CN117693463A - 用于车辆转向柱的调节装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于车辆转向柱的调节装置,其包括长度可变的转向系(1),转向元件可连接到该转向系上,并且其包括至少一个用于转向系(1)的长度调节的驱动单元(15、19)。为了使调节装置在不影响其功能的情况下只需要很小的安装空间,所述转向系(1)具有至少两个管(7、8),所述至少两个管伸缩式地嵌接于彼此、可相对于彼此移动并且可分别通过一个驱动单元(15、19)驱动。这两个驱动单元(15、19)并排设置在调节装置下方的区域中。如果这两个管(7、8)收缩,则调节装置仅具有短的长度(该长度在管(7、8)的移动方向上测得)。相反,如果这两个管伸缩式地移出,则尽管在初始位置中长度很短,也能够实现非常大的长度调节范围。
Description
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1前序部分的用于车辆转向柱的调节装置。
背景技术
借助这种调节装置使车辆的转向元件、如方向盘与驾驶员的座椅位置相适应。调节装置的转向系至少在其长度上可调节。可用于安装此类调节装置的安装空间越来越小,尤其是当这种调节装置应安装在电动车辆中时。但在此不应影响调节装置的功能。
发明内容
本发明所基于的任务在于,这样构造这种类型的调节装置,使得其在不影响其功能的情况下仅需要很小的安装空间。
该任务在这种类型的调节装置中根据本发明借助权利要求1的特征部分特征来解决。
根据本发明的调节装置的特征在于,其两个管伸缩式地嵌接于彼此并且可相对于彼此移动。如果这两个管收缩,则调节装置仅具有短的长度(该长度在管的移动方向上测得)。相反,如果这两个管伸缩式地移出,则尽管在初始位置中长度很短,也能够实现非常大的长度调节范围。这两个管可分别通过一个驱动单元移动,从而在需要时可以使所述管无级地彼此相对移动。驱动单元位于调节装置下方的区域中并且并排设置,由此实现调节装置的非常紧凑的设计。
有利地,这两个调节单元分别具有一个可旋转驱动的丝杠。各一个驱动螺母位于所述丝杠上,所述驱动螺母与相应的管驱动连接。丝杠的旋转使驱动螺母移动,由此,与驱动螺母耦联的管相应地被调节。
在一种有利的实施方式中,用于两个管的两个驱动单元的丝杠彼此平行。
有利的是,调节装置设有套管,所述两个管可以移动到该套管中。套管保护这两个管,从而确保所述管可以在长期使用期间可靠地移动。
为了使两个管在移动过程中能够可靠地调节,外管有利地在其内侧上设有至少一个用于内管的轴向导向部。所述轴向导向部确保两个管可以毫无问题地彼此相对移动。
转向轴延伸穿过内管,该转向轴可以通过支承装置可旋转地支承在内管中。转向轴和内管通过支承装置在移动方向上彼此固定连接,从而当内管移动时转向轴也随之移动。转向轴是转向杆的组成部分并且在其端部上带有转向元件。
有利地,转向轴在外管内轴向突出于内管。止挡装置位于转向轴的该突出部分上,所述止挡装置具有至少一个导向元件,该导向元件嵌入外管的轴向导向部中。以这种方式,转向轴可以与内管一起毫无问题地相对于外管移动。
在一种有利的设计方案中,所述止挡装置设有位于转向轴上的凹槽套筒。该凹槽套筒具有螺旋形延伸的凹槽,所述导向元件借助至少一个嵌接元件嵌入该凹槽中。嵌接元件有利地由滚珠构成。
凹槽套筒的凹槽有利地在大于360°的角度范围上延伸。通过转向轴与外管之间的相对转动,转向轴与内管一起相对于外管沿轴向被调节。
在一种有利的实施方式中,所述外管通过至少一个碰撞元件与内管驱动连接。所述碰撞元件有利地由金属片条构成,该金属片条可以简单且低成本地制造并且安装在调节装置上。
碰撞元件的一个端部与连接元件连接,该连接元件与用于外管的调节单元的驱动螺母连接。
连接元件优选通过至少一个剪切元件与所述驱动螺母连接。在发生碰撞时,外管和内管之间的连接通过剪切元件的剪切而消除。
