CN110177727A - 用于汽车的转向轴 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于汽车的转向轴(1),包括空心轴(20)和同轴地布置在空心轴(20)中的内轴(30),该内轴相对于空心轴(20)能够沿着转向轴(10)的纵轴(L)方向伸缩并通过至少一个球体(40)与空心轴(20)转矩锁定地相连,其中,在内轴(30)和空心轴(20)之间同轴地布置球体保持架(50),其具有至少一个径向的容纳开口(51),球体(40)可自由转动地容纳在其中,并且容纳开口具有环绕的开口边缘。为了实现对具有不同球体直径的球体的改善的保持,根据本发明提出,至少一个保持舌片(6a,6b,6c,6d,6e,6f)从开口边缘伸出,该保持舌片在容纳开口(51)的部分周长区域中延伸。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于汽车的转向轴,其包括空心轴和内轴,该内轴在空心轴中同轴地布置、能够相对于空心轴沿着转向轴的纵轴方向伸缩并且通过至少一个球体与空心轴转矩锁定地连接,其中,在内轴与空心轴之间同轴地布置球体保持架,其具有至少一个径向的容纳开口,球体能够自由转动地容纳在该容纳开口中,并且容纳开口具有环绕的开口边缘。用于此类转向轴的球体保持架同样为本发明的主体。
背景技术
能够沿着其轴向伸缩的转向轴在汽车中的使用实现了对转向柱的调节以调整方向盘沿着纵向的位置。此外,在碰撞情况下,转向轴可以沿着其纵轴向内收缩地推移,由此有效地防止转向柱侵入客舱内部并造成乘客受伤。这通过两个能够沿着轴向相对于彼此伸缩的轴实现,即空心轴以及在其中能够沿着转向轴纵轴方向伸缩的、即能够轴向平移地支承的内部的轴,在内轴的沿着行驶方向靠后的末端上安装方向盘,其中,空心轴作为外部的轴或外轴通过管状的空心型材件构成。通过内轴和空心轴伸缩的收缩或拉伸能够缩短或延长转向轴。
在常规的构造方式中,在空心轴和内轴之间布置至少一个、通常多个球体作为滚动体,其能够在内轴的外表面与空心轴的内表面之间沿着纵轴方向滚动。由此实现直线轴承结构以使内轴能够相对于空心轴平稳地、滚珠支承地轴向调节。为了传递施加用于转向的转矩,内轴在其外侧上、并且空心轴在其内侧上具有凹槽状或沟纹状的、彼此径向相对的、沿着纵轴方向延伸的球体导轨,球体布置在其之间并用作形状配合元件,由此构成针对围绕纵轴的回转的、有效的形状配合连接,其将空心轴和内轴转矩锁定地彼此相连。因此,常规的转向轴也称作滚动滑动轴。
球体由此在轴之间并彼此间隔地定位并引导,使其能够围绕其滚动轴线、即围绕其球体中心点自由转动地容纳在球体保持架中,例如在US 2009/0143151 A1中所述。其中,球体保持架同轴地布置在空心轴与内轴之间的中间空间中,并设计为具有基本为空心棱柱状或空心圆柱状的基本形状的空心型材件,该基本形状与纵轴同轴。每个球体都布置在球体容纳部中,该球体容纳部具有径向地垂直于纵轴贯穿空心型材件的壁的容纳开口。容纳开口的内部横截面的尺寸设计得使球体能够具有间隙地容纳在容纳开口中,从而其能够在球体容纳部内部自由地围绕其中心转动。在此,球体向外超出外周面、向内超出内周面地分别径向伸出容纳开口的圆形环绕的开口边缘,从而其能够在凹槽状或沟纹状的球体导轨中在空心轴的内侧以及内轴的外侧沿着纵向不受阻碍地滚动。
