CN101316754A - 空心轴连接 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一个用于使连接零部件(2)与空心轴(1)传递转矩地连接的连接。该连接零部件(2)包括一个与空心轴(1)的外横截面(7)形状对应的、贯通的用于容纳空心轴(1)的空隙。按照本发明的连接的特征在于，使空心轴(1)在空心轴(1)与连接零部件(2)的连接部位包括一个顶压塞堵(8)。在此该顶压塞堵(8)与空心轴(1)壁体至少局部地形成压配合。按照本发明的连接能够在整个使用寿命期间传递相对较高的转矩。此外也可以使用薄壁的、减轻重量的空心轴。因此按照本发明的连接能够在加工、装配和保养中降低成本。

Description

空心轴连接

技术领域

本发明涉及一种如权利要求1前序部分所述的空心轴连接，用于使空心轴与连接部件建立传递转矩的连接。

背景技术

上述形式的连接用于在所有形式的传递转矩的零部件与从属的轴之间的连接。例如、但是不仅仅在使转矩杆或传动杆与轴或稳定器装置连接时使用这类连接。在此一个使用领域是在汽车驾驶室的缓冲和减振悬挂部位，尤其是在载重汽车和类似的大型载重汽车中，用于使驾驶室的振动与汽车车身的运动去耦联。

因为在大型载重汽车中，行驶机构弹性的弹性率由于高的汽车负荷不可避免地明显减小，因此行驶道路的不平性或者振动由轴和驱动杆特别明显地通过轴弹簧传递到车身。为了在人机工程学和对于司机的劳动保护的意义上使这种持续的冲击和振动最少地传递到驾驶室并由此传递到司机座位上，已经研制了驾驶室悬挂，其中使驾驶室或驾驶间在使用适合的悬挂系统的条件下支承在车身上。这种用于驾驶室的悬挂系统由于与汽车质量相比轻许多的驾驶室质量通过更低的弹性率和更弱的缓冲器设计成轴悬挂，因此可以使道路的不平性以及源自驱动杆或汽车轴的振动由于这种驾驶室悬挂系统明显更好地与司机座位隔绝或远离。

这种用于驾驶室的悬挂系统在结构上是费事的，尤其是在提高对横向力支承或运动学如抑制点头-摆动方面的要求时。因此除了自身的弹簧或缓冲部件以外与在汽车轴悬挂中类似地必需具有摆动稳定器，通过它们可以限制不期望的、相对于汽车车身的驾驶室侧向摆动。

为了例如在倾斜或曲线行驶时、但是例如也在单侧道路不平的情况下摆动稳定，在驾驶室的悬挂装置中按照现有技术使用扭转杆或稳定轴形式的摆动稳定器，通过它们使在行驶方向上左侧和右侧的驾驶室悬挂部件的弹入行程相互间以一定的程度耦联。

为了使作用力、转矩和驾驶室的运动导入到摆动稳定器里面一般在摆动稳定器的两个轴向端部上安置转矩杆，其远轴的端部分别通过一个轴承与驾驶室连接，而转矩杆的近轴端部分别具有一个与摆动稳定器的连接。在此或者摆动稳定器本身是转矩杆的车身固定的轴承，或者在转矩杆的近轴端部上分别设置另一支承点，它用于使转矩杆与车身连接并且用于使在摆动运动时产生的反应力导入到车身里面。

但是这种尤其在摆动稳定器与从属的转矩杆之间的连接在使用寿命上处于高应力下。这一点尤其也适用于例如由于减轻重量的原因在提高扭转刚性的同时使用于摆动稳定器的扭转杆或稳定器轴以相对薄壁的扭转管或空心轴的形式构成。

为了使这种扭转管与相应的连接零部件如转矩杆传递转矩地连接由现有技术已知，使转矩杆与扭转管尤其焊接或挤压。但是在两种情况下这样在转矩杆与扭转管之间建立的连接是高负荷的潜在削弱位置。

对于转矩杆与扭转管之间的焊接连接这一点主要与在焊接时加入的热量和与此相关的组织变化以及缺口应力有关。在扭转管与转矩杆之间的纯挤压连接尽管能够通过相对防护的冷变形建立，但是在产生高作用力和转矩时经常不能达到所需的使用寿命。这也适用于对于空心轴为了提高传递的转矩在与连接零部件的连接部位中选择不同于圆形的横截面形状。

