CN111661136A - 车辆的转向中间轴和车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车辆的转向中间轴和车辆。该转向中间轴具有与滑动轴和滑动管装配的滑动副模块，滑动副模块具有弹簧片、套管和球体，弹簧片的一个表面与套管的内周面接触，弹簧片的另一个表面与球体接触，弹簧片受球体的挤压而在径向和/或周向上变形；滑动轴具有从外周面向径向内侧凹陷的滑动轴凹槽，滑动管具有从内周面向径向内侧凸出的与滑动轴凹槽配合的滑动管凸部，从而在滑动管和滑动轴之间传递扭矩。滑动副模块通过球体和弹簧片在滑动轴和滑动管之间起到缓冲作用；球体具有低摩擦力；弹簧片的变形消弭了配合公差，实现了零游隙，滑动管和滑动轴配合主要用于传递扭矩。该转向中间轴兼具了高刚度和低摩擦的优点。

Description

车辆的转向中间轴和车辆

技术领域

本发明涉及车辆技术领域，尤其涉及一种车辆的转向中间轴和车辆。

背景技术

车辆的转向中间轴具有滑动轴和滑动管，用于将转向管柱的转向扭矩传递到转向器的输入轴端，滑动管套装于滑动轴，滑动管和滑动轴能够沿二者的轴向相对滑动。

滑动轴在其外周面具有花键，花键的表面注塑形成一层工程塑料，滑动管的内周面具有花键槽，花键和花键槽形成装配结构，滑动轴和滑动管通过该装配结构装配和传递扭矩。花键的表面形成的工程塑料既能够消除配合公差，又能够降低滑动轴和滑动管之间的滑动摩擦力。

在上述相关技术中，当转向中间轴用于高扭矩的情况(比如扭矩大于85牛·米)时，由于工程塑料的硬度限制，在高扭矩耐久之后会出现刚度损失过大的现象。

如果采用高强度的碳纤维材料代替上述工程塑料，虽然碳纤维材料具有较高的耐磨能力，但是在微观领域，与碳纤维材料装配的滑动轴和滑动管的表面崎岖不平，在扭矩和路面冲击的影响下，更容易在装配面上出现粘滑(stick-slip)现象。

因而，相关技术中还没有能够在车辆的高扭矩耐久前后满足滑动摩擦力、刚度等多方面的使用要求的转向中间轴。

发明内容

基于上述现有技术的缺陷做出了本发明。本发明的一发明目的在于提供一种车辆的转向中间轴，其能够在车辆高扭矩耐久前后满足滑动摩擦力、刚度等多方面的使用要求。本发明的另一发明目的在于提供一种车辆。

为了实现上述发明目的，本发明采用如下的技术方案。

本发明提供了一种车辆的转向中间轴，包括滑动轴和滑动管，所述滑动管在所述滑动轴的径向外侧同轴地套装于所述滑动轴，所述滑动管和所述滑动轴能够沿二者的轴向相对滑动，所述转向中间轴还具有滑动副模块，所述滑动副模块包括弹簧片、球体和套管；所述套管的轴向一侧端部与所述滑动管固定连接，所述套管的轴向另一侧端部在所述弹簧片的径向外侧同轴地套装于所述滑动轴；所述球体在所述径向上压装于所述弹簧片和所述滑动轴之间；所述弹簧片的一个表面与所述套管的内周面接触，所述弹簧片的另一个表面与所述球体接触，所述弹簧片受所述球体的挤压而在所述径向和/或周向上变形；所述滑动轴具有滑动轴凹槽，所述滑动轴凹槽从所述滑动轴的外周面向径向内侧凹陷，所述球体的至少一部分容纳于所述滑动轴凹槽，所述滑动轴凹槽支撑所述球体，所述滑动管的内周面形成有向径向内侧凸出的与所述滑动轴凹槽配合的滑动管凸部，从而能够在所述滑动管和所述滑动轴之间传递扭矩。

优选地，所述滑动副模块还包括保持架，所述保持架在所述径向上位于所述弹簧片和所述滑动轴之间，所述保持架具有多个兜孔，所述球体穿过所述兜孔安装并从所述兜孔的径向上的两侧裸露。

