CN101878125A - 用于商用车辆的轴联动装置以及用于制造该轴联动装置的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于商用车辆的轴联动装置，该轴联动装置包括由金属材料制成的轴(2；102)，以及还包括至少一个由金属材料制成的纵向传动杆(8；103、104)，纵向传动杆设有连接区段(9；118)，该连接区段设有接纳部(9a；112)，轴(2；102)通过中空的联轴节(4；110)这样设置在接纳部中，即，使轴(2；102)和纵向传动杆(8；103、104)抗扭地相互连接。在本发明的轴联动装置中，构成纵向传动杆的连接区段和构成轴的联轴节的金属材料的特征这样相互限定的，即，使连接区段的E-模量小于联轴节的E-模量，和/或连接区段的断裂强度大于联轴节的断裂强度，和/或纵向传动杆的连接区段的金属材料的屈服极限ReS或在该金属材料不具有显著的屈服极限情况下的延伸强度RP0.2高于轴的由纵向传动杆包围的联轴节的金属材料的屈服极限ReS或延伸强度RP0.2。

Description

用于商用车辆的轴联动装置以及用于制造该轴联动装置的方法
技术领域
本发明涉及一种用于商用车辆的非驱动轴的轴联动装置，该轴联动装置包括由第一金属材料制成的轴，以及还包括至少一个由第二金属材料制成的纵向传动杆，该纵向传动杆设有连接区段，该连接区段设有接纳部，所述轴通过中空的联轴节这样设置在该接纳部中，即，使该轴和纵向传动杆抗扭地相互连接。这种轴联动装置例如用在载重汽车和牵引载重车的拖车或载拖式挂车上。
背景技术
这种还称作“硬轴(Starrachsen)”的轴结构被广泛公知。通常，这样的轴包括纵向传动杆，该纵向传动杆的一端通过一个适宜的铰接部可摆动地与机动车车架联接，而另一端则通过一个弹簧器/缓冲器结合装置而支撑在机动车上。以这种方式实现了轴的简单且具有弹性的设置，这种轴例如适用于在载重汽车的拖车或载拖式挂车上至今所采用的装配结构中。通过所提到的这种轴联动装置使驾驶性能可以这样得到改善，即，使轴至少分段、易扭转地设置，从而使承载轴的纵向传动杆的运动增强彼此去耦。
在文献EP 0 830 959 B1中或DE 10 2006 009 441 A1中共同得出，纵向传动杆和由其承载的轴之间的连接在现有技术中例如通过卡掣、螺合或焊接而形成。由此，纵向传动杆通常以钢铸件制成，与之相对应，轴作为成型件由钢材制成。
上述公知的轴结构的缺点在于，在该轴结构中通常需要较高的材料消耗和制造消耗，由此才能够特别确保在该轴结构于纵向传动杆中的设置以足够的安全性来吸收实际过程中产生的较高的载荷。
上文提到类型的另一种轴联动装置在文献EP 0 713 791 B1中有所公开。在该公开文献中说明的轴联动装置的第一实施例中采用的纵向传动杆由中空的铝型材制成并且在端部封闭。在该纵向传动杆的一端借由称作是“液压成形(Hydroforming)”的变形工艺而制成头部，其次在该头部上设有一个横向相对于纵向传动杆的纵向延伸部分设置的贯穿孔。
文献EP 0 713 791 B1中所述类型的“液压成形”过程中，待变形的中空构件放置在能够形成所需要构件形状的底模中，然后用在高压条件下不可压缩的液体来冲压该中空构件。纵向传动杆的材料于是开始流动，直到材料紧贴到底模的内表面上为止。也就实现了，在预先制成的成型件上以较高的精确度形成固定的成型部件，该成型部件对于每个待制造构件的其它功能起到非常重要的作用。
为了在纵向传动杆通过液压成形产生的头部上加工出贯穿孔，在文献EP 0 713 791 B1公开的现有技术中，通过车削加工的方法将位于设置贯穿孔区域上的侧壁材料除掉。由此，开孔横截面的形状偏于圆形。然后，通过纵向传动杆的开孔穿置一个轴，该轴的外部尺寸与纵向传动杆的开孔的形状相匹配，从而使该轴在插入之后形状配合地且抗扭地设置在纵向传动杆的开孔中。
因此，于是使头部借由从外部作用的挤压工具而压在一起，根据EP 0 713 791 B1，使轴和纵向传动杆之间的形状配合能够得到优化。如EP 0 713 791 B1所提供的，为同样目的，使设置在纵向传动杆中的轴通过液压成形而扩宽。
同样根据EP 0 713 791 B1还实现了，纵向传动杆和轴之间的抗扭连接这样得到保证，即，使纵向传动杆和轴附加地通过粘接或焊接形成材料配合的相互连接，或附加地通过诸如铆接的机械加工形成力配合和形状配合的相互连接。
最后，根据EP 0 713 791 B1借由液压成形能够使轴的各个穿过纵向传动杆而自由突出的端部区段分别这样成形，即，使这些端部用于接下来连接轮架盘或作为接纳部用于弹簧器橡胶铰接部。
在EP 0 713 791 B1公开的现有技术的实施例中，其中采用了液压成形，分别由轴和纵向传动杆可知，它们都作为挤压成型件由铝材制成，EP 0 713 791 B1中同样提供了铝材的组分。根据EP 0 713791 B1中公开的现有技术的一个附加实施例可知，纵向传动杆作为铸件预先制成，在该铸件上已经设有一个偏于圆形的用于轴的接纳部。然后将对应形成的轴插入到纵向传动杆的该接纳部中。由此，通过轴和纵向传动杆的偏于圆形的横截面形状确保使轴抗扭地固定在接纳部中。根据EP 0 713 791 B1，然后纵向传动杆和轴之间的真正连接还要通过粘接、焊接或缩孔来实现。
