CN1646358A - 车辆转向用伸缩轴以及带万向轴节的车辆转向用伸缩轴 - Google Patents

Abstract

一种组装在转向轴中的车辆转向用伸缩轴，包括一阳轴和一阴轴，阳轴和阴轴被安装成不可旋转但可滑动。滚动件通过预加载用弹性体安装在形成在阳轴的外周面中和阴轴的内周面中的至少一对轴向延伸槽之间。滑动件被安装在形成在阳轴的外周面中和阴轴的内周面中的至少另一对轴向延伸槽之间。当转向扭矩等于或小于一预定值时，由于弹性体进行预加载作用，预加载用弹性体表现出一低刚度特性。当转向扭矩等于或大于所述预定值时，由于滑动件接合所述轴向延伸槽对，滑动件表现出一高刚度特性。

Description

车辆转向用伸缩轴以及带万向轴节的车辆转向用伸缩轴

技术领域

本发明涉及一种车辆转向用伸缩轴以及一种带一万向轴节的用于车辆转向用伸缩轴。

背景技术

在车辆的转向装置中，一设置于转向轴侧的一万向轴节和一设置于转向器侧的万向轴节之间设有一中间轴。

中间轴由一阳轴和一阴轴构成，阳轴和阴轴通过花键等装配成彼此不可相对转动但可相对滑动。中间轴设计成能够在很高的刚性状态下传递扭矩，同时防止反向间隙/背隙(backlash)，以便可靠地向转向器传递由驾驶员施加的扭矩，吸收车辆行驶时引起的轴向位移，并以较低而稳定的滑动载荷沿轴向滑动(可伸长/可缩回)，使得中间轴能够在拆卸和组装时进行伸缩。

为了降低由行驶车轮和发动机舱传递到车厢内的令人不适的噪音和振动，中间轴具有一设置在中间轴和万向轴节的轭架之间的缓冲机构，如DE19905350A1中公开的内容所述。

在这种缓冲机构中，通过在一内环和一外环之间的空间填充橡胶而构造成的缓冲件设置在中间轴和万向轴节的轭架之间。当转向扭矩等于或小于一预定值时，缓冲件可进行缓冲并减小由发动机舱传递来的令人不适的噪音和振动。

要指出的是，轭架设有一切口部，同时中间轴设有一接合件(突出的凸轮)。由于具有这种配置，当转向扭矩等于或小于一预定值时，接合件不与切口部接合，当转向扭矩增大至等于或大于所述预定值时，接合件接合切口部，由此可传递转向扭矩。因此可获得灵敏转向的感觉。

如上所述，除了传递转向扭矩的功能和伸缩功能外，带万向轴节的中间轴还具有缓冲功能。

但是，要求缓冲机构设置在万向轴节的轭架侧，因此对有效空间的利用与缓冲机构用空间成比例地减小。这部分是较窄的，然而不能设计出有效利用该空间的配置方案。此外，有碍于同时减少零部件的数量和制造成本。

此外，要求车辆转向机构的伸缩轴有吸收车辆行驶时引起的轴向位移和防止位移和振动传递到方向盘上的特性。此外，要求伸缩轴具有一种功能，供驾驶员切换并由此调整方向盘沿轴向的位置，以便获得车辆驾驶的最优位置。

在这些情况中的每种情况下，要求伸缩轴减小反向间隙噪音、对方向盘上反向间隙的不舒服感觉和在沿轴向进行的滑动操作中的滑动阻力。

事实上，迄今为止伸缩轴的阳轴覆盖有一尼龙膜层，并且滑动部涂有油脂，由此吸收或缓解金属噪音、金属碰撞噪音等，并降低滑动阻力和沿旋转方向引起的反向间隙。

但是，尼龙膜层会随着其使用时间的流逝而渐增地受到磨损，从而造成沿旋转方向反向间隙的增加。此外，在暴露于发动机舱的高温中的状态下，尼龙膜层的体积改变并显著增大滑动阻力，显著加速了其磨损，导致沿旋转方向的反向间隙增大。

在这种情况下，DE3730393C2中公开了在两个轴沿轴向作相对移动时旋转的扭矩传递件(球形件)装配在分别设置于阳轴外周面和阴轴内周面中的多对轴向延伸槽之间。

此外，根据DE3730393C2，通过扭矩传递件(球形件)向阳轴和阴轴施加预载荷的预加载用弹性体(板簧)设置在扭矩传递件(球形件)沿径向的内部或外部与每对轴向延伸槽之间。

由于具有这种结构，当不传递扭矩时，板簧向扭矩传递件(球形件)施加预载荷使其抵靠阴轴，该载荷大到足以不引起反向间隙，由此可以防止阳轴和阳轴之间的反向间隙，并以稳定的滑动载荷使阳轴和阴轴沿轴向滑动，而没有任何反向间隙。

此外，当传递扭矩时，板簧可沿周向约束扭矩传递件(球形件)，因此阳轴和阴轴能够在高度的刚性状态下传递扭矩，同时防止沿其旋转方向的反向间隙。

此外，根据DE3730393C2中图1至5公开的结构，通过沿周向延伸的圆弧形连接部(腹板)，使用于向一组扭矩传递件(球形件)施加预载的一个板簧沿周向连接至另一板簧，所述另一板簧向沿周向与其相邻的另一组扭矩传递件(球形件)施加预载。

连接部(腹板)通过使两板簧彼此张紧或压缩而在两板簧中形成预载荷。

要指出的是，根据DE3730393C2的图6和7中公开的结构，两个板簧不通过连接件(连接板)连接，而是在板簧和轴向延伸槽之间插设一单独的弹性体，由此产生径向预载荷。

但是，在上述专利文献中公开的结构中，首先在阳轴、球形件和阴轴之间产生预载荷，因此改变板簧的曲率和轴向延伸槽的曲率，从而可以布置板簧。因此板簧不能本身有大的挠曲量。要指出的是，挠曲达到这种程度，则不允许存在加工精度分散。

其次，当输入扭矩时，阳轴、板簧、球形件和阴轴彼此靠近并因此传递扭矩，因此在球形件和板簧之间的接触点处产生极高的表面压力。即，当传递扭矩时，在板簧上形成高应力，结果是通过永久变形引起板簧的“疲劳”，预加载性能难于保持很长时间，这有碍于使转向轴具有较长的使用寿命。

第三，当传递扭矩时，板簧沿周向由轴向延伸槽侧向滑动，由此导致传递扭矩下降，不能控制滞后作用的程度，因而可能发生过度的滞后现象。

第四，当不施加扭转载荷时，阳轴、球形件、板簧和阴轴之间的接触点不在同一条直线上，因此当施加扭转载荷时接触角改变。因此，既不能获得转向轴所必需的线性扭转特性，也不能获得合适的滞后作用。

根据上述情况，本发明的一第一目的是，提供一种车辆转向用伸缩轴以及一种用于车辆转向的带一万向轴节的伸缩轴，所述伸缩轴能够以稳定的滑动载荷进行滑动，同时可靠防止反向间隙，以高刚性状态传递扭矩，此外，具有两级或三级扭转刚性特性，同时设计成有效利用空间并减少零件数量。

发明内容

为实现所述第一目的，一根据第一发明的车辆转向用伸缩轴组装在一转向轴中，并包括一阳轴和一阴轴，阳轴和阴轴被安装成不可旋转但可滑动，其特征在于：滚动件通过预加载用弹性体安置在形成在阳轴的外周面中和阴轴的内周面中的至少一对轴向延伸槽之间；滑动件安装在形成在阳轴的外周面中和阴轴的内周面中的至少另一对轴向延伸槽之间；以及当转向扭矩等于或小于一预定值时，预加载用弹性体由于弹性体进行预加载作用而表现出低刚度特性，当转向扭矩等于或大于所述预定值时，由于滑动件接合所述轴向延伸槽对，因此滑动件表现出高刚度特性，由此提供具有低刚度特性和高刚度特性的两级扭转刚度特性。

因此根据第一发明，当传递扭矩时，采用两种滚动件和滑动件，弹性体对滚动件施加预载荷使其抵靠阴轴，所述预载荷大到足以不引起反向间隙，由此使阳轴和阴轴能够在稳定滑动的载荷下沿轴向滑动，同时可靠防止阳轴和阴轴之间的反向间隙。

当传递扭矩时，滑动件沿周向接合所述轴向延伸槽对，并可由此受到约束，并进一步可通过弹性体沿周向约束滚动件。因此通过可靠地防止阳轴和阴轴之间沿旋转方向的反向间隙而能在高刚度状态下传递扭矩。

此外，当转向扭矩等于或小于所述预定值时，预加载用弹性体由于弹性体进行预加载作用而表现出低刚度特性。另一方面，当转向扭矩等于或大于所述预定值时，因为滑动件沿周向接合轴向延伸槽对，因此滑动件表现出高刚度特性。

即，当转向扭矩等于或小于所述预定值时，弹性体通过其预加载作用进行缓冲并因此降低从发动机舱传递来的令人不适的噪声和振动。而另一方面，当转向扭矩增大到等于或大于所述预定值时，滑动件沿周向接合轴向延伸槽对，并由此可传递扭矩，由此可获得灵敏转向的感觉。

