CN107207034A - 转向柱组件的改进 - Google Patents

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Abstract

一种伸缩转向柱组件(100，200，300，400，500)，其包括：上套管部分(101，301，501)和下套管部分(102，202，302，402，502)，通过支撑轴承组件(107，108，307，308，508)由套管部分(101，301)支撑所述伸缩转向柱组件，所述支撑轴承组件在伸缩转向轴(103，303)的上部分和套管(101，301)的下部分之间发挥作用，所述上部分和所述下部分在伸缩调节期间相对于彼此移动，其中，支撑轴承组件(107，108，307，308，508)包括：一组轴承元件；轴承罩(110，210，310，410，510)，所述轴承罩包括套筒，所述套筒位于上轴(103，303，404，503)的外面和下套管部分(102，202，302，402，502)的内面之间并且相对于上轴(103，303，403，503)和下套管(101，301)中的一个自由轴向移动，所述轴承罩(110)包括凹穴部(111，211，311，411，511)，所述凹穴部延伸通过套筒，每个凹穴部均松散地定位轴承元件(109，209)，以使得轴承元件(109，209)的一部分延伸通过罩(110)而与由上轴(103，303，403，503)和套管(101，301)中的一个限定的第一轴承(309，409，509)座圈表面相接合；环形轴承座圈(112，212)，所述环形轴承座圈具有成锥形的第二轴承(309，409，509)座圈表面，所述第二轴承座圈表面接合轴承元件(109，209，309，409，509)，所述环形轴承座圈位于罩(110)和上轴(103，303，403，503)或者罩(110)和下套管(101，301)之间，以使得环形轴承座圈(112，212)位于罩(110)的与所第一轴承(309，409，509)表面相对的侧部上；和偏压装置，所述偏压装置将轴向推力施加到轴承元件(109，209，309，409，509)，以便推动它们与环形轴承座圈(112，212)的第二轴承(309，409，509)表面相接合，所述推力受到所述第二轴承(309，409，509)的表面反作用。

Description

转向柱组件的改进
技术领域
本发明涉及一种改进的转向柱组件。
背景技术
存在多种应用，其中，理想的是转向柱设备伸缩，以使得能够调节转向柱的长度。通过允许轴或者套管的一部分在另一部分之上伸缩移动，转向组件能够调节范围。在驾驶员撞击方向盘的撞车事故中，这还能够允许方向盘移动并且通过控制发生伸缩移动的速率，能够以受控的方式吸收碰撞中的能量。
在典型结构中，转向柱包括伸缩套管，所述伸缩套管具有上管状套管部分和下管状套管部分。通常在上管的顶部表面中存在狭缝，所述狭缝沿着上管长度的大部分(通常大于一半)延伸并且通过由驾驶员操作的夹紧机构使得上管状部分能够被挤压而与下管状部分牢固接触，所述夹紧机构组装在所谓的调节夹紧螺栓周围。夹紧螺栓通常能够在车载的所谓耙式托架(Rake Bracket)中的狭槽中沿着大体竖直方向滑动，以使得能够调节方向盘高度。方向盘实际上以居中于枢转轴上的弧线进行调节，所述枢转轴通常设计成作为下安装装置的一部分，在所述部分处，可选的电动助力转向(EPS)单元安装到车辆的整体柱和EPS组件的下端部处。夹紧螺栓还穿过形成上管的上部分的夹紧托架中的大体水平狭槽，以允许方向盘调节范围。
在电动助力转向单元包含到柱中的情况下，在常规布置方案中上管(指的是最接近方向盘的一个管)是外管，下管可滑动地位于上管中。在这种布置方案中，传统上由一个滚珠轴承组件支撑上柱轴，所述滚珠轴承组件位于上柱管的上端处而且经由与下轴部分的花键滑动界面而降低，所述下轴部分形成了EPS单元的输入轴。EPS输入轴通常从EPS单元的齿轮箱内的紧密相隔的两个轴承成悬臂伸出。这一对轴(即，上柱轴和EPS输入轴)的抗弯性主要取决于所述滑动界面的抗弯刚度，因为滑动界面必须自由滑动以允许上柱伸缩，所以滑动界面必须具有一些间隙(虽然很小)。支撑上柱轴的该方法尽管具有经济性，但是难以实现最小固有振动频率目标(一般为50Hz)，通常由车辆制造商赋予所述最小固有振动频率目标。历史上，该目标旨在最小化因发动机振动或者道路崎岖不平而导致的方向盘抖动。最近，一些车辆制造商已经规定更高的目标，以避免在自动发动机启停节约燃料策略的运行期间发生方向盘抖动。
发明内容
本发明的目的是改进转向柱组件(诸如上述转向柱组件)的性能。
根据第一方面，本发明提供了一种伸缩转向柱组件，所述伸缩转向柱组件包括：上套管部分和下套管部分，这两个套管部分能够在伸缩调节期间沿着共同直线路径相对移动；伸缩转向轴，所述伸缩转向轴通过所述上套管部分和所述下套管部分，并且由所述套管部分经由支撑轴承组件支撑，所述支撑轴承组件在所述伸缩转向轴的上部分和所述套管的下部分之间作用，所述上部分和所述下部分在所述转向组件的范围伸缩调节期间相对于彼此移动，在使用中所述支撑轴承组件移除了所述轴和所述套管部分之间的沿着正交于伸缩移动的至少一个方向的空隙，否则将发生所述空隙，其中，所述支撑轴承组件包括：
一组轴承元件；
轴承罩，所述轴承罩包括套筒，所述套筒位于所述上轴的外面和所述下套管部分的内面之间，并且相对于所述上轴和所述下套管中的一个自由轴向移动，所述轴承罩包括凹穴部，所述凹穴部延伸通过所述套筒，每个凹穴部均松散地定位轴承元件，以使得所述轴承元件的一部分延伸通过所述轴承罩而与由所述上轴和所述套管中的一个限定的第一轴承座圈表面相接合；