由EP 0 713 791 B1公开的轴联动装置的不同结构方案的优点在于，在这些结构方案中以相对简单的方式实现了，使轴这样成型和固定的，即，使该轴一方面设有可采用扭转弹簧形式的易扭转的中间区段，另一方面通过分别与纵向传动杆相对应的联轴节而确保将该轴固定在纵向传动杆中。
与这些优点相对的缺点在于，尽管采用了诸如液压成形的现代加工技术，但是公知的轴联动装置的制造仍然耗费工本。由此得出，根据EP 0 713 791 B1制造的轴联动装置不适用于在商用车辆的实际应用中以足够的安全性吸收所产生的较高载荷。
发明内容
因此，根据前述现有技术的背景因素得出本发明的目的在于提供一种轴联动装置和一种用于制造该轴联动装置的方法，以实现成本较低地制造轴联动装置，并且根据本发明能够以简单的方式确保独立的构件“纵向传动杆”和“轴”之间的优化的工作可靠的连接。
对于轴联动装置，本发明的目的通过权利要求1得以实现。本发明轴联动装置的具有优势的结构方案在权利要求1的从属权利要求中给出。
对于方法，本发明上述目的解决方案在于，在本发明提供的轴联动装置的制造过程中至少采用权利要求12提供的操作步骤。
与开始所述的现有技术相同，本发明的轴联动装置也包括由第一金属材料、特别是由钢材制成的轴，以及还包括至少一个由第二金属材料、特别是由铸铁制成的纵向传动杆。
本发明轴联动装置的纵向传动杆设有连接区段，在该连接区段中形成有接纳部。轴通过中空的联轴节设置在接纳部中。
由此，形成在纵向传动杆的连接区段中的接纳部是这样设置的，即，该连接区段至少以这样的程度包围住轴的联轴节，即，使轴可靠地固定在接纳部中。在此，特别可靠的固定能够这样确保实现，即，将接纳部设成开孔，将轴设在该开孔中，并且使开孔完全包围住联轴节。
此外，本发明的轴联动装置中，使轴和纵向传动杆至少借助于力配合而抗扭地相互连接。对此，根据本发明，制成纵向传动杆的连接区段的材料和制成轴的联轴节的材料是这样相互确定的，即，至少符合以下条件之一：
a)用于构成纵向传动杆的连接区段的金属材料的弹性模量EL小于该轴的由纵向传动杆包围的联轴节的金属材料的弹性模量E。
b)纵向传动杆的连接区段的金属材料的断裂强度Rm大于轴的联轴节的金属材料的断裂强度Rm。
c)用于构成纵向传动杆的连接区段的金属材料的屈服极限ReS或在连接区段的相应金属材料不具有显著的屈服极限情况下可替换的延伸强度RP0.2高于轴的由纵向传动杆包围的联轴节的金属材料的屈服极限ReS或延伸强度RP0.2。
在此，前述每个条件a)-c)能够进行替换和补充，也就是说，能够满足单独一项，或满足至少一项和这些条件a)-c)中的另一项的结合。在屈服极限ReS范围内，通常理解为这样的应力，在该应力条件下产生这种金属材料的流动性，而邻近的应力不再继续升高。对于延伸强度RP0.2指的是这样(单轴)的机械应力，在该机械应力条件下相对于试件的初始长度所残余的延伸在卸载之后为0.2％。
首先，本发明提供的至少在连接区域中纵梁和横梁的变形能力的不同实现了，轴联动装置的轴和纵向传动杆仅通过力配合这样固定相互连接的，即，使该连接能够以必需的安全性吸收实际情况下产生的载荷。因此，外部设置的纵梁的连接区段的屈服极限或延伸强度大于内部设置的轴的联轴节的屈服极限或延伸强度，和/或，至少构成纵向传动杆的连接区段的金属材料的弹性模量小于构成轴的由纵向传动杆连接区段包围住的管部区段的金属材料的弹性模量，和/或，纵向传动杆连接区段的材料的断裂强度Rm大于轴的由纵向传动杆包围的联轴节的断裂强度Rm，那么在卸载的情况下于扩宽之后，连接区段还能够处于其弹性变形区域中，从而，该连接区段在轴的由纵向传动杆包围的联轴节上产生灵活而具有弹性的回复力。
在使用这种关系的情况下，在本发明的轴联动装置中，纵向传动杆由于变形处理至少在其连接区段的区域中处于弹性应力范围内，而轴通过至少在由纵向传动杆包围的联轴节的区域中的扩宽而以较大的量产生残余塑性变形。
在本发明的轴联动装置中，与其相对应地，纵向传动杆和轴之间的连接在第一条线上是这样构成的，即，轴至少在其联轴节的区域中直到塑性区域中产生残余变形，同时，纵向传动杆的包围住联轴节的连接区段最多部分产生塑性变形，也就是在连接区段中由此还具有弹性回复力，通过该弹性回复力使轴的联轴节外表面和纵向传动杆接纳部的内表面之间产生压力。其结果是，在纵向传动杆的连接区段的内部区域和轴的贴靠的联轴节之间产生力配合，从而通过本发明形成的力配合连接使实际应用中由轴传导的扭矩可靠地传递到纵向传动杆上。
