用于机动车辆转向系统的转向轴的制作方法
用于机动车辆转向系统的转向轴的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种与助力系统一起使用的用于机动车辆转向系统的转向轴，所述轴包括输入轴和输出轴，所述输入轴和输出轴利用扭力杆而以扭转弹性方式彼此连接以传递扭矩，其中扭力杆的接合部段连接至输入轴和/或输出轴的接合插槽。
【背景技术】
[0002]在用于机动车辆的转向系统的转向轴领域，通过与输出轴关联的输入轴来确定输入扭矩是公知的，这里基础上，利用助力系统向转向轴施加辅助扭矩以辅助驾驶员转向。为此目的，在助力车辆转向系统的情况中，将机动车辆的转向轴分为输入轴和输出轴是公知的，其中输入轴一般连接至机动车辆的方向盘，通过这种方式，驾驶员将相应的转向扭矩或者相应的转向命令引入至输入轴。输出轴一般连接至转向小齿轮，所述转向小齿轮通过相应的齿条和横拉杆而将转向移动传递至机动车辆的转向轮。
[0003]助力系统(例如电子助力系统或者液压助力系统)一般附接至输出轴，附接至转向小齿轮或者附接至齿条，以便引入相应的辅助扭矩。在这种情况下，通过确定与输出轴相关的、并且由驾驶员经由方向盘而引入输入轴的扭矩来控制相应的助力系统。
[0004]同时，通过扭力杆将转向轴的输入轴和输出轴连接，并且利用扭矩传感器而根据在输入轴与输出轴之间的相对扭转角度来确定输入扭矩是公知的。在液压伺服转向系统中，这能够利用例如旋转滑阀实现，而在电子伺服转向系统的情况下，这能够利用例如相应的电磁传感器来实现。
[0005]为了避免扭力杆过载，输入轴和输出轴能够通过松弛的刚性结合而连接至彼此，从而当超出扭力杆的弹性扭转的最大值时，输入轴与输出轴直接刚性结合。
[0006]确保扭力杆与输入轴和/或输出轴的扭转连接对于输入轴与输出轴之间的相应的扭转弹性连接功能较为重要，其最终能够感测到扭矩。出于该目的，将扭力杆一般受压而与输入轴和/或输出轴摩擦结合。
[0007]在装配过程中，必须要考虑扭力杆一般易于屈曲，因此，必须将扭力杆压入到输入轴和/或输出轴的接合插槽内，从而避免扭力杆的屈曲。
[0008]为此目的，文献W02006/048392提出在扭力杆的一端设置例如有齿部，从而使该有齿部能够进入到输出轴中的相应的接合插槽内。
[0009]DE 10 2011 054 983 A1提出设置两个滚柱轴承，在施加压力的过程中，该滚柱轴承能够直接在扭力杆的周向表面上滚动，并且允许扭力杆设置在中间并被引导。这里，扭力杆在其一端具有花键，这些花键在压力下被固定在相应的转向轴的封闭柱形内轮廓中。
【发明内容】
[0010]基于现有技术，本发明的目的在于设计一种转向轴，其允许进一步改进扭力杆与轴的连接。
[0011]该目的通过具有权利要求1的特征的转向轴实现。能够在各从属权利要求中找到有利的实施方案。
[0012]因此，提出一种与助力系统一起使用的用于机动车辆转向系统的转向轴，所述轴包括输入轴和输出轴，二者利用扭力杆而以扭转弹性方式彼此连接以传递扭矩，其中扭力杆的接合部段连接至输入轴和/或输出轴的接合插槽，其中扭力杆的接合部段具有局部凸起，所述局部凸起用于与输入轴(10)和/或输出轴(12)的接合插槽(40、42)形成非刚性连接和刚性连接。
[0013]通过在扭力杆上设置接合部段从而使得在接合部段中设置局部凸起用以形成与输入轴和/或输出轴的非刚性连接和刚性连接，能够实现扭力杆的接合部段与输入轴和/或输出轴各自的接合插槽的简单接合，从而使得扭力杆与输入轴和/或输出轴充分地扭转刚度连接。
[0014]在本发明的一个实施方案中，输入轴和/或输出轴的接合插槽具有圆柱形的设计。
[0015]扭力杆与输入轴和输出轴之间的连接优选仅仅通过在扭力杆的接合部段与输入轴的接合插槽和输出轴的接合插槽形成的表面来实现，而不使用其它的部件作为连接工具，诸如固定销。作为另一个优选方式，实现扭力杆与输入轴和输出轴之间的连接而不使用胶粘剂、接合剂或者单独的粘接介质。
[0016]在最简单的情况下，可以使局部凸起形成为螺纹，其甚至可以制造为切螺纹。然而，接合部段的局部凸起优选为通过材料移动而获得，特别优选为不通过切割形成，例如，通过辊乳形成、刻痕和/或压花。
[0017]使用通过材料移动获得的接合部段中的局部凸起使得不必对接合部段进行切削加工。相反，对接合部段的所述相应的加工处理意味着，能够通过扭力杆的各个接合部段而将扭力杆简单地压入到接合插槽中并且相应施加的压入力远低于用于扭力杆的临界屈曲力。这也使得能够在扭力杆的两个端部(即与输入轴的接合插槽和输出轴的接合插槽两者相关)产生压配合。从而能够省掉用于生产接合插槽和扭力杆的各个接合部段的昂贵的加工步骤。
[0018]在优选的改进中，将局部凸起设计为在压入方向上沿着接合部段连续延伸的连续的珠状部和/或环、连续的螺纹或者肋状物。通过连续的局部凸起的所述构造，在接合过程中能够形成不受扭力杆相对于输出轴和/或输入轴的各个位置约束的连接，能够沿着任何旋转指向接合在一起，并且之后沿着该接合的旋转指向提供扭转刚性连接。如果期望输入轴通过扭力杆而以预定的对齐位置连接至输出轴，那么这是尤其有利的。
[0019]作为一个特别优选的实施方案，输入轴和/或输出轴的接合插槽同样具有局部凸起。在具有局部凸起的接合部段与同样具有局部凸起的输入轴和/或输出轴的接合插槽接合的过程中，能够进一步减少所需的压入力。但是，材料的流动可能性(尤其是在各个局部凸起的区域)表示在该过程中不但产生了非刚性结合，而且还产生了导致相应扭转刚性连接的经改进的刚性结合。
[0020]这里，如果接合插槽的基本形状是圆柱形且局部凸起被引入到圆柱形表面上，则是特别优选的。在这种情况下，局部凸起由两个封闭表面而被围成有限的范围，这两个封闭表面中的每一个优选为圆柱形的设计。换言之，在该表面上的局部凸起的封闭表面和在该表面上的相应的局部形成的凹陷都优选为圆柱形设计。
[0021]在这种情况下，刚性结合至少发生在垂直于压入方向的平面上。从而获得结合部件的良好的扭转刚度。
[0022]在最简单的情况下，可以将局部凸起形成为螺纹，其甚至可以生产为切螺纹。然而，接合插槽的局部凸起也优选为通过材料移动而获得，优选不通过切割形成，特别优选为通过辊乳形成、刻痕和/或压花。从而能够再次避免昂贵的切割方法。
[0023]输入轴和/或输出轴的各个接合插槽中的通过材料变形获得的凸起和扭力杆的接合部段中的通过材料变形获得的凸起的排列优选为是不同的。在这种情况下，扭力杆的局部凸起优选为以相对在接合插槽中的局部凸起成一定角度而延伸，并且特别优选为基本垂直在接合插槽中的局部凸起延伸。
[0024]在示例性而非限制的实施方案中，所述凸起大体为彼此垂直地排列。因此，以彼此“基本垂直”的方式排列的所述凸起的角度范围是从85°至95°。角度可在+/-10°的范围内，特别优选为在+/_5°的范围内。
[0025]例如，可以通过环绕珠状部或螺纹而形成在接合插槽中的局部凸起，在扭力杆的接合部段中的局部凸起例如延伸形成为沿着轴向方向或者沿着扭力杆的压入方向的肋状物。在一种可替代的实施方案中，接合插槽中的局部凸起可以沿轴向形成，即可以沿着压入方向延伸，并且在扭力杆的接合部段中的局部凸起可以沿着周向方向延伸或者形成螺纹。
[0026]在提及的构造中，特别有利地减少了必要的压入力，同时在接合过程中形成可靠的刚性连接和摩擦连接。以这种方式，扭力杆能够以扭转刚性方式在压力作用下接合至输入轴和/或输出轴，而不超出对于扭转杆的屈曲力。
[0027 ]在特别优选的构造中，输入轴和输出轴两者构造成使得输入轴的接合插槽和输出轴的接合插槽分别具有通过材料移动获得的局部凸起，从而使得能够通过扭力杆各自的接合部段(也就是说，特别是设置在扭力杆的每一端的接合部段)来连接扭力杆，从而形成非刚性连接和刚性连接，其中在两种连接的情况下，必要的压入力或者接合力没有超过扭力杆的屈曲力或者显著降低到扭力杆的屈曲力以下。
[0028]压入力优选地降低到小于3000牛顿的范围内，从而确保在实际装配用于传递扭矩的设备的过程中，可能作用在扭力杆上的屈曲力大幅减小。
[0029]作为一个特别优选方案，在接合插槽中以及扭力杆的接合部段上的通过材料移动获得的局部凸起通过压花、刻痕或者辊乳形成，从而使得扭力杆的材料或者输入轴和/或输出轴的各自的材料在接合插槽的区域内流动，并因此位移从而形成相应的凸起。这特别不需通过切割 实现，而是通过例如提及的刻痕、辊乳形成或者压花。