环形轴承座圈，所述环形轴承座圈具有成锥形的第二轴承座圈表面，所述第二轴承座圈表面接合所述轴承元件，所述环形轴承座圈位于所述轴承罩和所述上轴或者所述轴承罩和所述下套管之间，以使得所述环形轴承座圈位于所述轴承罩的与所述第一轴承表面相对的侧部上；和
偏压装置，所述偏压装置将轴向推力施加到所述轴承元件，以迫使所述轴承元件与所述环形轴承座圈的所述第二轴承表面相接合，所述推力受到所述第二轴承表面的反作用，从而致使所述轴承元件附加地将径向力施加到所述第一轴承表面上。
所述轴承元件可以是滚珠轴承，所述滚珠轴承在所述轴承罩的圆周周围布置在间隔开的位置处。
可以设置有两组间隔开的滚珠轴承，每组均布置在相应的环形路径周围，所述环形路径与另一组的环形路径间隔开。
替代地，轴承元件可以是滚柱轴承。在轴承元件是滚柱轴承的情况中，每个滚柱轴承的长轴线均可以平行于上轴的轴线。凹穴部可以是细长的，以容纳每个滚柱轴承。
在轴承元件是滚柱轴承的情况中，轴承元件的端面可以在接触所述第二轴承表面的区域中倒角或者成锥形，具有带曲面的笔直部。锥形或者倒角可以与环形轴承座圈的锥形大体互补。
环形轴承座圈可以相对于上轴和下套管部分中没有限定第一轴承表面的一个固定就位，而罩可以相对于第一轴承表面自由轴向移动。
组件可以包括端部止动件，所述端部止动件保持轴承环位于轴承组件上的合适位置。偏压装置可以用于将轴向力施加在端部止动件或者抵接环和轴承元件之间，防止所述端部止动件或者抵接环相对于轴承罩轴向移动。
端部止动件或者抵接环可以在与第一轴承表面相对的侧部上径向延伸离开罩。因此，当上轴形成第一轴承表面时，环可以从罩径向向外延伸。在下套管形成第一轴承表面的情况中，环可以从罩朝向罩的轴线径向向内延伸。
第二轴承表面的接触角度可以以介于20度和70度之间的角度将轴或套管的轴线一分为二。通过选择角度，判定由偏压装置施加的多大的力作为径向力而反作用，所述径向力通过轴承。例如，如果几乎不存在锥形部(以85度的角度一分为二)，则从偏压装置施加的任何轴向力的非常小的部分会受到轴承元件的反作用而作为施加在轴承座圈上的径向负荷。
下套管可以形成第一轴承表面或者上轴可以形成第一轴承表面。
在上轴形成第一轴承表面的情况中，锥形部可以限定凹陷表面，即，面向轴线。
在下套管形成第一轴承表面的情况中，锥形部可以限定凸出表面，即，背离轴线。
环形轴承座圈可以包括止推环。
在第一便捷布置方案中，环形轴承座圈可以包括环形止推环，所述环形止推环限定了两个相对的成锥形的第二轴承面，所述第二轴承面分别布置在环的中线的相对两侧上，所述轴承元件可以包括滚珠轴承并且可以分成两组元件，每组的轴承均布置在圆周路径周围，一组接合第二轴承面中的一个而另一组接合另一个轴承面，以使得环基本位于两组轴承元件之间。
在存在所述两组轴承元件的情况中，罩中的凹穴部可以布置作为两组凹穴部，一组凹穴部围绕一路径间隔开，所述路径在罩周围围绕环形路径延伸，所述轴承罩与另一组的凹穴部间隔开，另一组的凹穴部也在罩周围围绕一圆形路径延伸，所述环形轴承元件在两个圆形路径之间大体对齐。
偏压装置可以在位于罩上的与轴承元件的第一侧轴向间隔开的端部止动件和环之间作用。
偏压装置可以包括两个弹性件，每个弹性件均与环形轴承座圈的相应侧部上的端部止动件相关联，例如，每个端部止动件均位于轴承罩的相应端部。
弹性件可以包括波形垫圈，所述波形垫圈与上轴同轴。
可以设置限定了座圈环的间隔件，所述间隔件位于偏压装置和轴承元件之间，以使得偏压装置通过座圈环作用在轴承元件上。座圈环还可以包括成锥形的第三轴承座圈表面，轴承元件能够随着方向盘转动在使用中在第三轴承座圈表面上滚动。座圈环可以是环形轴承座圈。
在存在两组轴承元件的情况中，可以设置两个座圈环，每个座圈环均位于弹性件和一组轴承之间。环形轴承座圈可以包括至少一个座圈环。
罩可以滑动装配到上轴上，环形轴承座圈可以同轴位于罩周围并且与套管的内表面接合，以使其不能轴向移动。这个情况中的轴将限定第一轴承表面。
替代地，罩可以滑动装配到套管中，环形轴承座圈可以同轴位于罩内部而且与上轴的表面接合。可以防止环形轴承沿着上轴轴向移动。
端部止动件中的一个可以包括径向延伸的凸缘，所述径向延伸的凸缘与罩形成为一体，另一个端部止动件可以是可移除的径向延伸的凸缘，所述凸缘通过接合在孔中的突片或者螺纹啮合而固定到罩。
可以调节凸缘之间的间隔，以允许调节径向负荷。
滚珠轴承结构中的轴将形成第一轴承表面。
在轴承元件是具有锥形端部的滚柱元件的情况中，所述滚柱元件在所述上轴的圆周周围位于间隔开的位置，其中，所述轴承罩滑动到所述上轴上，以使得所述轴承接触所述上轴，并且所述环形轴承第二座圈包括一对环，所述一对环中的每个均具有锥形面，所述锥形面限定了第二轴承表面，所述环位于所述滚柱的相应端部处，设置有支撑件，所述支撑件装配在所述环周围并且限定了一对端部止动件，所述两个环和所述轴承位于所述端部止动件之间，并且所述偏压装置作用在至少一个端部止动件和所述轴承的一个端部之间。
偏压装置可以包括波形垫圈，所述波形垫圈同轴装配在上轴上。
偏压装置可以通过座圈环作用在滚柱轴承的端部上，所述座圈环限定了第三轴承表面。
端部止动件中的一个可以从支撑件移除并且可以调节，以使得端部止动件之间的间隔能够变化，从而调节了作用在轴承上的径向负荷。
前述段落中的布置方案中的上轴限定了第一轴承表面。