本发明轴联动装置的制造能够以特别简单的方式实现。对此，首先设有轴，该轴具有至少一个中空且从外部可进入的联轴节，并且还设有纵向传动杆，该纵向传动杆具有用于轴的联轴节的接纳部，其中，该接纳部的净宽相对于轴的联轴节的外部尺寸是这样确定的，即，使轴的联轴节可以以一定缝隙插入到接纳部中。同时，在已经说明的本发明的方法中，构成纵向传动杆的连接区段和构成轴的联轴节的金属材料的特征这样相互限定的，即，使连接区段的E-模量小于联轴节的E-模量，和/或连接区段的断裂强度大于插入状态下由纵向传动杆包围住的联轴节的断裂强度，和/或构成纵向传动杆的连接区段的金属材料的屈服极限ReS或在该金属材料不具有显著的屈服极限情况下的金属材料的延伸强度RP0.2高于轴的由纵向传动杆包围的联轴节的金属材料的屈服极限ReS或延伸强度RP0.2。
如此提供的轴接下来与纵向传动杆这样连接到一起，从而使轴的联轴节设置到纵向传动杆的接纳部中。
于是，使轴的联轴节扩宽，直到使纵向传动杆的接纳部的内表面和轴的联轴节的外表面之间的接缝闭合位置。在纵向传动杆扩宽之前，通过接缝的宽度或纵向传动杆和轴之间连接之后存在的缝隙能够由此具有这样的量，通过该量值使联轴节产生变形。以这种方式确保了，联轴节的变形在扩宽过程中分别进行到这样的程度，即，安全到达塑性变形区域。
然后，轴的联轴节的扩宽继续，直到纵向传动杆的连接区段在去卸载之后产生弹性变形并且轴的联轴节产生残余塑性变形为止，从而使连接区段处于弹性应力范围内，通过该弹性应力在纵向传动杆和轴之间产生力配合连接。
在纵向传动杆的连接区段中具有最大的回复力的条件是，在扩宽过程中连接区段以这样的程度延伸，即，在连接区段中产生的应力处于该连接区段的各屈服极限或延伸强度的范围内。连接区段处于部分塑性区域中的变形也可以接受，只要能够确保保持住用于纵向传动杆和轴之间的力配合的足够的回弹性能差异。重要的总是在于，轴的联轴节的回弹性能总是小于纵向传动杆的包围住联轴节的连接区段的回弹性能。
本发明纵向传动杆和轴的连接的可靠性能够这样进一步得到提高，即，使纵向传动杆和轴对于力配合连接还附加形成彼此形状配合连接，由此，轴的成型件形状配合地与纵向传动杆相对应成型的成型件共同作用。在这种本发明的轴联动装置中，其中，纵向传动杆由最大限制可冷变形的材料制成，诸如铸铁，而至少使轴的联轴节由可变形性能较好的材料制成，诸如钢，这方面例如可以由此来实现，即，使轴的成型件为沿径向方向向外突起的突起部，而纵向传动杆相对应成型的成型件为凹陷部，轴的突起部形状配合地咬合在该凹陷部中。
一种这样设置的形状配合连接能够在实际情况下由此实现，即，已经在纵向传动杆的预先制造中在纵向传动杆的接纳部的内表面设置一凹陷部。在纵向传动杆和轴连接之后，然后在轴的联轴节上形成突起部，该突起部咬合在上述凹陷部中。
该突起部根据实际情况通过一个在连接之后产生的冷变形处理而形成。对此可以采用于中空的联轴节内部中呈柱塞状的工具，该工具插入到联轴节中，并且，从由联轴节限定的内部空间起在径向方向上相对于轴的联轴节的外壁产生作用。纵向传动杆的连接区段的凹陷部在此用作底模，从而自动确保了，突起部在变形结束后形状配合地且基本上无缝隙地咬合在凹陷部中。
实用的方式是，使突起部在轴的联轴节扩宽之前形成。在接下来的扩宽过程中，那么可以使突起部在纵向传动杆的凹陷部中的设置附加地进行优化。然而，根据所提供的设备技术，考虑到加工时间的最小化也能够适宜地，在同一个过程中实现突起部的形成和联轴节的扩宽。
能联想到的替换方案，轴的联轴节的扩宽是这样实现的，即，使轴的材料在扩宽过程中紧贴到纵向传动杆的凹陷部中，并且由此确保了抵制旋转的形状配合的可靠连接。
当纵向传动杆的凹陷部形成为导槽的形式，那么，通过突起部能够例如特别好地吸收实际情况下产生的载荷，该导槽适宜地轴向平行于接纳部的纵轴设置，并且轴的突起部以键块的形式咬合在该导槽中。
本发明的轴联动装置的一个特别经济的结构方案中，其特征在于，使轴设置成一体的中空成型件，特别设成轴管。在这样的中空成型件中，例如同样通过冷变形或机械车削加工处理而形成扭转区段，该扭转区段比轴的联轴节更容易扭转。如果在本发明的轴联动装置中轴设有两个分别与轴端部相对应的纵向传动杆，那么上述扭转区段可以像现有技术一样设置在轴的端部区段之间。由于本发明轴联动装置中采用的轴的易扭转特征，因此实现了，为了对实际应用情况下产生的相对运动进行减震和缓冲而采用用于底盘构件的纵向传动杆，该纵向传动杆的构造尺寸相对于通常的轴结构中需要的这种类型的构件尺寸明显减小。
在本发明的轴联动装置中，于纵向传动杆和轴之间的连接区域中，不需要设置诸如箍圈的附加构件、螺栓连接装置或类似装置。本发明已经实现了本发明轴联动装置所需要的构造空间的显著减少。由此得出，本发明的轴联动装置中不需要进行轴或纵向传动杆上的焊接加工，焊接加工能够导致纵向传动杆和轴的衰弱。更确切地说，用于轴和纵向传动杆连接的必要的力通过这两个构件之间相对较大的接触面而进行传递，从而实现适宜的压力操作。所有的这些实现了，使在纵向传动杆的连接区段的区域中的壁厚和轴管的壁厚共同减小。因此采用本发明轴联动装置的结果还特别在于，在纵向传动杆的摆动方向上仅具有一个非常小的空间。这样例如实现了，减少了在各机动车中下方的自由空间，从而许可各种运输车辆的可用装载空间。
