CN111263718B - 具有转向轴的可轴向移动的轴部件的组件的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在两个轴部件之间产生可轴向移动的连接的方法，在两个轴部件之间设置有作为滑动材料的塑料，其具有以下特征：a)提供两个待连接的轴部件，其中两个轴部件中的至少一个在面对另一部件的表面上具有塑料涂层，或者在轴部件之间设置有塑料套筒，b)通过轴向压力将轴部件组装成一个组件，可能的话用塑料套筒组装，c)将组件夹紧在一个装置中，在该装置中可以将两个轴部件张紧，并且可以在轴向方向上施加移动力，d)从一侧将超声震荡单元压在相应的外部部件上，并将该部件支撑在对应保持器上，e)将具有轴部件共振频率的超声波信号引入超声震荡单元，并使轴部件在轴向方向上来回移动，直到移动力或移动速度达到所需的目标值，f)终止超声波信号并从装置上拆下组件。

Description

具有转向轴的可轴向移动的轴部件的组件的制造方法

技术领域

本发明涉及轴部件的组件的制造方法以及机动车转向系统。

背景技术

转向轴的可彼此相对移动的轴部件，包括轴内部件和轴外部件，其可移动的连接通常应为低摩擦，无间隙且在机械上稳定。在此，使用适合于传递转矩的具有纵齿的近似三叶草形的横截面或具有近似圆形的横截面，使得轴内部件和轴外部件在旋转方向上形状配合地啮合。在这两种情况下，通常在两个金属制成的、可相对于彼此移动的部件之间使用一个塑料套筒。这里，这些连接件的制造中存在问题和麻烦是，塑料部件不能直接用作部件，并且在没有进一步的加工步骤的情况下就不能满足在轴向移动运动中无间隙和所定义的摩擦的要求。

DE 26 35 120 A1提出了一种用于产生轴的滑动连接的方法，其中，通过插入套筒将外轴和内轴预组装。然后使外轴向内变形，并通过滑动操作将各轴部件彼此校准。这里也进行加热。可以用感应加热器，气体火焰或接触式加热器进行加热，以使塑料进入塑性流动运动。这里证明，加热轴部件所需的时间花费和所需的热能是不利的。最终结果也不是在所有情况下都令人满意，因为轴部件被加热，并且在上述过程之后，随着轴部件的冷却，连接区域中的几何形状再次改变。

美国专利US 9,452,444 B2提出了一种用于制造伸缩轴的方法，其中首先组装两个轴部件，其中两个轴部件中的一个涂覆有塑料，然后触发移动运动。这里测量移动力。然后继续移动，直到达到期望的移动力。

EP 2281731 B1公开了一种类似的方法。在此，用于校准塑料层的相对较高的力是不利的。振荡移动运动的长过程持续时间和复杂的设备要求也是不利的。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种方法，通过该方法可以缩短处理时间，需要更少的能量并且可以实现更好的结果。本发明的另一个目的是提供一种具有可相互移动的轴部件的装置，其中，具有更好的间隙自由度，并且可以更精确地保持预定的摩擦力或移动力。

通过在用于在两个轴部件之间产生可轴向移动的连接的方法中设置以下特征来详细地实现该目的，在该两个轴部件之间设置有作为滑动材料的塑料：

a)提供两个待连接的轴部件，其中两个轴部件中的至少一个在面对另一部件的表面上具有塑料涂层，或者在轴部件之间设置有塑料套筒，

b)通过轴向压力将轴部件组装成一个组件，可能的话用塑料套筒组装，

c)将组件夹紧在一个装置中，在该装置中可以将两个轴部件张紧，并且可以在轴向方向上施加移动力，

d)从一侧将超声震荡单元压在相应的外部部件上，并将该部件支撑在对应保持器上，

e)将具有轴部件共振频率的超声波信号引入超声震荡单元，并使轴部件在轴向方向上来回移动，直到移动力或移动速度达到所需的目标值，

f)终止超声波信号并从装置上拆下组件。

这使得在轴部件的移动区域中的塑料套筒或滑动套筒或塑料涂层的校准更快，并因此更精确。

这尤其成立，因为超声波信号具有与和超声震荡单元接触的轴部件或内轴部件的共振频率或共振频率之一相对应的频率。这样，从超声震荡单元到塑料的能量转移就特别有效。

可以规定，在步骤a)之前在模拟中确定共振频率，从而可以将该频率预先存储为用于控制超声震荡单元的参数。

如果在步骤d)中将两个超声震荡单元压在外部部件上，则可能会进行更密集或不同参数化的能量输入。尤其地，两个超声震荡单元可以施加有不同频率的超声波信号，如果部件具有两个或更多个明显的共振频率，则这是有利的。

