车辆转向用伸缩轴的制作方法

专利名称：车辆转向用伸缩轴的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种车辆转向用伸缩轴。
背景技术：
迄今，作为转向装置的一部分，汽车转向机构已涉及到使用伸缩轴，该伸缩轴可吸收汽车行驶时的轴向位移，且它包括相互以花键配合的公轴和母轴，以使得不把位移和振动传递到转向轮上。该伸缩轴所要求的是能降低花键部分的间隙噪音，减少在转向轮上的间隙(游隙)感，并减小其在轴向滑动时的滑动阻力。
为了满足这些要求，该伸缩轴公轴的花键部分敷有尼龙层，并进而在滑动部分上施加润滑油，因而可吸收或减轻金属噪音，金属碰撞声等，还可降低旋转方向上的滑动阻力及间隙。在这种情况下，形成尼龙层的加工流程为清洗轴→涂上底层涂料→加热→敷上尼龙粉末→粗切削→精切削→选择性地配合母轴。以选择适合已加工的母轴的精度的模的方式进行最终切削加工。
在将该伸缩轴上的滑动载荷限制到最小的同时，还需要将间隙限制到最小，因而该最终切削加工不得不选择与测量用滚柱(over-pin)的尺寸差几微米的母轴相配的模，从而进行加工，结果导致了加工费用的增加。而且，由于随着使用时间的推移，尼龙不断磨损，沿旋转方向的间隙增大。
而且，在暴露在发动机室内的高温下的在这种条件下，尼龙层体积变化，随着导致滑动阻力显著升高，磨损进程显著加速，因而在旋转方向上的间隙增大。
因而，需要提供一种结构简单，费用低的汽车转向轴用的伸缩轴，该轴具有能长时间地限制由于沿旋转方向的间隙而发出的异常噪声及转向路感/转向感(feeling of steering)的恶化。

发明内容
本发明的目的是鉴于上述条件提供车辆转向用伸缩轴，该伸缩轴能实现稳定的滑动载荷，确保避免沿旋转方向的间隙并能以高刚度的状态传递扭矩。
为了达到上述目的，本发明提供一种车辆转向用伸缩轴，该伸缩轴装配在车辆转向轴内，且具有公轴和母轴，该公轴和母轴相互配合以便只能滑动而不能旋转，其特征在于包括第一扭矩传递装置和第二扭矩传递装置，该第一扭矩传递装置由第一插入部，第一扭矩传递件和弹性件构成，所述第一插入部设置在所述公轴外周表面和所述母轴内周表面中，所述第一扭矩传递件设置在所述第一插入部中，并且当所述公轴和母轴轴向相对移动时能滚动，所述弹性件分别设置在所述第一插入部中沿径向邻近所述第一扭矩传递件，以在旋转时限制所述第一扭矩传递件，而在不旋转时通过所述第一扭矩传递件将预载荷施加到所述公轴和所述母轴上；所述第二扭矩传递装置由第二插入部，第二扭矩传递件构成，所述第二插入部设置在所述公轴外周表面和所述母轴内周表面中，所述第二扭矩传递件设置在所述第二插入部中，并且当所述公轴和母轴轴向相对移动时能滑动，并在旋转时传递扭矩。
此外，在根据本发明的车辆转向用伸缩轴中，优选的是第一插入部和第二插入部由第一轴向槽和第二轴向槽构成，所述第一轴向槽和所述第二轴向槽分别成对地形成在所述公轴的外周表面和所述母轴的内周表面。
而且，在根据本发明的车辆转向用的伸缩轴中，优选的是所述第一扭矩传递装置和所述第二扭矩传递装置设置在所述公轴和所述母轴之间的圆周方向上的不同位置。
而且，在根据本发明的车辆转向用的伸缩轴中，优选的是所述第一扭矩传递装置的所述第一插入部由所述第一轴向槽和所述第二轴向槽构成，所述第一轴向槽和所述第二轴向槽形成在所述公轴和所述母轴上，以及所述第一扭矩传递件由多个球形件组成，所述球形件设置在所述第一轴向槽和所述第二轴向槽中，所述第二扭矩传递件的第二插入部由两列第三轴向槽和第四轴向槽构成，所述第三轴向槽和所述第四轴向槽相互分离地设置在圆周方向上，以及所述第二扭矩传递件由设置在所述第三和第四轴向槽中的圆柱件组成，其轴向平行于所述公轴和所述母轴。
而且，在根据本发明的车辆转向用的伸缩轴中，所述第一插入部由多对形成在所述公轴和所述母轴之间的轴向槽构成，以及所述第二插入部由多对设置在邻近的所述第一插入部的成对轴向槽之间的轴向槽构成。
如上所述，车辆转向用的伸缩轴包括第一扭矩传递装置和第二扭矩传递装置，该第一扭矩传递装置由第一插入部，第一扭矩传递件和弹性件构成，所述第一插入部设置在所述公轴外周表面和所述母轴内周表面中，所述第一扭矩传递件设置在所述第一插入部中，并且当所述公轴和母轴轴向相对移动时能滚动，所述弹性件分别设置在所述第一插入部中沿径向邻近所述第一扭矩传递件，以在旋转时限制所述第一扭矩传递件，而在不旋转时，通过所述第一扭矩传递件将预载荷施加到所述公轴和所述母轴上；所述第二扭矩传递装置由第二插入部和第二扭矩传递件构成，所述第二插入部设置在所述公轴外周表面和所述母轴内周表面中，所述第二扭矩传递件设置在所述第二插入部中，并且当所述公轴和母轴轴向相对移动时能滑动，并在旋转时传递扭矩。所述第一插入部和所述第二插入部由所述第一轴向槽和所述第二轴向槽构成，所述第一轴向槽和所述第二轴向槽分别成对地形成在所述公轴的外周表面和所述母轴的内周表面。
根据本申请的车辆转向用的伸缩轴，当不传递扭矩时，由于第一扭矩传递装置和第二扭矩传递装置的使用，弹性件将预压力施加到第一扭矩传递件和第二扭矩传递件上，并使其靠在母轴上直到不引起间隙的程度，从而可以可靠地防止公轴和母轴之间产生间隙，并能使公轴和母轴在没有任何间隙的情况下以稳定的滑动载荷沿轴向滑动。
另一方面，根据本申请的车辆转向用的伸缩轴，在传递扭矩时，弹性件可以将第一扭矩传递件和第二扭矩传递件限制在圆周方向上，由此能可靠地防止公轴和母轴之间在旋转方向上的间隙，而以高刚度的状态传递扭矩。
而且，在根据本发明的车辆转向用的伸缩轴中，优选的是第一扭矩传递件由圆柱件构成，所述圆柱件的轴向设置成与所述公轴和所述母轴相交。
而且，在根据本发明的车辆转向用的伸缩轴中，优选的是所述弹性件由板簧构成。
而且，在根据本发明的车辆转向用的伸缩轴中，优选的是轴向槽包括浅部和深部，所述槽的所述浅部呈曲面形，而所述槽的所述深部呈平面形，所述第一扭矩传递件和所述第二扭矩传递件在曲面部分和平面部分之间的分界点附近接触。
而且，在根据本发明的车辆转向用的伸缩轴中，优选的是所述公轴具有槽端部，所述槽端部用于在碰撞发生时，通过限制所述第一扭矩传递件轴向滚动来产生大的滑动，并能用于在碰撞发生时补充吸收冲击能。
此外，在根据本发明的车辆转向用的伸缩轴中，优选的是通过适当地选定所述第二扭矩传递件的直径或其组合直径，可任意设定所述公轴，所述第二扭矩传递件和所述母轴之间的间隙。
此外，在根据本发明的车辆转向用的伸缩轴中，优选的是所述弹性件以某一固定的接触角分别与所述第一扭矩传递件接触，当不向所述公轴或所述母轴输入扭矩时，会沿径向和圆周方向产生预载荷，而当向所述公轴或所述母轴输入扭矩时，会沿圆周方向产生预载荷。
此外，在根据本发明的车辆转向用的伸缩轴中，优选的是所述第一扭矩传递装置设置在所述三对轴向槽中，所述三对轴向槽以120度的等间距设置在圆周方向上，以及所述第二扭矩传递装置设置在所述三对轴向槽之间。
此外，在根据本发明的车辆转向用的伸缩轴中，优选的是所述第二扭矩传递装置分别设置在所述三对轴向槽之间圆周方向上的中心部。
此外，在根据本发明的车辆转向用的伸缩轴中，优选的是用于以可滚动的方式保持所述第一扭矩传递件的所述第一扭矩传递件的保持器设置在车辆转向用的伸缩轴中，其中所述第一扭矩传递装置和所述第二扭矩传递装置设置在所述公轴和所述母轴之间。
此外，在根据本发明的车辆转向用的伸缩轴中，优选的是所述保持器具有沿所述公轴和所述母轴的轴向延伸的细长孔或多个圆孔，且所述第一扭矩传递件设置在所述细长孔或所述多个圆孔中。
