專利名稱：彈性聯軸節的制作方法
技術領域：
本發明涉及設置在車輛轉向裝置的轉向軸內的彈性聯軸節。
背景技術：
眾所周知，在車輛轉向裝置的結構中，轉向軸將設置在車體橫向件上的轉向齒輪箱與設置在駕駛員座位處的方向盤連接起來，并且方向盤的轉動通過轉向軸傳遞給轉向齒輪箱，從而借助于轉向齒輪箱操縱待轉向的左右車輪。轉向軸設置有彈性聯軸節，以防止來自道路的輸入、發動機的振動等傳到方向盤一側(例如參見專利參考文獻1)。
在專利參考文獻1中公開的轉向裝置內，作為彈性聯軸節的轉向聯軸節裝在將轉向齒輪箱與主軸連接起來的中間軸內。該轉向聯軸節包括連接到轉向齒輪箱一側的圓筒形金屬裝配件；連接到主軸側上的軸金屬裝配件；以及設置在圓筒形金屬裝配件的內圓周和軸金屬裝配件的外圓周之間的橡膠彈性體。該圓筒形金屬裝配件的內圓周和軸金屬裝配件的外圓周在剖面上分別形成為凹凸不平的剖面形狀。該橡膠彈性體在剖面上具有對應的形狀，并且設置在這兩個金屬裝配件之間。這就允許通過橡膠彈性體將來自方向盤的轉動傳遞到轉向齒輪箱一側，并且通過橡膠彈性體的彈性變形來吸收來自轉向齒輪箱一側的擺動(環繞旋轉軸的振動)。
眾所周知，轉向齒輪箱設置在車體的橫向件上，并且由此引發這樣的現象，即當轉向齒輪箱通過例如待轉向的車輪、系桿等元件接收來自道路的輸入時，由于橫向件本身的彎曲或者轉向齒輪箱的安裝部分的彎曲，該轉向齒輪箱會上下左右移動。
這樣的移動傳遞到轉向聯軸節成為沿著軸向的振動。然而在上述專利參考文獻1中公開的轉向聯軸節具有這樣的問題，即沿著軸向的振動被傳遞，這是因為僅僅設想了環繞旋轉軸振動的擺動。具體說來，轉向聯軸節的橡膠彈性體經過硫化處理并且被粘接到圓筒形金屬裝配件的內表面上，同時被擠壓且插入軸金屬裝配件的外圓周表面內，所以它不能相對于圓筒形金屬裝配件和軸金屬裝配件中的任一個移動。因此，吸收沿著軸向的振動的操作僅僅具有這樣的效果，即使橡膠彈性體沿著軸向稍微彈性變形，所以會傳遞大部分的振動。結果，產生了這樣的問題，即操縱方向盤的駕駛員會感覺到不舒服。
發明內容
本發明的目的是提供一種彈性聯軸節，通過完全吸收轉向軸沿其軸向的振動而能夠防止駕駛員由于振動而感覺到不適。
為了獲得上述目的，本發明的一個方面是這樣一種彈性聯軸節，其包括缸元件，它連接到轉向齒輪箱一側和方向盤一側的其中一側上，并且朝向另一側開口；軸元件，它連接到轉向齒輪箱一側和方向盤一側的另一側上，并插入缸元件內，且在該軸元件和缸元件的底部之間形成預定的間隙；以及第一彈性體，它設置在缸元件的內圓周表面和軸元件的外圓周表面之間，從而缸元件和軸元件的相對轉動將會借助于彈力被限制，其特征在于，能夠使缸元件和軸元件沿著軸向相對運動的滑動部分至少設置在缸元件的內圓周表面和第一彈性體之間或者在軸元件的外圓周表面和第一彈性體之間。
在上述結構中，通過設置在缸元件和軸元件之間的第一彈性體，方向盤的轉動可以傳遞到轉向齒輪箱一側，從而完成操縱待轉向車輪的操作。另一方面，當從轉向齒輪箱一側傳遞環繞旋轉軸振動的擺動時，通過第一彈性體的彈性變形可以吸收該被傳遞的擺動。
當從轉向齒輪箱一側傳遞沿著軸向的振動時，與轉向齒輪箱一側連接的缸元件和軸元件中的任一元件將沿著軸向振動。然而，缸元件和軸元件通過滑動部分沿著軸向相對移動。結果，沿著軸向的振動被吸收，而不會傳遞給缸元件和軸元件中的另一元件。
