转向柱的制作方法

相关申请

本申请要求2014年11月11日提交的第14/538,078号美国申请的优先权，该美国申请的主题以引用方式并入本文中。

本申请涉及转向柱。

背景技术：

已知的转向柱包括第一转向柱构件，该第一转向柱构件可相对于第二转向柱构件移动，以实现转向柱的伸缩。可释放的伸缩锁紧机构锁住第一转向柱构件相对于第二转向柱构件的轴向移动。已知的转向柱还包括输入轴，该输入轴经由万向接头连接到第一转向柱构件，以实现转向柱的枢转或倾斜。可释放的倾斜锁紧机构锁住输入轴相对于第一转向柱构件的倾斜或枢转移动。

技术实现要素：

在本发明的代表性实施例中，转向柱包括(a)上部柱组件和(b)锥齿轮箱组件。锥齿轮箱组件附接到上部柱组件以形成整体结构。锥齿轮箱组件还可操作地联接到上部柱组件，使得旋转移动从上部柱组件转移到锥齿轮箱组件。

附图说明

在参考附图阅读下列描述后，本发明所涉及的领域的技术人员将明白本发明的上述和其他特征，在附图中：

图1是根据本发明的示例实施例构造的转向柱的侧视图；

图2是图1的转向柱的局部分解图；

图3是图1的转向柱的更全面分解图；

图4是图1的转向柱的下部部分的更全面分解图；以及

图4a是沿着图4的视线4a-4a得到的截面图。

具体实施方式

图1到图3示出根据本发明的示例的轴向和角度可调整的车辆转向柱10。转向柱10包括上部柱组件12和锥齿轮箱组件14。上部柱组件12和锥齿轮箱组件14由两个紧固件16以大体刚性的方式牢固地连接或附接到彼此。由紧固件16提供的上部柱组件12与锥齿轮箱组件14之间的连接或附接导致转向柱10成为单个整体单元或结构。换言之，上部柱组件12和锥齿轮箱组件14直接连接、附接或接合在一起，使得它们可以作为单元处理、船运和/或运输，并且作为单元安置或安装在车辆(未示出)中，而无需分开或单独地处理、安置或安装上部柱组件或锥齿轮箱组件。除了由紧固件16提供的结构附接或连接之外，上部柱组件12和锥齿轮箱组件14由具有内花键19的套筒18(图3和图4a)可操作地联接或连接到彼此。套筒18确保旋转移动在上部柱组件12与锥齿轮箱组件14之间传输，如下文更详细地列出。

如图3所示，上部柱组件12包括可旋转的上部转向柱构件20、可旋转的下部转向柱构件22和可旋转的输入轴24。输入轴24在转向柱10中的最上面，并且于它的下端部分可操作地联接到上部转向柱构件20的上端部分27。输入轴24与上部转向柱构件20之间的可操作联接使得输入轴围绕它的中心纵轴25的旋转移动能够传输到上部转向柱构件。

输入轴24也可相对于上部转向柱构件20枢转。更具体地讲，输入轴24的下端部分延伸到上部外壳48中。轴承(未示出)位于上部外壳48中，并且支撑输入轴24以便相对于上部外壳进行旋转。盖子50由螺钉52连接到上部外壳48。盖子50可从上部外壳48去除，以准许接近轴承(未示出)进行维修和维护。

输入轴24的下端部分连接到万向接头56的第一轭54。万向接头56的第二轭58连接到上部转向柱构件20的上端部分27。输入轴24与上部转向柱构件20之间通过万向接头56的可操作联接使得输入轴围绕其中心纵轴25的旋转移动实现上部转向柱构件围绕其中心纵轴21的旋转移动。输入轴24与上部转向柱构件20之间通过万向接头56的可操作联接还使得输入轴24可以相对于上部转向柱构件20围绕万向接头56的枢轴a枢转。枢轴a横向于输入轴24的中心纵轴25和上部转向柱构件20的中心纵轴21二者。