因此，扭矩传递/滑动机构还充当缓冲机构，因此能以这样的方式提供具有两级扭转刚度特性的伸缩轴，即有效利用了空间并同时降低零部件数量和制造成本。

根据一第二发明的带一万向轴节的车辆转向用伸缩轴组装在一转向轴中，包括被安装成不能旋转但能够滑动的阳轴和阴轴，并接纳万向轴节的轭架的连接部，其特征在于：滚动件通过一预加载用弹性体安装在形成在阳轴的外周面中和阴轴的内周面中的至少一对轴向延伸槽之间；一滑动件安装在形成在阳轴的外周面中和阴轴的内周面中的至少另一对轴向延伸槽之间；缓冲件插入轭架与阳轴和阴轴中任一轴之间；轭架形成有接合部，阳轴和阴轴中任一轴设有一可与所述接合部接合并分离的接合件；以及当转向扭矩等于或小于一预定值时，接合件不与接合部接合，而缓冲件由于缓冲件实现缓冲作用而表现出低刚度特性，当转向扭矩落入一预定中间范围时，预加载用弹性体由于弹性体实现预加载作用而表现出中间刚度特性，当转向扭矩等于或大于所述预定值时，接合件与接合部接合，同时由于滑动件沿周向接合轴向延伸槽对，因此滑动件表现出高刚度特性，由此提供具有低刚度特性、中间刚度特性和高刚度特性的三级扭转刚度特性。

因此，根据第二发明，当转向扭矩等于或小于所述预定值时，接合件不与接合部接合，缓冲件由于其进行缓冲作用而表现出低刚度特性。当转向扭矩落入所述预定中间范围时，预加载用弹性体由于其进行预加载作用而表现出中间刚度特性。另一方面，当转向扭矩等于或大于所述预定值时，接合件与接合部接合，而滑动件沿周向接合轴向延伸槽对而表现高刚度特性。

即，当转向扭矩等于或小于所述预定值时，接合件不与接合部接合，而缓冲件可进行缓冲并因此降低由发动机舱传递来的令人不适的噪声和振动。当转向扭矩落入所述预定中间范围内时，预加载用弹性体由于其预加载作用而逐步增大扭转刚度。另一方面，当转向扭矩增大到等于或大于所述预定值时，接合件与接合部接合，而滑动件沿周向接合轴向延伸槽对，这样传递转向扭矩。因此可获得灵敏转向的感觉。

因此，如果伸缩轴还用作扭矩传递/滑动/缓冲机构，缓冲机构单独设置在轭架侧，并可提供一具有三级扭转刚度特性的伸缩轴。

本申请的第三发明的目的是提供一种车辆转向用伸缩轴，它能够实现一稳定的滑动载荷，可靠防止沿旋转方向的反向间隙，在高刚度状态下传递扭矩，除了将板簧的挠曲量设置得较大外，还提高预加载性能的耐久性，防止滞后作用过大，并获得转向轴所需的线性扭转特性。

根据第三发明的车辆转向用伸缩轴组装在一转向轴中，并包括被安装成不可旋转但可滑动的阳轴和阴轴，其特征在于：第一扭矩传递件通过一预加载用弹性体插入形成在阳轴外周面和阴轴内周面的各面中的至少一列轴向延伸槽中；第二扭矩传递件插入形成在阳轴外周面和阴轴内周面的各面中的至少另一列轴向延伸槽中；以及弹性体包括：一与第一扭矩传递件接触的传递件侧接触部；一与传递件侧接触部沿周向隔开一预定间隔并与阳轴或阴轴的轴向延伸槽的槽面接合的槽面侧接触部；以及一沿使其彼此分离的方向弹性偏压传递件侧接触部和槽面侧接触部的偏压部。

因此，根据第三发明，弹性体包括：与第一扭矩传递件接触的传递件侧接触部；与传递件侧接触部沿周向隔开一预定间隔并与阳轴或阴轴的轴向延伸槽的槽面接合的槽面侧接触部；以及沿使其彼此分离的方向弹性偏压传递件侧接触部和槽面侧接触部的偏压部。因此，弹性体的传递件侧接触部可通过偏压部获得充分的挠曲，因此弹性体可确保其充分的挠曲量。

此外，由于除了第一扭矩传递件外还包括第二扭矩传递件，因此当传递扭矩时，在向弹性体施加过大的载荷(应力)之前，第二扭矩传递件触阳轴和阴轴的轴向延伸槽，并能主要传递扭矩，因此既不在第一扭矩传递件上也不在弹性体上施加过大的载荷(应力)。

此外，弹性体可保证足够的挠曲量，且既不在第一扭矩传递件上也不在弹性体上施加过大的载荷(应力)。因此，当传递扭矩时，能够减小在第一扭矩件和弹性体之间的接触部处产生的应力，由此不产生高应力，通过防止由于永久变形产生的“疲劳”，能够在长时期内保持预加载性能。

另外，在弹性体中，其传递件侧接触部与第一扭矩传递件接触，其槽面侧接触部与轴向延伸槽的槽面接触。因此，弹性体处于安装在轴向延伸槽内的状态。因此，当传递扭矩时，整个弹性体难以沿周向由轴向延伸槽侧向滑动。因此，不会导致传递扭矩降低，并能够防止滞后作用变得过大。

此外，无论扭矩载荷的状态如何，阳轴、球形件、弹性体和阴轴之间的接触点保持在同一直线上，因此接触角不变。这使其能获得转向轴所需的线性扭转特性，而且还获得有高刚度感觉的线性转向特性。

要指出的是，阳轴、阴轴和弹性体的制造误差能够由弹性体的弹性变形来吸收，使得不需要对槽进行机加工，因而降低了成本。

在根据第三发明的车辆转向用伸缩轴中，第一扭矩传递件最好可以是一在两轴沿轴向作相对移动时滚动的滚动件，第二扭矩传递件可以是一在两轴沿轴向作相对移动时滑动的滑动件。这样，第一扭矩传递件是在两轴沿轴向作相对移动时滚动的滚动件，而第二扭矩传递件可以是在两轴沿轴向作相对移动时滑动的滑动件。因此，当传递扭矩时，在向弹性体施加过大载荷(应力)之前，第二扭矩传递件作为滑动件与阳轴和阴轴的轴向延伸槽接触，并能主要传递扭矩，从而既不在作为滚动件的第一扭矩传递件上也不在弹性体上施加过大载荷(应力)。因此，当设置时和传递扭矩时，能够减小在滚动件和弹性体之间的接触部处产生的应力，由此通过防止由于永久变形产生的“疲劳”，可在长时期内保持预加载性能。

在根据第三发明的车辆转向用伸缩轴中，最好弹性体的偏压部可呈在传递件侧接触部和槽面侧接触部之间弯曲的弯曲形。因此，弹性体的偏压部可呈在传递件侧接触部和槽面侧接触部之间弯曲的弯曲形。呈弯曲形的偏压部可弹性偏压传递件侧接触部和槽面侧接触部以使其彼此分离。

在根据第三发明的车辆转向用伸缩轴中，阳轴或阴轴的轴向延伸槽最好可具有一与弹性体的槽面侧接触部接触的平侧面，和一与平侧面相邻的底面。弹性体可具有一朝向轴向延伸槽的底面的底部，弹性体的底部可设置在与轴向延伸槽底面接触的状态，或者轴向延伸槽底面和弹性体底部之间的间隔可设置成一预定间隔。

因此，必要时弹性体的底部与轴向延伸槽的底面接触，由此可控制滞后作用并获得希望的滞后作用。

即，要求以与个各种车辆驾驶性能相匹配的多种方式来改变滞后作用。具体地说，在将弹性体的底部设置成与轴向延伸槽的底面接触的状态的情况下，当轴向延伸槽和弹性体作相对移动时发生摩擦，可将滞后作用设置得较大。另一方面，将轴向延伸槽的底面和弹性体的底部之间的间隔设置成一预定间隔，在这种情况下，当轴向延伸槽和弹性体作相对移动时不发生摩擦，可将滞后作用设置得较小。

在根据第三发明的车辆转向用伸缩轴中，弹性体的偏压部最好可以是一与传递件侧接触部和槽面侧接触部分离的分离部，并可以由不同材料制成。因此，弹性体的偏压部是一与传递件侧接触部和槽面侧接触部分离的分离部，并由不同材料制成。因此，当传递扭矩时，可使在偏压部产生的应力较小。

在根据第四发明的车辆转向用伸缩轴中，弹性体最好除了包括传递件侧接触部、槽面侧接触部和偏压部之外，还包括由不同材料形成的作为分离部的第二偏压部，。因此，弹性体除了包括传递件侧接触部、槽面侧接触部和偏压部之外，可包括由不同材料构成的第二偏压部作为分离部，由此由于两个偏压部而可获得提供希望的高刚度感觉的转向特性。

在根据第四发明的车辆转向用伸缩轴中，最好弹性体由板簧构成。这样，弹性体由板簧构成，由此获得提供希望的高刚度感觉的转向特性，同时限制制造成本。

在根据第四发明的车辆转向用伸缩轴中，设置为分离部并由不同材料构成的偏压部和设置为分离部并由不同材料形成的第二偏压部最好由一种橡胶或一种合成树脂形成。因此，设置为分离部并由不同材料构成的偏压部和设置为分离部并由不同材料形成的第二偏压部由橡胶或合成树脂制成，由此可使传递扭矩时在偏压部上产生的应力较小，因而可获得具有希望的高刚度感觉的转向特性。

