CN113335367B - 一种水陆两栖车辆转向管柱切换与锁止机构 - Google Patents

Abstract

本发明属于汽车转向柱技术领域，并具体公开了一种水陆两栖车辆转向管柱切换与锁止机构。外壳体、下轴、上轴、结合分离套以及切换锁止模块，下轴和上轴同轴线分离布置，结合分离套设在下轴和上轴的外周，并在切换锁止模块的拨动下沿下轴的轴向移动，以结合或不结合上轴和下轴，切换锁止模块包括拨叉环、拨叉、球头转动件、拨叉盖板，球头转动件和拨叉盖板设置在所述外壳体上，拨叉上设有拨叉杆，拨叉一端与拨叉杆活动连接，另一端穿过拨叉盖板设置，拨叉的中部固定设置在球头转动件上，该球头转动件用于提供拨叉运动过程中的支点，拨叉盖板上设有转向切换键。本发明可快速操作实现方向盘与转向器的结合与分离动作，并具有防驾驶员误操作的功能。

Description

一种水陆两栖车辆转向管柱切换与锁止机构

技术领域

本发明属于汽车转向柱技术领域，更具体地，涉及一种水陆两栖车辆转向管柱切换与锁止机构。

背景技术

水陆两栖车辆在陆地行驶时，与普通道路车辆相同：方向盘和转向器之间通过转向管柱和转向传动轴保持机械连接(即方向盘和转向器结合状态)，以使驾驶员可以通过方向盘控制车辆实现陆地转向意图。在水上航行时，为降低航行阻力，车轮往往需要举升脱离水面，并把车轮锁死在中位，以避免车轮碰伤车身，一般的车轮锁止措施是在车轮举升后锁死转向传动轴或转向管柱，以达到车轮不转动的目的。在锁死的同时，为达到陆地和水上共用方向盘方便驾驶的目的，方向盘需能转动(即方向盘与转向器分离状态)，以利于驾驶员操作方向盘通过线控或其它装置去控制水上喷泵喷口方向或水上转向舵方向，实现水上航行时的转向需求。在从水上转向切换回陆地转向时，也能够保证在方向盘和转向器结合时，车轮处在车辆直行中位位置，保障驾驶安全。

现有技术中，汽车在正常陆地行驶时，QC/T 649-2013《汽车转向操纵机构性能要求及试验方法》规定转向传动装置需能承受196N.m的静扭强度，因此电磁制动器体积较大，成本较高。另外，水上转向切换回陆地转向时，依赖转向管柱上下轴的2个角度传感器判断方向盘和转向器的初始结合位置，为了保证绝对可靠，需增加角度传感器信号冗余设计。同时，现有技术转向柱的上轴与下轴分离后，转向器不具有锁止功能。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种水陆两栖车辆转向管柱切换与锁止机构，其中结合车辆转向管柱自身的特征及其切换与锁止工艺特点，相应设计了纯机械的水、陆切换并锁止的转向管柱机构，并对其关键组件如外壳体、下轴、上轴、结合分离套以及切换锁止模块的结构及其具体设置方式进行研究和设计，相应的可快速操作实现方向盘与转向器的结合与分离动作，并具有防驾驶员误操作的功能，同时方向盘与转向器分离时，在车辆直行位置锁死转向器，防止车轮转向损伤球关节或车身，驾驶员可以自由转动方向盘执行水上转向动作。因而具有结构紧凑，占用空间小，安全可靠、操作简单方便、成本低等特点。

为实现上述目的，本发明提出了一种水陆两栖车辆转向管柱切换与锁止机构，包括外壳体、下轴、上轴、结合分离套以及切换锁止模块，其中，

所述下轴和上轴同轴线分离布置，所述外壳体一端与下轴通过第一轴承件活动连接，另一端与上轴通过第二轴承件活动连接，所述外壳体内设有容纳所述结合分离套的空腔；

所述结合分离套套设在所述下轴的外周，并在所述切换锁止模块的拨动作用下沿所述下轴的轴向移动，以实现车辆在陆地行驶时，所述结合分离套将所述下轴和上轴固定连接，车辆在水中行驶时，所述结合分离套一端与下轴固定连接，另一端与上轴转动连接；

所述切换锁止模块包括拨叉环、拨叉、球头转动件、拨叉盖板，所述球头转动件和拨叉盖板固定设置在所述外壳体上，所述拨叉环可转动的套设在所述结合分离套的外周，且该拨叉环轴向两端通过固定设于所述结合分离套外周的卡簧进行轴向限位，所述拨叉上设有两个关于所述下轴轴线对称布置的拨叉杆，所述拨叉一端与所述拨叉杆活动连接，另一端穿过所述拨叉盖板设置，且该拨叉的中部固定设置在所述球头转动件上，该球头转动件用于提供拨叉运动过程中的支点，所述拨叉盖板上设有转向切换键，通过拨动所述拨叉在转向切换键中的位置以实现通过拨叉环调整结合分离套的位置，并实现在水上行驶时，锁止所述结合分离套。