上部转向柱构件20的管状下端部分72可伸缩地接纳下部转向柱构件22的上端部分26(图4)。上部转向柱构件20的下端部分72经由上部转向柱构件的下端部分的内圆周表面上的花键(未示出)和下部转向柱构件的上端部分的外圆周表面上的配对花键29可操作地联接到下部转向柱构件22的上端部分26。上部转向柱构件20与下部转向柱构件22之间通过花键的可操作联接使得上部转向柱构件20围绕其中心纵轴21的旋转移动实现下部转向柱构件22围绕其中心纵轴23的旋转移动。上部转向柱构件20与下部转向柱构件22之间通过花键的可操作联接也准许上部转向柱构件20和下部转向柱构件22相对于彼此轴向移动或伸缩。

螺旋弹簧86在下部转向柱构件的下端部分26的外圆周表面上的花键29下方外接下部转向柱构件22。螺旋弹簧86作用在上部转向柱构件20的轴端表面88与连接到下部转向柱构件22的法兰90之间。螺旋弹簧86使上部转向柱构件20相对于下部转向柱构件22在竖直方向上(如图3所示)偏置并且远离下部转向柱构件22。

下部转向柱构件22的下端部分75(图3)实际上是上部柱组件12的输出轴。锥齿轮箱组件14通过带内花键的套筒18可操作地联接到下部转向柱构件22的下端部分75。锥齿轮箱组件14也由紧固件16以大体刚性的方式牢固地连接或附接到上部柱组件12。紧固件16使锥齿轮箱组件14的外壳34和管状支撑件78接合，管状支撑件78是上部柱组件12的部件。管状支撑件78形成下部转向柱构件22的外壳。管状支撑件78通过轴承(未示出)来支撑下部转向柱构件22，以便相对于管状支撑件旋转。轴承(未示出)以任何已知方式安装在管状支撑件78的内部。管状支撑件78以任何已知方式安装在车辆的车架(未示出)上，诸如，由与车架接合并且也与安装托架80接合的紧固件(未示出)安装，所述安装托架永久地附接到(诸如，通过焊接)管状支撑件的外表面。锥齿轮箱组件14可以在安装到车辆中时可操作地联接到车辆(未示出)的转向齿轮60。

为了确保上部转向柱构件20和下部转向柱构件22轴向地相对于彼此保持在适当位置，可释放的伸缩锁紧机构30(图3)以轴向地相对于彼此的多个伸缩位置中的任一选择的位置锁住上部转向柱构件和下部转向柱构件。为了确保输入轴24和上部转向柱构件20成角度地相对于彼此保持在适当位置，可释放的倾斜锁紧机构32以相对于上部转向柱构件的多个枢转位置中的任一选择的位置锁住输入轴。可释放的伸缩锁紧机构30和可释放的倾斜锁紧机构32在构造和操作上大体类似于第5,711,189号美国专利中描述和示出的可释放的伸缩锁紧机构和可释放的倾斜锁紧机构。

可释放的倾斜锁紧机构32包括托架66、倾斜锁杆190、扭力弹簧120、致动器构件116和手柄114。托架66可枢转地连接到上部外壳48，使得上部外壳可相对于托架围绕与轴a一致的轴枢转。托架66也固定不动地连接或固定到套管68，套管68外接上部转向柱构件20。套管68是可释放的伸缩锁紧机构30的部件。因此，上部外壳48可围绕轴a相对于托架66和套管68枢转。上部外壳48与输入轴24一起相对于托架66和上部转向柱构件20枢转。

托架66包括大体平行的侧壁102。托架66的部分(未示出)从侧壁102径向地向内延伸，并且不可移动地连接或固定到套管68的上部部分。托架66的两个带状部分110在侧壁102之间延伸并且联结侧壁102。侧壁102和托架66的带状部分110限定托架66内的空间119，空间119接纳可释放的伸缩锁紧机构30和可释放的倾斜锁紧机构32的某些其他部件。因此，托架66部分围住可释放的伸缩锁紧机构30和可释放的倾斜锁紧机构32的其他部件中的某些。

