專利名稱：汽車中的轉(zhuǎn)向軸的外管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按權(quán)利要求1前序部分所述的、汽車中的轉(zhuǎn)向軸的外管。
背景技術(shù)：
在DE 1020050280MB3中公開一種能伸縮式移動(dòng)的轉(zhuǎn)向軸，其包括轉(zhuǎn)向柱伸縮內(nèi)件和轉(zhuǎn)向柱伸縮外件，內(nèi)件和外件能相互移動(dòng)。外件在此構(gòu)成外管，而內(nèi)件構(gòu)成在外管中能軸向移動(dòng)的內(nèi)軸。為了允許傳遞轉(zhuǎn)向力矩，外管和內(nèi)軸在圓周方向上通常形鎖合地接合，這例如通過(guò)在外管內(nèi)側(cè)和內(nèi)軸外側(cè)上的相互嵌入的滾珠滾道和突起實(shí)現(xiàn)。在軸向方向上伸展的滾珠滾道和突起同時(shí)允許外管和內(nèi)軸的伸縮式的相互移入和相互拉開。在構(gòu)造外管時(shí)，在高轉(zhuǎn)矩傳遞的同時(shí)要關(guān)注小的重量。此外，外管應(yīng)該能簡(jiǎn)單地制造。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，實(shí)現(xiàn)一種在汽車中的轉(zhuǎn)向軸的能簡(jiǎn)單制造的外管，該外管的特點(diǎn)在于，在相對(duì)小重量的同時(shí)具有高轉(zhuǎn)矩傳遞能力。上述目的按本發(fā)明通過(guò)權(quán)利要求1的特征達(dá)到。從屬權(quán)利要求給出適宜的進(jìn)一步方案。本發(fā)明的外管是汽車中的轉(zhuǎn)向軸的組成部分，該轉(zhuǎn)向軸此外包括內(nèi)軸，該內(nèi)軸裝在外管中，內(nèi)軸和外管能彼此伸縮式移動(dòng)。在旋轉(zhuǎn)方向上外管和內(nèi)軸形鎖合地相互接合，用于傳遞轉(zhuǎn)向力矩或者說(shuō)轉(zhuǎn)矩。在外管和位于內(nèi)部的內(nèi)軸之間的形鎖合通過(guò)在徑向上相互嵌入的滾珠滾道和突起實(shí)現(xiàn)，它們構(gòu)成在內(nèi)軸的外側(cè)和外管的內(nèi)側(cè)上。用于接納滾珠的滾珠滾道以及突起在圓周方向上產(chǎn)生形鎖合，相反在軸向方向或者說(shuō)縱向方向上不會(huì)通過(guò)形鎖合元件影響外管與內(nèi)軸之間的伸縮式移動(dòng)性。容易的伸縮式移動(dòng)性通過(guò)在內(nèi)軸與外管之間的滾珠支承結(jié)構(gòu)得到顯著支持。按本發(fā)明設(shè)定，外管具有在圓周方向上改變的壁厚。作為另一項(xiàng)特征，外管具有限定外周面的圓形包絡(luò)線，在外周面上局部地構(gòu)成徑向縮進(jìn)的外壁減小區(qū)段，這些外壁減小區(qū)段相對(duì)于圓形包絡(luò)線具有減小的外徑。在圓周方向上看，這些外壁減小區(qū)段緊挨著在外管內(nèi)側(cè)上的部分圓形的滾珠滾道，這些滾珠滾道構(gòu)成形鎖合元件。外壁減小區(qū)段與在相同角度位置上構(gòu)成的內(nèi)壁補(bǔ)償區(qū)段對(duì)應(yīng)，在圓周方向上看，這些內(nèi)壁補(bǔ)償區(qū)段位于外管的內(nèi)側(cè)并且與外壁減小區(qū)段類似同樣在徑向上縮進(jìn)。這種結(jié)構(gòu)具有多種不同優(yōu)點(diǎn)。尤其是在高的最大轉(zhuǎn)矩傳遞的同時(shí)達(dá)到外管的壁厚的均勻化。外管的壁厚在兩個(gè)在圓周方向上分布設(shè)置的在內(nèi)壁上的滾珠滾道之間的中間區(qū)域中減小并且在與滾珠滾道緊挨著的相鄰處增大。減小的壁厚導(dǎo)致外管的顯著的重量減小，然而剛性和最大轉(zhuǎn)矩傳遞能力不明顯減小。相反在與滾珠滾道緊挨著的相鄰處，外管具有提高的壁厚，因此相對(duì)強(qiáng)地壓制的滾珠滾道用于滾珠的可靠容納，滾珠在圓周方向上有良好的支撐。但是為了在此處限制壁厚，在外側(cè)上設(shè)有外徑減小的外壁減小區(qū)段，因此在兩個(gè)滾珠滾道之間的中間部分中和每個(gè)滾珠滾道的緊挨著的相鄰處的減小的壁厚的差值可以保持相對(duì)較小。