CN111183017A - 用于生产具有可轴向移动部件的单元的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于在两个部件之间产生能够轴向移动的连接的方法，在所述两个部件之间布置有作为滑动材料的塑料，该方法具有以下特征：a)提供待接合的两个部件，其中，两个部件中的至少一个部件在面向另一部件的表面上有塑料涂层或者在两个部件之间设置有塑料套筒，b)借助于沿轴向方向的压力，可选地用塑料套筒使所述两个部件接合以形成单元，c)将该单元夹持在能够夹持两个轴件并承受轴向方向上的移位力的装置中，d)从一侧将超声波发生器压靠在相应的外部部件上并将该部件支撑抵靠在支座上，e)将超声波信号注入超声波发生器中，并沿轴向方向来回移动轴件，直到移位力或移位速度达到所期望的目标值，f)终止超声波信号并将单元从装置移除。

Description

用于生产具有可轴向移动部件的单元的方法

技术领域

本发明涉及一种具有权利要求1的前序部分的特征的方法以及一种具有权利要求8的前序部分的特征的机动车辆转向系统。

背景技术

在各个技术领域中，使用了用于相互可移动部件、比如相对于彼此可伸缩的同轴的管或轴、可伸缩地且旋转固定地插入彼此的同轴的管或轴的滑动连接。滑动连接通常应当是低摩擦、无游隙且机械强度高的。这种伸缩式连接在各种地方使用，特别是在机动车辆转向系统中使用。一方面，在转向柱本身中存在内套管和外套管的伸缩组合，其围绕转向轴并且能够伸缩以允许转向柱的轴向移位。此外，将驾驶员的转向扭矩传递至转向传动装置的转向轴本身通常是可伸缩的。在此使用了大致三叶草形的横截面，该横截面适合于传递扭矩，从而使得内轴件和外轴件通过形状配合在旋转方向上彼此接合。在两个示例中，通常在由金属制成的两个相互滑动的部件之间安装有塑料套筒。这些连接件的制造中的问题和费用在于，塑料件不能直接作为部件安装，并且不能在无需其他加工步骤的情况下满足轴向移位运动过程中的无游隙和限定的摩擦力的要求。

在DE 26 35 120 A1中提出了一种用于产生轴的滑动连接的方法，其中，将外轴和内轴预组装，并且在外轴与内轴之间设置有套筒。然后使外轴向内变形，并通过移位操作将各个部件彼此校准。也进行了加热。可以通过感应加热、气体火焰或接触加热来完成加热，从而将塑料置于塑料流动运动中。此处的缺点是必需的时间花费和用于加热部件所需的热能。因为轴件被加热并且由于轴件在上述过程之后再次冷却而使接头区域中的几何形状发生改变，因此最终结果也不是在所有情况下都令人满意。

在US 9,452,444 B2中，提出了一种用于生产伸缩式轴的方法，其中，首先将其中一个涂覆有塑料的两个轴件组装在一起，然后开始移位运动。测量该过程中的移位力。然后，持续进行移位直至达到所期望的移位力。

EP 2281731 B1公开了一种类似的方法。此处的缺点是为了校准塑料层必须施加相对较大的力。振荡移位运动的较长处理时间以及昂贵的设备要求也是缺点。

发明内容

因此，本发明提出要解决的问题是提供一种方法，该方法可以缩短处理时间，需要较少的能量消耗，并且可以获得更好的结果。该问题通过具有权利要求1的特征的方法来解决。本发明的另一目的是创造一种具有相互滑动的部件的装置，其中存在更好的无游隙程度并且能够更精确地保持给定的摩擦力或滑动力。该问题由具有权利要求8的特征的装置解决。

