可伸缩式双十字轴万向节的转向轴转让专利
申请号 : CN201010125918.0
文献号 : CN101786464A
文献日 : 2010-07-28
发明人 : 刘刚 , 李豫滇
申请人 : 云南力帆骏马车辆有限公司
摘要 :
一种可伸缩式双十字轴万向节的转向轴，其特征是整个转向轴分为上、中、下三段，转向轴上段装于转向管柱内并可自由地在转向管柱内转动；转向轴下端与第一十字轴万向节主动叉相连；第一十字轴万向节从动叉与转向轴中段焊接，转向轴中段插入转向轴花键套内并可自由地在转向轴花键套内轴向滑动；转向轴花键套与第二十字轴万向节主动叉焊接，第二十字轴万向节从动叉与转向器总成上的转向轴下段连接，转向器总成连接在车架上；双十字轴万向节结构实现在转向轴上段和下段不在同一轴线条件的等角速传动，使驾驶员能有较好的来自转向盘的路感，转向器及转向盘的布置灵活方便。
权利要求 :
1.可伸缩式双十字轴万向节的转向轴，其特征是整个转向轴分为上、中、下三段，转向轴上段装于转向管柱内并可自由地在转向管柱内转动；转向轴上段的上端与转向盘用渐开线花键相连、下端与第一十字轴万向节主动叉用渐开线花键相连；第一十字轴万向节从动叉与转向轴中段焊接，转向轴中段在外表面全长范围内均加工为矩形外齿花键，插入加工成内齿花键的转向轴花键套内并可自由地在转向轴花键套内轴向滑动；转向轴花键套与第二十字轴万向节主动叉焊接，第二十字轴万向节从动叉与转向器总成上的转向轴下段用渐开线花键相连接，转向器总成用螺栓、螺母连接在车架上。
2.如权利要求1所述的可伸缩式双十字轴万向节的转向轴，其特征是：转向管柱外圆柱面上焊有与驾驶室相关部件连接的上支架。
3.如权利要求1所述的可伸缩式双十字轴万向节的转向轴，其特征是：转向管柱外圆柱面上焊有用于安装组合开关的组合开关支架。
4.如权利要求1所述的可伸缩式双十字轴万向节的转向轴，其特征是：位于转向轴中段上、下端的两个十字轴万向节结构，在第一万向节主、从动叉两轴间夹角α1与第二万向节主、从动叉两轴间的夹角α2相等时，由转向轴上段到下段为等角速传动。
说明书 :
技术领域
本发明涉及汽车转向系统，特别是一种可伸缩式双十字轴万向节的转向轴。
背景技术
汽车转向盘到转向器之间的转轴称为转向轴，目前许多车型的转向轴都采用了十字轴万向节万向传动装置，以补偿由于部件在车上的安装误差和安装基体，即驾驶室、车架变形所造成的二者轴线实际上的不重合。极大多数的现代载货汽车其驾驶室均可向前倾翻，以便于汽车发动机的维修。由于万向传动装置铰接点与驾驶室向前倾翻的转动中心不重合，而转向轴的总长度是固定不变的，无法满足驾驶室向前倾翻时将被拉长的条件。在驾驶室向前倾翻时，必须把转向轴从中间分开，驾驶室回落后又必须把转向轴分开部分连接起来，给汽车的使用和维修带来诸多不便，并存在安全隐患。与转向盘相连的转向轴上部的轴线和与转向器相连的转向轴下部的轴线，因汽车整体布置的需要不可能都是重合的，单个十字轴万向节万向传动装置，无法实现等角速传动，造成同等转向盘转角，在不同转向盘位置，转向器输出转角不相等的状况，驾驶员来自转向盘的路感不好。
发明内容
本发明提出一种可伸缩式双十字轴万向节的转向轴，它能克服上述问题。
本发明提供的这种可伸缩式双十字轴万向节的转向轴，其特征是整个转向轴分为上、中、下三段，转向轴上段装于转向管柱内并可自由地在转向管柱内转动；转向轴上段的上端与转向盘用渐开线花键相连、下端与第一十字轴万向节主动叉用渐开线花键相连；第一十字轴万向节从动叉与转向轴中段焊接，转向轴中段在外表面全长范围内均加工为矩形外齿花键，插入加工成内齿花键的转向轴花键套内并可自由地在转向轴花键套内轴向滑动，实现可伸缩结构；转向轴花键套与第二十字轴万向节主动叉焊接，第二十字轴万向节从动叉与转向器总成上的转向轴下段用渐开线花键相连接，转向器总成用螺栓、螺母连接在车架上。