圖1是根據一實施例的轉向裝置的整體結構視圖；圖2是彈性聯軸節的放大剖面圖；圖3是沿圖2中III-III線的彈性聯軸節的剖面圖；以及圖4是沿圖2中IV-IV線的彈性聯軸節的剖面圖。
具體實施例方式
下面將描述實現本發明的彈性聯軸節的形式，在彈性聯軸節中具體體現了本發明。
圖1是根據該實施例的轉向裝置的整體結構視圖。在圖1中，畫出了從車輛的側面所看到的轉向裝置，在圖1中，1表示沿其寬度方向設置在車輛發動機艙內的橫向件。在該實施例中，橫向件1兩端通過橡膠套固定到左右側向件上，雖然在該圖中沒有畫出橡膠套。上述結構的一個目的是減小車輛內的振動和噪音。在上述結構中，橡膠套吸收通過懸架傳遞給橫向件的振動，從而防止振動通過側向件傳給車廂。
轉向齒輪箱2通過螺栓固定到橫向件1上，并且通過例如設置在左右側的系桿這樣的元件連接到待轉向的左右車輪上，雖然在圖中沒有畫出系桿。
另一方面，轉向柱3設置在車廂的駕駛員座位處，以便通過支座5將其固定到底板橫向件4上，底板橫向件4沿著其寬度方向橋接在車體上。在轉向柱3內保持主軸6，使其能夠旋轉。方向盤7固定在主軸6的上端。主軸6的下端通過萬向節8連接到中間軸9的上端。中間軸9的下端通過萬向節10連接到上述轉向齒輪箱2的輸入軸2a上。
因此，當操作方向盤7使其轉動時，通過主軸6和中間軸9可以使轉向齒輪箱2的輸入軸2a轉動，然后，在齒輪箱2內，輸入軸2a的轉動轉換為左右直線運動，從而借助在動力轉向機構內的液壓助力通過系桿操縱左右車輪。
彈性聯軸節11設置在上述中間軸9的上部。圖2是彈性聯軸節11的放大剖面圖。圖3是沿圖2中III-III線的彈性聯軸節11的剖面圖。圖4是沿圖2中IV-IV線的彈性聯軸節11的剖面圖。下面根據這些附圖來詳細地描述彈性聯軸節11的結構。
彈性聯軸節11的內套12(軸元件)具有圓筒的形狀，并且具有與中間軸9共同的軸線L。焊接并固定內套12的下部使得其能夠向外裝配到中間軸9的上端。在內套12的外圓周側面上，以一定間隙地設置具有圓筒形形狀并且具有共同軸線L的外套13(缸元件)。外套13的上端焊接并固定到萬向節8的軛8a上。
四個凸起12a沿著軸向以繞著軸線L為90度的間隔形成在內套12的外圓周上，從而其在剖面上具有凹凸不平的剖面形狀。另一方面，為了與各個凸起12a相對應，四個凹槽13a沿著軸向以繞著軸線L為90度的間隔形成在外套13的內圓周上，從而在剖面上具有凹凸不平的剖面形狀。這樣，內套12的每一個凸起12a就位于外套13的每一個凹槽13a內。在包括凸起12a的內套12的外圓周表面和包括凹槽13a的外套13的內圓周表面之間，形成了各處大致均勻的間隙S1。將剖面形狀與上述間隙S1對應的橡膠彈性體14塞入該間隙S1內。
對橡膠彈性體14進行硫化處理，使其與內套12形成為一體，同時它形成為獨立于外套13之外的一個元件，以便將其塞入外套13中。
因此，內套12和外套13壓縮并改變在凸起12a的側面和凹槽13a的側面之間的橡膠彈性體14的形狀，凸起12a的側面和凹槽13a的側面彼此相對并具有預定的間距，從而限制繞著軸線L的相對轉動。同時，它們能夠使橡膠彈性體14的外圓周表面和外套13的內圓周表面彼此接觸并且滑動，從而可以沿著軸向相對運動。就是說，在該實施例中，滑動部分A形成在能夠彼此接觸并且滑動的橡膠彈性體14的外圓周表面和外套13的內圓周表面之間。
