CN108025757B - 转向柱组件 - Google Patents

Abstract

一种可收缩的转向柱组件(100)，包括：可伸缩的转向轴，其支承在转向柱罩内，并包括：第一轴(103)，其有中空端部，该中空端部的内表面设有多个朝向内的细长花键(103A)，各细长花键沿该内表面沿轴向延伸；第二轴(104)，其有布置在第一轴(103)的中空端部内的端部，该第二轴(104)设有一组朝向外的细长花键(104A)，各细长花键沿第二轴(104)的端部的外表面沿轴向延伸，第二轴(104)的花键(104A)与第一轴(103)的花键(103A)相互接合，以便防止两个轴的相对旋转运动，同时至少在碰撞事件中允许两个轴彼此相对轴向运动。接触装置布置在第二轴(104)的、位于第一轴(103)的中空端部内的端部处，其包括接触部件(108)，该接触部件限定接触部分，该接触部分接触第一部分的多个花键(103A)的尖端，从而至少在接触装置的位置处占据在第二部分的端部和第一部分之间的径向自由游隙。

Description

转向柱组件

本发明涉及转向柱组件的改进。

已知提供了一种可收缩的转向柱组件，它包括转向轴，该转向轴被支承在转向柱罩内。为防止驾驶员在碰撞事件中受到较大伤害，转向柱罩应当能够在通过方向盘施加轴向负载时收缩(例如在正面碰撞中，未受限制的驾驶员被抛至方向盘上)。

转向柱轴可以通过使用轴的削弱部分而收缩。不过，在典型的现代车辆中，转向轴能够通过轴的第一部件在轴的第二部件上面滑动而伸缩地收缩。有利的是，这种相同伸缩运动可以用于提供转向柱组件的一定范围的伸长调节。在这种情况下，轴通常被支承在罩内，该罩也可伸缩，并包括两个部分：上部罩部分和下部罩部分。锁定机构将转向轴固定在所希望的长度，且这通常布置成在碰撞中克服该锁定机构，以便能够允许合适的长度收缩。

为了能够横过转向轴的两个部件而传送扭矩，轴的一个部件(通常是最靠近方向盘的上部轴)的端部部分为中空的，并环绕内表面的周边设有向内延伸的细长花键。这些花键与在轴的另一部件的端部上的相应的朝向外的花键接合。该花键防止轴的两个部件绕它们的公共轴线相对旋转，同时允许轴伸缩地滑动。低摩擦涂层可以以覆盖模制的形式设置在花键上，这也有能够紧密控制花键尺寸的优点。这对于防止轴的两个部件彼此相对倾斜也很重要。

本发明的目的是至少部分改善与在这种转向柱组件中的可伸缩的转向轴的两个部件之间存在自由游隙有关的问题。

根据第一方面，本发明提供了一种可收缩的转向柱组件，它包括可伸缩的转向轴，该可伸缩的转向轴被支承在转向柱罩内，该可伸缩的转向轴包括：

第一轴，该第一轴有中空端部，该中空端部的内表面设有多个朝向内的细长花键，各细长花键沿该内表面沿轴向延伸，

第二轴，该第二轴有布置在第一轴的中空端部内的端部，该第二轴设有一组朝向外的细长花键，各细长花键沿第二轴的端部的外表面沿轴向延伸，第二轴的花键与第一轴的花键相互接合，以便防止两个轴的相对旋转运动，同时至少在碰撞事件中允许两个轴彼此相对轴向运动，

其特征在于，还包括接触装置，该接触装置位于第二轴的、布置在第一轴的中空端部内的端部处，该接触装置包括接触部件，该接触部件限定接触部分，该接触部分接触第一部分的多个花键的尖端，从而至少在接触装置的位置处占据在第二部分的端部和第一部分之间的径向自由游隙。

申请人已经认识到，在两个轴之间可能有一些自由的径向游隙，这是因为在制造轴时需要允许一些尺寸公差。特别是为了确保花键不会在轴向滑动时粘合，控制公差是很重要的，但这很难精确实现。提供接触装置将占据在第一和第二轴部分之间的任何自由的径向游隙，且这样做可以通过改变轴的固有频率和另外提高轴的刚性而帮助降低转向柱轴在使用过程中振动的危险。这也可以帮助防止转向轴产生的嘎嘎的噪声。

