吸能式轉向柱的製作方法
2023-06-24 23:45:36 1
專利名稱：吸能式轉向柱的製作方法
技術領域：
本發明是關於一種吸能式轉向柱。尤其是汽車用吸能式轉向柱。
技術背景當汽車發生碰撞時，對駕駛員造成主要威脅的是轉向盤和轉向柱。碰撞 時的能量使汽車的前部發生塑性變形，位於汽車前部的轉向管柱及轉向軸在 碰撞力的作用下要向後即駕駛員胸部方向運動，這稱作首次碰撞。這種碰撞 的能量應通過轉向柱以機械的方式予以吸收，防止或減少其直接作用於駕駛 員身上，造成人身傷害。另一方面，在汽車發生碰撞時，駕駛員受慣性的影 響有衝向轉向盤的運動，稱作二次碰撞。駕駛員本身的運動能量一部分由約 束裝置如安全帶、氣囊等加以吸收，另一部分會傳遞給轉向盤和轉向管柱系 統。這部分能量也要通過轉向盤及轉向柱系統予以吸收，以防止超出人體承 受能力而傷害駕駛員。這種除了能滿足轉向柱常規的功能外，在汽車發生正 面碰撞時，能夠有效地吸收碰撞能量，防止或減少碰撞能量傷害駕駛員的轉 向柱稱為吸能式轉向柱。傳統的吸能式轉向柱一種是在轉向軸和輸入軸上分別打兩個通 L，通過 注塑銷來固定兩軸，該注塑銷會在受衝擊時折斷進而來吸收由二次碰撞產生 的衝擊能。這種傳統的注塑銷式吸能轉向柱在發生碰撞時，受到剪切力後注 塑銷馬上折斷，吸收二次碰撞的衝擊能有限，且製造複雜、工序多。另一種為使用波紋管或網狀吸能管作為吸收衝擊能量的部件。這種能量 吸收結構需將波紋管或網狀吸能管置於轉向盤和輸入軸之間並起到支撐的 作用。當汽車發生碰撞時，通過波紋管的彎曲和壓縮或網狀吸能管的壓縮變 形，達到吸收碰撞能量的目的，從而消除碰撞力。這種吸能式轉向柱製造及裝配複雜、修復難度大。 發明內容本發明的目的在於克服現有的吸能式轉向柱吸收二次碰撞的衝擊能效 率不高，且製造複雜、不易修復的缺點。提供一種能夠有效吸收二次碰撞衝 擊能並且製造裝配簡單，方便維修的轉向柱吸能裝置。本發明提供的吸能式轉向柱包括轉向軸、輸入軸和吸能裝置，轉向軸與 輸入軸套裝在一起，且轉向軸和輸入軸之間為只可軸向移動的配合，其中， 所述轉向軸和輸入軸的套裝處有環形腔室，該環形腔室由轉向軸套裝處的內表面環形凹陷部分與輸入軸套裝處的外表面環形凹陷部分組成；所述吸能裝 置為彈簧圈，該彈簧圈套裝在輸入軸上並位於環形腔室中。由於本發明提供的吸能式轉向柱中的吸能裝置採用彈簧圈，彈簧圈的彈 性範圍大，吸收衝擊能效果明顯。此外，轉向軸與輸入軸套裝處由轉向軸的 內表面環形凹陷部分與輸入軸的外表面環形凹陷部分組成環形腔室，用於放 置彈簧圈。彈簧圈將轉向軸與輸入軸連接起來，這種結構簡單，並且彈簧圈 不需要以注塑或焊接等其它方式固定在轉向軸和/或輸入軸上，就可以實現連 接轉向軸與輸入軸，因此本發明提供的轉向柱容易裝配，維修方便。
圖1是本發明提供的吸能式轉向柱的部分剖面圖；圖2是本發明提供的吸能式轉向柱的吸能裝置-錐形彈簧圈的示意圖；圖3是圖1所示吸能式轉向柱套裝部分的局部放大圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明的優選實施方式作詳細說明。如圖1所示，本發明提供的吸能式轉向柱包括轉向軸1、輸入軸3和吸能裝置2，轉向軸1與輸入軸3套裝在一起，且轉向軸1和輸入軸3之間為只可軸向移動的配合，其中，所述轉向軸1和輸入軸3的套裝處有環形腔室 4，該環形腔室4由轉向軸1套裝處的內表面環形凹陷部分與輸入軸3套裝 處的外表面環形凹陷部分組成；所述吸能裝置2為彈簧圈，該彈簧圈套裝在 輸入軸3上並位於環形腔室4中。由於本發明提供的吸能式轉向柱中的吸能裝置2採用彈簧圈，彈簧圈的 彈性範圍大，吸收衝擊能效果明顯。此外，轉向軸1與輸入軸3套裝處由轉 向軸1的內表面環形凹陷部分與輸入軸3的外表面環形凹陷部分組成環形腔 室4，用於放置彈簧圈，彈簧圈將轉向軸1與輸入軸3連接起來。