所述的转向管柱外圆柱面上焊有与驾驶室相关部件连接的上支架。
所述的转向管柱外圆柱面上还焊有用于安装组合开关的组合开关支架。
所述的可伸缩式双十字轴万向节的转向轴，位于转向轴中段上、下端的两个十字轴万向节结构，在第一万向节主、从动叉两轴间夹角α1与第二万向节主、从动叉两轴间的夹角α2相等时，由转向轴上段到下段为等角速传动。
本发明的整个转向轴结构紧凑，连接牢固，设计布置方便。只要在设计布置时，保证第一万向节主、从动叉两轴间夹角α1与第二万向节主、从动叉两轴间的夹角α2相等；就可以实现转向轴上段和下段不在同一轴线条件下的等角速传动，使驾驶员能有较好的来自转向盘的路感。可伸缩式的结构可以满足驾驶室向前倾翻时，转向轴被拉长的条件。还可以在汽车碰撞时，吸收部分能量，降低驾驶员被转向盘顶伤的可能性。
本发明提供的这种可伸缩式双十字轴万向节的转向轴，其特征是整个转向轴分为上、中、下三段，转向轴上段装于转向管柱内并可自由地在转向管柱内转动；转向轴上段的上端与转向盘用渐开线花键相连、下端与第一十字轴万向节主动叉用渐开线花键相连；第一十字轴万向节从动叉与转向轴中段焊接，转向轴中段在外表面全长范围内均加工为矩形外齿花键，插入加工成内齿花键的转向轴花键套内并可自由地在转向轴花键套内轴向滑动，实现可伸缩结构；转向轴花键套与第二十字轴万向节主动叉焊接，第二十字轴万向节从动叉与转向器总成上的转向轴下段用渐开线花键相连接，转向器总成用螺栓、螺母连接在车架上。
所述的转向管柱外圆柱面上焊有与驾驶室相关部件连接的上支架。
所述的转向管柱外圆柱面上还焊有用于安装组合开关的组合开关支架。
所述的可伸缩式双十字轴万向节的转向轴，位于转向轴中段上、下端的两个十字轴万向节结构，在第一万向节主、从动叉两轴间夹角α1与第二万向节主、从动叉两轴间的夹角α2相等时，由转向轴上段到下段为等角速传动。
本发明的整个转向轴结构紧凑，连接牢固，设计布置方便。只要在设计布置时，保证第一万向节主、从动叉两轴间夹角α1与第二万向节主、从动叉两轴间的夹角α2相等；就可以实现转向轴上段和下段不在同一轴线条件下的等角速传动，使驾驶员能有较好的来自转向盘的路感。可伸缩式的结构可以满足驾驶室向前倾翻时，转向轴被拉长的条件。还可以在汽车碰撞时，吸收部分能量，降低驾驶员被转向盘顶伤的可能性。
附图说明
图1是本发明的总体结构示意图。
图2是本发明中图1的A-A剖视图，即转向轴上段与转向管柱装配关系示意图。
图3是本发明中图1的B-B剖视图，即转向轴中段与转向轴花键套装配关系示意图。
图4是本发明中图1的C-C剖视图，即第二万向节从动叉与转向器总成上的转向轴下段连接结构示意图。
图5是十字轴万向节传动的不等速特性原理示意图。
图6是双十字轴万向传动装置等速传动原理示意图。
图中各标号：1-车架，2-转向器总成，3-M12×30螺栓，4-φ12垫圈，5-φ12弹簧垫圈，6-M12螺母，7-万向节锁紧螺栓，8-φ10弹簧垫圈，9-M10×1螺母，10-转向盘，11-转向盘锁紧螺母，12-转向盘锁紧螺母垫圈，13-转向轴上段，14-组合开关支架，15-上支架，16-转向管柱，17-第一万向节，18-转向轴中段，19-转向轴花键套，20-第二万向节，21-卡环，22滚动轴承，23油杯。
图2是本发明中图1的A-A剖视图，即转向轴上段与转向管柱装配关系示意图。
图3是本发明中图1的B-B剖视图，即转向轴中段与转向轴花键套装配关系示意图。
图4是本发明中图1的C-C剖视图，即第二万向节从动叉与转向器总成上的转向轴下段连接结构示意图。
图5是十字轴万向节传动的不等速特性原理示意图。
图6是双十字轴万向传动装置等速传动原理示意图。