滾珠滾道的部分圓形狀允許滾珠在滾珠滾道中的在負(fù)載下的面狀的導(dǎo)向。本發(fā)明的外管考慮所有在制造技術(shù)上的條件并且在幾何形狀方面構(gòu)成優(yōu)化的方案?；旧蠟閳A形的管形狀允許優(yōu)化的轉(zhuǎn)矩傳遞。由于小的壁厚差，外管可以在拉伸中制造，此時(shí)實(shí)現(xiàn)必要的高的冷作硬化，用于期望的轉(zhuǎn)矩傳遞。同時(shí)在熱處理之后保持足夠的芯部強(qiáng)度，以便避免在負(fù)載下滾珠的壓入。外管在外表面上沒有溝槽，更準(zhǔn)確地說(shuō)，它構(gòu)成近似圓形的和構(gòu)成為軸的形式，其優(yōu)點(diǎn)在于，為了焊接，位于外部的熱處理的層可以扭轉(zhuǎn)并且管子在制作過(guò)程期間也可以自動(dòng)地校直，而沒有強(qiáng)烈削弱的危險(xiǎn)。外管的近似圓形的形狀也允許簡(jiǎn)單的裝配，其中，在采用圓形的車廂穿孔的情況下車廂外管例如穿過(guò)車廂底部或者車輛的防火壁。另外，外管可以在車廂穿孔中直接轉(zhuǎn)動(dòng)。外管在材料使用量方面是優(yōu)化的并且因此盡管有最大轉(zhuǎn)矩傳遞能力也具有小重量。為了改進(jìn)表面耐磨性，可以適宜的是，熱處理外管，因此在高的冷作硬化之后保持足夠的芯部強(qiáng)度，用以避免滾珠壓入。半徑變化不僅在外管的外側(cè)上而且在其內(nèi)側(cè)上優(yōu)選光滑地實(shí)現(xiàn)，例如方式為外徑和/或內(nèi)徑在圓周方向上的變化至少直至一階導(dǎo)數(shù)、優(yōu)選直至二階導(dǎo)數(shù)是連續(xù)的。光滑的半徑過(guò)渡有利于在外管的材料中避免應(yīng)力峰值。優(yōu)選外管的外周面僅局部在徑向上縮進(jìn)，而且是在那些在外管的內(nèi)壁上在圓周方向上緊挨著滾珠滾道的區(qū)域中縮進(jìn)。為了避免過(guò)大的壁厚差而設(shè)定，外周面的半徑在徑向縮進(jìn)的外壁減小區(qū)段的區(qū)域中相對(duì)于包絡(luò)線減小例如不超過(guò)10%、尤其是不超過(guò)5%。在外壁減小區(qū)段與在兩個(gè)滾珠滾道之間的區(qū)域之間的壁厚差最大為25%，25%以下的全部值是可能的。內(nèi)周面的半徑在內(nèi)壁補(bǔ)償區(qū)段與在兩個(gè)滾珠滾道之間的中間區(qū)域之間的差值適宜地不超過(guò)20%、尤其是不超過(guò)10%，在這種情況下直至達(dá)到所述最高上限值的全部中間值應(yīng)該是可能的。其它優(yōu)點(diǎn)和適宜的結(jié)構(gòu)可以由其它權(quán)利要求、后續(xù)說(shuō)明以及附圖得出。


圖1顯示轉(zhuǎn)向軸的透視圖，該轉(zhuǎn)向軸用在汽車中，包括外管和裝在外管中的在縱向方向上能伸縮式移動(dòng)的內(nèi)軸，該內(nèi)軸在圓周方向上與外管形鎖合地接合；圖2顯示外管的剖視圖；圖3顯示外管的另一剖視的放大圖。在附圖中，相同的構(gòu)件設(shè)有相同的附圖標(biāo)記。
具體實(shí)施例方式圖1中描述轉(zhuǎn)向軸1，其安裝在汽車中，其包括外管2和可移動(dòng)地裝在外管2中的內(nèi)軸3。外管2和內(nèi)軸3在相對(duì)的軸向的兩個(gè)端面上分別設(shè)有焊接的活節(jié)4、5。內(nèi)軸3在外管2中沿軸向可伸縮式移動(dòng)，但是在圓周方向上借助于形鎖合元件而抗旋轉(zhuǎn)地與外管2 接合，使得僅在外管2與內(nèi)軸3之間的軸向的平移的相對(duì)移動(dòng)是可能的，但是沒有相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。形鎖合元件構(gòu)成為在外管內(nèi)側(cè)和內(nèi)軸外周面上的滾珠滾道和突起，它們彼此對(duì)應(yīng)地構(gòu)成。滾珠在滾珠滾道中導(dǎo)向，因此允許在外管與內(nèi)軸之間的容易的相對(duì)移動(dòng)運(yùn)動(dòng)。