可调转向柱组件的制作方法

专利名称：可调转向柱组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及可调转向柱组件，该类可调转向柱组件使用互啮合齿排来用于在各种 上/下(倾斜)和/或进/出(伸缩)位置主动牢固锁定(positively locking)方向盘。
背景技术：
已知有包括夹紧机构的转向柱组件，该夹紧机构在被锁定时仅依靠摩擦来防止柱 组件发生不希望的运动。夹紧机构能够通过锁定杆的运动而被解锁和锁定，或者有时候是 通过使用马达以电动方式被解锁和锁定，或者可能以液压方式或气动方式被解锁和锁定。 这些柱典型地能够在滑动前抵抗施加在方向盘处的600N的径向和/或轴向力。但是，汽车制造商日益要求当施加了高达6000N的力时转向柱组件应不会发生明 显运动。其目的在于在碰撞中防止方向盘发生不希望的运动以便使得气囊的展开得到理想 地控制。对于此，单靠摩擦常常是不够的，因为实现这一点将需要相当大的夹紧力。需要某 种主动牢固锁定的方法。典型的，这涉及互啮合齿的使用。伴随使用互啮合齿排的这类“主动牢固锁定”柱的一个众所周知的问题是，在驾驶 员操作锁定杆之前，所选择的方向盘位置已导致一排齿的齿尖与它们期望啮合的一组齿的 齿尖准确地对齐。齿在夹紧操作中的互啮合因而受到阻碍，并且如果驾驶员向夹紧杆施加 过多的力以迫使其完成它的行程，则会对齿的齿尖产生永久性损伤。至少，这种齿对齿的出 现将要求驾驶员有意识地再释放杆，找到稍微不同的方向盘位置，然后使夹紧杆再啮合。除 非提供专门的装置用以克服这个问题，否则它很可能会在全部调节操作过程的10% -20% 中出现。这是不合乎要求的。

发明内容
本发明的一个目的是提供包括夹紧机构的转向柱组件，该夹紧机构至少部分改善 了这种齿对齿问题。因而，本发明提供一种可调转向柱组件，其包括第一部分、第二部分和夹紧机构， 夹紧机构包括紧固于第一部分的固定齿条和紧固于第二部分的运动齿条，第一和第二部分 由夹紧机构可释放地啮合，以按照选择容许第一和第二部分之间的一定量的相对运动，这 一定量的相对运动是在转向柱组件的伸缩和/或倾斜调节过程中所需要的，其中固定齿条包括彼此间隔开布置的两个齿排，所述齿排的齿彼此相向延伸，运动齿条包括两个齿排，运动齿条包括的这两个齿排沿相反的方向彼此背离延 伸，并且以小于第一齿条的两个齿排之间间距的间距量彼此间隔开；并且其中夹紧机构还包括夹紧啮合装置，其可操作用于使该运动齿条运动以与该 固定齿条形成啮合和脱离啮合，以便使得在夹紧机构的脱离位置中，运动齿条上的齿排与固定齿条上的齿排保持完全脱 离，
而在啮合位置中，运动齿条的一个齿排与固定齿条的一个齿排互锁，啮合位置中 的这种互锁通过以下方式保证将固定齿条和运动齿条上的齿相对于彼此对齐布置成使得 如果固定齿条上的齿排之一的齿的端面与运动齿条上的齿排之一的齿的端面在齿对齿位 置中对齐，则在固定齿条上的另一齿排的齿将不会与运动齿条上的另一齿排的齿在齿对齿 位置中对齐，而且，将该机构构造并布置成使得当在从脱离位置向啮合位置运动时出现这 种齿对齿状况的情况下，则在之后的继续运动过程中，固定齿条与运动齿条相互作用，以引 起该运动齿条沿未处于齿对齿位置中的齿排的方向横向运动，从而引起这些齿排在该机构 最终到达锁定位置时互啮合。因为在锁定过程中总有一对齿排不处在齿对齿位置中，并且运动齿条被引起运动 以容许这对齿排啮合，所以主动牢固锁定总是能够保证的。此外，因为每个齿排的齿的齿尖在与其它齿排的齿的齿尖相平行的平面内延伸， 所以确保了如果发生碰撞(碰撞倾向于引起固定齿条和运动齿条试图沿着齿排的延伸方 向彼此平行运动)，则在运动齿条的解锁运动方向上没有力的分量。如果存在这种力的分 量，是非常不合乎要求的，因为碰撞负载会试图伸展夹紧销，导致可能的故障。至少，该不希 望的力将会使能够抵抗该力的增强支撑支架成为必需的，这也是不希望的。因而齿可全部在平行于运动齿条的总体运动方向的方向上延伸，运动齿条的这种 运动是由夹紧机构在其从解锁位置向锁定位置运动时产生的。在一种布置中，例如，夹紧机 构可包括夹紧螺栓，运动齿条可沿着它滑动或者平行于夹紧螺栓轴线被引导，齿尖于是将 会被布置在平行于螺栓轴线的方向上。