CN110023176B - 转向柱组件 - Google Patents

Abstract

一种可收缩的转向柱组件(100)，其包括支撑在转向柱护罩内的伸缩式转向轴，伸缩式转向轴包括：具有中空端部的第一轴(106)；和第二轴(110)，其具有位于第一轴(106)的中空端部内的端部。多个径向可调节的销(114)和弹性接触构件(122)沿转向柱组件(100)的纵向轴线被轴向分离开，多个径向可调节的销和弹性接触构件中的每个均可以被调节以用于消除第一轴(106)和第二轴(110)之间的自由游隙。销(114)通过旋转地互锁第一轴(106)和第二轴(110)来传递扭矩。

Description

转向柱组件

技术领域

本发明涉及对转向柱组件的改进。

背景技术

已知提供一种可收缩的转向柱组件，其包括被支撑在转向柱护罩内的转向轴。为了在发生碰撞时防止对驾驶员造成严重伤害，转向柱应当能够在由方向盘施加轴向载荷时发生收缩，例如在未被约束的驾驶员被抛甩到方向盘上的正面撞击时发生收缩。

转向柱轴可以通过使用轴的弱化部分来收缩。然而，在典型的现代车辆中，转向轴能够利用轴的第一部分在轴的第二部分上滑动而伸缩式收缩。有利地，这种相同的伸缩运动可以用于针对伸展范围提供对转向柱组件的一系列调节。在该种情况下，轴通常被支撑在同样是伸缩式的护罩内，并且所述护罩包括两个部分：上护罩部分和下护罩部分。锁定机构将转向轴固定在期望的长度处，并且通常布置成使得所述锁定机构在碰撞中被摆脱以便允许按照期望的长度收缩。

为了允许跨越转向轴的两个部分承载扭矩，轴的一部分的端部部分(通常是最靠近方向盘的上轴)是中空的并且设置有围绕内表面的圆周向内延伸的细长花键。这些花键接合位于轴的另一部分的端部上的对应的面向外的花键。花键防止轴的两个部分围绕其共同轴线相对旋转，同时允许轴伸缩式滑动。可以以包覆成型的形式在花键上设置低摩擦涂层，这也具有允许严格控制花键尺寸的益处。这对于防止轴的两个部分相对于彼此倾斜是重要的。

从技术上讲，包覆成型操作非常困难。这是因为上轴和下轴中的每个都可能具有公差和形状误差，这意味着对于每对轴而言包覆成型的结果是不同的。为了在没有不必要的费用和困难的情况下进行包覆成型，基于对测试设备的伸展范围性能与滑动力的分析，以平均值来设置包覆成型。由于是平均的包覆模制，因此会出现整体性能问题，这导致高废品率、固有频率的问题以及伸展范围调节性能的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种转向柱组件，所述转向柱组件改善了关于包覆成型工艺的已知问题，同时保持了在上轴和下轴之间的低冲击和良好的扭矩传递的益处，以及可接受的伸展范围调节性能。

根据本发明，提供一种可收缩的转向柱组件，其包括被支撑在转向柱护罩内的伸缩式转向轴，所述伸缩式转向轴包括：

第一轴，其具有中空端部；

第二轴，其具有位于所述第一轴的中空端部内的端部；和

第一接触设备和第二接触设备，所述第一接触设备和所述第二接触设备沿着转向柱组件的纵向轴线被轴向分离开，第一接触设备和第二接触设备中的每个都是可调节的以用于消除第一轴和第二轴之间的自由游隙，所述第一接触设备适于通过旋转地互锁第一轴和第二轴来传递扭矩。

两个接触设备都是可调节的，以便消除轴之间的自由游隙。这种可调节性既可以是通过弹性部件或偏压部件而自动进行的，或者也可以是通过部件的手动调节或手动调整而手动进行的。随着在沿组件的轴线的两个位置处消除自由游隙，所述组件的稳定性比通过单个接触设备所能实现的稳定性要好得多。此外，也通过这些接触设备中的一个来控制扭矩的传递。在传递扭矩的部件中的自由游隙的可调节消除使得提供任何种类的包覆成型或其他处理以实现成品转向柱组件中所需的公差的需求也被消除。

第一接触设备可以包括多个径向可调节的销，每个销均置于静力作用下并且能够被接收在第一轴的面向内的壁中的对应槽内，所述径向可调节的销在第一轴和第二轴之间传递扭矩。

因此，销的径向移动可以补偿第一轴和第二轴的相对尺寸的变化以及槽的尺寸或深度。因此，即使当制造不完美或者组件由于使用而磨损时，该销也能够进行调节以便消除组装中的自由游隙。