作为进一步优选的，所述结合分离套外侧壁上固定设有外键，所述外壳体内侧壁上设有键槽，所述键槽于所述外键相应设置，且该外键可沿所述下轴的轴向运动，以此方式，在陆地行驶时，所述外键运动至与键槽分离位置，所述结合分离套相对外壳体可以和下轴一起转动，在水上行驶时，所述外键运动至与键槽结合位置并锁死下轴。

作为进一步优选的，所述结合分离套上设有内键，所述下轴靠近所述上轴的一端设有第一键槽，所述上轴靠近所述下轴的一端设有第二键槽，所述第一键槽与第二键槽对应设置，所述内键套设在所述第一键槽外周，并可沿所述下轴的轴线运动，以连接第一键槽和第二键槽，或不连接第二键槽。

作为进一步优选的，所述结合分离套的两端内壁压装上轴DU轴承和下轴DU轴承，所述上轴DU轴承与上轴活动连接，所述下轴DU轴承与下轴活动连接，所述下轴DU轴承与结合分离套固定连接，所述上轴DU轴承与结合分离套固定连接。

作为进一步优选的，所述下轴上设有弹簧座，所述下轴的外周还套设有内弹簧和外弹簧，所述内弹簧和外弹簧的一端支撑在弹簧座上，另一端支撑在结合分离套上，所述内弹簧的直径小于外弹簧的直径，且所述内弹簧与外弹簧的螺旋方向相反。

作为进一步优选的，所述转向切换键包括顺次布置的陆地结合位置、手动切换极限位置以及水上分离位置，所述陆地结合位置与水上分离位置平行布置，且与所述下轴的轴线平行布置，所述陆地结合位置与水上分离位置通过设于所述拨叉盖板上的锁舌分离，所述陆地结合位置靠近所述弹簧座设置，所述水上分离位置远离所述弹簧座设置，以此方式，使得所述拨叉在陆地结合位置时，所述内弹簧和外弹簧把结合分离套压紧在上轴上，使结合分离套同时与下轴和上轴结合可以一起转动，所述拨叉在水上分离位置时，所述结合分离套压缩内弹簧和外弹簧，并运动至与所述上轴分离，所述锁舌在拨叉运动至水上分离位置时，锁止拨叉。

作为进一步优选的，所述拨叉为Y型结构，该拨叉包括依次固定连接的拨叉手柄、拨叉连杆以及两个关于所述拨叉连杆对称设置的U形拨叉，两个所述U形拨叉的开口与所述拨叉杆活动连接，所述拨叉连杆的中部固定设置在所述球头转动键上，且该拨叉连杆穿过所述转向切换键设置。

作为进一步优选的，所述球头转动件包括球头螺母、球头以及球座，所述球头螺母将所述球头固定在所述外壳体上，所述球座一端可活动的卡设在所述球头上，另一端通过球座螺母与所述拨叉固定连接，所述拨叉上还开设有用于所述球座穿过的球座孔，所述球头和球座的连接面为相适应的球面结构，以此方式，使得所述球座可绕球头转动，从而使拨叉可以沿着所述转向切换键顺次运动。

作为进一步优选的，所述外壳体包括依次固定连接的下壳体、上壳体以及钢管，所述下壳体与所述下轴之间设有第一球轴承，所述钢管与所述上轴之间设有第二球轴承。

作为进一步优选的，所述拨叉盖板面向所述下轴的一侧面上还设有防尘罩，该防尘罩与所述外壳体固定连接，该防尘罩上还设有用于穿过所述拨叉上的拨叉连杆的连杆孔；

优选的，所述下轴上设有第一花键，该第一花键.与汽车转向传动轴相连接；所述上轴上设有第二花键，该第二花键与汽车方向盘相连接。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1.本发明可快速操作实现方向盘与转向器的结合与分离动作，并具有防驾驶员误操作的功能，同时方向盘与转向器分离时，在车辆直行位置锁死转向器，防止车轮转向损伤球关节或车身，驾驶员可以自由转动方向盘执行水上转向动作。因而具有结构紧凑，占用空间小，安全可靠、操作简单方便、成本低等特点。

2.本发明利用布置在转向管柱内的结合分离套在下轴和上轴上的滑动，在结合时依靠结合分离套上的内键同时与下轴和上轴啮合，而结合分离套的外键与下壳体分离，达到了上轴和下轴结合同时旋转的目的，实现了陆地行驶时，方向盘与转向器之间的机械连接；在分离时，利用结合分离套的内键始终与下轴保持啮合，而外键恰好与下壳体啮合，同时结合分离套的内键与上轴分离，实现了水上转向时，方向盘与转向器之间的机械分离功能，同时锁死下轴达到了锁死转向车轮的目的。与现有公开的采用电磁离合器或电磁制动器方案相比，在满足结合时198N.m的静扭强度时，减少了布置空间，节约了能源，同时降低了成本。

