專利名稱：伸縮軸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種伸縮軸(telescopic shaft)，其包括一陽軸和一陰軸，兩者以防止兩者相對轉(zhuǎn)動的方式滑動配合，更具體地，涉及一種結(jié)合在車輛的轉(zhuǎn)向軸內(nèi)的車用伸縮軸。
背景技術(shù)：
汽車的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)部分的伸縮軸應(yīng)具有吸收軸向位移并且在汽車的行駛過程中伸展(developing)使得該位移以及振顫不會傳遞到方向盤(steeringwheel)的能力。另外，伸縮軸應(yīng)具有使得方向盤在軸向方向上移動以便調(diào)節(jié)它的位置的功能，由此駕駛者可選取駕駛汽車時最適宜的位置。
在各種情況下，伸縮軸都應(yīng)降低振動噪聲(rattling noise)、方向盤上的振動感(rattling feeling)以及軸向滑移中產(chǎn)生的滑動阻力。
因此，在常規(guī)伸縮軸中，在陽軸上覆蓋一種尼龍膜，并且在滑動部分上覆蓋油脂，由此，金屬噪聲和金屬碰撞聲被減小或者吸收，同時也減小了滑動阻力以及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動中的振動。
然而，使用過程中，尼龍膜發(fā)生磨損，因此常會增加旋轉(zhuǎn)運(yùn)動中的振動。并且，在伸縮軸暴露于發(fā)動機(jī)室內(nèi)的高溫的情況下，尼龍膜體積變化，因此產(chǎn)生了很大的滑動阻力，也加劇了尼龍膜的磨損，因而，通常也增加了旋轉(zhuǎn)運(yùn)動中的振動。
在德國已審專利申請No.DE 3730393 C2中的情況下，在陽軸的外周表面和陰軸的內(nèi)周表面中形成多對軸向槽，并且在各對軸向槽中裝配一行扭矩傳遞部件(球狀部件)，當(dāng)所述兩軸在軸向方向上彼此相對移動時，這些扭據(jù)傳遞部件滾動。
在DE 3730393 C2中，在各行球狀部件的徑向內(nèi)側(cè)或外側(cè)和對應(yīng)的軸向槽之間設(shè)置用于預(yù)加載的板簧，由此通過扭矩傳遞部件對所述陰軸和陽軸預(yù)加載。
在如上構(gòu)造的情況下，當(dāng)不傳遞扭矩時，由于球狀部件被板簧預(yù)壓在陰軸上使得不會發(fā)生振動，由此可防止陽軸和陰軸之間的振動。因此，陰軸和陽軸可在穩(wěn)定的滑動負(fù)載下軸向滑動。
當(dāng)傳遞扭矩時，球狀部件受到板簧在周向方向上的限制，由此，陽軸和陰軸可在高剛性條件下傳遞扭矩并且防止兩軸之間的振動。
另外，在DE 3730393 C2的圖1-5公開的結(jié)構(gòu)中，通過在周向方向上延伸的弓形薄片(web)(互連部分)周向互連任意兩個周向相鄰的板簧，其中每個板簧預(yù)加載對應(yīng)行的扭矩傳遞部件(球狀部件)。互連部分(薄片)用于在相鄰的兩個板簧上施加張力或者壓縮力，由此使得所述板簧施加預(yù)載荷。
在DE 3730393 C2的圖6和7公開的結(jié)構(gòu)中，兩個相鄰的板簧沒有通過互連部分(薄片)相連，而是在板簧和軸向槽之間插入了單獨的彈性部件，由此在徑向方向上施加預(yù)載荷。
在日本未審專利申請No.JP-A-2000-009148中，在花鍵(spline)部分上形成涂層，以獲得低的滑動阻力，且不會振動。
在上述伸縮軸中，當(dāng)轉(zhuǎn)向軸傳遞大的扭矩時，在車輛的轉(zhuǎn)向齒輪和轉(zhuǎn)向柱之間產(chǎn)生相對位移，并且滑動部分在傳遞高扭矩時，需平滑滑動。
然而，在DE 3730393 C2中，通過滾珠和彈性部件進(jìn)行的扭矩傳遞受到限制，并且特別是在例如柱型EPS(電動轉(zhuǎn)向裝置)等類型的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，即其中當(dāng)方向盤在車輛停止的情況下轉(zhuǎn)向時在中間軸上輸入過大的扭矩(例如70-100Nm)的系統(tǒng)中，將會發(fā)生失效。
在JP-A-2000-009148中，覆有涂層的花鍵部分需滑動同時承受高接觸壓力，因而在使用中，涂層從花鍵部分剝離。當(dāng)涂層剝離時，不能平滑地進(jìn)行滑動運(yùn)動，因而發(fā)生粘滑，并且這將成為產(chǎn)生不希望的振顫和非正常噪聲的主要原因。
因此，必須在傳遞高扭矩的同時最小化扭矩傳遞部分的劣化，由此保持平滑的滑動運(yùn)動。

發(fā)明內(nèi)容
在上述情況下構(gòu)思本發(fā)明，本發(fā)明的一個目的是提供一種可傳遞高扭矩同時最小化扭矩傳遞部分的劣化的伸縮軸，由此保持平滑的滑移。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種伸縮軸，其包括