在根据第四发明的车辆转向用伸缩轴中，在阳轴的轴向延伸槽、阴轴的轴向延伸槽、弹性体和第一扭矩传递件之间最好施加润滑剂。这样，在阳轴的轴向延伸槽、阴轴的轴向延伸槽、弹性体和第一扭矩传递件之间施加润滑剂，由此当不传递扭矩时(滑动时)，阳轴和阴轴可在稳定的滑动载荷下沿轴向滑动，而没有任何反向间隙。

如上所述，根据第四发明，减小了在弹性体上产生的应力，由此通过防止弹性体的“疲劳”，可在长时期内保持预加载性能。此外，不需要对尺寸精度进行严格的限制，因而能够降低成本。此外，由于设计成可控制弹性体和轴向延伸槽之间的摩擦，因此可容易地获得所需的转向性能。

附图说明

图1是一车辆转向机构的侧视图，该转向机构中应用了根据本发明的实施例的一车辆转向用伸缩轴；

图2是根据本发明的第一实施例的带有万向轴节的车辆转向用伸缩轴的垂直剖视图；

图3是图2中所示车辆转向用伸缩轴的分解透视图；

图4是沿图2中III-III线的剖视图；

图5是表示转向扭矩和旋转角之间关系的曲线图(部分1)；

图6是表示转向扭矩和旋转角之间关系的曲线图(部分2)；

图7是表示转向扭矩和旋转角之间关系的曲线图(部分3)；

图8是类似于图4的剖视图，示出了本发明的第一实施例的第一修改实例；

图9是类似于图4的剖视图，示出了本发明的第一实施例的第二修改实例；

图10是类似于图4的剖视图，示出了本发明的第一实施例的第三修改实例；

图11是类似于图4的剖视图，示出了本发明的第一实施例的第四修改实例；

图12A是根据本发明的第二实施例的带有万向轴节的车辆转向用伸缩轴的垂直剖视图；图12B是沿图12A中b-b线的剖视图；

图13A是图12A和12B中所示带有万向轴节的车辆转向用伸缩轴的组件的包括一局部剖视的侧视图；图13B是阴轴的包括一局部剖视的侧视图；图13C是由左侧看到的阴轴的正视图；

图14是表示第二实施例中转向扭矩和旋转角之间关系的曲线图；

图15A是根据本发明的第二实施例的一修改实例的带有万向轴节的车辆转向用伸缩轴的垂直剖视图；图15B是沿图15A中b-b线的剖视图；

图16A是根据本发明的第三实施例的带有万向轴节的车辆转向用伸缩轴的垂直剖视图；图16B是沿图16A中b-b线的剖视图；

图17是图15A所示带有万向轴节的车辆转向用伸缩轴的阴轴的包括一局部剖视的侧视图；

图18A是根据本发明的第四实施例的带有万向轴节的车辆转向用伸缩轴的垂直剖视图；图18B是作为弹性体的板簧的透视图；

图19是沿图18A中线X-X的剖视图；

图20是根据本发明的第四实施例中的车辆转向用伸缩轴的局部放大剖视图，图中所示的是不传递扭矩的状态；

图21是根据本发明的第四实施例中的车辆转向用伸缩轴的局部放大剖视图，图中所示的是传递扭矩的状态；

图22A、22B和22C是本发明的第四实施例中采用的板簧处于挠曲状态的示意图；

图23是本发明的第五实施例中的车辆转向用伸缩轴的剖视图(对应于沿图18A中线X-X的剖视图)；

图24是本发明的第六实施例中的车辆转向用伸缩轴的剖视图(对应于沿图18A中线X-X的剖视图)；

图25是本发明的第七实施例中的车辆转向用伸缩轴的剖视图(对应于沿图18A中线X-X的剖视图)；

图26是本发明的第八实施例中的车辆转向用伸缩轴的剖视图(对应于沿图18A中线X-X的剖视图)；

图27是本发明的第九实施例中的车辆转向用伸缩轴的剖视图(对应于沿图18A中线X-X的剖视图)；

图28是本发明的第十实施例中的车辆转向用伸缩轴的剖视图(对应于沿图18A中线X-X的剖视图)；

图29是本发明的第十一实施例中的车辆转向用伸缩轴的剖视图(对应于沿图18A中线X-X的剖视图)；

图30是本发明的第十二实施例中的车辆转向用伸缩轴的剖视图(对应于沿图18A中线X-X的剖视图)；

图31是本发明的第十三实施例中的车辆转向用伸缩轴的剖视图(对应于沿图18A中线X-X的剖视图)；

图32是本发明的第十四实施例中的车辆转向用伸缩轴的剖视图(对应于沿图18A中线X-X的剖视图)；

图33是本发明的第十五实施例中的车辆转向用伸缩轴的剖视图(对应于沿图18A中线X-X的剖视图))；

图34是本发明的第十六实施例中的车辆转向用伸缩轴的剖视图(对应于沿图18A中线X-X的剖视图)；

图35是本发明的第十七实施例中的车辆转向用伸缩轴的剖视图(对应于沿图18A中线X-X的剖视图)；

图36是本发明的第十八实施例中的车辆转向用伸缩轴的剖视图(对应于沿图18A中线X-X的剖视图)；

图37是DE3730393C2中的车辆转向用伸缩轴的局部放大剖视图，图中所示的是不传递扭矩的状态；

图38是DE3730393C2中的车辆转向用伸缩轴的局部放大剖视图，图中所示的是传递扭矩的状态；

图39A和39B各自是DE3730393C2中使用板簧的弯曲状态的示意图。

具体实施方式

下面参照附图描述根据本发明的一个实施例的车辆转向用伸缩轴。

(车用转向轴的总体结构)

图1是车辆转向机构的侧视图，该转向机构中应用根据本发明的所述实施例的车辆转向用伸缩轴。

参照图1，转向机构包括：一通过一上托架101和一下托架102固定于车身侧面件100的上转向轴件120(包括一转向柱103和一可旋转地安装在转向(管)柱103内的转向轴104a)；一安装在转向轴104的上端的方向盘105；一下通过一万向节106连接到转向轴104的下端的转向轴件107；一通过一转向轴连接件108连接到下转向轴件107的小齿轮轴109；一连接到小齿轮轴109的转向齿条轴112；以及一支承转向齿条轴112并通过一弹性体111固定在车身的不同支架110上的转向齿条支承件113。

这里，上转向轴件120和下转向轴件107使用到了根据本发明的该实施例的车辆转向用伸缩轴(下文中简称为“伸缩轴”)。通过相互配合一阳轴和一阴轴而组装下转向轴件107。但是，要求这种下转向轴件107具有吸收车辆行驶时发生的轴向位移的性能，和防止位移和振动传递到方向盘105上的性能。这种性能需要车身采用副架结构的配置，其中用于固定一转向机构上部的构件100与其上固定有转向齿条支承件113的车架110分离，且所述转向齿条支承件113通过弹性体111如橡胶等固定在车架110上。此外，另一种情况是，工人在将转向轴连接件108固定在小齿轮轴109上时，暂时收缩伸缩轴，并随后通过紧固将轴连接件108固定在小齿轮轴109上，因此存在需要伸缩功能的情况。此外，设置在转向机构上部的上转向轴件120，尽管其是通过将阳轴和阴轴装配在一起而类似地构造的，但是在驾驶员沿轴向改变方向盘105的位置以便获得车辆转向的最佳位置的情况下要求所述上转向轴件包括一调整该位置的功能，因此要求其具有沿轴向的伸缩功能。在所有上述情况下，要求减小伸缩轴中装配部分的反向间隙噪音，以便缓解对方向盘105的反向间隙的不舒服感觉，和降低沿轴向滑动时的滑动阻力。

(第一实施例)

图2是根据本发明的第一实施例的一带有一万向轴节的车辆转向用伸缩轴的垂直剖视图；图3是图2中所示的车辆转向用伸缩轴的分解透视图；图4是沿图2中III-III线的剖视图；图5是表示转向扭矩和旋转角之间关系的曲线图(部分1)；图6是表示转向扭矩和旋转角之间关系的曲线图(部分2)；图7是表示转向扭矩和旋转角之间关系的曲线图(部分3)。

如图2所示，车辆转向用伸缩轴(下文中简称为“伸缩轴”)由一阳轴1和一阴轴2构成，阳轴1和阴轴2相互安装成相互不能转动但可滑动。

阳轴1连接位于方向盘一侧的一万向轴节20的一轭架21。阴轴2连接转向器一侧的一万向轴节22的一轭架23。

如图3所示，分别基本上呈圆弧形并沿轴向延伸的三对槽3、4这样形成在阳轴1的外周面上，以使所述槽沿其外周向以120度的间隔均匀布置。相应地，在阴轴2的内周面中，分别基本上呈圆弧形并沿轴向延伸的三对槽5、6这样在阳轴1的外周面上，以使所述槽沿其外周向以120度的间隔均匀布置。

多个球7(球形滚动件)通过一预载用波形板簧9可滚动地安置在阳轴1的各对基本上呈圆弧形的轴向延伸槽3中和阴轴2的各对基本上呈圆弧形的轴向延伸槽5中。要指出的是，在阳轴1的各轴向延伸槽3的两侧设置有用于阻挡板簧9的止挡部3a。

