CN102131615B - 车轴 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车轴(1)，包括：在中间元件(10)的两个端部的每一个都具有轴颈(30)的中间元件(10)，该中间元件和各个轴颈具有材料厚度大体上相同的相互接触的表面(12，32)，每个轴颈通过由激光焊接形成的焊缝(50)连接至中间元件的各个端部，并且各个轴颈的接触表面和中间元件的接触表面中的至少一个具有至少一个倒角(18，38，20，40)。本发明还涉及一种汽车。

Description

车轴

技术领域

本发明涉及如权利要求1所述前序部分所述的车轴。本发明还涉及如权利要求9所述的汽车。

背景技术

汽车后轴的制造必须使轴颈焊接到后轴中间元件的每一侧上。通过这种焊接连接在一起产生的问题在于传统的焊接技术的精度不令人满意，也就是说在各个轴颈已经焊接到后轴的中间元件上之后还需要对焊接进行处理。所述焊接中用的激光可以产生很好精度的焊接，这就不需要进行后续处理。

SE 522 485描述了用于制造车辆钢车轴的方法，该方法涉及将充分处理的轴颈使用激光焊接到中间刚性车轴元件的各个轴的端部，其中车轴元件和各个轴颈的相互面向的轴向端面具有大体上相同的材料厚度，并且在固定位置处相对于两个轴颈的同心度和平行度以预定的测量公差彼此压靠。压靠表面的局部部分在以类似方式围绕着该局部部分的预定第一区域内预热。各个局部部分在轴颈和中间车轴元件的旋转期间进行焊接，这样，各个焊缝就具有位于第一区域中的外部宽度。在电功率超过10kW并且激光束在材料外表面内以0和4毫米之间聚焦的情况下执行激光焊接，这样，大于2cm/s的焊接速度就能够产生完全能够渗透轴颈各种材料的焊缝。

上面所提到的这类激光焊接技术的问题在于往往在激光焊接内部上出现水滴状形成物，如图10所示以及下面更详细的描述。车轴元件和凸出的焊缝之间的结果是会产生高应力集中的锐边，这会增大轴颈分离的风险。

发明目的

本发明的一个目的是提出具有中间轴元件的车轴，藉此轴颈通过激光焊接经由能满足高强度要求的接缝连接到中间轴元件的各个轴端。

发明内容

通过下面展示的说明而指出的这些和其它目的通过上面的车轴和汽车来实现，同时，车轴和汽车还显示了附加的各个独立权利要求1和9的特征部分所指出的特征。车轴的优选实施例界定在附加的从属权利要求2-8中。

依照本发明，本发明的目的通过如下的车轴实现，该车轴包括：中间元件，在中间元件的两个端部的每一个都具有轴颈，该中间元件和各个轴颈具有材料厚度大体上相同的相互接触的表面，每个轴颈和中间元件的各个端部具有沿圆周方向向内部延伸的壳表面和向外部延伸的壳表面，并且每个轴颈通过由激光焊接形成的焊缝连接至中间元件的各个端部，其中，一个倒角至少位于各个轴颈和/或中间元件的各个端部的内部表面和接触表面之间的过渡处。

对接触表面进行倒角会分别在通过激光焊接形成的焊缝和中间元件以及轴颈之间形成更平滑的过渡，因为倒角减少了激光焊接期间在焊缝上形成滴状物。结果是获得了更小的切口以及得到降低的应力集中并且因此获得了更好的车轴强度。因为激光焊接期间在焊缝上形成滴状物的问题在内表面上最大，所以内表面和接触表面之间的所述过渡处的倒角很好地减少了所述滴状形成物，即，分别在焊缝内表面和中间元件及轴颈的内表面之间产生更平滑的过渡，并且产生更小的切口以及降低的应力集中并且由此获得更好的车轴强度。外侧上的倒角也具有很好的效果。

依照车轴的一个实施例，轴颈和中间元件的相互面向的接触表面分别形成沿圆周方向向内部延伸的凹槽。在具有上面提到的优点之外，这还简化了激光焊接过程并且可以分别获得焊缝内表面与中间元件的内部表面和轴颈之间更平滑的过渡。

依照车轴的一个实施例，轴颈和中间元件的相互面向的接触表面分别形成沿圆周方向向外部延伸的凹槽。在具有上面提到的优点之外，这还简化了激光焊接过程并且可以分别获得焊缝外表面与中间元件外表面和轴颈之间更平滑的过渡。

依照车轴的一个实施例，至少所述内部凹槽是V形并且由此通过相互相对的倒角沿径向向内扩宽。在具有上面提到的优点之外，这还为减少焊缝上的滴状形成物提供了很有效的方式，并且因此实现了更平滑的过渡。