为了装配,首先将球体***球体容纳部的容纳开口中,然后将装配有所有球体的球体保持架轴向地沿着纵向***内轴和空心轴之间。为了使球体在此不从球体容纳部中掉落,例如由US 2009/0143151 A1已知,使容纳开口具有空心球状的纵向横截面,其中,圆形环绕的开口边缘的入口直径小于球体直径。在***时,通过球体使开口边缘弹性地扩张,直至球体卡入容纳开口内部的运行位置。然后,开口边缘再次收缩至其初始尺寸,由此使球体以松散的形状配合保持在容纳开口内部并防止了掉落。通过球体保持架的材料提供所需的弹性变形能力,该材料例如为塑料,在制造为注塑件的球体保持架中为热塑性聚合物,例如聚甲醛(POM)、聚丙烯(PP)或类似的。
为了使球体通过形状配合可靠地保持在容纳开口中,开口边缘的入口直径必须小于球体直径,然而在此不能太小,因为否则在球体***时的扩张过强会导致开口边缘过度延伸并由此塑性变形或损坏。相应地,开口边缘的入口横截面必须以严格的公差匹配于球体直径。特别是在用于转向轴的不同实施形式或者为了补偿制造公差而使用具有不同球体直径的球体时,存在的问题在于,球体直径小的球体不能可靠地形状配合地保持在容纳开口中,球体直径大的球体只能活动不顺畅地并具有损坏风险地***球体保持架中。
针对前述问题,本发明的目的在于,提供一种具有球体保持架的、改善的滚动滑动轴,其实现了对具有不同球体直径的球体的改善的保持。
发明内容
该目的通过一种具有权利要求1的特征的、用于汽车的能够电机调节的转向柱实现。从属权利要求中提供了有利的扩展方案。
根据本发明提出,至少一个保持舌片从开口边缘伸出,该保持舌片在容纳开口的部分周长区域中延伸。
根据本发明,球体不是像现有技术中那样通过容纳开口的贯穿环绕的开口边缘、而是通过至少一个保持舌片形状配合地保持,该保持舌片的宽度仅对应于周长的部分区域,并且保持舌片突出地伸入到开口横截面中。为此,保持舌片具有固定的末端,其在球体保持架上开口边缘的区域中固定,并且保持舌片具有自由的末端,其伸出开口边缘并伸入容纳开口的空余开口横截面中。球体能够通过入口横截面***容纳开口中,该入口横截面由此不通过开口边缘的圆形封闭环绕的直径限定,而是通过根据本发明由其伸出的保持舌片的自由末端限定。由此,将球体***时,容纳开口不是像现有技术中那样在开口边缘区域内扩张,而仅需保持舌片横向于容纳开口的贯穿方向弯曲就能够实现容纳开口的入口横截面开放并使球体进入球体容纳部中。
保持舌片可通过狭窄的梁状突起实现,其宽度小于容纳开口的直径,优选小于容纳开口的半径。由开口边缘观察,保持舌片以其长度伸入容纳开口的开口横截面中。保持舌片的长度小于容纳开口的半径,尤其优选小于半径的一半。
在根据本发明的结构中,保持舌片构成形状配合元件,其构造用于将球体沿着贯穿方向、即容纳开口的轴向以松散的形状配合保持在容纳开口中,并防止从环绕的开口边缘所限定的开放的入口横截面中脱出。在此,保持舌片延伸的范围使得通过其自由的末端能够将具有***的最小球体直径的球体也可靠地保持在容纳开口中。由此,容纳开口的通过封闭环绕的开口边缘限定的直径可以大于***的最大的球体直径,从而在***最大的球体时也不造成开口边缘的扩张。相应地,避免了在***球体时容纳开口的损坏。
一种有利的实施形式规定,至少一个保持舌片弹性地构造。在此,保持舌片可实施为弯曲弹性的弹簧舌片。在***球体时,保持舌片可弹性地横向于其纵向延伸弹性地向上或者向下弯曲,其中,自由端末端应相对于容纳开口向外向着开口边缘的方向移动。在此,保持舌片使通过开口边缘限定的入口横截面开放,其如前所述地大于最大的球体直径。在***时,在球体经过开口边缘进入容纳开口内部之后,保持舌片弹回并将球体以松散的形状配合保持在球体容纳部中。由此方式,在仅进行保持舌片的弹性弯曲变形的条件下,具有最大球体直径的球体也能够卡入容纳开口中,并且具有最小球体直径的球体也能够通过保持舌片可靠地保持在容纳开口中。