[0030]在接合插槽中，通过材料移动获得的局部凸起导致在接合插槽内延伸的所述凸起的区域内的接合插槽的直径局部减少，但是这些局部凸起还导致相对于原始尺寸而在被移走的材料的区域内(例如形成为用于容纳扭力杆的孔的接合插槽)的接合插槽的直径局部增加。类似地，通过应用由材料移动获得的局部凸起，接合部段处的扭力杆在所述凸起的区域中相对于接合部段的直径局部扩大，同时还在被移走的材料的区域的直径相对于初始直径局部减少。由于接合插槽和接合部段的相应的构造，从而能够在后续的在接合插槽中的接合部段上施加压力的过程中，确保能够依次进行材料流动，从而使得，一方面，在压力下存在非刚性结合，而另一方面，由于材料流动还产生刚性结合，所述刚性结合特别使得不仅实现防止拉出而且还实现在扭力杆与输入轴和/或输出轴之间的扭转刚性连接。
[0031 ]材料流动是否主要出现在扭力杆的接合部段中还是出现在输入轴或者输出轴的接合插槽中还是在两者中同时出现，取决于各自的材料的相对硬度。但是，可以想象到材料的流动由于将扭力杆装配到输入轴和/或输出轴中而将仅仅分别发生在接合部段的材料的局部凸起的区域中和接合插槽的材料的局部凸起的区域中。在优选的情况下，局部材料凸起通过纯成型而形成，用于压痕的材料的流动仅仅发生在之前已经受纯成型操作影响的材料的区域中。应设想材料凸起不会通过切割或者成型工艺而装配到(特别是进入到)接合插槽的基部材料中。这里，通过对材料凸起进行限制的具有更大直径的封闭表面来形成基部材料的边界。
[0032]与扭力杆的接合部段相关的接合插槽的孔的初始尺寸可以选择为使得接合插槽的直径比例如在过盈配合的情况下稍微大一些，在过盈配合的情况下不会具有通过材料移动而获得的局部凸起。尽管如此，能够通过接合部段的局部凸起与接合插槽的局部凸起的相互作用而实现扭转刚性连接。但是，由于不同的尺寸，用于该目的所需的压入力明显更低。
[0033]在另一优选的实施方案中，扭力杆具有光滑的中间部段，其邻近接合部段，优选为直接与所述部段相邻。通过所述中间部段，由于尤其是能够在预装配位置上进行输入轴相对于输出轴的旋转对齐，并且完整的连接仅在采用预定的旋转位置之后进行，因而装配能够进一步简化。
[0034]扭力杆在其面向输入轴的端部特别优选地包括具有局部凸起的接合部段从而与输入轴的接合插槽形成非刚性连接和刚性连接，并且所述扭力杆在其面向输出轴的端部包括具有局部凸起的接合部段从而与输出轴的接合插槽形成非刚性连接和刚性连接。换言之，接合部段优选为设置在扭力杆的两端。以这种方式，能够在扭力杆的两个端部都显示出所描述的接合过程的优点。
[0035]为了避免超出扭力杆和扭力杆与输入轴和输出轴的连接的最大的扭转负载，输入轴优选为还通过松弛的刚性结合而连接至输出轴。
【附图说明】
[0036]通过以下的【附图说明】，将更为详细地阐释本发明的更为优选的实施方案和本发明的各个方面，其中:
[0037]图1显示具有助力系统的机动车辆转向系统的示意图；
[0038]图2显示转向轴的示意性的立体图；
[0039]图3显示图2中的转向轴的示意性的立体分解图；
[0040]图4显示处于中间装配状态的图2和3中的转向轴的另一示意性立体图；
[0041]图5显示贯穿处于已装配状态的图2至4中的转向轴的截面的示意性横截面视图；
[0042]图6至8显示通过接合插槽的不同实施方案的示意性横截面视图；
[0043]图9和10显示形成在扭力杆的一端和另一端处的接合部分的示意性立体图；
[0044]图11显示另一个实施方案的扭力杆的示意性截面图；
[0045]图12和13显示接合部分的进一步构造的示意图；
[0046]图14显示另一个实施方案的接合插槽的示意性横截面图；
[0047]图15显示又一个实施方案的扭力杆的示意性的截面视图；
[0048]图16显示另一个实施方案的转向轴的示意性的立体图；以及
[0049]图17和18显示在输入轴与输出轴之间松弛的刚性结合的转向轴的示意图。
[0050]附图标记列表:
[0051 ] 1转向轴
[0052]10输入轴
[0053]12输出轴
[0054]100机动车辆转向系统
[0055]102方向盘
[0056]104转向小齿轮
[0057]106齿条
[0058]108横拉杆
[0059]110转向轮
[0060]112助力系统
[0061]114助力系统
[0062]116助力系统
[0063]118扭矩传感器
[0064]118’扭矩传感器
[0065]120万向接头
[0066]1120蜗轮
[0067]122刚性结合元件
[0068]124刚性结合插槽
[0069]20输入轴的轴承区
[0070]22输出轴的轴部段[0071 ] 3扭力杆
[0072]30接合部段
[0073]32接合部段
[0074]34轴承区
[0075]300局部凸起
[0076]310中间区域
[0077]340滚柱轴承
[0078]40接合插槽
[0079]42接合插槽
[0080]400局部凸起[0081 ] 410贯穿孔
[0082]P压入方向。
【具体实施方式】
[0083]下面将结合附图来描述优选实施方案。这里，在不同的附图中相同的、相似的或者具有相同作用的元件由相同的附图标记来表示，在一些情况下，为了避免重复，在下面的说明书中省略了对这些元件的重复性描述。
[0084]图1显示了机动车辆转向系统100的示意图，其中驾驶员通过方向盘102而使相应的扭矩作为转向指令引入到转向轴1中。然后扭矩经由转向轴1而传递至转向小齿轮104，转向小齿轮104与齿条106啮合，齿条106再经由相应的横拉杆108而将特定的转向角传递至机动车辆的转向轮110。
[0085]电子和/或液压助力系统为助力系统112的形式，或者为助力系统114或116中的形式，其能够联接至转向轴1、小齿轮104或齿条106。助力系统112、114或116分别将辅助扭矩引入到转向轴1或者转向小齿轮104和/或将辅助力引入至齿条106，从而辅助驾驶员进行转向操作。在图1中示出的三种不同的助力系统112、114和116显示出它们可替代的设置位置。通常而言，所述这些显示出的位置中只有一个由助力系统占据。在考虑由扭矩传感器118确定的输入扭矩的同时来确定辅助扭矩或者辅助力(其利用各自的助力系统112、114或116来施加用以辅助驾驶员)。通过引入辅助扭矩或者辅助力中的一个或者两者结合的引入，可以利用助力系统112、114或116而将额外的转向角度引入到转向系统中，所述转向角度增加到由驾驶员引入到方向盘102的转向角度。
[0086]转向轴1具有连接至方向盘102的输入轴10和通过转向小齿轮104连接至齿条106的输出轴12。输入轴10和输出轴12通过扭力杆而以扭转弹性的方式联接至彼此。这样，如果输出轴12不与输入轴10精确地同步旋转，那么由驾驶员经由方向盘102引入到输入轴10的扭矩总是导致输入轴10相对于输出轴12旋转。在输入轴10与输出轴12之间的这种相对旋转能够利用例如旋转角度传感器测得，并由此基于已知的扭力杆的扭转刚度，而能够转化为相对于输出轴的相应的输入扭矩。以这种方式，扭矩传感器118形成为用来确定输入轴10与输出轴12之间的相对旋转。这种类型的扭矩传感器118的工作原理是已知的，并且通过例如电磁测量相对旋转或者其他方式测量相对旋转而能够实施为旋转滑阀的形式。
[0087]以这种方式，如果输出轴12抵抗扭力杆的扭转阻力而相对于输入轴10旋转，那么驾驶员经由方向盘102而施加至转向轴1或者输入轴10的扭矩将会仅仅通过助力系统112、114或116中的一个而引入辅助扭矩。
[0088]作为一种替代方式，扭矩传感器118还能够布置在位置118，处，在这种情况下，转向轴1分为输入轴10和输出轴12的情况将对应地出现在其他位置处，以便能够由通过扭力杆联接至输入轴10的输出轴12的相对旋转来确定相对旋转，并因此能够相应地确定引入的输入扭矩和/或辅助力。
[0 089]图1中的转向轴1还进一步包括至少一个万向接头120，通过该万向接头机动车辆的转向轴1的路径能够与空间条件匹配。
[0090]将在下文描述的在图2至15、17和18中显示的转向轴1的实施方案尤其适用与在图1中示出的与助力系统112结合的扭矩传感器118的布置方式连接。
