CN113859350B - 中间轴轴向保持装置 - Google Patents

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Abstract

一种转向轴组件，其包括具有多个齿的阳轴，所述多个齿从阳轴的一部分径向向外地延伸。该转向轴组件还包括阴轴，阴轴接纳阳轴的一部分且沿旋转方向固定至阳轴，阳轴相对于阴轴能轴向地移动，阴轴具有端部和本体部，其中，阴轴的端部具有端壁厚度，该端壁厚度小于本体部的本体壁厚度，在阳轴的轴向移动期间，所述端部径向向内地弯曲以限定硬止动位置。在硬止动位置处，阳轴的多个齿的端部接触阴轴的弯曲端部。

Description

中间轴轴向保持装置
相关申请的交叉引用
本专利申请要求享有于2020年6月30日提交的美国临时专利申请第63/046,177号的优先权，其公开内容通过引用而被整体并入本文。
技术领域
本公开涉及车辆转向系统，更具体地说，涉及一种用于转向系统的中间轴轴向保持组件，以及制造和组装该组件的方法。
背景技术
车辆转向系统包括转向轴组件，该转向轴组件将方向盘(handwheel，手轮)联接至便于进行车辆的转向控制的一个或多个部件。转向轴组件通常包括多个轴，其中一个轴被称为中间轴(intermediate shaft)。
中间轴的特征之一是，其能传递扭矩并提供轴向位移，而不可能变得分开。为了实现以高扭转率来传递扭矩，所有滑动接头轴设计均需要线对线紧密配合，同时仍然维持低行程载荷(stroke load)。目前使用铆合部(stake，压凹)来将阳轴(male shaft)保持在阴管(female tube)的内部，以防止两个轴在运输、搬运和组装在车辆中的过程中变成分离。最近，由于组装要求，一些车辆供应商和制造商提高了铆合部拉开要求。例如，铆合部被要求在分离载荷(breakaway load)小于60N的条件下承载柱质量的2.5倍。在另一示例中，当从完全伸展被压缩(collapse)时，铆合部会被要求在分离载荷小于40N的条件下保持1000N持续20秒。对于车辆组装期间的人体工程学要求而言，不允许会导致无构建情况(no buildsituation)的卡顿或高行程载荷。借助目前的铆合工艺，滑动接头在从完全伸展被推动到超过分离压缩要求时会锁定。
发明内容
根据本公开的一个方案，一种转向轴组件包括具有多个齿的阳轴，所述多个齿从阳轴的一部分径向向外地延伸。该转向轴组件还包括阴轴，所述阴轴接纳阳轴的一部分且沿旋转方向固定至阳轴，阳轴相对于阴轴能轴向地移动，阴轴具有端部和本体部，其中，阴轴的端部具有端壁厚度，该端壁厚度小于本体部的本体壁厚度，在阳轴的轴向移动期间，所述端部径向向内地弯曲以限定硬止动位置。所述齿包覆成型(overmolded)有塑料材料，在硬止动位置处，阳轴的多个齿的端部处的包覆成型的塑料材料的端部接触阴轴的弯曲端部。
根据本公开的另一方案，一种转向轴组件包括具有多个齿的阳轴，所述多个齿从阳轴的一部分径向向外地延伸。该转向轴组件还包括阴轴，所述阴轴接纳阳轴的一部分且沿旋转方向固定至阳轴，阳轴相对于阴轴能轴向地移动，阴轴具有端部和本体部，其中，阴轴的端部具有端壁厚度，该端壁厚度小于本体部的本体壁厚度，在阳轴的轴向移动期间，所述端部径向向内地弯曲以限定硬止动位置。多个齿的端部未包覆成型有塑料材料，在硬止动位置处，阳轴的多个齿的端部接触阴轴的弯曲端部。
根据本公开的又一方案，一种转向轴组件包括具有多个齿的阳轴，所述多个齿从阳轴的一部分径向向外地延伸。该转向轴组件还包括阴轴，所述阴轴接纳阳轴的一部分且沿旋转方向固定至阳轴，阳轴相对于阴轴能轴向地移动，阴轴在阴轴的内壁中限定凹槽。所述转向轴组件还包括金属环，该金属环被设置在阴轴的凹槽内，且在阳轴的轴向移动期间径向向内地突出以限定硬止动位置。转向轴组件还进一步包括阳轴的多个齿的端部，在硬止动位置处所述端部接触金属环。
附图说明
在本说明书结尾处的权利要求书中特别指出并明确要求保护作为本发明的主题。本发明前述的和其它的特征和优点由以下结合附图所作的详细描述中显而易见，附图中：
图1是转向轴组件的立体图；
图2是转向轴组件的一部分的横截面图；
图3是根据本公开另一方案的转向轴组件的一部分的横截面图；以及
图4是根据本公开又一方案的转向轴组件的一部分的横截面图。
具体实施方式
现在参考附图，以下将参考具体实施例描述本发明，但所述具体实施例不限定本发明，附图示出了用于车辆转向轴组件的保持特征。
参考图1，车辆转向轴组件被部分地示出且概况地以数字10表示。轴组件10部分地包括阳轴12和阴轴14。阳轴12被部分地插入阴轴14内，而且轴12、14被配置成相对于彼此轴向地位移。车辆转向轴组件10可被用在任何合适类型的车辆的转向系统中。例如，小型车、卡车、运动型多功能车、小型货车、跨界车(crossover)、任何其它乘用车、任何合适的商用车或任何其他合适的车辆中的转向系统均可受益于本文所公开的实施例。并且，本公开的原理可应用于其它交通工具，诸如飞机、轮船、火车、无人机或其它合适的交通工具。此外，本发明可被结合至各种转向系统方案和电动助力转向(EPS)系统中。
