CN105829188A - 转向用花键伸缩轴和转向装置 - Google Patents

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Abstract

一种花键伸缩轴，设置有包括阳花键的内轴和包括阴花键的筒状外轴。所述花键中的至少一者的表面设置有树脂膜。齿顶修正系数e、齿数Z、模数m、基准节圆直径PCD、阳花键的齿顶圆直径d1和齿根圆直径d2、以及阴花键的齿顶圆直径D1和齿根圆直径D2具有根据以下表达式(1)至(8)的关系：m(Z+4)>d1>m(Z+2)…(1)；mZ>d2>m(Z?1)…(2)；m(Z+4)>D2>m(Z+2)…(3)；mZ>D1>m(Z?1)…(4)；D2>d1…(5)；D1>d2…(6)；PCD＝mZ…(7)；0.4<e<1.1…(8)。

Description

转向用花键伸缩轴和转向装置
技术领域
本发明涉及转向用花键伸缩轴和转向装置。
背景技术
提出将伸缩轴作为下述机动车辆转向轴：其中，内轴与外轴成锯齿状配合在一起以使内轴和外轴不相对于彼此旋转但能相对于彼此轴向地滑动(例如，专利文献1)。锯齿的轮廓通常符合JIS(日本工业标准)。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本专利公报2003-276615
发明内容
技术问题
与近来对高输出电动转向装置的需求相关联的是，要通过转向轴传递的扭矩变大。需要增大节圆直径以便增大扭矩。
然而，在节圆直径增大的情况下，需要增大转向轴的外径以便确保转向轴的强度。在将以上述方式增大的转向轴组装至车辆时，需要考虑避免与其他部件干涉的布置，这将使转向轴安装至车辆的安装性能降低。
因此，本发明的目的是提供一种能够在不增大尺寸的情况下在确保其强度的同时传递大扭矩的转向用花键伸缩轴和包括所述转向用花键伸缩轴的转向装置。
解决问题的方案
根据本发明的有利方面，提供了一种传递转向扭矩的转向用花键伸缩轴，该转向用花键伸缩轴包括：
内轴和管状的外轴，该内轴与外轴经由花键配合在一起以便沿轴向方向滑动，
其中，外轴包括阴花键，
其中，内轴包括阳花键，该阳花键配合在阴花键中，
其中，在阴花键和阳花键中的至少一者的表面上设置有树脂膜，
其中，阴花键和阳花键均具有在齿高方向上用齿顶修正系数“e”修正的轮廓，以及
其中，当假设将每个花键的齿数称作Z、将模数称作m、将基准节圆直径称作PCD、将阳花键的齿顶圆直径称作d1、将阳花键的齿根圆直径称作d2、将阴花键的齿顶圆直径称作D1并且将阴花键的齿根圆直径称作D2时，满足下述表达式(1)至(8)：
m(Z+4)>d1>m(Z+2)...(1)
mZ>d2>m(Z-1)...(2)
m(Z+4)>D2>m(Z+2)...(3)
mZ>D1>m(Z-1)...(4)
D2>d1...(5)
D1>d2...(6)
PCD＝mZ...(7)
0.4<e<1.1...(8)
其中，在表达式(1)至(8)中，Z是每个花键的齿数，m是模数，PCD是基准节圆直径，d1是阳花键的齿顶圆直径，d2是阳花键的齿根圆直径，D1是阴花键的齿顶圆直径，并且D2是阴花键的齿根圆直径。
根据本发明的另一有利方面，提供了一种转向装置，该转向装置包括：
转向构件；
转向机构，该转向机构构造成与转向构件的操作相关联地操作以使车轮转向；以及
转向轴，该转向轴构造成将转向构件的转向力传递至转向机构，
其中，转向轴的一部分包括如上所述的转向用花键伸缩轴。
本发明的有利效果
根据本发明，就内轴而言，如表达式(2)所示，外花键的齿根圆直径d2与常规示例大致相同，并且如表达式(1)所示，使外花键的齿顶圆直径d1增大，由此，使外花键的齿高增大。就外轴而言，如表达式(4)所示，内花键的齿顶圆直径D1与常规示例大致相同，并且如表达式(3)所示，使内花键的齿根圆直径D2增大，由此，使内花键的齿高增大。通过这样做，在使由表达式(7)示出的基准节圆直径保持与常规示例大致相同的同时，能够使两个花键之间的接触面积增大。因此，该转向轴能够在不增大其尺寸的情况下在确保其强度的状态下传递大扭矩。
