CN101091066A - 配有固定系统的轴－轴套－连接装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种装置，它包含：一个轴(11)，其配有一个限定长度的外轴齿部(23)，该齿部构造在一个轴端上；一个轴套(41)，其配有一个内轴齿部(43)，该齿部基本上在轴套(41)的长度上延伸，其中，外轴齿部(23)和内轴齿部(43)为了轴(11)和轴套(41)之间的转矩传递而彼此啮合；第一的轴向固定机构(59)，它们在轴(11)和轴套(41)之间起作用，它们可阻止轴套进一步向轴(11)上推移，它们是通过在轴套(41)上的一个止挡面和在轴上的一个对应面或者在轴套的轴身一侧的端部(44)上的与之相连的部分形成；以及第二的轴向固定机构，这些固定机构在轴和轴套之间起作用，它们可阻止轴套从轴上拉下，它们包含一个处在轴端(27)上和轴套的轴端一侧的端部(47)上的固定环(51)，该固定环啮入到在轴上和在轴套上的径向凹口(48、54)中，这些凹口形成用于该固定环在轴上和轴套上形成接触面。此外，本发明还涉及为这种连接所用的轴的制造方法。

Description

配有固定系统的轴-轴套-连接装置
本发明涉及一种装置，它包含：一个轴，该轴配有一个限定长度的外轴齿部，该齿部构造在一个轴端上；还包含一个轴套，它配有一个内轴齿部，该齿部基本上在轴套的长度上延伸，外轴齿部和内轴齿部为了实现轴和轴套之间的转矩传递而彼此相啮合；还包含：第一轴向固定机构，这些机构在轴和轴套之间起作用，它们能阻止轴套朝轴的进一步推移，它们通过一个在轴套上的止挡面和一个在轴上的对应面或者一个在轴套的轴侧一端上与该轴相连的部分上的对应面形成；还包括第二轴向固定机构，这些机构在轴和轴套之间起作用，它们能阻止轴套从轴上拉下，它们包含一个处于轴端上和轴套的轴侧一端上的固定环，该固定环啮入到轴上和轴套上的径向凹口中，这些凹口为该固定环在轴和轴套上形成接触面。此外，本发明还涉及用于这种连接装置的一种轴的制造方法。
已知的配有一个同步万向节的滚珠道的处于一个轴和一个轴套之间的固定系统，是如此设计的：在轴和轴套之间配置了一个可在一个槽中被导引的固定环，该固定环可阻止轴套从轴上轴向脱开。依此，迄今对布置在轴套上的槽有两种不同的结构设计。第一种设计是为一种可拆卸的轴-轴套-连接而规定的；第二种设计则是为一种不可拆卸的轴-轴套-连接而设定的。于此，只有一种结构设计用于配有一种外轴齿部的一种轴，其具有环形槽结构，环形槽具有两个处于0°条件下陡的侧壁。
轴-轴套-连接装置的可拆开的结构设计规定：在同步万向节运转过程中，固定环可确保防止轴套对轴的轴向脱开，而为维修或保养的目的，则应选择结构：原则上，轴套是可以从轴上卸下的。这种可卸下的方案规定：轴套上的安全槽具有朝向轴端的有一个大于等于(＞＝)15°角的侧壁。轴套上的安全槽对固定环产生压力，从而使固定环受到压缩，致使轴套可以卸下。
轴-轴套-连接装置的不可卸下的结构设计规定：在同步万向节运行的过程中，固定环可防止轴套从轴上依轴向脱开，选择设计结构，使得轴套原则上不可从轴上脱开。这种不能脱开的方案规定：轴套上的安全槽具有一个朝向轴端的有一个小于等于(＜＝)6°角的侧壁。轴套的安全槽在该方案中对固定环不产生压力，从而使固定环不受到压缩，轴套不可脱开。
因此，根据现有技术，必须生产两种不同的轴套设计结构，以便提供一种可卸下的变型方案和一种不可卸下的变型方案。这样，生产成本会大大增高，因为必须制造和储存两种变型方案。其缺点主要在于：如果不事先按照其特征“可卸下的”或“不可卸下的”适当加以标记的话，在生产上及装配上，轴套的两种变型方案是很难区分开的。可卸下的变型方案和不可卸下的变型方案的区别由于安全槽的侧壁角度相差甚小，所以从目视上几乎不能辨别出来。此外，附加地设置在装配之后仍能看得清楚的“识别槽标记”或其它标记，也会造成附加的费用。
