CN103836084A

CN103836084A - 轴与万向联轴器轭的结合构造、结合方法以及中间轴

Info

Publication number: CN103836084A
Application number: CN201310566448.5A
Authority: CN
Inventors: 吉田充宏; 川底直司; 本田修; 柴田延言
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2012-11-27
Filing date: 2013-11-14
Publication date: 2014-06-04
Also published as: EP2735752A2; EP2735752A3; JP2014105773A; US20140147197A1; US9469332B2

Abstract

本发明提供轴与万向联轴器轭的结合构造、结合方法以及中间轴，在轴与万向联轴器轭的结合构造中，轴（35）的插入部（55）插通于万向联轴器轭（43）的插通孔（49）。轴（35）的前端部（53）的外向突起（54）以与插通孔（49）的第一开口（51）的周边缘（51a）在轴向上设置间隙（AS）的方式对置。与插入部（55）邻接的固定部（57）通过焊接而固定于插通孔（49）的第二开口（52）的周边缘（52a）。设置于插入部（55）的外周（55a）的卡合部相对于设置于插通孔（49）的内周（49a）的被卡合部，设置有调整相位用的允许旋转间隙且能够在旋转方向上卡合。

Description

轴与万向联轴器轭的结合构造、结合方法以及中间轴

技术领域

本申请主张于2012年11月27日提出的日本专利申请2012-258943号的优先权，并在此引用其说明书、附图、摘要的全部内容。

本发明涉及轴与万向联轴器轭的结合构造、结合方法以及中间轴。

背景技术

通常在汽车中，将与转向操纵部件亦即转向盘连结的转向操纵轴亦即转向轴、与作为转向齿轮轴的例如小齿轮轴经由中间轴而连结。

在通常例子中，使用将内轴与筒状的外轴以能够沿轴向相对滑动的方式连结的可伸缩轴来作为中间轴。中间轴的内轴以及外轴的端部分别经由万向联轴器而与对应的转向轴以及小齿轮轴连结。

以往，通过焊接将各万向联轴器的轭与中间轴的对应的轴固定为一体。在日本特开2012-112509号公报中，是将轭与对应的轴花键嵌合，以便万一在焊接部断裂时能够进行操纵转向。另外，为了对轴进行防脱，相对于轭以非接触状态设置有使轴的插入管状前端部向径向外侧扩张的铆接部。

花键齿彼此的嵌合只能够进行按照每个齿间距例如每10°的阶段性的粗调整。例如在中间轴上，通过改变一方的万向联轴器轭相对于轴的一端的安装角度位置，来调整该一方的万向联轴器轭、与固定于轴的另一端的万向联轴器轭之间的相位的情况下，只能够进行阶段性的粗调整。因此能够使用共通的零件来实现的中间轴的规格数有限。因此无法达到批量生产的效果，而提高整体的制造成本。

另外，在发生焊接部断裂等故障时，由于花键齿彼此啮合，因此能够由中间轴传递扭矩，从而能够实现失效保护。然而，驾驶员在故障发生初期未注意到故障发生，而在开始产生花键齿的爬齿等之后才认识到故障。

发明内容

本发明的一个目的在于提供能够使驾驶员尽早认识到故障发生，并且廉价的轴与万向联轴器轭的结合构造、结合方法以及中间轴。

本发明的一个方式轴与万向联轴器轭的结合构造，具有：能够绕中心轴线旋转的轴；和具有供所述轴插通的插通孔的万向联轴器轭。所述插通孔包括：第一开口、和在与所述第一开口相反的一侧开口的第二开口，所述轴包括：前端部，该前端部插通于所述插通孔并从所述第一开口突出；防脱用的外向突起，该外向突起从所述前端部向径向外侧延伸并与所述第一开口的周边缘以在轴向上设置间隙的方式对置；插入部，该插入部与所述前端部邻接并配置在所述插通孔内；固定部，该固定部与所述插入部邻接并通过焊接而固定于所述第二开口的周边缘，所述插通孔的内周以及所述插入部的外周的一方包括卡合部，所述插通孔的内周以及所述插入部的外周的另一方包括被卡合部，所述卡合部和所述被卡合部设置有用于调整所述轴与所述万向联轴器轭之间的相位的允许旋转间隙并且能够在旋转方向上卡合。