特别有利的是,转向系不仅可在其长度中,而且也可在其高度中进行调节。于是确保了转向元件最佳地适应驾驶员的座椅位置。
为了转向系的高度调节,设置调节单元,该调节单元围绕横向于转向轴长度调节方向的轴可枢转地支承在支架上。根据枢转方向,转向系可以向上或向下枢转。
有利的是,杠杆可枢转地支承在所述支架上,该杠杆本身可枢转地与套管连接。根据杠杆相对于支架的枢转位置,转向系向上或向下枢转。
在一种有利的实施方式中,用于转向系的高度调节的调节单元作用在杠杆上。由此,借助于所述调节单元使杠杆在希望的方向上枢转,以便向上或向下调节转向系。
该调节单元有利地具有可旋转驱动的丝杠,借助所述丝杠可以调节与杠杆耦联的驱动螺母。因此,通过所述驱动螺母使杠杆在希望的方向上枢转。
本申请的技术方案不仅由各个权利要求的技术方案得出,而且也通过所有在附图和说明书中公开的说明和特征得出。即使它们不是权利要求的技术方案,它们也作为本发明的重要内容被要求保护,只要它们单独地或组合地相对于现有技术是新颖的。
本发明的其它特征由其它权利要求、说明书和附图得出。
附图说明
借助在附图中示出的实施例详细阐述本发明。附图如下:
图1以透视图示出处于收纳位置中的根据本发明的转向柱调节装置;
图2以透视图示出根据图1的具有最大移出的转向轴的转向柱调节装置;
图3示出根据图1的转向柱调节装置的俯视图;
图4以俯视图示出具有部分移出的转向轴的转向柱调节装置;
图5示出根据图2的转向柱调节装置的俯视图;
图6以侧视图示出根据图1的转向柱调节装置;
图7以侧视图示出根据图2的转向柱调节装置;
图8以相应于图7的图示示出处于第一枢转位置的转向柱调节装置;
图8a以放大图示出图8的局部;
图9示出根据图7的处于第二枢转位置的转向柱调节装置;
图10和图11分别以剖面图示出具有不同程度移出的转向轴的转向柱调节装置;
图12示出沿图6中的线XII-XII的剖面图;
图13和图14分别以放大图示出图10和图11中的局部;
图15至图17分别以透视图以及部分以剖面图示出转向柱调节装置的止挡装置的滚珠螺母的不同位置;
图18以透视图示出转向柱调节装置的安全单元;
图18a示出根据图18的处于触发位置的安全单元;
图19示出根据图18的安全单元的俯视图;
图19a示出根据图19的安全单元的俯视图;
图20示出根据图18的安全单元的侧视图。
具体实施方式
下面描述的电动转向柱调节装置具有高刚度并且紧凑地构造。因此,它尤其是可以安装在体积有限的结构空间中。所述调节装置适合用于车辆的部分自动驾驶,在其中,借助于转向元件、如方向盘的转向不是机械地传递到可转向的车轮上,而是电动地进行。
调节装置具有(未示出的)转向元件,该转向元件抗扭地固定在转向系1上。调节装置这样构造,使得转向元件不仅可以沿转向系1的纵向方向而且可以横向于纵向方向在高度方向上进行调节以适应驾驶员的位置。
转向系1具有转向轴2,在转向轴的自由端部上以已知的方式固定有转向元件。转向轴2可以沿其纵向方向移动,以便能够将转向元件调节到不同的纵向位置中。
尽管可转向的车轮被电动调节,为了赋予驾驶员车轮直接转向的感觉,调节装置可以设有致动器3,该致动器在转向系1借助于转向元件转动时产生反转扭矩。驾驶员由此感觉他在机械地操纵车轮。
致动器3具有驱动单元3a,该驱动单元的轴线垂直于致动器3的轴线延伸并且该驱动单元可旋转地驱动齿轴4,该齿轴伸入套管5中(图10)。套管固定在致动器3的壳体6上。
套管5以一定间隙包围导向管7,该导向管可相对于套管5移动。导向管7自身以径向间隙包围内部导向管8,转向轴2伸入该内部导向管中。转向轴与内部导向管8固定连接,从而在转向系1的长度调节中转向轴2与内部导向管8一起运动。
在内部导向管8的位于外部导向管7之外的自由端部上固定有角度传感器9,转向轴2穿过该角度传感器伸出。