滾珠滾道和突起在縱向方向上延伸并且因此允許外管與內(nèi)軸之間的軸向的相對(duì)移動(dòng)運(yùn)動(dòng)。如按圖2和圖3的外管2的剖視圖可見，在外管2的內(nèi)側(cè)7上以90°角度的間隔在圓周上分布設(shè)置總共四個(gè)滾珠滾道8，這些滾珠滾道構(gòu)成形鎖合元件并且與內(nèi)軸的外側(cè)上的相應(yīng)的突起相對(duì)應(yīng)。在滾珠滾道8的區(qū)域中，外管2具有最小的壁厚《_。與滾珠滾道 8緊挨著的相鄰處，壁厚具有最大值Wmax，而且是在內(nèi)壁減小區(qū)段10上，這些內(nèi)壁減小區(qū)段在圓周方向上緊挨著每個(gè)滾珠滾道8的兩側(cè)。外管2的內(nèi)側(cè)7上的每個(gè)內(nèi)壁補(bǔ)償區(qū)段10對(duì)應(yīng)于外側(cè)6上的一個(gè)外壁減小區(qū)段 9。外壁減小區(qū)段9相對(duì)于圍繞外周面6的包絡(luò)線11(圖3)具有略微減小的半徑IV相反包絡(luò)線11具有最大外徑ra。內(nèi)壁補(bǔ)償區(qū)段10具有最小內(nèi)徑ri;在此處，外管2的壁厚具有最大值《_。在外管在滾珠滾道8中具有最小的壁厚Wmin，在最小壁厚的區(qū)域中，外管具有半徑r2，在兩個(gè)滾珠滾道8之間的中間區(qū)域中，壁厚具有標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑。在兩個(gè)滾珠滾道8之間的中間區(qū)域中，壁厚具有標(biāo)準(zhǔn)值Ws。外壁減小區(qū)段9和與之對(duì)應(yīng)的內(nèi)壁補(bǔ)償區(qū)段10產(chǎn)生壁厚的均勻化。相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)壁厚Ws，最大壁厚Wmax在外壁減小區(qū)段9或者說(shuō)內(nèi)壁補(bǔ)償區(qū)段10的區(qū)域中達(dá)到，最小壁厚 Wmin處在滾珠滾道8的區(qū)域中。從標(biāo)準(zhǔn)壁厚Ws首先到最大壁厚Wmax并且然后到最小壁厚Wmin 的過(guò)渡在圓周方向上不僅在外管的外側(cè)上而且在內(nèi)側(cè)上至少直至一階導(dǎo)數(shù)、優(yōu)選直至二階導(dǎo)數(shù)連續(xù)地實(shí)現(xiàn)，因此在外管的材料中避免應(yīng)力峰值。外壁減小區(qū)段9具有半徑rK，其僅略微小于外徑ra，差值優(yōu)選不超過(guò)5%。因此外周面6基本上與包絡(luò)線11重合，因此外周面近似具有圓形形狀。如圖3另外可見，滾珠滾道8構(gòu)成為部分圓形的并且分別由兩個(gè)分段8a和8b組成，每個(gè)分段本身構(gòu)成為部分圓形的并且具有半徑rk。兩個(gè)分段8a、8b具有相同的半徑IV 每個(gè)分段的半徑圓心相對(duì)于經(jīng)過(guò)滾珠滾道8最深點(diǎn)的平分線12具有橫向偏移量。兩個(gè)半徑圓心位于平分線12的相對(duì)的兩側(cè)，使得半徑矢量rk相交。因此兩個(gè)部分圓形的扇形在滾珠滾道的最深點(diǎn)處也相交，該最深點(diǎn)同時(shí)與平分線12相交。滾珠滾道8的最深點(diǎn)具有半徑r2。由于滾珠滾道8的這種幾何形狀，在滾珠滾道中引導(dǎo)的滾珠在滾珠滾道橫截面的圓周方向上看在每個(gè)分段8a、8b的區(qū)域中分別具有一個(gè)接觸點(diǎn)。在負(fù)載下，滾珠表面成線形地適配每個(gè)分段8a、8b的半徑。但是在負(fù)載下滾珠滾道8的在兩個(gè)分段的交點(diǎn)或者說(shuō)角平分線與分段的交點(diǎn)的區(qū)域中的最深點(diǎn)保持無(wú)接觸；在該點(diǎn)上，滾珠表面與滾珠滾道無(wú)接觸，因此改善滾珠在滾珠滾道中的滾動(dòng)。附圖標(biāo)記列表
1轉(zhuǎn)向軸8滾珠滾道
2外管8a、8b分段
3內(nèi)軸9外壁減小區(qū)段
4活節(jié)10內(nèi)壁補(bǔ)償區(qū)段
5活節(jié)11包絡(luò)線