陽軸和陰軸，兩者以防止彼此相對轉(zhuǎn)動的方式可滑動地配合在一起；預(yù)加載作用扭矩傳遞部分，其用于以對所述陽軸和陰軸預(yù)加載的方式在所述陽軸和陰軸之間傳遞扭矩，所述預(yù)加載作用扭矩傳遞部分包括形成在所述陽軸的外周表面中的至少一個軸向槽；形成在所述陰軸的內(nèi)周表面中的至少一個軸向槽；和通過彈性部件插入到所述兩個軸向槽之間的第一扭矩傳遞部件；和剛性作用扭矩傳遞部分，其用于通過剛性部件的接觸在所述陽軸和陰軸之間傳遞扭矩，所述剛性作用扭矩傳遞部分包括形成在所述陽軸的所述外周表面中的至少一個軸向槽；形成在所述陰軸的所述內(nèi)周表面中的至少一個軸向槽；和插入到所述兩個軸向槽之間的第二扭矩傳遞部件，其中，所述剛性作用扭矩傳遞部分的接觸部分具有大于或等于Hv 400的表面硬度。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種伸縮軸，其包括陽軸和陰軸，兩者以防止彼此相對轉(zhuǎn)動的方式可滑動地配合在一起；預(yù)加載作用扭矩傳遞部分，其用于以預(yù)加載所述陽軸和陰軸的方式在所述陽軸和陰軸之間傳遞扭矩，所述預(yù)加載作用扭矩傳遞部分包括形成在所述陽軸的外周表面中的至少一個軸向槽；形成在所述陰軸的內(nèi)周表面中的至少一個軸向槽；和通過彈性部件插入到所述兩個軸向槽之間的第一扭矩傳遞部件；和剛性作用扭矩傳遞部分，其用于通過剛性部件的接觸在所述陽軸和陰軸之間傳遞扭矩，所述剛性作用扭矩傳遞部分包括形成在所述陽軸的所述外周表面中的至少一個軸向槽；形成在所述陰軸的所述內(nèi)周表面中的至少一個軸向槽；和插入到所述兩個軸向槽之間的第二扭矩傳遞部件，其中，所述第二扭矩傳遞部件具有大于或等于Hv 400的表面硬度，并且形成在所述陽軸或者所述陰軸上并且與第二扭矩傳遞部件接觸的軸向槽具有大于或等于Hv 400的硬度。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，如本發(fā)明的第一方面所述，優(yōu)選地，所述第一扭矩傳遞部件包括滾動部件，當(dāng)所述陽軸和陰軸在它們的軸向方向上彼此相對移動時，所述滾動部件滾動，并且所述第二扭矩傳遞部件包括滑動部件，當(dāng)所述陽軸和陰軸在它們的軸向方向上彼此相對移動時，所述滑動部件滑動。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，如本發(fā)明的第一方面所述，優(yōu)選地，對與所述第二扭矩傳遞部件接觸的所述陰軸的軸向槽的內(nèi)表面進(jìn)行表面硬化處理，并且對所述第二扭矩傳遞部件進(jìn)行表面硬化處理。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，如本發(fā)明的第四方面所述，優(yōu)選地，除了表面硬化處理，通過噴丸處理或者滾磨在所述第二扭矩傳遞部件上均勻地形成微小的坑點和突起。
根據(jù)本發(fā)明的第六方面，如本發(fā)明的第四方面所述，優(yōu)選地，除了表面硬化處理，通過噴丸處理在與所述第二扭矩傳遞部件接觸的所述陰軸的軸向槽的內(nèi)表面上均勻地形成微小的坑點和突起。
根據(jù)本發(fā)明的第七方面，提供一種伸縮軸，其包括陽軸和陰軸，兩者以防止彼此相對轉(zhuǎn)動的方式可滑動地配合在一起；預(yù)加載作用扭矩傳遞部分，其用于以預(yù)加載所述陽軸和陰軸的方式在所述陽軸和陰軸之間傳遞扭矩，所述預(yù)加載作用扭矩傳遞部分包括形成在所述陽軸的外周表面中的至少一個軸向槽；形成在所述陰軸的內(nèi)周表面中的至少一個軸向槽；和通過彈性部件插入到所述兩個軸向槽之間的第一扭矩傳遞部件；和剛性作用扭矩傳遞部分，其用于通過剛性部件的接觸在所述陽軸和陰軸之間傳遞扭矩，所述剛性作用扭矩傳遞部分包括形成在所述陽軸的所述外周表面中的至少一個軸向槽；形成在所述陰軸的所述內(nèi)周表面中的至少一個軸向槽；和在形成于所述陽軸和所述陰軸上的所述兩個軸向槽上分別形成的第二扭矩傳遞部分，其中，所述剛性作用扭矩傳遞部分的所述第二扭矩傳遞部分具有大于或等于Hv 400的表面硬度。
根據(jù)本發(fā)明的第八方面，如本發(fā)明的第七方面所述，優(yōu)選地，所述陽軸和所述陰軸彼此配合，以組成所述第二扭矩傳遞部分。
根據(jù)本發(fā)明的第九方面，如本發(fā)明的第七方面所述，優(yōu)選地，所述陽軸和所述陰軸彼此以花鍵配合方式配合，以組成所述第二扭矩傳遞部分。
根據(jù)本發(fā)明的第十方面，如本發(fā)明的第一方面所述，優(yōu)選地，所述第一扭矩傳遞部件包括至少一個球狀部件。
根據(jù)本發(fā)明的第十一方面，如本發(fā)明的第一方面所述，優(yōu)選地，所述第二扭矩傳遞部件包括至少一個柱狀部件。
根據(jù)本發(fā)明的第十二方面，如本發(fā)明的第二方面所述，優(yōu)選地，所述第一扭矩傳遞部件包括至少一個球狀部件。
根據(jù)本發(fā)明的第十三方面，如本發(fā)明的第二方面所述，優(yōu)選地，所述第二扭矩傳遞部件包括至少一個柱狀部件。
