用于转向系统的联动器件.pdf

本发明涉及一种在用于车辆转向系统的转向控制装置与转向齿轮箱之间的联动器件(1)，该联动器件包括：小齿轮(20)，该小齿轮与转向齿轮箱相关联并且包括限定小齿轮(20)的轴线的轴(21)；与转向齿轮相关联的叉头(30)，该叉头包括上游壁(33)和孔(31)，该孔限定叉头(30)的垂直于上游壁(33)的轴线(3)，并且其尺寸适于允许该孔(31)通过沿一在小齿轮(20)的轴线(2)与叉头(30)的轴线(3)同轴时所限定的公共轴线(4)滑动而被插到该轴(21)上，其特征在于，该联动器件包括分度装置，该分度装置适于当叉头(30)未相对于轴在围绕公共轴线被正确地旋转定位时，防止该孔插到该轴上。

1.  一种器件(1)，该器件在用于车辆转向系统的转向控制装置与转向箱之间提供联动，该器件包括：
-小齿轮(20)，该小齿轮与转向箱相关联，并且包括：
--限定小齿轮轴线(2)的轴(21)，
-叉头(30)，该叉头与转向构件相关联，并且包括：
--上游壁(33)，
--孔(31)，该孔限定基本垂直于该上游壁(33)的叉头(30)轴线(3)，并且该孔的尺寸设计成允许该孔(31)通过沿一公共轴线(4)滑动而插到该轴(21)上，该公共轴线(4)是在小齿轮(20)轴线(2)与叉头(30)轴线(3)同轴时限定的，
其特征在于，该器件包括分度装置，该分度装置设计成，当该叉头(30)未相对于该轴(21)在围绕该公共轴线(4)旋转方面被正确地定位时，防止该孔(31)被插到该轴(21)上。

2.  如权利要求1所述的器件(1)，其特征在于，该分度装置包括纵向键(24)，该键从一定位于小齿轮的上游端并且基本垂直于该小齿轮轴线的下游壁(23)沿着该小齿轮(20)轴向地延伸，该键设计成与叉头(30)所承载的并且在该上游壁(33)上开放的轴向键槽(34)相配合。

3.  如权利要求1或2所述的器件(1)，其特征在于，该器件包括用于设定并维持该叉头(30)在该小齿轮(20)上的轴向位置的装置，该装置包括：
-切口(25)，该切口位于小齿轮(20)中并且垂直于小齿轮(20)轴线(2)延伸，
-孔洞(35)，该孔洞垂直于叉头(30)轴线(3)定位在叉头(30)上，并且设计为使得在该小齿轮(20)相对于该叉头(30)处于基准相对位置时，该孔洞(35)与该切口(25)对齐，
-螺钉(50)或销，它在基准位置穿过该孔洞(35)以及该切口(25)，以形成用于沿主轴线的平移运动的一双作用末端止挡。

4.  如权利要求3所述的器件(1)，其特征在于，该切口(25)形成一环形凹槽。

5.  如前述权利要求中任一项所述的器件(1)，其特征在于，该器件包括用于设定并维持轴向位置的装置，该用于设定并维持轴向位置的装置包括肩台(26)，该肩台在该小齿轮(20)上形成并且用于与该上游壁(33)配合以形成用于沿主轴线的平移运动的单作用末端止挡。

6.  如前述权利要求中任一项所述的器件(1)，其特征在于，该器件包括第一扭矩传递装置和第二扭矩传递装置，所述第一和第二扭矩传递装置分别定位在小齿轮(20)和叉头(30)上，并且用于彼此配合以便在围绕所述公共轴线(4)的叉头(30)与小齿轮(20)之间传递扭矩。

7.  如权利要求6所述的器件(1)，其特征在于，所述第一扭矩传递装置和第二扭矩传递装置包括这样的外形，该外形带有分别沿该小齿轮(20)轴线(2)以及沿该叉头(30)轴线(3)延伸的互补花键。