图中各标号：1-车架，2-转向器总成，3-M12×30螺栓，4-φ12垫圈，5-φ12弹簧垫圈，6-M12螺母，7-万向节锁紧螺栓，8-φ10弹簧垫圈，9-M10×1螺母，10-转向盘，11-转向盘锁紧螺母，12-转向盘锁紧螺母垫圈，13-转向轴上段，14-组合开关支架，15-上支架，16-转向管柱，17-第一万向节，18-转向轴中段，19-转向轴花键套，20-第二万向节，21-卡环，22滚动轴承，23油杯。
具体实施方式
下面结合附图进行详细说明。
如图1所示，本发明提供的这种可伸缩式双十字轴万向节的转向轴，整个转向轴分为上、中、下三段。转向轴上段13装于转向管柱16内，转向轴上段13可以自由地在转向管柱16内转动；转向管柱16外圆柱面上焊有上支架15用来与驾驶室相关部件连接，转向管柱16外圆柱面上还焊有组合开关支架14用于安装组合开关。向轴上段13上端与转向盘10用渐开线花键相连，并用转向盘锁紧螺母11、转向盘锁紧螺母垫圈12锁紧。转向轴上段13下端与第一万向节17主动叉用渐开线花键相连接，并用万向节锁紧螺栓7、φ10弹簧垫圈8，M10×1螺母9锁紧。第一万向节17从动叉与转向轴中段18采用电焊牢固连接，转向轴中段18在全长范围内均加工为矩形外齿花键，插入转向轴花键套19内，并可以在转向轴花键套19内轴向滑动，实现可伸缩结构。转向轴花键套19与第二万向节20主动叉用电焊牢固连接，第二万向节20从动叉与转向器总成2上的转向轴下段用渐开线花键相连接，并用万向节锁紧螺栓7、φ10弹簧垫圈8，M10×1螺母9锁紧。转向器用M12×30螺栓3，φ12垫圈4，φ12弹簧垫圈5，M12螺母6连接在车架上。整个转向轴结构紧凑，连接牢固，设计布置方便。只要在设计布置时，保证第一万向节主、从动叉两轴间夹角α1与第二万向节主、从动叉两轴间的夹角α2相等；可以实现在转向轴上段和下段不在同一轴线条件下的等角速传动，使驾驶员能有较好的来自转向盘的路感。可伸缩式的结构可以满足驾驶室向前倾翻时，转向轴被拉长的条件。还可以在汽车碰撞时，吸收部分能量，降低驾驶员被转向盘顶伤的可能性。
如图2所示，转向管柱16上焊有组合开关支架14用于安装组合开关。转向轴上段13装在转向管柱16内，转向管柱16两端装有滚动轴承22，并用卡环21轴向定位，转向轴上段13可以自由地在转向管柱内转动，但不能轴向移动。
如图3所示，第一万向节17从动叉与转向轴中段18采用电焊牢固连接，转向轴中段18在全长范围内均加工为矩形外齿花键，插入加工成内齿花键的转向轴花键套19内，并可以在转向轴花键套19内轴向滑动，实现可伸缩结构，在转向轴花键套19上装有油杯23，用来加注润滑油脂，润滑转向轴中段18与转向轴花键套19。转向轴花键套19与第二万向节20主动叉用电焊牢固连接。
如图4所示，第二万向节20从动叉与转向器总成2上的转向轴下段用渐开线花键相连接，并用万向节锁紧螺栓7，φ10弹簧垫圈8，M10×1螺母9锁紧，连接牢固可靠。
如图5所示，十字轴式刚性万向节，简称十字轴万向节，具有结构简单，传动效率高的优点，但在两轴夹角α不为零的情况下，其两轴的角速度是不相等的，不能传递等角速转动，下面就单个万向节传动过程中的两个特殊位置进行运动分析，说明它传动的不等速性。
(1)主动叉在垂直位置，且十字轴平面与主动轴垂直的情况，即图5a所示的情况。主动叉与十字轴连接点a的线速度va在十字轴平面内；从动叉与十字轴连接点b的线速度vb在与主动叉平行的平面内，并且垂直于从动轴。点b的线速度vb可分解为在十字轴平面内的速度vb′和垂直于十字轴平面的速度vb″。由速度直角三角形可以看出，在数值上vb＞vb′。因十字轴旋转半径相等，即oa＝ob，当万向节传动时，十字轴是绕o点转动的，其上a、b两点于十字轴平面内的线速度在数值上应相等，即vb′＝va。因此vb＞va。由此可知，当主、从动叉转到所述位置时，从动轴的转速大于主动轴的转速。