接触装置可以包括弹性部件，该弹性部件固定在第二轴上，并置于静态力下，该力的大小设定所述部件的外部尺寸。当部件的外边缘形成圆的一部分时，该力可以设定该圆的直径。

静态力可以包括压缩、拉伸或弯曲或扭转力的任何组合，这导致弹性部件变形成与它在不施加负载时的自然静止形状不同的形状。最优选是，该力是压缩力。

优选是，弹性部件包括与第二轴的端部离散的元件，该元件通过紧固件而固定在第二轴上，该紧固件向弹性部件施加力，该力控制所述元件的外部尺寸。

在可选方案中，弹性部件可以是第二轴部分的整体部分。

接触部件可以包括具有内径和外径的大致截头锥形形状，该接触部件在朝向内径的第一区域中通过紧固件而固定在第二轴部分的端部上，该部件布置成使得部件外边缘限定所述接触部分，该接触部分与第一轴部分的多个花键的尖端接合。第一区域可以限定接触部件的轮毂。

所述部件的旋转轴线可以与第二轴部分的旋转轴线重合。

所述部件可以通过紧固件而固定在第二轴部分上，这样，该部件的、与它的轮毂沿径向偏离的第二区域与第二轴的端部部分的型面表面接合，同时轮毂与第二轴的端部沿轴向偏离，并与紧固件接合。

紧固件可以是可调节的，以便改变将部件的第一区域拉向第二轴部分的端部的力，因此，当轮毂被拉动得更靠近第二轴部分时，该型面表面按压在部件的第二区域上，以便使得部件变形，从而改变锥形部件的外部径向直径。

紧固件可以包括偏压装置，该偏压装置作用在紧固件的固定部分和接触部件的轮毂之间。它可以包括弹簧，例如螺旋弹簧。

接触部件可以固定在第二轴的端部上，以使得锥体背离第二轴，第二轴的端部的型面表面为凸形的，因此，当紧固件将锥形部件拉至末端上时，锥体张开，并增加外径。

在可选方案中，截头锥形接触元件可以固定，以使得锥体指向第二轴，第二轴的末端部分为凸形的，因此，紧固件将锥形元件拉入凸形末端部分内，从而使得外径减小。

当末端部分为凸形时，它可以由环绕第二轴部分的端部而设置的简单倒角来限定。

紧固件可以包括螺纹螺栓，该螺纹螺栓穿过部件中的孔，以便与第二轴中的螺纹孔接合。螺栓的头部可以设有适于与合适工具接合的型面，该工具能够扭转螺栓。偏压装置(当设置该偏压装置时)可以包括螺旋弹簧，该螺旋弹簧同心环绕螺栓的杆布置。

可以设置单个螺栓，该螺栓与第二轴中的螺纹孔接合。该孔可以沿第二轴而轴向延伸，并可以在第二轴的旋转轴线上。

作为螺栓的替代方案，螺纹螺柱可以固定在第二轴部分的端部上，该螺柱穿过在盘形部件中的孔，该盘形部件通过螺母来固定。

螺栓或螺母或螺柱的螺纹可以设有锁定化合物或粘合剂，以便一旦它被设置(通常在初始装配过程中)就能够防止运动。

第一轴部分可以有沿它的全长延伸的孔，以便能够在第二轴与第一轴接合的情况下接近可调节的紧固件。

在使用中，将第二轴部分推入第一轴部分内，并调节所述可调节的紧固件，直到部件已经占据任何不希望的自由游隙。然后可以检查摩擦，以便保证防振动装置没有太紧地被按压在朝向内的花键上。替代地，这种检查可以通过在紧固件的调节过程中特意使得轴振动并且注意当部件刚刚与花键接触时共振频率的变化而进行。

本领域技术人员应当知道，大致截头锥形部件可以有多种形状，该形状都能够被认为是大致锥形。它可能只在一个表面上为锥形(即与第二轴部分接合的表面)。外边缘不需要是连续的，但是应当延伸至少三个区域(该至少三个区域间隔开大约120度)，以便使得防振动装置能够将第二轴部分自定心在第一轴部分的中空端部内。

在一个优选结构中，接触部件可以包括轮毂部分和多个径向延伸的指状件或花瓣形件，该指状件或花瓣形件离开轮毂部分而凸出，并形成大致锥形形状，轮毂限定了径向内部部分，紧固件由此在该部件上拉动，各指状件或花瓣形件限定了在该指状件或花瓣形件的末端处的弓形外部接触部分，该弓形外部接触部分与第一轴部分的花键接合。