在替代方案中，罩可以滑动到套管中，并且承载端部止动件的支撑件可以位于罩内部的上轴上，一对轴承元件中的每个均限定了第二轴承座圈，所述第二轴承座圈滑动到支撑件上，并且偏压装置作用在端部止动件和一个环形第二轴承元件之间。
在前述段落的布置方案中，套管限定了第一轴承表面。
支撑件可以相对于上轴或者套管轴向固定就位。
端部止动件、抵接环或者座圈环可以包括轴向固定到所述下套管部分上的部件。例如，端部止动件、抵接环或者座圈环可以包括经由压配固定的部件。
在轴承元件是具有锥形端部的滚柱元件的情况中，滚柱元件可以在上轴的圆周周围位于间隔开的位置，其中，罩滑动到上轴上，以使得轴承接触上轴，并且环形轴承第二座圈可以包括一对环，所述一对环中的每个均具有锥形面，所述锥形面限定了第二轴承表面，所述环位于滚柱的相应端部处，一个座圈环和轴承位于端部止动件之间，并且偏压装置作用在至少一个端部止动件和轴承的端部中的一个之间，其中，端部止动件是通过压配固定到下套管部分的内表面的第二座圈环和抵接环。
下套管可以形成第一轴承表面或者上轴可以形成第一轴承表面。
替代地，罩可以相对于下套管轴向固定就位。
本申请人已经认识到，本发明的设备可以布置成使得由偏压装置施加的径向预负荷产生在轴承和轴或者套管(或两者)之间的足够刚性的径向接触，以便显著减小因振动导致的任何转向组件移动，而在组件的范围调节期间驾驶员容易克服相关轴向摩擦。这将由偏压装置强度、轴承座圈零件、滚珠轴承和偏压装置之间的各个匹配面的角度和摩擦系数以及轴承元件和第一轴承表面之间的接触面积设定。
罩可以包括塑料套筒。其可以在上轴或者套管上(任何一个形成了第一轴承表面)自由滑动，以允许组件进行范围调节。
可以由形成在套筒上的第二凸缘防止轴承元件和偏压环移动离开第一轴承座圈。
偏压装置方便地可以包括波形垫圈，所述波形垫圈位于套筒(例如，套筒上的凸缘)和轴承座圈零件中的第一个之间。
波形垫圈弹性件将接触位于垫圈周围的多个圆周间隔位置处的轴承零件和位于它们之间在其它圆周间隔位置处的凸缘。
波形垫圈弹性件优选地包括具有中央孔的金属盘，内套筒通过所述中央孔，金属盘以围绕其周边的变化量变形脱离单一平面，因而成“波形”。
在使用中，偏压装置可以略微压缩，以将轴向推力施加到由套筒反作用的轴承零件。
偏压装置(例如“波形垫圈”压缩弹性件)可以经由圆周开口的止推环将轴向力施加到座圈零件中的第一个座圈零件上，滚柱滚动接触所述第一个座圈零件，所述止推环在与轴向推力同时地将径向负荷施加到轴承，以便径向支撑轴承座圈零件。
为了允许控制两个座圈零件之间的间隔，自由轴向移动的环形轴承座圈零件必须间隙配合在相关套筒上或者相关套筒内，以确保其能够不受零件公差变化地滑动。然而，如果以某种方式没有径向支撑座圈，则该间隙将对轴承组件的效率造成负面影响。止推环(开口)因此经由其倾斜面支撑移动的轴承座圈，从而有效地消除所述间隙。
附图说明
现在参照附图并且如附图所示仅仅通过示例的方式描述本发明的四个实施例，在所述附图中：
图1是本发明的转向柱组件的第一实施例的竖直截面图；
图2是转向柱组件的在图1中以细节A圈出的部分的截面图连同套管的毗邻部分的视图，其包括位于上轴和下套管部分之间的附加柱轴承组件；
图3是图1和图2的附加柱轴承组件的分解视图；
图4是本发明的转向柱组件的第二实施例的竖直截面图；
图5是转向柱组件的在图4中以细节B圈出的部分的截面图连同套管的毗邻部分的视图，其包括位于上轴和下套管部分之间的附加柱轴承组件；
图6是本发明的转向柱组件的第三实施例的截面图；
图7是转向柱组件的在图6中以细节C圈出的部分的截面图连同套管的毗邻部分的视图，其包括位于上轴和下套管部分之间的附加柱轴承组件；
图8是图6和图7的附加柱轴承组件的分解视图；
图9是本发明的转向柱组件的第四实施例的截面图；
图10是转向柱组件的在图9中以细节D圈出的部分的截面图连同套管的毗邻部分的视图，其包括位于上轴和下套管部分之间的附加柱轴承组件；
图11是本发明的转向柱组件的第五实施例的截面图；
图12是转向柱组件的在图11中以细节E圈出的部分的截面图连同套管的毗邻部分的视图，其包括位于上轴和下套管部分之间的附加柱轴承组件；和
图13是图11和图12的附加柱轴承组件的分解视图。
具体实施方式
图1至图3提供了本发明第一方面的范围内的转向柱组件100的第一实施例的视图，所述转向柱组件100包括伸缩结构。
图1示出了转向柱组件100，所述转向柱组件100包括套管101、102，所述套管101、102包括管状上套管部分101和管状下套管部分102，所述管状上套管部分101和所述管状下套管部分102中的每一个均包括圆筒管。套管部分101、102能够相对于彼此移动，上套管部分101的端部滑动装配在下套管部分102的端部内。套管部分101、102包围伸缩转向柱轴103、104。轴103、104包括上轴部分103，所述上轴部分103至少部分包围下轴部分104，这两个部分通过互补的轴向延伸花键104a连接。上轴103的相对端部成锥形，以使其能够固定到方向盘(未示出)。下轴部分104连接到可选的电动助力转向齿轮箱，所述电动助力转向齿轮箱继而连接到车辆的行路轮。
上轴部分103装配在下轴部分104上，在下轴部分104不轴向移动的同时上轴部分103移动。类似地，上外套管部分101朝向方向盘定位并且在下内套管部分102上滑动。下套管部分102轴向固定到齿轮箱(未示出)。可以使用夹紧机构将管状上套管部分101固定到车辆的固定部(仅仅示出了夹紧机构的夹紧螺栓105)，所述夹紧机构夹持到上套管部分101上的轨道106上。在上外套管101中设置狭缝，所述狭缝随着夹紧组件关闭而闭合，以致使上外套管部分101抓持下内套管部分102。
