CN101712278B - 用于汽车的纵轴装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于汽车(2)的纵轴装置(1)，该纵轴装置(1)至少包括第一轴(3)、第二轴(4)、用于将第一轴(3)与第二轴(4)连接的球形同步活节(5)以及至少一个用于相对于汽车(2)的车身(7)支撑纵轴装置(1)的中间轴承(6)。

Description

用于汽车的纵轴装置

技术领域

本发明涉及用于汽车的纵轴装置，其中至少设置了第一轴和第二轴，所述第一轴和第二轴通过球形同步活节彼此连接以便将汽车的驱动输入侧连接到驱动输出侧。纵轴装置一般用于将驱动力从汽车的驱动装置(例如发动机和/或变速器)传输到从动装置(例如差速器、轴减速器、变速器)，纵轴装置在车辆的方向上延伸，并且当驱动装置安装在车辆的前部区域时纵轴装置将驱动力传输到后轮，并且当驱动装置布置在后部区域时将驱动力传输到前轮。

背景技术

纵轴装置代表汽车中的刚性结构，必须特别地考虑到它的碰撞行为来设计纵轴装置。设计纵轴装置时主要的考虑因此是确保纵轴装置的部件都不会从纵轴装置分离使得其穿透车辆的其他区域。因此，特别地，必须避免纵轴装置的各部分穿透乘客舱和/或燃料箱，由此对车辆乘员造成伤害的附加危险或泄露燃料引起的火灾风险可能发生。

这种纵轴装置至少具有第一轴和第二轴，通过第一轴和第二轴来传输汽车的驱动力。在此情况下，这些轴通过球形同步活节彼此连接，球形同步活节优选地具有有限的轴向位移范围。通过球形同步活节的轴向位移范围，汽车的或纵轴装置的各个部件在车辆的纵向上的移动被补偿。此外，由球形同步活节而产生的这些轴相对于彼此的偏转通过同步活节的弯曲来补偿。

通常，布置在至少一个轴上的中间轴承被提供以将纵轴装置支承在汽车上。为引导纵轴装置所必需的该轴承另外用于使得在纵轴装置中产生的振动衰减和减小。

上述类型的纵轴装置必须对于特定应用进行设计，尤其是关于要传输的驱动力进行设计。另外的参数包括纵轴装置的结构长度、汽车中可用的空间、汽车的重量以及碰撞要求。

发明内容

因此，本发明的目的是至少部分地解决关于现有技术所描述的问题，并且特别地提供一种纵轴装置，该纵轴装置在碰撞发生时，特别例如在通过车辆碰撞测试或纵轴装置部件碰撞测试模拟的情况下，有关于行程地首先仅产生小的变形力或变形力峰值，并且稍后可以吸收最大可能的变形力。此外应当提供一种纵轴装置，通过其可以限制该纵轴装置的各个部件的变型多样性。

在本发明中该目的是通过一种用于汽车的纵轴装置来实现的，该纵轴装置至少具有第一轴、第二轴、用于将第一轴与第二轴连接的球形同步活节以及至少一个用于相对于汽车的车身支撑纵轴装置的中间轴承，其中在考虑源自碰撞的位移的情况下来设计纵轴装置，其中产生小于80kN(80000牛)的变形力，并且同时有关于行程地通过纵轴装置吸收尽可能高的变形能量。

该纵轴装置尤其包括第一轴，该第一轴至少部分被配置为空心轴，以便具在结构轻巧的情况下具有尽可能大的弯曲强度并且同时能够传输很高的扭矩，并且通过尤其以滚动轴承为形式的中间轴承与车身连接，使得该纵轴装置经由第一轴和中间轴承支撑在汽车的车身上。该滚动轴承具有内环和外环以及设在其间的滚动体，内环布置在第一轴的外围上。滚动轴承的外环与汽车的车身连接。滚动轴承至少以其内环凭借第二止挡支撑在第一轴上。在滚动轴承的与第二止挡相对的滚动轴承一侧，第一轴尤其以插销的形式继续，插销的端部容纳球形同步活节的活节内部元件。球形同步活节以其活节外部元件容纳在第二轴中，第二轴在纵向方向上至少分区域地作为空心轴继续。