一种优选的实施形式规定,两个或多个保持舌片分布在容纳开口的周长上。保持舌片以其优选弹性的自由末端相对于容纳开口指向内部的容纳开口贯穿轴线的方向。由此实现弹簧舌片的十字形或星形布置,弹簧舌片以其自由末端径向彼此相对地向着贯穿开口轴线定向。在保持舌片的自由末端之间限定的入口横截面小于通过开口边缘限定的容纳开口的空余的开口横截面。在***时,保持舌片由球体相对于容纳开口向外弯曲,优选弹簧弹性地弯曲,直至球体卡入容纳开口中,并且保持舌片回弹至其初始形状。两个或多个优选可构造为弯曲弹性的弹簧舌片的保持舌片的优点在于,每个单独的保持舌片在***时相比于只存在一个保持舌片的情况弯曲的幅度更小。通过保持舌片的此种构造、形状和排布,可以针对运行中预期负载优化保持功效。
至少两个保持舌片可相对于容纳开口成对地彼此相对地布置。由此,构成相对于贯穿开口轴线对称的布置,其中,入口横截面对应于成对地径向伸入容纳开口中的保持舌片的自由末端的径向间距。也可实施多对分别彼此相对的保持舌片,由此将形状配合的保持作用分散到更大量的保持舌片,从而降低单个保持舌片的可能的负载。此外,可以将保持舌片分别设计得更短,从而每个单独的保持舌片在球体***时不那么严重地弯曲,因此同时简化了装配并降低了损坏的风险。
多对保持舌片的另一优点在于,实现冗余的布置,从而在由于一个保持舌片损坏造成成对的结构其中之一损毁时,总是还存在至少一个完好的、成对地彼此相对的保持舌片布置,其将球体可靠地保持在球体容纳部中。
可以规定,其中至少一个保持舌片相对于纵轴呈0°到90°、优选0°到45°的角度地定向。在将装备有球体的球体保持架***内轴和空心轴之间时,由于功能而从球体保持架圆周上的容纳开口突出的球体在未精确地同轴定位时以其突出的部分轴向地碰撞内轴或空心轴的端面,从而施加一个力,通过该力可能将球体从球体容纳部中撞出。这可由此有效地避免,即根据本发明使至少一个、优选多个保持舌片沿着纵向、或者相对于纵轴以小于90°的锐角布置。在此的优点在于,通过保持舌片保护球体抵抗与轴部分的不期望的接触,并同时由保持舌片拦截可能仍旧沿着轴向施加到球体上的力,并将球体可靠地保持在容纳开口中。在一种有利的扩展方案中,每个容纳开口设有四个或六个保持舌片,尤其优选刚好四个或刚好六个保持舌片。
优选至少两个保持舌片相对于纵轴对称地布置。通过优选的镜像对称的布置,尤其以成对的方式,可以抵挡主要在***和运行时预计的负载。
本发明的一种有利的实施形式规定,至少一个保持舌片相对于容纳开口的轴线倾斜,倾角在5°至85°之间,优选在15°至45°之间。该轴线居中地沿着贯穿方向或进入方向穿过容纳开口延伸,由此相对于转向轴沿着径向横向穿过纵轴。为了使保持舌片从开口边缘伸入容纳开口中,其根据本发明倾斜于容纳开口的轴线布置,即以大于0°的夹角布置。
对功能有利的是,相对于容纳开口彼此相对的保持舌片以小于120°的开放角度彼此倾斜。优选开放角度在45°至90°之间。开放角度定义以下角度,由容纳开口内部观察,保持舌片以该角度向着轴线的方向彼此倾斜、即聚拢。大的开放角度意味着,保持舌片相对于容纳开口的轴线相对陡地伸入贯穿横截面中,并且相应地,在***时必须更强烈地弯曲。在开放角度小的情况下,保持舌片必须相应更微弱地弯曲,由此降低了材料应力,但也施加了更小的保持力,球体借助该保持力固定在容纳开口中。根据球体从容纳开口中突出的程度,45°至120°之间的开放角度良好地适用于确保球体简单的安装以及可靠的保持。
保持舌片的优化可由此实现,使两个彼此相对的保持舌片之间的开放角度基本等于球体出口角度,该球体出口角度由位于保持舌片区域内的球体表面上的切线彼此在一个平面中构成,容纳开口的轴线在该平面中延伸。在此的基本等于理解为,开放角度是具有±20°的偏差的球体出口角度。优选球体出口角度在保持舌片的自由末端处测量。由此,保持舌片从容纳开口的开口边缘至其限定了入口的自由末端大概跟从球体表面。换而言之,保持舌片依偎球体横截面,优选不向球体预加应力,即,无预紧力。由此在球体的简单与可靠的装配之间实现了最佳的平衡,同时实现了尽可能高的保持作用。