這種結構簡單，並且彈簧圈不需要以注塑或焊接等其它方式固定在轉向軸1和/或輸入 軸3上，就可以實現連接轉向軸1與輸入軸3，因此本發明提供的轉向柱容 易裝配，維修方便。彈簧圈安裝於環形腔室4中，起到連接轉向軸1和輸入軸3的作用，保證實現連接作用的優選方式為彈簧圈的一端與轉向軸1套裝處的內表面環形 凹陷部分的至少一部分端面緊密接觸，另一端與輸入軸3套裝處的外表面環 形凹陷的至少一部分的端面緊密接觸。如圖2所示，彈簧圈優選為側面具有開口 22的錐形彈簧圈2。因為錐形 彈簧圈不僅在受力的情況下可以通過變形緩衝壓力，並且由於上下埠的直 徑差，可以現實在轉向軸1與輸入軸3連接處的固定作用；此外，錐形彈簧 圈2在沿轉向軸徑向方向上的壓力作用下，也要沿轉向軸徑向方向收縮，即 直徑要縮短，側面開口使得錐形彈簧圈2的這種收縮能夠通過開口 22更好 的實現，從而有效的吸收衝擊能量。側面開口的錐形彈簧圈還使安裝過程更 加方便，易行。為了保證裝配之後的轉向柱足夠牢固，更為優選的情況下，上述錐形彈 簧圈2的高度與環形腔室4的長度相同，錐形彈簧圈2大端的外徑與環形腔室4的外徑相同。這樣在錐形彈簧圈2裝入環形腔室4中後，轉向軸1和輸 入軸3被錐形彈簧圈2緊緊連接在一起，避免轉向柱產生軸向竄動，影響轉 向柱的質量。上述錐形彈簧圈2裝配於環形腔室4中，優選的情況下，錐形彈簧圈2 小端與輸入軸3的凹陷部分端面緊密接觸，錐形彈簧圈2的大端與轉向軸1 和輸入軸3的凹陷部分端面緊密接觸。為使錐形彈簧圈2小端只與輸入軸3的凹陷部分端面接觸，也就是小端 頂在輸入軸3的凹陷部分端面上，優選情況下，輸入軸3的凹陷部分深度超 過其花鍵的根部，如圖3所示，作為一種優選實施方式，上述轉向軸l套裝 處的內表面環形凹陷部分的長度小於輸入軸3套裝處的外表面環形凹陷部分 的長度;所述輸入軸3的凹陷部分的深度大於轉向軸1的環形凹陷部分深度。由於轉向軸1的環形凹陷部分長度小於輸入軸3的環形凹陷部分，在轉 向軸1的環形凹陷部分與輸入軸3的環形凹陷部分構成的環形腔室4中，轉 向軸1形成一個凸出部分5，在裝入錐形彈簧圈2後，該凸出部分5壓在錐 形彈簧圈2小端的外表面上，起到支撐轉向軸l和緩衝壓力的作用。在發生 二次碰撞時，轉向軸1可以沿衝擊力方向移動。輸入軸3的外表面環形凹陷 部分的深度大於轉向軸1內表面環形凹陷部分深度則可以保證錐形彈簧圈2 小端只與輸入軸3凹陷部分的端面緊密接觸，錐形彈簧圈4的大端與轉向軸 1和輸入軸3的凹陷部分端面緊密接觸，這樣轉向軸1和輸入軸3在正常情 況下不會發生軸向的移動，保證轉向柱的使用。轉向柱是通過轉向軸1帶動輸入軸3實現轉變方向的部件，在圓周方向 上，轉向軸1與輸入軸3是相對固定的，轉向軸1和輸入軸3之間是只可以 沿軸線方向移動的配合，因此在優選的情況下，轉向軸1和輸入軸3之間為 齒輪或花鍵配合。這種結構既可以保證轉向軸1帶動輸入軸3轉動，又能實 現轉向軸1與輸入軸3在軸線方向上的自由移動。彈簧圈安裝在環形腔室4中，起到連接轉向軸1與輸入軸3和受到衝擊 時變形緩衝的兩個作用，應滿足既有強度，又有彈性的要求。因此優選的情況下，所述錐形彈簧圈2的大端與小端直徑之比為1.05-1.5，高為5-20釐米， 彈簧剛度為40±5N/mm彈簧硬度HRC44—48 。這樣錐形彈簧圈2既有足 夠的強度固定轉向軸1與輸入軸3，又不會由於強度過大而在受到衝擊時變 形太小，起不到緩衝作用。錐形彈簧圈2的材料為本領域所常用的各種彈簧鋼，例如65Mn、55SiCr 或 60Si2Mn 。下面結合圖1、圖2和圖3說明吸能式轉向柱的工作過程。如圖1、圖3所示，吸能式轉向柱包括轉向軸1、輸入軸3和錐形彈簧 圈2;轉向軸1內表面與輸入軸3外表面為花鍵6結構，轉向軸l套裝在輸 入軸3上，二者內外表面的花鍵6相配合；轉向軸1套裝處的內表面有環形 凹陷部分，輸入軸3套裝處的外表面也有環形凹陷部分，其中轉向軸l的環 形凹陷部分長度小於輸入軸3的環形凹陷部分，在裝配形成環形腔室4後， 轉向軸1在環形腔室4中有一個凸出部分5，輸入軸3的環形凹陷部分的深 度為轉向軸1的環形凹陷部分深度的一倍。