滚针8(滑动件)可滑动地安置在阳轴1的基本上呈圆弧形的轴向延伸槽4和阴轴2的基本上呈圆弧形的轴向延伸槽6的对应列之间。

每个板簧9用于向球7和滚针8施加预载荷而使其抵靠阴轴2，该预载荷大到在不传递扭矩时足以不引起反向间隙的程度，而且所述板簧还用于在传递扭矩而使板簧9弹性变形时将球7沿周向保持在阴轴2和板簧9本身之间。

在阳轴1的一侧端部处形成一周向槽10。利用这种结构，可将一止挡板11安装在周向槽10内，并这样沿轴向固定滚针8，以将其夹在止挡板侧端和轴向延伸槽3和4的内侧端面之间。轴向延伸槽3、4的内侧端面可以是倾斜的，或与轴线基本上成直角。

此外，如图4所示，在板簧的两个侧端部上形成的凹部9c处，通过设置在轴向延伸槽3两侧侧上的止挡部3a锁止所述板簧9，由此使整个板簧9在传递扭矩时不能沿周向移动。

在这样构造的伸缩轴中，当传递扭矩时，球7和滚针8分别用于“滚动”和“滑动”，每个板簧9对球7施加预载荷而使其抵靠阴轴2，该预载荷大到足以不引起反向间隙。因此可以可靠地防止阳轴1和阴轴2之间的反向间隙，由此阳轴1和阴轴2能够以稳定滑动载荷沿轴向滑动而没有反向间隙。

当传递扭矩时，如图4所示，插装在阳轴1和阴轴2之间的滚针8实现传递扭矩的主要功能。例如，当由阳轴1输入扭矩时，因为初始阶段是由板簧9施加预载荷，因此没有反向间隙，板簧9对扭矩产生反作用力，并由此传递扭矩。此时，在阳轴1、板簧9、球7和阴轴2中的扭矩传递载荷与阳轴1、滚针8和阴轴2中的扭矩传递载荷之间整体上平衡的状态下传递扭矩。

如图4所示，当扭矩进一步增大时，将阳轴、滚针8和阴轴2之间沿旋转方向的间隙设置成小于阳轴1、板簧9、球7和阴轴2之间的间隙，因此滚针9受到的反作用力大于球7受到的反作用力，且主要是滚针9向阴轴2传递扭矩。因此，可以可靠地防止阳轴1和阴轴2之间沿旋转方向的反向间隙，且还可在高刚性状态下传递扭矩。

此外，当转向扭矩等于或小于一预定值时，各预加载板簧9执行预加载操作以表现出低刚度特性，而在转向扭矩等于或大于所述预定值时，滚针8分别沿周向接合轴向延伸槽对4、6，以表现出高刚度特性。

即，当转向扭矩等于或小于所述预定值时，板簧通过预载荷作用缓冲并减小由发动机舱传递来的令人不适的噪音和振动。而另一方面，当转向扭矩增加到等于或大于所述预定值时，滚针8分别接合轴向延伸槽对4、6，由此可传递转向扭矩。因此，可获得灵敏转向的感觉。

因此，扭矩传递/滑动机构还用作一缓冲机构，由此能够提供具有两级扭转刚度特性的伸缩轴，从而有效地利用空间并减少零件数量和降低制造成本。

图5是表示转向扭矩和旋转角之间关系的曲线图(部分1)。在这种情况下，由于板簧9的弹簧常数大，因此预载荷刚性(低刚性)区域中的刚性高，扭转刚性与所示高刚性区域差别不大。尽管未获得很大的缓冲作用，但是这里的特性适于在低扭矩区域也需要高刚性的情况。

图6是表示转向扭矩和旋转角之间关系的曲线图(部分2)。这种情况表示板簧9的弹簧常数设定成略低于图5所示状态(部分1)的状态，对于设计成建立缓冲特性和扭转刚性之间的适应性的情况需要这种特性。

图7是表示转向扭矩和旋转角之间关系的曲线图(部分3)。这种情况表示板簧9的弹簧常数设定成略高于图6中的状态(部分2)，这里的特性是一种要求进一步的缓冲特性的情况。

图8至11是类似于图4的剖视图，分别表示本发明的第一实施例的第一至第四修改实例。第一至第四修改实例在包括板簧的弹性件的结构和配置上以及在与弹性件连接的阳轴的截面形状上不同于图2至4所示的第一实施例。

图8表示第一实施例的第一修改实例，其中对应于图2至4所示的板簧9的弹性体设计成一包括一板簧件40和一由橡胶(或合成树脂等不同于板簧件40的材料)制成的弹性件41的组合体。橡胶弹性件41通过粘结固定到板簧件40上，因此获得一整体式结构。板簧件40附加有橡胶弹性件41，因此提高了其缓冲性能。

板簧件40的弯转或弯曲部40c、40a由球7推压并由此呈现弹簧特性。

此外，橡胶弹性件41插入板簧件40的弯曲部40a和40c之间，由此与板簧件的复合作用增强了缓冲性能。

图9表示第一实施例的第二修改实例，其中对应于图2至图4中板簧9的弹性体采用了这样一种结构，其中从图8所示弹性体上去除了橡胶弹性件。即使在弹性体在不带有橡胶弹性件41的情况下由唯一的材料形成的情况下，弹性体也具有弹性体的功能。

板簧件40a一方面向球7施加预载荷，另一方面用作球7的轨道面。

图10表示第一实施例的第三修改实例，其中对应于图2至4中所示板簧9的弹性体是一包括一板簧件42、橡胶弹性件43和用于球7的轨道面件42a的组合体。橡胶弹性件43通过粘结固定在轨道面件42a上，由此获得一整体式结构。板簧件42附加有橡胶弹性件43，并因此提高了其缓冲性能。由球7通过橡胶弹性件43和轨道面件42a推压板簧件42的弯曲部42b，因此其复合作用增强了缓冲功能。轨道面件42a呈平面形。

图11表示第一实施例的第四修改实例，其中对应于图2至4中所示板簧9的一弹性体44具有一类似于第三修改实例的形状的形状，但在第四修改实例中的一轨道面件44a设计成具有比球7的半径大5％-50％的半径，并且其接触部的面积大于第二修改实例中的接触部面积。

由于这种设计，可限制接触部局部表面压力的增大。

缓冲性能与第二修改实例中的相同。

(第二实施例)

图12A是根据本发明的第二实施例的一带有万向轴节的车辆转向用伸缩轴的垂直剖视图。图12B是沿图12A中b-b线的剖视图。

图13A是图12A和12B中所示带有万向轴节的车辆转向用伸缩轴的分组件的包括一局部剖视的侧视图。图13B是阴轴的包括一局部剖视的侧视图。图13C是由左侧看到的阴轴的正视图。

图14是表示第二实施例中转向扭矩和旋转角之间关系的曲线图。

在第二实施例中，通过在一内环31和一外环32之间的空间内填充橡胶33构造成的一缓冲件30，该缓冲件30设置在阴轴2的一端部和一万向轴节22的轭架23之间。当转向扭矩等于或小于一预定值时，缓冲件30可进行缓冲并由此减小由发动机舱传递来的令人不适的噪音和振动。要指出的是，缓冲件30还可以是橡胶联轴器式。

此外，如图12B和13C所示，轭架23形成有切口34(接合部)，且在阴轴2的端部设置有能够与切口34接合并分离的凸轮式法兰35(接合件)。顺便提及，标号38表示防止灰尘进入的盖。

由于具有这种结构，在转向扭矩等于或小于所述预定值时，凸轮式法兰35不与切口34接合，但是在转向扭矩增大至等于或大于所述预定值时，凸轮式法兰35与切口34接合，由此可传递转向扭矩，并因此可获得灵敏转向的感觉。

因此，根据第二实施例，当在转向扭矩等于或小于所述预定值时，凸轮式法兰35不与切口34接合，缓冲件30由于其执行缓冲作用而呈现低刚度特性。当转向扭矩在一预定的中间范围内时，用于预加载的板簧9由于其进行预加载作用而呈现中间刚度特性。另一方面，当转向扭矩等于或大于所述预定值时，凸轮式法兰35与切口34接合，滚针8沿周向与轴向延伸槽对4、6接合并呈现高刚度特性。

即，当在转向转矩等于或小于所述预定值时，凸轮式法兰35不与切口34接合，缓冲件30可进行缓冲并由此减小由发动机舱传递来的令人不适的噪声和振动。当转向扭矩在所述预定中间范围内时，用于预加载的板簧9由于其进行预加载作用而逐步增大扭转刚性。另一方面，在转向转矩增大至等于或大于所述预定值时，凸轮式法兰35与切口34接合，滚针8沿周向与轴向延伸槽对4、6接合并由此传递扭矩。因此可获得灵敏转向的感觉。

因此，如果伸缩轴还用作扭矩传递/滑动/缓冲机构，缓冲机构单独设置在轭架侧，则可提供具有三级扭转刚度特性的伸缩轴。

图14是表示第二实施例中转向扭矩和旋转角之间关系的曲线图。在缓冲件30的橡胶33的一刚性区域内表现出缓冲功能，通过板簧9扭转刚性逐步增强至一较高的扭矩区域(中间刚性区域)内，且在一高得多的区域(高刚性区域)内能够以高刚性传递扭矩。

