；

图2是根据本发明实施例的转向管柱的芯轴组件的下段本体的结构示意图；

图3是根据本发明实施例的转向管柱的芯轴组件的导轨座的结构示意图；

图4是根据本发明实施例的转向管柱的芯轴组件的上段本体的结构示意图；

图5是根据本发明实施例的转向管柱的芯轴组件的弹性件的结构示意图。

附图标记：

芯轴组件100；

芯轴下段10；凹槽101；第一导轨102；安装孔103；下段本体11；导轨座12；第一座体121；第二座体122；限位环13；定位筋14；

芯轴上段20；上段本体21；压环22；第二导轨201；

球体30；

弹簧片40；定位部41。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图详细描述根据本发明实施例的转向管柱的芯轴组件100。

参照图1至图5所示，根据本发明实施例的转向管柱的芯轴组件100可以包括芯轴下段10、芯轴上段20、弹性件和多个球体30。

芯轴上段20的下端可以套设在芯轴下段10的上端，芯轴上段20的内周面与芯轴下段10的外周面之间限定有至少一个安装槽。也就是说，芯轴上段20与芯轴下段10套设相连，芯轴上段20的下端的内周面与芯轴下段10的上端的外周面之间限定有安装槽，安装槽的数量至少为一个。

多个球体30可以设在安装槽内并且每个球体30分别止抵在芯轴下段10的外周面和芯轴上段20的内周面之间。由此，多个球体30可以在周向上定位芯轴上段20和芯轴下段10的位置，使得芯轴上段20可以通过多个球体30将转向力矩传递至芯轴下段10，当芯轴上段20在车辆方向盘的带动下转动时，芯轴下段10可以实现转动。同时，当芯轴组件100因碰撞发生溃缩变形时，芯轴上段20与芯轴下段10之间为滚动摩擦，摩擦力比相关技术中的滑动摩擦力更小，芯轴组件100更易于溃缩，能最大程度的降低对驾驶员的胸部伤害。

弹性件可以止抵在芯轴上段20和芯轴下段10之间，弹性件可以沿芯轴上段20的轴向发生伸缩变形。由此，当芯轴组件100发生溃缩变形时，弹性件可以沿芯轴上段20的轴向发生收缩变形而吸能，使芯轴组件100可以具有吸能功能，从而无需额外的设置其他吸能机构。

由此，根据本发明实施例的转向管柱的芯轴组件100，通过在芯轴上段20与芯轴下段10的连接处设置安装槽并将多个球体30设在安装槽内，在保证芯轴组件100正常传力的同时可以更大程度的降低碰撞对驾驶员的伤害，同时设置的弹性件可以在芯轴组件100溃缩时吸能，使芯轴组件100无需额外设置吸能机构，结构更简单，溃缩吸能性好。

可选地，球体30可以为钢球，芯轴上段20和芯轴下段10分别可以为金属件。由此，芯轴组件100溃缩时，发生摩擦的部分都是金属接触，与相关技术中的非金属接触相比，本发明的结构传递的扭矩要大至少几十N.M，传递的扭矩更大。

其中，球体30的直径可以由芯轴组件100的直径以及要求的传力力矩决定，每个安装槽内的球体30的具体数量可以根据安装槽的长度确定，安装槽的长度可以根据芯轴组件100在整车中的布置长度以及溃缩距离决定。

如图1所示，弹性件可以为弹簧片40，例如，弹簧钢片，弹簧片40可以包括多个，多个弹簧片40可以沿芯轴上段20的周向间隔开设置。由此，多个弹簧片40可以在芯轴组件100溃缩时同时吸能，吸能性能更好，芯轴组件100变形更均匀。

可选地，安装槽可以包括多个，多个安装槽可以沿芯轴上段的周向间隔开布置，每个安装槽分别沿芯轴上段20的轴向延伸，每个安装槽内可以分别设置多个球体30，多个球体30沿芯轴上段20的轴向排列。由此，能够更好地保证芯轴组件100的传力，而且芯轴组件100更易于沿芯轴上段20的轴向发生溃缩变形，能够更大程度的降低碰撞对驾驶员胸部的伤害。

参照图1至图3所示，芯轴下段10可以包括下段本体11和多个导轨座12，下段本体11的外周面上可以设有多个凹槽101，多个导轨座12分别设在对应的凹槽101内。也就是说，导轨座12与凹槽101的数量相等并且一一对应，每个凹槽101内设有一个导轨座12。每个导轨座12上可以设有第一导轨102，第一导轨102可以沿下段本体11的轴向延伸。每个导轨座12及其上的第一导轨102沿下段本体11的轴向延伸的长度可以根据芯轴组件100在整车中的布置长度以及溃缩距离决定。