依照车轴的一个实施例，每个轴颈具有内部部分，该内部部分具有减少的材料厚度，且该材料厚度的减少始于距离倒角变为轴颈内表面的地方一段距离处。当车轴上有载荷时，材料厚度的减少就引导力分别经过轴颈和轴梁，从而焊缝内表面处的任何裂纹切口就不会带来车轴强度的任何降低。

依照车轴的一个实施例，每个轴颈具有带内部部分，该内部部分具有减少的材料厚度，且该减少的材料厚度从倒角变为轴颈内表面的地方布置成直接过渡，构成沿圆周方向向内部延伸的凸轮。当车轴上有载荷时，材料厚度的减少就引导力分别经过轴颈和轴梁，从而焊缝内表面处的任何裂纹切口就不会显示车轴强度的任何降低。倒角变为轴颈内表面这一点还减少了焊缝上的加载应力。

依照车轴的一个实施例，具有减少的材料厚度的部分采取了从凸轮到较小材料的略微呈弓形过渡的形式。这不仅优化了经过轴颈到倒角的力，还优化了经过过渡段到倒角的力，由此还减少了焊缝上的加载应力。

附图说明

参照下面连通附图的详细说明将会更好地理解本发明，在附图中，多个视图中相同的参考符号表示相似的项目，并且在其中：

图1显示了依照本发明的具有中间元件并且具有焊接到中间元件的各个端部的轴颈的车轴的示意透视图；

图2显示了依照图1的具有焊接到中间元件上的轴颈的车轴细节的示意透视图；

图3显示了依照图1的轴颈被剖开的示意透视图；

图4显示了图3中剖开的轴颈细节的示意透视图；

图5显示了依照本发明的第一实施例设置成彼此紧靠进行连接的车轴的中间元件和轴颈的局部放大示意剖面图；

图6显示了依照本发明的第一实施例和图5的轴颈和中间元件的焊缝和邻近部分的示意放大剖面图；

图7显示了依照本发明的第二实施例设置成彼此紧靠进行连接的车轴的中间元件和轴颈的局部放大示意剖面图；

图8显示了依照本发明的第二实施例和图7的轴颈和中间元件的焊缝和邻近部分的示意放大剖面图；

图9显示了依照本发明的一个实施例在激光焊接过程之后的轴颈和中间元件的焊缝和邻近部分的示意放大剖面图；

图10显示了依照现有技术在激光焊接过程之后的轴颈和中间元件的焊缝和邻近部分的剖面图；和

图11示意地显示了具有依照本发明的车轴的汽车。

具体实施方式

图1显示了依照本发明的车轴1的示意透视图。

车轴1包括中间轴元件10或中间元件10和可连接至中间元件10的各个端部的轴颈30。

在此进行示例的即是通常在重型车辆例如卡车上出现的后轴梁10的所述中间元件10。轴颈30在此具有环形剖面。

制动托架2设置在后轴梁10上支撑紧固到车轴1上的制动设备(未显示)。

轴梁10使用适于抵抗载荷并且适于通过激光焊接连接到轴颈上的材料以传统的方式形成。轴梁10优选由材料厚度依照一个在7到15毫米之间的变化的重型钢板制成。轴梁10采取中空元件的形式，适于包括轴承支座和接触表面，从而能够容纳在此未显示出的驱动轴并且在中心空间5中容纳驱动功率传动齿轮即所谓的中心齿轮。

轴颈30使用适于抵抗载荷并且适于通过激光焊接连接到轴梁10上的钢铁材料以传统的方式形成。

图2显示了依照图1的车轴1的细节的示意透视图，其中显示了中间元件10即轴梁10和连接至中间元件10的端部部分的轴颈30的一部分。轴颈30通过图6和8中更详细地示出的焊缝50连接至轴梁。

图3显示了依照图1的车轴1的细节的示意透视图，其中显示了中间元件10和连接至中间元件10的端部部分的轴颈30的一部分，其中轴颈被剖开。

中间元件10在它的每个端部具有端面12，在此仅仅显示了其中一个端面。依照一个实施例的端面12为环状，并且依照优选的变体它是圆形并且围绕着基本上垂直于端面的轴线X。中间元件由此具有内表面和外表面。

车轴1的每个轴颈30具有相应的用于紧靠中间元件10的端面12的端面32。依照一个实施例，轴颈的端面32为环状，依照优选实施例为圆形并且围绕着基本上垂直于端面的轴线X，以便各个端面12、32彼此配合。每个轴颈30由此具有内表面34和外表面36。中间元件10的各个端面12和各个轴颈30的端面32由此构成接触表面12、32。中间元件的各个端面/接触表面12和各个轴颈的端面/接触表面32在垂直于轴线X的平面上加工到预定的表面粗糙度。