在上述方式的轴与万向联轴器轭的结合构造中，也可以将基于所述允许旋转间隙的所述相位的调整范围设定成：所述轴与所述万向联轴器轭的相对旋转角为5°以上且30°以下的范围。

也可以用轴和套筒来构成中间轴，其中，所述轴利用上述方式的轴与万向联轴器轭的结合构造来结合第一万向联轴器轭；所述套筒与所述轴进行花键嵌合，并固定有第二万向联轴器轭。

本发明的一个方式的轴与万向联轴器轭的结合方法，包括以下工序：将形成有卡合部或被卡合部的任一方的轴制造用中间体的插入部，从形成有所述卡合部或所述被卡合部的另一方的万向联轴器轭的插通孔的第二开口插入，并使所述轴制造用中间体的前端部从所述插通孔的第一开口突出的工序；通过使所述万向联轴器轭与所述轴制造用中间体进行相对旋转来调整所述卡合部与所述被卡合部之间的允许旋转间隙，由此调整所述万向联轴器轭与所述轴制造用中间体之间的相位的工序；形成外向突起的工序，该外向突起从所述轴制造用中间体的前端部向径向外侧突出，并与所述第一开口的周边缘以在轴向上设置间隙的方式对置；以及通过焊接而将接近所述插通孔的第二开口的周边缘的所述轴制造用中间体的部分固定于所述第二开口的周边缘来形成固定部的工序。

在上述结合方法中，也可以将调整所述相位的工序中的所述相位的调整范围设定成：所述轴与所述万向联轴器轭的相对旋转角为5°以上且30°以下的范围。

在上述方式的结合构造中，插通孔的内周以及插入部的外周的一方的卡合部与另一方的被卡合部，设置有调整相位用的允许旋转间隙并能够卡合，因此在制造时，能够在上述调整范围内连续地进行万向联轴器轭与轴之间的相位调整。因此能够使用共通的零件（轴与万向联轴器轭）实现多种规格的相位，从而能够通过批量生产的效果来降低制造成本。

另外，在发生了焊接部断裂的故障的情况下，在传递扭矩时，在轴与万向联轴器轭之间，产生相当于允许旋转间隙的大小的晃动，因此驾驶员能够尽早认识到故障的发生。另外，轴的前端部的外向突起与万向联轴器轭的插通孔的第一开口的周边缘卡合，从而能够抑制轴从万向联轴器轭脱离。

根据上述方式的结合构造，通过使相位的调整范围为5°以上，从而能够使驾驶员切实地认识到故障发生。另外，通过使相位的调整范围为5°以上且30°以下，由此关于相位能够实现足够的数量的规格，并且能够在产生故障时在传递扭矩过程中防止晃动的过大化而能够实现良好的扭矩传递操作。

根据上述方式的结合方法，在使轴制造用中间体与万向联轴器轭相对旋转来调整相位之后，在轴制造用中间体的前端部形成外向突起，接下来，通过焊接将轴制造用中间体固定于上述第二开口的周边缘而形成固定部。在轴制造用中间体的前端部形成防脱用的外向突起之前，进行相位调整，因此能够顺畅地进行相位调整。

另外，根据上述方式的结合方法，通过使相位的调整范围为5°以上，能够获得使驾驶员切实地认识到故障发生的结合构造。另外，通过将相位的调整范围设为5°以上且30°以下，能够获得关于相位实现足够的数量的规格，并且能够在故障发生时在传递扭矩过程中防止晃动的过大化且实现良好的扭矩传递操作的结合构造。

