CN101480966A - 可伸缩的转向轴装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可伸缩的转向轴装置(1)，它有一个靠近方向盘的转向轴(2)，一个抗扭且可伸缩地支承在该靠近方向盘的转向轴中的中间轴(3)，其中，该靠近方向盘的转向轴(2)和中间轴(3)轴向摩擦配合地互相连接，以及有一个靠近转向器的转向轴(4)，其中，所述中间轴(3)抗扭且可伸缩地支承在该靠近转向器的转向轴(4)内，并且所述中间轴(3)和所述靠近转向器的转向轴(4)轴向形状配合地互相连接。

Description

可伸缩的转向轴装置
技术领域
本发明涉及一种可伸缩的转向轴装置。
背景技术
DE10055608A1介绍了一种可伸缩的转向轴装置，它有一个靠近方向盘的转向轴和一个靠近转向器的转向轴。两个转向轴对接端的壁是套叠布置的，并借助于压配合互相连接。由此来保证耐疲劳性和转矩的直接传递。发生碰撞时，通过确定压配合的尺寸就可以准确地吸收转向轴的变形能量。
EP0997369A2同样介绍了一种具有两个转向轴的可伸缩转向轴装置。这种互相导入的转向轴由一个剪切体连接，该剪切体在碰撞产生很大的剪切力时被剪切掉，从而使转向轴装置可伸缩，以减小其结构长度。
DE102006001228B3和EP0317791A2也介绍了其它可伸缩的转向轴装置。
在汽车，特别是轿车中安装可伸缩转向轴装置时，只有较小的安装空间用于所述转向轴装置。因此在这个安装空间内部，利用传统具有上转向轴和下转向轴的双件式转向柱装置就无法实现转向柱装置舒适性调整所需的、在±25/30mm范围内的位移行程，以及也无法实现碰撞要求的最低为85mm的吸收行程。
实际上在可伸缩的转向柱装置中，上、下转向轴通常铺设在密齿基底上并互相插入。当套叠足够时，采用这种设计结构就可以比较简单地实现调整行程和吸收行程。在一种刚性的转向轴装置中，为了能在碰撞时实现伸缩，上转向轴借助内(下)转向轴的塑料包封外壳与下转向轴注塑连接，这种注塑连接在受到一定程度的力后会自行松开，因此在碰撞时会发生内部位移。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，创造一种可伸缩的转向轴装置，它能够在转向轴装置的结构空间很小时实现轴向舒适性调整和轴向吸收调整。
本发明提出了一种可伸缩的转向轴装置，它有一个靠近方向盘的转向轴，一个抗扭且可伸缩地支承在该靠近方向盘的转向轴内的中间轴，其中，所述靠近方向盘的转向轴和中间轴以轴向摩擦连接的方式彼此相连，以及有一个靠近转向器的转向轴，其中，所述中间轴抗扭且可伸缩地支承在所述靠近转向器的转向轴中，而且所述中间轴和所述靠近转向器的转向轴轴向形状配合地互相连接。
在根据本发明的转向轴装置中，基于在所述靠近方向盘的转向轴与中间轴之间是轴向摩擦连接方式，因此在所述靠近方向盘的转向轴与中间轴之间进行舒适性调整。而在所述中间轴与所述靠近转向器的转向轴之间则进行吸收调整，即碰撞时的调整。尤其在所述靠近转向器的转向轴和中间轴之间至少安置一个剪切体，由于所述中间轴与靠近转向器的转向轴之间是轴向形状配合的连接，因此只有当达到一个预定的碰撞力时才会实现轴的伸缩位移。这种碰撞力尤其通过确定至少一个剪切体的尺寸来预定。
因而根据本发明把所述可伸缩的转向轴装置划分成不同的“结构体系”，其中，一种结构体系实现舒适性调整，另一种结构体系则实现吸收调整。不同的调整方案可以用小的结构空间，亦即短的结构长度来实现。特别是可以不依赖基于舒适性调整的调整行程设计出碰撞时的调整行程。汽车采用这种装置的优点是可以满足不同销售市场的要求。
根据本发明一种优选的扩展设计规定，所述中间轴由两部分组成，它有与靠近方向盘的转向轴连接的第一轴段和与靠近转向器的转向轴连接的第二轴段，其中，一个轴段抗扭并可伸缩地支承在另一个轴段内，并且两个轴段借助至少一个剪切体形状配合地轴向相互连接。
因此，所述中间区段两个轴段的支承优选与所述中间轴在靠近转向器的转向轴中的支承一致。因此，在上述的这一扩展设计中形成了两种独立的、可不同设计的碰撞伸缩范围，因而碰撞时首先进行一个区域的伸缩，紧接着进行第二个区域的伸缩。