上柱轴承组件107位于上轴103和上套管部分101的内表面之间。这紧密地填充空间并且确保轴103可靠地位于套管101内。
附加柱轴承组件108设置在内套管部分102和上轴103之间，处于它们重叠的区域中，从而在轴103、104之间的接合部附近向轴103、104提供了支撑。在使用中，附加支撑轴承组件108移除了空隙(否则所述空隙将存在)，这样与没有支撑轴承组件108的相同组件相比增加了整个组件的最小固有共振频率。这能够令人满意地改进在车辆沿着崎岖不平路面行驶时用户感受到的NVH(噪音、振动和声振粗糙度)水平。在本发明的第一方面的范围内外套管部分102、支撑轴承组件107和轴103、104一起形成了伸缩组件。
为了允许调节套管101、102的长度，下内套管部分102必须相对于上外套管101自由轴向移动。为此，支撑轴承组件108仅仅相对于下套管部分102的内表面轴向固定并且能够相对于轴103的外表面轴向滑动。
在附图的图2和图3中更加详细地示出了在标为细节A的圈中示出的支撑轴承组件108。
支撑轴承组件108包围上轴103的一部分(上轴3在图1中示出但是为了便于解释在图2中没有示出)。其包括轴承罩110，所述轴承罩110包括套筒。套筒包括凹穴部111，所述凹穴部111松散地定位轴承元件109，以使得轴承元件109的一部分延伸通过套筒而接合上外轴103的表面。
在这个具体实施例中，轴承元件109是滚珠轴承，具体地是两个由三个滚珠轴承109构成的分离组，其中，一组中的每个滚珠轴承均位于相对于转向柱组件100的相同轴向位置，但是相互径向等距间隔开。当然，可以使用更多的轴承并且可以以不同的布置方案使用轴承。
轴承组件108还包括环形轴承座圈112，所述环形轴承座圈112能够是止推环，所述止推环具有至少一个接合轴承元件109的止推表面。止推环112同轴位于罩110周围。止推环112限定了第二轴承表面，轴承元件109能够在所述第二轴承表面上滚动。
在这个实施例中，轴承组件还包括其它环形轴承座圈114a、114b，环形轴承座圈114a、114b能够是两个座圈环。座圈环同轴位于套筒周围并且与止推环112轴向偏移。每个轴承元件109均与座圈环114a、114b中的一个接触。这限定了接触轴承元件109的第三轴承表面。座圈环114a、114b还与偏压装置113接触，所述偏压装置113在这个实施例中包括呈波形垫圈113a、113b形式的两个弹性件。波形垫圈是包括具有中央孔的金属盘的弹性件，套筒通过所述中央孔。金属盘以围绕其周边的变化量变形脱离单一平面，因而成“波形”。一个波形垫圈113b定位并且压缩在端部止动件(诸如抵接环116，所述端部止动件环绕上轴103)和座圈环114b之间，另一个波形垫圈113a定位并且压缩在端部止动件(诸如轴承罩110的肩部115)和座圈环114a之间。在这个具体实施例中，抵接环116由塑料制成并且“卡合”到轴承罩110的套筒中，不过还可以使用其它材料和布置方案。
通过压缩，偏压装置113a、113b将轴向推力施加到座圈环114a、114b，所述座圈环114a、114b继而将负荷引导到轴承元件109，从而致使它们接合止推环112的表面。止推环112反作用于作用在轴承元件109上的负荷，这样致使轴承元件109通过轴承罩110的凹穴部111附加地将径向力施加到第一轴承表面(在这个实施例中为上轴表面103)。
重要地，选择在滚珠轴承109和下套管部分102的表面之间发生的径向接触力，以使得轴承组件的沿着下套管部分102的附加滑动摩擦不会导致范围调节所需的驾驶员施力出现不可接受的增加，所述径向接触力是安装弹性件力的函数。另一方面，接触力必须大到足以使得轴承组件108有效支撑上柱轴103的下端部。
通过使用这种布置方案，即使在***在发动机运转的同时振动时轴承元件109也保持与轴承表面接触。简言之，移除了滚珠轴承和轴承表面之间的空隙，从而改进了NVH。
图4至图5示出了根据本发明的转向柱组件的第二实施例。图4的实施例的所有特征均与图1的特征相同，除了轴承组件208之外(其中，所有对应部件的附图标记的最后两个数字相同)。在附图4中，示出了标为细节B的圈。图5提供了细节B中的轴承组件208的放大图。
轴承组件208定位在转向柱组件200的上外轴203和下内套管部分202之间。轴承组件208包括轴承罩210，所述轴承罩210包括套筒。轴承罩210的套筒包括凹穴部211，所述凹穴部211松散地定位轴承元件209，以使得轴承元件209的一部分延伸通过套筒而接合第一轴承表面，在这个实施例中，接合下内套管202。轴承元件209在这个情况中为滚珠轴承，具体地为两个由三个滚珠轴承209构成的分离组，其中，一组中的每个滚珠轴承均位于相对于转向柱组件200的相同轴向位置，但是相互径向等距间隔开。当然，可以使用更多的轴承并且可以以不同的布置方案使用轴承。
轴承组件208还包括环形轴承座圈212，所述环形轴承座圈212能够是止推环，所述止推环具有至少一个接合轴承元件209的止推表面。止推环212同轴位于轴承罩210周围。止推环212限定了第二轴承表面，轴承元件209能够在所述第二轴承表面上滚动。