因此这一点尤其在由于重量的原因使用相对薄壁的扭转管或空心轴时相关，管壁在力导入到扭转管里面的部位只能传递有限的压力或重力。因此例如在空心轴与连接零部件之间的压配合不能通过用于传递高转矩所需的固定压配合实现。因此在超过相对较低的可传递的单位力时或者导致管壁在转矩杆压配合部位的脱落，或者可能顶压管壁，这导致管横截面接着失效。

但是如同申请者已经发现的那样，连接的应用领域也延伸到摆动稳定性和轴导向，尤其是在载重汽车轴里面。为了使载重汽车轴摆动稳定在现有技术中主要使用由实心材料组成的、由一体弯成的横向稳定器，它们尤其在大型载重汽车中具有相应较高的重量，并且其材料利用率在规定的扭转或旋转刚性方面可以想象是不利的。在此使用实心的横向稳定器由于大体积的、相对薄壁的并因此较轻的空心轴目前经常在这种空心轴与传递转矩的连接零部件如转矩杆之间的有问题的连接技术上失败。

发明内容

由于这个背景提出本发明的目的是，实现一个用于在空心轴与其连接零部件之间的传递转矩的连接，通过它能够克服上述缺陷。在此该连接能够无损坏地传递尤其薄壁的空心轴与各连接零部件之间的高转矩，同时以高度的失效可靠性。此外在空心轴与连接零部件之间的连接在加工和装配中是成本有利和工艺可靠的。

这个目的通过具有权利要求1特征的连接得以实现。

优选的实施例是从属权利要求的内容。

按照本发明的连接以本身首先公知的方式用于使一个连接零部件、例如一个转矩杆或一个轮毂传递转矩地布置在一个空心轴上。在此该连接零部件为了容纳空心轴包括一个与空心轴外横截面形状对应的、贯通的空隙。

按照本发明的连接的特征是，使空心轴在空心轴与连接零部件的连接部位包括一个顶压塞堵，其中该顶压塞堵与空心轴壁体在其圆周面的至少一部分上形成压配合。

由于按照本发明的顶压塞堵也可以使相对薄壁的空心轴与相应的连接零部件如轮毂或转矩杆连接，在高的连接负荷时不存在连接部位的压配合和/或管壁失效的危险。因此与此相关，所述顶压塞堵支承连接部位中空心轴的管壁并且顶压在连接零部件空隙的内表面上，由此不仅在顶压塞堵与管壁之间、而且在空心轴外表面与连接零部件的空隙内表面之间得到表面顶压或压配合。

通过这种方式能够在管壁与连接零部件之间达到比在按照现有技术的压连接时更高数量级的顶压力。

因此由于本发明不仅可以在实际上不变化的连接零部件与空心轴之间传递更大的作用力和转矩，而且由此也能够使所使用的空心轴在减小其壁厚的同时进一步加大直径，这在所期望的轻结构的意义上可以用于在汽车上减轻重量。

在此对于实现本发明不重要的是，空心轴外圆周以及连接零部件的空隙在与连接零部件的连接部位中具有怎样的横截面形状。而是按照本发明的顶压塞堵也能够对于空心轴有利地使用在连接部位圆形的外横截面。

但是按照本发明的优选实施例所述空心轴至少在与连接零部件的连接部位具有一个偏离圆形的横截面形状。通过这种方式能够进一步明显提高在空心轴与连接零部件之间传递的转矩，因为由此附加地对于通过压配合以及通过顶压塞堵的力闭合还添加由于偏离圆形的连接横截面的形状闭合。

在此提高可传递的转矩首先独立于具体的、偏离圆形的空心轴以及连接零部件的空隙的横截面形状。因此例如可以设想，使空心轴在连接部位也包括连接空隙通过椭圆的或扁圆的横截面形状构成，这尤其与只微少的缺口作用相关。如同申请者已经发现的那样，通过这种方式根据应用和结构甚至可以产生比在连接部位是圆形横截面的情况明显更有利的运行应力过程。

按照本发明的另一优选的实施例使所述空心轴以及连接零部件的空隙都分别具有一个基本上多边形的横截面。由此在空心轴与连接零部件之间达到一个特别紧密的形状闭合，并且能够传递特别高的转矩。