此外，在根据本发明的车辆转向用的伸缩轴中，优选的是所述保持器呈圆筒形，且具有沿所述公轴和所述母轴的轴向延伸的细长孔或多个圆孔，及所述第一扭矩传递件设置在所述细长孔或所述多个圆孔中。
而且，在根据本发明的车辆转向用的伸缩轴中，优选的是所述呈圆筒形的保持器具有用以避免干涉所述第二扭矩传递装置的避免干涉细长孔，或者具有在其一端部开口的避免干涉开口槽。
此外，在根据本发明的车辆转向用的伸缩轴中，优选的是所述用于避免干涉所述第二扭矩传递装置的避免干涉细长孔或开口槽的总长度比用于保持所述第一扭矩传递件的所述细长孔或所述多个圆孔列的总长度要长。


图1A是本发明第一实施例车辆转向伸缩轴的侧视图；图1B是本发明第一实施例车辆转向伸缩轴的立体图；图2是沿图1A中A-A线的横截面图；图3是图1所示的公轴和母轴处于分离状态时的立体图；图4A和4B是平面图，它们分别示出了板簧的一个实施例；图4C是图1所示的伸缩轴的分解立体图；图5是曲线图，示出了第一实施例中车辆转向伸缩轴的滑动载荷与行程(stroke)之间的关系；图6是本发明第二实施例中车辆转向伸缩轴的横截面图；图7是本发明第三实施例中车辆转向伸缩轴的分解立体图；图8是图7示出的保持器的立体图；
图9是本发明第一实施例中车辆转向伸缩轴的横截面图；图10是本发明第四实施例中车辆转向伸缩轴的横截面图；图11是图10示出的保持器的立体图；图12是本发明第五实施例的第一例中带有万向节联轴器的车辆转向伸缩轴的竖截面图；图13A至E分别示出了第五实施例第一例中母轴的实例；图14示出了第五实施例的第一例中母轴的实例；图15A至15E分别示出了第五实施例的第一例和第二例中公轴的实例；图16是本发明第五实施例的第二例中车辆转向伸缩轴的竖截面图；图17是图16所示的母轴的竖截面图；图18是现有技术中车辆转向伸缩轴的主要部分的横截面图；图19是本发明第六实施例车辆转向伸缩轴的主要部分的横截面图；图20A和20B分另是本发明第七实施例中车辆转向伸缩轴的竖截面图，示出了车辆出现二次碰撞时的收缩状态；图21A和21B是图19所示的车辆转向伸缩轴的竖截面图，示出了车辆出现二次碰撞时的收缩状态；图22A至22D是曲线图，它们分别示出了图20和21所示的车辆转向伸缩轴的滑动载荷与行程之间的关系；图23A本发明第八实施例中车辆转向伸缩轴的竖截面图；图23B是沿图23A中线b-b的横截面图；图24是第八实施例中车辆转向伸缩轴的分解立体图；图25是曲线图(当固定公轴或者母轴的一端，从另一端输入扭矩时所获得的特性线)，示出了伸缩轴扭矩和旋转角之间的关系；图26是曲线图，示出了伸缩轴扭矩和旋转角之间的关系；图27是现有技术中车辆转向伸缩轴主要部分的横截面图；图28是本发明第九实施例中车辆转向伸缩轴主要部分的横截面图；图29是图28所示的车辆转向伸缩轴主要部分的横截面图，示出了其一种操作方式；图30A是曲线图，示出了现有技术中伸缩轴扭矩与旋转角之间的关系；图30B是曲线图，示出了第九实施例中伸缩轴扭矩与旋转角之间的关系；图31A是本发明第十实施例中车辆转向伸缩轴的竖截面图；图31B是沿图31A中线b-b的横截面图；图32是曲线图，示出了第十实施例中滑动载荷与行程之间的关系；图33A时本发明第十一实施例中车辆转向伸缩轴的竖截面图；图33B是沿图33A中线b-b的横截面图；图34A是图33所示的保持器的立体图；图34B和34C分别示出了第十一实施例的各示例中保持器的立体图。
图35A，35B及35C是第十一实施例的各个例子中保持器的立体图；以及图36是应用本发明实施例中车辆转向伸缩轴的汽车转向装置的侧视图。
具体实施例方式
参照附图，将对本发明实施例中车辆转向用的伸缩轴进行说明。
图36是应用本发明实施例中车辆转向伸缩轴的汽车转向装置的侧视图。
参照图36，所述转向装置由上转向轴部件120(包括转向管柱103和可旋转地保持在转向管柱103中的转向轴104)，转向盘105，下转向轴部件107，小齿轮轴109，转向(器)齿条轴112和转向齿条支撑件113。所述上转向轴部件120通过上支架101和下支架102安装在车身侧部件/车架纵梁100上，所述转向盘105安装在转向轴104上端，所述下转向轴部件107通过万向节106与所述转向轴104的下端连接，所述小齿轮轴109通过转向轴联轴节108与所述下转向轴部件107连接，所示转向齿条轴112连接到所述小齿轮轴109上，且转向齿条支撑件113支撑该转向齿条轴112，并通过弹性件111固定到车身的各个机架110上。
这里，所述上转向轴部件120和所述下转向轴部件107使用了根据本发明实施例的车辆转向用的伸缩轴(下文简称为伸缩轴)。通过将公轴装配在母轴中构成所述下转向轴部件107。然而，该类型的下转向轴部件107的要求是具有吸收车辆行驶时出现的轴向位移的性能，且能阻止该位移和振动传递到转向盘105上。在所述车体为副车架结构的情况下也需要该性能，固定所述转向机构的上部所用的部件100与所述转向齿条支撑件113固定于其上的机架110是分开的，并且所述转向齿条支撑件113被通过例如橡胶的弹性件111紧固在所述机架110上。而且，在伸缩轴临时收缩之后，将所述转向轴联轴节108紧固到小齿轮轴109上时，由于工人要将所述伸缩轴装配并紧固到小齿轮轴109上，这就要求所述伸缩轴具有自由伸缩的功能。而且，也可以通过将公轴装配到母轴中来构成处于转向机构的相对较上的位置的所述上转向轴部件120。然而，该类型的上转向轴部件120的要求具有的功能是可调整所述转向盘105的位置，通过移动该位置从而驾驶员能获得驾驶车辆的最佳位置，因此要求其具有轴向收缩功能。在上述所有情况下，都要求能降低所述伸缩轴装配部分的间隙噪声，减小转向盘105上的游隙感并减小其轴向滑动时的滑动阻力。
(第一实施例)图1A是本发明第一实施例车辆转向伸缩轴的侧视图。图1B是其立体图。图2是沿图1A中A-A线的横截面图。图3是图1所示伸缩轴的公轴和母轴处于分离状态时的立体图。图4A和4B是平面图，它们分别示出了板簧的一个实施例。图4C是图1所示的伸缩轴的分解立体图。图5是曲线图，示出了第一实施例中车辆转向伸缩轴的滑动载荷与行程之间的关系。
如图1所示，所述车辆转向伸缩轴(下文中将简称为伸缩轴)由公轴和母轴2构成，所述公轴和母轴彼此只能滑动而不能转动地装配在一起。
如图2所示，在所述公轴1的外周表面上延伸而形成三条轴向槽3，4，4，所述轴向槽3，4，4基本上呈圆弧形，且沿圆周方向相互间隔120°。与此相应，在所述母轴2的内周表面上延伸而形成三条轴向槽5，6，6，所述轴向槽5，6，6基本上呈圆弧形，且沿圆周方向相互间隔120°。所述轴向槽3，5构成第一插入部，所述轴向槽4、6；4、6构成第二插入部。
板簧9(下文中将进行说明)为一预压弹性件，所述预压弹性件基本上呈M形，处于截面基本上呈圆弧形的所述公轴1的轴向槽3和截面基本上呈圆弧形的所述母轴2的轴向槽5之间；作为第一扭矩传递件的许多刚性球形件7如此插入，以使得其在板簧9的中心凹部和轴向槽5之间可以滚动，因而构成了第一扭矩传递装置。因而，当所述公轴1与所述母轴2轴向相对运动时，所述球形件7滚动，且在旋转时受所述板簧9的限制而传递扭矩。
圆柱件8用作第二扭矩传递件，它们使得所述公轴1和所述母轴2可作轴向相对运动并在旋转时传递扭矩，所述圆柱件8可滑动地插入所述公轴1的两条基本上均呈圆弧形或格特式拱形的轴向槽4，4与所述母轴2的两条基本上均呈圆弧形或格特式拱形的轴向槽6，6之间，因而构成了第二扭矩传递装置。