根據(jù)本發(fā)明的第十四方面，如本發(fā)明的第七方面所述，優(yōu)選地，所述第一扭矩傳遞部件包括至少一個球狀部件。
根據(jù)本發(fā)明的第十五方面，如本發(fā)明的第七方面所述，優(yōu)選地，所述第二扭矩傳遞部件包括至少一個柱狀部件。
根據(jù)本發(fā)明的第十六方面，如本發(fā)明的第一方面所述，優(yōu)選地，所述伸縮軸用于車輛轉(zhuǎn)向。
根據(jù)本發(fā)明的第十七方面，如本發(fā)明的第二方面所述，優(yōu)選地，所述伸縮軸用于車輛轉(zhuǎn)向。
根據(jù)本發(fā)明的第十八方面，如本發(fā)明的第七方面所述，優(yōu)選地，所述伸縮軸用于車輛轉(zhuǎn)向。
在本發(fā)明中，剛性作用扭矩傳遞部分的接觸部分具有大于或等于Hv 400的表面硬度，并且因此伸縮軸可傳遞高扭矩，并且最小化扭矩傳遞部分的劣化，由此保持平滑的滑移。也就是說，即使在高扭矩負(fù)載的條件下也可獲得平滑的滑移。


圖1A顯示了設(shè)置有柱輔助型電動轉(zhuǎn)向裝置(column assist-type electricpower steering apparatus)的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)部分。
圖1B顯示了未設(shè)置電動轉(zhuǎn)向裝置的轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)部分。
圖2是本發(fā)明的車輛轉(zhuǎn)向伸縮軸的第一實施例的縱向截面圖。
圖3是所述的本發(fā)明的車輛轉(zhuǎn)向伸縮軸的第一實施例的縱向截面圖。
圖4是沿圖3的IV-IV線截取的橫向截面圖。
圖5A顯示了本發(fā)明的第二實施例，并且是本發(fā)明的第二實施例的橫向截面圖。
圖5B是顯示了本發(fā)明的第二實施例的柱形部件的外表面的一部分的放大截面圖。
圖6是顯示本發(fā)明第六實施例的縱向截面圖。
圖7是顯示所述的本發(fā)明的第六實施例的橫向截面圖。
具體實施例方式
下面參考附圖對本發(fā)明的伸縮軸的優(yōu)選實施例進(jìn)行說明。
(車輛轉(zhuǎn)向軸系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu))圖1是顯示汽車的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)部分的側(cè)視圖，其中應(yīng)用了本發(fā)明的車輛轉(zhuǎn)向伸縮軸，其中圖1A顯示了設(shè)置有柱輔助型電動轉(zhuǎn)向裝置的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)部分，而圖1B顯示了未設(shè)置電動轉(zhuǎn)向裝置的轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)部分。
在圖1A和1B中，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)部分包括通過上支架101和下支架102安裝在車體的部件100上的上轉(zhuǎn)向軸部分120(包括轉(zhuǎn)向柱103和可旋轉(zhuǎn)地保持在轉(zhuǎn)向柱103中的轉(zhuǎn)向軸104)，安裝在轉(zhuǎn)向軸104的上端的方向盤105，經(jīng)由萬向接頭106連接到轉(zhuǎn)向軸104下端的下轉(zhuǎn)向軸部分107，經(jīng)由轉(zhuǎn)向接合件108連接到下轉(zhuǎn)向軸部分107的小齒輪軸109，接合到小齒輪軸109的轉(zhuǎn)向齒條軸112，以及支撐轉(zhuǎn)向齒條軸112的轉(zhuǎn)向齒條支撐部件113，并且所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)部分通過彈性部件111固定到車體的另一部件或框架110上。
這里，在上轉(zhuǎn)向軸部分1220和下轉(zhuǎn)向軸部分107每一個中均采用了本發(fā)明的車輛轉(zhuǎn)向伸縮軸(下文簡稱為“伸縮軸”)。下轉(zhuǎn)向軸部分107包括陽軸和配合到陽軸中的陰軸，并且這樣的下轉(zhuǎn)向軸部分107需要具有吸收軸向位移，在汽車行駛中伸展使得該位移以及振顫不會傳遞到方向盤105的能力。這種能力在車體具有下述的子框架結(jié)構(gòu)的情況下是需要的，在該子框架結(jié)構(gòu)中，固定轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的上部的部件100和固定轉(zhuǎn)向齒條支撐部件113的框架110彼此分離，并且，通過彈性部件111(例如橡膠部件)，轉(zhuǎn)向齒條支撐部件113固定安裝在框架110上。