最优选的是，每个固定齿排位于一个共同的平面内，运动齿排也位于一个共同的 平面内，这些平面彼此平行并且这些平面在夹紧机构处于啮合位置时还是重合的。运动齿 条从一侧到另一侧的运动可沿一轴线进行，该轴线位于包含两个运动齿排的平面内。该组件可如此布置，即使得对于第一和第二部分的所有位置，都能够实现主动牢 固锁定。确保这一点的一种方式是将齿排的齿布置成全部具有相同的节距(从一个齿的齿 尖到相邻齿的齿尖的间距)。它们可全部具有相同的齿高(从齿喉到齿尖测得)，以便使得 它们能够完全啮合。如同所提到的，本发明的一个特征在于四个齿排的齿可被布置成使得当一对齿排 (一个在固定齿条上，一个在运动齿条上)的齿在齿对齿位置中对齐时，剩余成对的齿不在 齿对齿位置中对齐。这一点能够通过确保至少一个齿排的齿从其它齿排的齿轴向(沿平行 于齿排的长轴线的方向)偏移来实现。偏移的意思是指如果齿排全部在它们的平面内在与 它们的长轴线正交的方向上横向平移，以便使得它们彼此覆盖，那么一个齿排的齿的齿尖 将会从其它齿排的齿的齿尖偏移。优选这个齿排的齿偏移该齿排的齿间节距的一半。也可使用其它偏移量和齿节 距，只要一对齿排的齿的端面对于运动齿条的任何位置(其中另一对齿排的齿的端面部分 或全部地排成一线)都不是部分或全部地排成一线的即可。可在固定齿条上设置至少两个斜坡，每个斜坡都与固定齿条的相应一个齿排相关 联，并且在运动齿条上设置至少两个配套斜坡，每个配套斜坡都与运动齿条的相应一个齿 排相关联，以便使得如果齿对齿状况出现，则固定齿条上的一个斜坡与运动齿条上的一个 斜坡协同作用，由此，在朝向锁定位置运动时斜坡在彼此之上滑动的动作引起运动齿条沿未处于齿对齿位置中的齿排的方向横向运动。固定齿条和/或运动齿条的齿的端面可被斜切或截成斜角以限定配套的斜坡。由 齿尖彼此面对的两个齿排之一的端部所形成的斜坡可以倾斜成使得从齿根开始延伸并向 前经过齿尖的线与从另一对面的齿排的斜坡开始延伸的相应的线交叉。彼此背离的另两个 齿排的斜坡可沿相反的方向倾斜以便使得从齿尖开始延伸并向前经过齿根的线将与从另 一齿排的斜坡开始延伸的相应的线交叉。在一种布置中，可使斜坡成形为使得齿根宽于齿尖。斜坡确保了如果运动齿条的 齿的侧面撞击固定齿条的齿的侧面，所施加的任何锁定力将因而被部分地转换为使运动齿 条向侧面运动所需的侧向力。该侧向运动引起其在朝向未处在齿对齿状态下的另一固定齿 条的方向上运动。当然，在齿的成斜角、成斜面的端面之间不必存在引起运动齿条侧向运动的直接 接触。固定齿条和运动齿条可设置有当齿处在或将进入齿对齿位置中时彼此撞击的突出 部。于是这些突出部而非齿自身产生了侧向力。这些突出部可被视为运动齿条的导向装置。优选运动齿条上的两个齿排之间的间距是这样的，即使得当第一对的齿与第一对 的固定齿完全啮合时，第二对的齿完全脱离，而当第二对的齿与第二对的固定齿完全啮合 时，第一对的齿完全脱离。最优选该间距是这样的，即使得当一个固定/运动齿排对的齿的齿尖接触时，剩 余固定/运动齿排对的齿完全啮合。这一点能够使固定齿排之间的间距比运动齿排之间的 间距大至少齿高(由相邻齿之间的槽基上方的齿尖高度测得)来实现。运动齿条可包括夹紧块，该夹紧块包括伸长槽，夹紧螺栓穿过该伸长槽，夹紧螺栓 还穿过固定齿条中的伸长槽。夹紧块中的这个槽可沿与固定齿条中的槽延伸的方向成90 度的方向伸长。夹紧块中的该伸长槽的长度可被选择为与使得能避免齿对齿状况所需要的 运动部分的最大所需从一侧到另一侧运动相应。在设置了上一段所述的间距的情况下，它 可等于齿高。固定齿条中的槽可至少与第一和第二部分在倾斜和/或伸缩调节中所需的相对 于彼此的运动一样长。固定齿条中的槽可位于固定齿条上的两个固定齿排之间。每个齿排可包括具有2、3、4或更多齿的线性齿条。但是，如果需要，运动齿条的齿 排不必是线性的。例如，运动部分的两个齿排可包括位于齿形轮的相对侧上的齿，该齿形轮 的直径决定运动齿排之间的间距。齿可包括锯形齿。啮合装置可包括可定位在夹紧螺栓上(如果设置的话)的凸轮机构、夹紧螺栓一 端上的提供了反作用面的固定头和使凸轮机构向固定头偏置的回位弹簧。固定齿条可紧固于相对于转向柱组件的套罩部分固定的支架，或形成为该支架的 一部分。夹紧销(如果设置的话)可包括相对于车体固定在适当位置中的支撑支架的一部 分，或固定于支撑支架上，转向柱组件安装在车体上。由于夹紧销控制运动齿条的运动，因 而从某种意义上可将运动齿条视为相对于该支撑支架固定。套罩部分的支架可包括伸缩锁定支架并且可包括伸长槽，夹紧螺栓(如果设置的 话)穿过该伸长槽，该伸长槽与固定齿条的齿对齐并且还与套罩部分的伸缩调节运动方向