在内部导向管8内部,转向轴2通过轴支承装置10支撑,该轴支承装置例如由两个彼此具有轴向距离的轴承形成。这两个轴承设置在导向管8内的两个端部附近。
套管5和两个导向管7、8与转向轴2一起形成可伸缩的转向系1。图10示出处于其最大移出长度的转向系1,而图11示出处于移入位置的转向系1。
为了能够实现可靠的伸缩运动,套管5在沿直径彼此相对置的两侧分别设有导向条11(图12),该导向条沿套管的轴向方向延伸并且嵌入到外部导向管7的沿直径彼此相对置的区域上的相应的由凹部形成的配合导向部12中。所述配合导向部设置在外部导向管7的外侧中并且轴向延伸。
内部导向管8在其外侧上具有沿直径彼此相对置的轴向延伸的导向条13,所述导向条嵌入到外部导向管7内侧上的相应轴向延伸的凹部14中。
如由图12可见,导向条11、13和凹部12、14沿直径彼此相对置地位于相同高度上。原则上,导向系统11、13可以相对于导向系统12、14角度偏移地设置,例如偏移90°。
长度调节驱动器15用于内部导向管8的长度调节,所述长度调节驱动器具有平行于齿轴4的丝杠16,驱动螺母17位于所述丝杠上(图1)。根据丝杠16的转动方向,驱动螺母17沿丝杠16运动。
驱动螺母17与内部导向管8固定连接,该内部导向管根据驱动螺母17在丝杠16上的运动方向而相对于外部导向管7在相应的方向上移动。外部导向管7设有沿轴向方向延伸的通孔18(图3、4和8a),驱动螺母17利用相应的连接件17'伸入穿过该通孔。
所述连接件借助紧固元件17a(图8a)固定在内部导向管8的外侧上。
长度调节驱动器15与内部导向管8固定连接,从而在转向系1的长度调节中,长度调节驱动器15随内部导向管8一起运动。
另一长度调节驱动器19(图2)用于相对于套管5移动外部导向管7,该长度调节驱动器可旋转地驱动与丝杠16平行的丝杠20。驱动螺母21位于该丝杠上,所述驱动螺母与外部导向管7轴向固定地连接。外部导向管7可以借助驱动螺母21相对于套管5轴向地移动。
在机构的行驶位置中,导向管7不通过长度调节驱动器19移动。导向管7通过传动装置20、21的自锁被保持,这对于还将说明的碰撞功能而言在行驶位置中是有利的。
在机构的行驶位置中,导向管7不通过长度调节驱动器19移动。导向管7通过传动装置20、21的自锁被保持,这对于还将说明的碰撞功能而言在行驶位置中是有利的。
丝杠20的背离长度调节驱动器19的端部可旋转地支承在套管5的径向凸肩22中(图1、2和6至11)。
驱动螺母21以还将描述的方式借助连接元件36穿过套管5中的轴向开口23(图10)。
与长度调节驱动器15不同,长度调节驱动器19位置固定地设置,从而其位置在转向系1的长度调节中相对于调节装置不改变。
图11示出处于其移入位置的转向系1。外部导向管7借助于长度调节驱动器19几乎完全移入到套管5中。驱动螺母21在丝杠20上位于其在图11中所示的左侧初始位置中。内部导向管8这样远地移入外部导向管7中,使得内部导向管仅还以短的长度突出于外部导向管7。转向轴2这样与内部导向管8连接,使得转向轴突出于内部导向管8的两个端部。在内部导向管8的移入位置中,转向轴2在朝向致动器3的方向上也轴向突出于外部导向管7。
转向轴2可以借助两个长度调节驱动器15、19从图11中示出的该收纳位置中移动到图10中示出的最大移出位置中。从根据图11所示的收纳位置开始,首先可以借助长度调节驱动器19通过驱动螺母21使外部导向管7相对于套管5移动。
同时借助调节驱动器15使内部导向管8与转向轴2一起移动。通过这种方式可以使两个导向管7、8移动到图4中示出的中间位置中。
通过所述调节实现中间位置,在其中,内部导向管8与转向轴2一起以及外部导向管7相对于套管5移动。
从该中间位置开始,内部导向管8可以相对外部导向管7移动到图5和7至10中示出的端部位置中。这通过以下方式实现,即,借助于长度调节驱动器15使驱动螺母17沿丝杠16运动,由此内部导向管8与转向轴2一起从外部导向管7移出到端部位置中。