槽3b，3b在所述公轴1的轴向槽3的两侧上，且沿轴向平行于所述槽3延伸，阶梯部3a，3a形成于所述轴向槽3与所述槽3b，3b之间。截面基本上呈M形的板簧9两端分别向下延伸到所述槽3b，3b的底部，同时最顶端部与所述阶梯部3a，3a接触，以便分别夹持所述阶梯部3a，3a。因而，通过设置在所述公轴1的轴向槽3两侧的阶梯部3a，3a，所述板簧9在其凹部9c，9c被锁止，由此整个板簧9在传递扭矩时不能沿圆周方向运动，在不传递扭矩时，所述板簧9分别向所述球形件7和所述圆柱件8，8施加预压力以使得其不能造成相对于所述母轴2有任何间隙，而在传递扭矩时，所述板簧9将弹性变形，以用于在所述公轴1和母轴2之间将球形件7限制在圆周方向。
如图4C所示，在所述公轴1上的其中设置有两个圆柱件8和所述板簧9的两侧端的位置形成有两条外围槽11。而且，如图4A所示，板簧9沿轴向的两端形成有突起部9a。如图3所示，两个止动环11装配在所述两周向槽10中，从而沿轴向固定两圆柱件8，并使所述板簧9的突起部9a与止动环11的内周面牢固接合。沿轴向形成在所述板簧9两端的突起部可各具有图4B中标记9b所示的形状。
多个球形件7由保持器12支撑，且滑动时，所述止动环11控制所述球形件7与所述保持器12沿其轴向运动。
在该结构的伸缩轴中，所述球形件7与圆柱件8插入所示公轴1和所述母轴2之间，且所述板簧9向球形件和圆柱件8施加预载荷以使得不造成相对于所述母轴2有间隙，从而可以可靠地避免所述公轴1与所述母轴2间的间隙，并使得所述公轴1和母轴2作轴向相对运动时，它们能在没有间隙的情况下以稳定的滑动载荷滑动。
如果所述滑动表面为现有技术中所述的纯粹可滑动表面，仅需要将防止间隙的预载荷限制一定的水平上。这是由于滑动载荷等于摩擦系数乘以预压力，如果希望防止间隙并同时提高伸缩轴的刚度时，增加预载荷，接着是该情形进入滑动载荷增加的恶性循环。
在这一方面，第一实施例部分地采用了滚动装置，因而可以使预载荷增加而没有造成滑动载荷的显著升高。这能达到防止间隙和提高刚度的目的，而现有技术不能实现。
根据第一实施例，当传递扭矩时，所述板簧9弹性变形，以在所述公轴1和母轴2之间将球形件7限制在圆周方向上。此外，将两圆柱件8插入所述公轴1和母轴2之间起到主要的传递扭矩的作用。
例如，在从所述公轴1输入扭矩的情况下，在起始状态仍向板簧9施加了预载荷，没有间隙产生，同时所述板簧9产生所述扭矩的反作用(扭矩)，从而传递扭矩。此时，所述公轴1，所述板簧9，所述球形件7和所述母轴2间的扭矩传递量与所述公轴1，所述圆柱件8和所述母轴2间的扭矩传递量相平衡，从而进行总扭矩传递。
随着扭矩进一步增加，所述圆柱件8受到比所述球形件7更大的反作用(扭矩)，由于通过圆柱件8所述公轴1和母轴2间在旋转方向上的间隙小于通过球形件7在所述公轴1，板簧9，球形件7及母轴2间的间隙，结果扭矩主要由所述圆柱件8向所述母轴2传递。因而能可靠地防止所述公轴和母轴2间在旋转方向上的间隙，并能以具有高刚度的状态传递扭矩。
所述球形件7优选是刚性球。而且所述刚性圆柱件8优选是表针。
通过线接触使所述圆柱件(下文中称作滚针)8受到载荷，且因而圆柱件8可限制接触压力低于滚珠通过点接触受到的载荷等等，会产生许多效果。因此，下面几项优于全部列(各条槽)都采用滚珠结构时的场合。
●滑动部分的衰减/缓冲能力强于滚珠结构。因而吸震性能高。
●如果传递相同的扭矩，所述滚针可将接触压力限制到低于所述滚珠(的压力)，因而可降低轴向长度，并能有效地利用空间。
●如果传递相同的扭矩，所述滚针可将接触压力限制到低于所述滚珠(的压力)，因而不需要热处理等来硬化所述母轴的轴向槽表面的额外的过程。
●可以减小零件数量。
●可提高组装性。
●限制了组件的费用。
因此，所述滚珠8承担了在所述公轴1和所述母轴2之间传递扭矩的主要作用，而且与所述母轴2的内周表面滑动接触。与传统的花键配合相比，所述滚针的使用具有以下优点。
●所述滚针可大规模生产，因而其费用极低。
●所述滚针在热处理之后抛光，因而其表面硬度高和耐磨性优良。
●所述滚针经过抛光，因而其表面粗糙度精细，滑动时的摩擦系数低，从而可将滑动载荷限制得很低。
●可根据使用条件改变滚针的长度和设计，因而在不改变设计理念的情况下，它可具有各种灵活的应用。
●在可能根据使用条件必须降低摩擦系数的情况下，仅通过实施对滚针的表面处理就可改变其滑动特性。因而在不改变设计理念的情况下，可具有各种灵活的应用。
●由于以区别于几微米的大直径方式生产所述滚针成本较低，通过选择滚针直径，可将所述公轴、滚针和母轴之间的间隙限制到最小。因而，有利于所述轴在扭转方向上刚度的改进。
另一方面，与所有列滚针和所有列可滑动结构相比，部分采用球形件7(下文称作滚珠)7具有下述优点。
●滚珠摩擦阻力低，因而可将滑动载荷限制很低。
●滚珠的使用可增加预载荷，从而可同时获得长期地防止间隙和高刚度的效果。
图5是示出了第一实施例中车辆转向伸缩轴的滑动载荷与行程之间的关系的曲线图。图5示出了与使用了滚珠结构的车辆转向伸缩轴的行程与滑动载荷之间的对比关系。从该对比中可以理解第一实施例中所述车辆转向伸缩轴能限制滑动载荷的波动，并表现出平滑的滑动特性。
而且，如图5所示，根据第一实施例，极具优势的一点是整个扭矩区上的滑动载荷波动小。甚至在任何如公开号DE3730393A1的德国专利申请中已公开的结构中，在试图消除圆周方向上的间隙并达到圆周方向上的高刚度时必定需要高的预载荷，结果滑动载荷以滚珠转动周期波动。不利的一点是作为用于转向的轴，这会产生不舒适的转向路感。不同于上述，根据本发明的第一实施例，表现极好滑动性能的所述滚针8结合所述滚珠7一起使用，因而可在限制滑动载荷升高的同时由于所述滚珠7的滚动而限制扭矩波动。
此外，当设计用公开号为DE3730393A1的德国专利申请所公开的结构来确保径向(垂直于轴向的方向)上的高刚度时，一定要加长滚珠所插入的长度，这受限于空间，而且是不利的。此外，不利之处是对于该申请中公开的结构，所述公轴很容易绕着所插入的滚珠沿径向落下，当作为用于转向的轴时，这种性能造成不舒适的转向路感。根据第一实施例，所插入的滚针8在所述滚珠7作往复运动的整个区域上延伸，因而可确保高的径向刚度。
(第二实施例)图6是本发明第二实施例中车辆转向伸缩轴的横截面图。
第二实施例与第一实施例的区别点在于第一实施中所述第一扭矩传递件使用刚性球形件7，而相反的，第二实施例中圆柱件14作为第一扭矩传递件被插入以便能够滚动。
在第二实施例中，所示母轴2具有轴向槽13，轴向槽13的底面是平的，许多圆柱件14的轴向设置为垂直于所述公轴1和母轴2延伸的方向，且保持器15保持这些圆柱件14。其它的结构等与第一实施例中的对应结构相同。
自然地，第二实施例也具有第一实施例中那些相同的特征，有效地防止间隙，同时对旨在进一步提高扭转刚度和耐用性的情况时是有效的。所述球形件7通过点接触受到载荷，而相反，所述圆柱件14通过线接触受到载荷(确切地说，由于球形件和圆柱件都不是理想的刚性件，球形件具有圆形或椭圆形的接触表面，而圆柱件具有椭圆或细长的接触表面)。也就是说，所述圆柱件14比通过第一实施例中的球形件7受到更高的载荷。因而具有可以提高施加到圆柱件14上的预载荷的效果，且与第一实施例相比，整个伸缩轴扭转方向的刚度增大。圆柱件14优选为滚针。
(第三实施例)图7是本发明第三实施例中车辆转向伸缩轴的分解立体图。图8是图7示出的保持器的立体图；在上述的第一实施例(图3和4)中，设置在所述公轴1和母轴2之间的所述保持器12具有多个沿轴向延伸的通孔，并保持作为第一扭矩传递件的例如球形件7。当所述公轴1与母轴2相对运动时，所述保持器12也与之相应地移动。
然而，多个球形件7分别容纳在多个通孔中，因而很可能产生速度差，且滑动阻力也不稳定。