8.  如权利要求6所述的器件(1)，其特征在于，所述第一扭矩传递装置和第二扭矩传递装置分别包括由该轴(21)承载的至少一个平面以及形成在该孔(31)内的至少一个平面壁，当该叉头(30)与该孔(31)处于基准相对位置时，该平面与该平面壁被定位为彼此相对。

9.  如前述权利要求中任一项所述的器件(1)，其特征在于，所述键(24)附装在小齿轮(20)上或形成为小齿轮(20)的一个整体部分。

10.  组装如权利要求1所述的联动器件(1)的方法，其中：
-将小齿轮(20)轴线(2)与叉头(30)轴线(3)定位在一公共轴线(4)上，
-通过沿该公共轴线(4)滑动而将所述孔(31)插到所述轴(21)上，
其特征在于，在通过沿该公共轴线(4)滑动而将孔(31)插到轴(21)上之前，在围绕主轴线旋转方面将该叉头(30)定向为使该键槽(34)与该键(24)对齐定位。

用于转向系统的联动器件
技术领域
本发明涉及一种联动器件，该联动器件允许在两个零件之间传递运动，并且更具体地讲，本发明涉及一种允许在用于机动车辆转向系统的控制装置与一个转向箱之间传递运动的联动器件。
背景技术
机动车辆转向系统通常具有控制装置以及运动学联动装置，该控制装置包括可由驾驶员转动的转向盘，该运动学联动装置用于传递该转向盘的运动并且将该运动转换成车轮围绕一垂直轴线的相应转动。
由驾驶员进行的运动的传递限定了在传递该运动中所涉及的运动学联动装置系的上游方向以及下游方向。
该转向控制装置值得注意地包括一个转向盘以及一个转向轴，该转向轴容纳在转向柱中并且通过其末端中的第一端紧固到该转向盘上。当该转向盘转动时，这个转向轴沿着它绕之转动的柱轴线纵向延伸。
传递给该转向盘的旋转运动值得注意地由本身已知的转向箱来转换。转向箱通常包括与沿着横向转向轴延伸的齿条相啮合的齿条小齿轮。联杆与枢转连接的集合将该横向转向轴连接到转向节上，并致使车轮响应于这个横向转向轴的平移运动而转动。
该转向组件包括在控制装置下游并且在转向箱上游的联动器件。
这个联动器件被用来从该控制装置向该转向箱传递运动，并且该联动器件是本发明的主题。
控制装置的附接到联动器件上的下游端将在下文中称为上游构件。
转向箱的附接到联动器件上的上游端将在下文中称为下游构件。
已经提出了在控制装置与转向箱之间提供联动的多种方案。
第一种方案一直以来是将由该下游构件所承载的轴插入附接到该上游构件上的叉头的孔中，插入是通过沿该孔的轴线的平移运动实现的。
该轴和该叉头分别具有一个切口或凹槽以及一个末端开放的孔洞，二者均垂直于该插入轴线。在该轴关于该叉头的设定的相对位置—称为基准位置—中，该切口与该孔洞对齐，以便能插入一螺钉。
在插入之后，这个螺钉确保叉头相对于轴就旋转和平移而言均被正确地定位。
确实，只有当该轴与该叉头处于基准位置时，才可将这个螺钉引入到该孔洞中以及该切口中。
然而，这个螺钉所不能做的是提供分度，因为就旋转而言，该螺钉无助于这些部件的相对定位，而仅限于在插入之后确保这个定位是正确的。
其结果是，这种联动方法对于组装不够精确或者不够简单。特别地，在围绕该轴的轴线旋转定位之前，必须将该轴插入该叉头中。
因此，在插入之前的不正确旋转定位的情况下，有必要进行拆除然后重新组装。此外，一旦该叉头已被插到该轴上并且在该螺钉被引入之前，对这个旋转定位进行检查是不容易的。目前，在生产线上，事件的顺序是至关重要的，而且特别具有破坏性的是不能够确定一个步骤是否已被成功执行。