该问题的具体解决在于，在用于其间布置有塑料作为滑动材料的两个部件之间产生轴向可移动连接的方法中提供了以下特征：

a)提供待接合的两个部件，其中，两个部件中的至少一个部件在面向另一部件的表面上具有塑料涂层，或者在两个部件之间设有塑料套筒，

b)借助于轴向方向上的压力，可选地利用塑料套筒使各部件接合以形成单元，

c)将该单元夹持在可以夹持两个轴件并承受在轴向方向上的移位力的装置中，

d)从一侧将超声波发生器压靠在相应的外部部件上，并将该部件支撑在支座上，

e)将超声波信号注入超声波发生器中，并使轴件沿轴向方向来回移动，直到移位力或移位速度达到所期望的目标值，

f)结束超声波信号并从装置移除单元。

这使得在部件的移位区域中的塑料套筒或滑动套筒或塑料涂层的更快且最终更精确的校准成为可能。

在两个部件、特别是两个柱形部件之间的这种轴向可移动连接的问题是，以最小可能移位力产生移位能力，并同时在部件之间产生微小的游隙。此外，在假定作为轴的柱形部件传递扭矩的情况下，应当可靠地传递最大可能扭矩。特别是在这种情况下，当要传递扭矩时，柱形部件的横截面具有不同于圆形的构型。然后例如可以设置相应的槽或齿或凹槽。在这种连接的设计中，需要使两个部件相对于彼此发生移位所需的最大允许力。然后，该力构成期望的移位力的目标值。也可以规定，将期望的移位力的目标值确定为相应于在设计中确定的移位力的最大允许值以下5％、优选地10％的值。

移位速度的期望目标值由实验中探明的速度确定，移位速度的期望目标值在给定移位力高于最大允许移位力时达到。然后相应地确定速度的目标值。有利地，可以在目标值的5％、并且更优选地10％处设置终止。

优选地，在该方法中，以20kHz至35kHz范围内的频率将超声波信号注入超声波发生器中。更优选地，使用25kHz至30kHz的频率范围。

在该方法的处理过程中改变注入超声波发生器的超声波信号的频率可能是有利的。

优选地，部件是内轴件和外轴件，尤其是机动车辆转向系统的内转向轴和外转向轴。也可以规定，部件是轴向可伸缩的机动车辆转向系统的内套管和外套管。

如果在步骤d)中将两个超声波发生器压靠在外部部件上，则可能会进行更密集的或者参数化的能量注入。特别地，可以向两个超声波发生器注入不同频率的超声波信号。

此外，已经发现，为了进一步增加能量注入，也可以有利地使用多于两个的超声波发生器。在整个处理时间内，可以在每个超声波发生器处采用不同的频率或不同的频率变化。

也可以为每个超声波发生器分别设置超声波功率。也可以提供变化。因此，可以在长达3s的短启动时间内提供高功率，然后在其余的处理时间内提供低功率。有利地，低功率比高功率低1/3。

为了实现产生轴向可移动连接的方法，两个部件的相互移位可以优选地利用气缸、可选地利用液压缸来实现。夹持单元的受力引导运动可以通过注入压力来实现。还可以针对不同的移动速度调节力，并可以测量移位速度。

在具有根据上述方法之一生产的伸缩式转向轴和/或伸缩式套管单元的机动车辆转向系统中，在制造过程中实现了更短的可能循环时间和更少的能量消耗。此外，机动车辆转向系统在鲁棒性、无游隙和无噪声方面具有更好的品质。

附图说明

下面将借助于附图描述本发明的示例性实施方式。显示如下：

图1：示意性表示的机动车辆转向系统；

图2至图4：下转向轴；

图5至图6：图2至图4的转向轴的横截面；

图7：图5至图6的转向轴在校准塑料套筒的过程中的纵向截面；

图8至图9：转向轴的另一实施方式；

图10：转向轴的另一实施方式——上转向轴；

图11：套管单元；

图12至图13：套管的立体图；

图14：图12至图13的套管的横截面；

图15：在校准塑料套筒的过程中的图11至图14的套管；以及

图16：图5至图6的转向轴在校准塑料套筒的过程中的纵向截面。

具体实施方式

图1以示意图示出了具有方向盘2的机动车辆转向系统1，该方向盘2旋转固定至上转向轴3。上转向轴3以高度可调节且轴向可移动的方式安装在支架4中。通过万向接头5，上转向轴可以旋转，但上转向轴旋转固定至下转向轴6。最终，下转向轴6借助于第二万向接头7连接至小齿轮8，小齿轮8与齿条10的齿条段9啮合。