在这个实施例中，轴承组件还包括其它环形轴承座圈214a、214b，环形轴承座圈214a、214b能够是两个座圈环。座圈环214a、214b同轴位于套筒周围，与环形轴承座圈212轴向偏移。每个轴承元件209均与座圈环214a、214b中的一个接触。这限定了接触轴承元件209的第三轴承表面。
每个座圈环214a、214b还与偏压装置213接触。在这个实施例中，偏压装置213包括两个波形垫圈。波形垫圈中的一个213b被压缩在座圈环214b和诸如抵接环216的端部止动件之间。另一个波形垫圈213a被压缩在第二座圈环214a和端部止动件(诸如轴承组件208的轴承罩210的肩部215)之间。
通过压缩，偏压装置213a、213b将轴向推力施加到座圈环214a、214b，所述座圈环214a、214b继而将负荷引导到轴承元件209，从而致使它们接合止推环212的表面。止推环212反作用于作用在轴承元件209上的负荷，这致使轴承元件209将径向力通过轴承罩210的凹穴部211附加地施加到第一轴承表面(在这个实施例中为下套管部分202的内表面)。
重要的是，选择滚珠轴承209和下套管部分202的表面之间的径向接触力，以使得轴承组件的沿着下套管部分202的附加滑动摩擦不会致使范围调节所需的驾驶员施力不可接受地增大，所述径向接触力是安装弹性件力的函数。另一方面，接触力必须大到足以使得轴承有效支撑上柱轴203的下端。
通过使用这种布置方案，即使在***在发动机运转的同时振动时轴承元件109也保持与轴承表面接触。简言之，消除了滚珠轴承209和轴承表面之间的空隙，从而改进了NVH。
图6至图8提供了本发明范围内的转向柱组件300的第三实施例的视图，所述转向柱组件300包括伸缩结构。转向柱组件300包括套管301、302，所述套管301、302包括管状上套管部分301和管状下套管部分302，所述管状上套管部分301和所述管状下套管部分302中的每一个均包括圆筒管。套管部分301、302能够相对于彼此移动，上套管部分301的端部滑动装配在下套管部分302的端部内。套管部分301、302包围伸缩转向柱轴303、304。轴303、304包括上轴部分303，所述上轴部分303至少部分包围下轴部分304，这两个部分通过互补的轴向延伸花键304a连接。上轴303的相对端部成锥形，以使其能够固定到方向盘(未示出)。下轴部分304连接到可选的电动助力转向齿轮箱，所述电动助力转向齿轮箱继而连接到车辆的行路轮。
上轴部分303装配在下轴部分304上并且在下轴部分304没有轴向移动的同时上轴部分303移动。类似地，上外套管部分301朝向方向盘定位并且在下内套管部分302上滑动。下套管部分302轴向固定到齿轮箱(未示出)。可以使用夹紧机构(仅仅示出了其夹紧螺栓305)将管状上套管部分301固定到车辆的固定部分，所述夹紧机构夹持到上套管部分301的轨道306上。在上外套管301中设置狭缝，所述狭缝随着夹紧组件关闭而闭合，以致使外套管部分301抓持下内套管部分302。
上柱轴承组件307位于上轴303和上套管部分301的内表面之间。这紧密填充空间并且确保轴303可靠地位于套管301内。
附加柱轴承组件308设置在内套管部分302和上轴303之间，位于它们重叠的区域中，在轴303、304之间的接合部附近向轴303、304提供了支撑。在使用中，附加支撑轴承组件308移除了空隙(否则所述空隙将存在)，这与没有支撑轴承组件308的相同组件相比增大了整个组件的最小固有共振频率。这能够令人满意地改进在车辆沿着崎岖不平路面行驶时用户感受到的NVH(噪音、振动和声振粗糙度)水平。在本发明的第一方面的范围内外套管部分302、支撑轴承组件307和轴303、304一起形成了伸缩组件。
为了允许调节套管301、302的长度，下内套管部分302必须相对于上外套管301自由轴向移动。为此，支撑轴承组件308仅仅轴向固定到下套管部分302的内表面并且能够相对于轴303的外表面轴向滑动。
在附图中的图7和图8中更加详细地示出了支撑轴承组件308。
支撑轴承组件308包围上轴303的一部分。其包括轴承罩310，所述轴承罩310包括套筒。套筒包括凹穴部311，所述凹穴部311松散地定位轴承元件309，以使得轴承元件309的一部分延伸通过套筒而接合上外轴303的表面。
在这个具体实施例中，轴承元件309是滚柱轴承，所述滚柱轴承具体地是一组六个辊309，其中，一组的每个滚柱轴承均位于相对于转向柱组件300的相同轴向位置，但是相互等距径向间隔开。当然，可以使用更多或者更少的轴承并且可以以不同布置方案使用轴承。
在这个实施例中，轴承组件还包括环形轴承座圈314a、314b，轴承座圈314a、314b能够是两个座圈环。座圈环314a、314b同轴位于轴承罩310的套筒周围。每个座圈环314a、314b均接触每个轴承309的一侧并且每个座圈环314a、314b均限定了接触轴承元件309的轴承表面。座圈环314a、314b的轴承表面成锥形。
第一座圈环314b毗邻止推环312，所述止推环312也同轴位于轴承罩310周围。止推环312不但毗邻第一座圈环314b而且还毗邻偏压装置313，所述偏压装置313同轴位于轴承罩310周围。在这个实施例中，偏压装置313包括弹性件，所述弹性件是波形垫圈113的形式。波形垫圈313是包括具有中央孔的金属盘的弹性件，外轴303通过所述中央孔。金属盘以围绕其周边的变化量变形脱离单一平面，因而成“波形”。抵接环316抵接波形垫圈313，所述抵接环316作为端部止动件并且包围上轴303。波形垫圈313压缩在止推环312和抵接环316之间。