3.本发明利用只能沿着拨叉环上两个180度对称的拨叉杆滑动的两个180度对称的U形拨叉，始终被限制在拨叉槽中的拨叉杆，促使了拨叉环在被拉或压时两侧受力均衡，而不会产生扭撬和卡死。利用固定在下壳体上的球头，实现了拨叉两个运动副，一个是围绕球头的上下摇动，一个是围绕球头的左右摆动，从而达到了可以实现拨叉盖板上的L形防误操作沟槽设计，避免了行车过程中驾驶员腿部误碰拨叉手柄而使结合或分离状态被错误的改变。

4.本发明利用压装在结合分离结合套上的下轴DU轴承和上轴DU轴承以及上轴和下轴的球轴承与相应壳体过渡配合的方式，采用浮动定心原理解决了在上轴和下轴上同时存在4个轴承的过定位问题。

5.本发明利用双弹簧设计，即同时在下壳体总成和结合分离套之间设计内弹簧和外弹簧，利用弹簧座的止串环和结合分离套的止串环解决了双弹簧端部互相咬合的问题，利用内弹簧和外弹簧互为反螺旋，解决了双弹簧互相缠绕的问题，从而达到利用双弹簧提高安全性，避免弹簧断裂引起结合和分离状态改变引起事故。而现有公开的电磁制动器和电磁离合器方案，在失电情况下，整车要么丧失陆地转向能力，要么丧失水上转向能力，与上述方案相比，本发明安全可靠。

6.本发明是纯机械设计，成本低，投入小，见效快。

附图说明

图1为本发明转向管柱切换与锁止机构陆地结合时内部结构三维示意图；

图2为本发明转向管柱切换与锁止机构陆地结合时内部结构二维示意图；

图3为本发明下轴结构三维示意图；

图4为本发明上轴结构三维示意图；

图5为本发明结合分离套局部结构三维示意图；

图6为本发明下壳体局部结构三维示意图；

图7为本发明拨叉盖板处局部结构三维示意图；

图8为本发明拨叉处局部结构三维示意图；

图9为本发明拨叉手柄拉到手动调整左极限位置时内部结构三维示意图；

图10为本发明拨叉手柄推到手动调整右极限位置时内部结构三维示意图；

图11为本发明水上分离位置时内部结构三维示意图。

在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1-外弹簧，2-内弹簧，3-壳体螺栓，4-球头螺母，5-防尘罩，6-拨叉盖板，6.11-陆地结合位置，6.12-手动切换极限位置，6.13-水上分离位置，6.14-锁舌，7-盖板螺栓，11-下轴，11.1-第一键槽，11.2-第一花键，12-卡簧，13-第一球轴承，14-弹簧座，14.1-第一止串环，15-下壳体，15.1-键槽，15.2-拨杆槽，15.3-球头孔，15.4-安装孔，15.5-安装孔，16-轴用卡簧，21-结合分离套，21.1-外键，21.2-内键，21.3-第二止窜环，22-下轴DU轴承，23-卡簧，24-拨叉环，24.1-拨叉杆，25-卡簧，26-上轴DU轴承，31-上壳体，31.1-沉孔，31.2-螺纹孔，32-钢管，33-上轴，33.1-第二键槽，33.2-止推面，33.3-第二花键，34-卡簧，35-卡簧，36-第二球轴承，37-轴用卡簧，41-拨叉，41.1-U形拨叉，41.2-拨叉手柄，41.3-球座孔，42-球座螺母，43-球头，44-球座。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1-图11所示，本发明实施例提供的一种水陆两栖车辆转向管柱切换与锁止机构，包括外壳体、下轴11、上轴33、结合分离套21以及切换锁止模块，其中，所述下轴11和上轴33同轴线分离布置，所述外壳体一端与下轴11通过第一轴承件活动连接，另一端与上轴33通过第二轴承件活动连接，所述外壳体内设有容纳所述结合分离套21的空腔；所述结合分离套21套设在所述下轴11的外周，并在所述切换锁止模块的拨动作用下沿所述下轴11的轴向移动，以实现车辆在陆地行驶时，所述结合分离套21将所述下轴11和上轴33固定连接，车辆在水中行驶时，所述结合分离套21一端与下轴11固定连接，另一端与上轴33转动连接；所述切换锁止模块包括拨叉环24、拨叉41、球头转动件、拨叉盖板6，所述球头转动件和拨叉盖板6固定设置在所述外壳体上，所述拨叉环24可转动的套设在所述结合分离套21的外周，且该拨叉环24轴向两端通过固定设于所述结合分离套21外周的卡簧23以及卡簧25进行轴向限位，所述拨叉41上设有两个关于所述下轴11轴线对称布置的拨叉杆24.1，所述拨叉41一端与所述拨叉杆24.1活动连接，另一端穿过所述拨叉盖板6设置，且该拨叉41的中部固定设置在所述球头转动件上，该球头转动件用于提供拨叉运动过程中的支点，所述拨叉盖板6上设有转向切换键，通过拨动所述拨叉41在转向切换键中的位置以实现通过拨叉环24调整结合分离套21的位置，并实现在水上行驶时，锁止所述结合分离套21。更具体的，在本发明实施例中，当车辆在陆地上行驶时，结合分离套21同时结合上轴33和下轴11，同时，结合分离套21与外壳体可转动，以此方式，使得上轴33、下轴11、结合分离套21随方向盘的转动而转动，同时，拨叉环24以及外壳体保持不动。当车辆在水上行驶时，结合分离套21往下轴11方向运动，其靠近下轴11的一端与外壳体连接，另一端与上轴33分离并可转动的套在上轴33外周，以此方式，使得上轴33随方向盘转动，而下轴11、结合分离套21、外壳体以及拨叉环24均保持不动。