鉴于这种情况，根据第三实施例，出于稳定滑动阻力的考虑，所述保持器12形成有整个的用于容纳多个球形件的细长孔12a，如图7和8所示。这是因为如果在有限的空间中所述保持器12具有支柱或隔离件，所用球形件7的数目将会减少，且如果不使用所述保持器12，尽管可容纳更多的球形件7，但所述球形件7将会很分散。
根据第三实施例，由于沿轴向延伸的单个细长孔12a，所述保持器12能够允许所述球形件7之间的速度差，因而稳定了滑动阻力。而且，去掉了所述保持器12的支柱或隔离件使得保持器能容纳的球形件增多，因而降低了每个球形件7的接触压力。
(第四实施例)图9是本发明第一实施例中车辆转向伸缩轴的横截面图。图10是本发明第四实施例中车辆转向伸缩轴的横截面图。图11是图10所示的保持器的立体图。
在上述的第一实施例(图3和4)中，设置在所述公轴1和母轴2之间的所述保持器12具有多个沿轴向延伸的通孔，并保持所述球形件7。当所述公轴1与母轴2相对运动时，所述保持器12也较相应地移动，且该沿轴向的运动受所述公轴的止动环11的控制。
然而，如图3，4和9所示，所述保持器12的端面为简单的切割面，以致于担心移动时该断面不能接触在所述止动环11上，和该轴向运动不受所述止动环11的控制。
在这种情况下，根据第四实施例，出于确保将所述保持器12接触在所述止动环11上的考虑，所述保持器12的端部分别具有与保持器成一体的舌状块12b。所述舌状块12b不限制文中所述的结构。
因而，在所述保持器12的端部具有扩展为较大的舌状块12b。从而，当所述保持器12移动时，其端面的舌状块12b可靠地靠在所述止动环11上，从而确保轴向运动受所述止动环11的控制，且能防止所述保持器12遭破坏。
(第五实施例)(第五实施例的第一个示例)图12是本发明第五实施例的第一例中带有万向节联轴器的车辆转向伸缩轴的竖截面图。图13A至E分别示出了第一例中母轴的示例。图14示出了第一例中母轴的实例。图15A至15E分别示出了第一例中公轴的示例。
如图12所示，根据本发明第一示例，作为转向用的中间轴，所述公轴1与所述转向轮一侧的万向节20的轭21连接，而所述母轴2与转向齿轮一侧的万向节22的轭23连接。可用止动板11a代替止动环11。其它的结构和操作与上述实施例中的那些相同。
所述转向轮一侧的安装可以和所述转向齿轮一侧的安装调换。
其次，图13A至13E和14示出了用作转向轴的母轴2的示例。
图13A和13B示出了所述母轴2与轭23的分组件(局部装配)状态的示例，其中所述轭23装配到母轴2的内部直径部分，如此用焊接的方法将它们组装起来。所述母轴2由大直径圆柱部和小直径圆柱部构成，所述轭23装配到大直径圆柱部上，小直径圆柱部内表面具有轴向槽5，6。
图13C示出了该分组件状态的另一示例，其中所述母轴2和轭23相互配合，如此通过焊接将它们组装起来。所述母轴2具有在其整个长度上延伸的轴向槽5，6。
图13D示出了该分组件状态的另一示例，其中所述母轴2的末端形成有锯齿部，锯齿部与所述轭23配合，并通过敛缝(caulking)所述母轴2的最末端部分而与其连接。
图13E示出了相当于该分组件的又一示例，其中所述母轴2和所述轭23通过冷压/冷加工等方法模制在一起。
图14示出了相当于该分组件的又一示例，其中所述母轴2具有与其成一体的轴件24，轴件24末端部分具有锯齿，以用于配合紧固轭(未示出)的螺栓。
其次，图15A至15E示出了作为转向用的中间轴的公轴1的示例。
图15A示出了所述公轴1和轭21的分组件状态的示例，其中所示公轴1被装配到所述轭21中，此后用焊接将它们连接在一起。所述公轴1具有阶梯部10a，所述止动板11a装配到阶梯部10a上。
图15B示出了所述公轴1和轭21的分组件状态的示例，其中所示公轴1被装配到所述轭21中，此后用焊接将它们连接在一起。所述公轴1在其整个长度上形成有延伸的轴向槽3，4。
图15C示出了相当于该子组件的另一示例，其中所述公轴1和轭21通过冷压等方法模制成一体。
图15D示出了所述公轴1和轭21的子组件状态的示例，其中在所述公轴1的末端部分具有锯齿部，锯齿部装配到所述轭21中，并通过敛缝所述公轴1的最末端部分与轭21连接。
图15E示出了所述公轴1和轭21的子组件状态的示例，其中所述公轴1的末端部分装配到所述轭21中，并通过敛缝所述公轴1的最末端部分与轭21连接。所述公轴1在其整个长度上形成有延伸的轴向槽3，4。
(第五实施例的第二示例)图16是本发明第五实施例的第二示例中车辆转向伸缩轴的竖截面图。图17是图16所示的母轴的竖截面图。图15A至15E分别示出了第二示例中所述公轴的示例。
如图16和17所示，在第二示例中，所述母轴2作为转向用的主轴，具有与其成一体的轴件25。该轴件25设置成其末端部分安装转向轮(未示出)。第二实施例中所述伸缩轴作为具有收缩功能的转向轴使用。
其次，图15A至15E示出了所述公轴1的示例，所述公轴作为转向用的主轴。
图15A示出了所述公轴1和轭21的分组件状态的示例，其中所述公轴1装配到所述轭21中，此后用焊接将它们连接在一起。所述公轴1具有阶梯部10a，所述止动板11a装配到阶梯部10a上。
图15B示出了所述公轴1和轭21的分组件状态的示例，其中所示公轴1被装配到所述轭21中，此后用焊接将它们连接在一起。所述公轴1在其整个长度上形成有延伸的轴向槽3，4。
图15C示出了相当于该子组件的另一示例，其中所述公轴1和轭21通过冷压等方法模制成一体。
图15D示出了所述公轴1和轭21的子组件状态的示例，其中在所述公轴1的末端部分具有锯齿部，锯齿部装配到所述轭21中，并通过敛缝所述公轴1的最末端部分与轭21连接。
图15E示出了所述公轴1和轭21的子组件状态的示例，其中所述公轴1的末端部分装配到所述轭21中，并通过敛缝所述公轴1的最末端部分与轭21连接。所述公轴1在其整个长度上形成有延伸的轴向槽3，4。
(第六实施例)图18是现有技术中一示例的车辆转向伸缩轴的主要部分的横截面图。图19是本发明第六实施例车辆转向伸缩轴的主要部分的横截面图。以预定的曲面形状(如哥特式拱形/尖端拱形)分别形成成对的轴向槽3，4和5，6，所述滚珠7和滚针8接触在所述成对的轴向槽上。这也被例如日本专利申请特开No.2001-50293公开。
如图18所示，在以预定曲面形状(G，哥特式拱形)形成轴向槽3至6的槽结构的情况下，所述滚珠7和滚针8以接触点(C)接触在其上，以下将对初始接触较角，扭转刚度和接触压力(Pmax)进行说明。
对于初始接触角，如果加载(±)扭矩，所述滚珠7和滚针8沿着具有曲面构形(G，哥特式拱形)的轴向槽3至6以改变接触角(点)的方式移动。此时，如果以向前的→相反的(正→反)方向加载扭矩，摩擦力致使所述滚针7和滚针8停留在那里。结果，扭转刚度会产生迟滞/滞后。由于分散了公差，所述滚珠7或滚针8的接触点(C)达到了所述槽底部附近更近的地方，接触角变得更浅(shallower)，而迟滞变得更大。而且，额定设计位置的接触角很难达到。
对于扭转刚度，在低扭矩区，所述扭矩较低，然而，当扭矩增加时，接触点改变，同时接触角变大。因而，在高扭矩区获得了高刚度。
对于接触压力(Pmax)，在低-高扭矩状态，形成接触椭圆，因而限制了尤其是所述滚珠7的接触面压力的升高。
因而，在以曲面形状(如哥特式拱形)形成轴向槽3至6的槽结构的情况下，在高扭矩区，所述扭转刚度和接触压力(Pmax)很优良。
然而，对于初始接触角，当所述滚珠7等邻接以曲面形状形成的轴向槽3等时，由于形状误差(公差)间隙Min-Max，在组装时，会发生所述滚珠7等不总是接触轴向槽3等内的同一位置，不能一定确保所述初始接触角。