优选地，所述保持架形成为大致筒形并同轴地套装于所述滑动轴，所述保持架具有保持架本体和从所述保持架本体的外周面凸出的保持架凸部，所述套管具有从其内周面向径向外侧凹陷的套管凹槽，所述保持架凸部插入所述套管凹槽从而所述保持架相对于所述套管沿所述周向定位。

优选地，所述保持架凸部沿所述轴向延伸，所述套管凹槽沿所述轴向延伸，所述保持架沿所述周向具有至少两个所述保持架凸部，每两个相邻的所述保持架凸部之间具有数目相同的所述兜孔。

优选地，所述弹簧片在垂直于所述轴向的平面内具有大致L形，所述弹簧片具有形成所述L形的两个分支，所述弹簧片的一个分支和所述保持架凸部一起伸入所述套管凹槽，所述弹簧片的另一个分支压装于所述球体与所述套管之间。

优选地，所述弹簧片的另一个分支具有远离所述一个分支的自由端，所述另一个分支具有沿周向延伸的至少一个切口，所述切口从所述自由端向所述一个分支延伸并在到达所述一个分支之前截止。

优选地，所述弹簧片的另一个分支具有远离所述一个分支的自由端，所述自由端附近形成折弯部，所述折弯部向径向外侧凸出，所述球体在所述折弯部的径向内侧与所述折弯部接触。

优选地，所述弹簧片为波面弹簧。

优选地，所述套管的所述轴向一侧端部与所述滑动管过盈配合。

本发明还提供了一种车辆，所述车辆具有上述任一技术方案中的转向中间轴。

通过采用上述技术方案，本发明提供了一种转向中间轴，其中，滑动副模块通过球体和弹簧片在滑动轴和滑动管之间起到缓冲作用；与弹簧片和滑动轴凹槽配合的球体具有低摩擦力；弹簧片的变形消弭了配合公差，实现了零游隙，滑动管和滑动轴配合主要用于传递扭矩。因而，本发明的转向中间轴兼具了高刚度和低摩擦的优点。

附图说明

图1为本发明提供的转向中间轴的一个实施例的滑动副模块的爆炸显示的立体图；

图2为图1中的滑动副模块的压装于滑动轴之前的横截面视图；

图3为图1中的滑动副模块的压装于滑动轴之后的横截面视图；

图4为图1中的滑动轴与滑动管组装之后的横截面视图；

图5为图1中的滑动轴的立体结构示意图；

图6为图1中的滑动管的立体结构示意图；

图7为图1中的滑动副模块的套管的立体结构示意图；

图8为图1中的滑动副模块的弹簧片的立体结构示意图；

图9为图1中的滑动副模块的保持架的立体结构示意图；

图10为图1中的滑动副模块的剖开的立体结构示意图。

附图标记说明：

10滑动轴、11滑动轴凹槽、20滑动管、21滑动管凸部、30滑动副模块、31套管、310小径部分、320轴向一侧端部、330轴向另一侧端部、311套管凹槽、32保持架、321保持架凸部、3211弹簧片安装槽、322保持架本体、3221兜孔间隙、3222兜孔、323保持架周圈、33弹簧片、331第一分支、332第二分支、3321切口、34球体、35防尘密封圈、36加强件。

具体实施方式

下面参照附图描述本发明的示例性实施方式。应当理解，这些具体的说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本发明，而不用于穷举本发明的所有可行的方式，也不用于限制本发明的范围。

以下将参照说明书附图来详细地说明本发明的具体实施方式。在本说明书中，“轴向”、“径向”和“周向”分别是指转向中间轴的轴向、径向和周向。“轴向一侧”指图1中的右侧，“轴向另一侧”指图1中的左侧。

如图1和图10所示，在本发明提供的车辆的转向中间轴的一个具体实施例中，转向中间轴包括滑动轴10、滑动管20和滑动副模块30。滑动管20在滑动轴10的径向外侧同轴地套装于滑动轴10，滑动管20能够相对于滑动轴10沿轴向滑动，滑动轴10和滑动管20还能够同轴地转动，在滑动轴10和滑动管20中的一者刚开始转动时，初始小扭矩传递至滑动副模块30，随着转动的进行，扭矩逐渐增大，此时滑动管20和滑动轴10同步地转动。