[0091]在图16中显示的转向轴1的实施方案尤其适用与与助力系统114或116结合的扭矩传感器118 ’的布置方式一起使用。
[0092]图2示意性地显示具有输入轴10和输出轴12的转向轴1，其中在图1中显示了扭矩传感器118跨越输入轴10与输出轴12汇合的部分。输入轴10通过扭力杆(在图2中不可见，但在内部延伸)以扭转弹性的方式连接至输出轴12，其中转向轴1的具体构造在图3-5中示出。
[0093]为了通过助力系统112来引入辅助扭矩，设置蜗轮1120以用于与输出轴12联合旋转。助力系统112的电子马达或者伺服马达的输出能够以适当的方式作用在蜗轮1120上。可替代地，还能够设置液压驱动装置。因此，助力系统112用于将辅助驾驶员转向的相应的辅助扭矩输入到输出轴12，并从而输入到机动车辆转向系统100的位于输出轴12的下游的所有部件。
[0094]为了精准地确定通过蜗轮1120引入的相应的扭矩或者辅助力的量，输入轴10与输出轴12以扭转弹性的方式而连接至彼此(如上所述)，因此驾驶员通过方向盘102而输入到输入轴10的各个转向指令通过助力系统112(其作用在蜗轮1120上)对驾驶员构成相应的辅助。出于该目的，设置扭矩传感器118，其确定在输入轴10与输出轴12之间的相对旋转，或者在输入轴10与输出轴12之间的相应的相对旋转角度，并且基于此，可以确定由助力系统112提供的辅助扭矩。
[0095]图3显示了转向轴1的示意性的分解图，其中输入轴10和输出轴12与蜗轮1120—起显不ο
[0096]输入轴10具有轴承区20，其起到接收输出轴12的轴部段22(补充至轴部段22)的作用。这在图5的截面图中尤其能够再一次清楚地示出，其中输出轴12的轴部段22引入到输入轴10的轴承区20中，从而产生的结果是，理论上，输入轴10可自由旋转地安装在输出轴12上。
[0097 ]扭力杆3以扭转弹性的方式将输入轴10连接至输出轴12。在图5中的截面图中示意性地显示输入轴10与输出轴12的扭转弹性连接。出于该目的，扭力杆在其面向输出轴12的端部处具有接合部段30，在其面向输入轴10的端部处具有接合部段32。扭力杆3的面向输出轴12的接合部段30以扭转刚性的方式在输出轴12的接合插槽40中连接至输出轴12。扭力杆3的面向输入轴10的接合部段32以扭转刚性的方式在输入轴10的接合插槽42中连接至输入轴10。
[0098]在所示的实施方案中，扭力杆3具有轴承区34，滚柱轴承340能够以例如能够在图5中看出的方式安装在轴承区34上，在输出轴12的接合部段30上以扭转刚性的方式保持的扭力杆3能够相对于输出轴12在输出轴12的贯穿孔410中自由扭转，其中滚柱轴承340在扭力杆3的轴承部段34的外侧滚动。
[0099]例如如图5中所示，输出轴12中的接合插槽40在输出轴12的贯穿孔410中具有局部凸起400，所述凸起连接至扭力杆3的接合部段30。为了形成连接，将扭力杆3接合至输出轴12包括将扭力杆12的接合部段30压入输出轴12的接合插槽40中。
[0100]特别优选的是，不通过切割来形成局部凸起400，而是优选通过材料移动(例如，通过压花、辊乳形成或者刻痕)来形成局部凸起400。当各个凸起400沿周向方向延伸的时候，局部凸起400优选地形成为连续的珠状部或者环，或者成为一个或者多个连续的螺纹。当凸起400沿轴向方向(优选地沿压入方向)延伸的时候，它们优选沿全部接合插槽40连续地延伸。
[°101]在图6至8中示出接合插槽40的进一步可能的实施方案，其中在图6中接合插槽40设有通过材料移动而获得的局部凸起400，局部凸起400以螺纹的形式引入至输出轴12的贯穿孔410中。这些以螺纹的形式(通过材料移动获得)的局部凸起400能够通过例如压花、刻痕或者辊乳形成，从而不用通过切割来形成接合插槽40的结构。在图6中显示的(通过材料移动获得)局部凸起400形成为在+/-10°的范围内(优选地在+/-5°的范围内)基本垂直于压入方向Ρ形成。
[0102]在图7中显示了在输出轴12的贯穿孔410中的接合插槽40或者接合插槽40的局部凸起400(所示局部凸起通过材料移动获得)的一个可替代设计方式，其中通过材料移动获得的局部凸起400在这里精准地沿着贯穿孔410的周向方向延伸。换言之，这些是沿贯穿孔410的周向方向延伸的珠状部或者环，它们在贯穿孔410中通过材料移动而形成，即不需切割。
[0103]在一个替代实施方案中，接合插槽40的结构也能够通过切割方法形成，例如通过对接合插槽40进行铣削或拉削。
[0104]由于通过材料移动获得的局部凸起400，在接合插槽40的区域内贯穿孔410的内直径相应地减少，其中内直径的减少至少由突出到贯穿孔410中的凸起400的那些区域产生。
[0105]在图8中显示接合插槽40的另一个实施方案，其中引入贯穿孔410种的局部凸起400应用为螺纹的形式，但与图6中的接合插槽40相比其具有不同的螺距并且位于输出轴12的不同的区域中。
[0106]图4示意性地示出了转向轴1的装配状态，其中扭力杆3已经装配到输出轴12的贯穿孔410中，并且扭力杆3的接合部段30非刚性和刚性地连接至输出轴12的接合插槽40。因此，只有扭力杆3的另一个接合部段32还从输出轴12突出，这使得在后续的装配步骤中，输出轴12的轴部段22得以被引入到相应的轴承区20中，从而扭力杆3的接合部段32被压入到输入轴10的相应的接合插槽42中。
[0107]在图9中，显示扭力杆3的接合部段30的详细视图。接合部段30同样具有局部凸起300，在接合的过程中，局部凸起300与接合插槽40的局部凸起400相接触，并因此随着他们的压入而导致材料流动，从而在接合部段30与接合插槽40之间产生非刚性连接和刚性连接。
[0108]特别优选的是，不通过切割来形成局部凸起300，优选地通过材料移动(例如，通过压花、辊乳形成或者刻痕)形成局部凸起300。当各个凸起300沿周向方向延伸的时候，局部凸起300优选地形成为连续的珠状部或者环，或者成为一个或者多个连续的螺纹。当凸起300沿轴向方向(优选地沿压入方向)延伸的时候，它们优选地沿着整个接合插槽30连续地延伸。
[0109]换言之，随着接合部段30压入到接合插槽40，凸起300进入到凸起400中，从而在接合过程中使用相对低的压入力同时产生扭转刚性连接。
[0110]扭力杆3的接合部段30的局部凸起300(其通过材料移动获得)沿着压入方向P(即沿扭力杆3的轴向方向)延伸。接合部段30的局部凸起300(其通过材料移动获得)从而基本垂直于输出轴12的接合插槽40中的局部凸起400(其通过材料移动获得)排列。如果在接合插槽40中呈现出局部凸起400的基本螺纹形的结构，那么还会形成这种接合部段的局部凸起300(其通过材料移动获得)相对于接合插槽40的凸起400大体垂直的排列。
[0111]借助以一定角度(优选基本为直角)延伸的凸起300和凸起400，在将扭力杆3接合至输入轴10和/或输出轴12的过程中，能够实现很好的扭转刚度。这有利于可靠地实现输入轴10扭转弹性连接至输出轴12。
[0112]通过以如下方式在接合部段30中适当地设置局部凸起300和在接合插槽40中适当地设置局部凸起400:使得凸起300、400的范围以一定的角度排列，并且优选为大体彼此垂直(在+/-10°的范围内，优选在+/-5°的范围内)，因而由于在施加压力的过程中由材料的相应流动而沿旋转方向或者周向方向形成或者具有相应的旋转抑制结构，从而能够形成刚性
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[0113]图10显示了在扭力杆3的另一端的接合部段32的设计，所述接合部段同样具有局部凸起300，上述局部凸起300通过材料移动获得并与输入轴10中的接合插槽42的相应构造连接。
[0114]因为所需的压入力很小，从而还能够省去在图3和图5中示出的滚柱轴承340，由于接合部段32以及接合插槽42的设计，因而使得扭力杆3的可能的屈曲力大量减少。从而能够实现简单装配以及整体结构的简化。
[0115]在通过方向盘引入高扭矩的过程中，为了避免扭力杆 3过载或者扭力杆3与输入轴10和/或输出轴12的连接过载，输入轴10与输出轴12除了通过扭力杆3而扭转弹性地连接之夕卜，还优选以如下方式通过松弛的刚性结合而连接至彼此:使得输入轴10相对于输出轴12的旋转最大值，并由此预先确定扭力杆3的扭转的最大值。