在内部导向管8之外的区域中,外部导向管7通过止挡装置24与转向轴2连接。所述止挡装置24具有凹槽套筒25,该凹槽套筒固定在转向轴2的向内突出于内部导向管8的端部上(图13和14)。凹槽套筒25设有螺旋形凹槽26。凹槽套筒25被滚珠螺母27包围(图14),导向元件28从该滚珠螺母径向突出,所述导向元件嵌入到外部导向管7内壁30中的轴向延伸的导向部29中(图13至17)。
滚珠31位于滚珠螺母27中,这些滚珠嵌入到凹槽26中。导向元件28确保在转向轴2转动时滚珠螺母27不围绕其轴线转动。由于滚珠31嵌入到凹槽26中,因此滚珠螺母27轴向移动。
凹槽套筒25在其朝向致动器3的端部上设有止挡环32,该止挡环抗扭地位于凹槽套筒25上并且滚珠螺母27的导向元件28在一个端部位置中贴靠在该止挡环上(图16)。
如由图16得知,螺旋形凹槽26与凹槽套筒25的与止挡环32相对置的端部33间隔开地终止。在该端部33处,凹槽套筒25设有径向突出的止挡34,该止挡可以限制滚珠螺母27沿凹槽套筒25的运动行程。
螺旋形凹槽26总体上在540°的角度范围上延伸,即凹槽套筒25可以相对于滚珠螺母27旋转两圈半。
在图16中示出的位置中,滚珠螺母27以其导向元件28贴靠在止挡环32上。在滚珠螺母27的该位置中,内部导向管8与转向轴2一起从外部导向管7向外移动最远。
图16和17示出滚珠螺母27的导向元件28的两个端部位置。在其中一个端部位置中(图16),导向元件28贴靠在止挡环32上。如果滚珠螺母27贴靠在止挡34上,则到达另一端部位置(图17)。
止挡装置24保护调节装置在方向盘旋转±X°后免受过载力矩。有利地,可能的旋转角度范围可适应。
由于止挡装置24设置在转向轴2的朝向致动器3的端部上,止挡装置在转向系1的任何移出位置中都受保护地位于调节装置内。
在图10中标出最大长度调节LVmax。最大调节长度LVmax是调节装置的最大收纳空间的量度。用表示齿轴4与止挡装置24的重叠并且用/>表示外部导向管7与套管5的重叠。
调节装置设有安全单元35(图18至20),该安全单元用作碰撞装置。安全单元35具有U形弓架36,该弓架包围驱动螺母17。
弓架36的一个支腿37伸入沿外部导向管7纵向方向延伸的凹部38中,该凹部设置在外部导向管7侧壁区域中的下侧39中。竖立设置的金属片条40的其中一个端部固定在弓架支腿37的自由端部上,所述金属片条设置在凹部38中。在弓架支腿37之后,金属片条40贴靠在凹部38的侧壁41上。
与弓架36间隔开地,金属片条40弯曲180°并且以其另一个自由端部固定在凹部38的相对置的侧壁42上。金属片条40的这两个端部在导向管7的移动方向上彼此间隔开。金属片条40的位于侧壁42上的端部借助紧固元件43固定在凹部38的侧壁42上,该紧固元件在本实施例中例如是铆钉。紧固元件43以其头部沉入地位于侧壁42外侧45上的凹部44中。
金属片条40的另一端部例如借助三个紧固元件46固定在弓架36支腿37的自由端部附近。
弓架36借助至少一个剪切元件47与驱动螺母17连接。剪切元件47有利地是剪切销,该剪切销在丝杠16之外的区域中延伸穿过驱动螺母21并且以两个端部突出于弓架36的支腿37(图19)。
在金属片条40的半圆形弯曲区段与凹部38的相应弯曲的端部区域48之间的区域形成变形间隙49(图19)。碰撞方向在图19中用箭头50表示。在发生碰撞时,弓架36和与其固定连接的金属片条40保持静止,从而在弓架36和外部导向管7之间出现相对移动。其结果是金属片条40变形(图18a和图19a)。
如由图10、11和18至20可见,弓架36设有L形保持元件51,该保持元件贴靠在外部导向管7的朝向致动器3的端面上。在发生碰撞时,经由保持元件51,驱动螺母21与弓架36通过剪切元件47的剪切而分开。
转向柱调节装置不仅可沿纵向方向调节,而且可沿高度方向调节。这通过转向系1沿高度方向的枢转运动实现。