如图4所示，芯轴上段20的内周面上可以设有多个第二导轨201，每个第一导轨102可以与对应的第二导轨201配合形成安装槽。也就是说，第一导轨102与第二导轨201的数量相等且一一对应，每个安装槽分别由一个第一导轨102和一个第二导轨201配合形成。与注塑花键的连接结构相比，该种结构更便于制造且传力性能好。

如图1所示，弹簧片40可以设在凹槽101内并且位于导轨座12与下段本体11之间，弹簧片40的下端可以插设在下段本体11内并且弹簧片40的上端可以止抵在芯轴上段20上。具体而言，弹簧片40的数量与凹槽101的数量相等并且一一对应，每个凹槽101内设有一个弹簧片40。每个弹簧片40的下端插设在下段本体11内，弹簧片40的上端止抵在芯轴上段20上。每个弹簧片40上设有导轨座12，多个球体30可以位于导轨座12与下段本体11之间。

由此，弹簧片40、导轨座12和球体30可以构成传力机构，传力稳定且可靠，并且压在芯轴上段20和芯轴下段10之间的弹簧片40具有一定的预紧力，可以对导轨座12上的球体30具有作用力，使多个球体30可以止抵在下段本体11的内周面上，以消除芯轴组件100由于磨损产生的间隙。

如图1和图5所示，弹簧片40在芯轴上段20的轴向上可以呈波纹形延伸。也就是说，在沿芯轴上段20的轴向上，弹簧片40可以大致呈多个首尾相接的S形结构。该种结构的弹簧片40不仅可以使多个球体30更牢固的止抵在下段本体11上而且更利于发生伸缩变形，便于吸能。

可选地，凹槽101的远离芯轴上段20的轴向端面上可以设置安装孔103，弹簧片40的下端可以插设在安装孔103内，弹簧片40装配较方便。

如图1和图4所示，芯轴上段20可以包括上段本体21和压环22，上段本体21的下端的内周面上可以设有第二导轨201，压环22可以设在上段本体21内并且位于第二导轨201的上方，弹簧片40的上端可以止抵在压环22上。由此，当芯轴组件100溃缩时，弹簧片40的上端可以在压环22的压迫下收缩吸能，减少转向管柱对驾驶员胸部的伤害。

如图1所示，上段本体21内可以设置轴肩，压环22可以止抵在轴肩上。由此，轴肩可以对压环22进行定位，使压环22安装准确且牢固。弹簧片40的上端可以设置U形翻边，U形翻边可以止抵在压环22上。由此可以保证弹簧片40的止抵更牢固稳定而且可以使弹簧片40的上端易于变形，芯轴组件100溃缩吸能性好。

芯轴下段10还可以包括限位环13，限位环13与下段本体11相连并且套设在多个弹簧片40上，每个弹簧片40上可以设有定位部41，导轨座12可以止抵在定位部41与限位环13之间。也就是说，每个凹槽101内的导轨座12的上端止抵在限位环13上，导轨座12的下端止抵在定位部41上。由此，导轨座12不仅安装牢固而且不会影响到芯轴组件100溃缩变形，弹簧片40安装准确，变形平稳。

如图3所示，每个导轨座12分别可以包括第一座体121和第二座体122，第一座体121与第二座体122可以配合限定出第一导轨102。该种结构的导轨座12不仅便于制造，而且装配方便。当第一座体121和第二座体122安装在凹槽101内时，第一座体121的下端和第二座体122的下端可以止抵在弹簧片40的定位部41上，第一座体121的上端和第二座体122的上端可以止抵在限位环13上。

可选地，凹槽101内可以设有定位筋14，弹簧片40设在凹槽101内并且与定位筋14配合相连。定位筋14可以对弹簧片40进行定位，使弹簧片40可以准确且牢固的安装在凹槽101内，并且弹簧片40变形平稳。

在本发明的一个具体示例中，球体30为钢球，弹性件为弹簧钢片，导轨座12的长度为60mm，钢球一共分成三列，每列由七个组成，每个导轨座12上设有一列钢球，每个钢球的直径为5mm。导轨座12安装在芯轴下段10上，导轨座12在芯轴下段10的周向上通过芯轴下段10上所开的凹槽101的壁面进行限位。钢球安装在导轨座12上，同时钢球与芯轴上段20的内壁面接触。芯轴上段20的内部加工有与钢球配合的第二导轨201。