根据本发明一种优选的扩展设计规定，所述中间轴具有一个外啮合结构，并且中间轴在外啮合结构范围内插入靠近方向盘的转向轴的一个具有内啮合结构的承接套中。通过这种设计，可以在结构上很容易地实现所述中间轴与靠近方向盘的转向轴的轴向可移动性，同时这两者间又是抗扭连接。根据这种内在关系，一种优选的设计方案是，在内啮合结构与外啮合结构之间形成一个能容纳部件体，尤其是用于容纳注塑成型件的空间。这个注塑成型件构成了中间轴与靠近方向盘的转向轴之间的轴向摩擦连接。
所述靠近转向器的转向轴相宜地有一个带多角形横截面的区域，并且所述靠近转向器的转向轴在其多角形横截面区域内插入中间轴的一个具有多角形横截面的承接体中，并且，在所述靠近转向器的转向轴的多角形横截面区域与中间轴承接体的多角形横截面区域之间形成一个承接部件体，特别是注塑成型件的空间，所述部件体形状配合地嵌入靠近转向器的转向轴和中间轴的缝隙中。
当至少一个部件体造成靠近转向器的转向轴与中间轴之间轴向形状配合的连接时，这种靠近转向器的转向轴与中间轴啮合区域的结构基于其多角形横截面，可以使转向轴装置在这个区域传递转矩。由于部件体的这种设计，当出现一个预先确定的、轴向导入到转向器装置的撞击力时，该区域被剪切，因而靠近转向器的转向轴和中间轴互相插入。
如果中间轴为双件式结构，即设有第一和第二轴段，则这两个轴段及作用在它们中间的剪切体的结构与所述靠近转向器的转向轴与中间轴的上述连接结构是相一致的。
特别有利的是，部件体和/或靠近方向盘的转向轴与中间轴的摩擦连接件用塑料注塑成型件构成。相宜地，这样安排一方面靠近方向盘的转向轴与中间轴之间的摩擦连接和另一方面中间轴与靠近转向器的转向轴之间或中间轴的两个区段之间形状配合的连接，即，发生碰撞时，摩擦连接在时间上先于形状配合的连接被克服，尤其是各个形状配合的连接被依次克服。
因此本发明提出了一个可伸缩的转向轴装置，该装置至少由三个部件组成，尤其由四个部件组成，发生碰撞时，两个或三个部件通过不同的注塑成型参数(Verspritzungsparameter)依次伸缩。此外，这种为进行舒适性调整而与靠近方向盘的转向轴连接的组合结构是可以移动的。发生碰撞时，尤其第一步移动至所述中间轴的或所述中间轴(位于靠近方向盘的转向轴内的)靠近方向盘轴段的挡块。然后，单件式中间轴与靠近转向器的转向轴之间的连接通过一个峰值力断开，或者在双件式中间轴的情况下，首先断开所述中间轴两个轴段之间的连接，然后再断开所述靠近转向器的转向轴和与其共同作用的那个中间轴轴段之间的连接。结果是，当转向轴装置的各个轴之间有较多的套叠时，则产生较大的撞击吸收行程。其优点在于，舒适性调整为±25/30mm，撞击所要求的吸收行程则至少为85mm。
附图说明
附图中解释了本发明一个优选实施例，并在下文对其进行详细说明。图中：
图1是转向轴装置具有标称长度时可伸缩转向轴的侧视图；
图2示出了根据图1所示的转向轴装置，仅基于转向轴装置的撞击行程说明了长度已经缩短。
图3示出了根据图1所示的转向轴装置，说明了缩减的长度，当然也说明了撞击行程和调整行程。
图4是根据图1所示靠近方向盘的转向轴的视图；
图5是根据图1所示中间轴第一轴段的视图；
图6是根据图1所示中间轴第二轴段的视图；
图7是根据图1所示靠近转向器的转向轴的视图。
具体实施方式
按本发明可伸缩的转向轴装置1由一个靠近方向盘的转向轴2、一个分成两部分的中间轴3和一个靠近转向器的转向轴4组成。中间轴3具有与靠近方向盘的转向轴2相连的第一轴段5，以及与靠近转向器的转向轴4相连接的第二轴段6。
图1示出了标称长度为375mm的转向轴装置1。图2表示部分内缩的转向轴装置1，因而长度缩减到290mm。在只考虑碰撞时其长度会收缩的情况下，该长度与转向轴装置1的理论缩减长度一致。
图3表示转向轴装置1的长度进一步缩减到265mm，此时考虑到了碰撞时和作舒适性调整时长度变化。
可伸缩转向轴装置1的结构如下所示，在此，尤其涉及到了图4至图7所示的内容。