此外，已经示出，也可以有利地使用多于两个的超声震荡单元，以便进一步增加能量输入。这里，可以在每个超声震荡单元上在过程时间上应用其他的频率或其他的频率曲线。为了显示用于产生轴向可移动的连接的方法，两个轴部分彼此相对的移动可以通过气缸来实现。通过引入的压力可导致夹紧组件的受力控制的运动。这里还可以针对不同的运动速度很好地设置力，并可以测量移动速度。

在具有通过上述方法制造的可伸缩转向轴的机动车转向系统中，在制造中实现了缩短循环时间并且降低了能耗。另外，因此，在耐久性，无间隙和无噪声方面，机动车辆转向具有更好的性能。

附图说明

下面参考附图描述本发明的示例性实施例。图中：

图1示出了示意性地示出的机动车转向装置；

图2-4示出了下部转向轴；

图5-6示出了图2-4的转向轴的剖视图；以及

图7示出了在校准塑料套筒期间，图5-6的转向轴的纵剖面图。

具体实施方式

图1示出了具有方向盘2的机动车转向系统1的示意图，该方向盘不可旋转地与上转向轴3连接。上转向轴3可高度调节和轴向调节地支承在支架4中。上转向轴可通过万向节5枢转，但不可旋转地与下转向轴6连接。最后，下转向轴6通过第二万向节7与小齿轮8连接，该小齿轮8啮合在齿条10的齿条部分9中。

方向盘2的旋转运动因此导致齿条10的移动，并且以已知的方式导致机动车辆的转向轮11的枢转，由此导致转向运动和行进方向的改变。

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

下转向轴6设置有第一万向节5和第二万向节7。上万向节5不可旋转地与轴内部件15相连，而第二万向节7不可旋转地与轴外部件17相连。轴外部件17具有旋转对称的环绕的结构18，该环绕的结构延伸到外轴部件17的自由端19。结构18包括直沟槽20，该直槽从外部压入轴部件17中。沟槽20平行于轴线延伸并且使轴部件17的横截面具有近似星形的结构。

在图3中，以透视图示出了图1和2中的下转向轴6，其中将轴内部件15和轴外部件17彼此拉开。在此可以看出，轴内部件15在其自由端25上具有区域26，该区域具有不同于圆形横截面的形状。该区域26的横截面的特征还在于具有沟槽或凹槽，其产生星形的横截面形状，其与轴外部件17的自由的内部横截面相匹配。这将在下面更详细地描述。在图3的图示中，轴内部件15在区域26中带有塑料套筒30，该塑料套筒的横截面形状匹配于区域26。

在图4中，这一点变得更加清晰。图4在对应于图3的视图中示出了下转向轴6，但是其中塑料套筒30从轴内部件15的区域26移除。纵轴和对称轴31在此也表示下转向轴6设计为可沿其可伸缩的轴向。

在适当的设计中，下转向轴6的轮廓在轴内部件15和轴外部件17重叠以及其中塑料套筒30布置在两个轴部件之间的区域中实现了不可旋转，但沿纵向轴线31的方向可伸缩的连接。在下部转向轴6的情况下，这种伸缩连接是有利的，因为带有齿条10的转向传动装置被安装在机动车辆的前轴的区域中，而转向柱1在仪表板的区域中被紧固至车身。这些固定点的相对运动在机动车运行中是不可避免的。这些相对运动由下转向轴6的所示结构吸收。这里，对于功能和驾驶舒适性而言，重要的是两个轴部件之间的连接长久无间隙且摩擦很小。这就需要使塑料套筒30精确地匹配于其内侧和外侧的两个轮廓。下面更详细地描述根据本发明的方法，该方法能够以特别有利的方式实现这种匹配。

图5示意性地在组装状态下示出下转向轴6的轮廓区域中的横截面。轴内部件15和轴外部件17在其相匹配的轮廓化区域中彼此推入。在轴外部件17的内表面和轴内部件15的外表面之间有塑料套筒30，其无间隙地在此放置。为了确保无间隙，塑料套筒30设置有过盈尺寸，使得两个轴部分伸入彼此的安装首先具有高的摩擦力。在运行中，这种高的摩擦会通过到不希望有的力以及由于粘滑效应而产生的噪音而负面地体现。为了使塑料套筒30匹配或校准于两个轴部件的精确尺寸，在制造过程中设定，沿径向在轴外部件17上设置超声震荡单元35。铁砧36安装在轴外部件17的相对侧上。由此，轴外部件17被牢固地夹持在超声震荡单元35和铁砧36之间。