6对齐。运动齿条的支撑支架可包括倾斜锁定支架并且可包括由夹紧螺栓(如果设置的 话)从中穿过的槽，该槽与套罩部分的倾斜调节运动方向对齐。在实践中，伸缩支架可包括大体水平的槽，而倾斜支架是大体竖直的槽。在设置有夹紧螺栓的情况下，两个运动齿条均可包括由夹紧螺栓从中穿过的伸长 槽，该伸长槽容许这两个运动齿条所需的从一侧到另一侧的运动。第一部分可包括上部管状套罩，该上部管状套罩可相对于一下部管状部分伸缩运 动。第二部分可包括该下部管状部分。在该情形中，夹紧组件将该上部和下部部分锁定在 一起，以控制伸缩调节。在一种布置中，第二部分可包括下部管状部分，并且该组件设置有第三部分，该第 三部分包括支撑支架，夹紧机构将第一、第二和第三部分同时夹紧在一起。在该情形中，转向组件可包括两个固定齿条和两个运动齿条，均如依照本发明的 陈述所限定。固定齿条和运动齿条中的一个可提供转向组件的第一和第二部分的主动牢固 锁定(例如针对倾斜)，而另一固定齿条和运动齿条提供转向组件的第一部分与第三部分 的主动牢固锁定(例如针对伸缩)。两个运动齿条上的齿可彼此成近似90度设置。两个固定齿条上的齿也可彼此成 90度以与相应的运动齿条相称。例如，如果伸缩运动方向是水平的而倾斜运动方向是竖直 的，一个固定/运动齿条对的齿可竖直延伸而另一对水平延伸。


下面将仅作为示例参照附图描述本发明的一个实施例，在附图中图1是依照本发明的转向组件一个实施例的一部分的等轴视图；图2是图1所示的这部分转向组件从上向下观察的剖视图；图3是与图1相同视角的且示出该组件的组成部分的转向组件分解视图；图4是从伸缩角度而言用以锁定组件的固定/运动齿条的局部剖视细节图；图5是从倾斜角度而言用以锁定组件的固定/运动齿条的局部剖视细节图；图6a_6d是在从解锁位置(a)向完全锁定位置(d)运动时，控制伸缩调节的固定 和运动齿条的相对位置的示意图；图7a_7d是与图6a_6d相似的示意图，示出不同位置中的固定和运动齿条，作为总 是能够在锁定期间通过该设备自排除齿对齿状况的证据；图8a_8f示出能够发生的该组件的可能故障模式；图9a_9c示意性示出齿条的齿具有锯齿轮廓的概念的证据。
具体实施例方式附图中的图1和2示出本发明的应用于所谓双调节型转向柱的一个实施例。这种 柱既可进行伸缩(进和出)调节，也可进行倾斜角(上和下)调节。该柱组件包括上部柱 体组件3和下部柱体组件13，它们能够相对于彼此伸缩以允许进行伸缩调节，并且它们均 能够绕一枢转点轴线按一弧中运动以允许进行倾斜调节。伸缩机构容许驾驶员调节伸缩位 置，并且也容许当驾驶员在碰撞中撞击方向盘(未示出)时，外部套罩以受控的方式向前运
7动。第一部分_所谓的上部柱体组件3-包括经由球轴承2支撑方向盘轴1的外部管 状套罩(参见图3)。第二部分-所谓的下部柱体组件13-包括内部管状套罩，该外部套罩 能够在其上自由地伸缩滑动。在这些套罩的连接直径之间可存在专门的套管(未示出)以 使滑动摩擦最小化。上部和下部柱套罩3、13由可释放的夹紧机构固定在适当位置，该夹紧机构由锁 定杆23来操作，该锁定杆23能够由驾驶员握持。在脱离(解锁、未夹紧)位置中，上部套 罩3沿下部套罩部分13自由地伸缩运动。当在完全啮合(锁定、夹紧)位置中时，夹紧组 件通过互啮合齿的主动牢固锁定将上部套罩部分3紧固于所谓的倾斜支架12，所以套罩部 分能够不再伸缩运动。就是这种伸缩滑动动作使得能够改变方向盘的轴向或者说“伸缩”位 置。内部套罩部分13的下端绕横向轴线(称为倾斜枢转轴线)从车辆上枢转。包括这 两个套罩的该组件在竖直平面中的转动导致方向盘的高度或“倾斜”设置的变化。替代地， 它可固定至电力转向装置，该电力转向装置自身在倾斜枢转轴线处相对于车辆结构枢转。