在此，在該實施例中的橡膠彈性體14布置成包括潤滑劑，該潤滑劑具有減小摩擦系數的作用，從而僅僅使用較小的力就可以容易地實現在橡膠彈性體14和外套13之間的滑動，而不會產生反常的聲音。石蠟、硅基油、多種合成油脂等能夠用作潤滑油。可以選擇任何一種這樣的潤滑劑，從而使其包含在橡膠彈性體14內，以便獲得需要的摩擦系數。就減小摩擦系數的方法而言，例如油脂的潤滑劑可以涂覆在橡膠彈性體14的外圓周表面和外套13的內圓周表面之間，以替代上述涉及橡膠彈性體14材料的方法。
如圖2中所示，萬向節8的軛8a將外套13的上端封閉起來，外套13向下(朝向中間軸9)開口。上止擋面15a(底部)形成在外套13的上端。外套13的開口端延伸到內圓周側面。該延伸部分的上部表面限定為下止擋面15b(凸緣部分)。
上止擋面15a與形成在內套12的每一凸起12a上端上的上止擋面16a相對，二者沿著軸向具有間隙S2。相似地，下止擋面15b與形成在內套12的每一凸起12a下端上的下止擋面16b相對，二者沿著軸向具有間隙S3。在該實施例中，假設間隙S2和S3具有相同的尺寸，但是尺寸也可以不同。
橡膠彈性體14沿著軸向的長度與內套12的總體長度相同，并且與上述長度相應的部分被限定為主體14a(第一彈性體)。從主體14a開始設置有上部定心部分14b(第二彈性體)和下部定心部分14c(第三彈性體)，使得它們在對應于每一個凸起12a和凹槽13a的拐角的地方分別向上和向下延伸。上部定心部分14b位于上述的間隙S2內，從而使其設置在上止擋面15a和16a之間。下部定心部分14c相似地位于上述的間隙S3內，從而使其設置在下止擋面15b和16b之間。
如上所述，將橡膠彈性體14的定心部分14b和14c設置在相對的上止擋面15a和16a之間以及相對的下止擋面15b和16b之間，從而允許內套12和外套13沿著軸向保持在預定位置上，并且進一步允許壓縮定心部分14b和14c并且改變其形狀，從而可以如上所述地沿著軸向相對運動。
在該實施例中轉向裝置的結構如上所述。在該結構中，如下所述，通過彈性聯軸節11可以吸收在轉向齒輪箱2上發生的各種振動。
首先，在操作方向盤7轉動的情況下，該轉動通過主軸6和萬向節8傳遞給彈性聯軸節11的外套13。此時，外套13的各個凹槽13a的一個側面(在反向轉動一側上的側面)擠壓內套12的各個凸起12a相對的側面(同樣地，在反向轉動一側上的側面)，壓縮和改變橡膠彈性體14的主體14a的形狀。因此，內套12隨著外套13的轉動方向一起轉動。該轉動可以從中間軸9進一步輸入給轉向齒輪箱2，從而操縱待轉向的左右車輪。
在接收來自道路等的輸入的過程中，在轉向齒輪箱2的輸入軸2a上會出現擺動，已經出現的擺動通過中間軸9傳遞給彈性聯軸節11的內套12。在較短周期內，由于擺動引起的振動在繞著旋轉軸線的順時針方向和逆時針方向之間變換，這不同于上述的連續單向轉動操作。因此，壓縮和改變橡膠彈性體14的主體14a的形狀允許吸收該振動，從而能夠防止該擺動傳遞給方向盤7的一側。