每个销都可以位于第二轴中的孔中。通过这样做，销可以被保持在特定位置并且允许所述销径向移动同时不会相对于第二轴沿着任何其他方向移动。

径向可调节的销可以通过倒角元件而被置于所述静力作用下，所述倒角元件接触每个销的内径向端部，沿一方向偏压所述倒角元件使得沿径向向外的方向偏压径向可调节的销。

所述第二接触设备包括弹性接触构件，所述弹性接触构件被置于力的作用下，所述力的大小决定所述弹性接触构件的外部尺寸。弹性接触构件优选地接触第一轴的面向内的壁。

接触构件的弹性确保可以吸收振动以及自由游隙，从而为组件提供进一步的稳定性。

弹性接触构件可以包括毂部分和多个径向延伸的指状物或瓣状物，所述多个径向延伸的指状物或瓣状物远离毂部分突出并且形成大体圆锥形状或截头圆锥形状，所述力使得瓣状物张开以便接触面向内的壁。

第二轴可以包括钻孔，螺栓能够被接收在该钻孔内并且将第一接触设备和第二接触设备互相连接，所述螺栓是可调节的以便将力施加到第一接触设备和第二接触设备。

因此，作用在两个接触设备上的力可以通过单个部件而被调节，从而简化组装和力的施加。

容纳销的孔可以从钻孔径向向外延伸。

螺栓可以包括位于螺栓的第一端部处的头部以及能够朝螺栓的第二端部调节定位的螺母，对该螺母的调节改变由所述螺栓施加的力。

可以在螺母和弹性接触构件之间插置弹簧，从而使得弹簧将力施加到第一接触设备和第二接触设备。

螺栓的头部可以形成与径向可调节的销相接触的倒角元件，力与倒角元件的结合确保径向可调节的销消除了第一轴和第二轴之间的自由游隙。

第一接触设备和第二接触设备中的一个可以是阻尼装置，其用于在转向柱组件的收缩时吸收能量。

附图说明

现在将仅通过示例的方式参考附图并且如附图所示的那样描述本发明的一个实施例，在所述附图中：

图1是根据本发明的转向柱组件的透视图；

图2是图1的转向柱组件的平面图；

图3是图2的转向柱组件沿线A﹣A截取的横截面视图；

图4是图3的部分C的细节图；

图5是图1的转向柱组件的接触设备的侧视图；

图6是图1的转向柱组件的第一轴的透视图；和

图7是图1的转向柱组件的第二轴的透视图。

具体实施方式

参照附图，示出了可收缩的转向柱组件100，其包括两部件式伸缩式转向轴，该转向轴被支撑在转向柱护罩(仅在图2中示出)内。该护罩包括最靠近方向盘(未示出)定位的上部102和最远离方向盘定位的下部104，所述护罩被固定到变速箱(未示出)的壳体。护罩支撑转向轴，该转向轴包括第一轴106，所述第一轴最靠近方向盘并且终止于具有用于接收方向盘的毂的花键联接部108的上端处。第一轴106的离方向盘最远的端部被挖空，以用于接收第二轴110。轴承组件112插置在第一轴106和护罩的上部102之间。

第二轴110具有位于第一轴106的中空端部内的端部。第二轴110通过接合设备与第一轴106互相连接，以用于在第一轴106和第二轴110之间传递扭矩并且还可以消除由于制造公差等而可能发生的任何自由游隙。

为了在第一轴106和第二轴110之间传递扭矩，设置包括多个销114的扭矩传递装置，销114从第二轴110突出并且与第一轴106的面向内的壁118中的对应槽116形状接合或互锁(positively engaging or interlocking)。槽116平行于第一轴106的纵向轴线，以便允许针对伸展范围调节组件100。销114能够相对于第二轴110在径向方向上移动。这允许调节销114，以便即使在考虑制造公差或微小缺陷时也能有效地与槽116接合。在使用中，因此沿向外的径向方向偏压销114，以便确保最大的接合。下文解释了实现这种偏压的方法。

在本实施例中，示出了三个销114，其与三个对应的槽116接合。这是确保销可以传递扭矩并且有效消除第一轴106和第二轴110之间的自由游隙所需的最小数量。如果需要，则可以使用更多数量的销114和槽116。销114以120度的间隔围绕第二轴110的圆周均匀地定位。再次，这是在销被键入槽时确保均匀加载的销114的最有效的布置，但是也可以使用不同的布置和位置，其中销114围绕第二轴110的圆周以均匀或不均匀间隔分离开。

销114本身的横截面为长圆形，其具有与圆柱形的本体相连接的半球形端部。因此，槽116互补地成形为具有与销114的半球形端部相同或基本相同的半径。

阻尼装置120被固定到第二轴110的位于第一轴106的中空端部内的端部。本实施例的阻尼装置120执行两个功能。第一个功能是消除第一轴106和第二轴110之间的径向游隙，第二个功能是在收缩期间控制能量。因此，阻尼装置120起到防振装置的作用，以便减少转向轴的两个部分的振动引起的声响。