每个花键的轮廓都是采用由表达式(8)示出的齿顶修正系数修正的，并且因此，不存在齿顶太尖而使得齿顶难以加工的情况。
根据本发明，可以实现一种尺寸小、强度高并且能够传递大扭矩的转向装置。
附图说明
[图1]图1是包括作为中间轴的根据本发明的实施方式的花键伸缩轴的转向装置的示意性截面图，示出了转向装置的示意性构造。
[图2]图2是沿着中间轴的轴向方向截取的示意性截面图。
[图3]图3是与中间轴的轴线相垂直地截取的并且是沿着图2中的线III-III截取的截面图。
[图4]图4(a)是内轴的主要部分的放大截面图，并且图4(b)是外轴的主要部分的放大截面图。
具体实施方式
将参照附图对本发明的优选实施方式进行描述。
图1是示出了转向装置100的示意性构造的示意图，在该转向装置中，本发明的实施方式的花键伸缩轴被应用于构成转向轴2的一部分的中间轴5。参照图1，转向装置100包括诸如方向盘之类的转向构件1、转向机构A1和转向轴2，其中，转向机构A1与转向构件1的操作相关联地操作以使车轮(未示出)转向，转向轴2将转向构件1的转向力传递至转向机构A1。
转向轴2包括连接至转向构件1的柱状轴3和经由万向接头4连接至柱状轴3的中间轴5。
转向机构A1形成为齿条小齿轮机构，该齿条小齿轮机构包括经由万向接头6连接至中间轴5的小齿轮轴7以及在沿着车辆的左-右方向的轴向方向(即与绘制有图1的纸张表面正交的方向)上延伸的齿条轴8。
靠近小齿轮轴7的端部部分设置的小齿轮7a与设置在齿条轴8上的齿条8a啮合。小齿轮轴7的旋转被转换成齿条轴8的轴向运动。齿条轴8由固定至车身侧构件9的壳体10支撑成沿轴向方向移动。尽管未被示出，但是齿条轴8的端部部分经由相应的拉杆和相应的转向节臂连接至对应的车轮。
柱状轴3包括能够沿轴向方向伸长及缩短的第一柱状轴11和同轴地连接至第一柱状轴11的第二柱状轴12。第一柱状轴11具有外轴13和内轴14，外轴13例如为上轴，内轴14例如为下轴，并且外轴13与内轴14通过花键配合而配合在一起，以便使外轴13和内轴14不仅一起旋转，而且还仅在吸收冲击时沿轴向方向X1滑动。
在该实施方式中，外轴13将被描述为是上轴，并且内轴14将被描述为是下轴。然而，外轴可以是下轴，并且内轴可以是上轴。
第二柱状轴12具有输入轴15、输出轴16和扭杆17。输入轴15连接至内轴14以便与内轴14一起旋转。输出轴16经由第一万向接头4连接至中间轴5的第一端部部分5a以便将扭矩传递至该中间轴5。扭杆17连接输入轴15与输出轴16以便使输入轴15和输出轴16相对地旋转。另一方面，中间轴5的第二端部部分5b经由第二万向接头6连接至小齿轮轴7以便将扭矩传递至该小齿轮轴7。
柱状轴3由固定至车身侧构件18、19的转向柱20经由未示出的轴承支撑成是可旋转的。
转向柱20包括管状的上护套21、管状的下护套22、以及壳体23，其中，上护套21与下护套22配合在一起以便沿轴向方向X1相对地移动，壳体23连接至下护套23的轴向下端部。壳体23中容置有减速机构25，并且该减速机构25使转向辅助电马达24的动力减速以便传递至输出轴16。
减速机构25具有驱动齿轮26和从动齿轮27，驱动齿轮26连接至电马达24以便能够与电马达24的旋转轴(图中未示出)同步地旋转，从动齿轮27与驱动齿轮26啮合以便与输出轴16一起同步地旋转。例如，驱动齿轮26由蜗杆轴构成，而从动齿轮27由蜗轮构成。
转向柱20分别经由后上部固定支架28和前下部固定支架29连接至车身侧构件18、19。
固定至转向柱20的壳体23的下部柱支架30经由倾斜中心轴31而在固定至车身侧构件19的下部固定支架29上被支撑成是可旋转的。通过采用这种构型，转向柱20和转向轴能够绕作为支点的倾斜中心轴31旋转(倾斜)。这使得转向构件1的位置是能够进行调节的(所谓的倾斜调节)。
上部固定支架28是使用从车身侧构件18向下突出的固定螺栓(双头螺栓)32、旋拧到固定螺栓32上的螺母33、以及以可拆卸的方式保持于上部固定支架28的囊状件34而固定至车身侧构件18的。