具有不同驱动器的转向系1可围绕轴53枢转地支承在支架52上(图1)。枢转轴53垂直于长度调节驱动器15、19的丝杠16、20。整个调节装置借助支架52固定在车辆中。U形杠杆54可围绕轴55枢转地支承在支架52上,该轴平行于枢转轴53。套管5与杠杆54可枢转地连接。相应的枢转轴56平行于枢转轴55。
支架52具有盖板57,该盖板在转向系1的大部分长度上覆盖转向系。在盖板57的一个端部上,两个相互平行的舌状部58在两个纵向侧上突出,在附图中仅可看到其中的一个舌状部。两个舌状部58位于转向系1的两侧,转向系在舌状部58的自由端部附近铰接在所述舌状部上(枢转轴53)。
在另一端部上,从盖板57的纵向侧突出另外的舌状部59,所述另外的舌状部59与舌状部58一样从盖板57开始向长度调节驱动器15、19方向延伸。杠杆54可围绕轴55枢转地铰接在舌状部59的自由端部附近。
杠杆54具有接片60(图1),该接片将两个彼此平行的支腿61、62相互连接。杠杆54的两个支腿61、62与支架52的舌状部59通过枢转轴55可枢转地连接。
两个支腿61、62分别具有一个长形开口63(图6),枢转轴56在有间隙的情况下穿过所述开口。枢转轴由销构成,该销从套管5突出并延伸穿过开口63。
驱动螺母64铰接在其中一个支腿61的自由端部上。该驱动螺母围绕平行于枢转轴55、56的轴铰接地与杠杆54的支腿61连接。
驱动螺母64位于丝杠65上,该丝杠由驱动器66可旋转地驱动。驱动器66可围绕与枢转轴53、55、56平行的轴67(图6)枢转。驱动器66通过该枢转轴67与致动器3连接。
在根据图6的侧视图中可见,枢转轴55(支架52和杠杆54借助其铰接地相互连接)位于两个枢转轴53和56之间。
杠杆54(其两个支腿61、62在外侧被支架52的舌状部59搭接)具有两个杠杆臂68、69(图6),这两个杠杆臂从枢转轴56开始以钝角延伸。驱动螺母64作用在杠杆臂68的自由端部附近。
图7示出处于其中性位置中的转向系1,在该中性位置中枢转轴56贴靠在长形开口63的朝向支架52的端部上。通过驱动螺母64这样加载杠杆54,使得杠杆以所述方式在力作用下贴靠在枢转轴56上。
图8示出处于相对于图7向下枢转的位置中的转向系。为了到达这个下方的枢转位置中,借助驱动器66使丝杠65这样转动,使得驱动螺母64向驱动器66方向移动直至图8中示出的止挡位置。这导致杠杆54顺时针围绕枢转轴55枢转。此外,杠杆54在此围绕枢转轴55相对于支架52枢转。开口63以其背离枢转轴55的端部在力作用下贴靠在杠杆54上,该杠杆被驱动螺母64相应地加载。转向系1本身可以围绕枢转轴53枢转到图8中示出的位置中。
图9示出处于相对于中性位置(图7)向上枢转的位置中的转向系1。为了到达该位置,借助驱动器66使丝杠65这样转动,使得驱动螺母64在朝向丝杠64的自由端部的方向上运动。杠杆54围绕轴55相对于支架52逆时针枢转。同时,转向系1围绕枢转轴53向上枢转。枢转轴56在力作用下贴靠在杠杆54的长形开口63的背离枢转轴55的端部上。
驱动器66连同丝杠65在相应的枢转运动中围绕轴67相对于转向系1并且相对于支架52枢转。
可以这样设置,使得转向系1在向上枢转运动时的枢转角度大于在向下枢转运动时的枢转角度。这可以通过例如杠杆54的相应设计来实现。
所描述的转向柱调节装置的特点在于其紧凑的设计。尽管如此,仍确保了大的长度和高度调节范围。两个导向管7、8可以以所述方式从图1所示的初始位置(收纳位置)非常远地被调节到最大移出位置,如其示例性地在图2中示出。转向杆的伸缩式设计使得调节装置在移入的位置中仅具有短的长度,而在移出的位置中具有大的长度。由此,例如为了进入车辆,可以使转向元件这样远地移动,使得驾驶员可以舒适地进入车辆。大的推出长度允许转向元件也能为了高大的驾驶员而被调节到最佳位置中。