[0116]在如图4中所示的装配过程中，对于相应的最大旋转角度而言，必须注意确保将扭力杆3装配在处于松弛的刚性结合的中间位置上。出于该目的，在优选的实施方案中，首先将各个部件间隙配合在一起，所述间隙配合例如通过将扭力杆3的中间区域310引入接合插槽30中而形成，所述中间区域不具有凸起300。然后通过转动输入轴10和输出轴10直到端部在两个方向上停止来确定对齐的位置，从而确定中间位置，从而设置中间。只有在找到中间位置之后，输入轴12和输出轴12才能通过简单地被压在一起而在该对齐的位置处接合，并且扭力杆3在该位置上到达相应的接合插槽40或42，从而形成刚性结合和摩擦结合。
[0117]图11示出了另一实施方案中贯穿扭力杆3的横截面图。通过材料移动获得的局部凸起300设置在扭力杆3的接合部段30中，所述凸起沿扭力杆3的周向方向延伸。其在图12和13中还通过示例的方式再一次示出，其中图12中的接合部段30设有通过材料移动获得的局部凸起300，所述凸起完全沿着周向方向延伸，从而在这种情况下，成为沿轴向方向彼此相邻的多个连续的珠状部或者环。在图13中，接合部段30中的局部凸起300，通过材料移动获得或者应用为螺纹的方式。
[0118]图11还显示扭力杆3的另一个接合部段32不具有凸起，这形成为一个圆柱形的接合部段32，其在接合过程中产生常规的过盈配合。
[0119]图14示出了在另一实施方案中的接合插槽40，其与接合部段30互相作用并且在该接合插槽40中设有通过材料移动获得的局部凸起400，所述凸起延伸进入在输出轴12中的贯穿孔410中。通过材料移动获得的这些局部凸起400沿压入方向Ρ(即沿贯穿孔410的轴向方向)延伸。因此，扭力杆3装配到输出轴12中的情况再次使得在接合部段30中延伸的局部凸起300以一定角度延伸且优选为基本垂直于在接合插槽40中的局部凸起400延伸。以这种方式，再次实现使用较小压紧力来进行接合，尽管没有实现良好的非刚性结合和刚性结合，但是给出特殊的扭转刚性连接。因此，同样能够减小所需的压入力，使得会引入到扭力杆3上的屈曲扭矩或者屈曲力低于临界屈曲力，并且使得扭力杆3不受损坏。
[0120]图15示出了另一实施方案中的扭力杆3，其中接合部段30具有通过材料移动获得的局部凸起300，位于扭力杆3的另一端的接合部段32具有通过材料移动获得的局部凸起300，其中通过材料移动获得的局部凸起300的每一个沿着扭力杆3的周向方向延伸且因此能够构成环绕的环或者珠状部或者螺纹。
[0121]用于产生局部凸起300的相应的形成过程优选通过材料移动进行，例如不进行切割而形成，诸如压花、刻痕或者滚柱。
[0122]图16示出了另一实施方案中的转向轴1，其包括输入轴10和输出轴12，所述转向轴
1设置为用于与例如图1中的扭矩传感器118’一起使用的目的。因此，转向小齿轮104设置在直接与输出轴12相邻的位置上，辅助扭矩通过助力系统114而直接施加至转向小齿轮104和/或通过助力系统116而直接施加至齿条106。在图16中所示的转向轴1与在图2至15中的各个实施方案中示出的内部构造基本相同。
[0123]图17和图18示意性地示出了在输入轴10与输出轴12之间的松弛的刚性结合的立体图，特别地，具有蜗轮1120。出于该目的，相应的刚性结合元件122设置在输出轴12上，所述元件对应于在输入轴10上的相应的刚性结合插槽124。这里，在输入轴10上的刚性结合插槽124的尺寸与刚性结合元件122相比设计得更大，使得在输出轴12上的刚性结合元件122因此与输入轴10的刚性结合插槽124的结合仅存在角度间隙。
[0124]因此，扭力杆3能够确保输入轴10与输出轴12之间的扭转弹性连接。但是，当超过最大旋转角度时，其通过刚性结合插槽124对刚性结合元件122的撞击来限定，产生附加的引入扭矩的传递而不会使输入轴10相对于输出轴12进一步旋转，也不会使辅助扭矩进一步增加。
[0125]在图18中，从不同的方向显示了图17中所示的实施方案的示意性立体图。这里，能够特别清楚可见与刚性结合元件122互相作用的刚性结合插槽124。
[0126]在各个实施方案中显示的所有单独的特征都能够彼此结合和/或互换是适用的，而并不超出本发明的范围。
【主权项】
1.一种转向轴(1)，其用于机动车辆转向系统(100)，并用于与助力系统(112、114、116)一起使用，所述轴包括输入轴(10)和输出轴(12)，二者通过扭力杆(3)以扭转弹性方式连接至彼此以传递扭矩，其中，扭力杆(3)的接合部段(30、32)连接至所述输入轴(10)和/或所述输出轴(12)的接合插槽(40、42)， 其特征在于， 扭力杆(3)的接合部段(30、32)具有用于与输入轴(10)和/或输出轴(12)的接合插槽(40、42)形成非刚性连接和刚性连接的局部凸起(300)。2.如权利要求1所述的转向轴(1)，其特征在于，所述接合部段(30、32)的局部凸起(300)通过材料移动而获得，优选为不通过切割形成，特别优选通过辊乳形成、刻痕和/或压花。3.如权利要求1或2所述的转向轴(1)，其特征在于，所述接合部段(30、32)的局部凸起(300)设计为在压入方向(P)沿着接合部段(30、32)连续延伸的连续的珠状部和/或环、连续的螺纹或者肋状件。4.如前述权利要求中任一项所述的转向轴(1)，其特征在于，所述接合插槽(40、42)具有局部凸起(400)。5.如权利要求4所述的转向轴(1)，其特征在于，所述接合插槽(40、42)的局部凸起(400)通过材料移动而获得，优选不通过切割形成，特别优选通过辊乳形成、刻痕和/或压花。6.如权利要求4或5所述的转向轴(1)，其特征在于，所述接合部段(30、32)的局部凸起(300)以相对于所述接合插槽(40、42)的局部凸起(400)成一定角度而延伸，并且优选为大体垂直于接合插槽(40、42)的局部凸起(400)而延伸，优选在+/_ 10°范围内，特别优选在+/-5°范围内。7.如权利要求4至6所述的转向轴(1)，其特征在于，所述接合插槽(40、42)的局部凸起(400)设计为在压入方向(P)上沿着接合部段(40、42)连续延伸的连续的珠状部和/或环、连续的螺纹或者肋状件。8.如前述权利要求中任一项所述的转向轴(1)，其特征在于，扭力杆(3)具有光滑的中间部段(310)，其邻近接合部段(30)，优选为直接相邻所述部段。9.如前述权利要求中任一项所述的转向轴(1)，其特征在于，扭力杆(3)在其面向输入轴(10)的端部处包括具有局部凸起(300)的接合部段(32)，从而与输入轴(10)的接合插槽(42)形成非刚性连接和刚性连接，并且所述扭力杆(3)在其面向输出轴(12)的端部处包括具有局部凸起(300)的接合部段(30)，从而与所述输出轴(12)的接合插槽(40)形成非刚性连接和刚性连接。10.如前述权利要求中任一项所述的转向轴(1)，其特征在于，所述输入轴(10)还通过松弛的刚性结合而连接至所述输出轴(12)。
【专利摘要】本发明涉及一种用于与助力支持系统(112、114、116)一起使用的用于机动车辆转向系统(100)的转向轴(1)，所述轴包括输入轴(10)和输出轴(12)，二者通过扭力杆(3)以扭转弹性方式互相连接以传递扭矩。扭力杆(3)的接合部段(30、32)连接至输入轴(10)和/或输出轴(12)的接合接收元件(40、42)，所述接合部段(30、32)具有用于与输入轴(10)和/或输出轴(12)的接合接收元件(40、42)形成刚性连接和适形连接的局部凸起(300)。
【IPC分类】F16D1/072, B62D6/10
【公开号】CN105492298
【申请号】CN201480047637
【发明人】J-L·施特罗贝尔, E·拉斯, P·雷格利, P·克诺尔, U·施莱格尔
【申请人】蒂森克虏伯普利斯坦股份公司, 蒂森克虏伯股份公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年8月8日
【公告号】DE102013109284A1, EP3038880A1, US20160201728, WO2015028122A1