手柄114和连接到手柄的致动器构件116由销117枢转地安装在托架66的上部带状部分110上。致动器构件116的下部部分118延伸到由侧壁102和托架66的带状部分110部分围住的空间119中。扭力弹簧120围绕致动器构件116延伸，以便使手柄114和致动器构件偏置到可释放的伸缩锁紧机构30和可释放的倾斜锁紧机构32被锁住的初始位置。当例如可释放的伸缩锁紧机构30被解锁时，手柄114、致动器构件116和扭力弹簧120可与托架66、套管68和上部转向柱构件20一起相对于下部转向柱构件22移动。

扭力弹簧120的端部部分122与托架66的上部带状部分110接合。扭力弹簧120的相对端部部分124与伸缩锁紧构件130(图3)接合，伸缩锁紧构件130是可释放的伸缩锁紧机构30的部件。伸缩锁紧构件130由波状外形的杆制成，并且包括形成有多个相对小的齿(未示出)的纵向延伸的有齿部分132。有齿部分132平行于套管68以及上部转向柱构件20和下部转向柱构件22延伸。有齿部分132延伸到管状支撑件78中的狭槽135中。有齿部分132的齿(未示出)可与套管68的外表面上形成的多个相对小的齿136接合。

伸缩锁紧构件130包括上部支撑部分142和位于有齿部分132的轴向相对端上的下部支撑部分144。上部支撑部分142和下部支撑部分144彼此同轴，并且从有齿部分132横向偏移。上部支撑部分142和下部支撑部分144以任何已知的方式枢转地接纳在连接到管状支撑件78的枢转支撑件150中。

伸缩锁紧构件130的第一端部分154从上部支撑部分142延伸，并且从上部支撑部分142和下部支撑部分144以及有齿部分132横向偏移。伸缩锁紧构件130的第二端部分156从第一端部分154附近朝向弯曲部分158延伸。伸缩锁紧构件130的成角度部分160以锐角远离下部支撑部分144并朝向致动器构件116延伸。伸缩锁紧构件130的另一笔直部分162将伸缩锁紧构件130的弯曲部分158和成角度部分160互连。

伸缩锁紧构件130的第一端部分154接纳在钩构件172中。钩构件172具有开口174，其中突出部176延伸到开口中。预装载的螺旋弹簧180接纳在开口174中，其中突出部176延伸到由螺旋弹簧围绕的中心空间中，以将螺旋弹簧保持在开口174中。螺旋弹簧180作用在钩构件172与以任何已知方式连接到管状支撑件78并且可释放地接合套管68的构件(未示出)之间。

伸缩锁紧构件130的枢转移动致使螺旋弹簧180压缩，并且也致使套管68夹靠在管状支撑件78的内表面(未示出)上，以在锁紧构件上的齿(未示出)和套管上的齿136部分接合时防止套管相对于伸缩锁紧构件轴向移动。

管状支撑件78具有纵向延伸的狭槽184。螺栓186通过狭槽184延伸穿过托架66的下部带状部分110中的开口，并且拧进套管68中。套筒188外接螺栓186，并且在托架66的下部带状部分110与套管68之间延伸。狭槽184的轴端与套筒188接合，以限定上部转向柱构件20相对于下部转向柱构件22轴向移动的极限。螺栓186和套筒188也为托架66提供支撑。

可释放的倾斜锁紧机构32的倾斜锁杆190由销192枢转地连接到上部外壳48。倾斜锁杆190向下延伸，如在图3中看出，穿过管状构件194。管状构件194枢转地连接到托架66的侧壁102中的一个。

第一和第二衬套(未示出)位于管状构件194内。衬套连接到管状构件194，并且支撑倾斜锁杆190以便相对于管状构件轴向移动。衬套位于杠杆(未示出)的相对侧上。第一螺旋弹簧(未示出)于一端连接到第一衬套，并且于它的另一端连接到该杠杆。第二螺旋弹簧(未示出)于一端连接到第二衬套，并且于它的另一端连接到该杠杆。螺旋弹簧通常紧紧地缠绕在倾斜锁杆190的外围上，以便在完全缠绕时它们抓紧倾斜锁杆，以防止倾斜锁杆与管状构件194之间的相对移动。杠杆(未示出)围绕倾斜锁杆190的轴旋转致使螺旋弹簧(未示出)部分松开，并且释放它们在倾斜锁杆上的抓紧。