因此，可获得比两级扭转刚度特性更好的三级扭转刚度特性。因此，可组合扭转刚度特性，而不受车辆要求的特性、空间和其成本的限制，并可按照要求同时改善转向感觉和缓冲作用。

图15A是根据本发明的第二实施例的一修改实例的带有万向轴节的车辆转向用伸缩轴的垂直剖视图。图15B是沿图15A中b-b线的剖视图。

在该修改实例中，一缓冲件46设置在轭架外部。缓冲件46包括一内环47、一外环49和一填充内环和外环之间的空间的橡胶件48。内环47的内周面47固定地安装在轭架的外周面上。外环49的横截面大体呈U形，其内侧径向部的内周面固定地安装在阴轴2上。

根据本修改实例，作为弹性件的橡胶件的尺寸可以增大，因此，可在一宽得多的频带内吸收由发动机传递来的令人不适的噪声和振动。

(第三实施例)

图16A是根据本发明第三实施例的带有万向轴节的车辆转向用伸缩轴的垂直剖视图。图16B是沿图16A中b-b线的剖视图。

图17是图16A和16B所示带有万向轴节的车辆转向用伸缩轴的阴轴的包括一局部剖视的侧视图。

在第三实施例中，通过用橡胶件33填充内环31和外环32之间的空间而构成缓冲件30，将缓冲件30设置在阴轴2的端部和万向轴节22的轭架23之间。当转向扭矩等于或小于所述预定值时，缓冲件30可进行缓冲并因此降低由发动机舱传递来的令人不适的噪音和振动。

此外，如图16A和17所示，轭架23形成有一接合孔36(接合部)，和一个能接合和脱离接合孔36设置在阴轴2的端部的止挡销(接合件)。顺便提及，标号38表示防止灰尘进入的盖。

利用这种结构，当转向扭矩等于或小于所述预定值时止挡销37不与接合孔36接合，但是当转向扭矩增大到等于或大于所述预定值时止挡销37与接合孔36接合，由此可传递扭矩，并从而可获得灵敏转向的感觉。

因此，根据第三实施例，当转向扭矩等于或小于预定值时，止挡销37不与接合孔36接合，缓冲件30可进行缓冲并由此降低由发动机舱传递来的令人不适的噪音和振动。当转向扭矩处于预定的中间范围时，用于预加载的板簧9通过预加载作用逐步增大扭转刚度。另一方面，当转向扭矩等于或大于所述预定值时，止挡销37与接合孔36接合，滚针8沿周向接合轴向延伸槽对4、6，由此可获得灵敏转向的感觉。

因此，如果伸缩轴用作扭矩传递/滑动/缓冲机构，缓冲结构还单独地设置在轭架侧，则可提供具有三级扭转刚度特性的伸缩轴。

例如，在第三实施例中，阳轴连接到方向盘侧的万向轴节的轭架上，而阴轴连接到转向器侧的万向轴节的轭架上。相反，阴轴可连接到方向盘侧的万向轴节的轭架上，而阳轴可连接到转向器侧的万向轴节的轭架上。

如上所述，根据上述实施例，当不传递扭矩时，采用两种滚动件和滑动件，且弹性体向滚动件施加预载使其抵靠阴轴，该预载大到足以不引起反向间隙，由此使阳轴和阴轴可在稳定的滑动载荷下以一种可靠地防止阳轴和阴轴之间反向间隙的方式沿轴向滑动。

当传递扭矩时，滑动件沿周向接合轴向延伸槽对，并由此可受到约束，另外滚动件在周向可受弹性体约束。因此通过可靠防止阳轴和阴轴之间沿旋转方向的反向间隙而可在高刚度状态下传递扭矩。

此外，当扭矩等于或小于所述预定值时，因为弹性体进行预加载作用，因此预加载用弹性体呈现低刚度特性。另一方面，当转向扭矩等于或大于所述预定值时，滑动件沿周向接合轴向延伸槽对，并呈现高刚度特性。

即，当转向扭矩等于或小于所述预定值时，弹性体通过预加载作用进行缓冲并降低由发动机舱传递来的令人不适的噪声和振动。而在另一方面，当转向扭矩等于或大于所述预定值时，滑动件接合轴向延伸槽对，由此可传递转向扭矩。因此可获得灵敏转向的感觉。

因此，扭矩传递/滑动结构还用作缓冲机构，并因此可以以有效地利用空间并降低零部件数量和制造成本的方式提供具有两级扭转刚度特性的伸缩轴。

此外，根据上述实施例，当转向扭矩等于或小于所述预定值时，接合件不与接合部接合，缓冲件由于其进行缓冲作用而呈现低刚度特性。当转向扭矩在所述预定中间范围内时，预加载用弹性体由于其进行预加载作用而呈现中间刚度特性。另一方面，当转向扭矩等于或大于预定值时，接合件与接合部接合，而滑动件沿周向与轴向延伸槽对接合并呈现高刚度特性。

即，当转向扭矩等于或小于所述预定值时，接合件不与接合部接合，缓冲件可进行缓冲并因此降低由发动机舱传递来的令人不适的噪声和振动。当转向扭矩在所述预定中间范围内时，预加载用弹性体由于其进行预加载作用而逐步增大扭转刚度。另一方面，当转向扭矩增加到等于或大于所述预定值时，接合件与接合部接合，而滑动件沿周向与轴向延伸槽对接合，因此传递该转向扭矩。因此可获得灵敏转向的感觉。

(第四实施例)

图18A是根据本发明第四实施例的车辆转向用伸缩轴的垂直剖视图；图18B是一作为弹性体的板簧的透视图。图19是沿图18A中线X-X的剖视图。

如图18A所示，车辆转向用伸缩轴(下称“伸缩轴”)包括阳轴1和阴轴2构成，阳轴1和阴轴2装配成相互不可旋转但可滑动。

如图19所示，沿轴向延伸的三列槽3这样形成在阳轴1的外周面上，以使所述槽沿其周向以120度的间隔(相位)均匀设置。因此在阴轴2的内周面中这样形成沿轴向延伸的三列槽5，以使所述槽沿其周向以120度的间隔(相位)均匀设置。

在两轴1、2沿轴向相对运动时滚动的多个刚性球形件7(滚动件，球)插装成可在阳轴1的轴向延伸槽3和阴轴2的轴向延伸槽5之间滚动。要指出的是，阴轴2的轴向延伸槽5的截面分别基本上呈圆弧形或尖拱形。

阳轴1的轴向延伸槽3由一对倾斜的平侧面3a和这对平侧面3a之间的平底面3b构成。

与球形件7接触并由此对其施加预载的板簧9设置在阳轴1的轴向延伸槽和球形件7之间。

板簧9包括：一球形件7在两点处接触的球形件侧接触部9a；一基本上沿周向与球形件侧接触部9a相隔一预定间隔并与阳轴1的轴向延伸槽3的平侧面3a接触的槽面侧接触部9b；一沿使其彼此分开的方向弹性偏压球形件侧接触部9a和槽面侧接触部9b的偏压部9c；和一朝向轴向延伸槽3的底面3b的底部9d。

偏压部9c弯曲成一基本上呈U形和基本上呈圆弧形的弯曲部。弯曲的偏压部9c能够弹性偏压球形件侧接触部9a和槽面侧接触部9b以使其彼此分开。

如图19所示，沿轴向延伸的三列槽4这样形成在阳轴1的外周面中，以使所述槽沿其周向以120度的间隔(相位)均匀设置。相应地，在阴轴2的内周面中这样形成沿轴向延伸的三条槽6，以使所述槽沿其周向以120度的间隔(相位)均匀设置。

在两个轴1、2沿轴向作相对移动时滑动的多个刚性圆柱形件8(滑动件、滚针)以小的间隙插装在阳轴1的轴向延伸槽4和阴轴1的轴向延伸槽6之间。要指出的是，轴向延伸槽4、6的截面基本上形成为圆弧形或尖拱形。

此外，如图18A所示，一带一弹性体的止挡板10设置在阳轴1的端部处，并用于防止球形件7、圆柱形件8和板簧9脱落。

此外，在阳轴1的轴向延伸槽3、阴轴2的轴向延伸槽5、板簧9和球形件7之间施加润滑剂，由此在不传递扭矩(滑动中)时使阳轴和阴轴可在稳定滑动载荷下沿轴向滑动而没有任何反向间隙。

在这样构造的伸缩轴中，球形件7插装在阳轴1和阴轴2之间，板簧9向球形件7施加预载荷使其起抵靠阴轴2，该预载荷的大小足以不引起反向间隙，因此可以可靠地防止阳轴1和阴轴2之间的反向间隙，且阳轴1和阴轴2在沿轴向作相对移动时可在稳定的滑动载荷下滑动而没有任何反向间隙。

当传递扭矩时，板簧9弹性变形以沿周向约束球形件7，插装在阳轴1和阴轴2之间的三列圆柱形件8的实现传递扭矩的主要功能。

例如，当由阳轴1输入扭矩时，由于在初始阶段由板簧9施加预载荷，因此没有反向间隙，板簧9对扭矩产生反作用力，因此传递了扭矩。此时，扭矩在阳轴1、板簧9、球形件7和阴轴2中的输入扭矩和传递扭矩之间的一整体上平衡的状态下进行传递。