提供了紧固于车辆的第三部分-所谓的倾斜支架12。它包括倒U形支架，该倒U 形支架有两个在上部和下部管状套罩1、2重叠的区域内在套罩的每一侧向下延伸的臂。该 支架12帮助防止转向组件在负载之下从一侧到另一侧的运动。在锁定位置中，夹紧组件将 上部和下部套罩部分3、13锁定在该支架的臂之间的适当位置中，以防止改变倾斜。正如能够从附图的图3中看到的，通过碰撞滑动螺丝9和专门的顶帽形垫圈的组 合，将倾斜支架12栓接至安装支架8，进而栓接至车体的一部分。垫圈10与安装支架8中 的槽11的一端接合。在发生碰撞时，作用在安装支架8和倾斜支架12之间的额外的可熔 连接被驾驶员撞击到方向盘上的冲击力切断。倾斜支架12然后在汽车中相对于安装支架 8向前滑动。在该滑动过程中，通过套罩13和3的伸缩与在固定槽11中滑动的垫圈10的 引导作用的组合，将方向盘维持在大致呈线性的路径中。在伸缩方向中主动牢固锁定的主要作用是帮助控制所谓的碰撞力分布。这是方向 盘在碰撞中的向前运动的阻力。它通常定义为最初的断开力，随后是通过在进行的伸缩行 程的渐进阻力。在许多转向柱中，这些特征均由安装支架8和倾斜支架12之间的连接装置 来确定。例如，所述可熔连接很大程度地限定了最初断开力，而随后的伸缩阻力可部分由逐 渐变形的连结件-比如金属“能量带”-来提供。该能量带锚定于倾斜支架的顶板上，而在 碰撞中，它的自由部分被拖曳在形成于安装支架中的砧座上方。为了获得要经由这些装置 实现的所需的碰撞力分布，必需避免方向盘轴和倾斜支架12之间的任何相对运动。换句话 说，在碰撞状况下，必须阻止伸缩调节行程。夹紧机构被设计成使得对于倾斜和伸缩方向，锁定杆23均能够同时将第一部分 (上部套罩)与第二和第三部分(下部套罩部分和倾斜支架)释放或锁定。夹紧系统包括 夹紧螺栓14，其穿过固定倾斜支架(如先前提到的经由安装支架附接于车辆结构的那个) 每一臂中的竖直槽37和固定齿条部分每一侧中的水平槽35，在该示例中，该固定齿条部分 是附接于外部套罩3的伸缩支架22。调节螺母4设置在该夹紧螺栓的一端而帽30在另一 端。尽管并非在所有构想的实施例中都是必须，但防止夹紧螺栓14旋转也是有用的，这是 为了在制造过程中设置调节螺母4而无需临时卡紧夹紧螺栓14。
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凸轮机构6、7定位在螺母4和倾斜支架12的一个臂的外端面之间的夹紧螺栓14 上。该凸轮机构包括一对平面凸轮，其中的一个凸轮7的旋转受到阻碍，而另一个附接于夹 紧杆23。凸轮机构(沿夹紧螺栓的轴线)的长度能够通过夹紧杆23的旋转来调节。凸轮 机构的运动凸轮部分6邻接推力轴承5，推力轴承5又邻接调节螺母4，调节螺母4旋在夹 紧螺栓14的螺纹端上。由于凸轮组件在夹紧杆旋转到锁定位置时变长了，因而它向夹紧螺 栓施加张力，朝向螺母4牵拉帽30并因而将倾斜支架的臂挤压在伸缩支架的侧面上。定位在支架另一臂(凸轮机构的相对侧)和夹紧螺栓14的帽30之间的是采用伸 缩锁定夹紧块17的形式的第一运动齿条。该夹紧块17设置有伸长的槽形孔，夹紧销穿过该 槽形孔。它沿着夹紧螺栓自由滑动。该槽的长度长于螺栓(其具有正方形截面)的宽度， 以容许夹紧块17相对于夹紧螺栓14能够有一些竖直运动。夹紧块17承载一对彼此平行 布置的带齿齿条17a、17b，其中每个齿条都具有齿尖背离另一齿条的齿并背离夹紧销面向 外的齿。在该布置中，每个齿的侧面之一(不要与齿面混淆)将面对伸缩支架，也即背离帽 30。齿的端部是成斜角的。伸缩支架22也设置有两个齿排21，伸长槽35的每侧一个。每个齿排都与槽的轴 线一致地延伸，并且具有齿尖面对另一齿排的齿尖的齿。按照这种对齐方式，端面(也即与 齿的齿面和齿尖正交的面)将朝夹紧块面向外。这些固定齿排的齿的齿尖之间的间距大于 夹紧块上的运动齿排的齿的齿尖之间的间距。注意，尽管附图示出的是用在每个齿排中的 对称齿，而非“锯齿”齿形，但也可以替换成“锯齿形”齿。除了包括伸缩锁定夹紧块的第一运动齿条17，还提供有包括倾斜锁定夹紧块的第 二运动齿条16。这与伸缩锁定夹紧块相似之处在于其具有两个齿排且具有伸长槽，这两个 齿排彼此面朝外，夹紧螺栓穿过该伸长槽。