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种与助力系统一起使用的用于机动车辆转向系统的转向轴，所述轴包括输入轴和输出轴，所述输入轴和输出轴利用扭力杆而以扭转弹性方式彼此连接以传递扭矩，其中扭力杆的接合部段连接至输入轴和/或输出轴的接合插槽。
【背景技术】
[0002]在用于机动车辆的转向系统的转向轴领域，通过与输出轴关联的输入轴来确定输入扭矩是公知的，这里基础上，利用助力系统向转向轴施加辅助扭矩以辅助驾驶员转向。为此目的，在助力车辆转向系统的情况中，将机动车辆的转向轴分为输入轴和输出轴是公知的，其中输入轴一般连接至机动车辆的方向盘，通过这种方式，驾驶员将相应的转向扭矩或者相应的转向命令引入至输入轴。输出轴一般连接至转向小齿轮，所述转向小齿轮通过相应的齿条和横拉杆而将转向移动传递至机动车辆的转向轮。
[0003]助力系统(例如电子助力系统或者液压助力系统)一般附接至输出轴，附接至转向小齿轮或者附接至齿条，以便引入相应的辅助扭矩。在这种情况下，通过确定与输出轴相关的、并且由驾驶员经由方向盘而引入输入轴的扭矩来控制相应的助力系统。
[0004]同时，通过扭力杆将转向轴的输入轴和输出轴连接，并且利用扭矩传感器而根据在输入轴与输出轴之间的相对扭转角度来确定输入扭矩是公知的。在液压伺服转向系统中，这能够利用例如旋转滑阀实现，而在电子伺服转向系统的情况下，这能够利用例如相应的电磁传感器来实现。
[0005]为了避免扭力杆过载，输入轴和输出轴能够通过松弛的刚性结合而连接至彼此，从而当超出扭力杆的弹性扭转的最大值时，输入轴与输出轴直接刚性结合。
[0006]确保扭力杆与输入轴和/或输出轴的扭转连接对于输入轴与输出轴之间的相应的扭转弹性连接功能较为重要，其最终能够感测到扭矩。出于该目的，将扭力杆一般受压而与输入轴和/或输出轴摩擦结合。
[0007]在装配过程中，必须要考虑扭力杆一般易于屈曲，因此，必须将扭力杆压入到输入轴和/或输出轴的接合插槽内，从而避免扭力杆的屈曲。
[0008]为此目的，文献W02006/048392提出在扭力杆的一端设置例如有齿部，从而使该有齿部能够进入到输出轴中的相应的接合插槽内。
[0009]DE 10 2011 054 983 A1提出设置两个滚柱轴承，在施加压力的过程中，该滚柱轴承能够直接在扭力杆的周向表面上滚动，并且允许扭力杆设置在中间并被引导。这里，扭力杆在其一端具有花键，这些花键在压力下被固定在相应的转向轴的封闭柱形内轮廓中。
【发明内容】
[0010]基于现有技术，本发明的目的在于设计一种转向轴，其允许进一步改进扭力杆与轴的连接。
[0011]该目的通过具有权利要求1的特征的转向轴实现。能够在各从属权利要求中找到有利的实施方案。
[0012]因此，提出一种与助力系统一起使用的用于机动车辆转向系统的转向轴，所述轴包括输入轴和输出轴，二者利用扭力杆而以扭转弹性方式彼此连接以传递扭矩，其中扭力杆的接合部段连接至输入轴和/或输出轴的接合插槽，其中扭力杆的接合部段具有局部凸起，所述局部凸起用于与输入轴(10)和/或输出轴(12)的接合插槽(40、42)形成非刚性连接和刚性连接。
[0013]通过在扭力杆上设置接合部段从而使得在接合部段中设置局部凸起用以形成与输入轴和/或输出轴的非刚性连接和刚性连接，能够实现扭力杆的接合部段与输入轴和/或输出轴各自的接合插槽的简单接合，从而使得扭力杆与输入轴和/或输出轴充分地扭转刚度连接。
[0014]在本发明的一个实施方案中，输入轴和/或输出轴的接合插槽具有圆柱形的设计。
[0015]扭力杆与输入轴和输出轴之间的连接优选仅仅通过在扭力杆的接合部段与输入轴的接合插槽和输出轴的接合插槽形成的表面来实现，而不使用其它的部件作为连接工具，诸如固定销。作为另一个优选方式，实现扭力杆与输入轴和输出轴之间的连接而不使用胶粘剂、接合剂或者单独的粘接介质。
[0016]在最简单的情况下，可以使局部凸起形成为螺纹，其甚至可以制造为切螺纹。然而，接合部段的局部凸起优选为通过材料移动而获得，特别优选为不通过切割形成，例如，通过辊乳形成、刻痕和/或压花。
[0017]使用通过材料移动获得的接合部段中的局部凸起使得不必对接合部段进行切削加工。相反，对接合部段的所述相应的加工处理意味着，能够通过扭力杆的各个接合部段而将扭力杆简单地压入到接合插槽中并且相应施加的压入力远低于用于扭力杆的临界屈曲力。这也使得能够在扭力杆的两个端部(即与输入轴的接合插槽和输出轴的接合插槽两者相关)产生压配合。从而能够省掉用于生产接合插槽和扭力杆的各个接合部段的昂贵的加工步骤。
[0018]在优选的改进中，将局部凸起设计为在压入方向上沿着接合部段连续延伸的连续的珠状部和/或环、连续的螺纹或者肋状物。通过连续的局部凸起的所述构造，在接合过程中能够形成不受扭力杆相对于输出轴和/或输入轴的各个位置约束的连接，能够沿着任何旋转指向接合在一起，并且之后沿着该接合的旋转指向提供扭转刚性连接。如果期望输入轴通过扭力杆而以预定的对齐位置连接至输出轴，那么这是尤其有利的。
[0019]作为一个特别优选的实施方案，输入轴和/或输出轴的接合插槽同样具有局部凸起。在具有局部凸起的接合部段与同样具有局部凸起的输入轴和/或输出轴的接合插槽接合的过程中，能够进一步减少所需的压入力。但是，材料的流动可能性(尤其是在各个局部凸起的区域)表示在该过程中不但产生了非刚性结合，而且还产生了导致相应扭转刚性连接的经改进的刚性结合。
[0020]这里，如果接合插槽的基本形状是圆柱形且局部凸起被引入到圆柱形表面上，则是特别优选的。在这种情况下，局部凸起由两个封闭表面而被围成有限的范围，这两个封闭表面中的每一个优选为圆柱形的设计。换言之，在该表面上的局部凸起的封闭表面和在该表面上的相应的局部形成的凹陷都优选为圆柱形设计。
[0021]在这种情况下，刚性结合至少发生在垂直于压入方向的平面上。从而获得结合部件的良好的扭转刚度。
[0022]在最简单的情况下，可以将局部凸起形成为螺纹，其甚至可以生产为切螺纹。然而，接合插槽的局部凸起也优选为通过材料移动而获得，优选不通过切割形成，特别优选为通过辊乳形成、刻痕和/或压花。从而能够再次避免昂贵的切割方法。
[0023]输入轴和/或输出轴的各个接合插槽中的通过材料变形获得的凸起和扭力杆的接合部段中的通过材料变形获得的凸起的排列优选为是不同的。在这种情况下，扭力杆的局部凸起优选为以相对在接合插槽中的局部凸起成一定角度而延伸，并且特别优选为基本垂直在接合插槽中的局部凸起延伸。
[0024]在示例性而非限制的实施方案中，所述凸起大体为彼此垂直地排列。因此，以彼此“基本垂直”的方式排列的所述凸起的角度范围是从85°至95°。角度可在+/-10°的范围内，特别优选为在+/_5°的范围内。
[0025]例如，可以通过环绕珠状部或螺纹而形成在接合插槽中的局部凸起，在扭力杆的接合部段中的局部凸起例如延伸形成为沿着轴向方向或者沿着扭力杆的压入方向的肋状物。在一种可替代的实施方案中，接合插槽中的局部凸起可以沿轴向形成，即可以沿着压入方向延伸，并且在扭力杆的接合部段中的局部凸起可以沿着周向方向延伸或者形成螺纹。
[0026]在提及的构造中，特别有利地减少了必要的压入力，同时在接合过程中形成可靠的刚性连接和摩擦连接。以这种方式，扭力杆能够以扭转刚性方式在压力作用下接合至输入轴和/或输出轴，而不超出对于扭转杆的屈曲力。
[0027 ]在特别优选的构造中，输入轴和输出轴两者构造成使得输入轴的接合插槽和输出轴的接合插槽分别具有通过材料移动获得的局部凸起，从而使得能够通过扭力杆各自的接合部段(也就是说，特别是设置在扭力杆的每一端的接合部段)来连接扭力杆，从而形成非刚性连接和刚性连接，其中在两种连接的情况下，必要的压入力或者接合力没有超过扭力杆的屈曲力或者显著降低到扭力杆的屈曲力以下。
[0028]压入力优选地降低到小于3000牛顿的范围内，从而确保在实际装配用于传递扭矩的设备的过程中，可能作用在扭力杆上的屈曲力大幅减小。
[0029]作为一个特别优选方案，在接合插槽中以及扭力杆的接合部段上的通过材料移动获得的局部凸起通过压花、刻痕或者辊乳形成，从而使得扭力杆的材料或者输入轴和/或输出轴的各自的材料在接合插槽的区域内流动，并因此位移从而形成相应的凸起。这特别不需通过切割 实现，而是通过例如提及的刻痕、辊乳形成或者压花。