实际的检验证明了，在这样的情况下，即，至少轴的联轴节由常用的钢材制成，诸如根据EN-10025标准化的钢种类中的结构钢，而纵向传动杆由铸铁制成、特别由球墨铸铁(具有球状石墨的铸铁，“GJS”)制成，从而确保了在轴管壁厚小于12mm、特别是8mm的条件下轴和纵向传动杆的充分吸收载荷的能力。
如所述那样，当纵向传动杆由铸造金属材料制成时，本发明的轴联动装置还特别实现了成本低廉的制造。那么特别有利地在于，纵向传动杆一体成型。由此，成本低廉的铸造技术的制造特别适用于铸铁材料，其中，在使用球墨铸铁的条件下实现了特别良好的性能结合。
为了支持纵向传动杆的连接区段和轴的联轴节之间的力配合，可以在纵向传动杆和轴的相互对应的表面中的至少一个上设有提高摩擦的结构。这可以如此形成，即，通过提高摩擦的结构对于力配合还附加形成了纵向传动杆和轴之间的形状配合。
在本发明轴联动装置设置的纵向传动杆上可以设置至少一个支架，用以功能部件的连接，该功能部件例如为空气弹簧气囊、缓冲器、制动装置的构件或升降轴装置的构件。
本发明的另一个结构方案实现了轴和纵向传动杆之间的连接强度的意想不到的提高，该结构方案的特征在于，纵向传动杆和轴的由纵向传动杆包围的区段之间的至少力配合连接在新状态下是这样确定的，即，在轴联动装置的使用过程中于轴和纵向传动杆之间形成处于微米范围内的相对运动，通过该相对运动在接缝中形成固有的、持续阻止相对运动的摩擦。在本发明的这个结构方案中，纵向传动杆和轴之间的力配合连接实现了这样的设置，即，由被称为“FrettingCorrosion(摩擦腐蚀)”的微量运动实现了连接的新状态。通过这种腐蚀形式在接缝中形成了机械摩擦和氧化。通过增加的持续消耗总是在接缝中持续产生填充颗粒，从而导致使纵向传动杆和轴之间的连接总是得到加强。
内高压变形处理特别适用于轴的联轴节的扩宽。圆柱形主体的扩宽公知地借助于由流体产生的内高压。例如可以在中空轴上通过内高压变形处理来固定功能部件(参见DE 10 2005 007 143 A1)。
在这样的情况下，即，纵向传动杆采用铸造技术、特别由铸铁一体成型制成，并且本发明的轴联动装置除了纵向传动杆之外还附加设有空气弹簧，该空气弹簧包括折叠气囊和由折叠气囊承载的滚动活塞，该折叠气囊具有滚动折叠装置，该滚动活塞在滚动折叠装置的滚动条件下在升降运动中经过限定的冲程长度而进入到折叠气囊中，并且还可以从折叠气囊中运动出来，其中，滚动活塞在其自由的从折叠气囊突出的正端面上设有插置体，通过该插置体使滚动活塞在正常的行驶操作中支撑在纵向传动杆的支撑臂上，本发明的另一个在实际情况中特别具有优势的结构方案在于，纵向传动杆设有传动臂、用于机动车的轴的接纳部以及支撑臂，该传动臂设有一个用于将纵向传动杆可摆动地设置在机动车框架上的支座，在支撑臂中形成有凹陷部，该凹陷部与滚动活塞的插置体相对应成型，滚动活塞的插置体在纵向传动杆的正常行驶位置上这样设置在凹陷部中，即，该凹陷部将插置体固定设置在横向相对于升降运动方向的方向上，而插置体在折叠气囊的方向上可以自由运动。因此，在本发明轴联动装置的这个结构方案中，不仅在上述情况下对于纵向传动杆功能自身需要的诸如传动臂、支撑臂和轴接纳部的成型件集成一体，而且根据本发明还要使这个接纳部也集成一体，即，通过该接纳部在正常的行驶操作中于空气弹簧的滚动活塞和纵向传动杆之间形成形状配合连接。由此该连接这样设置，即，当纵向传动杆在各个机动车轴完全卸载的情况下通过滚动活塞最大下沉位置而摆动出来时，滚动活塞自动与纵向传动杆分离。通过这种方式能够在最少的构件数量和相应最少的制造成本的条件下利用DE 42 03 372C 1公开的空气弹簧和纵向传动杆连接的基本原理的优点，而并没有由此限定空气弹簧的可用空间，或者也不需要附加构件，诸如在纵向传动杆的支撑臂上附加用于固定的定位销或类似部件。
附图说明
接下来，根据示出实施例的附图对本发明进行详细说明。图中示意性分别示出了：
图1为轴联动装置的立体图；
图2为轴联动装置在水平纵向截面上的局部示意图；
图3为图2的未切开的局部俯视图；
图4a-4c为图1至3中示出的轴联动装置的制造过程中完整的加工步骤的示意图；
图5为用于牵引载重车的载拖式挂车的轴联动装置的立体图；
图6为轴联动装置在垂直纵向截面上的局部示意图；
图7为设置在轴联动装置上的纵向传动杆在水平纵向截面上的示意图；
图8a-8d为轴联动装置在制造的不同步骤中与图5相对应的局部截面图。
附图标记说明
1            轴联动装置
2            轴
4            轴2的联轴节
5            中空成型件
6            轴2的导槽变形部
6a           轴2的扭转区段
8            纵向传动杆
9            纵向传动杆8的连接区段
9a           纵向传动杆8的接纳部
10           纵向传动杆8的传动臂