伸縮功能也可在其它的情況下需要，例如當(dāng)將轉(zhuǎn)向接合件118接合到小齒輪軸109時，工人先收縮伸縮軸，隨后將轉(zhuǎn)向接合件108配合到小齒輪軸109上。設(shè)置在轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的上部的上轉(zhuǎn)向軸部分120也包括陽軸和配合到該陽軸內(nèi)的陰軸。這樣的上轉(zhuǎn)向軸部分120需要具有在軸向方向上伸展和收縮的能力，以便使方向盤105在軸向方向上移動，由此調(diào)節(jié)它的位置而使得駕駛者可選取最適于駕駛的位置。在所有上述情況中，伸縮軸需減小在配合部分產(chǎn)生的振動感，也需要減小方向盤105上產(chǎn)生的振動感，并且進(jìn)一步地需要減小在軸向滑動運(yùn)動中產(chǎn)生的滑動阻力。
圖1A顯示了設(shè)置有柱輔助型電動轉(zhuǎn)向裝置的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)部分。在該轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)部分中，例如在例如下支架102或其附近，設(shè)置有柱輔助型電動轉(zhuǎn)向裝置130。下文所述的本發(fā)明的優(yōu)選實施例適用于需要傳遞由柱輔助型電動轉(zhuǎn)向裝置130產(chǎn)生的高扭矩的系統(tǒng)。
(第一實施例)圖2是本發(fā)明的車輛轉(zhuǎn)向伸縮軸的第一實施例的縱向截面圖。
圖3是所述的本發(fā)明的車輛轉(zhuǎn)向伸縮軸的第一實施例的縱向截面圖。
圖4是沿圖3的IV-IV線截取的橫向截面圖。
如圖2和3所示，伸縮軸10包括陽軸1和陰軸2，兩軸以防止彼此相對轉(zhuǎn)動的方式可滑動地配合在一起。萬向接頭UJ分別連接到陽軸1和陰軸2。
如圖4所示，在陽軸1的外周表面中形成三個軸向槽3，并且三個軸向槽彼此周向成120度角間隔開來。類似的，在陰軸2的內(nèi)周表面中延伸形成三個軸向槽5，并且所述三個軸向槽彼此周向成120度角間隔開來。
在陽軸1和陰軸2的每對匹配的相對的軸向槽3和5之間可滾動地插入多個剛性球狀部件(滾動部件或滾珠)7，當(dāng)兩個軸1和2在軸向方向上彼此相對移動時，多個球狀部件7滾動。陰軸2的每個軸向槽5的橫向截面大體為弧形形狀或者哥特式拱形形狀。
陽軸1的每個軸向槽3包括一對傾斜的側(cè)平面3a，以及在每對側(cè)面3a之間延伸的底平面3b。
在陽軸1的每個軸向槽3和對應(yīng)行的球狀部件7之間插入板簧9，并且保持使其與球狀部件7接觸以對其預(yù)加載。
板簧9包括與球狀部件7的行接觸保持的大體弧形的一對球狀部件接觸部分9a；相對于與其成周向間隔關(guān)系的各球狀部件接觸部分9a彎曲并且保持與陽軸1的軸向槽3的各側(cè)平面3a接觸保持的一對槽表面接觸部分9b；每一個均彎曲以對對應(yīng)的球狀部件接觸部分9a和槽表面接觸部分9b彈性加力而使其彼此分離的一對加力部分9c；以及將所述的一對球狀部件接觸部分9a相連并且與軸向槽3的底平面3b相對的平底部分9d。
所述一對加力部分9c中每一個均彎曲成大體U形形狀或者弓形形狀，并且對對應(yīng)的球狀部件接觸部分9a和槽表面接觸部分9b彈性加力而使其彼此分離。板簧9的彎曲部分(9c或9b)是相對于板簧9的中平面彼此對稱的，并由此在板簧9的整個長度上具有均勻的形狀。
在本實施例中，球狀部件接觸部分9a的用于接觸球狀部件7的部分形成為半徑比球狀部件7的半徑大的大體弧形形狀，如圖4所示。因此，該球狀部件接觸部分9a與球狀部件7的接觸壓力比球狀部件接觸部分9a形成為平面形狀的情況下的接觸壓力要低。
如圖4所示，在陽軸1的外周表面中延伸形成三個軸向槽4，所述軸向槽彼此周向成120度角間隔開來。類似的，在陰軸2的內(nèi)周表面中延伸形成三個軸向槽6，并且所述軸向槽彼此周向成120度角間隔開來。
在陽軸1的每個軸向槽4和對應(yīng)的陰軸2的軸向槽6之間插入剛性柱狀部件8(滑動部件或者滾針)，使得柱狀部件8與彼此相對的軸向槽4和6中每一個的內(nèi)表面之間形成非常小的間隙。每個柱狀部件8具有傾斜的相對端部。當(dāng)陽軸1和陰軸2在軸向方向上彼此相對移動時，這些柱狀部件8滑動。每個軸向槽4以及每個軸向槽6的橫向截面為大體弧形形狀或者哥特式拱形形狀。如圖4所示，軸向槽4的形狀使其在兩個端部接觸柱狀部件8。類似的，軸向槽6的形狀使其在兩個端部接觸柱狀部件8。
在陽軸1的端部形成較小直徑部分1a。在較小直徑部分1a上安裝用于限制滾針8的軸向移動的止動板11。止動板11包括軸向預(yù)加載彈性部件(即，錐形盤簧)12，以及其間保持軸向預(yù)加載彈性部件12的一對平板(即，平墊圈)13和13。
也就是說，在本實施例中，一個平板13、軸向預(yù)加載彈性部件12和另一平板13順序固定在較小直徑部分1a上，并且隨后使較小直徑部分1a受壓變形，由此將止動板11穩(wěn)定地固定到較小直徑部分1a上。