该滑动副模块30可以包括防尘密封圈35和加强件36，加强件36用于在滑动轴10上加固防尘密封圈35，防尘密封圈35和加强件36均套装于滑动轴10。

如图2至图6所示，在本实施例中，滑动副模块30包括套管31、保持架32、弹簧片33和球体34。套管31在滑动轴10的径向外侧同轴地套装于滑动轴10，套管31在轴向两端部之间具有小径部分310，该小径部分310的径向尺寸小于其他部分，套管31的在小径部分310的轴向一侧的轴向一侧端部320与滑动管20组装，套管31的在小径部分310的轴向另一侧的轴向另一侧端部330与保持架32、弹簧片33和球体34组装。上述防尘密封圈35和加强件36可以在滑动副模块30的轴向另一端安装，滑动管20的一个端部可以在套管31的轴向一侧端部320的内部与套管31的轴向一侧端部320过盈配合，从而滑动管20、滑动副模块30和滑动轴10组装在一起。

如图9所示，保持架32具有保持架本体322、保持架凸部321和保持架周圈323。保持架本体322在滑动轴10的径向外侧围成容纳滑动轴10的大致圆柱形的腔室，从而保持架32在滑动轴10的径向外侧同轴地套装于滑动轴10。

保持架凸部321从保持架本体322的外周面沿径向向外凸出，保持架凸部321可以为沿周向布置的多个，例如四个。保持架凸部321形成为沿轴向延伸的长条体从而具有两个周向端部，保持架凸部321在每个周向端部具有凹陷的弹簧片安装槽3211，弹簧片安装槽3211的径向内侧的槽侧壁由保持架本体322的外周面形成，弹簧片安装槽3211的径向外侧的槽侧壁缺失，从而弹簧片安装槽3211具有朝径向外侧开放的槽口和朝周向一侧开放的槽口。

保持架本体322包括兜孔3222，兜孔3222沿径向贯穿保持架本体322而形成，沿周向布置的兜孔3222形成兜孔组，兜孔组可以为沿轴向布置的多个，例如四个兜孔组，每个兜孔组可以具有多个兜孔3222，例如八个兜孔3222。

一个兜孔组内的兜孔3222分散地形成于保持架本体322的各个部分，从而一个兜孔组被划分为多个兜孔小组，比如一个兜孔组的一个兜孔小组对应保持架本体322的限定在相邻两个保持架凸部321之间的四个部分中的一个。每个兜孔小组可以具有数目相同的兜孔3222，比如两个兜孔3222。

每个兜孔3222用于安装一个球体34。可见，这样的滑动副模块30具有多个球体34，球体34分散布置在滑动轴10和套管31之间。

一个兜孔小组内的至少两个兜孔3222之间形成兜孔间隙3221，保持架本体322在兜孔间隙3221的部分缺失，从而兜孔间隙3221沿保持架32的轴向形成为大致条形。兜孔间隙3221的周向两侧的两个兜孔3222均形成为被截去一部分的大致圆形从而具有兜孔缺口，兜孔缺口朝向兜孔间隙3221开放，从而兜孔3222通过兜孔缺口而在周向上与兜孔间隙3221连通。

球体34通过兜孔缺口在周向上从兜孔3222裸露，从而球体34的一部分位于兜孔3222内，另一部分位于兜孔间隙3221内。每个兜孔3222被截去的一部分均少于半个圆形，从而，球体34受兜孔3222支撑的部分多于一半，这能够获得稳固的支撑效果。

球体34安装于兜孔3222，球体34的大致沿球体34轴线的中间部分位于兜孔3222内并与兜孔3222的内壁接触，兜孔3222支撑球体34的中间部分，球体34的中间部分的径向两侧的径向外部和径向内部均从兜孔3222裸露。

应当理解，“大致圆形”是指与圆形相类似的形状，包括圆形、椭圆形、长圆形等。

保持架周圈323形成于保持架本体322的轴向两端，保持架周圈323和保持架凸部321均与保持架本体322连接成整体，保持架周圈323从保持架本体322沿径向凸出，从而保持架周圈323在保持架本体322的轴向两端形成凸边。