11           纵向传动杆8的衬套
12           纵向传动杆8的支架
13           纵向传动杆8的支撑盘
14           螺纹环
15           轴末端
16           空气弹簧气囊
17           纵向传动杆8的制动底板
18           接纳部9a的内表面
19           制动底板17的开孔
20           扩宽杆
21           联轴节4的区段
22           密封件
101          轴联动装置
102          轴
103、104     纵向传动杆
105、106     端部区段
107          扭转区段
108、109     导槽
110          联轴节
112          接纳部
114、115     轴末端
116          轴颈销
117          制动底板
118          连接区段
119          传动臂
120          轴承孔
121          支架
122          轴承孔
123          支撑臂
124          支架
125          凹陷部
126          变形工具
127          柱塞
128          突起部
129          内高压变形的装置
130          成型材料
131          接缝
S            摆动轴
mA           最大扩宽程度
PF           流体压力
bA           残余扩宽程度
L            纵轴
具体实施方式
图1至图3所示的轴联动装置1和图5至图8d所示的轴联动装置101分别是在此未示出的载拖式挂车的非驱动轴的一部分，该载拖式挂车用于同样未示出的牵引载重车。
轴联动装置1在此包括形成为轴成型件的轴2，该轴可以设成管状结构。在轴2的端部上分别各设有一个纵向传动杆8。
轴2由一中空的钢板型材制成，并且终止于两个设在端侧上的联轴节4，其中一个联轴节在图2中示出。位于端侧的联轴节4具有形成为中空成型件(Hohlprofil)5的结构，该中空成型件朝向其自由端敞开。
轴2从机动车一侧到达另一侧，该轴在其中间区域上与联轴节4不同地具有大致呈正方形的横截面并且还设有压入的导槽变形部6，从而形成一个扭转区段6a，在该扭转区段上的各处扭转阻力矩小于于轴2的联轴节4上的扭转阻力矩。因此，轴2的成型结构实现了端侧连接的部件的旋转弹力(Drehfederung)，该旋转弹力是基于轴2的扭转而产生的。
轴2在其呈圆柱形的位于端侧的联轴节4上各设有一个纵向传动杆8，在图2和图3中示出了其中一个纵向传动杆。由图2的截面图可知，该纵向传动杆8包括连接区段9，该连接区段设成护套的形式并包围住接纳部9a，该连接区段还具有传动臂10，该传动臂固定在连接区段上并沿径向方向凸伸出来。
具有已经说明的和尚待说明的成型件的纵向传动杆8作为一体成型的铸件采用球墨铸铁工艺制成，其中，作为铸造材料优选采用GJS 600。在允许的范围内还可以采用其它的铸钢或铸铁种类。
传动臂10在其自由端以一个衬套11终止，该衬套借由一个横轴可做旋转运动地固定在一个支撑架(未示出)中。两个设有钻孔的支架12用于固定缓冲器(未示出)。此外，在纵向传动杆8上还设有支撑盘13，该支撑盘用于支撑空气弹簧气囊16。而且，制动底板17与该铸件一体成型制成。该制动底板17包括开孔19，该开孔用于接纳浮动支座盘式制动器的滑动部件(未示出)。
此外，经由一螺纹环14还使纵向传动杆8连接一个单独预先制成的轴末端15，以常用的方式借由一个轴承结构能够使车轮(未示出)可旋转地装配在该轴末端上。
连接区段9设有接纳部，该接纳部具有内表面18，该内表面构成圆柱表面。轴2的分别配置在端侧的联轴节4分别抗扭地插入在接纳部9a中。因此，作为连接工艺采用受压力限制的内高压连接。
图4a-4c示出了内高压连接的三个基本阶段(初始状态、连接过程、终止状态)。
纵向传动杆8的接纳部9a的内径在未产生变形的状态下略大于轴2的分配设置在端侧的联轴节4的外径。接纳部9a的较大的内径和联轴节4的较小的外径之间的差F称为“接缝(Fügespiel)”。首先，联轴节4还能够具有其它诸如圆柱形表面的形状，其中，当然必须实现可靠地设置，从而在扩展的过程中提供一个圆柱形的主体。
通过一个诸如在内高压连接工艺中公知的扩宽杆(Aufweitlanze)20，使联轴节4的一段确定的区段21产生变形。在该区段21中，扩展杆20设有两个密封件22，这两个密封件构成一个密封区域。在该密封区域中于高压(1000至2000bar)条件下压入液压流体。由此，在连接过程(图4b)中轴2的各联轴节4产生变形，并且将联轴节压向连接区段9的接纳部9a内部周边，该连接区段因此同样产生变形和扩宽。