[0030]在接合插槽中，通过材料移动获得的局部凸起导致在接合插槽内延伸的所述凸起的区域内的接合插槽的直径局部减少，但是这些局部凸起还导致相对于原始尺寸而在被移走的材料的区域内(例如形成为用于容纳扭力杆的孔的接合插槽)的接合插槽的直径局部增加。类似地，通过应用由材料移动获得的局部凸起，接合部段处的扭力杆在所述凸起的区域中相对于接合部段的直径局部扩大，同时还在被移走的材料的区域的直径相对于初始直径局部减少。由于接合插槽和接合部段的相应的构造，从而能够在后续的在接合插槽中的接合部段上施加压力的过程中，确保能够依次进行材料流动，从而使得，一方面，在压力下存在非刚性结合，而另一方面，由于材料流动还产生刚性结合，所述刚性结合特别使得不仅实现防止拉出而且还实现在扭力杆与输入轴和/或输出轴之间的扭转刚性连接。
[0031 ]材料流动是否主要出现在扭力杆的接合部段中还是出现在输入轴或者输出轴的接合插槽中还是在两者中同时出现，取决于各自的材料的相对硬度。但是，可以想象到材料的流动由于将扭力杆装配到输入轴和/或输出轴中而将仅仅分别发生在接合部段的材料的局部凸起的区域中和接合插槽的材料的局部凸起的区域中。在优选的情况下，局部材料凸起通过纯成型而形成，用于压痕的材料的流动仅仅发生在之前已经受纯成型操作影响的材料的区域中。应设想材料凸起不会通过切割或者成型工艺而装配到(特别是进入到)接合插槽的基部材料中。这里，通过对材料凸起进行限制的具有更大直径的封闭表面来形成基部材料的边界。
[0032]与扭力杆的接合部段相关的接合插槽的孔的初始尺寸可以选择为使得接合插槽的直径比例如在过盈配合的情况下稍微大一些，在过盈配合的情况下不会具有通过材料移动而获得的局部凸起。尽管如此，能够通过接合部段的局部凸起与接合插槽的局部凸起的相互作用而实现扭转刚性连接。但是，由于不同的尺寸，用于该目的所需的压入力明显更低。
[0033]在另一优选的实施方案中，扭力杆具有光滑的中间部段，其邻近接合部段，优选为直接与所述部段相邻。通过所述中间部段，由于尤其是能够在预装配位置上进行输入轴相对于输出轴的旋转对齐，并且完整的连接仅在采用预定的旋转位置之后进行，因而装配能够进一步简化。
[0034]扭力杆在其面向输入轴的端部特别优选地包括具有局部凸起的接合部段从而与输入轴的接合插槽形成非刚性连接和刚性连接，并且所述扭力杆在其面向输出轴的端部包括具有局部凸起的接合部段从而与输出轴的接合插槽形成非刚性连接和刚性连接。换言之，接合部段优选为设置在扭力杆的两端。以这种方式，能够在扭力杆的两个端部都显示出所描述的接合过程的优点。
[0035]为了避免超出扭力杆和扭力杆与输入轴和输出轴的连接的最大的扭转负载，输入轴优选为还通过松弛的刚性结合而连接至输出轴。
【附图说明】
[0036]通过以下的【附图说明】，将更为详细地阐释本发明的更为优选的实施方案和本发明的各个方面，其中:
[0037]图1显示具有助力系统的机动车辆转向系统的示意图；
[0038]图2显示转向轴的示意性的立体图；
[0039]图3显示图2中的转向轴的示意性的立体分解图；
[0040]图4显示处于中间装配状态的图2和3中的转向轴的另一示意性立体图；
[0041]图5显示贯穿处于已装配状态的图2至4中的转向轴的截面的示意性横截面视图；
[0042]图6至8显示通过接合插槽的不同实施方案的示意性横截面视图；
[0043]图9和10显示形成在扭力杆的一端和另一端处的接合部分的示意性立体图；
[0044]图11显示另一个实施方案的扭力杆的示意性截面图；
[0045]图12和13显示接合部分的进一步构造的示意图；
[0046]图14显示另一个实施方案的接合插槽的示意性横截面图；
[0047]图15显示又一个实施方案的扭力杆的示意性的截面视图；
[0048]图16显示另一个实施方案的转向轴的示意性的立体图；以及
[0049]图17和18显示在输入轴与输出轴之间松弛的刚性结合的转向轴的示意图。
[0050]附图标记列表:
[0051 ] 1转向轴
[0052]10输入轴
[0053]12输出轴
[0054]100机动车辆转向系统
[0055]102方向盘
[0056]104转向小齿轮
[0057]106齿条
[0058]108横拉杆
[0059]110转向轮
[0060]112助力系统
[0061]114助力系统
[0062]116助力系统
[0063]118扭矩传感器
[0064]118’扭矩传感器
[0065]120万向接头
[0066]1120蜗轮
[0067]122刚性结合元件
[0068]124刚性结合插槽
[0069]20输入轴的轴承区
[0070]22输出轴的轴部段[0071 ] 3扭力杆
[0072]30接合部段
[0073]32接合部段
[0074]34轴承区
[0075]300局部凸起
[0076]310中间区域
[0077]340滚柱轴承
[0078]40接合插槽
[0079]42接合插槽
[0080]400局部凸起[0081 ] 410贯穿孔
[0082]P压入方向。
【具体实施方式】
[0083]下面将结合附图来描述优选实施方案。这里，在不同的附图中相同的、相似的或者具有相同作用的元件由相同的附图标记来表示，在一些情况下，为了避免重复，在下面的说明书中省略了对这些元件的重复性描述。
[0084]图1显示了机动车辆转向系统100的示意图，其中驾驶员通过方向盘102而使相应的扭矩作为转向指令引入到转向轴1中。然后扭矩经由转向轴1而传递至转向小齿轮104，转向小齿轮104与齿条106啮合，齿条106再经由相应的横拉杆108而将特定的转向角传递至机动车辆的转向轮110。
[0085]电子和/或液压助力系统为助力系统112的形式，或者为助力系统114或116中的形式，其能够联接至转向轴1、小齿轮104或齿条106。助力系统112、114或116分别将辅助扭矩引入到转向轴1或者转向小齿轮104和/或将辅助力引入至齿条106，从而辅助驾驶员进行转向操作。在图1中示出的三种不同的助力系统112、114和116显示出它们可替代的设置位置。通常而言，所述这些显示出的位置中只有一个由助力系统占据。在考虑由扭矩传感器118确定的输入扭矩的同时来确定辅助扭矩或者辅助力(其利用各自的助力系统112、114或116来施加用以辅助驾驶员)。通过引入辅助扭矩或者辅助力中的一个或者两者结合的引入，可以利用助力系统112、114或116而将额外的转向角度引入到转向系统中，所述转向角度增加到由驾驶员引入到方向盘102的转向角度。
[0086]转向轴1具有连接至方向盘102的输入轴10和通过转向小齿轮104连接至齿条106的输出轴12。输入轴10和输出轴12通过扭力杆而以扭转弹性的方式联接至彼此。这样，如果输出轴12不与输入轴10精确地同步旋转，那么由驾驶员经由方向盘102引入到输入轴10的扭矩总是导致输入轴10相对于输出轴12旋转。在输入轴10与输出轴12之间的这种相对旋转能够利用例如旋转角度传感器测得，并由此基于已知的扭力杆的扭转刚度，而能够转化为相对于输出轴的相应的输入扭矩。以这种方式，扭矩传感器118形成为用来确定输入轴10与输出轴12之间的相对旋转。这种类型的扭矩传感器118的工作原理是已知的，并且通过例如电磁测量相对旋转或者其他方式测量相对旋转而能够实施为旋转滑阀的形式。
[0087]以这种方式，如果输出轴12抵抗扭力杆的扭转阻力而相对于输入轴10旋转，那么驾驶员经由方向盘102而施加至转向轴1或者输入轴10的扭矩将会仅仅通过助力系统112、114或116中的一个而引入辅助扭矩。
[0088]作为一种替代方式，扭矩传感器118还能够布置在位置118，处，在这种情况下，转向轴1分为输入轴10和输出轴12的情况将对应地出现在其他位置处，以便能够由通过扭力杆联接至输入轴10的输出轴12的相对旋转来确定相对旋转，并因此能够相应地确定引入的输入扭矩和/或辅助力。
[0 089]图1中的转向轴1还进一步包括至少一个万向接头120，通过该万向接头机动车辆的转向轴1的路径能够与空间条件匹配。
[0090]将在下文描述的在图2至15、17和18中显示的转向轴1的实施方案尤其适用与在图1中示出的与助力系统112结合的扭矩传感器118的布置方式连接。