图2和图3示出各种实施例，每个实施例在阴轴14中均设置有一致的铆合部。图4示出了在阴轴14中使用环形凹槽和卡扣丝。沉孔式的设计以及铆合工具轮廓提供了一致的压力载荷，而没有与内轴接触的风险，其中与内轴接触会导致噪音和/或高滑动载荷。这种组件提供高载荷承载能力。均匀分布的齿接触提供了有效的硬止动部(hard stop，硬停，急停)，使得在完全伸展下不可能变成锁定在阴轴14中。由于较薄的管厚度使得工具磨损减少，所以还实现了增加的铆合工具寿命。最后，借助本设计的沉孔特征，阴轴花键没有变形。
现在参考图2，其更详细地示出阳轴12与阴轴14的重叠区域。如图所示，阳轴12与阴轴14借助彼此互锁的多个齿16而旋转地彼此联接。这些可被称为花键。具体地说，阳轴12包括多个径向地延伸的齿，这些齿从阳轴12向外突出，且被装配在阴轴14的内壁内限定的凹槽或类似结构内。这些部件的装配关系防止阳轴12与阴轴14的相对旋转，由此使得一者的旋转导致另一者的旋转。
通过阳轴12相对于阴轴14的滑动运动，阳轴12与阴轴14能相对于彼此轴向地调节。阴轴14包括端部20，该端部变形以将阳轴12轴向地保持在其中。具体地说，位于阴轴14的端部20处的区域被制造成比阴轴14的相邻部分(例如本体)薄。较薄的端部区域可具有适合于特定使用应用的任何厚度和长度。一旦阳轴12轴向地平移至一特定位置，此端部区域就轴向地变形以使端部区域弯曲，且提供一硬止动部，该硬止动部与阳轴12的一部分接合。这是通过滚压制造工艺或任何合适的替代方式完成的。在一些实施例中，阴轴的端部的曲率可导致端部的一部分相对于阴轴14的本体部基本垂直，但也可设想其它角度，诸如所示的定向，其中端部20被弯曲成超过垂直，而与阴轴14的本体部构成锐角。
在所示实施例中，阳轴12的花键/齿被包覆成型至阳轴12的外径。这些花键/齿由塑料形成。阳轴12的被包覆成型的齿的端部接合阴轴14的轴向保持特征22。在这样的实施例中，齿的端部24在期望的轴向位置处接合轴向保持特征22，以将阳轴12保持在阴轴14之内。图2的实施例适于达到某些需要的载荷要求的应用。
参考图3和图4，其示出轴组件10的其他实施例。不同于图2所公开的塑料对金属(plastic to metal)的硬止动部的实施例，图3和图4的实施例对于阳轴12与阴轴14之间的硬止动部提供了金属对金属(metal-to-metal)接触。
图3和图4的实施例消除了当被包覆成型在阳轴上的塑料接触阴管上的铆合轮廓时可能发生的高分离力和高运行载荷。在所公开的实施例中，阳轴12包括处于模制部段之外未被包覆成型的花键的一部分。这一部分在图3和图4中以数字50来表示。
在图3中，这允许阳轴12上的未被包覆成型的金属花键部50与阴轴14的铆合部22接触，从而为阳轴12提供硬止动部。
在图4中，阳轴12的未被包覆成型的金属花键部50与金属环60接触，该金属环被设置在由阴轴14的内壁限定的凹槽内。这种接触为阳轴12提供了硬止动部。
图3和图4各自包括阳轴12的多个齿16的由塑料材料包覆成型的部分，以数字70表示。在一些实施例中，多个齿16的被包覆成型的部分70与未被包覆成型的部分50由齿凹部80分开。
图3和图4中的硬止动部接触是金属对金属，从而避免了塑料变形。超出齿形状的任何塑料变形都会导致高分离力和增加的运行载荷。在界面处有塑料的任何设计中，铆合部上的载荷越高，塑料变形也就越大。在所有滑动接头轴设计中均要求线对线配合，以对于低行程载荷提供高扭转率。为了车辆组装期间的人体工程学要求，不允许会导致无构建情况的卡顿或高行程载荷。本文公开的实施例允许滑动接头承受高拉开力而不会增加分离载荷或运行载荷。这种抗拉开特征提供了有效的硬止动部，同时也消除了与铆合部接触后发生锁定的可能性。
所述硬止动部特征不增加行程载荷，且消除了增加的分离力，并且提供了高载荷承载能力。此外，在所披露的实施例中，花键上没有塑料可变形，阳花键上的任何可能的变形均不会增加载荷，这是因为金属齿轮廓正好位于阴轴12的金属齿轮廓内。
本文公开的实施例的特征为一种新的铆合部工艺，其避免了阴轴14的花键部分变形，以及承受高拉开力的能力，同时维持低压缩分离载荷。铆合部轮廓在一个轴向运动中形成。此工艺要求阴管14的壁厚度在铆合区域处减小。通过在铆合区域处具有减小的管厚度，阴管的圆度变形最小化，同时提高了抗拉开特征形成工具的工具寿命。这种抗拉开特征提供了有效的硬止动部，同时使锁定的可能最小化。
尽管本发明仅结合有限数量的实施例来详细描述，但容易理解，本发明不限于这些被公开的实施例。反之，本发明可被修改以包含之前未描述但与本发明的精神和范围相称的任何数量的变化、改变、替换或等效布置。此外，尽管以上已描述了本发明的各种实施例，但应理解，本发明的各个方案可以仅包括上述实施例的一些。因此，本发明不应被视为受前述说明的限制。