当扭矩进一步增大时，通过圆柱形件8，阳轴1和阴轴2之间沿旋转方向的间隙消失，此后通过阳轴1和阴轴2由圆柱形件8传递扭矩的增加值。因此，可以可靠地防止阳轴1和阴轴2之间沿旋转方向的反向间隙，并可在高刚度状态下传递扭矩。

如上所述，根据第四实施例，除了球形件7外还设有圆柱形件8，因此在输入大扭矩时，可由圆柱形件8承担大部分的载荷量。因此，可通过抑制阴轴2的轴向延伸槽5和球形件7之间接触压力的增大而延长使用寿命，并且在施加大载荷时，可在高刚度状态下传递扭矩。

此外，圆柱形件8与阳轴1和阴轴2接触，使得施加在球形件7上的扭转扭矩减小，并抑制了板簧9的侧滑，从而可抑制过分的滞后作用。

因此，根据第四实施例，实现稳定的滑动载荷，可靠地防止沿旋转方向的反向间隙，由此可在高刚度状态下传递扭矩。

要指出的是，球形件7最好是刚性球。此外，刚性球形件8最好是滚针。

圆柱形件(下称滚针)8受线接触的载荷作用，因此具有各种效果，如可将接触压力抑制得低于由球承受的点接触载荷的接触压力，等等。因此，就以下各项来说，滚针8优于采用全线式球滚动结构的情况。

■滑动部上的衰减效果大于通过球滚动结构的效果。因此，吸收振动的性能好。

■滚针以其极小的面积与阳轴和阴轴接触，从而可将滑动载荷波动的宽度限制得低。由其波动引起的振动不会被一直传递到转向。

■如果传递同样的扭矩，滚针可将接触压力限制得低，并因此可以减小轴向长度并有效利用该空间。

■如果传递相同的扭矩，滚针可将接触压力限制得低，因此不需要额外的处理以通过热处理硬化阴轴轴向延伸槽的表面。

■可减少零部件的数量。

■可改进组装特性。

■可限制组装成本。

因此滚针实现在阳轴1和阴轴2之间传递扭矩的关键功能，并与阴轴2的内周面可滑动地接触。使用滚针与常见的花键配合相比具有以下优点。

■滚针是大批量生产的，因此其成本极低。

■在热处理后进行抛光的滚针由此具有高的表面硬度，且耐磨损性好。

■抛光滚针以获得精细的表面粗糙度，因此滑动时的摩擦系数很低，并因此能将滑动载荷限制得低。

■滚针的长度和布置可根据使用条件改变，因此滚针能够适合各种应用场合而不必改变设计概念。

■一种可能的情况是，滑动时摩擦系数必须根据使用条件进一步降低，此时可通过仅对滚针进行表面处理而简单地改变其滑动特性。因此滚针刻适合各种应用而不必改变设计的概念。

■因为可制造其外径的区别为几微米的数量级的滚针，因此可最大程度减小阳轴、滚针和阴轴之间的间隙。因此，有利于提高轴沿扭转方向的刚度。

下面，通过将德国专利DE3730393C2与本发明的第四实施例进行比较来考查。

图20是本发明的第四实施例中的车辆转向用伸缩轴的局部放大剖视图，图中示出了不传递扭矩的状态。

图21是本发明的第四实施例中的车辆转向用伸缩轴的局部放大剖视图，图中示出了传递扭矩的状态。

图37是德国专利DE3730393C2中的车辆转向用伸缩轴的局部放大剖视图，图中示出了不传递扭矩的状态。

图38是德国专利DE3730393C2中的车辆转向用伸缩轴的局部放大剖视图，图中示出了传递扭矩的状态。

在图37所示的德国专利DE3730393C2中，当不传递扭矩(包括扭矩在左右侧保持良好平衡的状态)时，为了在阳轴、球和阴轴之间产生预载荷，板簧插置成改变其曲率和轴向延伸槽的曲率。但是在此状态下，阳轴和板簧之间的接触点与球和板簧之间的接触点之间的距离(L1)极小。此外，间隙(ΔS2：弯曲的量)很小，使得在板簧和球之间的接触点上出现过大的载荷，以及在板簧上形成高应力。

在图38所示的德国专利DE3730393C2中，当施加扭矩载荷时，由于板簧的弯曲接触点之间的距离(L1)逐步减小。随着扭矩的增大，距离L1接近零，施加在接触点上的载荷与扭矩成比例增大，且在板簧上产生的应力进一步增大。当重复出现这种状态时，有可能使扭矩传递装置的寿命不能维持很长时间。

相反，根据图20和21所示的本发明第四实施例，板簧9可通过偏压部9c在其球形件侧接触部9a上进行足够的挠曲，这样可保证足够的挠量。

此外，由于除了球形件7外还包括圆柱形件8，因此当传递扭矩时，在过大载荷(应力)施加在板簧9上之前，圆柱形件8与阳轴1和阴轴2的轴向延伸槽4、6接触，并能够主要传递扭矩，因此过大的载荷(应力)既不会施加在球形件7上也不会施加在板簧9上。

因此，板簧9可保证足够的挠曲量，过大的载荷(应力)既不施加在球形件7上也不施加在片弹簧9上。因此，当传递扭矩时，能够减轻在球形件7和板簧9之间的接触部上产生的应力，由此不形成高应力，且通过防止由于永久变形产生的“疲劳”而能够维持长时期的预加载性能。

顺便提及，在图20中，当不传递扭矩时，在圆柱形件8与阳轴1的轴向延伸槽4之间和圆柱形件8与阴轴2的轴向延伸槽6之间存在小的间隙，但是，圆柱形件8贴靠在这些槽上。

在图37和38中所示的德国专利DE3730393C2中，其中设有板簧的阳轴的轴向延伸槽的横截面形状是一具有一曲率的圆弧形，板簧也为一具有一曲率的圆弧形，其中通过改变各自的曲率而使板簧具有具有弹簧特性。

因此，如图37所示，板簧和阳轴之间的接触点是阳轴的角部。因此，如图38所示，当施加扭矩载荷时，整个板簧侧向滑动，由此导致传递扭矩下降并引起过度的滞后作用。

相反，在图20和21所示的该第四实施例中，阳轴1的轴向延伸槽3由平面构成。轴向延伸槽3的中心线指向阳轴1的中心点，其中槽3呈关于轴向延伸槽3的中心左右对称的楔形。楔形与轴向延伸槽3中心的角度(接触角)最好为40至70度。利用这种设计，板簧9可牢固地固定在轴向延伸槽3的楔形面上，因此当施加扭矩载荷时，整个板簧9的难于侧向滑动。因此，传递扭矩不会降低，并可防止发生过度的滞后作用。

在图37和38所示的德国DE3730393C2中，当不施加扭矩载荷时，阳轴、球形件、板簧和阴轴之间的接触点都不处于同一直线上，使得接触角根据施加的扭矩载荷而改变。因此，存在这种可能性，既不能获得转向轴所需的线性扭转特性，也不能获得合适的滞后作用。

相反，根据图20和21所示的该第四实施例，无论扭矩载荷的状态如何，阳轴1、球形件7、板簧9和阴轴2之间的接触点都保持在同一直线上，因此接触角不改变。这使其可获得转向轴所必需的线性扭转特性，而且还获得有高刚度感觉的线性转向特性。

图22A、22B和22C是本发明相应实施例中采用的板簧的挠曲状态的示意图；

图39A和39B是德国专利DE3730393C2中使用的板簧的挠曲状态的示意图。

图39A和39B示出了德国专利DE3730393C2中公开的板簧的简化模型。图39A示出了要求在扭矩的非加载状态下施加的合适预载的状态，其中板簧和轴向延伸槽之间的距离(C2)用作象一弹簧一样可产生预载的行程。图39B示出了当在两点施加载荷(F1)时，板簧变弯曲并最终与轴向延伸槽的侧面接触。因此，板簧必须承担与球接触的所有点上的所有扭矩。因此，板簧不能增大其弯曲量(ΔS2)，可以认为转向轴难于维持其必要的使用寿命。要指出的是，距离(C2)和弯曲量(ΔS2)之间的关系给定为C2≤ΔS2。

相反，根据图22A所示的本发明的第四实施例，板簧9的球形件侧接触部9a和槽面侧接触部9b之间的间隔设定为(C1)。在该状态下，当在(对应球形件侧接触部9a的)两点施加载荷(F1)时，弹性体可得到充分的挠曲，并可保证充分的弯曲量(ΔS1)。因此，可通过防止由于永久变形产生的“疲劳”而在很长时期保持预加载性能。要指出的是，间隔(C1)和挠曲量(ΔS1)之间给定的关系为C1＞ΔS1。

在图22B所示的本发明的一实施例(下称第六实施例)中，将板簧9的球形件侧接触部9a和槽面侧接触部9b之间的间隔设定为(C1)。在这种状态下，当在(对应球形件侧接触部9a的)两点施加载荷(F1)时，弹性体可获得充分的挠曲，并可保证充分的挠曲量(ΔS1)。因此，可通过防止由于永久变形产生的“疲劳”而在很长时期内保持预加载性能。要指出的是，间隔(C1)和挠曲量(ΔS1)之间给定的关系为C1＞ΔS1。