因此，方向盘2的旋转运动致使齿条10移位并且以已知的方式致使机动车辆的转向轮11旋转，从而产生转向运动和行进方向的改变。

在图2中更详细地示出了下转向轴6。在以下附图中，相同或功能相同的部件具有相同的附图标记。

下转向轴6设置有第一万向接头5和第二万向接头7。上部的第一万向接头5旋转固定至内轴件15，而第二万向接头7旋转固定至外轴件17。外轴件17具有旋转对称的圆周结构18，该结构延伸直至外轴件17的自由端部19。结构18包括从外部压印在轴件17中的直槽20。槽20轴向平行地延伸并且使轴件17的横截面略呈星形结构。

图3以立体图示出了图1和图2的下转向轴6，其中内轴件15和外轴件17被拉开。在此可以看出，内轴件15在其自由端部25处具有区域26，该区域26具有不同于圆形横截面的形状。该区域26的横截面同样以槽或凹槽为特征，该槽或凹槽产生星形的横截面形状，该形状与外轴件17的自由内部横截面匹配。这将在下面更详细地描述。在图3的视图中，内轴件15在区域26中带有塑料套筒30，该塑料套筒的横截面形状与区域26相适应。

这在图4中变得更加清楚。图4以对应于图3的视图示出了下转向轴6，但是塑料套筒30已经从内轴件15的区域26移除。纵向轴线和对称轴线31在此也构成轴向方向，下转向轴6可伸缩地形成在该轴向方向中。

在适当设计的情况下，下转向轴6在内轴件15和外轴件17交叠且塑料套筒30布置在这两个轴件之间的区域中的轮廓产生在旋转上固定的但在纵向轴线31的方向上可伸缩的连接。在下转向轴6的情况中，这种伸缩式连接是有利的，因为转向传动装置与齿条10一起安装在机动车辆的前车轴的区域中，而转向柱1大致固定在底盘上的仪表板支承件的区域中。这些紧固点的相对运动在机动车辆的行驶操作中是不可避免的。这些相对运动被下转向轴6所示的设计吸收。对于功能和驾驶舒适性而言重要的是，两个轴件之间的连接永久性地无游隙但摩擦很小。为此，需要塑料套筒30对其内侧和外侧上的两个轮廓的精确适配。在下文中将更加详细地描述根据本发明的方法，该方法使得能够以特别有利的方式进行这种适配。

图5以仿形区域中的横截面图示出了图示在安装状态下的下转向轴6。内轴件15和外轴件17在它们相互装配且仿形的区域中被推到一起。塑料套筒30位于外轴件17的内表面与内轴件15的外表面之间，该塑料套筒30无游隙地安置于那里。为了确保无游隙，塑料套筒30设置得尺寸过大，使得两个轴件在彼此中的安置在开始时具有较大的摩擦。在操作期间，由于不希望的力以及由于粘滑效应而产生的噪音，这种较大的摩擦将变得可察觉且令人厌恶。为了使塑料套筒30适配或校准两个轴件的确切尺寸，在制造过程中设置成将超声波发生器35沿径向方向放置抵靠在外轴件17上。砧座36放置在外轴件17的相反侧上。以这种方式，外轴件17被牢固地夹持在超声波发生器35与砧座36之间。

图6示出了与图5类似的布置。在图6中，与图5不同，超声波发生器35和砧36没有被安装在外轴件17的槽20中，而是被安装在形成于槽20之间的外表面37上。

现在，图7以纵向截面图示出了图5的实施方式，再次地，超声波发生器35和砧座36相应地放置在外轴件17的槽20中。内轴件15插入塑料套筒30和外轴件17中。这两个轴件现在被夹爪40、41夹持。控制和评估单元68进行过程控制。超声波发生器35由控制单元66致动，以便将超声波振动传递到外轴件17。以这种方式，外轴件17被置于机械振动中。由于外轴件17本身相对自由地振动，所以振动能量大量地传递到塑料套筒30，从而使塑料套筒30在高频率下变形。在此过程中，塑料套筒30被加热。同时，通过借助于夹爪40和41沿双箭头42的方向的相对运动，使内轴件15在轴向方向上来回移动。由此，加热的塑料套筒30与内轴件15和外轴件17的两个相互面对的表面适配。通过检测在往复运动期间由夹爪40和41施加的移位力，可以监视适配过程。为此目的，可以设置力传感器65。优选地，持续借助于超声波对塑料套筒30进行加热并且持续沿双箭头42的方向的运动，直到越过给定的最大移位力之时为止。然后，该适配过程完成。在关闭超声波发生器35的激励之后，塑料套筒30迅速冷却，因为两个轴件15、17本身基本上没有受到超声波激励的加热，因此与塑料套筒30相比它们是冷的。这提高了由此校准的塑料套筒30的尺寸稳定性。此外，在此过程中，外轴件17和内轴件15在其尺寸方面实际上没有经历热变化。相比之下，在常规方法中，外轴件被加热，并且在校准过程之后外轴件再次冷却，从而限制了塑料套筒30的校准过程能够达到的精度。