由此，將止動板11固定到陽軸1上以限制軸向移動。止動板11可通過其它適合的裝置(例如擋圈、螺紋件或者推式螺母(push nut))固定到陽軸1上，以代替受壓變形的方式。止動板11構(gòu)成為內(nèi)平板13鄰接且抵靠滾針8，以便對滾針施加適當(dāng)?shù)念A(yù)載荷，由此防止?jié)L針8軸向移動。
在本實施例中，在陽軸1的外周表面上形成六個各為大體弓形形狀的突出部分15，并且將所述突出部分15設(shè)置成與各軸向槽3和4在軸向方向上大體共軸，并且在軸向方向上與六個槽3和4分別相鄰設(shè)置。六個突出部分15分別松配于陰軸2的六個軸向槽5和6中，使得在每個突出部分15和對應(yīng)的軸向槽5、6之間在徑向方向和周向方向上均形成間隙。
因此，在球狀部件7的任一行或任一個柱狀部件8與陽軸1脫開接合或者由于某些原因破損的情況下，對應(yīng)的突出部分15配合到陰軸2的對應(yīng)的軸向槽5、6中，并且因而，陽軸1和陰軸2可傳遞扭矩并且具有防故障功能。
此時，由于在每個突出部分15和對應(yīng)的軸向槽5、6之間形成間隙，駕駛者可感覺或感知到方向盤的劇烈振動，并因而駕駛者可獲知轉(zhuǎn)向系統(tǒng)失效。
另外，陽軸1的突出部分15設(shè)置成分別與球狀部件7的行和柱狀部件8在軸向方向上共軸，并因而突出部分15也用作限制球狀部件7的行和柱狀部件8的軸向移動的止動件。由此，降低了球狀部件7和柱狀部件8脫開接合的可能性，并且進(jìn)一步提高了防故障功能。也就是說，止動板11用作在軸向槽3和4的一端對球狀部件7的行和柱狀部件8進(jìn)行限位的止動件，同時突出部分15用作在軸向槽3和4的另一端對球狀部件7的行和柱狀部件8進(jìn)行限位的止動件。
另外，陽軸1的突出部分15設(shè)置成分別與球狀部件7的行和柱狀部件8在軸向方向上共軸，并因此，陽軸1和陰軸2在徑向方向上的尺寸可減小，以獲得更緊湊的設(shè)計效果。
在陽軸1的軸向槽部分3、陰軸2的軸向槽部分5、板簧9和球狀部件7上可覆有潤滑劑。另外，潤滑劑可涂覆陽軸1的軸向槽部分4、柱狀部件8和陰軸2的軸向槽6。
注意，如圖3所示，可在柱狀部件8的兩端形成傾斜面。另外，雖然采用如圖3所示的單個滾針，也可在軸向方向設(shè)置多個滾針。
另外，在圖4中，雖然其間設(shè)置有球狀部件7的軸向方向的槽3、5和其間設(shè)置有柱狀部件8的軸向槽4、6分別在軸的周向方向設(shè)置在三個部分上，本發(fā)明并不限制該結(jié)構(gòu)。軸向槽3、4、5、6可僅形成在軸上的一個部分上。
另外，在圖4中，彈性部件9設(shè)置在陽軸1和球狀部件7之間。然而，彈性部件9可設(shè)置在陰軸2和球狀部件7之間。
在上述結(jié)構(gòu)的伸縮軸中，球狀部件7的行插入到陽軸1和陰軸2之間，并且球狀部件7的每一行在徑向方向和周向方向上通過板簧9預(yù)壓到陰軸2上，由此使得陽軸1和陰軸2之間不會發(fā)生振動。因此，可確定地防止陽軸1和陰軸2之間的振動，另外，當(dāng)陽軸1和陰軸2在軸向方向上彼此相對移動時，兩個軸1和2可以在穩(wěn)定的滑動負(fù)載下彼此相對滑動，而不會振動。
當(dāng)傳遞扭矩時，每個板簧9彈性變形而在周向方向上限制了對應(yīng)行的球狀部件7，并且同時，插入到陽軸1和陰軸2之間的三個柱狀部件8主要用于傳遞扭矩。
例如，由于板簧9對兩個軸1和2預(yù)加載，當(dāng)從陽軸1輸入扭矩時，初始階段不會發(fā)生振動，并且板簧9對所述扭矩產(chǎn)生反作用力，因而傳遞所述扭矩。此時，整個扭矩傳遞的作用方式如下在陽軸1、板簧9、球狀部件7的行和陰軸2之間傳遞的扭矩與輸入的扭矩平衡。
隨后，隨著扭矩進(jìn)一步增加，在經(jīng)由柱狀部件8旋轉(zhuǎn)陽軸1和陰軸2的過程中，陽軸1和陰軸2之間在旋轉(zhuǎn)方向上的間隙被消除，并且此后增加的扭矩通過柱狀部件8經(jīng)由陽軸1和陰軸2傳遞。因此，可確定地防止陽軸1和陰軸2之間在旋轉(zhuǎn)方向上的振動，并且也可在高剛性條件下傳遞扭矩。
在本實施例中，除了球狀部件7，還設(shè)置有柱狀部件8，并且因而當(dāng)輸入大扭矩時，通過柱狀部件8可支撐很大一部分的負(fù)載。因此，陰軸2的每個軸向槽5與對應(yīng)行的球狀部件7的接觸壓力可減小，由此提高耐用性，并且當(dāng)輸入大扭矩時，可在高剛性條件下傳遞扭矩。
如上所述，在本實施例中，可獲得穩(wěn)定的滑動負(fù)載，并且可確定地防止在旋轉(zhuǎn)方向上的振動，因此，可在高剛性條件下傳遞扭矩。
優(yōu)選地，每個球狀部件7包括一剛性滾珠。優(yōu)選地，每個剛性柱狀部件包括一滾針。
柱狀部件(下文稱為“滾針”)8通過線接觸承受負(fù)載，并且因此與滾珠通過點接觸承受負(fù)載的情況相比，具有各種優(yōu)點，例如可將接觸壓力保持在較低的水平。與在陽軸和陰軸中全部的六對匹配的軸向槽中分別設(shè)置成行的滾珠的滾珠滾動結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)在如下方面具有優(yōu)點1)滑動部分處的減震的效果高于上述滾珠滾動結(jié)構(gòu)。因此，振顫吸收性能較高。