因此，在实践上，组装这样一种联动必需有另外的一名操作人员来进行这种检查，或者必须利用昂贵的检查设备以便确保这种正确的定位。
进一步地，这种联动不能够提供沿该轴的轴线的简单而可靠的平移定位。
因此，这个方案不允许在上游构件与下游构件之间进行联动的完整、简单、可靠而快速的组装。
因此，执行插入的操作人员不能保证已经实现了用于旋转和平移二者的正确的相对定位。
另一种方案是向小齿轮增加一额外的所谓导向件。这个导向件的目的是当叉头被插到该小齿轮的轴上时引导该叉头的定向。
这个方案也具有多种非常不利的缺陷。
具体地，该导向件被简单地夹到该小齿轮上，因此存在着在该小齿轮上组装该叉头之前的多个组装步骤的过程中该导向件会不被夹住的高风险。因为执行时间过程非常短，并且在叉头被组装到小齿轮上时，形成该联动的零件通常被车辆的其他零件掩蔽，所以操作人员不会注意到该导向件的缺失。因此，组装将不再被精确执行，从而导致前面提到的缺陷。
此外，该导向件是易碎的，因此存在着该导向件会破裂的高风险。
此外，这个方案必然使与该导向件自身相关联的成本以及与生产该导向件所需的工具成本增加。
最后，在组装之后，该导向件永久地保留在小齿轮上，即使之后它不再有其他用处。
最后，其他方案提出了一种U形叉头，该叉头带有横向宽度超过该小齿轮的横向宽度的轴向开口。利用在垂直于这两个部件的公共轴线的方向上的平移运动使该叉头经过该开口被引导到该小齿轮上。这个方案对扭矩传递装置的设计提出了严格的要求。因此，该扭矩传递装置具有受限的疲劳强度，该疲劳强度随着时间的推移会产生游隙和噪声。
因此，这个方案不能提供满意的安全性或驾驶舒适性。
发明内容
本发明旨在改进现有的在用于车辆转向系统的控制装置与转向箱之间形成联动的器件。
为实现该目的，本发明提供了一种器件，该器件在用于车辆转向系统的控制装置与转向箱之间提供联动，该器件包括：小齿轮，该小齿轮与该转向箱相关联并且包括限定小齿轮轴线的轴；叉头，该叉头与该转向构件相关联并且包括上游壁、限定垂直于该上游壁的叉头轴线的孔，并且该孔的尺寸设计为允许该孔通过沿一公共轴线滑动而被插到该轴上，该公共轴线是当小齿轮轴线与叉头轴线同轴时限定的，该器件包括分度装置，该分度装置设计为当该叉头在围绕该公共轴线旋转的意义上未相对于该轴被正确地定位时防止该孔被插到该轴上。
由此，当该叉头被插到该小齿轮上时，该旋转定位必须是正确的。因此，这个方案使之有可能大大简化组装并且有可能省去检查。此外，所获得的联动非常牢固耐用。
根据本发明的联动器件还可以任选地具有以下特征中的至少一个：
-该分度装置包括一纵向键，该纵向键从定位在该小齿轮的上游端并且基本垂直于小齿轮轴线的一下游壁沿该小齿轮轴向延伸，该键设计成与由该叉头承载的并且通向该上游壁的轴向键槽相配合，
-该器件包括用于设定并维持该叉头在该小齿轮上的轴向位置的装置，该装置包括：
--由小齿轮承载并垂直于小齿轮轴线延伸的切口或凹槽，
--与叉头轴线垂直地定位在叉头上的孔洞，该孔洞设计成使得在小齿轮处于相对于该叉头的基准相对位置时，该孔洞与该切口对齐，
--螺钉或销，该螺钉穿过处于该基准位置的孔洞和切口，以形成用于沿主轴线的平移运动的双作用末端止挡(双向动作限制止挡)，
-该切口形成一环形凹槽，
-用于设定并维持轴向位置的装置包括肩台，该肩台形成在小齿轮上并且用于与该上游壁配合，以形成一用于沿主轴线的平移运动的单作用末端止挡(单向动作末端止挡)，