由于待加热的塑料套筒30的质量很小，因此所描述的过程的加热和冷却时间较短，从而可以实现较短的循环时间。此外，仅在表面处加热塑料套筒就足够了，使得塑料套筒可以容易地模制。

上述方法不仅可以用于型轴、比如下转向轴6，其中内轴件15和外轴件17两者都是仿形的。因此，图8和图9示出了具有内轴件51和外轴件52的伸缩式转向轴50的另一实施方式，该内轴件51和外轴件52在纵向轴线53的方向上可伸缩地装配在一起。内轴件51具有被表面涂覆的端面区域54。为了以上述方式校准该表面涂层，可以将结合图5至图7所描述的方法应用于这种轴。

然而，应当进一步指出的是，如图10中所示，在上转向轴3的情况下，这种在长度上的伸缩式连接也是可取的。在方向盘2能够相对支架4移位的情况下，这种伸缩式连接也用于上转向轴。借助于下转向轴6表示的所有变型和实施方式也同样适用于上转向轴3。因此，上转向轴3可以包括内转向轴71和外转向轴72，在内转向轴71与外转向轴72之间具有套筒74，内转向轴71、外转向轴72和套筒74在纵向轴线73的方向上可伸缩地装配在一起。为了校准该连接，借助于图5至图7所描述的方法也可以用于上转向轴3。

图11至图15示出了伸缩式套管单元60的示例。伸缩式套管单元60包括上转向轴3，该上转向轴3已在上面的图1和图10中进行了描述。上转向轴3被安装在内套管61和外套管62中。为了使转向柱轴向移位，上转向轴3的内轴件71和外轴件72可以沿其纵向轴线73移位，如借助于图10所解释的。此外，内套管61相对于外套管62可以在与纵轴73的纵向方向对应的轴向方向上移位。在内套管61与外套管62之间设置有滑动套筒63，该滑动套筒63在图12中分离地示出。滑动套筒63安置在内套管61与外套管62之间，如图13中所能见到的。内套管61和外套管62在技术上不是轴，因为它们具有圆形横截面并且不能传递任何扭矩。即便如此，出于以上所提到的原因，两个套管部件在滑动套筒63的区域中的安置没有游隙但运动平稳的情况是有利的。为此目的，用图7所描述的方法也用于校准内套管61与外套管62之间的滑动套筒63。这在图14中示出。超声波发生器35放置在外套管62的外部上，该外套管62支撑在相反地放置的砧座36上。然后，超声波发生器35再次由控制单元66以具有给定频率的电压或频率变化的电压致动。振动能量转而致使滑动套筒63加热。

图15示出了在该过程中内套管61如何被夹持在夹爪40之间，同时外套管62如何被夹持在夹爪41之间。在加热滑动套筒63的同时，内套管61沿双箭头42的方向来回移动。为此所需的移位力F用力传感器65进行检测。移位力F随着沿双箭头42的方向的冲程运动的次数而减小。一旦达到或越过给定阈值，滑动套筒63的校准即终止。过程控制又由控制和评估单元68进行。然后将如此准备的套管单元60从夹爪40、41上取下，将砧座36和超声波发生器35移除，并且套管能够被安装在根据图1的支架4中。如在图10中的该示例性实施方式中所示，安装在伸缩式套管中的上转向轴3同样包括移位连接，该移位连接能够对应于图2至图9中的示例性实施方式并且适于传递扭矩。