因此，前提是，使分别构成纵向传动杆8的连接区段9以及轴2的材料具有确定的回弹势能。一旦压力流体排出，也就是说，压力释放，连接区段9由于其保留的伸缩性而直径减小，这是因为在由弹性极限σE提供的临界值的范围内连接区段的延展性能得以保持。因此，连接区段9压在轴2的联轴节4的材料上。在此，从最大扩宽到残余扩宽(图4b-图4c)的过程实现了一个很小的形状恢复。由此，联轴节4保持固定与纵向传动杆的连接区段9的内侧的连接，并且形成了抗扭连接。附加地，接纳部9a的内侧还伴随具有升高的结构或还形成这样的结构，即，连接区段的内表面18形成一个圆柱形表面并且具有留空部，联轴节4的材料在扩宽之后局部紧贴到该留空部中，并且为防止旋转而可靠地提供了形状配合的保护。
在图4a-4c中，用“mA”表示最大扩宽程度，用“PF”表示流体压力，以及用“bA”表示在前述内高压变形之后的残余扩宽程度。
在图5至图7中示出了本发明轴联动装置101的一个可替换的实施例。轴联动装置101也包括轴102和两个纵向传动杆103、104。
轴102由壁厚为8mm的管型材制成，该管型材初始为圆柱形、由诸如S355钢的钢材制成。该轴具有位于中间的、设置在轴端部区段105、106之间的扭转区段107，该扭转区段的长度大约是轴102总长度的一半。为了制造扭转区段107，首先使管型材在此处未示出的压力作用下这样产生变形，即，使管型材在扭转区段的区域中具有直角的、接近正方形的横截面，而在端部区段上则保持未变形的圆柱形。接下来，在扭转区段107的两个相对设置的纵向壁上各压入一个导槽108、109。在此，导槽108、109的深度分别这样选择，即，由于导槽108、109而形成的薄板区段狭窄相邻地、彼此轴向平行于扭转区段107的纵轴L延伸。以这样的方式，轴102在其扭转区段107上的扭转阻力矩小于在其端部区段105、106上的扭转阻力矩。轴102能够以这样的方式在纵向传动杆之间形成扭杆弹簧。
在轴102的端部区段105、106上分别设有一个圆柱形的联轴节110，通过该联轴节使轴102这样设在分别对应设置的纵向传动杆103、104的接纳部112中，即，使各个端部区段105、106以各自的正端面在侧面自由地经过对应设置的纵向传动杆103、104而穿出来。在端部区段105、106的正端面上分别焊接一个轴末端114、115，各个轴末端分别具有一个用于定位车轮(未示出)的轴颈销116和一个制动底板117，在该制动底板上可以固定一个未示出的制动器。
纵向传动杆103、104彼此呈镜面对称地、作为一体成型的铸件由球墨铸铁材料(具有球状石墨的铸铁，GJS)制成。
制成轴102的钢材和铸造成纵向传动杆103、104的铸铁材料在此是这样相互确定的，即，使铸造成纵向传动杆103、104的铸造材料的弹性模量EL小于制成具有分别被包围的联轴节110的轴102的钢的弹性模量EA，(即，EL＜EA)，可替换或可补充地，纵向传动杆103、104的铸造材料的断裂强度RmL大于制成轴102的钢的断裂强度RmA(即，RmL＞RmA)，以及同样可替换或可补充地，纵向传动杆103、104的铸铁材料的屈服极限ReS_L高于制成轴102的钢的屈服极限ReS_A(即，ReS_L＞ReS_A)。
纵向传动杆各自的接纳部112作为贯穿孔是这样成型在各个纵向传动杆103、104的护套形式的连接区段118中的，即，使接纳部完全由各自的连接区段118的材料所包围。
在未变形的状态下，轴102的联轴节110的外径小于与其相对应的接纳部112的内径。
在纵向传动杆103、104的连接区段118上分别连接一个横向相对于各个接纳部112的纵轴而延伸的传动臂119，在传动臂的自由端部区段中设有轴承孔120。通过传动臂的轴承孔120，使纵向传动杆103、104在未示出的轴承结构中分别围绕一摆动轴S可旋转地设置在此处同样未示出的载拖式挂车的一个纵梁上，该摆动轴轴向平行于轴102设置。
在一个用于连接区段118的过渡区域上，在传动臂119上附加地设有支架121，在该支架中形成有轴承孔122，该轴承孔用于传动连接在此未示出的缓冲器。
与传动臂119相反地，在连接区段118上设有一支撑臂123，该支撑臂同样横向相对于各个接纳部112的纵轴设置。支撑臂123在其自由端上设有支架124，该支架用于支撑未示出的空气弹簧的气囊。
在纵向传动杆103、104的各个接纳部112的内表面上分别设有一个纵向的导槽形式的凹陷部125，该凹陷部轴向平行于接纳部112的纵轴设置。在此，该凹陷部125相对于各个纵向传动杆103、104的传动臂119、支撑臂123和连接区段118是这样设置的，即，使实际过程中典型产生的弯曲应力的中线延伸穿过该凹陷部。
为了制造该轴联动装置101，首先将端部区段105插入到第一纵向传动杆103的接纳部112中，直到该轴联动装置的联轴节110以一定缝隙设置在接纳部112中为止(图8a)。