但是，每个都旋转90度，以便使得这些齿排与第 一运动齿条的那些正交。这些齿与设置在倾斜支架12中的竖直槽37相对侧上的两个齿排 协同作用。倾斜锁定夹紧块16定位在头30和伸缩锁定夹紧块17之间的夹紧螺栓上。释放弹簧15滑到夹紧螺栓14上，以使得它被部分夹在帽30和第二运动齿条16 之间。弹簧15在头30和倾斜支架12的侧面之间作用。释放弹簧15的作用是促使夹紧螺 栓14的头30离开倾斜支架12。与倾斜锁定夹紧块离帽30距离最远一端相邻的、安装在夹 紧螺栓上的星垫圈19确保当释放弹簧牵拉该帽时，将伸缩和倾斜锁定块牵拉离开伸缩和 倾斜支架。弹簧15、倾斜夹紧块16和伸缩夹紧块17在夹紧螺栓通过倾斜支架12和伸缩 支架22的较近侧(如图所示)插入之前组装在夹紧螺栓14上。部件18和星垫圈19接下 来在夹紧螺栓通过倾斜支架12和伸缩支架22的较远侧插入之前组装在夹紧螺栓上。部件 18和星垫圈19因而最终位于伸缩支架22之内。图8示出相对于固定齿条(伸缩)21位于其安装位置中的伸缩锁定运动齿条17， 为清楚起见除去了部件14、15和16。图9示出相对于固定齿条(倾斜)20位于其安装位置 中的倾斜锁定运动齿条16，为清楚起见除去了部件14和15。当凸轮6旋转到未夹紧位置时，两个运动齿条的齿全部与固定齿条(紧固于安装 支架和伸缩支架)的齿保持脱离。因而第一部分(上部柱套罩3)可进行倾斜调节(使夹 紧螺栓在倾斜支架中沿竖直槽上下运动)和伸缩调节(使夹紧螺栓在伸缩支架中沿水平槽 前后运动)。当凸轮6从未夹紧位置旋转向夹紧位置时，它由于其与固定凸轮7的异形面的相互作用而开始运动离开倾斜支架12并且因而使夹紧螺栓14的头30向倾斜支架12运动。 这样引起运动齿条(倾斜块16和伸缩块17)的齿开始与固定齿条20、21的齿重叠。由于 运动齿条16、17上的夹紧螺栓所穿过的孔沿与它们各自的齿形边或齿尖垂直的轴线伸长， 因而所出现的任何齿对齿碰撞将会处在齿的端面之间并且将会由于齿的形状的原因而自 己移除。组件将保持在它的完全锁定位置中，其中运动齿条上的齿排之一与固定齿条的齿 排之一完全互锁。图6a-d针对运动齿条和固定齿条之一示出了这一点是如何发生的。附 图实际示出了阻止伸缩调节的齿条，但相同的操作也适用于倾斜调节，每一部分都简单地 旋转90度而已。图6a、b、c和d以侧视图和横向剖视图形式示出伸缩锁定夹紧块的齿条与伸缩支 架的相对位置，其使主动牢固锁定能够实现并同时避免现有技术中已知的齿对齿问题。剖 视图中的水平箭头表示施加到运动齿条上以实现夹紧的力的方向。在描述如何防止齿对齿状况之前，首先应当理解齿排的齿的一些特殊特征。正如 能够从图6a_d看到的，固定齿条上的上部齿排的齿相对于下部齿排的齿轴向偏移。运动齿 条的齿彼此对齐。这意味着，如果运动齿条的一个齿排的齿尖(本技术领域中有时称为齿 顶)与固定齿条上的与它们相匹配的那些排成行，则另一齿排的齿尖将不会如此排列。这 对于本发明的组件的操作而言是重要的。固定齿条上的一个齿排的齿的齿尖全部位于与包含另一齿排的齿从齿尖的平面 平行的平面中。我们通过这一点所表达的意思是，这些平面彼此不形成V形关系并且不形 成角度。齿和齿尖因而平行于夹紧螺栓的轴线。此外，应当注意到的是，在它们重叠时将要相互接触的齿的端面是成斜角的。这能 够从图6中看到。这些端部自身因而呈现为斜坡，其中这些齿的齿尖比齿根要窄。当运动 齿条的齿被压在固定齿条的齿上时，这些成斜坡的端面引起当施加锁定力时在运动齿条上 施加了侧向力，从而引起该齿条在离开相重叠的齿排的方向上运动。运动齿条仅沿着并横 越成斜坡的端面滑动。这样倾向于使那些齿的重叠移除，正如将要描述的。还应当注意到的是，夹紧螺栓14的竖直高度相对于固定齿条是不变的，这归因于 这两部件之间的滑动接触面。该接触面可采用固定齿条中的水平槽的形式，如图所示。还 应当注意，为了主动牢固锁定该柱，目的是阻止固定齿条相对于夹紧螺栓的水平运动。图6a示出处于未夹紧状态中的固定齿条组件和运动齿条组件。在该位置中，与锁 定位置相比，使夹紧块保持稍微离开伸缩支架。图6a实际示出在夹紧该柱之前的一种特殊 状态，此时运动齿条和固定齿条上的下部部分的齿的端面处最初成一线。