在DE 42 29 726 A1中公开了一种配有轴向固定机构的装置。依此，第一的轴向固定机构是由外轴齿部的轴终端、轴套的端面或内轴齿部和一个由前者所变形的塑性垫圈所构成。第二的轴向固定机构由一个简单的矩形环构成，该矩形环紧贴在轴套的轴端侧的端部上，并嵌置在伸出的轴端上的轴的一个简单的矩形槽中。这些第二的轴向固定机构只在下述情况下才使用：为了装配和拆卸，对这些机构的空间布置可自由触及。这一点例如当一个轴必须配装一个已安装好的、一端已封闭的旋转接头的一种球形套的时候，则情况就有所不同了。于此，需要一个预安装在轴上的环形槽中的自卡合的固定环。
JP 5-22089 B2中公开了一种装置，它包含一个轴和一个轴套体，其中的轴套体是一个差动变速器的锥齿轮。依此，在轴套体和轴之间完全缺少了第一轴向固定机构，因为轴套体依轴向支撑在一个外壳上，在该外壳中支承着轴。在这里，外轴齿部一直延伸至轴端。在离该轴端的一定距离处，一个具有一个削斜的侧壁的环形槽切入在齿部的范围中。依此，该轴连同已嵌置在环形槽中的固定环可以插入到轴套体中。这时，具有圆的横断面的固定环有弹性的挤入到环形槽中，在轴套被推上去之后，该固定环便有弹性弹起而贴靠在轴套的一个斜的侧壁上，从而在轴套被推上去之后不须要有接触环形槽的可触及性。由于环形槽是切入在硬化过的外轴齿部的范围内，所以在将轴套以其内轴齿部推上去时，尤其在加压情况下，便会导致下述结果：在齿边缘上拉出切屑来，这些切屑会造成不可预见的装配力。
在GB 1 511 290中公开了一种处于一个有内齿的套筒和一个环形盘元件之间的连接装置，环形圆盘元件用于弹性环形元件的轴向张紧，这些环形元件以外齿部啮入到套筒的内齿部中。盘体也以一个外齿部啮入到套筒的内齿部中，并用一个固定环加以轴向固定，该固定环被保持在套筒上凹口中和盘元件上。该盘元件具有一个栓柱部，该栓柱部的外径小于套筒的内齿部的顶圆直径和小于盘元件的短的外齿部的根圆直径。在套筒和盘元件之间不发生转矩传递。
在GB 855 282中公开了由一个轴套和一个轴组成的装置，其中，一个具有圆的横断面的固定环啮入到轴套上和轴上的凹口中，这些凹口被构造在轴套的轴身侧的端部近旁。在轴上，一个环形槽切入完全贯通的外轴齿部中，而在轴套上，一个环形槽切入到内轴齿部中，该内轴齿部当然从环形槽至轴套的轴身侧的端部在齿高上明显地减小了。这里所介绍的机构是在两个轴向方向上的轴向固定装置。
在DE 78 09 284 U1中公开了由一个轴套和一个轴组成的一种装置，该轴配有一个外轴齿部，该轴套配有一个内轴齿部，其中在轴端上配置了一个过渡锥体，其从外轴齿部的顶圆直径过渡到一个较小直径的轴颈直径，其中，轴颈是螺旋轴颈。在轴套上，在离轴套的轴身侧一端的一定距离处，内轴齿部终止并切入一个内环形槽，其中，从环形槽至轴端侧的轴套端部，内径大致相当于内轴齿部的根圆直径。在螺旋轴颈上拧上了一个螺母，该螺母贴靠在轴套上。一个具有圆横断面的固定环处在轴上的过渡锥体和螺母上的一个对应锥体之间，并嵌置在轴套上的环形槽中。
在DE 40 40 337 A1中公开了一种位于一个轴套和一个轴之间的轴向固定装置，在其上没有传递转矩的机构，就是说尤其没有配置轴齿部。一个固定环处在轴套上的凹口中和靠近轴端的一个环形槽中，其中在轴上的环形槽和轴端之间的轴的直径减小。
本发明的任务在于提供文首述及的那种装置，在该装置上，设计轴套上和轴上的凹口，使得设在轴上的一个凹口规定用于容纳一个轴向的固定机构，该机构可确保轴和轴套的一种不可脱开的连接，而且容易识别出来，其中，轴的强度没有不必要的减弱，而且轴的制造简单、成本上有利。
为此解决措施在于：轴上的径向凹口形成用于固定环的第一止挡面，其中，径向凹口是环形槽，其具有一个环形槽直径d1，环形槽有在向轴端的方向上衔接的环形槽阶梯，其环形槽阶梯直径为d2，其中，d2大于d1，轴套在其轴身侧的端部上具有一个扩展的环形槽口，该环形槽口形成用于固定环的第二止挡面，固定环是圆锁止环。