如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7和图8所示，本发明水陆两栖车辆转向管柱切换与锁止机构涉及的外壳体包括依次固定连接的下壳体15、上壳体31以及钢管32。下壳体15一端与所述下轴11转动连接，所述钢管32一端与上轴33转动连接。下壳体15与所述下轴11之间设有第一球轴承13，钢管32与所述上轴33之间设有第二球轴承36。更具体的，下壳体15通过安装孔15.5和安装孔15.4固定在汽车横梁上，上壳体31通过多个壳体螺栓3与下壳体15固联；下壳体15内部设有下轴11，下轴11上设有第一球轴承13，该下轴11用轴用卡簧12限制其轴向移动(本发明所说的轴向均为下轴11的中心轴线方向)，第一球轴承13外圈通过卡簧12固定在下壳体15上，因此下轴11相对下壳体只能旋转不能轴向移动；上壳体31的上端设有钢管32和沉孔31.1，钢管32下端外圆与沉孔31.1过盈配合实现固联，钢管32上端设有卡簧34和卡簧35。上壳体31内设有上轴33，在上轴33的上端设有过盈连接的第二球轴承36，该第二球轴承36用轴用卡簧37限制其轴向移动，第二球轴承36外圈被限制在所述卡簧35和卡簧34之间，因此上轴33相对上壳体31也只能旋转而不能轴向移动。为了实现在水上行驶时，结合分离套21与外壳体连接，结合分离套21外侧壁上固定设有外键21.1，所述外壳体内侧壁上设有键槽15.1，所述键槽15.1与所述外键21.1相应设置，且该外键21.1可沿下轴11的轴向运动，以使得外键21.1在直行中位位置时能滑入或滑出该键槽15.1，从而实现结合分离套21与外壳体的结合与分离，以此方式，在陆地行驶时，所述外键21.1运动至与键槽15.1分离位置，所述合分离套相对外壳体可以和下轴一起转动，在水上行驶时，所述外键21.1运动至与键槽15.1结合位置并锁死下轴。

在本发明的一个实施例中，结合分离套21的两端分别压装自润滑的下轴DU轴承22和上轴DU轴承26，下轴11被下轴DU轴承22和第一球轴承13共同支撑，上轴21的被上轴DU轴承26和第二球轴承36共同支撑，因此下轴11和上轴33保持同轴。优选的，第一球轴承13与下壳体15过渡配合，第二球轴承36与钢管32过渡配合，下轴DU轴承22与下轴11间隙配合，上轴DU轴承26与上轴33间隙配合，因此结合分离套21上设置的两个DU轴承相对上、下轴是浮动支撑。结合分离套21上设有内键21.2，下轴11靠近上轴33的一端设有第一键槽11.1，上轴33靠近所述下轴11的一端设有第二键槽33.1，第一键槽11.1与第二键槽33.1对应设置，内键21.2套设在所述第一键槽11.1外周，并可沿下轴11的轴线运动，以连接第一键槽11.1和第二键槽33.1，或不连接第二键槽33.1。更具体的，结合分离套21内部设置有180度对称的两个内键21.2和180度对称的两个外键21.1，下轴11上端设有与内键21.2相配合的180度对称的两个第一键槽11.1，上轴33下端设有与内键21.2相配合的180度对称的两个第二键槽33.1，下壳体15设有与外键21.1相配合的180度对称的两个键槽15.1，内键21.2可以在第一键槽11.1和第二键槽33.1内滑动。在陆地结合位置时，内键21.2同时和第一键槽11.1和第二键槽33.1啮合，外键21.1与键槽15.1分离不啮合。下轴11下端还设有与汽车转向传动轴相连接的第一花键11.2，上轴33上端设有与汽车方向盘相连接的第二花键33.3，在陆地结合位置时，汽车方向盘可以把转动通过上轴33传递给结合分离套21再传递给下轴11再传递给转向传动轴和转向器，从而实现方向盘与转向器的机械连接和传动。