因此，阻尼装置120和销114都可以被称为接触设备，用于消除第一轴106和第二轴110之间的自由游隙。设置两个轴向分离的接触设备给转向柱组件100提供了比利用单个接触设备实现的稳定性更大的稳定性。虽然在本实施例中，只有销114构造成传递扭矩，但是如果需要，可以设置两个接触设备均具有这种能力。还可以设置减少自由游隙、传递扭矩或以上两者的附加的接触设备。

在转向柱组件100的正常使用期间，阻尼装置120占据第一轴106的中空部分的内侧与第二轴110之间的空间，从而与第一轴106的面向内的壁118接触并且通过改变两部件式轴的共振频率而帮助防止转向轴的过度振动。为此，阻尼装置120必须确保在阻尼装置120与面向内的壁118之间不存在间隙，并且确保阻尼装置120理想地在零自由游隙的情况下将非常轻的压力施加到面向内的壁118上，使得在阻尼装置120所处的区域中，第二轴110相对于第一轴106的径向移动是不可能的。阻尼装置120设计成使得在转向柱组件100的伸展范围调节的完全正常的范围上保持所述阻尼装置与面向内的壁118接触。

当阻尼装置120轴向远离扭矩传递装置定位时，在两个轴向分离开的位置处消除了第一轴106和第二轴110之间的自由游隙。这使得两根轴106、110具有更好的稳定性，并且允许在使用期间确保最小振动是可能的。

阻尼装置包括可弹性变形的接触构件122，所述接触构件具有径向最外侧边缘124，所述径向最外侧边缘位于距第二轴110的轴线恒定的半径处，使得最外侧边缘124的所有部分都位于期望的圆形路径上并且因此可以在使用中接触第一轴106的面向内的壁118。接触构件122通过紧固件126而固定到第二轴110。接触构件122具有大致截头圆锥形状，所述截头圆锥形状具有内径和外径。更具体地，接触构件122包括毂部分128和多个径向延伸的指状物或瓣状物130，所述多个指状物或瓣状物远离毂部分128突出并且形成大致圆锥形状。示出了六个瓣状物130，每个瓣状物130的最外侧边缘位于圆形路径上并且形成六条弧的组，每条所述弧均跨越圆形路径的约50度。瓣状物130之间的区域被切除到接触构件122的毂部分128。瓣状物130限定锥形形状。

紧固件126包括螺栓132、螺母134和弹簧136，所述紧固件不仅用于将接触构件122固定到第二轴110，而且还用于偏压销114和接触构件122，使得它们消除了第一轴106和第二轴110之间的自由游隙。螺栓132被接收在第二轴110中的钻孔138内，所述钻孔从阻尼装置120的可附接的端部轴向延伸穿过第二轴110。在钻孔138的远端处，第二轴110包括三个孔140，销114中的每一个销均突出穿过所述三个孔中的一个孔。

螺栓132包括头部142和轴144，头部142位于钻孔138内，所述轴144突出到钻孔138外。头部142包括与销114接触的倒角面146。因此通过改变螺栓132在钻孔138内的位置，倒角面146向销114施加力，这迫使所述销径向向外穿过孔140。螺栓132的轴144包括螺纹部分148，螺母134旋拧到所述螺纹部分上。

螺栓132穿过接触构件122的毂部分128中的孔150，并且瓣状物130接触第二轴110，同时保持毂部分128不接触第二轴。在这种情况下作为螺旋弹簧136的偏压装置被插置在螺母134和接触构件122的毂部分128之间。这样，当螺母134被拧紧时，弹簧136向毂部分128施加力，所述力将毂部分128朝第二轴110推动。每个瓣状物130均用作片簧并且通过接触而变形，从而使得瓣状物130的最外侧边缘124向外张开。

在该示例中，第二轴110的与瓣状物130接触的区域被倒角，从而确保当紧固螺母134时，瓣状物130可以在第二轴110的端部上平滑地滑动。倒角150实际上限定了锥形形状，所述锥形形状与接触构件122的锥形形状互补，螺栓132强迫由第二轴110形成的锥形进入接触构件122的锥形中。

同时，弹簧136将在螺母134上施加相等的力。该力将在远离第二轴110的方向上推进螺母134并且因此推进螺栓132。这样，螺栓132的头部142将被拉向阻尼装置120，并且倒角面146将在销114上施加力，从而将所述销向外偏压。因此，弹簧136施加这样的力，所述力在两个不同的轴向位置处消除了第一轴106和第二轴110之间的自由游隙。通过调节螺母134在螺栓132的螺纹部分148上的位置并且因此调节弹簧136的张力，可以根据需要调节所施加的力。弹簧136和螺栓132中的张力大小决定了接触构件122张开多少，并且这决定了瓣状物130的最外侧边缘124所在的圆形路径的直径。