在碰撞发生时，尤其在汽车的碰撞测试或仅各个部件的碰撞测试的情况中，优选地在正面碰撞(EURO-NCAP，US-NCAP，IIHS，FMVSS208)中，由于该碰撞，纵轴装置在纵向方向上缩短，第一轴以插销和球形同步活节的活节内部元件插入第二(空心)轴中。当这发生时，球形同步活节的滚珠支撑在球形同步活节的活节外部元件上，使得有可能存在的滚珠保持架由于产生的轴向力而破裂。第一轴现在进一步插入到第二轴中而球形同步活节的滚珠通过第二轴的止挡和/或第二轴的直径减小部仍然停留在其轴向位置中并且并且相对于第一轴在中间轴承的方向上移动。视情况可以在第二轴内部提供覆盖元件，该覆盖元件于是被第一轴的插销穿透，其中进一步降低了变形能量。同样，活节外部元件也可以具有封闭配置，即具有在一侧集成的盖子。

当第一轴进一步插入到第二轴中时，滚珠被球形同步活节的活节内部元件推到第一轴的插销表面上并且因此被布置在尤其更小的直径上(第一轴的插销)。作为滚珠沿径向向内移动的结果，滚珠从止挡和/或球形同步活节的活节外部元件和/或第二(空心)轴的直径减小部得以释放并因此可以与第一轴一起进一步进入到第二轴中。滚珠然后直接在第二止挡之前贴靠在第一轴的外围上或者尤其在滚动轴承之前贴靠在第一轴上并且被夹在第二止挡或滚动轴承与另外的直径减小部之间，使得轴向力发生增长。在此位置中，滚动轴承的外环可能破裂，从而滚珠支撑在滚动轴承的内环上并支撑在第二轴的直径减小部上。

由于滚动轴承内环的第二止挡在第一轴上相对于球形同步活节的滚珠在背面布置，所以，滚珠现在利用第一轴移入到第二轴中并且沿轴向扩展相应设置的、第二(空心)轴的直径减小部。其中，球形同步活节的滚珠在其相应位置就地挤压第二轴的壁并且以这种方式通过第二轴的变形功削减存在的碰撞能量。在轴被推入彼此之中、滚珠直径以及滚珠位置与具有定义的直径的外围匹配之后存在引导长度，加之设置了第二轴的直径减小部，所以可以获得最大可能的轴向力，使得一方面纵轴装置的这些轴的偏离得以避免并且另一方面通过变形功削减最大量的碰撞能量。

通过借助于球形同步活节的滚珠对第一轴在插入到第二轴中时进行引导，第一轴相对于第二轴的偏转被防止，从而纵轴装置的定向的嵌套位移成为可能。就此而论，特别地，第一轴和第二轴的壁厚度以及止挡和直径减小部精确匹配于纵轴装置的各个部件，从而通过纵轴装置的可调的活节变形力以预定方式尤其分级地削减存在的碰撞能量，尤其是分阶段吸收。因此，一方面在碰撞期间的高变形力被避免，其中所述变形力在纵轴装置内充足的引导长度尚不可用的时候可导致纵轴装置的部件偏转到车辆内部，并且另一方面消耗了最大量的变形能量，因为纵轴装置在预定的行程节段中允许最大可能的变形力。

开文提到目的还通过一种用于汽车的纵轴装置来实现，该纵轴装置至少具有第一轴、第二轴、用于将第一轴与第二轴连接的球形同步活节、以及至少一个用于相对于车身支撑纵轴装置的中间轴承，其中第一轴具有带有第一端部和第二端部的插销，并且球形同步活节安装在第二端部上，中间轴承具有至少一个滚动轴承，该滚动轴承在插销的第一端部安装在第一轴上，其中直接在滚动轴承之前在插销上设置了环绕的凹槽，在碰撞中，球形同步活节的滚珠至少暂时来到凹槽中，其中凹槽是插销的具有减小的第一直径的区域。

同样，在根据本发明的该纵轴装置中，中间轴承的滚动轴承以内环相对于第一轴的轴肩支撑。环绕的凹槽相应地设在滚动轴承的面向纵轴装置的球形同步活节的一侧上，从而第一轴的插销布置在滚动轴承和球形同步活节之间，在碰撞发生时球形同步活节的滚珠沿着该插销移动。通过减小形成凹槽的插销区域中的直径，滚珠被引导到滚动轴承之前的较小的第一直径上。就此而言，对于相对于常规纵轴装置相同地布置单个部件而言提供了产生较小的变形力的可能性，并且因此在由于碰撞而引起的轴的嵌套的过程中防止了纵轴装置的这些轴的可能的偏转。这些较小的变形力主要是由于以下事实而引起的：滚珠支撑在滚动轴承和第二轴的直径减小部之间并且由于滚珠在凹槽中的布置而发生第二轴的较小变形，尤其是在第二轴的第一直径减小部中。从而减小了最大变形力。尤其是通过这种方式实现了这样一种纵轴装置，其中在碰撞中产生了小于80kN、尤其小于60kN的变形力，并且同时有关于行程地通过纵轴装置消耗尽可能高的变形能量。