如圖2、圖3所示，錐形彈簧圈2為側面具有開口 22的錐形彈簧圈，套 裝在輸入軸3上，並位於環形腔室4中。在錐形彈簧圈2裝入環形腔室4中 後，錐形彈簧圈2小端與輸入軸3的環形凹陷部分上端面緊密接觸，大端與 轉向軸1和輸入軸3相配合的花鍵6的端面緊密接觸，轉向軸1在環形腔室 4中的凸出部分5壓在錐形彈簧圈2小端的外表面上，將轉向軸1支撐住； 並且錐形彈簧圈2的高度與環形腔室4的長度相同，錐形彈簧2大端的外徑 與環形腔室4的外徑相同。裝配轉向柱時，錐形彈簧圈2套在輸入軸3的環形凹陷部分上，然後將輸入軸3及錐形彈簧圈2套入轉向軸1有環形凹陷部分的一端中，在聽到咔 噠的一聲後，表明裝配完成。正常情況下，轉向軸1套在輸入軸3上，二者相對位置固定，通過花鍵6的配合，在轉向軸1轉動時帶動輸入軸3同時轉動。在車輛發生碰撞，並發生二次碰撞的情況下，對轉向軸l有向車輛前進方向的衝擊力，該力作用在錐形彈簧圈2與轉向軸凸出部分5的接觸面上， 衝擊力逐漸增大直到克服錐形彈簧圈2的彈性力，錐形彈簧圈2收縮，使轉 向軸1與輸入軸3之間位置改變，即輸入軸3縮入轉向軸1中，在這個過程 錐形彈簧圈2與轉向軸1由於緊密接觸還有摩擦力，通過錐形彈簧圈2的彈 性和錐形彈簧圈2與轉向軸1之間的摩擦力共同作用，吸收二次碰撞產生的 衝擊保護操作人員的人身安全。
權利要求
1、 一種吸能式轉向柱包括轉向軸、輸入軸和吸能裝置，轉向軸與輸入軸套裝在一起，且轉向軸和輸入軸之間為軸向可移動的配合，其特徵在於，所述轉向軸和輸入軸的套裝處有環形腔室，該環形腔室由轉向軸套裝處的內表面環形凹陷部分與輸入軸套裝處的外表面環形凹陷部分組成；所述吸能裝置為彈簧圈，該彈簧圈套裝在輸入軸上並位於環形腔室中。
2、 根據權利要求1所述的吸能式轉向柱，其特徵在於，所述彈簧圈的 一端與轉向軸套裝處的內表面環形凹陷部分的至少一部分端面緊密接觸，另 一端與輸入軸套裝處的外表面環形凹陷的至少一部分的端面緊密接觸。
3、 根據權利要求2所述的吸能式轉向柱，其特徵在於，所述彈簧圈為 側面具有開口的錐形彈簧圈。
4、 根據權利要求3所述的吸能式轉向柱，其特徵在於，所述錐形彈簧 圈的大端與小端直徑之比為1.05-1.5，高為5-20釐米，彈簧剛度為40± 5N/mm，彈簧硬度為HRC44—48 。
5、 根據權利要求4所述的吸能式轉向柱，其特徵在於，所述錐形彈簧 的高度與環形腔室的長度相同，錐形彈簧大端的外徑與環形腔室的外徑相 同。
6、 根據權利要求3-5中任意一項所述的吸能式轉向柱，其特徵在於， 所述錐形彈簧圈小端與輸入軸的凹陷部分端面緊密接觸，錐形彈簧圈的大端 與轉向軸和輸入軸的凹陷部分端面緊密接觸。
7、 根據權利要求6所述的吸能式轉向柱，其特徵在於，所述轉向軸套 裝處的內表面環形凹陷部分的長度小於輸入軸套裝處的外表面環形凹陷部 分的長度；所述輸入軸凹陷部分的深度大於轉向軸凹陷部分深度。2
8、根據權利要求1所述的吸能式轉向柱，其特徵在於，所述轉向軸和 輸入軸之間的軸向可移動的配合為齒輪或花鍵配合。
全文摘要
一種吸能式轉向柱包括轉向軸、輸入軸和吸能裝置，轉向軸與輸入軸套裝在一起，且轉向軸和輸入軸之間為只可軸向移動的配合，其中，所述轉向軸和輸入軸的套裝處有環形腔室，該環形腔室由轉向軸套裝處的內表面環形凹陷部分與輸入軸套裝處的外表面環形凹陷部分組成；所述吸能裝置為彈簧圈，該彈簧圈套裝在輸入軸上並位於環形腔室中。這種吸能式轉向柱吸收衝擊能效果明顯，結構簡單，並且容易裝配，維修方便。
文檔編號B62D1/19GK101284546SQ20071009056
公開日2008年10月15日 申請日期2007年4月11日 優先權日2007年4月11日
發明者樂 任, 彭龍華, 艾風傑 申請人:比亞迪股份有限公司