从图4可以看出，靠近方向盘的转向轴2具有一个多重弯管7。管7设在未示出的转向柱、特别是轿车转向柱的上端部区域内。管7在一个端部区域内构成方向盘支座8。管7被用于固定支承转向轴2的轴承9环绕。此外，管7与一个在外包围转向轴的锁紧轴套10相连，该缩紧轴套与一个未示出的方向盘锁配合作用。从轴承9开始一直到转向轴2背对方向盘支座8的端部11，即大约延伸到转向轴2的一半处，设有一个与转向轴2的纵轴12平行并因而也与转向轴装置1平行的内啮合结构13。
中间轴3的第一轴段5具有一个配设有外啮合结构15的区段14。轴段5在其外啮合结构15区域内插入设有内啮合结构13的管7区域。
轴段5的外啮合结构15区域延伸的长度略小于轴段5长度的一半。轴段5沿着剩下的长度，即区段16，配备有一个多角形型面。这种型面呈现出上下变平的圆形横截面，因而该区段16具有一个平坦的上表面17和一个与上表面平行的未示出的下表面，其中，在这两个表面之间布置有拱曲的侧段18。轴段5内部中空，因而构成管。在区段16的区域内，轴段5的内部轮廓与其外部轮廓一致。因而区段16的内部由一个上表面、一个与上表面平行布置的下表面及连接这两个表面的侧面构成。
另一个轴段6可插入轴段5的区段16中。与轴段5的区段16的外结构相对应的是(当然是在尺寸较小的情况下，因为轴段6插入轴段5)，轴段6通常具有一个上表面19、一个与上表面平行布置的但未示出的下表面、以及两个连接前述两个表面的侧面20。
轴段6与轴段5的区段16一样，也设计成管，同时，轴段6的内部相应地也有一个上表面、一个与上表面平行布置的下表面以及布置在这两个表面之间向外弯曲的侧面。
轴段6的通孔用于承接靠近转向器的转向轴4。转向轴4具有一个较短的突缘20，它用于连接转向器或与转向器相接的万向节。转向轴4沿其剩余长度有一个区段21，该区段21的外部横截面在形状上与轴段6的内部横截面相对应，因此区段21具有上表面、与上表面平行的下表面以及连接两个表面且向外拱曲的侧面。
基于转向轴2、中间轴3的轴段5和6、以及转向轴4的这种结构，示出了按图1至3的布置。
首先根据图1制造可伸缩的转向轴装置1。在此必需的是，转向轴2与轴段5相接，此外轴段5与轴段6相接，最后轴段6与转向轴4相接。通过摩擦连接实现转向轴2与轴段5之间的相连。对此，在转向轴2和轴段5的标称位置，即轴段5的端面22与转向轴2的定位线23对齐的位置，通过轴段5外啮合结构15区域内的一个孔24把塑料喷射到彼此留有间隙的内、外啮合结构13、15之间，从而在内啮合结构13和外啮合结构15之间形成摩擦连接。在施加一个调节力来调整汽车的方向盘时，这种摩擦连接就会被克服，由此能够从起始位置开始沿着一个方向或相反的方向完成一个行程为25mm的舒适性调整，也就是说舒适性调整总行程为50mm。
为了一方面在轴段5的区段16和轴段6之间，另一面则在轴段6与转向轴4的区段21之间都形成一个形状配合的连接，轴段6在外部设有面向方向盘的凹槽25和面向转向器的凹槽26，此外，处于区段21区域内的转向轴4设有面向方向盘的凹槽27和面向转向器的凹槽28。
将轴段6插入轴段5中，直至轴段6的端面29与轴段5的定位线30对齐。此外，转向轴4用其区段21插入到轴段6，直至转向轴4的端面31与轴段6的定位线32对齐。这样，轴段6留有径向间隙地插入轴段5，转向轴4的区段21则留有径向间隙地插入轴段6。为了消除这种径向间隙，并且在部件之间构成形状配合的连接，通过在两个轴段5和6之间的孔33将塑料喷射到轴段5和轴段6之间的间隙或轴段6与转向轴4的区段21之间的间隙内，此时塑料也会填充凹槽25、26、27和28中，从而不仅在轴段5和轴段6之间获得轴向的形状配合的连接，而且在轴段6和转向轴4之间也获得了轴向形状配合的连接。
所述实施形式表明，在所有喷射塑料嵌入凹槽25、26、27和28的部位，这些凹槽与各自面向凹槽的部件的孔33共同作用，形成了一个剪切体。
根据注塑成型的剪切体的尺寸，实现从转向轴4到第二轴段6或从第二轴段6到第一轴段5或从第一轴段5到转向轴2的一个协调的移动顺序。碰撞时，首先优选在舒适性调整的范围内完成移动，因而第一轴段5相对转向轴2移动。接着实现第二轴段6到第一轴段的移动，最后实现转向轴4到轴段6的移动。