即通过凹槽实现了：(对于在其他情况下同等构造地布置纵轴装置而言)当纵轴装置的轴嵌套位移时球形同步活节的滚珠被布置在较小的直径上(在凹槽中)，从而第二轴现在以较小的变形程度尤其在第一直径减小部的区域中变形。这确保了第二轴的壁尤其在第一直径减小部的区域中仅变形到使得壁的裂开以及与此关联的在插销和第二轴之间的滚珠引导的损耗得以避免的程度。因此，第二轴的壁通过凹槽的引入保持闭合并且因此防止纵轴装置的部件偏转到汽车的纵向方向之外，同时通过变形功最大可能地减小了碰撞能量。作为通过球形同步活节的滚珠引导第一轴的插销的结果，而滚珠本身支撑在第二轴的壁上，第一轴和第二轴的同轴性因此在轴的嵌套位移期间被保持。

根据纵轴装置的另外的有利实施例，凹槽的第一直径至少与第一轴的最小的传递力的第二直径同样大。凹槽的第一直径本不必是第一轴的最小直径。因此，凹槽的第一直径应当被设计为使得其至少与第一轴的最小的传递力的第二直径同样大，所述第二直径尤其存在于球形同步活节的活节内部元件和插销之间的连接区域中。球形同步活节的活节内部元件和插销之间的连接优选地通过啮合元件形状配合地实施，但是也可以通过活节内部元件在插销上的适当的压配合而传力地来实现。

根据另外一种有利的实施例，第二轴具有第一直径减小部以及至少一个第二直径减小部。尤其可以提供另外的直径减小部，它们在球形同步活节的区域中设置在活节外部元件中，以便限制球形同步活节的轴向位移。第二轴的第一和第二直径减小部因此布置在与球形同步活节相距地布置并且尤其与汽车的围绕纵轴装置的部分适配。如果提供不同的直径减小部，那么便尤其有可能改变通过轴的分级式的嵌套位移所产生的变形力并且以定义的方式和方法通过变形功来削减碰撞能量。同时防止了通过过度的直径减小部导致第二轴的壁由于通过滚珠引起的变形而裂开并且因此在继续嵌套位移时丢失其引导特性。

附图说明

下面将参考附图更详细地解释本发明和相关的技术领域。应当指出的是附图示出了本发明的优选变型，然而本发明并不限于此。在附图中相同的附图标记被用于相同的对象：

图1示意性地示出了纵轴装置的第一实施例；

图2示意性地示出了在嵌套位移期间纵轴装置的第一实施例；

图3示意性地示出了图2的活节；

图4示意性地以细节图示出了在作为碰撞的结果的嵌套位移期间纵轴装置的第二实施例；以及

图5示意性地示出了在嵌套位移之前纵轴装置的第二实施例。

具体实施方式

图1示出了汽车2的纵轴装置1，汽车2的行进方向20在图1的下部示出。纵轴装置1至少由第一轴3和第二轴4组成，第一轴3和第二轴4通过球形同步活节5彼此连接，这里球形同步活节5的形式为中部示出的轴向可偏移的活节(“移动活节”)。第一轴3本身由多个部件组成，这一点在图1中清楚可见。特别地，在第一轴3上有一个另外的球形同步活节布置在第一轴3的插销上，如图1左边所示。设在第一轴3的另一端部的是插销9，其延伸到纵轴装置1的球形同步活节中。在一侧通过其第二端部11连接到球形同步活节5的活节内部元件23并且在另一侧连接到第一轴3的第一空心轴部分29的该插销9在其第一端部10上具有滚动轴承12，滚动轴承12通过其内环21连接到插销9并且通过其外环22固定到车身7的支撑件31上。滚动轴承12形成纵轴装置1的中间轴承6，通过该中间轴承6，纵轴装置1连接到汽车2的车身7并且同时在振动方面得到衰减。