调节装置的紧凑设计得益于将至少用于转向杆1的长度调节的驱动器并排设置在与支架52相对置的一侧上。由此,驱动器15、19只需要很小的结构空间。用于高度调节的驱动器66也以空间有利的方式直接位于套管5旁并且在俯视图(图3)中看直接位于支架52旁。
Claims (17)
1.用于车辆转向柱的调节装置,所述调节装置包括长度可变的转向系(1),转向元件能连接到该转向系上,并且所述调节装置包括至少一个用于转向系(1)的长度调节的驱动单元(15、19),其特征在于,所述转向系(1)具有至少两个管(7、8),所述至少两个管伸缩式地嵌接于彼此、能相对于彼此移动并且能分别通过一个驱动单元(15、19)驱动,并且这两个驱动单元(15、19)并排设置在所述调节装置下方的区域中。
2.根据权利要求1所述的调节装置,其特征在于,所述两个调节单元(15、19)分别具有能旋转驱动的丝杠(16、20),驱动螺母(21)位于所述丝杠上,所述驱动螺母与相应的管(7、8)驱动连接。
3.根据权利要求2所述的调节装置,其特征在于,各丝杠(16、20)彼此平行。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的调节装置,其特征在于,所述两个管(7、8)能移动到套管(5)中。
5.根据权利要求4所述的调节装置,其特征在于,所述外管(7)在其内侧(30)上具有至少一个用于内管(8)的轴向导向部(29)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的调节装置,其特征在于,转向轴(2)通过支承装置(10)能旋转地支承在内管(8)中。
7.根据权利要求5或6所述的调节装置,其特征在于,止挡装置(24)位于转向轴(2)的轴向突出于内管(8)的端部上,所述止挡装置具有至少一个导向元件(28),该导向元件嵌入外管(7)的轴向导向部(29)中。
8.根据权利要求7所述的调节装置,其特征在于,所述止挡装置(24)具有位于转向轴(2)上的凹槽套筒(25),该凹槽套筒具有螺旋形延伸的凹槽(26),所述导向元件(28)借助至少一个嵌接元件(31)、优选滚珠嵌入该凹槽中。
9.根据权利要求8所述的调节装置,其特征在于,所述凹槽(26)在大于360°的角度范围上延伸。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的调节装置,其特征在于,所述外管(7)通过至少一个碰撞元件(40)、优选金属片条与内管(8)驱动连接。
11.根据权利要求10所述的调节装置,其特征在于,所述碰撞元件(40)的端部与连接元件(36)连接,该连接元件与用于外管(7)的调节单元(19)的驱动螺母(21)连接。
12.根据权利要求11所述的调节装置,其特征在于,所述连接元件(36)通过至少一个剪切元件(47)与所述驱动螺母(21)连接。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的调节装置,其特征在于,所述转向系(1)能够沿高度方向调节。
14.根据权利要求13所述的调节装置,其特征在于,用于高度调节的调节单元(66)围绕横向于转向轴(2)长度调节方向的轴(67)能枢转地支承在支架(52)上。
15.根据权利要求14所述的调节装置,其特征在于,杠杆(54)能枢转地支承在所述支架(52)上,该杠杆能枢转地与套管(5)连接。
16.根据权利要求15所述的调节装置,其特征在于,所述用于转向系(1)的高度调节的调节单元(66)作用在杠杆(54)上。
17.根据权利要求14至16中任一项所述的调节装置,其特征在于,所述调节单元(66)为了转向系(1)的高度调节而具有能旋转驱动的丝杠(65),与杠杆(54)耦联的驱动螺母(64)位于所述丝杠上。
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