在此所述空心轴的多边形横截面形状或者与其形状对应的连接零部件空隙的内横截面形状具有一个总是有限的曲率。换言之，这意味着，空心轴的外横截面形状和连接零部件的内横截面形状没有锐利的棱边，而是使多边形横截面形状的棱边圆形地构成。通过这种方式减少在多边形棱边部位在材料中产生的缺口作用并且提高长期无损伤地可传递的转矩。

按照本发明的另一优选的实施例所述空心轴和连接零部件的横截面形状在连接部位由相同壁厚构成。相同壁厚是一个封闭的线，它在配合的正方形内部的每个位置也包括描绘正方形的圆总是接触正方形的所有四个边。相同壁厚作为空心轴和连接零部件在连接部位中的横截面形状是在具有最佳的形状闭合、但是高缺口作用的多边形与没有形状闭合以及没有缺口作用之间的一个有效的妥协。

在此本发明能够首先与顶压塞堵的具体形状和横截面形状无关地实现，只要防止由于通过顶压塞堵使空心轴壁向外顶压导入的转矩使薄壁的空心轴凹陷。因此例如对于空心轴和连接零部件的空隙在连接部位中的基本多边形的横截面形状可以设想使用具有基本圆形横截面的顶压塞堵，因为这个顶压塞堵至少局部地支承壁体并且可以顶压在连接零部件空隙的内表面上。

但是最好使顶压塞堵的外横截面与空心轴在与连接零部件的连接部位中的内横截面形状形状对应地构成。通过这种方式在空心轴的整个圆周上产生顶压塞堵与空心轴之间的顶压，并且有效且可靠地传递高转矩。

按照本发明的另一优选的实施例使所述空心轴和连接零部件的空隙在空心轴与连接零部件的连接部位中略微锥形收缩地构成。通过这种方式在顶压顶压塞堵时在顶压塞堵、空心轴与连接零部件的空隙之间得到更高的面压力。由此能够可靠地传递更大的转矩，此外在轴向得到更高的轴向连接零部件的损伤强度，因为在顶压时顶压塞堵扩张空心轴前面棱形的端部并且顶压连接零部件的锥形收缩的内轮廓。

按照本发明的另一优选的实施例规定，所述顶压塞堵是空心的或者在轴向上具有空隙。这一点一方面导致减轻顶压塞堵的重量，另一方面由于在空心轴加入顶压连接的位置上更微小的壁厚突变，改善尤其在装配状态顶压塞堵内部轴向端部处的力线分布。

本发明能够首先与顶压塞堵的具体材料选择无关地实现。但是按照一个优选的实施例由钢材(例如钢)或者由非钢材(例如铝)制成顶压塞堵。由钢制成的顶压塞堵能够成本有利地加工，同时提供高强度并且能够产生高的面压力。由铝制成的顶压塞堵在其轻重量以及铝的高延展性方面是特别有利的。铝制顶压塞堵同样有助于减少不利的棱边压力和与此相关的不期望的缺口作用，它尤其可能在空心轴进入顶压连接的部位中产生。

按照另一优选的实施例所述顶压塞堵在其至少一个轴向端部部位中具有一个削尖或一个环绕的倒角。这种形状的顶压塞堵能够更容易地导入和装配，此外防止在空心轴内表面部位在将顶压塞堵顶压到空心轴孔里面时卡棱以及可能形成切屑。

本发明的另一实施例规定，所述空心轴的偏离圆形的横截面形状基本上仅仅在与连接零部件的连接部位中存在。换言之，这意味着空心轴在与连接零部件的连接部位之外具有一个与连接部位相比不同的横截面形状，尤其是一个圆形的横截面。由此能够减少在加工空心轴时的成本，因为按照这个实施例空心轴仅仅在其两个端部上得到偏离圆形的横截面形状。

本发明与连接的具体使用目的无关地实现，因为按照本发明的连接可以在不同的轴-轮毂连接形式中使用。但是按照本发明特别优选的实施例使所述空心轴是一个扭杆弹簧或者一个横向稳定器，尤其是一个用于载重车的驾驶室的摆动稳定器或者载重车轴连接的摆动稳定器。在此连接零部件在驾驶室与车身之间垂直相对运动的情况下最好是导引驾驶室的传动杆或者用于导引汽车轴的传动杆。后一实施例的附加优点是，使载重车轴连接的摆动稳定器以这种方式、尤其也对于大型载重车可以附加地承担奢求的传动杆或车轮导向的任务，由此可以节省否则必需的结构组件、相应的结构空间和重量以及成本。