轴承组件308还包括支撑件318，所述支撑件318包围轴承组件308的所有其它部件。支撑件318是盖，所述盖与轴承组件308的环(例如，座圈环、波形垫圈、止推环、轴承罩)同轴。当定位在转向柱组件300中时，仅仅轴承组件308的部件可以与内下套管部分302的内表面物理接触(可能除了抵接环316的一部分以外)。
在这个具体实施例中，抵接环316由塑料制成并且“卡合”到支撑件318中，不过还可以使用其它材料和布置方案。当卡合就位之后，抵接环316不会相对于支撑件318移动。
如上所述，第二座圈环314a毗邻滚柱轴承309并且与滚柱轴承309接触，但是其还毗邻并且接触端部止动件(诸如支撑件318的肩部317)。
因为偏压装置309压缩在抵接环316和止推环312之间并且抵接环316不能相对于支撑件318移动，偏压装置309的被压缩推力沿着轴向方向作用在止推环312上。该推力被传递到第一座圈环314b并且继而传递到滚柱轴承309。最后，将推力从滚柱轴承309传递到第二座圈环314a，所述第二座圈环314a毗邻支撑件318的肩部317。肩部317不能相对于支撑件318移动。
由于上述布置方案，偏压装置的被压缩推力致使座圈环314a、314b将径向力施加到上轴303的第一轴承表面上，所述座圈环314a、314b具有成锥形的轴承表面。
重要的是，选择滚柱轴承309和上轴303的表面之间的径向接触力，以使得轴承组件308沿着上轴303的附加滑动摩擦不会致使范围调节所需的驾驶员施力不可接受地增加，所述径向接触力是安装弹性件力的函数。另一方面，接触力必须大到足以使得轴承有效支撑上柱轴303的下端。
通过使用这种布置方案，即使在***在发动机运转的同时振动时轴承元件309也保持与轴承表面接触。简言之，移除了滚珠轴承309和轴承表面之间的空隙，从而改进了NVH。
图9至图10示出了根据本发明的图6至图8的替代实施例。图6的实施例的所有特征均与图9的所有特征相同，除了轴承组件408(对应部件的附图标记的最后两位数字相同)。图9和图10的实施例与图6、图7和图8的实施例的本质不同之处在于与在外上轴上滚动相反，轴承元件在内套管部分上滚动。在图9中存在标为细节D的圈。图10提供了细节D中的轴承组件408的放大图。
尽管在图10中没有示出，但是轴承组件408环绕转向柱组件400的上轴403。
轴承组件408包括支撑件418，支撑件418包围上轴403。支撑件418支撑轴承组件408的其它部件。支撑件418包括肩部417，所述肩部417作为在一个端部处的端部止动件。
在这个实施例中，轴承组件还包括环形轴承座圈414a、414b，所述轴承座圈414a、414b能够是两个座圈环。座圈环414a、414b同轴位于支撑件418周围。第二座圈环414a毗邻支撑件418的肩部417的一侧部。每个座圈环414a、414b均接合每个轴承409的一部分并且每个座圈环414a、414b均限定了接触轴承元件409的轴承表面。座圈环414a、414b中的每一个的轴承表面皆成锥形。
轴承组件408还包括轴承罩410，所述轴承罩410具有套筒，所述套筒包围轴承元件409并且将它们保持在抵靠座圈环414a、414b的轴承表面的合适位置。轴承罩410的套筒包括凹穴部411，所述凹穴部411松散地定位轴承元件409，以使得轴承元件409的一部分延伸通过套筒而接合下内套管部分402的表面。
在这个具体实施例中，轴承元件409是滚柱轴承，所述滚柱轴承409具体地是一组六个滚柱轴承409，其中，一组的每个滚柱轴承409均位于相对于转向柱组件400的相同轴向位置，但是相互等距径向间隔开。当然，可以使用更多或者更少的轴承并且可以以不同布置方案使用轴承。
第一座圈环414b接触滚柱轴承409，而且还毗邻止推环412，所述止推环412也同轴位于支撑件418周围。止推环412还毗邻偏压装置413，所述偏压装置413同轴位于支撑件410周围。在这个实施例中，偏压装置413包括弹性件，所述弹性件呈波形垫圈413的形式。波形垫圈413是包括具有中央孔的金属盘的弹性件，外轴403通过所述中央孔。金属盘以围绕其周边的变化量变形脱离单一平面，因而成“波形”。抵接环416抵接波形垫圈413，所述抵接环416作为端部止动件而且也包围支撑件418。波形垫圈413压缩在止推环412和抵接环416之间。
在这个具体实施例中，抵接环416由塑料制成并且“卡合”到支撑件418中，不过可以使用其它材料和布置方案。当卡合就位之后，抵接环416不会相对于支撑件418移动。
在定位在转向柱组件400中时，支撑件418是轴承组件408的可以与外上轴403的外表面物理接触的唯一部件(可能除了抵接环416的一部分以外)。
因为偏压装置409被压缩在抵接环416和止推环412之间并且抵接环416不能相对于支撑件418移动，所以偏压装置409的被压缩推力沿着轴向方向作用在止推环412上。该推力被传递到第一座圈环414b并且继而传递到滚柱轴承409。最后，将推力从滚柱轴承409传递到第二座圈环414a，所述第二座圈环414a毗邻支撑件418的肩部417。肩部417不能相对于支撑件418移动。
由于上述布置方案，偏压装置的被压缩推力致使具有锥形轴承表面的座圈环414a、414b将径向力朝向轴承表面施加到轴承元件上。
重要的是，选择滚柱轴承409和下套管部分402的表面之间的径向接触力，以使得轴承组件沿着下套管部分402的附加滑动摩擦不会致使范围调节所需的驾驶员施力不可接受地增加，所述径向接触力是安装弹性件力的函数。另一方面，接触力必须大到足以使得轴承有效支撑上柱轴403的下端。