保持架32约束和导向球体34，球体34被预先固定在兜孔3222中，从而保持架32和球体34可以作为一个整体而装配到滑动副模块30之中，这降低了装配复杂度，简化了装配过程。

如图8所示，弹簧片33在垂直于轴向的截面(横截面)内具有大致L形从而具有形成L形的第一分支331和第二分支332，两个分支之间可以形成钝角的夹角。定义弹簧片的“外侧”为两个分支的形成上述夹角的一侧，如图8中的右上侧，弹簧片的“内侧”为两个分支的不形成上述夹角的一侧，如图8中的左下侧。

应当理解，大致L形是指与L形相类似的形状，其具有两个分支，包括两个分支笔直的L形、两个分支弯折的L形等，并且，其只要看起来类似L形即可，而不受到两个分支之间的夹角大小和两个分支的长短的限制。

弹簧片33设置于套管31和保持架32(球体34)之间，弹簧片33的第一分支331抵靠保持架32，具体是，弹簧片33的第一分支331通过保持架凸部321的朝向周向一侧开放的槽口进入弹簧片安装槽3211，弹簧片33以第一分支331的内表面抵靠保持架凸部321的弹簧片安装槽3211的槽底壁。这样，弹簧片33在弹簧片安装槽3211中定位，弹簧片33在滑动副模块30中的位置大致固定。

弹簧片33通过具有L形的方式而能够在径向和/或周向上变形，在其他实施例中，弹簧片33还可以通过其他方式来实现在径向和/或周向上的变形，比如形成为波面弹簧。

第一分支331具有与第二分支332连接的一个端部和远离第二分支332的另一个端部，第一分支331的另一个端部通过保持架凸部321的朝向径向外侧开放的槽口而从弹簧片安装槽3211裸露。

第一分支331沿轴向还具有两个端部，该两个端部在弹簧片安装槽3211内抵靠弹簧片安装槽3211的在轴向上的两个槽侧壁，从而第一分支331相对于保持架32沿轴向固定。

弹簧片33的第二分支332具有变形面(即最小刚度平面)，第二分支332位于弹簧片33的外侧的变形面与套管31的内周面接触，第二分支332位于弹簧片33的内侧的变形面与球体34的径向外部接触。

第二分支332具有两个端部，一个端部与第一分支331连接，另一个端部(即自由端)远离第一分支331并自由设置。第二分支332具有起始于另一个端部并截止于一个端部之前的切口3321，切口3321沿周向延伸，切口3321可以为沿轴向布置的两个，弹簧片33与球体34接触并压紧预载球体34。这样，弹簧片33的第二分支332在与保持架32装配时能够具有适当的变形而利于装配。

第二分支332沿轴向还具有两个端部，该两个端部抵靠保持架周圈323形成的凸边，从而第二分支332相对于保持架32沿轴向固定。

第二分支332的另一个端部处形成折弯部，折弯部朝向滑动轴10的径向外侧凸出，折弯部具有大致钝角的夹角，球体34在弹簧片33的内侧与折弯部接触，即与折弯部的径向内侧接触。在压装滑动副模块30时，该折弯部能够适当变形而在套管31和滑动轴10之间定位球体34，球体34还能够受到折弯部的稳定支撑。

如图7所示，套管31的轴向另一侧端部330的内周面具有凹陷的套管凹槽311，套管凹槽311沿轴向延伸，保持架凸部321插入套管凹槽311，套管凹槽311的数目与保持架凸部321的数目相同。套管31具有均匀的壁厚，在周向上分布有向径向外侧突出并沿轴向延伸的多个凸起，在凸起的径向内侧形成上述套管凹槽311。

如图4至图6所示，滑动轴10具有沿轴向延伸的滑动轴凹槽11，滑动轴凹槽11从滑动轴10的外周面向径向内侧凹陷，滑动轴凹槽11可以在横截面内具有弧形的轮廓，球体34从兜孔3222的径向内侧裸露的部分的至少一部分容纳于该滑动轴凹槽11，球体34能够受到该滑动轴凹槽11的支撑。