在本发明的一个实施例中，结合分离套21上设有卡簧23和卡簧25，在这两个卡簧之间设有拨叉环24，所述的拨叉环24与结合分离套21间隙配合，可以转动，拨叉环两侧设有180度对称的两个拨叉杆24.1，下壳体15设有与拨叉杆24.1相配合的180度对称的两个拨叉槽15.2，拨叉杆24.1可以在拨叉槽15.2内滑动，因此当上轴33带动结合分离套21一起转动时，由于拨叉杆24.1被限制在拨叉槽15.2内，拨叉环24不跟随结合分离套21转动，同时也不能进行轴向运动。在本发明中，下轴11上设有弹簧座14，所述下轴11的外周还套设有内弹簧2和外弹簧1，所述内弹簧2和外弹簧1的一端支撑在弹簧座14上，另一端支撑在结合分离套21上，所述内弹簧2的直径小于外弹簧1的直径，且所述内弹簧2与外弹簧1的螺旋方向相反。该内弹簧2和外弹簧1在水上行驶时处于压缩状态，在水上行驶切换至陆地行驶时，该内弹簧2和外弹簧1提供结合分离套21向上轴33运动的弹力。外键21.1远离上轴33的一端支撑着内弹簧2和外弹簧1的一端，弹簧座14上设有第一止串环14.1，外键21.1上设有第二止串环21.3，第一止串环14.1和第二止串环21.3均用于分离所述内弹簧2和外弹簧1。内弹簧2的下端被限制在第一止串环14.1与下轴11形成的空间内，内弹簧2的上端被限制在第二止串环21.3与下轴11形成的空间内，外弹簧1的下端被限制在第一止串环14.1与下壳体15形成的空间内，外弹簧1的上端被限制在第二止串环21.3与下壳体15形成的空间内，因此第一止串环14.1和第二止串环21.3的设置可以避免外弹簧1和内弹簧2在弹簧端部互相咬合，外弹簧1和内弹簧2旋向相反，避免了它们工作过程中互相缠绕。

在本发明的一个实施例中，球头转动件包括球头螺母4、球头43以及球座44，所述球头螺母4将所述球头43固定在所述外壳体上，所述球座44一端可活动的卡设在所述球头43上，另一端通过球座螺母42与所述拨叉41固定连接，所述拨叉41上还开设有用于所述球座44穿过的球座孔41.3，所述球头43和球座44的连接面为相适应的球面结构，以此方式，使得所述球座44可绕球头43转动，从而使拨叉41可以沿着所述转向切换键顺次运动。在本发明中，拨叉41通过球头43和球座44的配合可实现2个方向的运动，一个是沿下轴11的轴向运动，另一个是沿下轴11的径向运动。以此方式，使得拨叉41在转向切换键中调整时，能防误操作锁止，并锁止结合分离套21。

在本发明的一个实施例中，下壳体15上还设有球头孔15.3，穿过球头孔15.3安装有球头43，并用球头螺母4与下壳体15固联，套设在球头43上的球座44穿过设于拨叉41上的球座孔41.3，并用球座螺母42与拨叉41固联。拨叉41为Y型结构，该拨叉41包括依次固定连接的拨叉手柄41.2、拨叉连杆以及两个关于所述拨叉连杆对称设置的U形拨叉41.1，两个所述U形拨叉41.1的开口与所述拨叉杆24.1活动连接，所述拨叉连杆的中部固定设置在所述球头转动件上，且该拨叉连杆穿过所述转向切换键设置。拨叉41一端设有与拨叉杆24.1相配合的180度对称的两个U形拨叉41.1并始终叉住拨叉杆24.1，U形拨叉41.1可以在拨叉杆24.1上左右滑动，拨叉41另一端设有驾驶员手动切换用拨叉手柄41.2。上壳体31上还设有多个螺纹孔31.2，在上壳体31上还设有防尘罩5和拨叉盖板6，通过多个盖板螺栓7与上壳体31固联。防尘罩5与所述外壳体固定连接，该防尘罩上还设有用于穿过所述拨叉41上的拨叉连杆的连杆孔，该连杆孔用于匹配拨叉的运动路径。拨叉盖板6上设有L形防误操作沟槽6.1，L形防误操作沟槽6.1包括陆地结合位置6.11、手动切换极限位置6.12、水上分离位置6.13和锁舌6.14。即转向切换键包括顺次布置的陆地结合位置、手动切换极限位置以及水上分离位置，陆地结合位置与水上分离位置平行布置，且与下轴11的轴线平行布置，陆地结合位置与水上分离位置通过设于拨叉盖板6上的锁舌6.14分离，陆地结合位置靠近弹簧座14设置，水上分离位置远离所述弹簧座14设置，以此方式，所述拨叉41在水上分离位置时，所述结合分离套21压缩内弹簧2和外弹簧1，并运动至与所述上轴33分离，所述锁舌6.14在拨叉41运动至水上分离位置时，锁止拨叉41。