附图说明

以下，通过参照附图对本发明的优选实施方式进行详细描述，本发明的上述及其它特征及优点会变得更加清楚，其中，对相同的部件标注相同的标记。

图1是表示将本发明的一个实施方式的轴与万向联轴器轭的结合构造应用于中间轴的转向装置的概略结构的示意图。

图2是图1的中间轴的概略侧视图。

图3是图2的中间轴的轴与万向联轴器轭的结合构造的剖视图，相当于沿图5的Ⅲ-Ⅲ线的剖面。

图4是将图3的结合构造的一部分放大后的放大剖视图。

图5是结合构造的横剖视图。

图6是将图5的结合构造的一部分放大后的放大剖视图。

图7A是用于说明通过调整允许旋转间隙来调整轴与万向联轴器轭之间的相位时的调整范围的结合构造的概略剖视图，表示轴位于调整范围的一端的状态。

图7B是用于说明通过调整允许旋转间隙来对轴与万向联轴器轭之间的相位进行调整时的调整范围的结合构造的概略剖视图，表示轴位于调整范围的另一端的状态。

图8A是表示轴与万向联轴器轭的结合方法的工序图。

图8B是表示轴与万向联轴器轭的结合方法的工序图。

图8C是表示轴与万向联轴器轭的结合方法的工序图。

图9A是表示轴与万向联轴器轭的结合方法中、图8C的工序的下一道工序的工序图。

图9B是表示轴与万向联轴器轭的结合方法中、图8C的工序的下一道工序的工序图。

具体实施方式

参照附图对本发明的优选的实施方式进行说明。

图1是表示转向装置1的概略结构的示意图，该转向装置1具备应用了本发明的一个实施方式的轴与万向联轴器轭的结合构造P的中间轴5。在本实施方式中，依据转向装置1为电动动力转向装置的情况进行说明，但是也可以将本发明的轴与万向联轴器轭的结合构造P以及中间轴5应用于液压辅助式转向/手动转向的转向装置。

参照图1，转向装置1具备：与转向盘等转向操纵部件2连结的转向操纵轴3、经由万向联轴器4而与转向操纵轴3连结的中间轴5、经由万向联轴器6而与中间轴5连结的小齿轮轴7、以及作为具有与设置于小齿轮轴7的端部附近的小齿轮7a啮合的齿条8a的转向轴的齿条轴8。

通过包括有小齿轮轴7以及齿条轴8的齿轮齿条机构而构成转向机构A1。齿条轴8由固定于车身侧部件9的壳体10支承为能够在沿着车辆的左右方向的轴向（与纸面正交的方向）上移动。虽未图示，但齿条轴8的各端部经由对应的横拉杆以及对应的转向节臂而与对应的转向轮连结。

转向操纵轴3具备在同轴上连结的第一转向操纵轴11和第二转向操纵轴12。第一转向操纵轴11具有使用花键结合而以能够相伴旋转且能够沿轴向相对滑动的方式嵌合的上部轴13以及下部轴14。上部轴13和下部轴14的任一方构成内轴，另一方构成筒状的外轴。

另外，第二转向操纵轴12具有：以能够相伴旋转的方式与下部轴14连结的输入轴15、经由万向联轴器4与中间轴5连结的输出轴16、以及将输入轴15以及输出轴16连结为能够相对旋转的扭力杆17。

转向操纵轴3经由未图示的轴承而被转向柱20支承为能够旋转，该转向柱20固定于车身侧部件18、19。

转向柱20具备：以能够沿轴向相对移动的方式嵌合的筒状的上部套21和筒状的下部套22、以及与下部套22的轴向下端连结的壳体23。在壳体23内收容有将转向辅助用电动机24的动力减速，并传递至输出轴16的减速机构25。

减速机构25具有：以能够一起旋转的方式与电动机24的旋转轴（未图示）连结的驱动齿轮26、以及与驱动齿轮26啮合并与输出轴16相伴旋转的从动齿轮27。驱动齿轮26例如由蜗杆构成，从动齿轮27例如由涡轮构成。