另一方面，在轉向齒輪箱2通過例如待轉向的車輪、系桿等部件接收來自道路的輸入的情況下，由于橫向件1自身的彎曲或者齒輪箱2的安裝部分的彎曲，會發生轉向齒輪箱2上下左右移動的現象。這樣的移動會引起轉向齒輪箱2的輸入軸2a沿著軸向的振動。沿著軸向已經發生的該振動將通過中間軸9傳遞給彈性聯軸節11的內套12。
此時，橡膠彈性體14也沿著軸向與內套12一起振動。然而，由于橡膠彈性體14的主體14a的外圓周表面和外套13的內圓周表面彼此滑動，因此內套12和外套13沿著軸向相對移動，從而吸收了內套12沿著軸向的振動，而不會將其傳遞給外套13。
與沿著軸向的相對運動一致，內套12的上端(上止擋面16a)朝向或者遠離外套13的上端(上止擋面15a)往復運動。然而，設置在上述兩上端之間的上部定心部分14b可以防止直接的碰撞，從而可以預先抑制由于金屬間碰撞產生的沖擊噪音。
另一方面，在沿著軸向的振動消失之后，由于它們自身彈力的作用，橡膠彈性體14的定心部分14b和14c回復到其原始剖面形狀。因此，內套12和外套13返回到初始位置(如上所述，間隙S2和S3相等的中間位置)，然后，當在回復之后重新發生沿著軸向的振動之時，將進行與上面相同的吸收振動的操作。
從上面的描述可以清楚，橡膠彈性體14的定心部分14b和14c的彈性應該具有上限和下限，該上限是不能干擾內套12和外套13沿著軸向相對運動的程度，該下限是能夠使內套12和外套13返回到初始位置的程度。至于橡膠彈性體14的材料，鑒于吸收擺動選擇具有最佳彈性模量的材料，因此，應該以上述的彈性模量為前提，在上述范圍內設定定心部分14b和14c的彈性。
在該實施例中，調節定心部分14b和14c的面積(具體說來，上部和下部定心部分14b和14c的總面積)允許獲得合適的彈性。結果，內套12和外套13可以相對運動，而不會受到定心部分14b和14c的干擾，從而實現吸收振動的可靠操作，同時在振動消失后它們可以可靠地返回到初始位置。
如前面詳細描述的那樣，在該實施例的轉向裝置內，橡膠彈性體14形成為與彈性聯軸節11的外套13分開的獨立元件，從而能夠沿著軸向滑動，因此，彈性聯軸節11除了作為吸收擺動的減擺器的作用之外，還能夠實現吸收沿著軸向振動的操作，該振動由橫向件1自身的彎曲或者齒輪箱2的安裝部分彎曲所引起。
尤其是在該實施例的車輛中，具有這樣的特征，即因為在該實施例中的車體構造成橫向件1通過橡膠套固定到側向件上，所以與其中橫向件剛性連接的車體正常結構的情況相比較，容易發生轉向齒輪箱2的位置移動，并且由此產生沿著軸向的振動。然而，通過彈性聯軸節11可以可靠地吸收已經發生的振動，從而能夠防止如上所述的有害影響。因此，彈性聯軸節11能夠充分地吸收沿著軸向的振動，從而避免由于方向盤7的振動引起駕駛員的不適感。
另外，在沿著軸向的振動消失之后，內套12和外套13借助于橡膠彈性體14的定心部分14b和14c返回到它們的初始位置，從而能夠自始至終實現吸收振動的穩定操作。
此外，橡膠彈性體14的上部定心部分14b還發揮這樣的作用，即，防止在內套12和外套13之間的碰撞，這種碰撞是由沿著軸向的振動所引起的。因此獲得了這樣的好處，即能夠抑制由于金屬間碰撞引起的沖擊噪音，并且由此降低在車廂內的噪音。