转向柱20的上护套21固定有未示出的间隔支架。通过经由未示出的锁定机构锁定在一起的间隔支架和上部固定支架28，转向柱20相对于车身的位置是固定的，由此转向构件1的位置被固定到位。
作为花键伸缩轴的中间轴5包括管状的外轴50、以及内轴60，外轴50例如为上轴，内轴60例如为下轴。内轴60花键配合在外轴50中以便使内轴60和外轴50不仅沿轴向方向Y1相对地滑动而且还一起旋转。
如图2中所示，在内轴60的外周60a上设置有多个阳花键61(外花键)，并且在外轴50的内周50a上设置有多个阴花键51(内花键)以便以交替的方式与阳花键61啮合。在图2中，示意性地示出了花键51和花键61两者。
在花键伸缩轴构成中间轴5的情况下，如图2中所示，万向接头6的轭部6a附接至内轴60的一个端部。万向接头4的轭部4a附接至外轴50的一个端部。
在该实施方式中，内轴60将被描述为是下轴，并外轴50将被描述为是上轴。然而，内轴可以是上轴，并且外轴可以是下轴。
如在作为沿着图2中的线III-III截取的截面图的图3中所示，作为外轴50的内花键的阴花键51与作为内轴60的外花键的阳花键61以交替的方式彼此啮合。
就花键伸缩轴(中间轴5)的径向方向而言，阳花键61的齿顶61T面对阴花键51的齿根51B，并且阳花键61的齿根61B面对阴花键51的齿顶51T。
在内轴60的阳花键61的表面上形成有树脂膜70。树脂膜70是通过使用合成树脂而形成的。作为这种合成树脂，例如可以提出诸如聚酰胺和聚缩醛之类的热塑性树脂以及诸如环氧树脂之类的热固性树脂。
在该实施方式中，尽管将树脂膜70描述为是设置在内轴60的阳花键61的表面上的，但树脂膜70将是设置在内轴上的阳花键和外轴上的阴花键中的至少一者的表面上的。
阴花键51和阳花键61分别具有在齿高方向Q1、Q2上用齿顶修正系数“e”修正的轮廓(参见图4(a)、图4(b))。
当假设将花键51、61的齿数称作Z并将模数称作m时，与图4(a)中示出的阳花键61的齿顶圆直径d1和齿根圆直径d2以及图4(b)中示出的阴花键51的齿顶圆直径D1和齿根圆直径D2相关地建立下述表达式(1)至(6)。
m(Z+4)>d1>m(Z+2)...(1)
mZ>d2>m(Z-1)...(2)
m(Z+4)>D2>m(Z+2)...(3)
mZ>D1>m(Z-1)...(4)
D2>d1...(5)
D1>d2...(6)
阳花键61的齿顶圆直径d1是连接阳花键61的齿顶61T的齿顶圆61TC的直径，并且阳花键61的齿根圆直径d2是连接阳花键61的齿根61B的齿根圆61BC的直径。
阴花键51的齿顶圆直径D1是连接阴花键51的齿顶51T的齿顶圆51TC的直径，并且阴花键51的齿根圆直径D2是连接阴花键51的齿根51B的齿根圆51BC的直径。
如图3中所示，作为花键51和花键61两者的基准节圆PC的直径的基准节圆直径PCD(参照图4(a)、图4(b))将由下面的一般表达式(7)来表示。齿顶修正系数“e”的值将由下面的表达式(8)来表示并且将在使厚度增加的方向上进行的修正称为加或正。
PCD＝mZ...(7)
0.4<e<1.1...(8)
如由表达式(5)示出的，阴花键51的齿根圆直径D2大于阳花键61的齿顶圆直径d1(D2>d1)，因此，如图3中所示，在阳花键61的齿顶61T与阴花键51的齿根51B之间设置有间隙。如由表达式(6)示出的，阴花键51的齿顶圆直径D1大于阳花键61的齿根圆直径d2(D1>d2)，因此，如图3中所示，在阴花键51的齿顶51T与阳花键61的齿根61B之间设置有间隙。
根据本发明，就内轴60而言，如表达式(2)所示，阳花键61的齿根圆直径d2与常规示例大致相同，并且如表达式(1)所示，阳花键61的齿顶圆直径d1被制成为大于的常规示例[d1＝m(Z+2)]，由此使阳花键61的齿高h1增大。