在图22C所示的本发明的一实施例(下称第七实施例)中，将板簧9的球形件侧接触部9a和槽面侧接触部9b之间的间隔设定为(C1)，偏压部9c由一种橡胶、一种合成树脂等形成。在这种状态下，当在(对应球形件侧接触部9a的)两点施加载荷(F1)时，弹性体可获得充分的挠曲，并可保证充分的挠曲量(ΔS1)。因此，可通过防止由于永久变形产生的“疲劳”而在很长时期内保持预加载性能。要指出的是，间隔(C1)和挠曲量(ΔS1)之间给定的关系为C1＞ΔS1。

接着，如上所述，当施加扭矩时，将整个板簧9构造成难以侧向滑动，但是允许板簧9的底部9d从轴向延伸槽3的底面3b轻微地侧向移动。

即，如在第四实施例中那样，将板簧9的底部9d设置成与轴向延伸槽3的底面3b接触的状态，或如下面将说明的第五实施例中那样，将距离轴向延伸槽3底面3b的间隔设定为一预定间隔。

因此，必要时使板簧9的底部9d与轴向延伸槽3的底面3b接触，由此使得控制滞后作用并获得希望的滞后作用成为可能。

即，要求以与各种车辆转向性能相匹配的多种方式来改变滞后作用。具体地说，如果将板簧9的底部9d设定成与轴向延伸槽3的底面3b相接触的状态，则当轴向延伸槽3和板簧9作相对移动时发生摩擦，并可将滞后作用设定得较大。另一方面，将轴向延伸槽3的底面3b和板簧9的底部9d之间的间隔设定为所述预定间隔，在这种情况下当轴向延伸槽3和板簧9作相对移动时不发生摩擦，且可将滞后作用设置得较小。

(第五实施例)

图23是本发明的第五实施例中的车辆转向用伸缩轴的剖视图(对应于沿图18A中线X-X的剖视图)。

第五实施例基本上与上述第四实施例相同，其中轴向延伸槽3的底面3b和板簧9的底部9d隔开一预定间隔。

因此，在这种情况下，如上所述，可控制滞后作用并将其设置得较小，并在轴向延伸槽3和板簧9相对移动时不发生摩擦。

(第六实施例)

图24是本发明的一第六实施例中的车辆转向用伸缩轴的剖视图(对应于沿图18A中线X-X的剖视图)。

第六实施例基本上与上述第五实施例相同，其中板簧9的球形件侧接触部9a在板簧9的弯折侧端部形成，而槽面侧接触部9b在板簧9的弯折中间部形成。

此外，象在上述第五实施例中那样，轴向延伸槽3的底面3b和板簧9的底部9d隔开一预定间隔。

(第七实施例)

图25是本发明的一第七实施例中的车辆转向用伸缩轴的剖视图(对应于沿图18A中线X-X的剖视图)。

第七实施例基本上与上述第四实施例相同，其中在板簧9的球形件侧接触部9a形成有一朝槽面侧接触部9b突出的凸出部9e。

这种结构使得球形件侧接触部9a可在四点与球形件7接触，并使板簧9和球形件7之间的接触点的载荷减小，由此可减小应力。

此外，将板簧9的底部9d设置成与轴向延伸槽3的底面3b处于接触的状态。如上所述，在这种情况下，在轴向延伸槽3和板簧9相对移动时发生摩擦，并且可将滞后作用设置得较大。

(第八实施例)

图26是本发明的一第八实施例中的车辆转向用伸缩轴的剖视图(对应于沿图18A中线X-X的剖视图)。

第八实施例基本上与上述第七实施例相同，其中轴向延伸槽3的底面3b和板簧9的底部9d隔开一预定间隔。

因此，在这种情况下，如上所述，可控制滞后作用并将其设置得较小，且在轴向延伸槽3和板簧9相对移动时不发生摩擦。

(第九实施例)

图27是本发明的一第九实施例中的车辆转向用伸缩轴的剖视图(对应于沿图18A中线X-X的剖视图)。

第九实施例基本上与上述第四实施例相同，其中板簧9的槽面侧接触部9b的顶端部向内弯折，以与其球形件侧接触部9a接触。

这种设计提高了板簧9的刚性并改进了扭转刚性。

(第十实施例)

图28是本发明的一第十实施例中的车辆转向用伸缩轴的剖视图(对应于沿图18A中线X-X的剖视图)。

第十实施例基本上与上述第九实施例相同，其中轴向延伸槽3的底面3b和板簧9的底部9d隔开一预定的间隔。

因此，在这种情况下，如上所述，可控制滞后作用并将其设置得较小，且在轴向延伸槽3和板簧9相对移动时不发生摩擦。

(第十一实施例)

图29是本发明的一第十一实施例中的车辆转向用伸缩轴的剖视图(对应于沿图18A中线X-X的剖视图)。

第十一实施例基本上与上述第六实施例相同，其中板簧9的球形件侧接触部9a形成在板簧9的弯折后端部，槽面侧接触部9b形成在板簧9的弯折中间部。在这种情况下，可获得与上述第三实施例相同的作用和效果。

板簧9的球形件侧接触部9a的顶端部向外弯折以接触槽面侧接触部9b。利用这种设计，可增大片弹簧9的刚性，并可改进扭转刚性。

(第十二实施例)

图30是本发明的一第十二实施例中的车辆转向用伸缩轴的剖视图(对应于沿图18A中线X-X的剖视图)。

第十二实施例基本上与上述第四实施例相同，其中取消了板簧9的弯曲偏压部9c，一对球形件侧接触部9a由基本上弯成U形的内板9f构成，一对槽面侧接触部9b由基本上弯成U形的外板9g构成。由橡胶或合成树脂等不同的弹性材料构成的偏压部9h插入内板9f的平面和外板9g的平面之间。

此外，内板9f的底面和外板9g的底面之间没有间隙，其中所述底面处于接触状态。在这种情况下，可控制滞后作用，当内板9f和外板9g相对移动时发生摩擦，并可将滞后作用设置得较大。

(第十三实施例)

图31是本发明的一第十三实施例中的车辆转向用伸缩轴的剖视图(对应于沿图18A中线X-X的剖视图)。

第十三实施例基本上与上述第十二实施例相同，其中内板9f的底面和外板9g的底面之间有一微小的间隙，其中所述底面设置成处于一非接触状态。在这种情况下，可控制滞后作用，当内板9f和外板9g相对移动时不发生摩擦，并可将滞后作用设置得较小。

(第十四实施例)

图32是本发明的一第十四实施例中的车辆转向用伸缩轴的剖视图(对应于沿图18A中线X-X的剖视图)。

第十四实施例基本上与上述第四实施例相同，其中在板簧9中由例如橡胶或合成树脂等不同的弹性材料形成的第二偏压部9j插入球形件侧接触部9a和槽面侧接触部9b之间。

利用这种结构，不同弹性材料中的固有弹性附加到板簧9本身的体部的固有弹性上，由此可获得更高的扭转刚性。

(第十五实施例)

图33是本发明的一第十五实施例中的车辆转向用伸缩轴的剖视图(对应于沿图18A中线X-X的剖视图)。

第十五实施例基本上与上述第五实施例相同，其中在板簧9中由如橡胶或合成树脂等不同的弹性材料形成的第二偏压部9j插入球形件侧接触部9a和槽面侧接触部9b之间。

利用这种结构，不同弹性材料中的固有弹性附加到板簧9本身的体部的固有弹性上，由此可获得更高的扭转刚性。

(第十六实施例)

图34是本发明的一第十六实施例中的车辆转向用伸缩轴的剖视图(对应于沿图18A中线X-X的剖视图)。

第十六实施例基本上与上述第六实施例相同，其中在板簧9中由如橡胶或合成树脂等不同的弹性材料构成的第二偏压部9j插入球形件侧接触部9a和槽面侧接触部9b之间。

利用这种结构，不同弹性材料中的固有弹性附加到板簧9本身的体部的固有弹性上，由此可获得更高的扭转刚性。

(第十七实施例)

图35是本发明的一第十七实施例中的车辆转向用伸缩轴的剖视图(对应于沿图18A中线X-X的剖视图)。

第十七实施例基本上与上述第十二或十三实施例相同，其中在板簧9中一对球形件侧接触部9a由两块作为内板的板件构成，一对槽面侧接触部9b由一基本上弯成U形的外板9g构成。由不同弹性材料如橡胶或合成树脂构成的偏压部9h插入其间。

利用这种结构，可利用材料本身固有的弹性，且特别是在需要低扭转刚度的情况下，可表现出其特性。

(第十八实施例)

是图36是本发明的一第十八实施例中的车辆转向用伸缩轴的剖视图(对应于沿图18A中线X-X的剖视图)。

第十八实施例是将板簧9设置在上述第四实施例中的阴轴2侧上。

阴轴2的轴向延伸槽5由一对斜平侧面5a和一置于这对平侧面5a之间的平底面5b构成。

与球形件7接触并由此对其施加预载荷的板簧9设置在阴轴2的轴向延伸槽5和球形件7之间。

板簧9包括：在两点处与球形件7接触的球形件侧接触部9a；基本上沿周向与球形件侧接触部9a相隔一预定间隔并与阴轴2的轴向延伸槽5的平侧面5a接触的槽面侧接触部9b；沿使其彼此分离的方向弹性偏压球形件侧接触部9a和槽面侧接触部9b的偏压部9c；和朝向轴向延伸槽5的底面5b的底部9d。