其也可以示出最 初成一线的上部齿排的端面，这两种情形都是可能的。—旦通过旋转夹紧杆而开始夹紧，则齿彼此相向运动，直到下部齿排的齿的端部 彼此相撞。在进一步的运动下，到达图6b所示的位置，成斜角的端面开始在彼此之上滑动， 这引起运动齿条在夹紧动作继续进行到图6c所示的阶段时在夹紧螺栓14上侧向运动(在 图中看到的是向上升起)。这样持续进行，直到到达图6d所示的完全锁定状态。在该位置 中，最初在齿对齿位置中相冲撞的齿现在仅仅在齿尖接触。伸缩支架中的槽的相对侧上的 齿是与夹紧块上的其相应齿相啮合以提供主动牢固锁定的那些齿。因此，如所描述的，确保如果上部运动齿和固定齿的端部最初在齿对齿位置中相 碰撞，则夹紧块将沿相反的方向在销上侧向运动，以便使得下部齿形齿条啮合。
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图7a、b、c和d示例说明该实施例的固定齿条上的齿相间隔以使得没有如下的运 动齿条位置，在该位置中，运动齿条上的上部和下部齿排的端面均能够同时部分或全部与 固定齿条上的其匹配端面对齐。因此，在没有由于齿对齿干涉而产生的阻碍的情况下，总是 可以完全啮合一组齿或部分啮合两组齿。本发明优选实施例的一个特征是，在任何时候仅通过一对齿排而非两对来实现锁 定。因此期望防止、或至少限制运动齿条16、17绕它们的相应孔轴线的自由旋转，以便实现 锁定系统的正确操作。伸缩锁定运动齿条的旋转受到其侧面36和倾斜支架12中竖直槽的 边缘37之间的接触的限制。倾斜锁定运动齿条16的旋转受到它的孔38和夹紧螺栓14的 矩形部分31之间的接触的限制。夹紧螺栓14的旋转又受到以下原因的限制(a)伸缩锁 定固定齿条21中槽的上部和下部边缘35内的间隔件18的腿34的顶部和下部边缘的紧密 配合；以及(b)绕夹紧螺栓14的矩形部分31的相同间隔件18的腿34的内面33的紧密配
I=I ο而且，因为在任何时候仅一对齿排锁定，所以可能需要将齿设计成具有增加的节 距和高度，以确保较大的强度并且因而避免因碰撞状态中的过应力而导致的故障。例如参看图8a，其示出在图6d中达到的锁定位置。在该特殊状态中，可以看到运 动齿条安放在固定齿条的下部齿排的齿尖上。如果出现碰撞情形，则沿箭头方向推动固定 齿条，同时水平锚定夹紧螺栓。当碰撞力超过夹紧系统的摩擦保持力时，相啮合的各组齿经 受因齿侧面(“齿面”)的角度、即所谓的压力角而产生的分离力。运动齿条可在该分离力 的作用下向下运动(参见图8b)，使上部齿排分离并且引起下部齿排替代地啮合(参见图 Sc)。在图8d，该柱已稍微滑动，以便使得下部齿现在必须抵抗碰撞力。但是，齿压力角再次 产生齿分离力，而图8a、b、c的顺序的镜像相继产生，直到在图8f再次达到图8a的情形，除 了一个完整的循环已导致固定齿条相对于夹紧螺栓运动一整个齿节距之外。于是，可以想 象的是，该循环自身可重复若干次，直到固定齿条已运动至夹紧螺栓的水平槽将容许的范 围。如果上述的动作的循环非常快地发生，则无法实现将主动牢固锁定结合到该柱中的主 要目的。但要注意的是，因为每个齿排的齿尖在与其它齿排的齿尖平行的平面中延伸，所 以沿夹紧运动的方向没有力的分量。如果有的话，则由于碰撞负载会产生爆破力，这是非常 不期望出现的，该爆破力将平行于夹紧螺栓并且可能会伸展夹紧螺栓，导致可能的故障出 现。至少，该不希望的力将使抵抗该力的增强支撑支架成为必要，这也是不合需要的。图8a、b、c、d、e和f所示的故障模式能够通过减小承载碰撞负载的齿的侧面上的 压力角来避免；上述侧面是指必须抵抗对应于向前(伸缩_向内)和向上(倾斜_向上) 的柱运动的较高的力的侧面。如果压力角的正切小于作用在齿间的摩擦系数，则不会有分 离。为了维持齿根处的适当齿厚，从而确保适当的剪切强度，齿的其它侧面的压力角必须增 大。因此，达到所谓的“锯形齿”轮廓。在图5a所示的示例中，负载齿面的压力角为0度， 而非负载齿面的压力角为45度。对于伸缩-向外和倾斜-向下的方向，保持能量将大大减 少，有效地稍大于由摩擦夹紧效果所提供的。但是，这些方向中的主动牢固锁定对于碰撞中 的性能而言是不重要的。应当注意的是，其折衷方案存在于一些其它现存的反齿对齿设计 中。图9a、b和c示例说明固定齿条上的锯齿能够相间隔以使得不存在如下运动齿条