2)每個滾針非常輕微地與陰軸和陽軸接觸，并且因此，可將滑動負(fù)載的變化保持在狹窄的范圍內(nèi)，并且由于所述變化引起的振顫將不會被傳遞到方向盤。
3)當(dāng)傳遞相同的扭矩時，滾針的接觸壓力可保持在較低的水平，并且因此可減小軸向方向上結(jié)構(gòu)的長度，有效利用空間。
4)組件的數(shù)量可減少。
5)組裝效率可更高。
6)組裝費用可減小。
因此，滾針用作在陽軸1和陰軸2之間傳遞扭矩的關(guān)鍵部件，并且可保持與陰軸2的內(nèi)周表面滑動接觸。與常規(guī)的花鍵配合結(jié)構(gòu)相比，使用滾針在下述方面具有優(yōu)點1)可大批量制造滾針，因此成本低廉。
2)在經(jīng)過熱處理后，滾針被拋光，并且因此具有較高的表面硬度，耐磨性也較好。
3)滾針被拋光，并且因此其表面粗糙度也較高，在滑移中的摩擦系數(shù)低，并因而可將滑動負(fù)載保持在較低水平。
4)根據(jù)使用條件，可改變滾針的長度和布置方式，并且因此，滾針可滿足各種應(yīng)用而無需改變設(shè)計原理。
5)根據(jù)使用條件，存在需減小滑移中的摩擦系數(shù)的情況。在這種情況下，通過僅對滾針進(jìn)行表面處理，可改善滑動特性，并且因此，滾針可滿足各種應(yīng)用而無需改變設(shè)計原理。
6)可廉價生產(chǎn)幾微米量級的外徑不同的各種尺寸的滾針，并且因此通過選擇所需外徑的滾針，陽軸、滾針和陰軸之間的間隙可最小化。因此，可簡單地提高軸的扭轉(zhuǎn)剛度。
在本實施例中，對陰軸2的內(nèi)周表面進(jìn)行表面硬化處理，由此在其上形成硬質(zhì)層Ha。該內(nèi)周表面的表面硬度是Hv 400或更高。不總是需要對陰軸2的整個內(nèi)周表面進(jìn)行表面硬化處理，而是可至少對與各個滾針(柱狀部件)8接觸的軸向槽6的內(nèi)表面進(jìn)行表面硬化處理，表面硬化處理也可應(yīng)用于與各行滾球7接觸的軸向槽5的內(nèi)表面。
硬質(zhì)層Ha的厚度為10μm-100μm，并且例如應(yīng)用滲碳氮化作為上述表面硬化處理。
也可通過熱處理對每個柱狀部件8的表面進(jìn)行表面硬化處理，由此在其上形成硬質(zhì)層Hb。柱狀部件8的表面硬度不小于400Hv。然而，可省略對柱狀部件8的表面硬化處理。
以如上構(gòu)造，防止陰軸的內(nèi)周表面在高接觸壓力下變形并且磨損，由此獲得平滑的滑移。
優(yōu)選使用添加了二硫化鉬或鉬的低摩擦型潤滑脂用作潤滑劑。
優(yōu)選地，柱狀部件8的表面粗糙度不大于Ra 0.4。優(yōu)選地，陰軸2的內(nèi)周表面的表面粗糙度不大于Ra 0.4。
(第二實施例)圖5A顯示了本發(fā)明的第二實施例，并且是沿圖3的IV-IV線截取的橫向截面圖。圖5B是顯示柱狀部件的外表面的一部分的放大截面圖。
在本實施例中，對陰軸2的內(nèi)周表面進(jìn)行表面硬化處理，并且因此形成硬質(zhì)層Ha，同上述第一實施例中所述。不總是需要對陰軸2的整個內(nèi)周表面進(jìn)行表面硬化處理，而是可至少對與各個滾針(柱狀部件)8接觸的軸向槽6的內(nèi)表面進(jìn)行表面硬化處理，表面硬化處理也可通過熱處理應(yīng)用于每個柱狀部件8的表面，由此在其上形成硬質(zhì)層Hb。
除了硬質(zhì)層Hb(通過表面硬化處理形成的硬質(zhì)層，并且其表面硬度不小于Hv 400)，通過噴丸處理或者滾磨(tumbling)在柱狀部件8的外表面上均勻地形成微小的坑點和突起。因此，在所述經(jīng)過粗糙化處理的表面上保持潤滑脂，以獲得平滑的滑移。
在這種情況下，優(yōu)選地，柱狀部件8的表面粗糙度不大于Ra 0.8。優(yōu)選地，陰軸2的內(nèi)周表面的表面粗糙度不大于Ra 0.4。
(第三實施例)在本實施例中，表面硬化處理應(yīng)用于陰軸2的內(nèi)周表面上，由此形成硬質(zhì)層Ha，如上第一實施例中所述。不總是需要對陰軸2的整個內(nèi)周表面進(jìn)行表面硬化處理，而是可至少對與各個滾針(柱狀部件)8接觸的軸向槽6的內(nèi)表面進(jìn)行表面硬化處理，表面硬化處理也可應(yīng)用于與各行滾球7接觸的軸向槽5的內(nèi)表面。表面硬化處理也可通過熱處理應(yīng)用于每個柱狀部件8的表面，由此在其上形成硬質(zhì)層Hb。
除了硬質(zhì)層Ha(通過表面硬化處理形成的硬質(zhì)層，并且其表面硬度不小于Hv 400)，通過噴丸處理在陰軸2的每個軸向槽6的內(nèi)表面(與對應(yīng)的柱狀部件8接觸的表面)上均勻地形成微小的坑點和突起。也可在每個軸向槽5的整個內(nèi)表面上形成微小的坑點和突起。
因此，在所述經(jīng)過粗糙化處理的表面上保持潤滑脂，以獲得平滑的滑移。