偏压部9c基本上弯曲成圆弧形，并由此基本上呈U形。弯曲形的偏压部9c可沿使其彼此分离的方向弹性偏压球形件侧接触部9a和槽面侧接触部9b。

因此，即使板簧9以与第四实施例相反的方式设置，也可具有相同的作用和效果。

要指出的是，可将本发明改变成各种形式，而不受上述实施例的限制。

如上所述，根据本发明的第四至第十八实施例，弹性体包括：与第一扭矩传递件接触的传递件侧接触部；基本上沿周向与传递件侧接触部相隔一预定间隔并与阳轴或阴轴的轴向延伸槽的槽面接触的槽面侧接触部；以及沿使其彼此分离的方向弹性偏压传递件侧接触部和槽面侧接触部的偏压部。因此，在弹性体中，传递件侧接触部可通过偏压部获得充分的挠曲，并可保证充分的挠曲量。

此外，由于除了第一扭矩传递件外还设置了第二扭矩传递件，当传递扭矩时，在向弹性体施加过大的载荷(应力)之前第二传递件接触阳轴和阴轴的轴向延伸槽，并能够主要传递扭矩，因此过大的载荷(应力)既不施加在第一扭矩传递件上也不施加在弹性体上。

此外，如上所述，弹性体可保证足够的挠曲量，过大的载荷(应力)既不施加在第一扭矩传递件上也不施加在弹性体上。因此，当传递扭矩时，能够减小在第一扭矩传递件和弹性体之间的接触部处产生的应力。这防止产生大应力，且通过防止由于永久变形产生的“疲劳”，能够在很长的时期内保持预加载性能。

此外，在弹性体中，其传递件侧接触部与第一扭矩传递件接触，而其槽面侧接触部与轴向延伸槽的槽面接触。因此，弹性体处于装配在轴向延伸槽上的状态。因此，当传递扭矩时，整个弹性体难以沿周向由轴向延伸槽侧向滑动。因此，不会导致传递扭矩减小，并可防止滞后作用变得过大。

此外，无论扭矩载荷的状态如何，阳轴、球形件、弹性体和阴轴之间的接触点都保持在同一直线上，因此接触角不变。这使得可获得转向轴所需的线性扭转特性，并还可获得提供高刚度感觉的线性转向特性。

要指出的是，可通过弹性体的弹性变形吸收阳轴、阴轴和弹性体的制造误差，从而可将公差设定得较大，并可获得降低成本的方案。

如上所述，根据本发明第四至第十八实施例，减小在弹性体上产生的应力，由此通过防止弹性体的“疲劳”而能够在很长时期内保持所需的预加载性能。此外，没有必要对尺寸精度进行严格的限制，因而能够降低成本。此外，由于所具有结构能控制弹性体和轴向延伸槽之间的摩擦，因此可方便地获得所需的转向性能。

Claims (14)

1.一种组装在一转向轴中的车辆转向用伸缩轴，包括一阳轴和一阴轴，所述阳轴和阴轴被安装成不可旋转但可滑动，

其特征在于，一滚动件通过一预加载用弹性体安装在形成在所述阳轴的外周面中和所述阴轴的内周面中的至少一对轴向延伸槽之间，

一滑动件安装在形成在所述阳轴的外周面中和所述阴轴的内周面中的至少另一对轴向延伸槽之间，以及

当转向扭矩等于或小于一预定值时，由于所述弹性体实现预加载作用，所述预加载用弹性体表现出一低刚度特性；当转向扭矩等于或大于所述预定值时，由于所述滑动件接合所述轴向延伸槽对，所述滑动件表现出一高刚度特性；由此提供具有所述低刚度特性和所述高刚度特性的两级扭转刚度特性。

2.如权利要求1所述的车辆转向用伸缩轴，其特征在于，所述预加载用弹性体由一件板簧构成。

3.如权利要求1所述的车辆转向用伸缩轴，其特征在于，所述预加载用弹性体由一由不同材料形成的复合体构成。

4.一种待组装在转向轴中的带一万向轴节的车辆转向用伸缩轴，包括被安装成不可旋转但可滑动的一阳轴和一阴轴，并接纳一万向轴节的一轭架的连接部，

其特征在于，通过一预加载用弹性体在形成在所述阳轴的外周面中和所述阴轴的内周面中的至少一对轴向延伸槽之间安装滚动件，

一滑动件安装在形成在所述阳轴的外周面中和所述阴轴的内周面中的至少另一对轴向延伸槽之间，

一缓冲件插入所述轭架与所述阳轴和所述阴轴中任一轴之间，

所述轭架形成有一接合部，所述阳轴和所述阴轴中的任一个设有一能够与所述接合部接合并分离的接合件，以及

当转向扭矩等于或小于一预定值时，所述接合件不与所述接合部接合，同时由于所述缓冲件进行缓冲作用，所述缓冲件表现出一低刚度特性；当转向扭矩落入一预定中间范围内时，由于所述弹性体进行预加载作用，所述预加载用弹性体表现出一中间刚度特性；当转向扭矩等于或大于所述预定值时，所述接合件与所述接合部接合，同时由于所述滑动件沿周向与所述轴向延伸槽对接合，因此所述滑动件表现出一高刚度特性；由此提供具有所述低刚度特性、中间刚度特性和高刚度特性的三级扭转刚度特性。

5.一种组装在一转向轴中的车辆转向用伸缩轴，包括被安装成不可旋转但可滑动的一阳轴和一阴轴，

其特征在于，一第一扭矩传递件通过一预加载用弹性体插入形成在所述阳轴的外周面中和所述阴轴的内周面中的至少一对轴向延伸槽之间，

一第二扭矩传递件插入形成在所述阳轴的外周面中和所述阴轴的内周面中的至少另一对轴向延伸槽之间，以及

当转向扭矩等于或小于一预定值时，由于所述弹性体进行预加载作用，所述预加载用弹性体表现出一低刚度特性；当转向扭矩等于或大于所述预定值时，由于所述第二扭矩传递件与所述轴向延伸槽对接合，所述第二扭矩件表现出一高刚度特性；由此提供具有低刚度特性和高刚度特性的二级扭转刚度特性。

6.一种组装在一转向轴中的车辆转向用伸缩轴，包括被安装成不可旋转但可滑动的一阳轴和一阴轴，

其特征在于，一第一扭矩传递件通过一弹性体插入形成在所述阳轴的外周面和所述阴轴的内周面的各面中的至少一列轴向延伸槽中，

一第二扭矩传递件插入形成在所述阳轴的外周面和所述阴轴的内周面的各面中的至少另一列轴向延伸槽之间，以及

所述弹性体包括：

一与所述第一扭矩传递件接触的传递件侧接触部，；

一与所述传递件侧接触部沿周向隔开一预定间隔并与所述阳轴或所述阴轴的所述轴向延伸槽的槽面接触的槽面侧接触部；以及

一偏压部，该偏压部沿使所述传递件侧接触部和所述槽面侧接触部彼此分离的方向弹性偏压所述传递件侧接触部和所述槽面侧接触部。

7.如权利要求6所述的车辆转向用伸缩轴，其特征在于，所述第一扭矩传递件包括滚动件，所述滚动件在所述两轴沿轴向作相对移动时滚动，以及

所述第二扭矩传递件包括一滑动件，所述滑动件在所述两轴沿轴向作相对移动时滑动。

8.如权利要求6或7所述的车辆转向用伸缩轴，其特征在于，所述弹性体的所述偏压部具有一在所述传递件接触部和所述槽面侧接触部之间弯曲的弯曲形状。

9.如权利要求6或7所述的车辆转向用伸缩轴，其特征在于，所述阳轴或所述阴轴的所述轴向延伸槽具有一与所述弹性体的所述槽面侧接触部接触的平侧面和一与所述平侧面相邻的底面，

所述弹性体具有一朝向所述轴向延伸槽的所述底面的底部，以及

所述弹性体的所述底部设置成与所述轴向延伸槽的所述底面接触，或将所述轴向延伸槽的所述底面和所述弹性体的所述底部之间的间隔设置为一预定间隔。

10.如权利要求6或7所述的车辆转向用伸缩轴，其特征在于，所述弹性体的所述偏压部是一与所述传递件侧接触部和所述槽面侧接触部分离的分离部，并由一种不同的材料形成。

11.如权利要求6或7所述的车辆转向用伸缩轴，其特征在于，所述弹性体除了所述传递件侧接触部外、所述槽面侧接触部和所述偏压部外还包括：一由一种不同的材料作为一分离部形成的第二偏压部。

12.如权利要求6或7所述的车辆转向用伸缩轴，其特征在于，所述弹性体由一板簧构成。

13.如权利要求6或7所述的车辆转向用伸缩轴，其特征在于，设置成分离部并由不同材料形成的所述偏压部和设置成分离部并由不同材料形成的所述第二偏压部由一种橡胶或一种合成树脂制成。

14.如权利要求6所述的车辆转向用伸缩轴，其特征在于，在所述阳轴的所述轴向延伸槽、所述阴轴的所述轴向延伸槽、所述弹性体和所述第一扭矩传递件之间施加润滑剂。

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