第二轴4也具有多个部件，包括图1右边示出的在一个端部的连接到驱动或从动部件的连接件，即第二轴4的第二空心轴部分30，以及在另一端部的球形同步活节5的活节外部元件24，在此球形同步活节5的形式为轴向可偏移活节。在此情况下，盖子28可设在第二轴4的内部，盖子28首先实现了球形同步活节5的密封，并且其次用于降低碰撞能量，因为当第一轴3移动进入第二轴4时插销9必须穿透盖子28。另外，第二轴4具有第一直径减小部18，该第一直径减小部18尤其适于周围车身7的形状和结构。下面将会更详细地解释该第一直径减小部18的功能。

球形同步活节5通过其活节内部元件23连接到第一轴3并且通过其活节外部元件24连接到第二轴4。球形同步活节5这里被配置为轴向可偏移活节(“移动活节”)，使得活节内部元件23可以关于活节外部元件24而轴向移动。经由滚珠14将驱动力从活节外部元件24传输到活节内部元件23(反之亦然)，其中特别地提供了保持架25，用于在球形同步活节5内部引导滚珠14。

图2示出了在碰撞后经历了嵌套位移8后的根据图1的纵轴装置1，作为碰撞的结果纵轴装置1的第一轴3以所示方式被推到第二轴4中。通过第一轴3的第二端部11和球形同步活节5的活节内部元件23之间的传力或至少部分形状配合的连接，至少活节内部元件23与第一轴3一起被推到第二轴4中。

作为嵌套位移8的结果，除了别的以外，球形同步活节5的保持架25破裂，使得滚珠14就嵌套位移8而言被从球形同步活节5的活节内部元件23推到插销9。特别地，通过球形同步活节5的活节外部元件24的第一止挡27，造成在保持架25破裂时球形同步活节5的滚珠14从球形同步活节5的这种释放。在嵌套位移8期间，滚珠14沿着滚动轴承12的方向移动，并且来到滚动轴承12的前面，其中滚动轴承12固定在第一轴3尤其固定在插销9的第一端部10上。在嵌套位移8期间，滚动轴承12现在使滚珠14与第二轴14的第一直径减小部18接触，碰撞能量的另外一大部分在这里接下来通过处于第一直径减小部18的区域中的第二轴4的壁26的变形功被吸收。在嵌套位移8的过程中，滚珠14被压向直径减小部18并且使第二轴4的壁26变形。其中，第二轴4特别地必须满足相对于第一轴3的引导特性，该特性是通过第一轴3的插销9或滚动轴承12与第二轴4的壁26或者说和第二轴4的第一直径减小部18之间布置球形同步活节5的滚珠而产生的。在纵轴装置1的嵌套位移8以及接下来第一轴3进入第二轴4的嵌入移动期间，设在第二轴4中的盖子28特别地被穿透和/或推动，使得这里也可以通过变形功吸收大量的碰撞能量。

图3以放大图示出了图2的细节。图3示出了作为位移8的结果在插销9上的滚动轴承12前面的滚珠14的布置，滚珠14被固定在滚动轴承12和第二轴4的第一直径减小部18之间。在此情况下，滚动轴承12在一侧形状配合地向着第一轴3支撑，如此处所示，滚珠14首先靠在滚动轴承12的外环22上。在某些情况下这可能导致外环12的断裂，该断裂可吸收大量的碰撞能量。在外环22断裂之后，滚珠被夹在内环21和第一直径减小部18之间。由于内环21凭借第二止挡32支撑在第一轴3上，所以，随着纵轴装置1的嵌套位移的进行，第二轴4的壁26在第一直径减小部18的区域中变形。

图4示出了纵轴装置1的另外有利的结构，其中，已经在图3中以放大尺度示出的细节在这里示有另外的结构。第一轴3的插销9已经通过嵌套位移8而侵入到第二轴4的内部，球形同步活节5的滚珠14已经在一侧靠在第二轴4的第一直径减小部18上，并且在另一侧靠在滚动轴承12的内环21上，滚动轴承12布置在轴3的插销9的第一端部10上。在此情况下，具有第一直径16的凹槽13被设在第一轴3的插销9的区域15中，使得滚珠14在作为第二轴4的壁26的变形的结果通过变形功消耗相当大部分的碰撞能量之前停在尽可能小的第一直径16上。在图4的上部，在没有凹槽13的情况下的滚珠14的位置也被指示，显而易见的是紧靠第一直径减小部18的滚珠14位于由于凹槽13而产生的接触之外的区域。通过滚珠14的这种进一步向内的布置，通过滚珠14实现了第二轴4的壁26的更小的变形，使得第二轴4的形式为壁26破裂的故障被防止，并且可以通过连续(阶梯方式的)变形消耗最大量的碰撞能量。特别地，通过这种方式在整个嵌套位移8期间可以确保通过滚珠14以及第二轴4的壁26对第一轴3的引导。