代替性地或结合使用力传感器65，可以设置速度传感器67，该速度传感器也可以被设计为移位传感器，该速度在控制和评估装置68中确定。这在图16中示出。图16以类似于图7的纵向截面图示出了图5的实施方式，其中，超声波发生器35和砧座36再次各自放置在外轴件17的槽20中。内轴件15安装在塑料套筒30和外轴件17中。这两个轴件现在由夹爪40、41夹持。夹爪41保持静止，而夹爪40可以通过气缸进行运动。控制和评估单元68进行过程控制。超声波发生器35由控制单元66致动，以便将超声波振动传递至外轴件17。以这种方式，外轴件17被置于机械振动中。由于外轴件17本身相对自由地振动，所以振动能量大量地传递至塑料套筒30，从而使塑料套筒30在高频率下变形。在此过程中，塑料套筒30变热。同时，通过借助于夹爪40、41沿双箭头42的方向的相对运动，使内轴件15在轴向方向上来回移动。为此，压力p1和p2交替地增加和减少，使得活塞69来回移动。活塞69因此机械地联接至夹爪40。加热的塑料套筒30变得与内轴件15和外轴件17的两个相互面对的表面适配。可以通过借助于距离传感器或速度传感器67检测夹爪40的移动速度来监测适配过程。优选地，持续借助于超声波对塑料套筒30进行加热并持续沿双箭头42的方向移动，直到移位速度的最大值超过给定的最小目标值之时为止。然后，适配过程完成。该过程的顺序同样提供了已经提及的好处。

因此，上述过程的顺序提供了以下部分可选的过程步骤作为示例性实施方式：

-提供待连接的两个轴件，其中

-要么两个轴件中的至少一个轴件在面向另一轴件的表面上具有塑料涂层，

-要么抵接在轴件之间设置有塑料套筒，

-接合轴件，可选地用置于其间的塑料套筒来接合轴件，

-其中，轴件和可选的塑料套筒构造成使得仅通过克服压力就可以进行接合，因为滑动配合被设计成具有过大的尺寸，

-将单元夹持在可以夹持两个轴件并承受轴向方向上的移位力的装置中。该装置优选地被装配成使得可以测量移位力。

-从一侧将超声波发生器压靠在相应的外轴件上，并将内部部件支撑抵靠在支座(砧座)上，

-将超声波信号注入至超声波发生器中，并沿轴向方向来回移动轴件，直到移位力达到所期望的目标值。替代性地，该方法可以被执行成使得轴件以恒定的力相对于彼此移动并且测量移位速度。然后，当达到特定的移位速度时，该过程结束。

-在该过程结束后，将轴作为成品部件从装置移除并安装在其他位置。

Claims (8)

1.一种用于在两个部件之间产生能够轴向移动的连接的方法，在所述两个部件之间布置有作为滑动材料的塑料，所述方法具有以下特征：

a)提供待接合的所述两个部件，其中，所述两个部件中的至少一个部件在面向另一部件的表面上具有塑料涂层，或者在所述部件之间设置有塑料套筒，

b)借助于沿轴向方向的压力，可选地使用所述塑料套筒使所述部件接合以形成单元，

c)将所述单元夹持在能够夹持两个轴件并承受所述轴向方向上的移位力的装置中，

d)从一侧将超声波发生器压靠在相应的外部部件上并将该部件支撑抵靠在支座上，

e)将超声波信号注入至所述超声波发生器中，并沿所述轴向方向来回移动所述部件，直到所述移位力或移位速度达到所期望的目标值，

f)中止所述超声波信号并将所述单元从所述装置移除。

2.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，注入所述超声波发生器的所述超声波信号的频率处于20kHz至35kHz的范围内。

3.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，注入至所述超声波发生器的所述超声波信号的频率在所述方法的处理的过程中是变化的。

4.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，所述部件是内轴件和外轴件、特别是机动车辆转向系统的内转向轴和外转向轴。

5.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，所述部件是轴向伸缩式机动车辆转向系统的内套管和外套管。

6.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，在步骤d)中，有两个超声波发生器压靠所述外部部件。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述两个超声波发生器注入有不同频率的超声信号。

8.一种具有伸缩式转向轴(3、6)和/或伸缩式套管单元(60)的机动车辆转向系统，所述伸缩式转向轴(3、6)和/或伸缩式套管单元(60)根据具有前述权利要求中的特征的方法进行生产。

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