杠杆(未示出)具有与致动器构件116的下部部分118接合的控制延伸部(未示出)。控制延伸部的主体部分围绕螺旋弹簧的部分延伸。螺旋弹簧中的每个的内端固定到杠杆。螺旋弹簧的外端固定在衬套内，因此，固定到管状构件194。因此，当杠杆围绕倾斜锁杆190旋转时，螺旋弹簧的外端无法围绕倾斜锁杆190的轴移动，并且由杠杆施加到螺旋弹簧的力致使螺旋弹簧松开。

倾斜弹簧(未示出)在倾斜锁杆190上的法兰与管状构件194上的法兰之间延伸。倾斜弹簧使输入轴24偏置，以在逆时针方向上(如在图3中看出)相对于上部转向柱构件20枢转。

延伸到托架66的空间119中的致动器构件116的下部部分118可与伸缩锁紧构件130的笔直部分162接合，并且与管状构件194中的杠杆(未示出)接合。在使手柄114和致动器构件116沿顺时针(如在图3中看出)的一个旋转方向枢转时，致动器构件与伸缩锁紧构件130的笔直部分162接合，并且移动伸缩锁紧构件130，以释放伸缩锁紧机构30。在使手柄114和致动器构件116沿逆时针(如在图3中看出)的另一旋转方向枢转时，致动器构件与管状构件194中的杠杆(未示出)接合并移动该杠杆，以将可释放的倾斜锁紧机构32解锁。

在手柄114和致动器构件116枢转以便致动器构件的下部部分118移动伸缩锁紧构件130的笔直部分162时，伸缩锁紧构件围绕穿过上部支撑部分142和下部支撑部分144的轴枢转。在伸缩锁紧构件130的枢转移动时，有齿部分132的齿(未示出)与套管68上的齿136分离。伸缩锁紧构件130也使套管68解除夹紧。因此，伸缩锁紧构件130释放套管68和上部转向柱构件20，因而它们可以相对于下部转向柱构件22轴向或伸缩地移动。

在手柄114和致动器构件116枢转以便致动器构件的下部部分118移动管状构件194中的杠杆(未示出)时，螺旋弹簧(未示出)松开，以允许倾斜锁杆190相对于管状构件194移动。因此，输入轴24可以相对于上部转向柱构件20枢转。在手柄114和致动器构件116在输入轴24已经相对于上部转向柱构件20枢转定位之后被释放时，螺旋弹簧(未示出)便致使管状构件194中的杠杆(未示出)将手柄114和致动器构件116移动到它们的初始位置。

当可释放的倾斜锁紧机构32被释放时，倾斜锁杆190可相对于管状构件194和托架66移动，以便将输入轴24放置在多个枢转位置中的任一个。在调整输入轴24的枢转位置时，倾斜锁杆190相对于上部外壳48枢转，并且倾斜锁杆和管状构件194一起相对于托架66枢转。

如上文所述，上部柱组件12和锥齿轮箱组件14连接或附接到彼此。更具体地讲，锥齿轮箱组件14(图4)包括外壳34、接纳在外壳中的第一锥齿轮36以及接纳在外壳中的第二锥齿轮38。外壳34包括在外壳上按直径彼此相对设置的两个向外延伸的环状凸台35。凸台35接纳紧固件16。每个紧固件16的放大头部15邻接它的对应凸台35。每个紧固件16的外部带螺纹的轴17延伸穿过对应的凸台35。紧固件16的外部带螺纹的轴17拧进管状支撑件78的径向向外延伸法兰82中的内部螺纹通道84中。为了帮助将紧固件16的外部带螺纹的轴17保持在法兰82的内部螺纹通道84中，可以将粘合材料(诸如，乐泰牌粘合剂)施加到紧固件的螺纹和/或通道的螺纹。开口销也可以插入到在外部带螺纹的轴17中形成的开口。