转向柱20经由车辆后侧的上部托架28以及车辆前侧的下部托架29而固定于车身侧部件18、19。上部托架28能够经由未图示的柱托架而固定于转向柱20的上部套21。使用从车身侧部件18向下方突出的固定螺栓（双头螺栓）30、与该固定螺栓30螺纹接合的螺母31、以及以能够脱离的方式保持于上部托架28的垫圈（capsule）32，将上部托架28固定于车身侧部件18。

将下部托架29固定于转向柱20的壳体23。另外，使用从车身侧部件19突出的固定螺栓（双头螺栓）33和与该固定螺栓33螺纹接合的螺母34，将下部托架29固定于车身侧部件19。

参照图1以及图2，以能够沿轴向X1滑动并且能够传递扭矩的方式使例如构成下部轴的轴35和例如构成上部轴的套筒36进行花键嵌合来形成中间轴5。

轴35具有一端351（轴向下端），该一端351与万向联轴器6连结。套筒36具有一端361（轴向上端），该一端361与万向联轴器4连结。

万向联轴器4具备：一对万向联轴器轭37、38；以及连结一对万向联轴器轭37、38的十字轴39。将一方的万向联轴器轭37固定为能够与第二转向操纵轴12的输出轴16一体旋转。相当于第二万向联轴器轭的另一方的万向联轴器轭38具备：连结十字轴39的对应的一对耳轴的一对臂40、41；和在一对臂40、41之间以U字状连结的连结部42。连结部42例如通过焊接而与中间轴5的套筒36的一端361固定为能够一体旋转。

万向联轴器6具备：一对万向联轴器轭43、44；以及连结一对万向联轴器轭43、44的十字轴45。相当于第一万向联轴器轭的一方的万向联轴器轭43具备：连结十字轴45的对应的一对耳轴的一对臂46、47；和在一对臂46、47之间以U字状连结的连结部48。连结部48以能够一体旋转的方式固定于中间轴5的轴35的一端351。另一方的万向联轴器轭44以能够一体旋转的方式固定于小齿轮轴7的一端。

参照作为结合构造P的放大剖视图的图3、以及作为将图3的一部分放大后的放大剖视图的图4，在连结有轴35的第一万向联轴器轭43的一对臂46、47的基端之间以U字状连结的连结部48，形成有供轴35插通的插通孔49。连结部48的端面48a形成有与十字轴45侧对置的环状凹部50。插通孔49具有：在环状凹部50的底50a开口的第一开口51、和在与第一开口51相反的一侧开口的第二开口52。

轴35具备：插通于插通孔49并从第一开口51的周边缘51a突出的前端部53、和从前端部53向径向外侧延伸并与第一开口51的周边缘51a以在轴向X1上设置间隙AS（参照图4）的方式对置的防脱用外向突起54。另外，轴35具备：与前端部53邻接并配置于插通孔49内的插入部55、以及与插入部55邻接并经由焊接部56而固定于第二开口52的周边缘52a的固定部57。

轴35的前端部53收容于环状凹部50的内空间，并且不从连结部48的端面48a突出。由此前端部53不与另一方的万向联轴器轭44干涉，从而万向联轴器6的轴交叉角不受限制。

外向突起54相对于第一开口51的周边缘51为非接触，并且相对于环状凹部50的内周也为非接触，因此能够降低加载于万向联轴器轭43的应力。

另外，如图5所示，在插通孔49的内周49a以及插入部55的外周55a的一方，在本实施方式中是在插入部55的外周55a设置卡合突起58，在插通孔49的内周49a以及插入部55的外周55a的另一方，在本实施方式中是在插通孔49的内周49a设置被卡合凹部59。