优选是，弓形边缘覆盖尽可能多的圆形路径，以便与最大数量的花键尖端接触。

第二轴的末端部分可以在轮毂和花瓣形件的末端边缘之间的大约中间区域中按压在各指状件或花瓣形件上，各花瓣形件用作单独的簧片。

接触部件应当有弹性，这样，当紧固件松开时，部件将朝向它的未受应力的形状返回。例如，它可以包括金属部件，例如弹簧钢部件。但它可以由可塑性变形的材料来制成，这样，在安装过程中，部件能够在施加更大的拉伸力时张开，但是在释放拉伸力时它不会弹回至初始形状。这使得装配更困难，但在仔细操作时仍然是可行的。

可以有至少5个或者至少6个花瓣形件，各花瓣形件有限定接触部分的径向外表面，该接触部分跟随这样的圆弧，该圆弧位于定心在部件的轴线上和伸缩轴的轴线上的圆上。

提供花瓣形件使得各花瓣形件能够在调节紧固件时独立地进行调节，以便最佳地占据在两个轴部分之间的径向游隙，而不会引入过大摩擦。

该部件或者至少与第一轴的中空端部的花键接合的部分可以是低摩擦材料，例如塑料材料。例如，可以使用polietylen材料。不仅优选是低摩擦材料，材料还应该优选地很难磨损，这样，它在调节转向柱轴的长度时不会磨损。

第一轴部分可以包括转向柱组件的上部部分，并且可以定位得比第二轴部分更靠近方向盘。第一轴部分的端部可以设有多个外部花键，用于与方向盘轮毂的花键接合。

下部罩部分可以包括用于扭矩传感器的输入轴。

扭矩传感器可以另外包括输出轴，该输出轴通过扭转杆而与输入轴连接。输出轴可以形成向齿轮箱组件的输入装置。

罩也可以是可伸缩的，并可以包括上部罩部分和下部罩部分，两者能够伸缩运动，以便改变罩的长度。

上部罩部分可以朝向转向轴的、最靠近方向盘的端部来布置，下部部分可以朝向轴的、最远离转向盘的端部来布置，上部部分至少局部被接收在下部部分内，这样，上部部分能够在碰撞时伸缩地收缩至下部部分中。

罩可以通过支承托架而固定在车辆上，该支承托架包括：两个支承托架臂，该支承托架臂悬垂在基部部分上，以便包围罩；夹持导轨，该夹持导轨可释放地固定在上部罩部分上，该夹持导轨包括大致水平延伸的狭槽；夹持销，该夹持销延伸穿过在托架的各臂中的开口，并穿过在导轨中的大致水平狭槽，该夹持销承载夹持机构，该夹持机构可在松开位置和夹持位置之间运动，在该松开位置中，导轨能够相对于夹持销自由运动，在该夹持位置中，导轨相对于夹持销固定。

转向柱组件可以是固定长度，仅在碰撞事件中伸缩地收缩，或者可以调节伸长范围，或者可以调节倾斜范围，或者可以调节伸长范围和倾斜范围。

在第二方面，本发明可以包括一种装配根据第一方面的转向柱组件的方法，它包括调节施加在接触部件上的力的步骤，以便除去在接触部件和第一轴之间的任何径向自由游隙。

该方法可以包括设置力，以便将接触部件的外径精确地设置成能够除去任何径向游隙所需的外径，或者设置为稍大于该外径的直径，还保证在接触部件和第一轴之间没有过大的摩擦力。

调节步骤可以在第二轴的端部插入第一轴的中空端部之后进行。

调节步骤可以包括拧紧或松开螺栓，该螺栓包括接触装置的一部分。

下面将参考附图通过实例介绍本发明的一个实施例，如在附图中所示，附图中：

图1是根据本发明的示例转向柱组件的剖视图；

图2是图1的组件的、形成可伸缩的转向轴的两个轴接合的区域的放大图；

图3是图1的组件的接触装置的部件的沿线A-A的平面图(a)和剖视图(b)；以及

图4是转向柱组件的第二实施例的一部分的视图，表示了在第二轴的端部上的可选接触装置的位置。

如图1中所示，可收缩的转向柱组件100包括两部件的可伸缩的转向轴，该可伸缩的转向轴被支承在转向柱罩内。该罩有：上部部分101，该上部部分101布置成最靠近方向盘(未示出)；以及下部部分102，该下部部分102布置成离方向盘最远，且在该实例中固定在用于变速箱107的变速箱壳体上。所述罩支承转向轴，该转向轴包括第一(上部)轴103，该第一(上部)轴103最靠近方向盘，并终止于花键联轴器，所述花键联轴器用于接收方向盘的轮毂。第一轴103的、最远离方向盘的端部为中空的，且中空端部的内表面设有多个朝向内的细长花键103a，各细长花键103a沿内表面沿轴向延伸。各花键有从根部到尖端的相同高度，所该尖端都布置在以第一轴103的轴线为中心的圆形路径上。