在这种情形下，需要以利用在高扭矩区表现出优良的扭转刚度和接触压力(Pmax)的曲面形状(如哥特式拱形)的方式，确保组装时(扭矩0)的初始接触角。
根据第六实施例，如图19所示，以曲面的形状(如哥特式拱形)形成轴向槽3至6的浅区，同时以平面形状(F)形成其深区，其中例如所述球形件7用作为第一扭矩传递件，例如所述圆柱件8用作为第二扭矩传递件，所述球形件7和圆柱件8接触在其曲面部和平面部之间的分界点附近的槽上。
因而，比接触点(C)深的区域形成在平面形状(F)，因而在组装时，所述球形件7和圆柱件8不受形状误差(公差)间隙Min-Max的影响，从而可以确保所需的或者比所需的接触角大的接触角。
因而，在将曲面形状(G，哥特式拱形)与平面形状(F)结合的情况下给出以下说明。
关于初始接触角，组装时，在所述球形件7和圆柱件8接触在平面区(F)上的情况下，很容易获得初始(设计)接触角，而不受公差在径向上分散的影响。
关于扭转刚度，在低扭矩区域，因为球形体7和圆柱件8邻接平面形状(F)，获得了如设计值所示的初始接触角，所以获得了高扭转刚度。
另一方面，在槽结构为平面形状(F)的区域，如果扭矩变大，会发生弹性变形，扭转量增加。因此，高扭矩区的刚度低于哥特式拱形中的刚度。
然而，根据第六实施例所述曲面形状(G，哥特式拱形)结合了平面形状(F)。因而，所述球形件7和圆柱件8接触在表现出良好的扭转刚度的曲面形状(G，哥特式拱形)上，其中当扭矩增大时，接触点随之变化，接触角升高。结果，即使在高扭矩区，也可获得高的刚度。
关于接触压力(Pmax)，在槽结构为平面形状(F)的区域，随着扭矩的升高，所述滚珠的接触压力变高。
然而，根据第六实施例，当施加扭矩时，球形件7和圆柱件8的接触点逐渐地在所述曲面形状(G，哥特式拱形)上移动，因而限制了接触压力的升高。
据以上所述，在第六实施例中，曲面形状(G，哥特式拱形)与平面形状(F)结合，以致于在低扭矩区，所述球形件7和圆柱件8接触在平面形状(F)上，从而获得设计值所显示的初始接触角，并可获得高扭转刚度；另一方面，在高扭矩区，所述球形件7和圆柱件8接触在曲面形状(G，哥特式拱形)上，从而获得高刚度，并且，对于接触压力(Pmax)，可限制接触压力的增加。
(第七实施例)图20A和20B分别是本发明第七实施例中车辆转向伸缩轴的竖截面图，示出了车辆出现二次碰撞时的收缩状态。图21A和21B是图20所示的车辆转向伸缩轴的竖截面图，示出了车辆出现二次碰撞时的收缩状态。图22A至22D是曲线图，它们分别示出了图20和21所示的车辆转向伸缩轴的滑动载荷与行程之间的关系。
作为第七实施例的背景技术，车辆转向伸缩轴可以以相对低而稳定的滑动载荷(如50N或50N以下)轴向滑动(伸缩)，以进行伸缩调节。
另一方面，在车辆发生二次碰撞时，通过产生高的滑动载荷，由设置在转向管柱上的冲击吸收装置来吸收二次碰撞由车辆的后部向其前部作用的冲击能。
仅靠设置在管柱侧的冲击吸收装置的冲击吸收导致了该冲击吸收装置尺寸变大等等。因而，为了达到变小和降低该管柱侧冲击吸收装置的重量，需要为管柱侧冲击吸收装置添加在转向轴部分也起到吸收冲击能的作用。
在这种情况下，根据第七实施例，如图20和21所示，或者如上述实施例所说明的，在所述公轴1和母轴2之间插入由例如作为弹性件的板簧9偏压的作为第一扭矩传递件的球形件7，和作为第二扭矩传递件的两个圆柱件8。依此布置，在正常时间，伸缩功能和车体的位移吸收功能以较低的滑动载荷表现出来。另一方面，当二次碰撞发生时，其产生的冲击能通过产生高滑动载荷来补充吸收。
具体地，当二次碰撞发生时，由于冲击能从车辆的后方向前方作用，转向轴的伸缩轴收缩，依次参见图20A→20B→21A→21B。
而且，在图22中，图22A示出了图20A的状态，图22B示出了图20B的状态，图22C示出了图21A的状态，图22D示出了图21B的状态。
图20A和20B示出的状态(对应于图22A和22B)为正常时间的状态，其中伸缩功能和车体的位移吸收功能以较低的滑动载荷表现出来。球形件7产生滚动功能和圆柱件8产生滑动功能。因而可将滑动载荷限制很低。
二次碰撞开始时，伸缩轴在伸缩轴的收缩方向依次按图20A→图20B→图21A的顺序行进/产生行程。如图21A所示，所述球形件7最终接触公轴1的槽端部(切割(cut-up)部分)26，因而再不能滚动。在这种情形下，如图22C所示，产生高的滑动载荷，以开始对冲击能的补充吸收。
如图21B所示，当向公轴1强加更大的载荷时，所示球形件7开始在母轴2和槽之间滑动。根据该运转方式，所述伸缩轴的收缩和紧缩都表现为滑动运动，因而，如图22D所示，可以获得所述高的滑动载荷。因而，当二次碰撞发生时，就产生高滑动载荷，因而能补充吸收由二次碰撞所产生的冲击能。
据以上所述，在二次碰撞发生时，所述转向轴也起到吸收冲击能的作用，因而对管柱侧冲击吸收装置起补充作用。从而，可使侧冲击吸收装置变小和重量减小。
而且，第七实施例中，所述管柱侧冲击吸收装置与转向轴一侧的冲击吸收装置结合，从而，可交错冲击能的吸收时间。使用该装置，第七实施例中的轴侧吸收装置在碰撞的初始阶段不进行低载荷的能量吸收。随着撞击的进行，管柱侧的主吸收装置可吸收高载荷的能量。因而可在有限的空间内高效地吸收冲击能。而且，如果不特别设置主能量吸收装置，取决于如何结合其它约束性辅助设备，如安全气囊系统，座椅安全带等，该系统也可运转良好。这还能进一步减轻重量和降低费用。
转向所用的中间轴也可使用第七实施例中的那些功能。该中间轴可以如下分别使用。在低滑动载荷的范围内，使用中间轴以提高车辆的组装特性或者吸收车体的相对位移，而对于在高滑动载荷的范围内，使用它可吸收由首次或二次碰撞所产生的能量。
(第八实施例)图23A是本发明第八实施例中车辆转向伸缩轴的竖截面图。图23B是沿图23A中线b-b的横截面图。图24是第八实施例中车辆转向伸缩轴的分解立体图。
图25和图26是曲线图(当固定公轴或者母轴的一端，从另一端输入扭矩时所获得的特性线)，分别示出了伸缩轴扭矩和旋转角之间的关系。
在上述第一实施例中，在一对轴向槽3，5中设置一对第一扭矩传递件7，在两对轴向槽4，6中设置两块第二扭矩传递件，相对于所述一对轴向槽3，5，两对轴向槽4，6以120度的等间隔设置在圆周方向上。
和该布置相比，根据第八实施例，如图23所示，作为第一扭矩传递件的球形件7通过作为弹性件的板簧9设置在三对轴向槽中，所述三对轴向槽分别以120度的等间隔设置在圆周方向上，因而构成了第一扭矩传递装置。作为第二扭矩传递件的圆柱件8设置在三对轴向槽4，6中，所述三对轴向槽4，6在圆周方向上以相互间隔60度设置在三对轴向槽3，5之间，因而构成第二扭矩传递装置。
作为第八实施例的背景技术，由于每种车辆所要求的性能不同，就需要扭转刚度的各种特性。迄今，每当该所要求的特性变化时，都通过改变结构，如改变轴的直径，或者使用弹性件来获得所述要求的灵活性。
然而，在这种情况下，必须准备具有各种结构与不同弹性特性的部，件，这就造成了部件数量和成本的增加。
对这种情况，根据第八实施例，由于以在几微米的基础上改变圆柱件8的外径的方式能将其以较低的成本生产出来，通过适当的选择圆柱件8的直径或者组合其直径，可任意设定公轴，圆柱件8和母轴2的间隔。如下文中所记载的，这种设计使得可很容易地调整伸缩轴的扭转刚度特性。
例如，如图23B所示，在选定具有相对较大的直径的圆柱件8的情况下，取Δs为所述公轴1和圆柱件8之间的间距或者圆柱件8与母轴2之间的间距，Δs的特性如图25所示的扭转刚度特性曲线所示表现为Δs1。