在设计凹槽13的第一直径16时应该特别注意确保该第一直径16配置为至少与最小的传递力的第二直径17一般大，通常在插销9和球形同步活节5的活节内部元件21之间的连接处提供第二直径17。通过第一直径16的这种配置，实现了插销9不在凹槽13的区域15中发生故障，并且如果发生故障的话，在具有第二直径17的区域中发生。

图5示出了在嵌套位移8之前的根据图4的纵轴装置1，凹槽13设在中间轴承6的滚动轴承12之前区域中的第一轴3的插销9上。这里，同样地，插销9以第一端部11连接到球形同步活节5并且通过第一端部10连接到中间轴承6的滚动轴承12。由于行进方向20的缘故，在汽车2的碰撞(正面碰撞)发生时出现嵌套位移8，使得滚珠14以图4所示的方式进入插销9的凹槽13中，并且因此可以用壁26产生最大量的变形能量，从而以优选方式减小了碰撞能量。在此情况下，第一直径减小部18和第二直径减小部19设在第二轴4中，通过它们使得要施加的变形功可以以预定的方式通过纵轴装置1得以施加，同时避免了力峰值。

通过凹槽13进一步实现了较大的球形同步活节5也可以与另外等同的纵轴装置1的各部件一起使用，因为与没有凹槽1的插销9相比，作为滚珠14在凹槽13中的较低布置的结果，滚珠14与第一或第二直径减小部18、19具有相同的接触点。因此，对于这种情况，仅球形同步活节5以及到第二轴4的活节活节外部元件24的连接结构需要被具体适配，因为第一轴3的插销9附加地具有对应的凹槽13，以便容纳较大的球形同步活节5的较大滚珠14并且补偿该较大滚珠的尺寸。这里假设的是，例如具有较小球形同步活节5以及没有凹槽13的对应插销9的纵轴装置1已经成功地通过了适当的碰撞测试，使得通过替代所设部件可以提供纵轴装置1，该纵轴装置1尤其可用于具有不同驱动功率的相同汽车2，而无需附加的昂贵的测试程序。

对于提出的纵轴装置1，汽车2中的定向是不重要的；其可以以所描述的方式即便在逆向于行进方向20的情况下也能得以构筑。

附图标记列表

1纵轴装置

2汽车

3第一轴

4第二轴

5球形同步活节

6中间轴承

7车身

8嵌套位移

9插销

10第一端部

11第二端部

12滚动轴承

13凹槽

14滚珠

15区域

16第一直径

17第二直径

18第一直径减小部

19第二直径减小部

20行进方向

21内环

22外环

23活节内部元件

24活节外部元件

25保持架

26壁

27第一止挡

28盖子

29第一空心轴部分

30第二空心轴部分

31支撑件

32第二止挡

Claims (4)

1.一种用于汽车(2)的纵轴装置(1)，该纵轴装置(1)至少包括第一轴(3)、第二轴(4)、用于将第一轴(3)与第二轴(4)连接的球形同步活节(5)以及至少一个用于相对于车身(7)支撑纵轴装置(1)的中间轴承(6)，其中第一轴(4)具有带有第一端部(10)和第二端部(11)的插销(9)，球形同步活节(5)安装在第二端部(11)上，其中中间轴承(6)具有至少一个滚动轴承(12)，该滚动轴承(12)在插销(9)的第一端部(10)上安装在第一轴(3)上，其中直接在滚动轴承(12)之前在插销(9)上设置了环绕的凹槽(13)，在碰撞中，球形同步活节(5)的滚珠(14)至少暂时来到所述凹槽(13)中，其中所述凹槽(13)是插销(9)的具有减小的第一直径(16)的区域(15)。

2.按照权利要求1所述的纵轴装置(1)，其中所述凹槽(13)的第一直径(16)至少与所述第一轴(3)的最小的传递力的第二直径(17)同样大。

3.按照前述权利要求中任一项所述的纵轴装置(1)，其中所述第二轴(4)具有第一直径减小部(18)和至少一个第二直径减小部(19)。

4.汽车(2)，其具有按照前述权利要求中任一项所述的纵轴装置(1)。

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