在该示例中，弹簧136是可选的。替代地，可以通过螺母134与接触构件122的毂部分128之间的直接接触来设定张力。在这种情况下，调节仍然会导致销114和接触构件122的调节，其中，接触构件122基本上用作为弹簧以便存储紧固的能量。通过省略弹簧136，组件100将更简单，但是瓣状物130可能在第一轴106的面向内的壁118上施加高于必要的力，从而使得更难以针对伸展范围调节转向柱组件100。弹簧136还可以确保接触构件122和销114始终接触第一轴106，即使这些子组件中的一个或两个在使用中被磨损。

当存在弹簧136时，在组装转向柱组件100之后不需要拧紧螺母134。可以将所述螺母设置在指定的位置，该位置确保在组装柱之前的正确的弹簧张力，并且确保在组装线上的下一步骤中可以组装柱。接触构件122的瓣状物130将与螺旋弹簧136一起小幅变形，以便允许接触构件122完美地配合在第一轴106的中空端部中。

阻尼装置120的第二功能是在转向柱组件100的收缩期间吸收能量。在收缩时，第二轴110被进一步推入第一轴106中。通过在第一轴106的中空部中包括变窄部，弹性的接触构件122在其接触变窄部时基本上用作为制动器，并且能够吸收能量。此外，在使用中，也可以使用接触构件122的角部152，所述角部152从瓣状物130向前延伸并且平行于螺栓132。当进入变窄部时，这些角部152变形，这使得瓣状物130被径向向外推动，从而还控制了收缩中的能量耗散。

Claims (10)

1.一种可收缩的转向柱组件，其包括支撑在转向柱护罩内的伸缩式转向轴，所述伸缩式转向轴包括：

第一轴，所述第一轴具有中空端部；

第二轴，所述第二轴具有位于所述第一轴的所述中空端部内的端部；和

第一接触设备和第二接触设备，所述第一接触设备和所述第二接触设备沿着所述转向柱组件的纵向轴线被轴向分离开，能够调节每个接触设备以便消除所述第一轴和所述第二轴之间的自由游隙，所述第一接触设备适于通过旋转互锁所述第一轴和所述第二轴来传递扭矩，

其中所述第二接触设备包括弹性接触构件，所述弹性接触构件被置于力的作用下，所述力的大小决定所述弹性接触构件的外部尺寸，

其中所述第一接触设备包括多个径向可调节的销，每个所述销均置于静力作用下并且能够被接收在所述第一轴的面向内的壁中的对应槽内，径向可调节的所述销在所述第一轴和所述第二轴之间传递扭矩。

2.根据权利要求1所述的可收缩的转向柱组件，其中，每个所述销均位于所述第二轴中的孔中。

3.根据权利要求1所述的可收缩的转向柱组件，其中，径向可调节的所述销通过倒角元件而置于所述静力作用下，所述倒角元件接触每个所述销的内径向端部，沿一方向偏压所述倒角元件使得沿径向向外的方向偏压径向可调节的所述销。

4.根据权利要求1所述的可收缩的转向柱组件，其中，所述弹性接触构件接触所述第一轴的面向内的壁。

5.根据权利要求4所述的可收缩的转向柱组件，其中，所述弹性接触构件包括毂部分和多个径向延伸的指状物或瓣状物，所述多个径向延伸的指状物或瓣状物远离所述毂部分突出并且形成大致圆锥形状或截头圆锥形状，所述力导致所述瓣状物张开以便接触所述面向内的壁。

6.根据权利要求1所述的可收缩的转向柱组件，其中，所述第二轴包括钻孔，螺栓能够被接收在所述钻孔内并且将所述第一接触设备和所述第二接触设备互相连接，能够调节所述螺栓以便向所述第一接触设备和所述第二接触设备施加力。

7.根据权利要求6所述的可收缩的转向柱组件，其中，所述螺栓包括位于所述螺栓的第一端部处的头部以及能够朝所述螺栓的第二端部调节定位的螺母，所述螺母的调节改变由所述螺栓施加的所述力。

8.根据权利要求7所述的可收缩的转向柱组件，其中，在所述螺母和所述弹性接触构件之间插置弹簧，所述弹簧将所述力施加到所述第一接触设备和所述第二接触设备。

9.根据权利要求6所述的可收缩的转向柱组件，其中，所述螺栓的头部形成与径向可调节的所述销接触的倒角元件，所述力与所述倒角元件的结合确保径向可调节的所述销消除了所述第一轴和所述第二轴之间的自由游隙。

10.根据权利要求1所述的可收缩的转向柱组件，其中，所述第二接触设备是阻尼装置，所述阻尼装置用于在所述转向柱组件收缩时吸收能量。

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