在這種情況下，優(yōu)選地，柱狀部件8的表面粗糙度不大于Ra 0.4。優(yōu)選地，陰軸2的內(nèi)周表面的表面粗糙度不大于Ra 0.8。
(第四實施例)在本實施例中，表面硬化處理應(yīng)用于陰軸2的內(nèi)周表面上，由此形成硬質(zhì)層Ha，如上第一實施例中所述。不總是需要對陰軸2的整個內(nèi)周表面進(jìn)行表面硬化處理，而是可至少對與各個滾針(柱狀部件)8接觸的軸向槽6的內(nèi)表面進(jìn)行表面硬化處理，并且在這種情況下，表面硬化處理也可應(yīng)用于與各行滾球7接觸的軸向槽5的內(nèi)表面。表面硬化處理也可通過熱處理應(yīng)用于每個柱狀部件8的表面，由此在其上形成硬質(zhì)層Hb。
除了硬質(zhì)層Hb(通過表面硬化處理形成的硬質(zhì)層，并且其表面硬度不小于Hv 400)，通過噴丸處理或者滾磨在柱狀部件8的外表面上均勻地形成微小的坑點和突起。
除了硬質(zhì)層Ha(通過表面硬化處理形成的硬質(zhì)層，并且其表面硬度不小于Hv 400)，通過噴丸處理在陰軸2的每個軸向槽6的內(nèi)表面(與對應(yīng)的柱狀部件8接觸的表面)上均勻地形成微小的坑點和突起。也可在每個軸向槽5的整個內(nèi)表面上形成微小的坑點和突起。
因此，在所述經(jīng)過粗糙化處理的表面上保持潤滑脂，以獲得平滑的滑移。
(第五實施例)雖然圖中未示出，本實施例不同于第二實施例之處僅在于第二實施例中所述的表面硬化處理沒有應(yīng)用到陰軸2的內(nèi)周表面。
其它的結(jié)構(gòu)、操作和優(yōu)點效果均類似第二實施例，并且有一個額外的優(yōu)點，那就是可降低成本，當(dāng)通過需進(jìn)行充分的硬化的方法(例如鍛造)生產(chǎn)得到陰軸2時，必須對第二扭矩傳遞部件(柱狀部件)應(yīng)用表面硬化處理和粗糙化處理(坑點和突起)。
在這種情況下，優(yōu)選地，柱狀部件8的表面粗糙度不大于Ra 0.8。優(yōu)選地，陰軸2的內(nèi)周表面的表面粗糙度不大于Ra 0.8。
第六實施例如圖6和7所示。第六實施例是上述本發(fā)明的第一和第二實施例的變型。第六實施例的部件與第一實施例的部件相似，并且用相似的參考標(biāo)記指代，省略對其的詳細(xì)說明。
在第六實施例中，柱狀部件由花鍵部分代替。也就是說，根據(jù)第六實施例的伸縮軸包括以防止彼此相對轉(zhuǎn)動的方式可滑動地花鍵配合在一起的陰軸和陽軸。
代替多個剛性柱狀部件8(滑動部件或滾針)，在陽軸的外周表面上一體形成用于花鍵配合的軸向突起214。據(jù)此，在陰軸2的內(nèi)周表面上形成用于花鍵配合的軸向槽216。軸向突起214和軸向槽216彼此花鍵配合，以組成扭矩傳遞部分。
在第六實施例中，表面硬化處理應(yīng)用于陽軸1的外周表面或者陰軸的內(nèi)周表面中的至少一個上，以便形成表面硬度為Hv 400或更高的硬質(zhì)層Hc。
注意到，雖然上述說明中提到了通過陰軸和陽軸花鍵配合而形成扭矩傳遞部分，本發(fā)明不限于此。代替花鍵配合，可通過凹凸配合或鋸齒型配合形成配合結(jié)構(gòu)。
根據(jù)第六實施例，由于扭矩傳遞部分通過陰軸和陽軸花鍵配合而形成，當(dāng)不傳遞扭矩時，可以可靠地防止陽軸1和陰軸之間的振動。另外，當(dāng)陽軸1和陰軸2相對移動時，陽軸1和陰軸可在軸向方向上以穩(wěn)定的滑動負(fù)載滑動。
其結(jié)構(gòu)、操作和效果類似第一實施例，并且可省略其它詳細(xì)說明。
本發(fā)明不限于上述實施例，可進(jìn)行各種變型。
雖然已根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例進(jìn)行了說明，對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，可在不背離本發(fā)明的情況下，進(jìn)行各種修改和變型，并且因而由所附的權(quán)利要求書覆蓋所有這些落入本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的修改和變型。
本發(fā)明要求于2005年2月16日申請的日本專利No.P.2005-039395的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容在此引用結(jié)合。
權(quán)利要求
1.一種伸縮軸，其包括陽軸和陰軸，兩者以防止彼此相對轉(zhuǎn)動的方式可滑動地配合在一起；預(yù)加載作用扭矩傳遞部分，其用于以預(yù)加載所述陽軸和陰軸的方式在所述陽軸和陰軸之間傳遞扭矩，所述預(yù)加載作用扭矩傳遞部分包括形成在所述陽軸的外周表面中的至少一個軸向槽；形成在所述陰軸的內(nèi)周表面中的至少一個軸向槽；和通過彈性部件插入到所述兩個軸向槽之間的第一扭矩傳遞部件；和剛性作用扭矩傳遞部分，其用于通過剛性部件的接觸在所述陽軸和陰軸之間傳遞扭矩，所述剛性作用扭矩傳遞部分包括形成在所述陽軸的所述外周表面中的至少一個軸向槽；形成在所述陰軸的所述內(nèi)周表面中的至少一個軸向槽；和插入到所述兩個軸向槽之間的第二扭矩傳遞部件，其中，所述剛性作用扭矩傳遞部分的接觸部分具有大于或等于Hv 400的表面硬度。