轴上和轴套上的凹口均布置在轴端的近旁，使得在整个齿部范围内和整个轴身范围内能获得一种不减弱的轴断面。
通过本发明提出的环形槽和环形槽阶梯的设计，便可确保达到下述目的：轴套可以不无损坏地从轴上拆卸下来，这是因为在轴套和轴之间施加轴向拉力时，也就是将轴套从轴上拉下时，锁止环借助轴套上的接触面不会被挤回到环形槽中，而是被挤压到环形槽阶梯和其轴端侧的侧壁之间的棱上。在轴套和轴之间施加轴向负荷时，也就是将轴套拉下时，固定环可能被挤坏，从而在强制拉下轴套时会导致完全的楔住，进而也有可能导致轴套的内轴齿部的损坏。
在本发明的有利设计中做了如下规定：环形槽阶梯直径d2小于轴的外轴齿部的齿根直径。
按本发明的另一项有利设计做了如下规定：环形槽的间隙宽度大于等于(＞＝)固定环的环横断面的直径，环形槽阶梯的间隙宽度则小于等于(＜＝)固定环的环横断面的直径。
在本发明的另一项有利的设计中做了如下设定：环形槽的间隙宽度大于环形槽阶梯的间隙宽度。
在本发明的另一项有利设计中做了如下设定：环形槽的间隙宽度近似地为环形槽阶梯的间隙宽度的两倍。
在本发明同样有利的设计中做了如下设定：环形槽具有一个相对于轴的轴线朝向轴身的垂直的侧壁和一个朝向轴端的垂直的侧壁；环形槽阶梯具有一个朝向轴端的垂直的侧壁。
在本发明的一项特别有利的设计中做了如下设定：固定环的环横断面的直径大于环形槽阶梯的槽底和凹口的圆周面之间的距离。
此外还规定：第一的轴向固定机构包含外轴齿部的一个齿部端头和在轴套的内轴齿部的轴身一侧的端部上的一个相应的齿边缘中断(Zahnkantenbrechung)。这是一种结构上的有利解决措施。当然，也可采用现有技术的一些设计结构。
对于轴套和轴的一种可卸下的连接装置，轴套具有一个斜的接触面，而且只配置一个环形槽，该环形槽具有两个垂直于轴的轴线的侧壁，从而在轴套和轴之间在将轴套从轴上拉下方向施加轴向拉力时，锁止环借助在轴套上的接触面而被挤回到环形槽中，并可进而将轴套拉下来。
下面将参照四个附图对本发明的优选的实施例做说明。
图1示出本发明提出的一种由轴、固定环和轴套组成的装置，其不可拆卸；
图2图1所示本发明提出的由轴、固定环和轴套组成的装置的一个放大图，其不可拆卸；
图3本发明提出的一种由轴、固定环和轴套组成的装置，其可拆卸；
图4图1所示本发明提出的由轴、固定环和轴套组成的装置的一个放大图，其可拆卸。
图1中示出一个轴11，一个轴套41和一个固定环51，由此可看出以下的细节。在轴11上，断开地绘示出的轴身21从右边到左边，可以看到一个外轴齿部23、一个环形槽24和一个环形槽阶梯55。轴11和其外轴齿部23在端面27上以一个倒棱26终止，该端面从概念上说也可称之为轴端。外轴齿部23终止于一个齿部端头59，轴槽在此齿部端头上开始。环形槽24在轴身一侧具有一个陡的径向侧壁30、一个在横断面上倒圆的、与固定环相适配的槽底以及一个陡的径向侧壁31，该侧壁的高度小于径向侧壁30的高度。
轴套41具有一个在图中未示出的滚珠道，该滚球道对于连接没有什么意义；还具有一个内轴齿部43，该内轴齿部依旋转方法形状配合连接地啮合到外轴齿部23中。此外，在轴套上有一个在轴身一侧的端面44和一个在轴端一侧的端面47，这两个端面从概念上说分别相当于(gleichsetzen)端部。从轴身一侧的端面44出发，在轴套41上构造了一个内锥体45，该内锥体的张开角可以相当于外轴齿部23的齿部端头59的倾角。此外还配置了一个内锥体，该内锥体在内轴齿部43上形成一个具有大的倾斜角的倒棱46，该倒棱与齿部端头28协同作用，并形成第一止挡机构以制止轴套在达到结构上所确定的终点位置时进一步推移到轴上。另一种做法是，例如其也可在内锥体45的范围内与倾斜端头59进行协同作用地实现，借以形成一个第一止挡机构。在轴套41的在轴端一侧的端面47上，该轴套具有一个凹口48，该凹口一方面形成一个圆柱形的圆周面49，另一方面形成一个用于固定环的锥形的接触面50。凹口的直径可以小于内轴齿部43的齿根直径，从而使得面49和面50可被内齿部43的轴槽中断。