[0091]在图16中显示的转向轴1的实施方案尤其适用与与助力系统114或116结合的扭矩传感器118 ’的布置方式一起使用。
[0092]图2示意性地显示具有输入轴10和输出轴12的转向轴1，其中在图1中显示了扭矩传感器118跨越输入轴10与输出轴12汇合的部分。输入轴10通过扭力杆(在图2中不可见，但在内部延伸)以扭转弹性的方式连接至输出轴12，其中转向轴1的具体构造在图3-5中示出。
[0093]为了通过助力系统112来引入辅助扭矩，设置蜗轮1120以用于与输出轴12联合旋转。助力系统112的电子马达或者伺服马达的输出能够以适当的方式作用在蜗轮1120上。可替代地，还能够设置液压驱动装置。因此，助力系统112用于将辅助驾驶员转向的相应的辅助扭矩输入到输出轴12，并从而输入到机动车辆转向系统100的位于输出轴12的下游的所有部件。
[0094]为了精准地确定通过蜗轮1120引入的相应的扭矩或者辅助力的量，输入轴10与输出轴12以扭转弹性的方式而连接至彼此(如上所述)，因此驾驶员通过方向盘102而输入到输入轴10的各个转向指令通过助力系统112(其作用在蜗轮1120上)对驾驶员构成相应的辅助。出于该目的，设置扭矩传感器118，其确定在输入轴10与输出轴12之间的相对旋转，或者在输入轴10与输出轴12之间的相应的相对旋转角度，并且基于此，可以确定由助力系统112提供的辅助扭矩。
[0095]图3显示了转向轴1的示意性的分解图，其中输入轴10和输出轴12与蜗轮1120—起显不ο
[0096]输入轴10具有轴承区20，其起到接收输出轴12的轴部段22(补充至轴部段22)的作用。这在图5的截面图中尤其能够再一次清楚地示出，其中输出轴12的轴部段22引入到输入轴10的轴承区20中，从而产生的结果是，理论上，输入轴10可自由旋转地安装在输出轴12上。
[0097 ]扭力杆3以扭转弹性的方式将输入轴10连接至输出轴12。在图5中的截面图中示意性地显示输入轴10与输出轴12的扭转弹性连接。出于该目的，扭力杆在其面向输出轴12的端部处具有接合部段30，在其面向输入轴10的端部处具有接合部段32。扭力杆3的面向输出轴12的接合部段30以扭转刚性的方式在输出轴12的接合插槽40中连接至输出轴12。扭力杆3的面向输入轴10的接合部段32以扭转刚性的方式在输入轴10的接合插槽42中连接至输入轴10。
[0098]在所示的实施方案中，扭力杆3具有轴承区34，滚柱轴承340能够以例如能够在图5中看出的方式安装在轴承区34上，在输出轴12的接合部段30上以扭转刚性的方式保持的扭力杆3能够相对于输出轴12在输出轴12的贯穿孔410中自由扭转，其中滚柱轴承340在扭力杆3的轴承部段34的外侧滚动。
[0099]例如如图5中所示，输出轴12中的接合插槽40在输出轴12的贯穿孔410中具有局部凸起400，所述凸起连接至扭力杆3的接合部段30。为了形成连接，将扭力杆3接合至输出轴12包括将扭力杆12的接合部段30压入输出轴12的接合插槽40中。
[0100]特别优选的是，不通过切割来形成局部凸起400，而是优选通过材料移动(例如，通过压花、辊乳形成或者刻痕)来形成局部凸起400。当各个凸起400沿周向方向延伸的时候，局部凸起400优选地形成为连续的珠状部或者环，或者成为一个或者多个连续的螺纹。当凸起400沿轴向方向(优选地沿压入方向)延伸的时候，它们优选沿全部接合插槽40连续地延伸。
[°101]在图6至8中示出接合插槽40的进一步可能的实施方案，其中在图6中接合插槽40设有通过材料移动而获得的局部凸起400，局部凸起400以螺纹的形式引入至输出轴12的贯穿孔410中。这些以螺纹的形式(通过材料移动获得)的局部凸起400能够通过例如压花、刻痕或者辊乳形成，从而不用通过切割来形成接合插槽40的结构。在图6中显示的(通过材料移动获得)局部凸起400形成为在+/-10°的范围内(优选地在+/-5°的范围内)基本垂直于压入方向Ρ形成。
[0102]在图7中显示了在输出轴12的贯穿孔410中的接合插槽40或者接合插槽40的局部凸起400(所示局部凸起通过材料移动获得)的一个可替代设计方式，其中通过材料移动获得的局部凸起400在这里精准地沿着贯穿孔410的周向方向延伸。换言之，这些是沿贯穿孔410的周向方向延伸的珠状部或者环，它们在贯穿孔410中通过材料移动而形成，即不需切割。
[0103]在一个替代实施方案中，接合插槽40的结构也能够通过切割方法形成，例如通过对接合插槽40进行铣削或拉削。
[0104]由于通过材料移动获得的局部凸起400，在接合插槽40的区域内贯穿孔410的内直径相应地减少，其中内直径的减少至少由突出到贯穿孔410中的凸起400的那些区域产生。
[0105]在图8中显示接合插槽40的另一个实施方案，其中引入贯穿孔410种的局部凸起400应用为螺纹的形式，但与图6中的接合插槽40相比其具有不同的螺距并且位于输出轴12的不同的区域中。
[0106]图4示意性地示出了转向轴1的装配状态，其中扭力杆3已经装配到输出轴12的贯穿孔410中，并且扭力杆3的接合部段30非刚性和刚性地连接至输出轴12的接合插槽40。因此，只有扭力杆3的另一个接合部段32还从输出轴12突出，这使得在后续的装配步骤中，输出轴12的轴部段22得以被引入到相应的轴承区20中，从而扭力杆3的接合部段32被压入到输入轴10的相应的接合插槽42中。
[0107]在图9中，显示扭力杆3的接合部段30的详细视图。接合部段30同样具有局部凸起300，在接合的过程中，局部凸起300与接合插槽40的局部凸起400相接触，并因此随着他们的压入而导致材料流动，从而在接合部段30与接合插槽40之间产生非刚性连接和刚性连接。
[0108]特别优选的是，不通过切割来形成局部凸起300，优选地通过材料移动(例如，通过压花、辊乳形成或者刻痕)形成局部凸起300。当各个凸起300沿周向方向延伸的时候，局部凸起300优选地形成为连续的珠状部或者环，或者成为一个或者多个连续的螺纹。当凸起300沿轴向方向(优选地沿压入方向)延伸的时候，它们优选地沿着整个接合插槽30连续地延伸。
[0109]换言之，随着接合部段30压入到接合插槽40，凸起300进入到凸起400中，从而在接合过程中使用相对低的压入力同时产生扭转刚性连接。
[0110]扭力杆3的接合部段30的局部凸起300(其通过材料移动获得)沿着压入方向P(即沿扭力杆3的轴向方向)延伸。接合部段30的局部凸起300(其通过材料移动获得)从而基本垂直于输出轴12的接合插槽40中的局部凸起400(其通过材料移动获得)排列。如果在接合插槽40中呈现出局部凸起400的基本螺纹形的结构，那么还会形成这种接合部段的局部凸起300(其通过材料移动获得)相对于接合插槽40的凸起400大体垂直的排列。
[0111]借助以一定角度(优选基本为直角)延伸的凸起300和凸起400，在将扭力杆3接合至输入轴10和/或输出轴12的过程中，能够实现很好的扭转刚度。这有利于可靠地实现输入轴10扭转弹性连接至输出轴12。
[0112]通过以如下方式在接合部段30中适当地设置局部凸起300和在接合插槽40中适当地设置局部凸起400:使得凸起300、400的范围以一定的角度排列，并且优选为大体彼此垂直(在+/-10°的范围内，优选在+/-5°的范围内)，因而由于在施加压力的过程中由材料的相应流动而沿旋转方向或者周向方向形成或者具有相应的旋转抑制结构，从而能够形成刚性
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[0113]图10显示了在扭力杆3的另一端的接合部段32的设计，所述接合部段同样具有局部凸起300，上述局部凸起300通过材料移动获得并与输入轴10中的接合插槽42的相应构造连接。
[0114]因为所需的压入力很小，从而还能够省去在图3和图5中示出的滚柱轴承340，由于接合部段32以及接合插槽42的设计，因而使得扭力杆3的可能的屈曲力大量减少。从而能够实现简单装配以及整体结构的简化。
[0115]在通过方向盘引入高扭矩的过程中，为了避免扭力杆 3过载或者扭力杆3与输入轴10和/或输出轴12的连接过载，输入轴10与输出轴12除了通过扭力杆3而扭转弹性地连接之夕卜，还优选以如下方式通过松弛的刚性结合而连接至彼此:使得输入轴10相对于输出轴12的旋转最大值，并由此预先确定扭力杆3的扭转的最大值。