(2)主动叉在水平位置，并且十字轴平面与从动轴垂直时的情况，即图5b所示的情况。此时主动叉与十字轴连接点a的线速度va在平行于从动叉的平面内，并且垂直于主动轴。线速度va可以分解为在十字轴平面内的速度va′和垂直于十字轴平面的速度va″，根据上述同样的道理，在数值上va＞va′，而va′＝vb，因此va＞vb，即当主、从动叉转到所述位置时，从动轴转速小于主动轴转速。
上述两个特殊情况的分析，可以看出，十字轴万向节在传动过程中，主、从动轴的转速是不相等的。
如图5c所示，以主动叉转角即主动轴转角φ1为横坐标，主动叉转角即主动轴转角和从动叉转角即从动轴转角之差φ1-φ2为纵坐标，可以画出φ1-φ2随φ1变化曲线图，图中画出了α＝10°，α＝20°，α＝30°的情况。从这张图可以看出：如果主动叉匀速转了180°，那么从动叉就经历了：比主动叉转得快到比主动叉转得慢这样一个过程。但总起来讲，当主动叉转过90°时，从动叉也转过90°；当主动叉转过180°时，从动叉也转过180°。因此如果主动轴以等角速转动，而从动轴则是时快时慢，此即单个十字轴万向节在有夹角时传动的不等速性。必须注意的是，所谓“传动的不等速性”，是指从动叉即从动轴在一周中角速度不均匀而言。而主、从动叉即主、从动轴的平均转速是相等的，即主动轴转过一周从动轴也转过一周。从这张图还可以看出，万向节两轴夹角α越大，主动叉转角φ1和从动叉转角φ2之差也越大。这说明，如果主动轴即主动叉是匀速转动的，那么随着万向节两轴夹角的增大，从动叉即从动轴转速的不均匀性越大。单个十字轴万向节传动的不等速性，将使驾驶员来自转向盘的路感不好。
如图6所示，既然十字轴万向节可以将匀速转动变为非匀速转动，那么它就有可能将某种非匀速转动还原为匀速转动。例如在转向轴上段和转向轴下段之间，采用如图6所示的两个十字轴万向节和一根传动轴即转向轴中段，就有可能实现这种传动。即当满足第一万向节主、从动叉两轴间夹角α1与第二万向节主、从动叉两轴间夹角α2相等的条件时，可以实现由转向轴上段到转向轴下段的等角速传动，使驾驶员能有较好的来自转向盘的路感。
如图1所示，本发明提供的这种可伸缩式双十字轴万向节的转向轴，整个转向轴分为上、中、下三段。转向轴上段13装于转向管柱16内，转向轴上段13可以自由地在转向管柱16内转动；转向管柱16外圆柱面上焊有上支架15用来与驾驶室相关部件连接，转向管柱16外圆柱面上还焊有组合开关支架14用于安装组合开关。向轴上段13上端与转向盘10用渐开线花键相连，并用转向盘锁紧螺母11、转向盘锁紧螺母垫圈12锁紧。转向轴上段13下端与第一万向节17主动叉用渐开线花键相连接，并用万向节锁紧螺栓7、φ10弹簧垫圈8，M10×1螺母9锁紧。第一万向节17从动叉与转向轴中段18采用电焊牢固连接，转向轴中段18在全长范围内均加工为矩形外齿花键，插入转向轴花键套19内，并可以在转向轴花键套19内轴向滑动，实现可伸缩结构。转向轴花键套19与第二万向节20主动叉用电焊牢固连接，第二万向节20从动叉与转向器总成2上的转向轴下段用渐开线花键相连接，并用万向节锁紧螺栓7、φ10弹簧垫圈8，M10×1螺母9锁紧。转向器用M12×30螺栓3，φ12垫圈4，φ12弹簧垫圈5，M12螺母6连接在车架上。整个转向轴结构紧凑，连接牢固，设计布置方便。只要在设计布置时，保证第一万向节主、从动叉两轴间夹角α1与第二万向节主、从动叉两轴间的夹角α2相等；可以实现在转向轴上段和下段不在同一轴线条件下的等角速传动，使驾驶员能有较好的来自转向盘的路感。可伸缩式的结构可以满足驾驶室向前倾翻时，转向轴被拉长的条件。还可以在汽车碰撞时，吸收部分能量，降低驾驶员被转向盘顶伤的可能性。