图1中示出，轴套41已依轴向完全地以其内轴齿部43推移到轴11的外轴齿部23上。在这里，嵌在环形槽24中的固定环51在固有张力条件下依径向朝外挤压。在套上轴套时，固定环51利用内锥体45和与该内锥体相连接的内轴齿部43而被压入到槽底。内锥体面45用作为起始面，侧壁30的径向面用作为对应面或导引面。轴套41被推移一直到内轴齿部43的倒棱46止挡在齿部端头28上。固定环51被从槽底弹出，并在外面靠置圆柱内表面49上。
通过本发明提出的环形槽24和环形槽阶梯55的设计结构，便可确保：轴套41是不能无破损地从轴11上拆卸的，这是因为在轴套41和轴11之间在将轴套41从轴11上拉下方向上施加轴向拉力时，止推环51通过在轴套41上的接触面50不会挤回到环形槽24中，而是被挤到居于环形槽阶梯55和轴端一侧的侧壁31之间的边缘60上。在轴套41和轴11之间在将轴套41拉下方向上施加轴向负荷时，固定环51便会被挤坏，从而导致完全地楔住，甚至有可能在强制拉下时导致轴套41的内轴齿部43损坏。
图2表示本发明提出的由轴、固定环和轴套组成的如图1所示的装置的一个放大图，其不可拆卸。
图3中示出一个轴11，一个轴套41，及一个固定环51，在其上可以看出以下细节。在轴11上，中断绘示的轴身21从右边至左边可看到一个外轴齿部23和一个环形槽24。轴11和轴齿部23以一个倒棱26止于端面27上，该端面从概念上说也可称之为轴端。外轴齿部23止于一个齿部末端59，轴槽在该末端上发出。环形槽24在轴身一侧有一个陡的径向侧壁30、一个在横断面上倒圆的与固定环相适配的槽底以及一个陡的径向侧壁31，该侧壁的高度对应于径向侧壁30的高度。
轴套41具有一个在图中未示的滚珠道，该滚珠道对于连接没有什么意义；还具有一个内轴齿部43，该内轴齿部依旋转方向形状配合连接地啮入到外轴齿部23中。此外，在轴套上还示出一个在轴身一侧的端面44和一个在轴端一侧的端面47、这两个端面从概念上说都是端部。从轴身一侧的端面44开始，在轴套41上设计形成了一个内锥体45，该内锥体的张开角可以相当于外轴齿部23的齿部端头59的倾角。此外，还配置了一个内锥体，该内锥体在内轴齿部43上形成一个具有大的倾斜角的倒棱46，该倒棱与齿部端头28配合起作用，并形成第一止挡机构，借以在达到结构上确定的终点位置时防止轴套进一步推移到轴上。另一做法是，其也可以在内锥体45的范围内例如配合作用倾斜端头59地实现，借以形成一个第一止挡机构。在轴套41的轴端一侧的端面47上，轴套具有一个凹口48，该凹口一方面形成一个圆柱形圆周面49，另一方面形成一个用于固定环的锥形接触面50。该凹口的直径可以小于内轴齿部43的齿根直径，从而使面49和50可以被内轴齿部43的轴槽所中断。
在图3中，轴套41依轴向完全地以它的内轴齿部43推移到轴11的外轴齿部23上。于此，嵌在环形槽24中的固定环51在固有张力的下依径向朝外挤压。在套上轴套时，固定环51利用内锥体45和与之相连的内轴齿部43而被压入到槽底中。内锥面45用作为起始面，侧壁30的径向面则用作为对应面或导引面。轴套41一直推移到内轴齿部43的倒棱46的止挡在外轴齿部23的齿部端头28上。固定环51从槽底弹出，并在外面贴靠圆柱形内表面49上。
通过本发明提出的环形槽24的设计结构，便可确保：轴套41可以无损坏地从轴11上拆卸下来，这是因为在轴套41和轴11之间在将轴套41从轴11上拉下方向上施加轴向拉力时，锁止环51借助轴套41上的接触面50而被挤回到环形槽24中，其中，侧壁31起着对应面或导引面的作用。
图4表示图1所示本发明提出的由轴、固定环和轴套组成的装置的一个放大图，其不可拆卸。

Claims (14)