接下来，从该联轴节敞开的正端面上将一个变形工具126导入到由端部区段105围绕的腔体中。该变形工具126具有一个柱塞127，该柱塞可以通过液压驱动装置在径向方向上进行调整，在处于工作位置的变形工具126上，该柱塞与纵向传动杆103的凹陷部125相对设置(图8b)。
变形工具126定位之后，那么柱塞127在径向方向上借助于较高的压力向端部区域105的内表面运动。由此，位于受到撞击的区域中的联轴节110的钢材流到凹陷部125中，直到持续使凹陷部完全填充为止(图8c)。
以这种方式，在轴的联轴节110上形成突起部128，该突起部形状配合地成型在纵向传动杆103的连接区段118的对应成型的凹陷部125中。由此实现的轴102和纵向传动杆103之间的形状配合连接用于对这样情况的保护，即，使两个部件在接下来形成的力配合连接不应该受到实际操作中所产生的载荷。
在形成突起部128之后，变形工具126从端部区段105中抽出，并且在该端部区段105中插入用于内高压变形的装置129。该装置129以公知的方式设有一个圆柱形的壳体，该壳体具有径向设置的、用于压力流体的出口，围绕该壳体设有套环，该套环由具有弹性的密封材料制成。在压力冲击下，该套环紧贴在联轴节110的内表面上，并且这样安全地设置，即，使通过高压形成的压力流体不会到达外界环境中。为了避免套环的损坏，还可以使在突起部128的区域中同样位于联轴节110的内表面上的凹陷部用不可压缩的成型材料130来填充。
通过由装置129产生的压力冲击，使联轴节110在径向方向上扩宽，直到使联轴节的外表面密封地贴靠在接纳部112的内表面为止。由此，在连接状态下(图8a)位于接纳部112内表面和联轴节110外表面之间的缝隙S是这样测定的，即，使联轴节110中实现到达接纳部112内表面的应力至少位于制成轴102的钢材料的屈服极限ReS范围内。与其相应地，轴102的联轴节110至少处于其塑性变形的开始状态下。
在继续的压力冲击的情况下，那么还使纵向传动杆103的完全围绕联轴节110的连接区段118也扩宽。
上述过程持续进行，直到于连接区段118中应力释放之后，该应力虽然在制成纵向传动杆103的铸造材料的延伸强度RP0.2的范围内，但是该应力仍这样大，即，相应地使仅发生弹性变形的连接区段118在塑性变形的联轴节110上于卸载之后产生一压力，这个压力足以确保在纵向传动杆103和轴102之间形成持续的、防止旋转的、力配合连接(图8d)。
将装置129从端部区段105中取出之后，轴末端114就能够焊接到端部区段105的正端面上。
在上述扩宽过程中形成的力配合连接是这样确定的，即，在新状态下，能够在纵向传动杆103和轴102之间具有微米范围内的相对运动。这样就导致了在接缝131中产生摩擦和氧化产物，这些摩擦和氧化产物随着进一步的持续消耗越来越强地填充接缝131。以这样的方式逐渐地加固了纵向传动杆103和轴102之间的力配合连接。接下来，以相应的方式使第二纵向传动杆104与轴102连接。

Claims (14)

1.一种用于商用车辆的轴联动装置，所述轴联动装置包括由第一金属材料制成的轴(2；102)以及至少一个由第二金属材料制成的纵向传动杆(8；103、104)，所述纵向传动杆设有连接区段(9；118)，所述连接区段设有接纳部(9a；112)，所述轴(2；102)通过中空的联轴节(4；110)这样设置在所述接纳部中，即，使所述轴(2；102)和所述纵向传动杆(8；103、104)抗扭地相互连接，其特征在于，
-所述轴联动装置至少符合以下条件之一：
a)用于构成所述纵向传动杆(8；103、104)的连接区段(9；118)的金属材料的弹性模量EL小于所述轴(2；102)的由所述纵向传动杆包围的联轴节(4；110)的金属材料的弹性模量EA；
b)所述纵向传动杆(8；103、104)的金属材料的连接区段(9；118)的断裂强度Rm大于所述轴的联轴节(4；110)的金属材料的断裂强度Rm；
c)用于构成所述纵向传动杆(8；103、104)的连接区段(9；118)的金属材料的屈服极限ReS或在该金属材料不具有显著的屈服极限情况下的金属材料的延伸强度RP0.2高于所述轴(2；102)的由所述纵向传动杆包围的联轴节(4；110)的金属材料的屈服极限ReS或延伸强度RP0.2；以及
-按照变形操作顺序，所述纵向传动杆(8；103、104)至少在其连接区段(9；118)的区域中处于弹性应力范围内，而所述轴(2；102)则通过扩宽至少在所述轴的由所述纵向传动杆(8；103、104)包围的联轴节(4；110)的区域中产生残余塑性变形，从而使所述纵向传动杆(8；103、104)和所述轴(2；102)通过力配合而抗扭地相互连接。
2.根据权利要求1所述的轴联动装置，其特征在于，所述纵向传动杆(8；103、104)对于力配合连接还附加地与所述轴(2；102)的联轴节(4；110)形成形状配合连接，其中，所述轴(2；102)的成型件(128)形状配合地与所述纵向传动杆(8；103、104)的对应成型的成型件(125)共同作用。