另一方面，與作為現有技術描述的專利參考文獻1中的彈性聯軸節相比，在該實施例中的彈性聯軸節11具有這樣簡單的結構，即包含潤滑劑的橡膠彈性體14設置為與外套13分開的獨立元件，從而能夠滑動，并且定心部分14b和14c形成在橡膠彈性體14的上下兩端。因此，在該實施例中的彈性聯軸節11能夠以提高很小的成本來投入實際應用，從而獲得上述多種優良的操作效果。
此外，彈性聯軸節11的吸振作用使得沿著軸向的振動難以作用在轉向柱3上，從而對于支撐轉向柱3的支座5來講，不必保證作為抵抗振動措施的強度。因此，根據該實施例中的彈性聯軸節11，還獲得這樣的好處，即進一步降低了制造成本。
雖然上面已經完成了實施例的描述，但是本發明的實施形式并不限于上述實施例。例如，在上述實施例中，彈性聯軸節11設置在轉向裝置的中間軸9上。然而，設置彈性聯軸節11的位置不限于上述位置。例如，彈性聯軸節11可以設置在轉向齒輪箱2的輸入軸2a或者主軸6上。
在上述實施例中，在內套12一側上的四個凸起12a與外套13一側上的四個凹槽13a通過橡膠彈性體14接合在一起，從而獲得傳遞轉動和吸收擺動的功能。然而，內套12和外套13之間的接合狀態不限于上述結構。例如，凸起12a或者凹槽13a可以改變數量，并且可以以不相等的間隔來設置。
此外，在上述實施例中，橡膠彈性體14能夠抵靠在外套13上滑動。然而，也可以將橡膠彈性體14設置成抵靠在內套12上滑動，并且使其與外套13形成為一體，或者可以構造成這樣即，能夠分別抵靠在內套12和外套13上滑動。
在上述實施例中，定心部分14b和14c與橡膠彈性體14形成為一體，從而在振動消失后，內套12和外套13便會主動地返回其初始位置。然而，這樣的功能不是必需的。從該結構中可以省去定心部分14b和14c。
即使在設置定心部分14b和14c的情況下，定心部分14b和14c的數量、形狀等也不限于上述實施例。例如，定心部分14b和14c可以與橡膠彈性體14的主體14a分別形成，或者僅僅設置在四個凸起12a和四個凹槽13a中的以180度的角度相對的兩個凸起12a和兩個凹槽13a上。也可以在間隙S2和S3內設置貝萊維爾式盤形彈簧(Belleville spring)或者螺旋彈簧來代替定心部分14b和14c，從而獲得相同的作用。
如上所述，根據本發明的彈性聯軸節，能夠有效地吸收轉向軸沿著軸向的振動，從而防止駕駛員由于振動感覺到的不舒服。
此外，根據本發明的彈性聯軸節，能夠以簡單的結構設置滑動部分，從而除了上述的效果之外，還可以降低制造成本。
根據本發明的彈性聯軸節，還可以抑制由缸元件和軸元件之間的碰撞引起的沖擊噪音，從而除了上述的效果之外，還能夠降低車廂內的噪音。
此外，根據本發明的彈性聯軸節，借助于第二彈性體和第三彈性體，在沿著軸向的振動消失之后，缸元件和軸元件可以返回到其初始位置，從而除了上述的效果之外，還能夠始終實現吸收振動的穩定操作。
權利要求
1.一種彈性聯軸節，其包括缸元件，它連接到轉向齒輪箱一側和方向盤一側的其中一側上，并且朝向另一側開口；軸元件，它連接到轉向齒輪箱一側和方向盤一側中的另一側上，并且插入該缸元件內，從而限制它們的相對轉動，在該軸元件和缸元件的底部之間形成預定的間隙；以及第一彈性體，它設置在缸元件的內圓周表面和軸元件的外圓周表面之間，其特征在于，能夠使該缸元件和軸元件沿著軸向相對運動的滑動部分至少設置在該缸元件的內圓周表面和第一彈性體之間或者在該軸元件的外圓周表面和第一彈性體之間。