Δs1为主要是板簧9弯曲的区域，也是板簧9的弹性特性出现的区域。当加载扭矩时，圆柱件8靠得很紧，扭转刚度变得比板簧9的区域中更高。
如上所述，在选定具有相对较大的直径的圆柱件8而Δs较小的情况下，板簧9起作用的区域很小，因而，整个伸缩轴的扭转刚度升高。板簧9的弹性特性影响到转向时的路感。因而，在这种情况下，异常噪声和振动不会产生问题，这对要求高刚度的强烈路感的情况是可取的异常噪声，低刚度区可得到最大程度的降低。
相反地，在选定具有相对较小的直径的圆柱件8情况下，Δs会增大，由图26中的Δs2示出，板簧9起作用的区域变大。因而，作为转向路感，这对于从路面与从动力转向装置传递的异常噪音，振动等难以传递给的手柄的情况是可取的，且可以增大板簧9起作用的低刚度区域。
据以上所述，根据第八实施例，取决于上述车辆特性的各种不同要求，可以较低的成本满足，而不用改变基本结构，也不用增加部件的数量。
(第九实施例)图27是DE373039中图7所示的传统示例中车辆转向伸缩轴主要部分的横截面图。图28是本发明第九实施例中车辆转向伸缩轴主要部分的横截面图。图29是图28所示的车辆转向伸缩轴主要部分的横截面图，示出了其一种操作方式。图30A是曲线图，示出了传统示例中伸缩轴扭矩与旋转角之间的关系。图30B是曲线图，示出了第九实施例中伸缩轴扭矩与旋转角之间的关系。
作为第九实施例的背景技术，例如，在预载荷装置基于图27所示的传统示例中板簧结构的情况下，固定所述公轴1，在从母轴2输入扭矩T时，板簧30将滚珠7强力推压在接触点30br上。此时，所述板簧30以轻微的偏离沿着扭矩施加的方向在公轴1上移动。然后，板簧30在板簧30和公轴1之间的接触点30ar受到很强的反作用扭矩的同时用作传递扭矩T。板簧30还在另一接触点30a1上接触公轴1，并被强力推压向接触点30ar。当在此状态反向输入扭矩T时，所述滚珠7开始沿相反的方向移动，但由于和公轴1的摩擦力，板簧30起作用而停留在那个位置。随着扭矩的进一步增大，当滚珠7移动时，接触点30a1和30b1相互强力接触。图27和29中ΔA表示加载扭矩T时滚珠7的移动量。
图30A示出了用曲线图来表示该现象。当施加向前方向的扭矩和施加相反方向的扭矩时，没有一致地表现出相同的扭转刚度，并出现了迟滞量A。如果该迟滞很大，对转向的响应会降低。
在这种情况下，根据第九实施例，如在第一实施例中，在公轴1的轴向槽3的两侧形成平行于槽3沿轴向方向延伸的槽部分3b，3b，且在轴向槽3和槽部分3b，3b之间形成阶梯部3a，3a。截面呈M形的弹性件9的两侧端分别向下延伸到槽部3b，3b的底部，和其前侧部接触在阶梯部3a，3a上，以便分别压紧阶梯部3a，3a。因而，弹性件9的凹部9c，9c与设置在公轴1的轴向槽3两侧的阶梯部3a，3a接合，因而整个弹性件9在传递扭矩时不能沿圆周方向移动。
所述弹性件9如此形成并因而在汽车转向轴使用的伸缩轴中能长时间地限制发出异常噪声，并降低旋转方向上的间隙所引起的转向路感变差。此外，在沿轴的旋转方向以顺时针和逆时针交替施加扭矩时，考虑到以低成本提供小迟滞的结构，弹性件9的特性为预载荷将具有两个功能，其一为通过将其以某一固定接触角接触在作为第一扭矩传递件的例如球形件7上的方式产生轴向和圆周方向上的预载荷的功能；其二为仅在圆周方向产生预载荷的功能。
前述的弹性件9作为板簧9是优选的。迄今为止，已有在第九实施例中使用板簧9作为预载荷装置的方法，然而，其特性没有达到满足作为转向轴的性能水平。其原因在于在沿轴旋转方向施加顺指针和逆时针扭矩的情况下出现的迟滞问题。
在第九实施例中，如上所述，板簧9特征在于该结构具有两种功能其一为通过将其以某一固定接触角接触在球形件7上的方式产生轴向和圆周方向上的预载荷的功能；其二为仅在圆周方向产生预载荷的功能，因而提供能在施加反向扭矩的情况下使迟滞最小的结构，如图28，29和30B所示。
如图28所示，当没有输入扭矩时，该反作用(预载荷)作用于板簧9，并均匀作用于以滚珠7为中心的左侧和右侧。反作用9er(9e1)和9dr(9d1)与球形件7接触的点9fr(9f1)平衡。此时，如图29所示，公轴1被固定，在从母轴2输入扭矩T时，将球形件7强力推压向与板簧9的接触点9fr。此时，球形件8在板簧9和公轴1之间的接触点9er受到很强的反作用的同时起作用以传递扭矩T。
同时，板簧9和公轴1之间接触点9d1的反作用力增大。该反作用力变成将球形件7移回到中心的力。当从该状态反向输入扭矩时，借用在接触点9d1产生的反作用力，板簧9自然地返回到原始位置。甚至在用该定中心功能的作用使扭矩反向时，也可以获得迟滞极小的特性。
图30B是示出了该特性的曲线图。迟滞A和B的关系为A＞B，其中可保持转向时的响应性能极好的状态。
如上所述，形成板簧9以结合通过将其以某一固定接触角接触在球形件7上的方式在轴向和旋转方向上产生预载荷的功能和仅在旋转方向产生预载荷的功能，从而可获得转向时的极好的响应特性。
(第十实施例)图31A是本发明第十实施例中车辆转向伸缩轴的竖截面图。图31B是沿图31A中线b-b的横截面图。图32是曲线图，示出了第十实施例中滑动载荷与行程之间的关系。
在上述的第一实施例中，所述一对第一扭矩传递件7设置在一对轴向槽3，5中，所述两个第二扭矩传递件8设置在所述两对轴向槽4，6中，相对于该一对轴向槽3，5，两对轴向槽4，6以120度的等间隔设置在圆周方向上。
和该布置相比，根据第十实施例，作为第一扭矩传递件的球形件7通过作为弹性件的板簧9设置在三对轴向槽3，5中，该三对轴向槽分别以120度的等间隔设置在圆周方向上，因而构成了第一扭矩传递装置。作为第二扭矩传递件的圆柱件8设置在三对轴向槽3，5中，因而构成第二扭矩传递装置。第二扭矩传递件8最好分别沿圆周方向设置在上述三对轴向槽3，5之间的中心部分。
第十实施例表现出下述作用和效果。
在不施加扭矩的情况下所示板簧9和球形件7被插入公轴1和母轴2之间，且一直施加预载荷，因而保持在无间隙状态。在这种状态下，当其沿轴向伸长或收缩时，所述球形件7会发生滚动，而所述圆柱件8会发生滑动。此时，滑动载荷主要取决于球形件7的滚动。所述圆柱件8在公轴1和母轴2之间以轻轻地接触公轴1和母轴2的方式滑动。
在施加小扭矩的情况下随着施加的扭矩逐渐增大，公轴，板簧9，球形件7和母轴2之间的接触压力逐渐升高。由于该升高，板簧9开始沿旋转方向变弯曲。因为板簧9在旋转方向变弯曲，所以在公轴1、圆柱件8和母轴2之间的接触压力逐渐升高。在该状态滑动时，与圆柱件8相关的接触压力变得比不施加扭矩时的大，因而滑动载荷也有所增大。在该状态，大到足以造成球形件7压痕的接触压力既不在板簧9上产生，也不在母轴2上产生。例如，在从扭矩为零的状态施加等于或者小于约5Nm扭矩的条件下，施加到球形件7上的载荷大于施加到圆柱件8上的载荷，扭转刚度特性受到板簧的弹簧刚度常数的影响。
在施加大扭矩的情况下当施加大扭矩时，扭矩主要施加在公轴1，圆柱件8和母轴2之间，因而公轴1、板簧9，球形件7和母轴2之间产生的接触压力不会升高太多。所述公轴1，圆柱件8和母轴2之间的接触为线接触(其精确的定义为细长的椭圆接触)，因而它们能经受远大于通过球形件7的点接触的载荷。在该状态滑动时，通过圆柱件8的接触压力升高，以致于滑动载荷变得比施加小扭矩的状态时大。在施加的扭矩超过约5Nm的情况下，可靠地传递扭矩的功能优选于伸长/收缩功能。可以说如果从车辆转向伸缩轴所需的伸长/收缩功能和无间隙地扭矩传递功能的方面看，就具有了充分的滑动性能。