3.根据权利要求2所述的轴联动装置，其特征在于，所述轴(2；102)的成型件为突起部(128)，所述突起部通过冷变形产生并且在径向方向上向外突起设置，所述纵向传动杆(8；103、104)的对应成型的成型件为凹陷部(125)，所述轴(2；102)的突起部形状配合地咬合在所述凹陷部中。
4.根据权利要求3所述的轴联动装置，其特征在于，所述凹陷部(125)成型在所述纵向传动杆(8；103、104)的连接区段(9；118)的内周围表面上。
5.根据前述任意一项权利要求所述的轴联动装置，其特征在于，所述轴(2；102)设置成一体的中空成型件。
6.根据权利要求5所述的轴联动装置，其特征在于，所述轴(2；102)设有相对于轴的联轴节(4；110)易扭转的扭转区段(6a；107)。
7.根据权利要求6所述的轴联动装置，其特征在于，所述轴联动装置设有两个纵向传动杆(8；103、104)，所述纵向传动杆分别包围住所述轴(2；102)的各一个端部区段，并且所述扭转区段(6a；107)设置在所述端部区段(105、106)之间。
8.根据前述任意一项权利要求所述的轴联动装置，其特征在于，所述纵向传动杆(8；103、104)一体成型制成。
9.根据前述任意一项权利要求所述的轴联动装置，其特征在于，所述纵向传动杆(8；103、104)由铸铁材料、特别是由球墨铸铁材料制成。
10.根据前述任意一项权利要求所述的轴联动装置，其特征在于，所述纵向传动杆(8；103、104)和所述轴(2；102)的由所述纵向传动杆包围的区段之间的至少力配合连接在新状态下是这样确定的，即，在所述轴联动装置(1；101)的使用过程中于所述轴(2；102)和所述纵向传动杆(8；103、104)之间形成处于微米范围内的相对运动，通过所述相对运动在接缝(131)中形成固有的、持续阻止相对运动的摩擦。
11.一种用于制造根据权利要求1至11中任意一项构成的轴联动装置(1；101)的方法，所述方法包括以下步骤：
a)采用一轴(2；102)，所述轴具有至少一个中空的且从外部可进入的联轴节(4；110)；
b)采用纵向传动杆(8；103、104)，所述纵向传动杆设有用于所述轴(2；102)的联轴节(4；110)的接纳部(9a；112)，
-其中，所述接纳部(9a；112)的净宽相对于所述轴(2；102)的联轴节(4；110)的外部尺寸是这样确定的，即，使所述轴(2；102)的联轴节(4；110)以一定缝隙插入到所述接纳部(9a；112)中，并且还至少符合以下条件之一：
b.a)用于构成所述纵向传动杆(8；103、104)的连接区段(9；118)的金属材料的弹性模量EL小于所述轴(2；102)的由所述纵向传动杆包围的联轴节(4；110)的金属材料的弹性模量EA；
b.b)所述纵向传动杆(8；103、104)的金属材料的连接区段(9；118)的断裂强度Rm大于所述轴的联轴节(4；110)的金属材料的断裂强度Rm；
b.c)用于构成所述纵向传动杆(8；103、104)的连接区段(9；118)的金属材料的屈服极限ReS或在该金属材料不具有显著的屈服极限情况下的延伸强度RP0.2高于所述轴(2；102)的由所述纵向传动杆包围的联轴节(4；110)的金属材料的屈服极限ReS或延伸强度RP0.2；
c)使所述纵向传动杆(8；103、104)和所述轴(2；102)连接，从而使所述轴(2；102)的联轴节(4；110)设置在所述纵向传动杆(8；103、104)的接纳部中；
d)使所述轴(2；102)的联轴节(4；110)扩宽，直到使所述纵向传动杆(8；103、104)的接纳部的内表面和所述轴(2；102)的联轴节(4；110)的外表面之间的接缝闭合为止；
e)由此使扩宽接下来进一步这样继续，直到在卸载之后，使所述纵向传动杆(8；103、104)的连接区段(9；118)发生弹性变形，而所述轴(2；102)的联轴节(4；110)发生残余塑性变形，从而使所述连接区段(9；118)处于弹性应力范围内，通过该弹性应力产生所述纵向传动杆(8；103、104)和所述轴(2；102)之间的力配合连接。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在所述纵向传动杆(8；103、104)的接纳部(9a；112)的内表面中形成有凹陷部(125)，并且在连接，即操作步骤c以后，于所述轴(2；102)的联轴节(4；110)上形成有突起部(128)，所述突起部咬合在所述凹陷部(125)中。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在扩宽所述轴(2；102)的联轴节(4；110)，即操作步骤d之前形成所述突起部(128)。
14.根据权利要求11至13中任意一项所述的方法，其特征在于，所述轴(2；102)的联轴节(4；110)的扩宽通过内高压方法来实现。
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