第一锥齿轮36形成有齿37，齿37与在第二锥齿轮38上形成的齿39啮合并接合。第一短轴40于一端接合到第一锥齿轮36。第一短轴40远离第一锥齿轮36朝向上部柱组件12延伸，具体地讲，朝向下部转向柱构件22的下端部分75延伸。与第一锥齿轮36相反的第一短轴40的端部部分44有花键。第一短轴40实际上是锥齿轮箱组件14的输入轴。第二短轴42于一端联结到第二锥齿轮38。第二短轴42远离第二锥齿轮38并且远离上部柱组件12延伸。第二短轴42大约垂直于第一短轴40取向。与第二锥齿轮38相反的第二短轴42的端部部分46有花键。第二短轴42实际上是锥齿轮箱组件14的输出轴。

上部柱组件12中的下部转向柱构件22的下端部分75由套筒18可操作地联接到锥齿轮箱组件14的第一短轴40。具体地讲，下部转向柱构件22的下端部分上75的外部花键77与套筒18的一端处的内部花键19(图4a)接合。第一短轴40的端部部分44上的外部花键45与套筒18的相反端处的内部花键19接合。通过套筒18的花键连接确保下部转向柱构件22的下端部分75围绕其中心纵轴23的旋转移动实现第一短轴40围绕该第一短轴的中心纵轴41的旋转移动，第一短轴40是锥齿轮箱组件14的输入轴。

第一短轴40围绕其中心纵轴41的旋转移动传输到与第一短轴联结的第一锥齿轮36。第一锥齿轮36的旋转移动通过第一锥齿轮的齿37传输到第二锥齿轮38，齿37与在第二锥齿轮38上形成的齿39啮合并接合。第二锥齿轮38的旋转移动传输到与第二锥齿轮联结的第二短轴42。因此，第一短轴40围绕其中心纵轴41的旋转移动传输到并实现第二短轴42围绕其中心纵轴43的旋转移动。如可以在图4中看出，第二短轴42的中心纵轴43取向成横向于第一短轴40的中心纵轴41和下部转向柱构件22的下端部分75的中心纵轴23。中心纵轴43与同轴的中心纵轴41和23之间的角大于0°并且小于180°。如图4所示，中心纵轴43与同轴的中心纵轴41和23之间的角是约90°。因此，中心纵轴43大体垂直于中心纵轴41和23。

当转向柱10安置在车辆(未示出)中时，车辆操纵盘或转向盘28(图1)附接到输入轴24。转向盘28的旋转传输到输入轴24。输入轴24的旋转传输到可旋转的上部转向柱构件20，随后从上部转向柱构件传输到可旋转的下部转向柱构件22。上部转向柱构件20和下部转向柱构件22可以相对于彼此伸缩，以实现转向盘28的轴向或竖直调整或移动。输入轴24和上部转向柱构件20可以相对于彼此枢转，以实现转向盘28的角度或枢转调整或移动。可旋转的下部转向柱构件22的旋转经由套筒18传输到锥齿轮箱组件14的第一短轴40，随后从第一短轴传输到第二短轴42。第二短轴42(例如)通过形成有外部花键进行配置，并且经过尺寸调整使得第二短轴可以可操作地联接到车辆转向齿轮60(图1中示意性地示出)。因此，锥齿轮箱组件的第二短轴42的旋转可以传输到车辆转向齿轮60。车辆转向齿轮60又配置成使得车辆转向齿轮可以可操作地联接到一组可转向的车辆轮62(图1中示意性地示出)。因此，转向盘28的旋转可以由转向柱10传输到车辆转向齿轮60，以实现这组可转向的车辆轮62的转向。

尽管将伸缩锁紧构件130描述为具有用于接合套管68上的齿136的齿，但预期3与下部转向柱构件22之间的轴向移动。因此，伸缩锁紧构件130和套管68可以制成没有齿。

根据本发明的上述描述，本领域的技术人员将认识到改进、变化和更改。在本技术领域范围内的此类改进、变化和更改意图包括在所附权利要求书的范围内。