通过使用这种布置方案，导致轴承元件409即使在***在发动机运转的同时振动时也保持与轴承表面接触。简言之，移除了滚珠轴承409和轴承表面之间的空隙，从而改进了NVH。
图11、12和13示出了本发明的第五实施例。这个具体实施例是图6、7和图8中示出的第三实施例的变型方案并且不同之处仅仅为所使用的轴承组件。
在图11中，在标记为细节E的圈中示出了支撑轴承组件508，并且在附图的图12和图13中更加详细地提供了支撑轴承组件508。
在图12和13中更加详细地示出了细节E。
与第三实施例不同，第五实施例的轴承组件不包括支撑件318。然而，第五实施例的轴承组件508包括第三实施例的所有其它部件。
支撑轴承组件508包围上轴503的一部分。所述支撑轴承组件508包括轴承罩510，所述轴承罩510包括套筒。套筒包括凹穴部511，所述凹穴部511松散地定位轴承元件509，以使得轴承元件509的一部分延伸通过套筒而接合上外轴503的表面。
在这个特定实施例中，轴承元件509是滚柱轴承，所述滚柱轴承具体地是一组三个辊509，其中，一组的每个滚柱轴承均位于相对于转向柱组件500的相同轴向位置，但是相互等距径向间隔开。当然，可以使用更多或者更少的轴承并且可以以不同布置方案使用轴承。
在这个实施例中，轴承组件还包括环形轴承座圈514a、514b，所述轴承座圈514a、514b能够是两个座圈环。座圈环514a、514b同轴位于轴承罩510的套筒周围。每个座圈环514a、514b均接触每个轴承509的一个非滚动侧并且每个座圈环514a、514b均限定了接触轴承元件509的轴承表面。每个座圈环514a、514b的轴承表面均成锥形。
第一座圈环514b毗邻止推环512，所述止推环512也同轴位于轴承罩510的套筒周围。止推环512毗邻第一座圈环514b，而且还毗邻偏压装置513，所述偏压装置513同轴位于轴承罩510周围。在这个实施例中，偏压装置513包括弹性件，所述弹性件呈波形垫圈513的形式。波形垫圈513是包括具有中央孔的金属盘的弹性件，外轴503通过所述中央孔。金属盘以围绕其周边的变化量变形脱离单一平面，因而成“波形”。抵接环516抵接波形垫圈513，所述抵接环516作为端部止动件而且也包围外轴503。抵接环516固定到下套管部分502并且因此不能相对于下套管部分502移动。在这个具体实施例中，其被压配合。波形垫圈513被压缩在止推环512和抵接环516之间。
因为第二座圈环514a轴向固定就位并且如上所述毗邻和接触滚柱轴承509，所以第二座圈环514a也作为端部止动件。在这个实施例中，第二座圈环514a被压配就位。
因为偏压装置509被压缩在抵接环516和止推环512之间并且抵接环516不能相对于下套管部分502移动，所以偏压装置509的被压缩推力沿着轴向方向作用在止推环512上。该推力被传递到第一座圈环514b并且继而传递到滚柱轴承509。最后，将推力从滚柱轴承509传递到第二座圈环514a，所述第二座圈环514a固定到下套管部分502。
由于上述布置方案，偏压装置的被压缩推力致使具有锥形轴承表面的第一座圈环514a通过轴承组件508的凹穴部511施加径向力，所述径向力将轴承元件509推动成与第一轴承表面接触。
重要的是，选择滚柱轴承509和上套管部分501的表面之间的径向接触力，以使得轴承组件508沿着上套管部分501的附加滑动摩擦不会致使范围调节所需的驾驶员施力不可接受地增加，所述径向接触力是安装弹性件力的函数。另一方面，接触力必须大到足以使得轴承有效支撑上柱轴503的下端。
通过使用这种布置方案，即使在***在发动机运转的同时振动时轴承元件509也保持与轴承表面接触。简言之，移除了滚珠轴承509和轴承表面之间的空隙，从而改进了NVH。
第五实施例不需要将轴承组件508稍后装配到下套管部分502。替代地，轴承组件508的部件直接组装到下套管部分中。这能够因不需要支撑件而削减成本。另外，允许将更大直径的滚柱轴承包装到同一空间中。
当然，可以修改第五实施例，以使得轴承组件的第一轴承表面是下套管部分的内表面而非轴的外表面。在这个实施例中，外座圈环(对应于第二座圈环514a)和抵接环(对应于516)皆轴向固定到上轴部分的外表面。
因此本发明利用这样的事实，即，在所关心的振动频率下在柱内产生的径向扰动力非常小。当施加准静态的更大径向力时(诸如驾驶员重重地倚靠方向盘的轮辋时)，可以暂时允许在轴承内的特定位置中产生小间隙，但是实际上这不会导致不理想的振动。通过避免使用非常大的所述径向预载荷，轴承和下管的孔之间的接触力保持在适度水平。因此，针对在下管内部滑动的轴承组件的摩擦阻力保持相当低，以使得范围调节力增大并且撞车塌缩力可接受。能够足够顺利地制造下柱管的孔，并且精确使用具有经济效益的管形成方法而不必求助于附加的机械加工。

Claims (22)

1.一种伸缩转向柱组件，其包括：上套管部分和下套管部分，这两个套管部分能够在伸缩调节期间沿着共同直线路径相对移动；伸缩转向轴，所述伸缩转向轴通过所述上套管部分和所述下套管部分，并且由所述套管部分经由支撑轴承组件支撑，所述支撑轴承组件在所述伸缩转向轴的上部分和所述套管的下部分之间作用，所述上部分和所述下部分在所述转向组件的范围伸缩调节期间相对于彼此移动，在使用中所述支撑轴承组件移除了所述轴和所述套管部分之间的沿着正交于伸缩移动的至少一个方向的空隙，否则将产生所述空隙，其中，所述支撑轴承组件包括：