图6示出了类似于图5的布置。在图6中，与图5不同，设定超声震荡单元35和铁砧36未插入轴外部件17的凹槽20中，而是放置在凹槽20之间形成的外表面37上。

现在，图7以纵向剖视图示出了根据图5的实施例，超声震荡单元35和砧36再次插入轴外部件17的凹槽20中。轴内部件15插入到塑料套筒30和轴外部件17中。现在，两个轴部件都被夹钳40和41夹持。触发超声震荡单元35以将超声波振动传递到外轴部件17。由此，外轴部件17进入机械振荡，具体地，以接近于轴外部件17的共振频率的频率。由此，引入到超声震荡单元35中的振动能量特别有效地传递到轴外部件17。由于轴外部件17本身相对自由地振动，所以振动能量被大量传递到塑料套筒30，从而其以高频率变形。这里塑料套筒30被加热。同时，通过借助于夹钳40和41在双箭头42的方向上的相对运动使轴内部件15在轴向方向上来回运动。加热的塑料套筒30在此匹配于轴内部件15和轴外部件17的两个相互面对的表面。匹配过程可以通过测量在来回运动期间由夹钳40和41施加的移动力来控制。优选地，借助于超声波对塑料套筒30进行的加热以及沿双箭头42的方向的运动执行直到低于预定的最大移动力为止。然后匹配过程结束。在关闭超声震荡单元35的激励之后，塑料套筒30迅速冷却，因为两个轴部件15和17本身基本上没有被超声波激励加热，因此相对于塑料套筒30而言是冷的。这促进了如此校准的塑料套筒30的尺寸精度。此外，在此过程中，轴外部件17和轴内部件15的尺寸实际上没有热变化。与此相反，轴外部件在常规方法中被加热并且在校准过程之后被再次冷却，由此限制了塑料套筒30的校准过程的可达到的精度。

由于塑料套筒30待加热的质量低，所说明的过程的加热和冷却时间短，因此可以实现较短的循环时间。此外，仅在表面上加热塑料套筒以便可以很好地成型就足够了。

然而，还应当注意，在上转向轴3的情况下，可以这种方式在长度上伸缩的连接也是有意义的。在方向盘2可相对于支架4移动的情况下，这种伸缩连接也用于上转向轴。基于下转向轴6示出的所有变型和设计也可以相同的方式用于上转向轴3。

因此，上述过程的顺序设定了以下部分可选的过程步骤作为实施例：

-提供两个待接合的轴部件，其中

-两个轴部件中的至少一个在面向另一个轴部件的表面上具有塑料涂层，

-或设置用于轴部件之间的接触的塑料套筒，

-组装轴部件，必要时利用中间的塑料套筒，

-其中轴部件和必要时的塑料套筒的设计使得组装只能通过克服按压力进行，因为滑动配合构造为过盈，

-将组件夹紧在一个可以将两个轴部件夹紧并且可以在轴向方向上施加移动力的装置中。该装置优选装备使得可以测量移动力。

-从一侧将超声震荡单元压在相应的轴外部件上，并将内部件抵靠在对应的支架(铁砧)上，

-在超声震荡单元中引入具有轴部件共振频率的超声波信号，并沿轴向方向前后移动轴部件，直到移动力达到所需的设定值。替代性地，该方法可以这样进行，使得轴部件以恒定的力相对于彼此移动并且测量移动速度。然后，当达到一定的移动速度时，该过程结束。

-结束该过程后，将轴作为成品部件从装置中取出并进一步安装。

Claims (5)

1.用于在两个轴部件之间产生可轴向移动的连接的方法，在两个轴部件之间设置有作为滑动材料的塑料，其具有以下特征：

a)提供两个待连接的轴部件，其中两个轴部件中的至少一个在面对另一部件的表面上具有塑料涂层，或者在轴部件之间设置有塑料套筒，

b)通过轴向压力将轴部件组装成一个组件，可能的话用塑料套筒组装，

c)将组件夹紧在一个装置中，在该装置中可以将两个轴部件张紧，并且可以在轴向方向上施加移动力，

d)从一侧将超声震荡单元压在相应的外部部件上，并将该部件支撑在对应保持器上，

e)将具有轴部件共振频率的超声波信号引入超声震荡单元，并使轴部件在轴向方向上来回移动，直到移动力或移动速度达到所需的目标值，

f)终止超声波信号并从装置上拆下组件；

所述超声波信号具有与和超声震荡单元接触的外轴部件的共振频率相对应的频率，或所述超声波信号具有与内轴部件的共振频率相对应的频率。

2.根据前述权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤a)之前在模拟中确定共振频率。

3.根据前述权利要求1-2中任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤d)中将两个超声震荡单元压在外部部件上。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，两个超声震荡单元施加有不同频率的超声波信号。

5.一种可伸缩转向轴(3，6)的机动车转向系统，其根据前述权利要求1-4任一项所述的方法制造。

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