进一步的，当拨叉41处于陆地结合位置6.11时，U形拨叉41.1刚好处于拨叉杆24.1的右端，当驾驶员操作拨叉手柄41.2向上提起时，拨叉41带着球头座44以球头43的球心为转动中心点，拨叉手柄41.2向上运动，此时拨叉41另一端的U形拨叉41.1向下压拨叉杆24.1，因拨叉杆24.1是对称布置的，因此拨叉环24同时在两侧受到U形拨叉41.1向下的压力，不会产生扭撬卡死在结合分离套21上，拨叉环24又带动结合分离套21一起克服外弹簧1和内弹簧2的弹力向下运动，从而可以实现结合分离套21与上轴33的分离以及与下壳体15的结合；当拨叉41处于手动切换极限位置6.12的最左端向最右端摆动时，拨叉41带着球座44沿着球头43进行左右摆动，此时拨叉41只能沿着手动切换极限位置6.12左右摆动，此时U形拨叉41.1刚好从拨叉杆24.1的最右端向最左端滑动，可以理解的是，受空间限制，拨叉41在手动切换位置6.12处左右摆动的角度越大，锁舌6.14的宽度就越大，从而强度就越足，本实施例采取拨叉41在手动切换极限位置6.12的左端时恰好对应U形拨叉41.1在拨叉杆24.1的右端，拨叉41在手动切换极限位置6.12的右端时恰好对应U形拨叉41.1在拨叉杆24.1的左端。如上所述，本发明设置球头44的目的是使拨叉41获得两个方向的运动：只能饶球头44的球头中心点的上下运动，或只能饶球头44的球头中心点的左右摆动，从而配合L形防误操作沟槽6.1，迫使驾驶员如果想完成一个完整的切换过程，必须在手上有两个动作：一拉和一推，单一的腿部膝盖误碰不会引起拨叉41的位置改变，从而提高了安全性。

下面详细描述本发明的切换过程：如图1、图2所示，在水陆两栖车辆转向管柱的陆地结合状态，设置在下壳体15内的下轴11可以相对下壳体15转动但不能轴向移动，设置在上壳体31内的上轴33可以相对上壳体31转动但也不能轴向移动。同时，下轴11的上端面与上轴33的下端面之间存在一定间隙，本实施例该间隙设置为3mm，结合分离套21通过两个180度对称布置的内键21.2同时和下轴11的两个第一键槽11.1以及上轴33的两个第二键槽33.1啮合，在外弹簧1和内弹簧2的共同作用下，结合分离套21上端面被压在上轴33的止推面33.2上，此时结合分离套21的外键21.1与下壳体15上的键槽15.1不啮合处于分离状态，驾驶员转动方向盘可以驱动上轴33旋转，上轴33通过第二键槽33.1和结合分离套的内键21.2啮合同时旋转，结合分离套21同时也通过内键21.2和下轴11的下轴第一键槽11.1啮合也一起旋转，因此方向盘的转动可以通过上轴33传递至结合分离套21，再传递至下轴11同时旋转，从而驱动车辆陆地转向。在这个传递过程中，拨叉环24的两个拨叉杆24.1一直被限制在下壳体15的两个拨叉槽15.2中，因此拨叉环24不跟随结合分离套21转动，同时拨叉41停在陆地结合位置6.11处.

如图9所示，当车辆需要从陆地行驶状态切换为水上行驶状态时，驾驶员需对转向管柱进行切换操作，首先驾驶员需回正方向盘并用右手在方向盘中位附件轻微晃动方向盘；于此同时，左手克服外弹簧1和内弹簧2的弹簧力，向上提起拨叉41的拨叉手柄41.2，把拨叉手柄41.2从L形防误操作沟槽6.1的陆地结合位置6.11提升至手动切换极限位置6.12，拨叉41通过球头43把驾驶员拨叉手柄41.2处的向上运动转变成两个U形叉41.1处的向下运动，左右两侧卡在拨叉杆24.1上的两个U形叉41.1对称且不偏转的把拨叉环24顺着两个拨叉槽15.2向下压，拨叉环24又带动结合分离套21克服外弹簧1和内弹簧2的弹簧力同时向下运动，从而使结合分离套21的两个外键21.1能够进入下壳体15的两个键槽15.1中啮合，因此结合分离套21的转动被下壳体15锁死，于此同时结合分离套21的两个内键21.2仍然与下轴11的两个第一键槽11.1啮合，因此下轴11也处于锁死不转动状态；于此同时结合分离套21的两个内键21.2却与上轴33的两个第二键槽33.1不啮合，处于分离状态，因上轴DU轴承26依然保持着与上轴33的支撑配合，因此上轴33保持着与下轴11同轴，上轴33相对下壳体15可以转动，但不会把转动传递给下轴11，此时实现了上轴33的分离，可以自由跟随方向盘转动，但下轴11被锁死转动。可以理解的是，此时结合分离套21处于“过渡分离”或“超调状态”，并不是正常分离状态。如图10所示，当把拨叉手柄41.2提升至手动切换极限位置6.12后，驾驶员还需把拨叉手柄41.2从手动切换极限位置6.12的左侧推向右侧，此时拨叉手柄41.2端部顺着球头43向右摆动，而另一端两个U形叉41.1从右向左沿着拨叉杆24.1滑动。如图11所示，在驾驶员把拨叉41的拨叉手柄41.2推到手动切换极限位置6.12右侧后，即可松手。在外弹簧1和内弹簧2的共同作用下，结合分离套21沿着下壳体15的键槽15.1向上运动，结合分离套21带着拨叉环24沿着下壳体15的拨叉槽15.2也向上运动，拨叉杆24.1推动拨叉41端部的两个U形叉41.1沿着球头43向上运动，从而使拨叉41的拨叉手柄41.2端部向下滑入L形防误操作沟槽6.1的水上分离位置6.13，接触时停止向下运动，结合分离套21也停止运动，此时拨叉41同时又被锁舌6.14挡住，不会滑入陆地结合位置6.11的槽中。于此同时，结合分离套21的内键21.2依然与上轴33的第二键槽33.1保持分离状态，结合分离套21的外键21.1依然与下壳体15的键槽15.1保持着啮合，因此下轴11依然被锁死，上轴33依然是分离状态，本实施例该状态时，结合分离套21的内键21.2上端面运动到下轴11的上端面时停止，此时本实施例完成了从陆地结合状态切换至水上分离状态的全部操作过程，水上转向时，本发明的水陆两栖转向管柱下轴11被下壳体15锁死不能转动，上轴33与下轴11完全分离可随方向盘自由转动。