根据第十实施例，如图32所示，文中给出的很有利的一点是滑动载荷在整个扭矩区的波动小。在任何如公开号为DE3730393A1的德国专利申请中所公开的结构中，如果试图用消除圆周方向上的间隙来达到圆周方向上的高刚度时必定需要施加大的预载荷，结果滑动载荷以滚珠滚动周期波动。不利的一点是作为用于车辆转向的轴，这会产生不舒适的转向路感。不同于上述，根据第十实施例，表现极好滑动性能的所述圆柱件8结合所述滚珠7一起使用，因而可在限制滑动载荷升高的同时限制由于所述滚珠7的滚动造成的扭矩波动。
而且，在用公开号为DE3730393A1的德国专利申请所公开的结构中，如果试图用来确保径向(垂直于轴向的方向)上的高刚度时，一定要加长滚珠所插入的长度，而由于这受限于空间，因而是不利的。此外，在采用该公开的结构的情况下，所述公轴倾向于绕着所插入的滚珠落下，且不利的一点是，作为车辆转向伸缩轴，该特性会产生不良的转向路感。根据第十实施例，圆柱件8插入在所述球形件7作往复运动的整个区域上，因而可确保高的径向刚度。
通过每三个列等同配置(均匀配置，equi-disposed)的结构的优点球形件7加上板簧9的列均匀地设置在三个位置，由此公轴1处于从母轴2浮起的状态。因而，在施加扭矩时，公轴1和母轴2的轴向中心移动到两轴平衡最好的位置。例如，即使在已装配状态中的公轴1稍偏心于母轴2，当施加扭矩时，该两轴1和2就变成同中心。因而，当施加扭矩时，总能获得稳定的扭转刚度。而且，圆柱件8设置在球形件7的列之间，因而其优势为在受到扭矩时圆柱件8受到平衡良好的载荷。
在第十实施例与第一实施例的比较中，根据第十实施例，预载荷通过板簧9作用的扭矩落入0至约±5Nm的范围内。作为对比，第一实施例没有公开预载荷作用于扭矩的任何数值。
该第十实施例具有能传递比第一实施例更大的扭矩的特征。根据第一实施例，不能导致球形件7由预载荷作用产生过大的接触压力载荷的扭矩最大约为2Nm。如果扭矩增大到超过2Nm，就施加了过大的接触压力。过大的接触压力也施加的球形件7上，结果球形件7可能出现压痕，滑动功能恶化。与此相比，根据第十实施例，通过三列交替的平衡良好的布置，等同地设置所述球形件7和圆柱件8，结果预载荷传递的扭矩可升高到5Nm，而不会造成滑动载荷的任何增加。
在第十实施例中，基于同一原因，在所述板簧9弯曲到底之前所述圆柱件8靠得很紧，因而使得可限制球形件7的接触压力，并可设定最大的传递扭矩比第一实施例中大。
所述球形件7优选为滚珠，而且，所述圆柱件8优选为滚针。
(第十一实施例)图33A时本发明第十一实施例中车辆转向伸缩轴的竖截面图。图33B是沿图33A中线b-b的横截面图。图34A是图33所示的保持器的立体图。图34B和34C分别示出了第十一实施例的各示例中保持器的立体图。图35A，35B及35C分别是第十一实施例的各个例子中保持器的立体图。
作为第十一实施例的背景技术，根据上述的第十实施例，在球形件7滑动时，由于施加的预载荷大小差异的影响，定义为第一扭矩传递件的各球形件7的所有圆周速度都不相同。因而，在滑动开始时，单个球形件7的相对位置发生变化，并发生这样的现象球形件7相互接触并在它们之间形成间隙。在不设置保持器的情况下，这种现象会出现，造成滑动阻力趋于增大或波动。
如上述第十实施例，在具有球形件7和圆柱件的复合功能的情况下，平均滑动载荷自身可以设定为稍大于只滚动时的情况，然而，由于上述现象对滑动载荷影响很小，即使不设置保持器，对该功能来说也不是问题。
但为了获得更稳定的滑动载荷，球形件7优选使用保持器保持。
在这种情况下，根据第十一实施例，在不干涉圆柱件8的情况下，用于以可滚动的方式保持球形件7的保持器40设置在公轴1和母轴2之间。
在第十一实施例中，如图33A和33B所示，构造第一扭矩传递装置，以便作为第一扭矩传递件的球形件7通过作为弹性件的板簧9设置在三对轴向槽3，5中，三对轴向槽3，5沿圆周方向以120度的间隔等同地设置。然后，在第二扭矩传递装置中，作为第二扭矩传递件的圆柱件8分别沿圆周方向设置在处于所述三对轴向槽3，5之间的中心部的轴向槽4、6中。
如图33A，33B，34A所示，用于在不干涉圆柱件8的情况下以可滚动的方式保持球形件7的所述保持器40设置在所述公轴1和母轴2之间。
呈圆筒形的该保持器40具有用于以可滚动的方式保持球形件7的三个细长孔41，且它还具有避免干涉的细长孔42，该避免干涉的细长孔42形成在与圆柱件8对应的位置，用于避免干涉圆柱件8。所形成的该避免干涉的细长孔42轴向方向上远长于细长孔41。
而且，在图34B的示例中，所述保持器40呈装底的圆筒形，其中壁部分43设置在其一端，除三个细长孔41之外，还形成有避免干涉开口槽44，该避免干涉开口槽44在其另一端开口。
在图34C的示例中，所述保持器40呈装底的圆筒形，其中壁部43设置在其一端，除三个细长孔41之外，形成避免干涉开口槽44，该避免干涉开口槽44在其另一端开口。
在图35A所示的示例中，呈圆筒形的保持器40具有三列多个圆孔45，用于以可滚动的方式支撑球形件，且还具有避免干涉细长孔42，该避免干涉细长孔42形成在与圆柱件8对应的位置，用于避免干涉圆柱件8。
在图35B的示例中，保持器40呈在其一端具有壁部分43的装底的圆筒形，并且除了所述三列多个圆孔45之外还具有在其另一端开口的避免干涉开口槽44。
在图35C所示的实施例中，保持器40呈装底的圆筒形，其中壁部分43设置在另一端，除三列多个圆孔45之外，还具有避免干涉开口槽44，该避免干涉开口槽44在其一端开口。
据以上所述，根据第十一实施例，球形件7和圆柱件8都处于同一轴向断面，并仍可支撑球形件7，从而改善了滑动功能(可稳定滑动载荷)。结果可获得舒适的转向路感。
所述球形件7优选为滚珠，而且，所述圆柱件8优选为滚针。
(其它相关事项)
可以说下述中可应用到本发明的所有实施例中。当在公轴1上设置两个圆柱件8时，可将圆柱件8固定到公轴1上，以通过敛缝圆柱件8附近的公轴1表面来将圆柱件8固定到公轴1上。保持器和滚动件被保持，以便不致于相互分离，从而可有利于组装。通过将母轴的前侧端向内部敛缝，来防止公轴被拉出，从而提供不可分解的结构。也可以使用经受热处理并被抛光的所述圆柱件8，14和球形件7。还可以使用表面经受含PTFE(聚四氟乙烯)或二硫化钼的树脂的树脂压膜/压层处理(resin layering)的圆柱件8。公轴1也可以利用由实心或空心钢产品通过冷拉法生产。公轴1还可以利用由铝材料通过冷拉法生产。公轴1还可以利用由实心钢或铝材料通过冷锻法生产。母轴2可利用由中空钢产品经过冷拉模方法生产。在对公轴进行冷锻时，希望对材料实施金属皂洗处理(磷化处理)。母轴可以由中空的钢产品作为原料来制造，其中在经受金属皂洗处理(磷化处理)之后，该钢产品经受管收缩或膨胀操作以达到所需的直径，可通过压力成形法来形成所述槽。母轴2可经受渗氮处理。还可以使用表面经受含PTFE(聚四氟乙烯)或二硫化钼的树脂的树脂压膜处理的母轴2。
而且，优选的是以下数值范围可在本发明的所有实施例中使用。
●汽车上应用的作为球形件的滚珠的直径为从3mm到6mm。
●作为圆柱件的滚珠的直径为3mm至6mm。
●滚珠直径和滚球与滚针的P.C.D比率约为1∶3.5至5.0。
●车辆所需的扭转强度通常等于或大于250Nm，在使用普通机械结构用碳钢的情况下，公轴的直径等于或者大于13mm。
●在施加100Nm扭矩的状态下，滚珠接触压力等于或者小于1500Mpa。
●在施加100Nm扭矩的状态下，滚珠接触压力等于或者小于2000Mpa。
●在不施加扭矩的状态下，滚针接触压力等于或者小于2000Mpa。
●板簧的板厚度和滚珠直径的比率约为1∶10至20。
与传统的产品相比，可以说本发明表现出以下优点。
●费用低。
●可获得稳定的低滑动载荷。