2.一種伸縮軸，其包括陽軸和陰軸，兩者以防止彼此相對轉(zhuǎn)動的方式可滑動地配合在一起；預(yù)加載作用扭矩傳遞部分，其用于以預(yù)加載所述陽軸和陰軸的方式在所述陽軸和陰軸之間傳遞扭矩，所述預(yù)加載作用扭矩傳遞部分包括形成在所述陽軸的外周表面中的至少一個軸向槽；形成在所述陰軸的內(nèi)周表面中的至少一個軸向槽；和通過彈性部件插入到所述兩個軸向槽之間的第一扭矩傳遞部件；和剛性作用扭矩傳遞部分，其用于通過剛性部件的接觸在所述陽軸和陰軸之間傳遞扭矩，所述剛性作用扭矩傳遞部分包括形成在所述陽軸的所述外周表面中的至少一個軸向槽；形成在所述陰軸的所述內(nèi)周表面中的至少一個軸向槽；和插入到所述兩個軸向槽之間的第二扭矩傳遞部件，其中，所述第二扭矩傳遞部件具有大于或等于Hv 400的表面硬度，并且與所述第二扭矩傳遞部件接觸并且形成在所述陽軸或者所述陰軸上的軸向槽具有大于或等于Hv 400的硬度。
3.如權(quán)利要求1所述的伸縮軸，其中，所述第一扭矩傳遞部件包括滾動部件，當(dāng)所述陽軸和陰軸在它們的軸向方向上彼此相對移動時，所述滾動部件滾動，并且所述第二扭矩傳遞部件包括滑動部件，當(dāng)所述陽軸和陰軸在它們的軸向方向上彼此相對移動時，所述滑動部件滑動。
4.如權(quán)利要求1所述的伸縮軸，其中，對與所述第二扭矩傳遞部件接觸的所述陰軸的軸向槽的內(nèi)表面進(jìn)行表面硬化處理，并且對所述第二扭矩傳遞部件進(jìn)行表面硬化處理。
5.如權(quán)利要求4所述的伸縮軸，其中，除了表面硬化處理，通過噴丸處理或者滾磨在所述第二扭矩傳遞部件上均勻地形成微小的坑點和突起。
6.如權(quán)利要求4所述的伸縮軸，其中，除了表面硬化處理，通過噴丸處理在與所述第二扭矩傳遞部件接觸的所述陰軸的軸向槽的內(nèi)表面上均勻地形成微小的坑點和突起。
7.一種伸縮軸，其包括陽軸和陰軸，兩者以防止彼此相對轉(zhuǎn)動的方式可滑動地配合在一起；預(yù)加載作用扭矩傳遞部分，其用于以預(yù)加載所述陽軸和陰軸的方式在所述陽軸和陰軸之間傳遞扭矩，所述預(yù)加載作用扭矩傳遞部分包括形成在所述陽軸的外周表面中的至少一個軸向槽；形成在所述陰軸的內(nèi)周表面中的至少一個軸向槽；和通過彈性部件插入到所述兩個軸向槽之間的第一扭矩傳遞部件；和剛性作用扭矩傳遞部分，其用于通過剛性部件的接觸在所述陽軸和陰軸之間傳遞扭矩，所述剛性作用扭矩傳遞部分包括形成在所述陽軸的所述外周表面中的至少一個軸向槽；形成在所述陰軸的所述內(nèi)周表面中的至少一個軸向槽；和在形成于所述陽軸和所述陰軸上的所述兩個軸向槽上分別形成的第二扭矩傳遞部分，其中，所述剛性作用扭矩傳遞部分的所述第二扭矩傳遞部分具有大于或等于Hv 400的硬度。
8.如權(quán)利要求7所述的伸縮軸，其中，所述陽軸和所述陰軸彼此配合，以組成所述第二扭矩傳遞部分。
9.如權(quán)利要求7所述的伸縮軸，其中，所述陽軸和所述陰軸彼此以花鍵配合方式配合，以組成所述第二扭矩傳遞部分。
10.如權(quán)利要求1所述的伸縮軸，其中，所述第一扭矩傳遞部件包括至少一個球狀部件。
11.如權(quán)利要求1所述的伸縮軸，其中，所述第二扭矩傳遞部件包括至少一個柱狀部件。
12.如權(quán)利要求2所述的伸縮軸，其中，所述第一扭矩傳遞部件包括至少一個球狀部件。
13.如權(quán)利要求2所述的伸縮軸，其中，所述第二扭矩傳遞部件包括至少一個柱狀部件。
14.如權(quán)利要求7所述的伸縮軸，其中，所述第一扭矩傳遞部件包括至少一個球狀部件。
15.如權(quán)利要求7所述的伸縮軸，其中，所述第二扭矩傳遞部件包括至少一個柱狀部件。
16.如權(quán)利要求1所述的伸縮軸，其中，所述伸縮軸用于車輛轉(zhuǎn)向。
17.如權(quán)利要求2所述的伸縮軸，其中，所述伸縮軸用于車輛轉(zhuǎn)向。
18.如權(quán)利要求7所述的伸縮軸，其中，所述伸縮軸用于車輛轉(zhuǎn)向。
全文摘要
對陰軸(2)的內(nèi)周表面應(yīng)用表面硬化處理，由此在其上形成硬質(zhì)層Ha。硬質(zhì)層的表面硬度大于等于Hv400。所述硬質(zhì)層Ha的厚度是10μm－100μm，并且例如應(yīng)用氣體滲碳氮化作為上述表面硬化處理。同時通過熱處理對每個柱狀部件(8)的外表面進(jìn)行表面硬化處理，由此在其上形成硬質(zhì)層Hb。以如上構(gòu)造，防止陰軸的內(nèi)周表面在高的接觸壓力下變形和磨損，以獲得平滑的滑移。
文檔編號B62D1/16GK1821593SQ20061000700
公開日2006年8月23日 申請日期2006年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月16日
發(fā)明者山田康久 申請人:日本精工株式會社