-该器件包括第一扭矩传递装置和第二扭矩传递装置，所述第一和第二扭矩传递装置分别定位在小齿轮上和叉头上，并且用于相互配合以便在围绕该公共轴线的该叉头与该小齿轮之间传递扭矩，
-第一扭矩传递装置和第二扭矩传递装置包括这样的外形(轮廓，型廓，剖面)，该外形带有分别沿小齿轮轴线以及叉头轴线延伸的互补花键，
-第一扭矩传递装置和第二扭矩传递装置分别包括由该轴承载的至少一个平面以及形成在该孔内的至少一个平面壁，当该叉头与该孔处于基准相对位置时，该平面与该平面壁定位成彼此相对，
-该键附接到该小齿轮上或者形成为该小齿轮的一个整体部分。
本发明的另一个主题是组装如权利要求所述的联动器件的方法，其中：
将该小齿轮轴线与该叉头轴线定位在一公共轴线上，
通过沿该公共轴线滑动而将该孔插到该轴上，
其特征在于，在通过沿该公共轴线滑动而将该孔插到该轴上之前，将该叉头在围绕主轴线旋转方面定向为使键槽与键对齐。
附图说明
通过阅读下面的详细描述并且通过研究通过非限制性实例给出的附图就会明了本发明的进一步的特征、目的和优点，在附图中：
图1是根据本发明的一种器件的小齿轮以及叉头的透视图；
图2a和图2b分别是图1的小齿轮的纵向视图和径向视图；
图2c和图2d分别是图1的叉头的纵向剖视图和径向剖视图；
图3a至图3e是将图1的小齿轮与叉头完全组装的步骤中每一个步骤的纵向视图或径向视图。
具体实施方式
应记住，运动学的联动系允许转向盘的旋转运动被传递到并且被转换成车辆车轮的转动运动。
运动沿该运动学联动系的传递限定了一下游方向和一上游方向。
属于该联动系的联动器件允许在车辆转向系统的控制装置的下游端与一转向箱的上游端之间进行运动传递。
这种器件包括已参考图1至图2d示出的小齿轮以及叉头。
小齿轮20连接到转向箱的上游端，该端部在下文中被称为下游构件。
小齿轮20包括限定小齿轮轴线2的轴21。该轴21的上游端具有一个面，该面垂直于该轴线并且在下文被称作下游壁23。
小齿轮20还包括键24，该键从下游壁23沿该轴21的外周轴向延伸。
键24具有被称作键24的长度的主尺寸以及被称作键24的高度的次要尺寸，该主尺寸从下游壁23的下游轴向延展，该次要尺寸从轴21的周边径向延伸。在径向剖平面中的键24的切向尺寸被称作键24的宽度。
键24可以被附接到轴21上，或者可以有利形成为该轴21的一个整体部分。
小齿轮20还具有一切口25，该切口垂直于小齿轮20的轴线延伸。这个切口25以穿过键24的方式径向定位。
在第一实施方案中，该键24的高度选择为使切口25在键24的整个高度上穿过该键24。切口25还可以在径向上部分延伸进入轴21。这种切口25可以例如通过铣削操作而获得。
在另一实施方案中，键24与切口25的相对尺寸可以设计为使切口25被径向地容纳在键24中。因此，切口25形成一个孔洞35，该孔洞在键24的两侧开放。
在另一实施方案中，切口25在轴21的整个圆周上延伸以形成一个环形凹槽。这种切口25可通过车削操作产生，该操作允许特别简单地获得这种切口。
有利地，小齿轮20还具有形成肩台26的直径变动。因此，小齿轮20的下游部分的直径大于轴21的上游部分的直径。
叉头附接到转向控制装置的下游端，该端部在下文中被称作上游构件。
该叉头30具有限定一叉头轴线3的孔31。叉头31的下游端具有一个面，该面垂直于叉头轴线并且在下文中被称作上游壁33。
有利地，该孔的下游端具有一倒角区域37。