就外轴50而言，如表达式(4)所示，阴花键51的齿顶圆直径D1与常规示例大致相同，并且如表达式(3)所示，阴花键51的齿根圆直径D2被制成为大于常规示例[d2＝m(Z+2)]，由此使阴花键51的齿高H1增大。通过这样做，在将由表达式(7)示出的基准节圆直径PCD保持为与常规示例大致相同的同时，能够使花键51与花键61两者之间的接触面积增大。因此，可以实现一种能够在不增大尺寸的情况下在确保其强度的同时传递大扭矩的花键伸缩轴(中间轴5)。
花键51和花键61的轮廓都是用由表达式(8)示出的齿顶修正系数修正的，因此，不存在齿顶51T和齿顶61T太尖而使得齿顶51T和齿顶61T难以加工的情况。也就是说，使用等于或小于0.4的齿顶修正系数“e”(e≤0.4)，齿顶51T变得太尖而使得对配对的齿根61B进行加工变困难。使用等于或大于1.1的齿顶修正系数“e”(e≥1.1)，齿顶61T变得太尖而使得对配对的齿根51B进行加工变困难。因此，将齿顶修正系数“e”设定成落入由表达式(8)示出的范围(0.4<e<1.1)内。
此处，根据表达式(1)、(2)，阳花键61的齿高h1满足以下表达式(9)。
2.5m>h1>m...(9)
根据表达式(3)、(4)，阴花键51的齿高H1满足以下表达式(10)。
2.5m>H1>m...(10)
以此方式，能够使阳花键61的齿高h1和阴花键51的齿高H1增大。
因此，可以实现尺寸小、强度高并且能够传递大扭矩的转向装置100。
本发明不限于在此之前已经描述的实施方式，因此，可以将所述转向用花键伸缩轴应用于转向轴的第一柱状轴11。除以上所描述的内容以外，在不背离本发明的权利要求的范围的情况下，可以对本发明做出各种变换和改型。
工业适用性
根据本发明，可以提供一种能够在不增大尺寸的情况下在确保其强度的同时传递大扭矩的转向用花键伸缩轴以及包括这种转向用花键伸缩轴的转向装置。
附图标记列表
100：转向装置
1：转向构件
2：转向轴
5：中间轴(转向用花键伸缩轴)
11：第一柱状轴
13：外轴
14：内轴
50：外轴
51：阴花键
51T：齿顶
51TC：齿顶圆
51B：齿根
51BC：齿根圆
60：内轴
61：阳花键
61T：齿顶
61TC：齿顶圆
61B：齿根
61BC：齿根圆
A1：转向机构
d1：(阳花键的)齿顶圆直径
70：树脂膜
d2：(阳花键的)齿根圆直径
D1：(阴花键的)齿顶圆直径
D2：(阴花键的)齿根圆直径
e：齿顶修正系数
h1：(阳花键的)齿高
H1：(阴花键的)齿高
m：模数
PC：基准节圆
PCD：基准节圆直径
Q1：(阳花键的)齿高方向
Q2：(阴花键的)齿高方向
Y1：(花键伸缩轴的)轴向方向
Z：齿数

Claims (2)

1.一种传递转向扭矩的转向用花键伸缩轴，包括：
内轴和管状的外轴，所述内轴与所述外轴经由花键配合在一起以便沿轴向方向滑动，
其中，所述外轴包括阴花键，
其中，所述内轴包括阳花键，所述阳花键配合在所述阴花键中，
其中，在所述阴花键和所述阳花键中的至少一者的表面上设置有树脂膜，
其中，所述阴花键和所述阳花键均具有在齿高方向上用齿顶修正系数“e”修正的轮廓，以及
其中，满足下面的表达式(1)至(8)：
m(Z+4)>d1>m(Z+2)...(1)
mZ>d2>m(Z-1)...(2)
m(Z+4)>D2>m(Z+2)...(3)
mZ>D1>m(Z-1)...(4)
D2>d1...(5)
D1>d2...(6)
PCD＝mZ...(7)
0.4<e<1.1...(8)
其中，在表达式(1)至(8)中，Z是每个花键的齿数，m是模数，PCD是基准节圆直径，d1是所述阳花键的齿顶圆直径，d2是所述阳花键的齿根圆直径，D1是所述阴花键的齿顶圆直径，并且D2是所述阴花键的齿根圆直径。
2.一种转向装置，包括：
转向构件；
转向机构，所述转向机构构造成与所述转向构件的操作相关联地操作以使车轮转向；以及
转向轴，所述转向轴构造成将所述转向构件的转向力传递至所述转向机构，
其中，所述转向轴的一部分包括根据权利要求1所述的转向用花键伸缩轴。
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