Claims (11)

1.一种转向轴组件，包括：
具有多个齿的阳轴，所述多个齿从所述阳轴的一部分径向向外地延伸；以及
阴轴，所述阴轴接纳所述阳轴的一部分且沿旋转方向固定至所述阳轴，所述阳轴相对于所述阴轴能轴向地移动，所述阴轴具有端部和本体部，其中，所述阴轴的端部具有端壁厚度，所述端壁厚度小于所述本体部的本体壁厚度，在所述阳轴的轴向移动期间，所述阴轴的端部径向向内地弯曲使得所述阴轴的端部与所述本体部构成锐角以限定硬止动位置；
其中，所述齿被包覆成型有塑料材料，在所述硬止动位置处，所述阳轴的所述多个齿的端部处的包覆成型的塑料材料的端部接触所述阴轴的端部。
2.根据权利要求1所述的转向轴组件，其中，所述包覆成型的塑料材料在所述多个齿的整体上延伸。
3.根据权利要求1所述的转向轴组件，其中，所述阴轴的端部包括定向成与所述阴轴的本体部垂直的部分。
4.根据权利要求1所述的转向轴组件，其中，所述阴轴的端部包括被定向成相对于所述阴轴的本体部成锐角的部分。
5.根据权利要求1所述的转向轴组件，其中，所述阴轴的端部通过滚压工艺形成。
6.一种转向轴组件，包括：
具有多个齿的阳轴，所述多个齿从所述阳轴的一部分径向向外地延伸；以及
阴轴，所述阴轴接纳所述阳轴的一部分且沿旋转方向固定至所述阳轴，所述阳轴相对于所述阴轴能轴向地移动，所述阴轴具有端部和本体部，其中，所述阴轴的端部具有端壁厚度，所述端壁厚度小于所述本体部的本体壁厚度，在所述阳轴的轴向移动期间，所述阴轴的端部径向向内地弯曲使得所述阴轴的端部与所述本体部构成锐角以限定硬止动位置；
其中，所述多个齿的端部未包覆成型有塑料材料，在所述硬止动位置处，所述阳轴的多个齿的端部接触所述阴轴的端部。
7.根据权利要求6所述的转向轴组件，其中，所述阳轴的多个齿的一部分包覆成型有塑料材料。
8.根据权利要求7所述的转向轴组件，其中，所述多个齿的被包覆成型的部分和未被包覆成型的部分由齿凹部分开。
9.根据权利要求6所述的转向轴组件，其中，所述阴轴的端部包括被定向成与所述阴轴的本体部垂直的部分。
10.根据权利要求6所述的转向轴组件，其中，所述阴轴的端部包括被定向成相对于所述阴轴的本体部成锐角的部分。
11.根据权利要求6所述的转向轴组件，其中，所述阴轴的端部通过滚压工艺形成。
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