有利的是,容纳开口和/或保持舌片内部至少区域式地成型为球形。由此可以使球体在容纳开口中全面地以均匀的间隙可靠地包围并保持。替代地,容纳开口可以具有基本为柱状的、优选圆柱状的横截面,并且保持舌片限定了一个由容纳开口观察沿着轴向锥状聚拢的空间。
在根据本发明的球体容纳部中可以设置,容纳开口的与保持舌片相对的开口具有至少一个固定的保持元件,其限定了小于球体直径的开口横截面。容纳开口具有第一开口,根据本发明的保持舌片布置在该第一开口上,球体在保持舌片之间例如向外伸出,从而能够在空心轴内滚动,并且容纳开口具有第二开口,球体同样从该第二开口例如向内伸出,从而能够在内轴上滚动。球体的***如前所述地由外部通过保持舌片进行。球体无需向内穿过,因此能够在那构造固定的形状配合-保持元件,例如通过深入容纳开口中的、在周长侧完全或部分围绕的开口边缘。这可以刚性地构造,从而将球体形状配合地保持在容纳开口中,其中,仅须确保球体径向超出开口边缘足够远。
本发明同样包括用于在空心轴以及可伸缩地布置在其中的内轴之间同轴地放置的球体保持架,其与纵轴同轴地、空心型材件类地构造并具有至少一个径向贯穿的容纳开口,球体能够可自由转动地容纳在其中,并且容纳开口具有至少一个优选圆形环绕的开口边缘。根据本发明规定,至少一个在容纳开口的部分周长区域中延伸的保持舌片从开口边缘向着容纳开口的方向伸出。
球体保持架可以具体地如前文结合根据本发明的转向轴所述地设计。
附图说明
本发明有利的实施形式在下文中根据附图进一步阐述。具体地示出了:
图1示出了转向轴的示意性透视图,
图2示出了图1中的转向轴处于彼此拉出状态下的视图,
图3示出了安装有球体保持架的图1中的转向轴的内轴的局部视图,
图4示出了图1中的转向轴的沿着纵轴的纵向剖视图,
图5示出了图4的放大细节图,
图6示出了图1至5中的转向轴的球体保持架单独的透视图,
图7示出了图6中的球体保持架的侧视图,
图8以与图7一样的侧视图示出了球体保持架的第二实施形式。
具体实施方式
在不同附图中,相同的部件总是以相同的附图标记标注并因此通常也分别仅提到或提及一次。
图1以透视图示意性地示出了转向轴1,其具有也称作外部的轴或外轴的空心轴20以及也称作内部的轴的内轴30,二者可以沿着纵轴L方向、即沿着以双箭头表示的轴向或纵向相对于彼此伸缩。
空心轴20在其沿着纵向背离内部的轴30的自由末端具有叉21,该叉21构成万向节的一部分,借助该万向节能够将转向轴1力矩锁定地与转向支路相连。相应地,内轴30在其沿着纵向背离空心轴20的末端具有叉31,该叉31构成另一万向节的一部分,借助该万向节能够将转向轴1力矩锁定地与转向支路相连。轴20和30优选都由能够良好地冷压加工的钢制造为空心型材件。
图2示出了根据图1的转向轴1的分解图,其中,内轴30沿着纵轴L的方向从空心轴20中拉出。
在空心轴20与内轴30之间设置构造为球体40的滚动体,如在图4中的纵截面内可明显看出的那样。
空心轴20在其内表面具有沿着纵向贯穿的凹槽22,并且内轴30具有与该凹槽径向相对的对应的凹槽32,二者用作球体40的滚动体导轨,即构成球体导轨。球体40布置在凹槽22和32之间,使其能够在其中沿着纵轴L的方向滚动,并因此构成用于内轴30和空心轴20伸缩的相对运动的直线的滚动轴承。此外,球体40用作形状配合元件,其针对围绕纵轴L的相对旋转而形状配合地嵌入凹槽22和32中,由此将作为转向力矩引入内轴30中的旋转力矩传递至空心轴20。在所示的示例中,总共有四个凹槽22或32沿着周向围绕纵轴L分布。