附图说明

下面借助于在附图中所示的实施例详细描述本发明。附图中：

图1以立体图示出用于驾驶室的具有按照本发明的连接的实施例的摆动稳定器，

图2以示意的空心轴和弹性体轴承的纵向截面图示出按照图1的摆动稳定器的连接，

图3以半截面图示出按照图1和2的摆动稳定器的连接的顶压塞堵，

图4以俯视图示出按照图3的顶压塞堵，

图5以立体图示出按照图3和4的顶压塞堵，

图6以立体图示出用于轴连接的具有另一按照本发明的连接的实施例的摆动稳定器，

图7示出对应于图6的放大图和按照图6的摆动稳定器的转矩杆与连接的连接部位。

具体实施方式

在图1中示出一个用于(未示出)的载重车驾驶室的摆动稳定器。可以看到起到扭转部件作用的空心轴1，在其两个端部上分别设置一个转矩杆2。两个转矩杆2的每个转矩杆支承两个配有弹性体轴承的轴承位置3和4，其中近轴的轴承位置3分别用于与驾驶室的摆动稳定器连接，远轴的轴承位置分别用于与汽车车身连接。但是轴承位置3，4的功能也可以在保持摆动稳定器功能的条件下也可以相反，这意味着，近轴的轴承位置3铰接在驾驶室上，而远轴的轴承位置14铰接在车身上。

在图1中还可以看出，空心轴1在其中间部位5具有一个圆形横截面，空心轴在其端部部位6中扩展到基本与等厚7一致的横截面形状，其中等厚7的横截面形状在这个实施例中以三角形给出。转矩杆2分别具有一个与空心轴1的外横截面7在其端部部位一致的空隙，因此它同样与等厚7的横截面一致。

为了装配摆动稳定器首先使两个转矩杆2插到或者挤压到空心轴1事先扩张的端部6上。接着使空心轴1的两个端部孔分别通过顶压塞堵8封闭，其外圆周同样对应于与空心轴1横截面形状和转矩杆2空隙一致的等厚7。在此这样选择顶压塞堵8的外圆周尺寸，使得在转矩杆2的空隙、设置在其中的空心轴1壁与设置在空心轴1里面的顶压塞堵8之间建立一个压配合。

图2以空心轴1和近轴的弹性体轴承3的纵向截面图示出在空心轴1与转矩杆2之间的两个连接部位中的一个连接部位。可以看到空心轴1端部与设置在其中的顶压塞堵8。该顶压塞堵8相对于转矩杆2中的空隙内表面顶压空心轴1的壁体。通过这种方式能够可靠地传递转矩杆2与空心轴1之间的转矩，它在数量级上不超过顶压塞堵8传递的转矩。

按照本发明使用顶压塞堵8的一个附加优点是，空心轴1内部通过这种方式相对于环境完全封闭。由此可靠地抑制空心轴1内部的腐蚀，因此也使用于在空心轴1内表面上安置防腐保护是多余的，由此进一步降低成本。由于通过压入塞堵8使空心轴局部加固也使同样作用于空心轴1上的弯矩产生的最大弯曲应力支承在更少承载的空心轴1的中间部位5里面。由此也能够进一步改善按照本发明的连接的失效可靠性。

图3和4再一次以半截面图和俯视图示出按照图1的连接的顶压塞堵8。可以看到，顶压塞堵8具有一个中心的空隙9。通过以这种方式空心构成的顶压塞堵8一方面改善在连接部位中的力线分布，它减少在那里产生的强度突变，另一方面也减轻重量。

图5再一次以立体图示出按照图1和2的连接的顶压塞堵。除了空隙9尤其可以看到削尖或倒角10，它使顶压塞堵8支承在其面对空心轴1中心的端面上。由于倒角10能够更容易地导入顶压塞堵8，并且还避免损伤或切伤空心轴内表面上的材料。

图6和7示出用于轴连接的另一摆动稳定器。在这个摆动稳定器中转矩杆2仍然通过由等厚成形的否则圆柱形的空心轴1的端部与相应的形状对应的空隙连接在在这里例如由焊接结构构成的转矩杆2里面。对于转矩杆的结构方式也可以设想其它的实施例，例如深拉或浇铸的转矩杆。在按照图6和7的端部稳定器中还直接在空心轴1上设置近轴的、例如轴固定的轴承3，而远轴的、例如可以与车身连接的轴承4仍然设置在转矩杆2的端部上。