该滑动轴凹槽11可以容纳小于半个的球体34。

滑动管20与套管31沿轴向排布，滑动管20具有沿轴向延伸的滑动管凸部21，滑动管凸部21从滑动管20的内周面向径向内侧凸出，滑动管凸部21在横截面内具有弧形的轮廓，滑动管凸部21容纳于滑动轴凹槽11并相对于滑动轴10在径向和周向上定位。

在本实施例中，滑动轴凹槽11形成为沿周向分散开的多个，一个滑动轴凹槽11内容纳一列球体34，从而滑动轴凹槽11可以为沿周向布置的八个，八个滑动轴凹槽11被划分为四组，每个组具有两个滑动轴凹槽11，每个组的滑动轴凹槽11对应于保持架本体322的位于两个相邻的保持架凸部321之间的部分。

滑动管20的滑动管凸部21以外的部分与滑动轴10的滑动轴凹槽11以外的部分相匹配，从而滑动管20的内周面轮廓与滑动轴10的外周面轮廓相匹配，滑动轴10和滑动管20能够沿轴向滑动。

在本实施例中，保持架凸部321与在其周向两侧的弹簧片33的第一分支331共同插入套管凹槽311，从而保持架凸部321和其两侧的弹簧片33共同在套管凹槽311内沿周向和径向定位。保持架凸部321与弹簧片33之间，以及套管凹槽311与弹簧片33之间具有足够的摩擦力，该摩擦力远大于球体34与滑动轴10之间的摩擦力，从而不需要额外的轴向定位部件便可以确保保持架32不会相对于套管31沿轴向滑动。

如图2所示，在将滑动副模块30压装于滑动轴10之前，球体34被预先固定在兜孔3222中，保持架32和球体34可以被作为一个整体装配到滑动副模块30中，这降低了装配复杂度，简化了装配。保持架凸部321与套管凹槽311固定弹簧片33，例如弹簧片33的第一分支331，从而约束了弹簧片33在滑动副模块30中的位置。依靠弹簧片33(在本实施例中，对应于每个保持架凸部安装两个弹簧片)的自压缩特性，套管31和保持架32被固定在一起，弹簧片33的位置也大致固定。该滑动副模块30通过机械部件组装形成从而具备一定的刚度，不会像现有技术中的工程塑料一样在使用过程中出现刚度损失。

如图3所示，在将滑动副模块30压装于滑动轴10之后，预先定位于保持架32的球体34与滑动轴凹槽11接触，在此之前与球体34接触的弹簧片33在滑动轴凹槽11和球体34的挤压下发生弹性变形，从而具有新的位置P，从而消弭了配合公差，实现了零游隙。与弹簧片33和滑动轴凹槽11配合的球体34具备点接触的传动方式，从而滑动副模块30具有低摩擦力矩。

在本实施例中，还可以对弹簧片33进行热处理，从而提高弹簧片33自身的刚度，使滑动副模块30同时具备装配简单、高刚度和低摩擦力的优点。

如图3和4所示，在滑动副模块30装配完成之后，在初始施加小扭矩的过程中，滑动轴凹槽11通过球体34推动弹簧片33变形，随着扭矩的逐渐增加，滑动轴10的扭转角度逐渐增加，滑动管20的内周面轮廓与滑动轴10的外周面轮廓的相应位置接触，此时滑动轴10与滑动管20之间不再有相对转动，这形成了沿轴向的线接触的传动方式。

这样，即使在高扭矩的耐久性要求下，表面接触应力也会大大降低，从而可以不采用昂贵的热处理工艺。同时，对于球体34和弹簧片33组成的传动部分也会起到限扭作用，从而保护该传动部分免遭高扭矩下的磨损影响。