转向轴还包括第二轴104，该第二轴104有布置在第一轴103的中空端部内的端部，第二轴的该端部设有一组朝向外的细长花键104a，各细长花键104a沿第二轴的端部的外表面沿轴向延伸。第二轴的花键104a与第一轴的花键103a互补和相互接合，以便防止两个轴部分的相对旋转运动，同时能够至少在碰撞事件中或在调节伸长范围时允许两个轴部分彼此相对轴向运动。

接触装置固定在第二轴104的、在第一轴部分的中空端部内的端部上。接触装置可以起到防振动装置的作用，以便减少转向轴的两部件的、由振动引起的嘎嘎声，该接触装置占据在第二轴和第一轴103的中空部分的内部之间的空间，从而与第一轴部分的花键103a的尖端接触，并通过改变两个轴部分的共振频率来帮助防止转向轴的过度振动。为此，间隔器装置必须确保在接触装置和朝向内的花键之间没有间隙，理想的是，接触装置在零自由游隙的情况下在环绕中空端部部分周边的多个花键上施加非常轻的压力，以使得在布置间隔器装置的区域中不可能产生第二轴相对于第一轴的径向运动。

在图2中能够最清楚地看见在附图所示的实例中的接触装置。该装置包括可弹性变形部件108，该可弹性变形部件108有径向最外侧边缘113，该径向最外侧边缘113布置在离第二轴的轴线恒定半径处，这样，外边缘的全部部分都位于合适的圆形路径上。接触部件108通过螺栓109而固定在第二轴的端部上。这在图2中更清楚所示。接触装置有大致截头锥形形状，具有内径和外径。更具体地说，该部件包括轮毂部分112和多个径向延伸的指状件或花瓣形件114，该指状件或花瓣形件114从轮毂部分向外凸出，并形成大致锥形形状。图中表示了六个花瓣形件，各花瓣形件的外边缘位于圆形路径上，并形成一组六个弧，各弧跨越大约50度的圆形路径。在花瓣形件之间的区域往回切除至弹性部件的轮毂。花瓣形件114限定了锥形形状。

弹性接触部件108通过紧固件而固定在第二轴部分的端部上。这包括具有螺纹杆109和头部109a的螺栓。杆穿过所述部件的轮毂中的孔，该孔小于螺栓的头部109a(该头部在所述部件的、与第二轴相反的一侧)，且杆接合至在第二轴中的螺纹孔的互补螺纹内。螺栓的头部109a设有适于与合适工具接合的型面，该合适工具能够扭转螺栓。

螺栓保持所述接触部件，这样，部件的轮毂112稍微离开第二部分的端部，紧固件的头部将内部部分拉向第二轴104。因此，当迫使所述部件108的花瓣形件与第二轴部分接触时，螺栓的螺纹杆处于拉伸作用下。各花瓣形件114用作簧片，并通过该接触而变形，从而使得花瓣形件114的外边缘向外张开。螺栓的杆109中的拉伸量决定了弹性部件张开多大，这设定了花瓣形件的外边缘所在的圆形路径的直径。在该实例中，接触花瓣形件114的第二轴104的区域被倒角，从而保证当螺纹拧紧时花瓣形件114能够平滑地滑过第二轴的端部。倒角116实际上限定了与接触部件的锥形形状互补的锥形形状，由第二轴形成的锥体通过螺栓而被压入所述接触部件的锥体中。

在使用中，螺栓被拧紧或松开，以使得花瓣形件114变形，直到达到这样的状态，其中，由接触部件的外边缘限定的圆弧的直径完全在无自由游隙的情况下与第一轴的花键103a的内部尖端接触。与没有防振动装置的结构相比，这有助于降低整个轴的共振频率，特别是在花键只有较短交叠的情况下。螺钉能够在装配和测试过程中一次设置，然后在转向柱组件的使用寿命中保持该设置。施加在轴的螺纹上的粘合剂保证螺钉不会在经过一段时间后松动。

在图4中所示的接触装置的可选结构中，呈螺旋弹簧形式的偏压装置220可以布置在紧固件螺栓的螺纹杆209上，该偏压装置作用在螺栓的头部211和接触部件208的轮毂之间。弹簧设置得被压缩。弹簧将压缩力施加在接触部件上，从而将它牢固地推压在轴部分204的倒角端部上，这样，力取决于螺栓的设置位置以及螺旋弹簧220的压缩量。在该实施例中，接触部件208与第一实施例中所示的接触部件相同，且螺栓也可以相同，但头部设置成离第二轴204的端部更远。当然，为了容纳弹簧，可能需要更长的螺栓(与第一实施例中相比)。