从图1和图2可知，通过撞车时毁坏剪切体实现转向轴装置1的一个两级碰撞变形；第一步是30mm，第二步是55mm，因而如果只考虑碰撞行程的话，转向轴装置的长度从375mm降低到290mm。为了把转向轴装置的长度再缩短25mm，亦即降到265mm，可以通过在舒适性调整范围内调整转向轴装置来减少转向轴装置的长度。
附图标记列表
1  转向轴装置
2  靠近方向盘的转向轴
3  中间轴
4  靠近转向器的转向轴
5  第一轴段
6  第二轴段
7  管
8  方向盘承接套
9  轴承
10 锁紧轴套
11 端部
12 纵轴
13 内啮合机构
14 区段
15 外啮合机构
16 区段
17 上表面
18 侧面
19 上表面
20 侧面
21 区段
22 端面
23 定位线
24 孔
25 凹槽
26 凹槽
27 凹槽
28 凹槽
29 端面
30 定位线
31 端面
32 定位线
33 孔

Claims (9)

1.一种可伸缩的转向轴装置(1)，它有一靠近方向盘的转向轴(2)，一个抗扭且可伸缩地支承在该靠近方向盘的转向轴(2)中的中间轴(3)，其中，所述靠近方向盘的转向轴(2)和中间轴(3)轴向摩擦配合地互相连接，以及有一个靠近转向器的转向轴(4)，其中，所述中间轴(3)抗扭且可伸缩地支承在该靠近转向器的转向轴(4)中，并且所述中间轴(3)和靠近转向器的转向轴(4)轴向形状配合地互相连接。
2.按照权利要求1所述的装置，其中，所述中间轴(3)设计成两部分，它具有与靠近方向盘的转向轴(2)相连的第一轴段(5)和与靠近转向器的转向轴(4)相连的第二轴段(6)，其中，该第二轴段(6)抗扭且可伸缩地支承在第一轴段(5)中，并且两个轴段(5、6)轴向形状配合地互相连接。
3.按照权利要求1或2所述的装置，其中，所述中间轴(3)具有外啮合结构(15)，并且该中间轴(3)在外啮合结构(15)区域内插入到所述靠近方向盘的转向轴(2)的一个具有内啮合结构(13)的承接套中。
4.按照权利要求3所述的装置，其中，在所述内啮合结构(13)和外啮合结构(15)之间构成了一个容纳部件体、特别是注塑成型件的空间。
5.按照权利要求1至4之一所述的装置，其中，所述靠近转向器的转向轴(4)具有一个带多角形横截面的区域(21)，并且所述靠近转向器的转向轴(4)在该多角形截面区域内插入到所述中间轴(3)的一个具有多角形横截面的承接套中，其中，在所述靠近转向器的转向轴(4)的多角形横截面区域与所述中间轴(3)承接套的多角形横截面区域之间构成了一个容纳部件体、特别是注塑成型件的空间，该部件体或注塑成型件形状配合地嵌入所述靠近转向器的转向轴(4)的和所述中间轴(3)的凹槽(25、26、27、28、33)中。
6.按照权利要求2至5之一所述的装置，其中，所述第二轴段(6)具有一个带多角形横截面的区域，并且第二轴段(6)在多角形横截面的区域内插入到第一轴段(5)的一个具有多角形横截面的承接套中，其中，在第二轴段(6)多角形横截面的区域与第一轴段(5)多角形横截面的区域之间构成了一个容纳部件体、特别是注塑成型件的空间，该部件体或注塑成型件形状配合地嵌入第一和第二轴段(5、6)的凹槽(25、26、33)中。
7.按照权利要求1至6之一所述的装置，其中，借助至少一个剪切体实现轴向形状配合的连接，其中，所述剪切体尤其设计为塑料注塑成型件。
8.按照权利要求1至7之一所述的装置，其中，所述靠近方向盘的转向轴(2)与所述中间轴(3)之间的摩擦配合连接通过塑料注塑成型件构成。
9.按照权利要求1至8之一所述的装置，其中，这样来确定所述靠近方向盘的转向轴(2)与所述中间轴(3)之间的摩擦配合连接以及所述靠近转向器的转向轴(4)和所述中间轴(3)或所述中间轴(3)两个轴段(5、6)之间形状配合连接的尺寸，即，碰撞时，所述摩擦配合连接在时间上要先于所述形状配合连接被克服，尤其是所述各形状配合连接被依次克服。
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