本发明还提供一种具有上述转向中间轴的车辆。

应当理解，上述实施方式仅是示例性的，不用于限制本发明。本领域技术人员可以在本发明的教导下对上述实施方式做出各种变型和改变，而不脱离本发明的范围。

(1)球体34可以为钢球，并且可以对钢球进行热处理，从而滑动副模块30具有更高的刚度。

(2)球体34和兜孔3222的数目不限于上文所述。

(3)滑动管20与套管31之间的固定连接方式还可以为过盈配合以外的其他方式，比如在套管31和滑动管20上各自设置法兰部，通过螺栓将二者的法兰部固定连接等。

(4)应当理解，滑动管20的轮廓与滑动轴10的轮廓相匹配是指，二者能够的轮廓形状能够使得二者沿轴向相对滑动而不发生干涉，允许二者在径向和/或周向上存在一定的配合间隙。

Claims (10)

1.一种车辆的转向中间轴，包括滑动轴和滑动管，所述滑动管在所述滑动轴的径向外侧同轴地套装于所述滑动轴，所述滑动管和所述滑动轴能够沿二者的轴向相对滑动，其特征在于，

所述转向中间轴还具有滑动副模块，所述滑动副模块包括弹簧片、球体和套管；

所述套管的轴向一侧端部与所述滑动管固定连接，所述套管的轴向另一侧端部在所述弹簧片的径向外侧同轴地套装于所述滑动轴；

所述球体在所述径向上压装于所述弹簧片和所述滑动轴之间；

所述弹簧片的一个表面与所述套管的内周面接触，所述弹簧片的另一个表面与所述球体接触，所述弹簧片受所述球体的挤压而在所述径向和/或周向上变形；

所述滑动轴具有滑动轴凹槽，所述滑动轴凹槽从所述滑动轴的外周面向径向内侧凹陷，所述球体的至少一部分容纳于所述滑动轴凹槽，所述滑动轴凹槽支撑所述球体，所述滑动管的内周面形成有向径向内侧凸出的与所述滑动轴凹槽配合的滑动管凸部，从而能够在所述滑动管和所述滑动轴之间传递扭矩。

2.根据权利要求1所述的车辆的转向中间轴，其特征在于，所述滑动副模块还包括保持架，所述保持架在所述径向上位于所述弹簧片和所述滑动轴之间，所述保持架具有多个兜孔，所述球体穿过所述兜孔安装并从所述兜孔的径向上的两侧裸露。

3.根据权利要求2所述的车辆的转向中间轴，其特征在于，所述保持架形成为大致筒形并同轴地套装于所述滑动轴，所述保持架具有保持架本体和从所述保持架本体的外周面凸出的保持架凸部，所述套管具有从其内周面向径向外侧凹陷的套管凹槽，所述保持架凸部插入所述套管凹槽从而所述保持架相对于所述套管沿所述周向定位。

4.根据权利要求3所述的车辆的转向中间轴，其特征在于，所述保持架凸部沿所述轴向延伸，所述套管凹槽沿所述轴向延伸，所述保持架沿所述周向具有至少两个所述保持架凸部，每两个相邻的所述保持架凸部之间具有数目相同的所述兜孔。

5.根据权利要求3所述的车辆的转向中间轴，其特征在于，所述弹簧片在垂直于所述轴向的平面内具有大致L形，所述弹簧片具有形成所述L形的两个分支，所述弹簧片的一个分支和所述保持架凸部一起伸入所述套管凹槽，所述弹簧片的另一个分支压装于所述球体与所述套管之间。

6.根据权利要求5所述的车辆的转向中间轴，其特征在于，所述弹簧片的另一个分支具有远离所述一个分支的自由端，所述另一个分支具有沿周向延伸的至少一个切口，所述切口从所述自由端向所述一个分支延伸并在到达所述一个分支之前截止。

7.根据权利要求5所述的车辆的转向中间轴，其特征在于，所述弹簧片的另一个分支具有远离所述一个分支的自由端，所述自由端附近形成折弯部，所述折弯部向径向外侧凸出，所述球体在所述折弯部的径向内侧与所述折弯部接触。

8.根据权利要求1所述的车辆的转向中间轴，其特征在于，所述弹簧片为波面弹簧。

9.根据权利要求1所述的车辆的转向中间轴，其特征在于，所述套管的所述轴向一侧端部与所述滑动管过盈配合。

10.一种车辆，其特征在于，所述车辆具有根据权利要求1至9中任一项所述的转向中间轴。

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