这种可选结构保证即使在操作过程中接触部件208的外边缘磨损，弹簧也将通过总是保证接触部件按压在第一轴的中空端部的齿的尖端上而补偿这种影响。弹簧将继续承受磨损，直到：(a)接触部件的轮毂撞上第二轴的端部，(b)弹簧未压缩，或(c)弹簧中的剩余压缩力不足以向接触部件的花瓣形件施加所需的弯曲力。

当存在这种弹簧220时，不需要在柱装配后拧紧螺栓。在柱装配之前，它能够恰好设置在保证正确弹簧拉伸的规定距离，并能够在装配线上在下一个步骤中装配该柱。接触部件的花瓣形件将随着螺旋弹簧而稍微变形，从而使得接触部件变形，并完全装配至第一转向轴的中空端部中。

Claims (9)

1.一种可收缩的转向柱组件，包括可伸缩的转向轴，所述可伸缩的转向轴被支承在转向柱罩内，所述可伸缩的转向轴包括：

第一轴，所述第一轴有中空端部，所述中空端部的内表面设有多个朝向内的细长花键，每个朝向内的细长花键沿所述内表面沿轴向延伸，

第二轴，所述第二轴有布置在第一轴的中空端部内的端部，所述第二轴设有一组朝向外的细长花键，每个朝向外的细长花键沿第二轴的端部的外表面沿轴向延伸，第二轴的花键与第一轴的花键相互接合，以便防止第二轴和第一轴的相对旋转运动，同时至少在碰撞事件中允许第二轴和第一轴相对于彼此沿轴向运动，

还包括接触装置，所述接触装置位于第二轴的、布置在第一轴的中空端部内的端部处，所述接触装置包括弹性接触部件，所述弹性接触部件接触所述第一轴的多个花键的尖端，从而至少在接触装置的位置处占据在第二轴的端部和第一轴之间的径向自由游隙，其中：所述弹性接触部件固定在第二轴上，并置于静态力下，所述力的大小设定了所述弹性接触部件的外部尺寸。

2.根据权利要求1所述的可收缩的转向柱组件，其中：弹性接触部件包括与第二轴的端部分离的元件，所述元件通过紧固件而固定在第二轴上，所述紧固件向所述弹性接触部件施加力，所述力控制所述元件的外部尺寸。

3.根据权利要求1所述的可收缩的转向柱组件，其中：所述弹性接触部件包括具有内径和外径的大致截头锥形形状，所述弹性接触部件在朝向内径的第一区域中通过紧固件而固定在第二轴的端部上，所述弹性接触部件布置成使得所述弹性接触部件的外边缘限定了一个接触部分，所述接触部分与第一轴部分的多个花键的尖端接合，所述第一区域限定了所述弹性接触部件的轮毂。

4.根据权利要求3所述的可收缩的转向柱组件，其中：所述弹性接触部件通过紧固件而固定在第二轴上，从而，所述弹性接触部件的、与所述弹性接触部件的轮毂沿径向偏离的第二区域与第二轴的端部部分的型面表面接合，同时所述轮毂与第二轴的端部沿轴向偏离，并与紧固件接合。

5.根据权利要求4所述的可收缩的转向柱组件，其中：所述紧固件是可调节的，以便改变将所述弹性接触部件的第一区域拉向第二轴的端部的力，因此，当轮毂被拉动得更靠近第二轴时，所述型面表面按压在所述弹性接触部件的第二区域上，以便使得所述弹性接触部件变形，从而改变所述弹性接触部件的外部径向直径。

6.根据权利要求2所述的可收缩的转向柱组件，其中：紧固件包括偏压装置，所述偏压装置作用在紧固件的固定部分和弹性接触部件的轮毂之间。

7.根据权利要求6所述的可收缩的转向柱组件，其中：偏压装置包括螺旋弹簧。

8.根据权利要求3所述的可收缩的转向柱组件，其中：所述弹性接触部件包括多个径向延伸的指状件或花瓣形件，所述指状件或花瓣形件离开所述轮毂而凸出，并形成大致锥形形状，轮毂限定了径向内部部分，紧固件由此拉动所述弹性接触部件，各指状件或花瓣形件限定了在所述指状件或花瓣形件的末端处的弓形外部接触部分，所述弓形外部接触部分与第一轴的花键接合。

9.根据权利要求1所述的可收缩的转向柱组件，其中：所述弹性接触部件或者至少与第一轴的中空端部的花键接合的部分是低摩擦材料。

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