叉头30还包括具有主尺寸以及次要尺寸的键槽34，该主尺寸被称作键槽34的长度并且从上游壁33向上游轴向地延伸，该次要尺寸被称作键槽34的高度并且自该孔31的周边径向地延伸。
键槽34在径向剖平面中的切向尺寸被称为键槽34的宽度。
叉头30还具有端部开放的孔洞35，该孔洞垂直于小齿轮20的轴线延伸。这个孔洞35被定位为穿过键槽34。
参见图3a至图3e，这些图示出了在小齿轮20上组装叉头30以形成联动的不同步骤。在下文中所说明的示例性实施方案中，假设在组装该联动时，转向箱的上游端相对于车身外壳是固定的，并且该控制装置的下游端能够移动。显然也可设想相反的情况，并且本发明的教导同样适用于该情况。
如图3a所示，叉头30与小齿轮20相对于彼此定位，其方式为它们各自的轴线2、3沿相同的轴线4延伸。该轴线在下文中称为公共轴线4。
此外，叉头30和小齿轮20定位成使上游壁33与下游壁23彼此相对。
叉头30与小齿轮20的这种相对位置称为供货位置(供给位置)。
图3b示出了叉头30从该供货位置相对于小齿轮20的旋转定位。
在这个步骤中，就旋转而言将叉头30定位为使键槽34的下游端被定位为朝向键24的上游端。
图3c示出了将叉头30插到轴21上。通过孔31的下游端的倒角区域外形37使这种插入变得更容易。
键24与键槽34的各自的宽度是使它们允许键24被插入到键槽34中。此外，轴21与孔31的对应直径是使它们允许孔31被插到轴21上。
只有当已正确地完成该旋转定位时才有可能进行这种插入。确切地讲，如果该旋转定位不正确，则键24不与键槽34对齐，并因此而在上游壁33与下游壁23基本上处于相同的平面中时抵靠在上游壁33上。这样就不可能将该叉头30插到小齿轮20上。
键24以及键槽34的这种特殊安排提供了围绕公共轴线4的旋转分度。在本申请中，术语“分度”表示叉头围绕公共轴线4相对于轴的旋转定位。
通过使叉头30围绕公共轴线4转动并且将叉头30的轻微的轴向压力施加在小齿轮20上，操作人员或自动化系统将能够使键槽34与键24对齐地定位，从而在这种轻微的轴向压力的作用下使键24插到键槽34中。
即使操作人员并不具有对小齿轮20以及对叉头30的良好视角，器件1也允许这种定位。
此外，这种组合还确保这种旋转定位得到维持。这是因为插到键槽34中的键24形成用于围绕公共轴线4旋转的双作用末端止挡。
因此，一旦已开始插入，则这种器件1确保该转定位是正确的。这个特殊的特征提供了组装的安全性和简单性，在能见度降低以及生产力受到严格制约的环境中，特别地会意识到这种特征。确切地讲，这种联动器件大大减少了组装时间和组装误差。
此外，这种器件1使之有可能省去用于检查该旋转定位的任何系统。因此，该旋转定位完全由联动器件1进行。
轴21与孔31的对应的长度和直径以及它们相对的配合级别消除了围绕垂直于该公共轴线4的一轴线旋转的两个自由度以及在垂直于该共同轴线4的方向上进行平移运动的两个自由度。
键24与键槽34的对应的宽度以及它们相对的配合级别消除了剩余的平移自由度。
有利地，小齿轮20具有肩台26。如图3d所示，当孔31被插到轴21上时，该肩台26抵靠上游壁33。因此，该肩台26使叉头30相对于小齿轮20的平移运动停止。
肩台26相对于切口25的布置被设计为使得当这个肩台26进入邻接时，切口25与由叉头30承载的孔洞35对齐。
因此，叉头30与小齿轮20在所有自由度上都被以预期的相对位置布置，该位置称为基准位置。