本发明机构，从水上分离状态切换回陆地结合状态，过程与上述描述刚好相反。

本发明采用双弹簧：即外弹簧1和内弹簧2组合件的目的是为了提高行车安全性，可以理解的是如果只采用一个弹簧，当弹簧疲劳断裂同时在陆地行驶时，结合分离套21失去弹簧作用力向下滑动，可能使上轴33和下轴11从结合位置变成分离位置，这将导致陆地行驶时，驾驶员无法控制车辆转向发生事故，采用双弹簧可以避免此事故的发生，假设其中一个弹簧断裂，还有另一个弹簧存在预紧弹簧力，在驾驶员进行切换操作时会感觉到弹簧力的前后不一致存在差异，从而可以识别出故障并进行维修。同样的本发明也可采用具有弹性的弹性件来代替外弹簧1和内弹簧2。

进一步的，为降低重量，下壳体15和上壳体31优选采用铝合金。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种水陆两栖车辆转向管柱切换与锁止机构，其特征在于，包括外壳体、下轴(11)、上轴(33)、结合分离套(21)以及切换锁止模块，其中，

所述下轴(11)和上轴(33)同轴线分离布置，所述外壳体一端与下轴(11)通过第一轴承件活动连接，另一端与上轴(33)通过第二轴承件活动连接，所述外壳体内设有容纳所述结合分离套(21)的空腔；

所述结合分离套(21)套设在所述下轴(11)的外周，并在所述切换锁止模块的拨动作用下沿所述下轴(11)的轴向移动，以实现车辆在陆地行驶时，所述结合分离套(21)将所述下轴(11)和上轴(33)固定连接，车辆在水中行驶时，所述结合分离套(21)一端与下轴(11)固定连接，另一端与上轴(33)转动连接；

所述切换锁止模块包括拨叉环(24)、拨叉(41)、球头转动件、拨叉盖板(6)，所述球头转动件和拨叉盖板(6)固定设置在所述外壳体上，所述拨叉环(24)可转动的套设在所述结合分离套(21)的外周，且该拨叉环(24)轴向两端通过固定设于所述结合分离套(21)外周的卡簧(23,25)进行轴向限位，所述拨叉(41)上设有两个关于所述下轴(11)轴线对称布置的拨叉杆(24.1)，所述拨叉(41)一端与所述拨叉杆(24.1)活动连接，另一端穿过所述拨叉盖板(6)设置，且该拨叉(41)的中部固定设置在所述球头转动件上，该球头转动件用于提供拨叉运动过程中的支点，所述拨叉盖板(6)上设有转向切换键，通过拨动所述拨叉(41)在转向切换键中的位置以实现通过拨叉环(24)调整结合分离套(21)的位置，并实现在水上行驶时，锁止所述结合分离套(21)。

2.根据权利要求1所述的一种水陆两栖车辆转向管柱切换与锁止机构，其特征在于，所述结合分离套(21)外侧壁上固定设有外键(21.1)，所述外壳体内侧壁上设有键槽(15.1)，所述键槽(15.1)与所述外键(21.1)相应设置，且该外键(21.1)可沿所述下轴(11)的轴向运动，以此方式，在陆地行驶时，所述外键(21.1)运动至键槽(15.1)分离位置，所述结合分离套(21)相对外壳体可以和下轴(11)一起转动，在水上行驶时，所述外键(21.1)运动至与键槽(15.1)结合位置并锁死下轴(11)。