如图6所示，借助与旋转方向对置的卡合突起58的一对外侧面而形成一对卡合部58a、58b，并借助被卡合凹部59的一对内壁面而设置一对被卡合部59a、59b。

轴35的一方的卡合部58a能够相对于对应的被卡合部59a，在第一旋转方向Y1上设置有调整轴35与第一万向联轴器轭43之间的相位用的允许旋转间隙S1，并且能够卡合。轴35的另一方的卡合部58b相对于对应的被卡合部59b，在第二旋转方向Y2设置有调整轴35与第一万向联轴器轭43之间的相位用的允许旋转间隙S2，并且能够卡合。

图7A表示轴35向第一旋转方向Y1旋转的允许旋转间隙S1为0，从而卡合部58a与被卡合部59a卡合的状态。图7B表示轴35向第二旋转方向Y2旋转的允许旋转间隙S2为0，从而卡合部58b与被卡合部59b卡合的状态。由两个允许旋转间隙S1、S2实现的相位的调整范围被设定成：轴35与第一万向联轴器轭43之间的相对旋转角θ为5°以上且30°以下的范围（5°≤θ≤30°）。

接下来，参照图8A、图8B、图8C和图9A、图9B，对轴与万向联轴器轭的结合方法进行说明。

首先，如图8A所示，将形成有卡合部58a、58b（在图8A中未示出，参照图6）的轴制造用中间体35P的插入部55，从形成有被卡合部59a、59b（未在图8A中示出。参照图6）的万向联轴器轭43的插通孔49的第二开口52插入，如图8B所示，使轴制造用中间体35P的前端部53从插通孔49的第一开口51的周边缘51a突出。

接着，如图8C所示，使万向联轴器轭43相对于轴制造用中间体35P而向第一旋转方向Y1或第二旋转方向Y2旋转，如图7C以及图7B所示，调整卡合部58a、58b与被卡合部59a、59b之间的允许旋转间隙S1、S2，从而调整轴制造用中间体35P相对于万向联轴器轭43的相位。

接下来，如图9A所示，对于轴制造用中间体35P的前端部53P例如实施滚压铆接等加工，从而形成从前端部53P向径向外侧突出的外向突起54。所形成的外向突起54与第一开口51的周边缘51a以在轴向X1上设置间隙AS（参照图4）的方式对置。

接下来，如图9B所示，通过焊接而将接近插通孔49的第二开口52的周边缘52a的轴制造用中间体35P的部分固定于第二开口52的周边缘52a而形成固定部57，从而获得结合构造P。

根据本实施方式的结合构造P以及中间轴5，轴35的插入部55的外周55a的卡合部58a、58b、与第一万向联轴器轭43的插通孔49的内周49a的被卡合部59a、59b，设置有调整相位用的允许旋转间隙S1、S2，并能够在旋转方向上卡合，因此在制造时，能够在基于允许旋转间隙S1、S2的相位的调整范围内连续地对轴35相对于第一万向联轴器轭43的相位进行调整。因此能够使用作为共通的零件的轴35和万向联轴器轭43实现多种规格的相位，从而能够通过批量生产的效果来降低制造成本。

另外，在产生了焊接部56断裂的故障的情况下，在扭矩传递时，在轴35与第一万向联轴器轭43之间，在旋转方向上会产生相当于允许旋转间隙S1、S2的大小的晃动，因此驾驶员能够尽早认识到故障发生。另外，轴35的前端部53的外向突起54与第一万向联轴器轭43的插通孔49的第一开口51的周边缘51a卡合，从而能够抑制轴35从第一万向联轴器轭43脱离。

另外，通过使相位的调整范围为5°以上，由此能够使驾驶员切实地认识到故障发生。通过使相位的调整范围为5°以上且30°以下，由此关于相位实现足够的数量的规格，并且在产生故障时在传递扭矩过程中能够防止晃动的过大化，从而实现良好的扭矩传递操作的转向操纵。