孔洞35与切口25的相对尺寸设计成使它们能够接纳与孔洞35同轴的横向元件，例如，一螺钉50或者一销。
这个孔洞35可以是末端开放的或者是盲孔。当插入的是螺钉50时，如果孔洞35是末端开放的孔洞，则可设置螺钉螺母组件。如果孔洞35是盲孔或者是末端开放的，则可在孔洞35中设置带有螺纹或者内螺纹的部分36，以接纳螺钉50，如图3e所示。于是，将螺钉50紧固即可将这种联动保持就位。
在末端开放的孔洞的情况下，为了防止螺钉50被在错误的方向上安装，即防止该螺钉经由内螺纹部分36而不是经过该隔离孔洞被引入到叉头31中，优选提供起到塞子作用的附加部件。该附加部件堵塞内螺纹部分36的向外指向的端部，并因此防止螺钉50经由该端部被引入。
使用塞子的一种替代方案是在内螺纹部分36的向外指向的端部局部地镦粗/加厚其材料。这种镦粗还防止螺钉50经由该端部被引入。
盲孔的优点在于，必须将螺钉50从所希望的方向安装并且不需要任何附加的制造步骤或部件。
这些方案使之有可能在组装该联动件时降低误差的风险。
该横向元件形成用于沿公共轴线的平移的双作用轴向末端止挡。确切地讲，当轴21在一个方向上或者在另一个方向上被推动沿该公共轴线相对于孔31平移时，键24抵靠在这个元件上。
这个横向元件消除了剩余的平移自由度。
优选地，孔洞35位于使之与孔31的下游端的倒角区域37相干涉的位置。
因此，一旦轴21开始被引入叉头30中，在已将该轴插入至基准位置之前就不可能将横向元件50插入。所发生的是，一旦轴21的上游端23到达倒角区域37，它就与孔洞35干涉，从而阻止安装横向元件50。
此外，在轴21已被引入孔31之前，如果横向元件50被安装到孔洞35中，则该孔的上游端23在倒角区域37处抵靠在这个横向元件50上。在这样放置之后，横向元件50起到末端止挡作用，从而防止轴21被插入超过该倒角区域37。此时，在这个区域中，轴21既不能够被保持又不被夹持。
因此，孔洞35的这种与倒角区域37相干涉的特殊定位消除了当该轴仍未被正确地引入到孔31中以达基准位置时横向元件50被安装的风险。
这就明显地降低了错误地组装这种联动的风险。
最后，围绕该公共轴线4的扭矩传递是由轴21和孔31分别具有的互补外形来提供的。
在第一实施方案中，这些互补外形是键槽外形。这类外形能够传递高扭矩并且降低这两个外形随着时间出故障的风险。
在第二实施方案中，这些互补外形包括至少一个平面，该平面由轴21带有、朝向由叉头30带有的平面壁被定位并且被安置在孔31中。有利地是，这些互补外形具有分别在该公共轴线的两侧定位并跨越相同直径的两个平面以及两个平面壁。
因此，根据这个实例的器件使之有可能获得完整的组件，即确保在全部六个自由度中都正确定位并且保持基准位置的组件。
这种完整的组件不要求任何检查或者测试，并且省去了由于不正确定位而导致的任何拆卸操作。这样就消除了用于这类检查的时间以及由于这种检查而造成的费用。
有利地是，这种器件明显地改善了安全性，因为控制装置以及转向箱的相对定位只是能是正确的。
此外，这种器件在组装该联动的简单性方面具有多种优点，从而使之有可能明显地减少组装时间以及组装错误，并因此而降低生产成本。
此外，叉头与小齿轮可简单地获得，从而降低了生产这些零件的成本。
有利地是，所获得的联动是牢固耐用的并且带有改善的韧性。
最后，这种器件不要求用于将叉头定位在小齿轮上的任何特殊部件。
因此，本发明不限于以上说明的实施方案，而是延伸到覆盖符合其精神的任何实施方案。