进一步地，弹簧钢片压在芯轴下段10上，弹簧钢片的下端具有支脚，支脚插入芯轴下段10的安装孔103中，同时弹簧钢片上具有定位导轨座12的定位部41，限位环13过盈配合地安装在芯轴下段10的上端，限位环13可以对弹簧钢片进行限位。压环22在溃缩时压弹簧钢片，弹簧钢片发生变形吸收能量，从而减少管柱对驾驶员胸部的伤害。

多个钢球、导轨座12以及弹簧钢片可以组成传力机构，弹簧钢片靠近芯轴上段20的部分还具有溃缩吸能的作用。同时由于碰撞时芯轴上段20和芯轴下段10之间的摩擦为滚动摩擦，也会比传统的注塑花键结构芯轴对驾驶员造成的胸部伤害小。研究表明：本发明的芯轴组件100应用在CEPS上，CEPS的溃缩距离为60mm-70mm之间，传力扭矩最大可以达到90N.M。

综上所述，根据本发明实施例的芯轴组件100具有如下优点：

(1)能够消除长时间转向时发生在芯轴组件100内的间隙。

(2)具有传递大扭矩和溃缩吸能作用，芯轴组件100不需要增加额外的吸能机构。

(3)碰撞时能更大程度地减小转向管柱对驾驶员胸部的伤害。

根据本发明实施例的转向管柱的芯轴组件100的其他构成以及操作对于本领域的普通技术人员来说是可知的，在此不再详细描述。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“上方”。第一特征在第二特征“下方”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种转向管柱的芯轴组件，其特征在于，包括：

芯轴下段；

芯轴上段，所述芯轴上段的下端套设在所述芯轴下段的上端，所述芯轴上段的内周面与所述芯轴下段的外周面之间限定有安装槽；

多个球体，多个所述球体设在所述安装槽内且每个所述球体分别止抵在所述芯轴下段的外周面和所述芯轴上段的内周面之间；

弹性件，所述弹性件止抵在所述芯轴上段和所述芯轴下段之间，所述弹性件沿所述芯轴上段的轴向可发生伸缩变形，所述安装槽包括多个，多个所述安装槽沿所述芯轴上段的周向间隔开布置，每个所述安装槽分别沿所述芯轴上段的轴向延伸，所述芯轴下段包括下段本体和多个导轨座，所述下段本体的外周面上设有多个凹槽，多个所述导轨座分别设在对应的所述凹槽内，每个所述导轨座上设有沿所述下段本体的轴向延伸的第一导轨，所述芯轴上段的内周面上设有多个第二导轨，每个所述第一导轨与对应的第二导轨配合形成所述安装槽。

2.根据权利要求1所述的转向管柱的芯轴组件，其特征在于，所述弹性件为弹簧片，所述弹簧片包括多个，多个所述弹簧片沿所述芯轴上段的周向间隔开设置。

3.根据权利要求2所述的转向管柱的芯轴组件，其特征在于，所述弹簧片设在所述凹槽内且位于所述导轨座与所述下段本体之间，所述弹簧片的下端插设在所述下段本体内且上端止抵在所述芯轴上段上。

4.根据权利要求3所述的转向管柱的芯轴组件，其特征在于，所述芯轴上段包括上段本体和压环，所述上段本体的下端的内周面上设有所述第二导轨，所述压环设在所述上段本体内且位于所述第二导轨上方，所述弹簧片的上端止抵在所述压环上。

5.根据权利要求3所述的转向管柱的芯轴组件，其特征在于，所述弹簧片在所述芯轴上段的轴向上呈波纹形延伸。

6.根据权利要求3所述的转向管柱的芯轴组件，其特征在于，所述芯轴下段还包括限位环，所述限位环与所述下段本体相连且套设在多个所述弹簧片上，每个所述弹簧片上设有定位部，所述导轨座止抵在所述定位部与所述限位环之间。

7.根据权利要求2所述的转向管柱的芯轴组件，其特征在于，所述凹槽内设有定位筋，所述弹簧片与所述定位筋配合相连。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的转向管柱的芯轴组件，其特征在于，所述球体为钢球，所述芯轴上段和所述芯轴下段分别为金属件。