1.一种装置，它包含：轴(11)、轴套(41)、第一轴向固定机构、第二轴向固定机构，该轴配有限定长度的在轴端构成的外轴齿部(23)，该轴套配有内轴齿部(43)，该内轴齿部基本上在轴套(41)的长度上延伸，其中外轴齿部(23)和内轴齿部(43)为实现轴(11)和轴套(41)之间的转矩传递而彼此啮合，第一轴向固定机构在轴(11)和轴套(41)之间起作用并阻止轴套(41)进一步推移到轴(11)上，它们通过轴套(41)上的止挡面和轴(11)上的对应面或者在轴套(41)的轴身一侧的端部(44)上的与之相连的部分上的对应面形成；在轴(11)和轴套(41)之间起作用的第二的轴向固定机构，阻止轴套(41)从轴(11)上拉下，它们包含处在轴端(27)上和处在轴套(41)的轴端一侧的端部(47)上的固定环(51)，该固定环啮合到轴(11)和轴套(41)中的径向凹口(48，54)中，这些凹口为之在轴(11)上和轴套(41)上形成接触面，
其特征在于：
轴(11)的径向凹口(54)为固定环(51)形成第一止挡面，其中径向凹口(54)是环形槽(24)，具有环形槽直径d1，和朝轴端(27)的方向相连的环形槽阶梯(55)，该环形槽阶梯直径为d2，其中，d2大于d1；
轴套(41)在轴端一侧的端部(47)上具有扩展的环槽(48)，该环槽为固定环(51)形成第二止挡面；
该固定环(51)是圆形锁止环。
2.按权利要求1所述的装置，
其特征在于：
所述环形槽阶梯直径d2小于轴(11)的外轴齿部(23)的齿根直径。
3.按权利要求1或2之一所述的装置，
其特征在于：
所述环形槽(24)的间隙宽度大于等于(＞＝)固定环(24)的环形横断面的直径；环形槽阶梯(55)的间隙宽度小于等于(＜＝)固定环(24)的环形横断面的直径。
4.按权利要求1至3中任一项所述的装置，
其特征在于：
所述环形槽(24)的间隙宽度大于环形槽阶梯(55)的间隙宽度。
5.按权利要求1至4中任一项所述的装置，
其特征在于：
所述环形槽(24)的间隙宽度近似地两倍于环形槽阶梯(55)的间隙宽度。
6.按权利要求1至5中任一项所述的装置，
其特征在于：
所述环形槽(24)具有与轴的轴线(56)相垂直的、朝向轴身的侧壁(30)和朝向轴端的垂直的侧壁(31)；所述环形槽阶梯(55)具有朝向轴端的垂直的侧壁(57)。
7.按权利要求1至6中任一项所述的装置，
其特征在于：
所述固定环(24)的环形横截断面的直径大于环形槽阶梯(55)的槽底(58)和凹口(48)的圆周面(49)之间的距离。
8.按权利要求1至7中任一项所述的装置，
其特征在于：
所述第一轴向固定机构包含外轴齿部(23)的齿部端头(28)和相应的处于轴套(41)的内轴齿部(43)的轴身一侧的端部上的齿边缘中断(46)。
9.按权利要求1至8中任一项所述的装置，
其特征在于：
所述内轴齿部(43)和外轴齿部(46)都采用热处理方法加以硬化；环形槽(24)和/或环形槽阶梯(55)均未加以硬化。
10.用于按权利要求1至9中任一项所述的装置的轴的制造方法，
其特征在于：
从直的光滑的柱形轴开始首先按任意顺序在轴端上离轴端(27)很小距离处切出环形槽(24)和环形槽阶梯(55)；然后成形出外轴齿部(23)，而在此不在功能上有影响地改变环形槽(24)和环形槽阶梯(55)。
11.按权利要求10所述的方法，
其特征在于：
所述外轴齿部(23)是利用制齿模具采用轴向挤压工艺在轴身(21)中从环形槽(24)开始至齿部端头(28)制造而成的。
12.按权利要求10所述的方法，
其特征在于：
所述外轴齿部(23)是利用滚压工具滚压而成的。
13.按权利要求10所述的方法，
其特征在于：
所述环形槽(24)和/或环形槽阶梯(55)在一次夹紧轴(11)的条件下采用各种不同的车削加工工序在轴(11)上加工而成。
14.按权利要求11所述的方法，
其特征在于：
制造外轴齿部(23)的工艺步骤是在轴(11)上的最后的加工过程。
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