球体30容纳在构造为球体保持架50的滚动轴承保持架中。球体保持架50为其中每个球体40设置一个径向贯穿的容纳开口51形式的球体容纳部,其中分别具有间隙地、能够自由旋转地容纳一个球体40,并且球体径向向内和向外伸出的程度使其能够在凹槽22和32中沿着纵向不受阻碍地滚动。
沿着纵向分别彼此间隔地布置多个容纳开口51,从而容纳在其中的球体40分别构成轴向球体行,在所示示例中分别由能够在分别成对地径向相对的凹槽22或32之间滚动的六个球体40组成。在内轴30和空心轴20伸缩地相对运动时,通过球体保持架50将球体行的球体40彼此以固定的间距引导。
容纳开口51具有圆形横截面,其轴线A在中央沿着贯穿方向延伸并垂直于纵轴L,如由图5的放大剖视图中可见。在每个容纳开口51上,在其外部的环形环绕的开口边缘上设置根据本发明的保持舌片6a,6b,6c,6d,6e和6f。
图4示出了沿着纵轴L的纵截面,并且图5示出了其放大的细节图。
由图5可见,球体40如何分别容纳在容纳开口51中。容纳开口51具有空心球形的截面,在球体如图所示地放置于轴线A上时,该截面由各侧具有间隙地包围球体40。
在球体保持架50的径向内侧上,球体40向内突出于容纳开口51并与内轴30的外侧滚动接触。在此,开口边缘52的直径至少区段式地小于球体40的直径,从而开口边缘52用作固定的保持元件,其将球体40向内地、沿着径向向着内轴30形状配合地保持在容纳开口51中。
在图6和7的示图中可见,固定的开口边缘52区段式地围绕容纳开口51的周围。
由图5可见,两个相对于容纳开口51的轴线A相反地相对的保持舌片6a和6b相对于该轴线A倾斜地定向,并且在此,以开放角度β(beta)彼此相对地、即朝向彼此地倾斜,该开放角度在所示实施例中可以优选在45°至90°之间。在此,开放角度β优选基本(=±20°)等于球体出口角度α,该球体出口角度由位于保持舌片6a和6b区域内的球体40的球体表面上的、以虚线示出的切线T彼此在一个平面中构成,容纳开口51的轴线A在该平面中延伸,在图5中该平面为示图平面。由此,保持舌片6a和6b在容纳开口51的入口区域内围绕球体40,球体40由该入口向外伸出并与空心轴20内部滚动接触地贴靠在其上。在此,保持舌片6a和6b也可以构造为弧形的或内部为空心球区段形的,从而其以均匀的径向间隙以松散的形状配合包围球体40并将其保持在容纳开口51中。
如图3中已经示出的,在所示的第一实施例中,每个容纳开口51分别设置六个保持舌片6a,6b,6c,6d,6e和6f,其分别作为相对于轴线A相反地相对的组6a-6b,6c-6d和6e-6f布置。此种分布能够尤其清楚地由图7的侧视图中看出。也可看出,保持舌片组6a-6b沿着纵向平行于纵轴L地布置,而保持舌片组6c-6d和6e-6f相对于纵轴L镜像对称地布置,夹角ψ在0°到90°之间,优选小于45°。由此,在安装到内轴30上以及***空心轴20中时确保对球体40的可靠的保持和支撑。
通过总共设置三个保持舌片组6a-6b,6c-6d和6e-6f,在其中一个或多个保持舌片6a,6b,6c,6d,6e,6f损坏时,只要所述组中仅一组完好就冗余地确保保持功效。所有这些组可以优选设计得与针对图5中的保持舌片组6a-6b所述的一样。
图8以和图7相同的视角示出了第二实施例,其仅具有两个保持舌片组6c-6d和6e-6f。该实施例在特殊情况下为有利的,例如在用于最优地利用可用的结构空间方面。
图6中单独示出的球体保持架50可优选作为一件式的塑料注塑件由热塑性聚合物制成。
附图标记说明
1 转向轴
20 空心轴
21 叉
22 凹槽
30 内轴
31 叉
32 凹槽
40 球体
50 球体保持架
51 容纳开口(球体容纳部)