●不会引起间隙。
●抗腐蚀特性良好。
●抗热性能良好。
●重量可降低。
●装置体积小。
●在不改变设计理念情况下可灵活地使用于任何条件。
公开号为No.2001-50293的日本专利申请和公开号为DE3730393A1的德国专利申请都公开了通过弹性件施加预载荷的结构，其中多个滚珠插入形成在公轴上的轴向槽和形成在母轴上的轴向槽之间。作为对比，如上述的本发明远比采用全列滚珠结构的情况或者采用传统的花键配合的情况优良。
而且，公开号为EP1078843A1的欧洲专利申请公开了一种结构，其中通过调整器来防止间隙，调整器用于和滚针及保持器结合来防止间隙，但是，这是纯滑动结构，因而不能增加预载荷。因而长期地防止间隙并获得高的刚度极度困难。
与此对比，如上述的本发明部分地采用滚动结构，具有不同的间隙防止方式，因而表现出以下优点。
●由于摩擦阻力小，可将滑动载荷限制很低。
●可提高预载荷，并可同时达到长期防止间隙和高刚度。
如上所述，根据本发明，构成所述第一扭矩传递传递装置，以使得作为第一扭矩传递件的球形件通过用于预载荷的弹性件插入形成在公轴外周表面的轴向槽和形成在母轴内周表面的轴向槽之间；构成第二扭矩传递装置，以使得作为第二扭矩传递件的圆柱件分别插入形成在公轴外周表面和母轴内周表面的另外两对轴向槽之间。
当不传递扭矩时，由于球形件和圆柱件的使用，弹性件将预压力施加到球形件和圆柱件上，并使其靠在母轴上直到没有引起间隙的程度，从而可以可靠地防止在公轴和母轴之间产生间隙，并能使公轴和母轴在没有任何间隙的情况下以稳定的滑动载荷沿轴向滑动。
在传递扭矩时，构成弹性件以将球形件和圆柱件限制在圆周方向上，由此通过可靠地防止公轴和母轴之间旋转方向上的间隙以高刚度的状态传递扭矩。
本发明的实施例将滚珠作为球形件的示例，滚针作为圆柱件的示例，板簧作为弹性件的示例，但本发明的实施例并不限制于这些部件。此外，本发明不受限于上述的实施例，且本发明可作出各种形式的改变。
权利要求
1.一种车辆转向用伸缩轴，所述伸缩轴装配到车辆的转向轴中，且包括相互配合成不可旋转但可以滑动的公轴和母轴，其特征在于包括第一扭矩传递装置，所述第一扭矩传递装置由第一插入部、第一扭矩传递件和弹性件构成，其中，所述第一插入部设置在所述公轴外周表面和所述母轴内周表面中，所述第一扭矩传递件设置在所述第一插入部中并且可在所述公轴和所述母轴轴向相对移动时滚动，所述弹性件分别设置在所述第一插入部中沿径向邻接所述第一扭矩传递件，以在旋转时限制所述第一扭矩传递件，而在不旋转时通过所述第一扭矩传递件将预载荷施加到所述公轴和所述母轴上；以及第二扭矩传递装置，所述第二扭矩传递装置由第二插入部、第二扭矩传递件构成，其中，所述第二插入部设置在所述公轴外周表面和所述母轴内周表面中，所述第二扭矩传递件设置在所述第二插入部中，并且可在所述公轴和母轴轴向相对移动时滑动，和在旋转时传递扭矩。
2.根据权利要求1所述的车辆转向用伸缩轴，其特征在于，所述第一插入部和所述第二插入部由第一轴向槽和第二轴向槽构成，所述第一轴向槽和所述第二轴向槽分别成对地形成在所述公轴的外周表面和所述母轴的内周表面。
3.根据权利要求1所述的车辆转向用伸缩轴，其特征在于，所述第一扭矩传递装置和所述第二扭矩传递装置设置在所述公轴和所述母轴之间的圆周方向上的不同位置。
4.根据权利要求1所述的车辆转向用伸缩轴，其特征在于，所述第一扭矩传递装置的所述第一插入部由所述第一轴向槽和所述第二轴向槽构成，所述第一轴向槽和所述第二轴向槽形成在所述公轴和所述母轴上，以及所述第一扭矩传递件由多个球形件组成，所述球形件设置在所述第一轴向槽和所述第二轴向槽中，所述第二扭矩传递件装置第二插入部由两列第三轴向槽和第四轴向槽构成，所述第三轴向槽和所述第四轴向槽相互分离地设置在圆周方向上，以及所述第二扭矩传递件由设置在所述第三和第四轴向槽中的圆柱件构成，其轴向平行于所述公轴和所述母轴。
5.根据权利要求1所述的车辆转向用伸缩轴，其特征在于，所述第一插入部由多对形成在所述公轴和所述母轴之间的轴向槽构成，以及所述第二插入部由多对设置在邻近的所述第一插入部的成对轴向槽之间的轴向槽构成。
6.根据权利要求1所述的车辆转向用伸缩轴，其特征在于，所述第一扭矩传递件由圆柱件构成，所述圆柱件的轴向设置成与所述公轴和所述母轴相交。
7.根据权利要求1所述的车辆转向用伸缩轴，其特征在于，所述弹性件由板簧构成。
8.根据权利要求2所述的车辆转向用伸缩轴，其特征在于，所述轴向槽包括浅部和深部，所述槽的所述浅部呈曲面形，而所述槽的所述深部呈平面形；所述第一扭矩传递件和所述第二扭矩传递件在曲面部分和平面部分之间的分界点附近接触。
9.根据权利要求1所述的车辆转向用伸缩轴，其特征在于，所述公轴具有槽端部，所述槽端部用于在碰撞发生时通过限制所述第一扭矩传递件轴向滚动来产生大的滑动，并能用于补充吸收碰撞发生时的冲击能。
10.根据权利要求1所述的车辆转向用伸缩轴，其特征在于，通过适当地选择所述第二扭矩传递件的直径或组合其直径，可任意设定所述公轴、所述第二扭矩传递件和所述母轴之间的间隙。
11.根据权利要求1所述的车辆转向用伸缩轴，其特征在于，所述弹性件以某一固定的接触角接触在所述第一扭矩传递件上，当不向所述公轴或所述母轴输入扭矩时会沿径向和圆周方向产生预载荷，而当向所述公轴或所述母轴输入扭矩时会沿圆周方向产生预载荷。
12.根据权利要求1所述的车辆转向用伸缩轴，其特征在于，所述第一扭矩传递装置设置在所述三对轴向槽中，所述三对轴向槽以120度的等间距设置在圆周方向上，以及所述第二扭矩传递装置设置在所述三对轴向槽之间。
13.根据权利要求12所述的车辆转向用伸缩轴，其特征在于，所述第二扭矩传递装置分别设置在所述三对轴向槽之间圆周方向上的中心部。
14.根据权利要求1所述的车辆转向用伸缩轴，其特征在于，用于以可滚动的方式保持所述第一扭矩传递件的第一扭矩传递件的保持器设置在车辆转向用伸缩轴中，其中所述第一扭矩传递装置和所述第二扭矩传递装置设置在所述公轴和所述母轴之间。
15.根据权利要求14所述的车辆转向用伸缩轴，其特征在于，所述保持器具有沿所述公轴和所述母轴的轴向延伸的细长孔或多个圆孔，以及所述第一扭矩传递件设置在所述细长孔或所述多个圆孔中。
16.根据权利要求14所述的车辆转向用伸缩轴，其特征在于，所述保持器呈圆筒形，且具有沿所述公轴和所述母轴的轴向延伸的细长孔或多个圆孔，以及所述第一扭矩传递件设置在所述细长孔或所述多个圆孔中。
17.根据权利要求16所述的车辆转向用伸缩轴，其特征在于，所述呈圆筒形的保持器具有用以避免干涉所述第二扭矩传递装置的避免干涉细长孔，或者具有在其一端部开口的避免干涉开口槽。
18.根据权利要求17所述的车辆转向用伸缩轴，其特征在于，所述用于避免干涉所述第二扭矩传递装置的避免干涉细长孔或开口槽的总长度比用于保持所述第一扭矩传递件的所述细长孔或所述多个圆孔列的总长度要长。
全文摘要
一种车辆转向伸缩轴，包括公轴和母轴，该公轴和母轴相互配合以便只能滑动而不能旋转，第一扭矩传递件设置在公轴和母轴之间，且其在公轴和母轴作轴向相对运动时滚动。弹性件设置成在径向上邻接第一扭矩传递件，当其旋转时限制它们，而当其不旋转时，通过第一扭矩传递件向公轴和母轴施加预载荷。第二扭矩传递件设置在公轴和母轴之间，且当公轴和母轴沿轴向相对移动时滑动，并在旋转时传递扭矩。
文档编号B62D1/18GK1561300SQ02819359
公开日2005年1月5日 申请日期2002年10月1日 优先权日2001年10月1日
发明者山田康久, 正田昭裕, 尾泽敦, 谷口雅人 申请人:日本精工株式会社