6外周面12平分線
7內(nèi)側(cè)
權(quán)利要求
1.汽車中的轉(zhuǎn)向軸的外管，該轉(zhuǎn)向軸包括能在外管⑵中引導(dǎo)的內(nèi)軸(3)，內(nèi)軸(3)和外管O)能彼此伸縮式移動(dòng)并且在旋轉(zhuǎn)方向上能通過(guò)在外管O)的內(nèi)側(cè)(7)上和在內(nèi)軸 (3)的外側(cè)上在徑向上彼此接合的滾珠滾道(8)和突起形鎖合地接合，其特征在于外管 (2)具有在圓周方向上改變的壁厚，外管( 具有限定外周面(6)的圓形包絡(luò)線(11)，在外周面(6)上設(shè)置徑向縮進(jìn)的、具有減小的外徑的外壁減小區(qū)段(9)，這些外壁減小區(qū)段在圓周方向上緊挨著在外管O)內(nèi)側(cè)(7)上的部分圓形的滾珠滾道(8)，在外管O)的內(nèi)側(cè)(7) 上與位于外側(cè)上的徑向縮進(jìn)的外壁減小區(qū)段(9)相對(duì)應(yīng)地同樣構(gòu)成徑向縮進(jìn)的內(nèi)壁補(bǔ)償區(qū)段(10)。
2.按權(quán)利要求1所述的外管，其特征在于內(nèi)徑的變化在到內(nèi)壁補(bǔ)償區(qū)段(10)的過(guò)渡中至少直至一階導(dǎo)數(shù)是連續(xù)的。
3.按權(quán)利要求1或2所述的外管，其特征在于在內(nèi)壁補(bǔ)償區(qū)段(10)的區(qū)域中的壁厚大于外管( 在內(nèi)壁補(bǔ)償區(qū)段(10)之外的標(biāo)準(zhǔn)壁厚。
4.按權(quán)利要求1至3之一所述的外管，其特征在于在構(gòu)成于內(nèi)側(cè)(7)上的滾珠滾道(8)的區(qū)域中的壁厚小于外管O)的標(biāo)準(zhǔn)壁厚(Ws)0
5.按權(quán)利要求1至4之一所述的外管，其特征在于外徑的變化在到外壁減小區(qū)段(9) 的過(guò)渡中至少直至一階導(dǎo)數(shù)是連續(xù)的。
6.按權(quán)利要求1至5之一所述的外管，其特征在于在徑向縮進(jìn)的外壁減小區(qū)段(9)的區(qū)域中的外徑相對(duì)于包絡(luò)線(11)減小不超過(guò)10%、尤其是不超過(guò)5%。
7.按權(quán)利要求1至6之一所述的外管，其特征在于在徑向縮進(jìn)的內(nèi)壁補(bǔ)償區(qū)段(10) 的區(qū)域中的內(nèi)徑相對(duì)于在兩個(gè)構(gòu)成于內(nèi)側(cè)(7)上的滾珠滾道(8)之間的區(qū)域減小不超過(guò) 20%、尤其是不超過(guò)10%。
8.按權(quán)利要求1至7之一所述的外管，其特征在于外管O)的壁厚在外壁減小區(qū)段(9)與在外壁減小區(qū)段(9)之外的區(qū)域之間相差最大25%。
9.按權(quán)利要求1至8之一所述的外管，其特征在于滾珠滾道(8)的橫截面由具有相同半徑(rk)的多個(gè)分段(8a、8b)組成，每個(gè)分段(8a、8b)的半徑圓心相對(duì)于通過(guò)滾珠滾道 (8)的平分線(1 具有橫向偏移量。
10.按權(quán)利要求9所述的外管，其特征在于兩個(gè)分段(8a、8b)的半徑圓心位于平分線 (12)的相對(duì)的兩側(cè)。
11.汽車中的轉(zhuǎn)向柱裝置，其包括按權(quán)利要求1至10之一的外管O)。
全文摘要
汽車中的轉(zhuǎn)向軸的外管，內(nèi)軸能伸縮式移入到外管中，內(nèi)軸能在旋轉(zhuǎn)方向上形鎖合地接合，外管具有在圓周方向上變化的壁厚，在外周面上設(shè)置徑向縮進(jìn)的、具有減小的外徑的外壁減小區(qū)段。
文檔編號(hào)B62D1/185GK102171091SQ200980138863
公開日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2009年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月11日
發(fā)明者M·海因舍爾, S·庫(kù)比施 申請(qǐng)人:Zf操作系統(tǒng)有限公司