52 开口边缘
6a,6b,6c,6d,6e,6f 保持舌片
L 纵轴
A 轴线
ψ 夹角
β 开放角度
α 球体出口角度
Claims (12)
1.用于汽车的转向轴(1),所述转向轴包括空心轴(20)和同轴地布置在所述空心轴(20)中的内轴(30),该内轴相对于所述空心轴(20)能够沿着转向轴(10)的纵轴(L)方向伸缩并通过至少一个球体(40)与所述空心轴(20)转矩锁定地相连,其中,在内轴(30)和空心轴(20)之间同轴地布置球体保持架(50),所述球体保持架具有至少一个径向的容纳开口(51),球体(40)可自由转动地容纳在该容纳开口中,并且所述容纳开口具有环绕的开口边缘,
其特征在于,
至少一个保持舌片(6a,6b,6c,6d,6e,6f)从所述开口边缘伸出,该保持舌片在容纳开口(51)的部分周长区域中延伸。
2.根据权利要求1所述的转向轴,其特征在于,所述保持舌片(6a,6b,6c,6d,6e,6f)弹性地构造。
3.根据前述权利要求中任一项所述的转向轴,其特征在于,在所述容纳开口(51)的周长上分散地布置两个或多个保持舌片(6a,6b,6c,6d,6e,6f)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的转向轴,其特征在于,至少两个保持舌片(6a-6b,6c-6d,6e-6f)相对于容纳开口(51)成对地、彼此相对地布置。
5.根据前述权利要求中任一项所述的转向轴,其特征在于,所述保持舌片(6a,6b,6c,6d,6e,6f)至少其中之一相对于纵轴(L)以0°至90°之间、优选0°至45°之间的角度(ψ)指向。
6.根据前述权利要求中任一项所述的转向轴,其特征在于,至少两个保持舌片(6a,6b,6c,6d,6e,6f)相对于纵轴(L)对称地布置。
7.根据前述权利要求中任一项所述的转向轴,其特征在于,相对于容纳开口(51)彼此相对的保持舌片(6a-6b,6c-6d,6e-6f)以小于120°的开放角度(β)彼此倾斜。
8.根据前述权利要求中任一项所述的转向轴,其特征在于,两个彼此相对的保持舌片(51)之间的开放角度(β)基本等于球体出口角度(α),该球体出口角度由位于保持舌片(6a,6b,6c,6d,6e,6f)区域内的球体表面上的切线(T)彼此在一个平面中构成,容纳开口(51)的轴线(A)在该平面中延伸。
9.根据前述权利要求中任一项所述的转向轴,其特征在于,所述容纳开口(51)和/或保持舌片(6a,6b,6c,6d,6e,6f)至少区域式地成型为空心球形的。
10.根据前述权利要求中任一项所述的转向轴,其特征在于,与所述保持舌片(6a,6b,6c,6d,6e,6f)相对的开口具有至少一个固定的保持元件(52),所述保持元件限定了小于球体(40)的直径的开口横截面。
11.根据前述权利要求中任一项所述的转向轴,其特征在于,所述球体保持架(50)构造为塑料件,优选构造为注塑件,在其上一件式地成型至少一个保持舌片(6a,6b,6c,6d,6e,6f)。
12.用于同轴地布置在空心轴(20)与内轴(30)之间的球体保持架(50),所述内轴可伸缩地布置在空心轴中,该球体保持架与纵轴(L)同轴地构造为空心型材形式,并具有至少一个径向贯穿的容纳开口(51),球体(40)能够与容纳开口的内壁具有间隙地、可自由转动地容纳在该容纳开口中,并且所述容纳开口具有至少一个环绕的开口边缘,
其特征在于,
至少一个保持舌片(6a,6b,6c,6d,6e,6f),该保持舌片在容纳开口(51)的部分周长区域中延伸,并突出于所述开口边缘。
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