一组轴承元件；
轴承罩，所述轴承罩包括套筒，所述套筒位于所述上轴的外面和所述下套管部分的内面之间，并且相对于所述上轴和所述下套管中的一个自由轴向移动，所述轴承罩包括凹穴部，所述凹穴部延伸通过所述套筒，每个凹穴部均松散地定位轴承元件，以使得所述轴承元件的一部分延伸通过所述轴承罩而与由所述上轴和所述套管中的一个限定的第一轴承座圈表面相接合；
环形轴承座圈，所述环形轴承座圈具有成锥形的第二轴承座圈表面，所述第二轴承座圈表面接合所述轴承元件，所述环形轴承座圈位于所述轴承罩和所述上轴或者所述轴承罩和所述下套管之间，以使得所述环形轴承座圈位于所述轴承罩的与所述第一轴承表面相对的侧部上；和
偏压装置，所述偏压装置将轴向推力施加到所述轴承元件，以迫使所述轴承元件与所述环形轴承座圈的所述第二轴承表面相接合，所述推力受到所述第二轴承表面的反作用，从而致使所述轴承元件附加地将径向力施加到所述第一轴承表面上。
2.根据权利要求1所述的组件，其中，所述轴承元件是滚珠轴承，所述滚珠轴承在所述轴承罩的圆周周围布置在间隔开的位置处。
3.根据权利要求1所述的组件，其中，所述轴承元件是滚柱轴承。
4.根据权利要求3所述的组件，其中，所述轴承元件的端面在接触所述第二轴承表面的区域中倒角或者成锥形，具有带曲面的笔直部。
5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的组件，其中，所述下套管形成所述第一轴承表面。
6.根据权利要求1至4中的任意一项所述的组件，其中，所述上轴形成所述第一轴承表面。
7.根据权利要求1、2、5或者6所述的组件，其中，所述环形轴承座圈包括环形止推环，所述环形止推环限定了两个相对的成锥形的第二轴承表面，所述第二轴承表面分别布置在环的中线的相对两侧上，所述轴承元件包括滚珠轴承并且分成两组元件，每组的轴承均布置在圆周路径周围，一组接合所述第二轴承表面中的一个而另一组接合另一个轴承表面，以使得所述环基本位于这两组轴承元件之间。
8.根据任意一项前述权利要求所述的组件，其中，所述环形轴承座圈包括止推环。
9.根据任意一项前述权利要求所述的组件，其中，设置限定了座圈环的间隔件，所述间隔件位于所述偏压装置和所述轴承元件之间，以使得所述偏压装置通过所述座圈环作用在所述轴承元件上。
10.根据权利要求9所述的组件，其中，所述座圈环包括成锥形的第三轴承座圈表面，所述轴承元件能够随着所述方向盘转动而在使用中在所述第三轴承座圈表面上滚动。
11.根据任意一项前述权利要求所述的组件，其中，所述环形轴承座圈包括至少一个座圈环。
12.根据权利要求9和11中的任意一项所述的组件，其中，设置有两个座圈环。
13.根据任意一项前述权利要求所述的组件，其中，所述组件包括端部止动件，所述端部止动件将所述轴承环保持在所述轴承组件上的合适位置。
14.根据权利要求13所述的组件，其中，所述端部止动件包括与所述轴承罩形成为一体的径向延伸凸缘或者肩部，而另一个端部止动件是通过接合在孔中的突片或者通过螺纹啮合而固定到所述轴承罩的能够移除的径向延伸凸缘或者肩部。
15.根据权利要求14所述的组件，其中，能够调节所述凸缘或者所述肩部之间的间隔，以允许调节径向负荷。
16.根据权利要求1、3、4、5、6、8和9至15所述的组件，其中，所述轴承元件是具有锥形端部的滚柱元件，所述滚柱元件在所述上轴的圆周周围位于间隔开的位置，其中，所述轴承罩滑动到所述上轴上，以使得所述轴承接触所述上轴，并且所述环形轴承第二座圈包括一对环，所述一对环中的每个均具有锥形面，所述锥形面限定了第二轴承表面，所述环位于所述滚柱的相应端部处，设置有支撑件，所述支撑件装配在所述环周围并且限定了一对端部止动件，所述两个环和所述轴承位于所述端部止动件之间，并且所述偏压装置作用在至少一个端部止动件和所述轴承的一个端部之间。
17.根据权利要求17所述的组件，其中，所述端部止动件中的一个能够从所述支撑件移除并且能够调节，以使得所述端部止动件之间的间隔能够变化，从而调节作用在所述轴承上的径向负荷。
18.根据权利要求17或者18所述的组件，其中，所述轴承罩滑动到所述套管中，并且承载所述端部止动件的所述支撑件能够位于所述轴承罩内部的所述上轴上，一对轴承元件中的每个均限定了在所述套筒上滑动的第二轴承座圈，并且所述偏压装置作用在所述端部止动件和一个环形第二轴承元件之间。
19.根据权利要求17至19中的任意一项所述的组件，其中，所述支撑件相对于所述上轴或者套管轴向固定就位。
20.根据权利要求13所述的组件，其中，所述端部止动件、抵接环或者座圈环包括轴向固定到所述下套管部分上的部件。
21.根据权利要求1、3、4、5、6、8、9至12和16中的任意一项所述的组件，其中，所述轴承元件是具有锥形端部的滚柱元件，所述滚柱元件在所述上轴的圆周周围位于间隔开的位置，所述轴承罩滑动到所述上轴上以使得所述轴承接触所述上轴，并且所述环形轴承第二座圈包括一对环，所述一对环中的每个均具有锥形面，所述锥形面限定了第二轴承表面，所述环位于所述滚柱的相应端部处，一个座圈环和所述轴承位于所述端部止动件之间，并且所述偏压装置作用在至少一个端部止动件和所述轴承的一个端部之间，其中，所述端部止动件是通过压配固定到所述下套管部分的所述内表面的第二座圈环和抵接环。
22.一种大体参照附图在此所述并且如在附图中示出的一种伸缩转向柱组件。
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