长度可变的轴装置 【发明背景】
本发明一般涉及长度可变的轴装置，更具体地涉及一种适合用作汽车转向装置中的转向轴的轴装置。
在某些用途中，在装配车辆期间，一端连接转向柱而另一端连接转向器的轴装置必须沿轴向延伸以便安装到它的规定工作位置上。此外，轴装置的四周常常围有其它发动机舱部件如排气歧管、催化转换器或制动助力器，从而在装配期间常常隐藏而难以接近。因此，为了易于安装，重要的是由较小的力来滑动调整。对该轴装置的附加要求是适应由于道路条件而产生的任何车身/底盘挠曲的能力。
通常，为了减小使轴装置沿轴向滑动所需的力，必须增加凸凹部件之间的间隙。因此，将增加轴装置的转动齿隙或游隙。为使转向尽可能灵敏迫使所需的转动齿隙被减小。上面例举的诸多缺陷存在于现有长度可变的轴装置中是公知的。这样，提供一种克服上述一或多个缺陷的替代方案显然是有利的。因此，本发明提供一种合适的替代方案，其特点在下面更充分地予以公开。
发明概要
一方面，本发明提供了一种满足要求的转向轴联轴节，它包括：一个管状外轴部分，一个可以滑动地插入管状外轴部件内部的同轴地内轴部件，许多个在内轴部件和管状外轴部件之间的楔形部件，通过至少一个楔形部件而在内轴部件和管状外轴部件之间传递的转矩，以及一个锁定机构，后者用于一旦转矩通过一个楔形部件从一个轴部件传递到另一个轴部件时，将一个楔形部件保持在内轴部件和管状外轴部件之间的一个固定位置处。
从下面对本发明参照附图的详细说明中可以清楚地理解上述和其它方面。
附图的简要说明
图1是应用了本发明的联轴节的汽车转向系统的示意图；
图2是实施本发明的联轴节的透视图；
图3是图2所示联轴节的横截面图；
图4是图3所示联轴节的一部分的放大横截面图；
图5是表示本发明的联轴节的另一实施例的类似于图3的横截面图；
图6是锁紧楔的示意图。
详细说明
图1表示应用于汽车转向系统的本发明的转向轴联轴节1。该转向轴联轴节1安置在从转向柱6伸出的转向主轴7和连接在转向器8上的转向齿轮轴9之间。通常，转向轴联轴节1通过一对万向节10、11连接到转向主轴7和转向齿轮轴9上。
图2表示本发明的联轴节1的透视图。图中已经拆去了联轴节1的一些部分，以显示联轴节1的细节。联轴节1由三个主要部件组成，一个管状外轴部件20，一个内轴部件24，以及许多个安装在外轴部件20和内轴部件24之间的楔形部件22。一个下轴30连接在内轴部件24上。外轴部件20可以沿轴向伸出，使得万向节11直接与外轴部件20相连。一个上轴部件(未图示)可以用于将外轴部件20连接到万向节11上。下轴30最好可以在内轴部件24内滑动。
每个楔形部件22包括一对由楔紧弹簧42连接的楔紧件40。楔紧件40的形状近似三角形。与管状外轴部件20和内轴部件24接触的楔紧件40的侧边是不平行的。管状外轴部件20和内轴部件24与楔紧件40接触的部分也是不平行的，并形成一个空间，这个空间的形状近似三角形。
使这个联轴节1能够工作的特征是楔紧角度、楔紧弹簧负载与楔紧件40和轴部件20、24之间的摩擦系数。合适地选择楔紧件形状(即角度)以及楔紧件40和管状外轴部件20、内轴部件24之间导致一种“锁定楔紧”的摩擦系数，一种趋向于锁定在两个轴部件20、24之间位置中的楔紧件。由于锁定楔紧，当转矩增大时，楔紧件40将趋向于保持固定在两个轴20、24之间，而不会像西瓜子一样地被挤出来。
图6示出合适的楔紧角度的确定。当趋向于从两个轴部件20、24之间推出楔紧件40的力(qt)为零或小于零时，就能获得所要的锁定作用。推出力qt可以从下列方程式确定：
qt＝FT(tanσ＋tanα-2μ)式中：
μ为摩擦系数；
σ为图6中楔紧件和第一轴部件之间的角度，该第一轴部件为将转矩作用于楔紧件的部件；
α为楔紧件和第二轴部件之间的角度；
Ft为外加于楔紧件的转矩；
T为作用于联轴节的转矩；
R为联轴节的轴半径；
FTS为使一个轴部件相对于另一个轴部件滑动的力(FTS垂直于纸面)；
qs为将楔紧件偏压入联轴节中的弹簧力；
qt为楔紧件推出力；
因为作用于楔紧件上的转矩Ft是正值，所以(tanσ＋tanα－2μ)之和一定是零或小于零。因此，锁定楔紧件的作用与此作用转矩无关。
为了保证安装方便，期望对联轴节1作用较小的力来滑动调整。两个轴部件之间的滑动力(FTS)可由下式决定：FTS=4μqs(1tanσcosα+sinα)+(1sinσ+cosσtanα)]]>
对于图中所示的实施例，弹簧力qs是由相连接的楔紧弹簧42产生的张力。弹簧力也可以是将楔紧件40推入轴部件20、24之间的空间中的压力。
在联轴节1的优选实施例中，管状外轴部件20和内轴部件24都具有类似于双V字的形状。四个楔紧件40通过一个楔紧弹簧或偏压部件42成对地连接。图5示出表示轴部件20a、24a和楔形部件22a的不同形状的联轴节1的另一种实施例。
联轴节1的优选实施例设计成使用锁定楔紧件通过楔紧件40中的两个传递转矩，这些楔紧件彼此成对角线相对设置，而另两个成对角线相对设置的楔紧件40通过楔紧弹簧42被拉入联轴节1的任何间隙中，从而补偿任何制造公差和楔紧件表面上的任何磨损。合适地选择楔紧角度和弹簧力qs可以形成无任何转动间隙的联轴节1。产生这种情况是因为未负载的楔紧件40通过楔紧弹簧42被拉入联轴节1中的任意间隙，使得当转矩的方向变化时，现已负载的楔紧件(早先未负载的)已经在联轴节1中拉紧。