[0116]在如图4中所示的装配过程中，对于相应的最大旋转角度而言，必须注意确保将扭力杆3装配在处于松弛的刚性结合的中间位置上。出于该目的，在优选的实施方案中，首先将各个部件间隙配合在一起，所述间隙配合例如通过将扭力杆3的中间区域310引入接合插槽30中而形成，所述中间区域不具有凸起300。然后通过转动输入轴10和输出轴10直到端部在两个方向上停止来确定对齐的位置，从而确定中间位置，从而设置中间。只有在找到中间位置之后，输入轴12和输出轴12才能通过简单地被压在一起而在该对齐的位置处接合，并且扭力杆3在该位置上到达相应的接合插槽40或42，从而形成刚性结合和摩擦结合。
[0117]图11示出了另一实施方案中贯穿扭力杆3的横截面图。通过材料移动获得的局部凸起300设置在扭力杆3的接合部段30中，所述凸起沿扭力杆3的周向方向延伸。其在图12和13中还通过示例的方式再一次示出，其中图12中的接合部段30设有通过材料移动获得的局部凸起300，所述凸起完全沿着周向方向延伸，从而在这种情况下，成为沿轴向方向彼此相邻的多个连续的珠状部或者环。在图13中，接合部段30中的局部凸起300，通过材料移动获得或者应用为螺纹的方式。
[0118]图11还显示扭力杆3的另一个接合部段32不具有凸起，这形成为一个圆柱形的接合部段32，其在接合过程中产生常规的过盈配合。
[0119]图14示出了在另一实施方案中的接合插槽40，其与接合部段30互相作用并且在该接合插槽40中设有通过材料移动获得的局部凸起400，所述凸起延伸进入在输出轴12中的贯穿孔410中。通过材料移动获得的这些局部凸起400沿压入方向Ρ(即沿贯穿孔410的轴向方向)延伸。因此，扭力杆3装配到输出轴12中的情况再次使得在接合部段30中延伸的局部凸起300以一定角度延伸且优选为基本垂直于在接合插槽40中的局部凸起400延伸。以这种方式，再次实现使用较小压紧力来进行接合，尽管没有实现良好的非刚性结合和刚性结合，但是给出特殊的扭转刚性连接。因此，同样能够减小所需的压入力，使得会引入到扭力杆3上的屈曲扭矩或者屈曲力低于临界屈曲力，并且使得扭力杆3不受损坏。
[0120]图15示出了另一实施方案中的扭力杆3，其中接合部段30具有通过材料移动获得的局部凸起300，位于扭力杆3的另一端的接合部段32具有通过材料移动获得的局部凸起300，其中通过材料移动获得的局部凸起300的每一个沿着扭力杆3的周向方向延伸且因此能够构成环绕的环或者珠状部或者螺纹。
[0121]用于产生局部凸起300的相应的形成过程优选通过材料移动进行，例如不进行切割而形成，诸如压花、刻痕或者滚柱。
[0122]图16示出了另一实施方案中的转向轴1，其包括输入轴10和输出轴12，所述转向轴
1设置为用于与例如图1中的扭矩传感器118’一起使用的目的。因此，转向小齿轮104设置在直接与输出轴12相邻的位置上，辅助扭矩通过助力系统114而直接施加至转向小齿轮104和/或通过助力系统116而直接施加至齿条106。在图16中所示的转向轴1与在图2至15中的各个实施方案中示出的内部构造基本相同。
[0123]图17和图18示意性地示出了在输入轴10与输出轴12之间的松弛的刚性结合的立体图，特别地，具有蜗轮1120。出于该目的，相应的刚性结合元件122设置在输出轴12上，所述元件对应于在输入轴10上的相应的刚性结合插槽124。这里，在输入轴10上的刚性结合插槽124的尺寸与刚性结合元件122相比设计得更大，使得在输出轴12上的刚性结合元件122因此与输入轴10的刚性结合插槽124的结合仅存在角度间隙。
[0124]因此，扭力杆3能够确保输入轴10与输出轴12之间的扭转弹性连接。但是，当超过最大旋转角度时，其通过刚性结合插槽124对刚性结合元件122的撞击来限定，产生附加的引入扭矩的传递而不会使输入轴10相对于输出轴12进一步旋转，也不会使辅助扭矩进一步增加。
[0125]在图18中，从不同的方向显示了图17中所示的实施方案的示意性立体图。这里，能够特别清楚可见与刚性结合元件122互相作用的刚性结合插槽124。
[0126]在各个实施方案中显示的所有单独的特征都能够彼此结合和/或互换是适用的，而并不超出本发明的范围。
【主权项】
1.一种转向轴(1)，其用于机动车辆转向系统(100)，并用于与助力系统(112、114、116)一起使用，所述轴包括输入轴(10)和输出轴(12)，二者通过扭力杆(3)以扭转弹性方式连接至彼此以传递扭矩，其中，扭力杆(3)的接合部段(30、32)连接至所述输入轴(10)和/或所述输出轴(12)的接合插槽(40、42)， 其特征在于， 扭力杆(3)的接合部段(30、32)具有用于与输入轴(10)和/或输出轴(12)的接合插槽(40、42)形成非刚性连接和刚性连接的局部凸起(300)。2.如权利要求1所述的转向轴(1)，其特征在于，所述接合部段(30、32)的局部凸起(300)通过材料移动而获得，优选为不通过切割形成，特别优选通过辊乳形成、刻痕和/或压花。3.如权利要求1或2所述的转向轴(1)，其特征在于，所述接合部段(30、32)的局部凸起(300)设计为在压入方向(P)沿着接合部段(30、32)连续延伸的连续的珠状部和/或环、连续的螺纹或者肋状件。4.如前述权利要求中任一项所述的转向轴(1)，其特征在于，所述接合插槽(40、42)具有局部凸起(400)。5.如权利要求4所述的转向轴(1)，其特征在于，所述接合插槽(40、42)的局部凸起(400)通过材料移动而获得，优选不通过切割形成，特别优选通过辊乳形成、刻痕和/或压花。6.如权利要求4或5所述的转向轴(1)，其特征在于，所述接合部段(30、32)的局部凸起(300)以相对于所述接合插槽(40、42)的局部凸起(400)成一定角度而延伸，并且优选为大体垂直于接合插槽(40、42)的局部凸起(400)而延伸，优选在+/_ 10°范围内，特别优选在+/-5°范围内。7.如权利要求4至6所述的转向轴(1)，其特征在于，所述接合插槽(40、42)的局部凸起(400)设计为在压入方向(P)上沿着接合部段(40、42)连续延伸的连续的珠状部和/或环、连续的螺纹或者肋状件。8.如前述权利要求中任一项所述的转向轴(1)，其特征在于，扭力杆(3)具有光滑的中间部段(310)，其邻近接合部段(30)，优选为直接相邻所述部段。9.如前述权利要求中任一项所述的转向轴(1)，其特征在于，扭力杆(3)在其面向输入轴(10)的端部处包括具有局部凸起(300)的接合部段(32)，从而与输入轴(10)的接合插槽(42)形成非刚性连接和刚性连接，并且所述扭力杆(3)在其面向输出轴(12)的端部处包括具有局部凸起(300)的接合部段(30)，从而与所述输出轴(12)的接合插槽(40)形成非刚性连接和刚性连接。10.如前述权利要求中任一项所述的转向轴(1)，其特征在于，所述输入轴(10)还通过松弛的刚性结合而连接至所述输出轴(12)。
【专利摘要】本发明涉及一种用于与助力支持系统(112、114、116)一起使用的用于机动车辆转向系统(100)的转向轴(1)，所述轴包括输入轴(10)和输出轴(12)，二者通过扭力杆(3)以扭转弹性方式互相连接以传递扭矩。扭力杆(3)的接合部段(30、32)连接至输入轴(10)和/或输出轴(12)的接合接收元件(40、42)，所述接合部段(30、32)具有用于与输入轴(10)和/或输出轴(12)的接合接收元件(40、42)形成刚性连接和适形连接的局部凸起(300)。
【IPC分类】F16D1/072, B62D6/10
【公开号】CN105492298
【申请号】CN201480047637
【发明人】J-L·施特罗贝尔, E·拉斯, P·雷格利, P·克诺尔, U·施莱格尔
【申请人】蒂森克虏伯普利斯坦股份公司, 蒂森克虏伯股份公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年8月8日
【公告号】DE102013109284A1, EP3038880A1, US20160201728, WO2015028122A1
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