如图2所示，转向管柱16上焊有组合开关支架14用于安装组合开关。转向轴上段13装在转向管柱16内，转向管柱16两端装有滚动轴承22，并用卡环21轴向定位，转向轴上段13可以自由地在转向管柱内转动，但不能轴向移动。
如图3所示，第一万向节17从动叉与转向轴中段18采用电焊牢固连接，转向轴中段18在全长范围内均加工为矩形外齿花键，插入加工成内齿花键的转向轴花键套19内，并可以在转向轴花键套19内轴向滑动，实现可伸缩结构，在转向轴花键套19上装有油杯23，用来加注润滑油脂，润滑转向轴中段18与转向轴花键套19。转向轴花键套19与第二万向节20主动叉用电焊牢固连接。
如图4所示，第二万向节20从动叉与转向器总成2上的转向轴下段用渐开线花键相连接，并用万向节锁紧螺栓7，φ10弹簧垫圈8，M10×1螺母9锁紧，连接牢固可靠。
如图5所示，十字轴式刚性万向节，简称十字轴万向节，具有结构简单，传动效率高的优点，但在两轴夹角α不为零的情况下，其两轴的角速度是不相等的，不能传递等角速转动，下面就单个万向节传动过程中的两个特殊位置进行运动分析，说明它传动的不等速性。
(1)主动叉在垂直位置，且十字轴平面与主动轴垂直的情况，即图5a所示的情况。主动叉与十字轴连接点a的线速度va在十字轴平面内；从动叉与十字轴连接点b的线速度vb在与主动叉平行的平面内，并且垂直于从动轴。点b的线速度vb可分解为在十字轴平面内的速度vb′和垂直于十字轴平面的速度vb″。由速度直角三角形可以看出，在数值上vb＞vb′。因十字轴旋转半径相等，即oa＝ob，当万向节传动时，十字轴是绕o点转动的，其上a、b两点于十字轴平面内的线速度在数值上应相等，即vb′＝va。因此vb＞va。由此可知，当主、从动叉转到所述位置时，从动轴的转速大于主动轴的转速。
(2)主动叉在水平位置，并且十字轴平面与从动轴垂直时的情况，即图5b所示的情况。此时主动叉与十字轴连接点a的线速度va在平行于从动叉的平面内，并且垂直于主动轴。线速度va可以分解为在十字轴平面内的速度va′和垂直于十字轴平面的速度va″，根据上述同样的道理，在数值上va＞va′，而va′＝vb，因此va＞vb，即当主、从动叉转到所述位置时，从动轴转速小于主动轴转速。
上述两个特殊情况的分析，可以看出，十字轴万向节在传动过程中，主、从动轴的转速是不相等的。
如图5c所示，以主动叉转角即主动轴转角φ1为横坐标，主动叉转角即主动轴转角和从动叉转角即从动轴转角之差φ1-φ2为纵坐标，可以画出φ1-φ2随φ1变化曲线图，图中画出了α＝10°，α＝20°，α＝30°的情况。从这张图可以看出：如果主动叉匀速转了180°，那么从动叉就经历了：比主动叉转得快到比主动叉转得慢这样一个过程。但总起来讲，当主动叉转过90°时，从动叉也转过90°；当主动叉转过180°时，从动叉也转过180°。因此如果主动轴以等角速转动，而从动轴则是时快时慢，此即单个十字轴万向节在有夹角时传动的不等速性。必须注意的是，所谓“传动的不等速性”，是指从动叉即从动轴在一周中角速度不均匀而言。而主、从动叉即主、从动轴的平均转速是相等的，即主动轴转过一周从动轴也转过一周。从这张图还可以看出，万向节两轴夹角α越大，主动叉转角φ1和从动叉转角φ2之差也越大。这说明，如果主动轴即主动叉是匀速转动的，那么随着万向节两轴夹角的增大，从动叉即从动轴转速的不均匀性越大。单个十字轴万向节传动的不等速性，将使驾驶员来自转向盘的路感不好。
如图6所示，既然十字轴万向节可以将匀速转动变为非匀速转动，那么它就有可能将某种非匀速转动还原为匀速转动。例如在转向轴上段和转向轴下段之间，采用如图6所示的两个十字轴万向节和一根传动轴即转向轴中段，就有可能实现这种传动。即当满足第一万向节主、从动叉两轴间夹角α1与第二万向节主、从动叉两轴间夹角α2相等的条件时，可以实现由转向轴上段到转向轴下段的等角速传动，使驾驶员能有较好的来自转向盘的路感。