2.根據權利要求1所述的彈性聯軸節，其特征在于，在該軸元件的外圓周上形成有凸起，在該缸元件的內圓周上形成有凹槽，該軸元件外圓周上的凸起位于該缸元件內圓周上的凹槽內，從而限制相對轉動。
3.根據權利要求1所述的彈性聯軸節，其特征在于，該缸元件的上端固定到萬向節的軛上，而上述的軸元件設置在中間軸的上端。
4.根據權利要求1所述的彈性聯軸節，其特征在于，該第一彈性體包含潤滑劑。
5.根據權利要求4所述的彈性聯軸節，其特征在于，該潤滑劑是石蠟、硅基油或者合成油脂中的任何一種。
6.根據權利要求1所述的彈性聯軸節，其特征在于，該滑動部分上涂覆有潤滑劑。
7.根據權利要求1所述的彈性聯軸節，其特征在于，一第二彈性體設置在該缸元件的底部和軸元件之間。
8.根據權利要求1所述的彈性聯軸節，其特征在于，在內圓周側上延伸的凸緣部分形成在該缸元件的開口端上，并且一第三彈性體設置在該凸緣部分和軸元件之間。
9.一種彈性聯軸節，其特征在于，一聯軸節包括缸元件和插入該缸元件內的軸元件，從而能夠限制它們的相對轉動，該聯軸節設置在轉向軸上，并且固定到該軸元件的外圓周表面上的第一彈性體和該缸元件的內圓周彼此滑動，從而吸收該轉向軸沿著軸向的振動。
10.根據權利要求9所述的彈性聯軸節，其特征在于，設置在該缸元件的底部和軸元件之間的第二彈性體使得該缸元件和軸元件返回到它們的初始位置。
11.根據權利要求9所述的彈性聯軸節，其特征在于，設置在凸緣部分和該軸元件之間的第三彈性體使得該缸元件和軸元件返回到它們的初始位置，該凸緣部分設置在該缸元件的開口端上并且在內圓周側上延伸。
12.根據權利要求9所述的彈性聯軸節，其特征在于，該第一彈性體和該軸元件被硫化處理并且形成為一體。
13.一種彈性聯軸節，其特征在于，一聯軸節包括缸元件和插入該缸元件內的軸元件，從而能夠限制它們的相對轉動，該聯軸節設置在轉向軸上，并且固定到該缸元件的內圓周表面上的第一彈性體和該軸元件的外圓周彼此滑動，從而吸收該轉向軸沿著軸向的振動。
14.根據權利要求13所述的彈性聯軸節，其特征在于，設置在該缸元件的底部和軸元件之間的第二彈性體使得該缸元件和軸元件返回到它們的初始位置。
15.根據權利要求13所述的彈性聯軸節，其特征在于，設置在凸緣部分和該軸元件之間的第三彈性體使得該缸元件和軸元件返回到它們的初始位置，該凸緣部分設置在該缸元件的開口端上并且在內圓周側上延伸。
16.根據權利要求13所述的彈性聯軸節，其特征在于，該第一彈性體和該缸元件被硫化處理并且形成為一體。
全文摘要
本發明提供了一種彈性聯軸節，其能夠充分吸收轉向軸沿著其軸向的振動，從而防止駕駛員由于振動而感覺到的不適。包含潤滑劑的橡膠彈性體設置在具有凹凸不平剖面形狀的內套的外圓周和外套的內圓周之間，同時外套和橡膠彈性體能夠沿著它們的軸向滑動，從而吸收來自轉向齒輪箱一側沿著軸向的振動。
文檔編號F16D3/38GK1540182SQ200410031088
公開日2004年10月27日 申請日期2004年4月20日 優先權日2003年4月21日
發明者后藤整, 島崎洋司, 司 申請人:三菱自動車工業株式會社, 三菱自動車工程株式會社