11位置，在该位置中，运动齿条上的上部和下部齿排的端面能够同时与固定齿条上的其相匹 配端面对齐。因而，在没有由于齿对齿干涉而产生的阻碍的情况下，总是可以完全啮合一组 齿或部分啮合两组齿。但是，为了利用锯形齿轮廓保有该特征，齿的间距相比于对称齿的间 距需要增大。这里有两个折衷，源于(a)这些组的齿现在较弱，因为每组的齿数较少，以及 (b)依赖于最初的伸缩位置，在齿进入接触之前的碰撞中，可能有高达近似一个齿节距的滑 动。提供负载路径也是希望的，通过该负载路径，夹紧螺栓14中的张力能够用于将倾 斜支架12的较近臂挤压在固定齿条(伸缩)21上。在该优选的实施例中，设置如下。夹紧 螺栓14的头30支承运动齿条(倾斜)16的较近面。运动齿条(倾斜)16的相对面支承运 动齿条(伸缩)17的较近面，而运动齿条(伸缩)17的延伸臂的相对面支承固定齿条(倾 斜)20的邻近表面。通过以这种方式使用运动齿条16和17传递夹紧螺栓张力，它们被夹在夹紧螺栓 14的头30和固定齿条(倾斜)20之间并且由于各个不同接触面处的压缩力所产生的摩擦 而抑制了它们垂直于夹紧螺栓的运动。原则上，所述摩擦抑制可能足以防止图8a-8f所示 的有问题的现象。但是，情况是否如此将依赖于作用在各个不同接触面处的摩擦系数。这 些是很难准确预测的，这是由于材料规格、表面抛光和润滑剂或污染物存在的影响。但是， 如果在所有接触点上，假定摩擦系数为10%的值，正如能够从下面看到的，这些部件的上述 布置方式自身不能防止图4a-4f所示的问题出现。夹紧螺栓中的张力的典型值为3000N。对于伸缩调节运动，例如，摩擦保持力将会 是3000X0. 1X2 = 600N，这里有两个作用在倾斜支架和包括上部套罩3的运动上部柱之 间、伸缩支架22和固定齿条(伸缩)21之间的摩擦接触区域40、41(参见图10)。如果规格 要求需要伸缩方面的6000N的总的保持力，则需要由运动齿条(伸缩)17和固定齿条(伸 缩)21承载6000N-600N( = 5400N)的力。如果，例如，这些齿的齿面具有30度的压力角和 10%的滑动摩擦系数，则通过计算可以看出，分离力将会是0. 477X作用在齿上的保持力。 也即，在该情形中，分离力是0.477X5400N = 2577N。但是，抑制运动齿条(伸缩)垂直于 夹紧螺栓运动的摩擦力是3000X0. 1X2 = 600N，它被螺栓张力夹紧在两个面之间。其远小 于分离力并且因而不足以防止图8a-8f所示的问题出现。通过计算能够看出，使用上述措施抑制运动齿条(伸缩)分离所需的最小摩擦系 数是25%，而类似地抑制运动齿条(倾斜)所需的最小摩擦系数是33%。应当注意，有关 倾斜的情形不同于有关伸缩的情形，原因在于相对于倾斜枢转轴线的不同方向盘夹紧螺栓 位置的杠杆臂作用，这意味着在夹紧螺栓处看到的力近似为2X方向盘处规定的倾斜保持 力。
1权利要求
一种可调转向柱组件，其包括第一部分、第二部分和夹紧机构，夹紧机构包括紧固于第一部分的固定齿条和紧固于第二部分的运动齿条，第一和第二部分由夹紧机构可释放地啮合，以按照选择容许第一和第二部分之间的一定量的相对运动，这一定量的相对运动是在转向柱组件的伸缩和/或倾斜调节过程中所需要的，其中固定齿条包括彼此间隔开布置的两个齿排，所述齿排的齿彼此相向延伸以便使得一个齿排的齿的齿尖位于与包含另一个齿排的齿的齿尖的平面平行的平面中，运动齿条包括两个齿排，运动齿条包括的这两个齿排沿相反的方向彼此背离延伸，并且以小于第一齿条的两个齿排之间间距的间距量彼此间隔开，以便使得一个齿排的齿的齿尖位于与包含另一个齿排的齿的齿尖的平面平行的平面中；并且其中夹紧机构还包括夹紧啮合装置，其可操作用于使该运动齿条运动以与该固定齿条形成啮合和脱离啮合，以便使得在夹紧机构的脱离位置中，运动齿条上的齿排与固定齿条上的齿排保持完全脱离，而在啮合位置中，运动齿条的一个齿排与固定齿条的一个齿排互锁，啮合位置中的这种互锁通过以下方式保证将固定齿条和运动齿条上的齿相对于彼此对齐布置成使得如果固定齿条上的齿排之一的齿的端面与运动齿条上的齿排之一的齿的端面在齿对齿位置中对齐，则在固定齿条上的另一齿排的齿将不会与运动齿条上的另一齿排的齿在齿对齿位置中对齐，而且，将该机构构造并布置成使得当在从脱离位置向啮合位置运动时运动齿条向齿对齿状况运动或者出现这种齿对齿状况的情况下，则在之后的继续运动过程中，固定齿条与运动齿条相互作用，以引起该运动齿条沿未处于齿对齿位置中的齿排的方向横向运动，从而引起这些齿排在该机构最终到达锁定位置时互啮合。