另外，根据本实施方式的结合方法，在使万向联轴器轭43与轴制造用中间体35P相对旋转来调整相位之后，在轴制造用中间体35P的前端部53P形成外向突起54，接着，通过焊接而将轴制造用中间体35P固定于第二开口52的周边缘52a而形成固定部57，从而获得轴与万向联轴器轭的结合构造P。由于在轴制造用中间体35P的前端部53P形成防脱用的外向突起54之前进行相位调整，因此能够顺畅地进行相位调整。另外，通过所获得的结合构造P，能够起到与上述的结合构造P的效果相同的效果。

本发明不限定于上述实施方式。例如，在上述实施方式中，如图4所示，插通孔49的第一开口51在设置于连结部48的端面48a的环状凹部50的底50a开口，但不限定于此。即，虽未图示，但也可以取消环状凹部50，而使第一开口50开口于连结部48的端面48a。

另外，在上述实施方式中，如图6所示，在轴35的插入部55的外周55a形成具有一对卡合部58a、58b的卡合突起58，在万向联轴器轭43的插入孔49的内周49a形成具有一对被卡合部59a、59b的被卡合凹部59，但不限定于此。即，虽未图示，但也可以在轴35的插入部55的外周55a形成具有一对被卡合部49a、49b的被卡合凹部49，在万向联轴器轭43的插入孔49的内周49a形成具有一对卡合部48a、48b的卡合突起48。

Claims

1.一种轴与万向联轴器轭的结合构造，包括：

能够绕中心轴线旋转的轴；和

具有供所述轴插通的插通孔的万向联轴器轭，

其中，

所述插通孔包括：第一开口、和在与所述第一开口相反的一侧开口的第二开口，

所述轴包括：前端部，该前端部插通于所述插通孔并从所述第一开口突出；防脱用的外向突起，该外向突起从所述前端部向径向外侧延伸并与所述第一开口的周边缘以在轴向上设置间隙的方式对置；插入部，该插入部与所述前端部邻接并配置在所述插通孔内；固定部，该固定部与所述插入部邻接并通过焊接而固定于所述第二开口的周边缘，

所述插通孔的内周以及所述插入部的外周的一方包括卡合部，

所述插通孔的内周以及所述插入部的外周的另一方包括被卡合部，

所述卡合部和所述被卡合部设置有用于调整所述轴与所述万向联轴器轭之间的相位的允许旋转间隙并且能够在旋转方向上卡合。

2.根据权利要求1所述的轴与万向联轴器轭的结合构造，其中，

基于所述允许旋转间隙的所述相位的调整范围被设定成：所述轴与所述万向联轴器轭的相对旋转角为5°以上且30°以下的范围。

3.一种中间轴，其中，包括：

轴，该轴利用权利要求1或2的轴与万向联轴器轭的结合构造来结合第一万向联轴器轭；和

套筒，该套筒与所述轴进行花键嵌合，并固定有第二万向联轴器轭。

4.一种轴与万向联轴器轭的结合方法，其中，包括以下工序：

将形成有卡合部或被卡合部的任一方的轴制造用中间体的插入部，从形成有所述卡合部或所述被卡合部的另一方的万向联轴器轭的插通孔的第二开口插入，并使所述轴制造用中间体的前端部从所述插通孔的第一开口突出的工序；

通过使所述万向联轴器轭与所述轴制造用中间体进行相对旋转来调整所述卡合部与所述被卡合部之间的允许旋转间隙，由此调整所述万向联轴器轭与所述轴制造用中间体之间的相位的工序；

形成外向突起的工序，该外向突起从所述轴制造用中间体的前端部向径向外侧突出，并与所述第一开口的周边缘以在轴向上设置间隙的方式对置；以及

通过焊接而将接近所述插通孔的第二开口的周边缘的所述轴制造用中间体的部分固定于所述第二开口的周边缘来形成固定部的工序。

5.根据权利要求4所述的轴与万向联轴器轭的结合方法，其中，

调整所述相位的工序中的所述相位的调整范围被设定成：所述轴与所述万向联轴器轭的相对旋转角为5°以上且30°以下的范围。