3.根据权利要求1所述的一种水陆两栖车辆转向管柱切换与锁止机构，其特征在于，所述结合分离套(21)上设有内键(21.2)，所述下轴(11)靠近所述上轴(33)的一端设有第一键槽(11.1)，所述上轴(33)靠近所述下轴(11)的一端设有第二键槽(33.1)，所述第一键槽(11.1)与第二键槽(33.1)对应设置，所述内键(21.2)套设在所述第一键槽(11.1)外周，并可沿所述下轴(11)的轴线运动，以连接第一键槽(11.1)和第二键槽(33.1)，或不连接第二键槽(33.1)。

4.根据权利要求1所述的一种水陆两栖车辆转向管柱切换与锁止机构，其特征在于，所述结合分离套(21)的两端内壁压装上轴DU轴承(26)和下轴DU轴承(22)，所述上轴DU轴承(26)与上轴(33)活动连接，所述下轴DU轴承(22)与下轴(11)活动连接，所述下轴DU轴承(22)与结合分离套(21)固定连接，所述上轴DU轴承(26)与结合分离套(21)固定连接。

5.根据权利要求1所述的一种水陆两栖车辆转向管柱切换与锁止机构，其特征在于，所述下轴(11)上设有弹簧座(14)，所述下轴(11)的外周还套设有内弹簧(2)和外弹簧(1)，所述内弹簧(2)和外弹簧(1)的一端支撑在弹簧座(14)上，另一端支撑在结合分离套(21)上，所述内弹簧(2)的直径小于外弹簧(1)的直径，且所述内弹簧(2)与外弹簧(1)的螺旋方向相反。

6.根据权利要求5所述的一种水陆两栖车辆转向管柱切换与锁止机构，其特征在于，所述转向切换键包括顺次布置的陆地结合位置、手动切换极限位置以及水上分离位置，所述陆地结合位置与水上分离位置平行布置，且与所述下轴(11)的轴线平行布置，所述陆地结合位置与水上分离位置通过设于所述拨叉盖板(6)上的锁舌(6.14)分离，所述陆地结合位置靠近所述弹簧座(14)设置，所述水上分离位置远离所述弹簧座(14)设置，以此方式，使得所述拨叉(41)在陆地结合位置时，所述内弹簧(2)和外弹簧(1)把结合分离套(21)压紧在上轴(33)上，使结合分离套(21)同时与下轴(11)和上轴(33)结合一起转动，所述拨叉(41)在水上分离位置时，所述结合分离套(21)压缩内弹簧(2)和外弹簧(1)，并运动至与所述上轴(33)分离，所述锁舌(6.14)在拨叉(41)运动至水上分离位置时，锁止拨叉(41)。

7.根据权利要求1所述的一种水陆两栖车辆转向管柱切换与锁止机构，其特征在于，所述拨叉(41)为Y型结构，该拨叉(41)包括依次固定连接的拨叉手柄(41.2)、拨叉连杆以及两个关于所述拨叉连杆对称设置的U形拨叉(41.1)，两个所述U形拨叉(41.1)的开口与所述拨叉杆(24.1)活动连接，所述拨叉连杆的中部固定设置在所述球头转动件上，且该拨叉连杆穿过所述转向切换键设置。

8.根据权利要求1所述的一种水陆两栖车辆转向管柱切换与锁止机构，其特征在于，所述球头转动件包括球头螺母(4)、球头(43)以及球座(44)，所述球头螺母(4)将所述球头(43)固定在所述外壳体上，所述球座(44)一端可活动的卡设在所述球头(43)上，另一端通过球座螺母(42)与所述拨叉(41)固定连接，所述拨叉(41)上还开设有用于所述球座(44)穿过的球座孔(41.3)，所述球头(43)和球座(44)的连接面为相适应的球面结构，以此方式，使得所述球座(44)可绕球头(43)转动，从而使拨叉(41)可以沿着所述转向切换键顺次运动。

9.根据权利要求1-8任一项所述的一种水陆两栖车辆转向管柱切换与锁止机构，其特征在于，所述外壳体包括依次固定连接的下壳体(15)、上壳体(31)以及钢管(32)，所述下壳体(15)与所述下轴(11)之间设有第一球轴承(13)，所述钢管(32)与所述上轴(33)之间设有第二球轴承(36)。

10.根据权利要求1-8任一项所述的一种水陆两栖车辆转向管柱切换与锁止机构，其特征在于，所述拨叉盖板(6)面向所述下轴(11)的一侧面上还设有防尘罩(5)，该防尘罩(5)与所述外壳体固定连接，该防尘罩(5)上还设有用于穿过所述拨叉(41)上的拨叉连杆的连杆孔。

11.根据权利要求1-8任一项所述的一种水陆两栖车辆转向管柱切换与锁止机构，其特征在于，所述下轴(11)上设有第一花键(11.2)，该第一花键(11.2)与汽车转向传动轴相连接；所述上轴(33)上设有第二花键(33.3)，该第二花键(33.3)与汽车方向盘相连接。

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