尤其由图7的放大图再一次明确地看出，空心轴的自身敏感的薄壁(在这里为了清晰点状地表示)完全形状结合地包围在转矩杆2的空隙材料与顶压塞堵8的材料之间。通过这种方式得到可靠的转矩传递，尽管以相对较大的曲率半径作为等厚7实现的空隙、空心轴端部和顶压塞堵8的横截面形状，其中这个横截面形状由此也有助于特别均匀的力流。

因此结果是明显地，由于本发明实现一个用于在空心轴与连接零部件之间的传递转矩的连接，它保证在结构的整个使用寿命上传递相对较大的转矩。按照本发明的连接尤其允许使用薄壁的并因此减轻重量的空心轴。最后按照本发明的连接能够在加工和装配中降低成本并且也减少在运行中的保养需求。

因此本发明有助于改善轴-轮毂连接技术，特别是在摆动稳定器、用于轴连接和在载重车的驾驶室支承的规定应用领域里面。

附图标记清单

1空心轴

2连接零部件，转矩杆

3，4轴承位置

5空心轴的中间部位

6空心轴的端部部位

7等厚的、多边形横截面形状

8顶压堵

9空隙

10倒角

Claims (15)

1.一个用于使连接零部件(2)传递转矩地布置在一个空心轴(1)上的连接，该连接零部件(2)包括一个与空心轴(1)的外横截面(7)形状对应的、贯通的、用于容纳空心轴(1)的空隙，其特征在于，使空心轴(1)在空心轴(1)与连接零部件(2)的连接部位包括一个顶压塞堵(8)，其中该顶压塞堵(8)与空心轴(1)的壁体至少局部地形成压配合。

2.如权利要求1所述的连接，其特征在于，所述空心轴(1)和连接零部件(2)的空隙在连接部位具有一个偏离圆形的横截面形状(7)。

3.如权利要求1或2所述的连接，其特征在于，所述空心轴(1)和连接零部件(2)的空隙具有一个基本上多边形的横截面(7)。

4.如权利要求3所述的连接，其特征在于，所述多边形的横截面形状(7)的周边具有一个总是有限的曲率。

5.如权利要求1至4中任一项所述的连接，其特征在于，所述空心轴(1)和连接零部件(2)的横截面形状(7)在连接部位由相同壁厚(7)构成。

6.如权利要求1至5中任一项所述的连接，其特征在于，所述顶压塞堵(8)的外横截面在与连接零部件(2)的连接部位中与空心轴(1)的内横截面形状对应地构成。

7.如权利要求1至6中任一项所述的连接，其特征在于，所述顶压塞堵(8)和连接零部件(2)的空隙在空心轴(1)与连接零部件(2)的连接部位中略微锥形收缩地构成。

8.如权利要求1至7中任一项所述的连接，其特征在于，所述顶压塞堵(8)是空心的或者在轴向上具有空隙(9)。

9.如权利要求1至8中任一项所述的连接，其特征在于，所述顶压塞堵(8)由钢材制成。

10.如权利要求1至8中任一项所述的连接，其特征在于，所述顶压塞堵(8)由非钢材制成。

11.如权利要求1至10中任一项所述的连接，其特征在于，所述顶压塞堵(8)在其至少一个轴向端部部位中具有一个削尖或一个环绕的倒角(10)。

12.如权利要求2至11中任一项所述的连接，其特征在于，所述空心轴(1)的偏离圆形的横截面形状(7)基本上仅仅在与连接零部件(2)的连接部位中存在。

13.如权利要求1至12中任一项所述的连接，其特征在于，所述空心轴(1)是一个扭杆弹簧或者一个横向稳定器。

14.如权利要求1至13中任一项所述的连接，其特征在于，所述空心轴(1)是载重车驾驶室的摆动稳定器并且连接零部件(2)是一个用于导引驾驶室的传动杆。

15.如权利要求1至13中任一项所述的连接，其特征在于，所述空心轴(1)是载重车轴连接的摆动稳定器并且连接零部件(2)是一个用于导引轴的传动杆。

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