2.如权利要求1所述的可调转向柱组件，其中在固定齿条上设置至少两个斜坡，每个 斜坡都与固定齿条的相应一个齿排相关联，并且在运动齿条上设置至少两个配套斜坡，每 个配套斜坡都与运动齿条的的相应一个齿排相关联，以便使得如果齿对齿状况出现，则固 定齿条上的一个斜坡与运动齿条上的一个斜坡协同作用，由此，在朝向锁定位置运动时斜 坡在彼此之上滑动的动作引起运动齿条沿未处于齿对齿位置中的齿排的方向横向运动。
3.如权利要求2所述的可调转向柱组件，其中固定齿条和/或运动齿条的齿的端面限 定所述斜坡。
4.如权利要求1所述的可调转向柱组件，其中每个固定齿排位于一共同的平面内，运 动齿排也位于一共同的平面内，这些平面相互平行。
5.如权利要求4所述的可调转向柱组件，其中这些平面在夹紧机构处于啮合位置时是 重合的。
6.如前述任一权利要求所述的可调转向柱组件，其中运动齿条的从一侧到另一侧的运 动沿平行于包含这两个运动齿排的平面或位于包含这两个运动齿排的平面内的轴线进行。
7.如前述任一权利要求所述的可调转向柱组件，其中齿排的齿全部具有相同的节距。
8.如前述任一权利要求所述的可调转向柱组件，其中至少一个齿排的齿沿平行于齿排 的长轴线的方向从其它齿排的齿轴向偏移。
9.如权利要求8所述的可调转向柱组件，其中这一个齿排的齿偏移该齿排的齿之间的 节距的一半。
10.如前述任一权利要求所述的可调转向柱组件，其中运动齿条上的两个齿排之间的间距优选使得当运动齿排之一的齿和相应的一个固定齿排的齿完全啮合时，剩余齿排的齿 完全脱离。
11.如权利要求10所述的可调转向柱组件，其中该间距使得当一个固定/运动齿排对 的齿尖接触时，剩余固定/运动齿排对的齿完全啮合。
12.如前述任一权利要求所述的可调转向柱组件，其中运动齿条包括夹紧块，该夹紧块 包括有夹紧螺栓穿过的伸长槽，该夹紧螺栓还穿过固定齿条中的伸长槽，夹紧块中的槽沿 与固定齿条中的槽延伸的方向成90度的方向伸长。
13.如前述任一权利要求所述的可调转向柱组件，其中齿包括锯形齿。
14.如前述任一权利要求所述的可调转向柱组件，其中该第一部分包括上部管状套罩， 该上部管状套罩能够相对于一下部管状部分伸缩运动，该第二部分包括下部管状套罩部 分，该夹紧组件按照选择将该上部和下部部分锁定在一起以控制伸缩调节。
15.如权利要求14所述的可调转向柱组件，其中该第二部分包括下部管状部分，并且 该组件还设置有第三部分，该第三部分包括支撑支架，该夹紧机构将该第一、第二和第三部 分同时夹紧在一起。
16.如权利要求15所述的可调转向柱组件，其中设置两个固定齿条和两个运动齿条， 一个固定齿条和运动齿条提供该转向组件的第一和第二部分的主动牢固锁定，而另一个固 定齿条和运动齿条提供该转向组件的第一部分到第三部分的主动牢固锁定。
17.如权利要求16所述的可调转向柱组件，其中这两个运动齿条上的齿相对彼此成近 似90度布置。
全文摘要
一种可调转向柱组件包括紧固于第一部分的固定齿条和紧固于第二部分的运动齿条，它们通过夹紧机构可释放地啮合，以容许其间的相对运动。固定齿条包括彼此间隔开并朝向彼此延伸的两个齿排。运动齿条也包括两个彼此分开延伸的齿排。一夹紧啮合装置使该运动齿条运动以与固定齿条形成啮合或脱离啮合。这两个齿条上的齿相对于彼此偏移。该机构还如此布置，即如果齿对齿状况出现，则该固定齿条与该运动齿条相互作用，以引起运动齿条侧向运动，从而容许齿在该机构最终到达锁定位置时互啮合。
文档编号B62D1/19GK101939205SQ200880124184
公开日2011年1月5日 申请日期2008年11月28日 优先权日2007年11月30日
发明者J·哈夫里切克 申请人:Trw Das股份公司