图4显示了图4中具有端面32的剖开的轴颈30的细节的示意透视图。

依照本发明，从轴颈30的内表面34到后者的端面32的过渡段设置有材料厚度减少部38，优选为形成倒角38的倒角形状配置。材料厚度减少部38在端面32处最大，从所述端面32开始沿着轴颈30的内表面34逐渐减少一段距离a。依照这个变体，轴颈30的内径从端面开始减少到远离端面一段距离a处，即直至材料厚度的倒角状减少部变为内表面34。材料厚度38的倒角状减少部或倒角38在图5和图7中更清楚地显示出。

依照一个变体，从轴颈30的外表面36到后者的端面30的过渡段设置有材料厚度减少部40，该材料厚度减少部40优选为形成倒角40的倒角形状的配置。材料厚度减少部40在端面处最大，并且从所述端面32开始沿着轴颈30的外表面36逐渐减少一段距离。依照这个变体，轴颈30的外径从端面32增大远离端面30一段距离直至材料厚度的倒角状减少部变为外表面36的地方。材料厚度40的倒角状减少部在图5和图7中更清楚地显示出。

参见图3，从中间元件10的内表面14到后者的端面12的依照本发明的过渡段设置有材料厚度减少部，该减少部优选为形成倒角的倒角形状的配置(参见图5和图7)。

依照一个变体，从中间元件10的外表面到后者的端面12的过渡段设置有材料厚度减少部，该材料厚度减少部优选为倒角状的配置(参见图5和7)。

依照一个实施例，轴颈30的端部的内表面34设置有一个材料厚度减少部，其中内表面34通过焊接紧固到中间车轴元件10即中间元件10的端部上，且该材料厚度减少部始于距离倒角变为轴颈内表面的地方一段距离处，靠近材料厚度中倒角状减少部并且远离端面32延伸。由此轴颈具有其材料厚度自距离倒角一定距离处开始减少的内部部分。材料厚度减少呈现传统的方式，即从材料厚度较厚的地方至材料厚度较小的地方呈轻微的弓形过渡。当车轴上有载荷时，材料厚度的减少就引导力经过轴颈，从而焊缝内表面处的任何裂纹切口就不会导致车轴强度的任何降低。

依照变体，材料厚度减少部位于距离材料厚度的倒角状减少部终止的位置一定距离处(见图5)。依照另一个变体，材料厚度减少部采取了从材料厚度的倒角状减少部终止的位置处的直接过渡的形式(见图7)。

图5显示了依照本发明的第一实施例I的车轴中间元件10和车轴之一的轴颈30的端部部分的一部分的示意放大剖面图，其中，设置为它们的各个端面/接触表面12、32彼此紧靠从而通过激光焊接进行连接。

轴颈30的端面32为环状，优选为圆形，围绕着基本上垂直于端面的中心轴线X，并且轴颈30具有内表面34和外表面36。中间元件10的相应端面12也为环状，优选为圆形，围绕着基本上垂直于端面的中心轴线X，并且中间元件10具有内表面14和外表面16。

依照本发明，从轴颈30的内表面34到后者的环状端面32的过渡段设置有优选为形成圆周倒角38的倒角状的配置的材料厚度减少部38。材料厚度减少部38在端面32处最大，从所述端面32开始沿着车轴的内表面34逐渐减少一段距离a。根据这个变体，轴颈30的内径从端面32减少远离端面30一段距离直至材料厚度的倒角状减少部38变为轴颈30的内表面34的地方。倒角38具有从内表面34沿径向向外延伸深度b。深度优选为材料厚度的5-15％，优选为轴颈材料厚度的10-12％。

相应地，从中间元件10的内表面14到后者的环状端面12的过渡段设置有优选为形成圆周倒角18的倒角状的配置的材料厚度减少部18。材料厚度减少部18在端面12处最大，并且从所述端面12开始沿着中间元件10的内表面14逐渐减少一段距离c。依照这个变体，中间元件10的内径从端面12开始减少远离端面12的一段距离直至材料厚度18中的倒角状减少变为中间元件10的内表面14的地方。倒角18具有从内表面14沿径向向外延伸深度d。该深度优选为材料厚度的5-15％，优选为端部中间元件10的材料厚度的10-12％。

轴颈30的内表面34和后者的端面32之间过渡的倒角38与中间元件10的内表面14到后者的端面12之间的倒角18具有基本上相同的斜率和径向深度，因此各个倒角18、38具有基本上相同的表面尺寸。轴颈30和中间元件10的互相面对的接触表面32、12分别形成沿圆周方向向内部延伸的凹槽。各个倒角18、38具有优选相对于它们的内表面14、34和接触表面12、32为45度的斜率。依照图5，轴颈30的端面压靠着中间元件10的端面12，这样就形成了沿径向向内变宽的大体上成V形的圆周凹部或者是大体上成V形的圆周凹槽。

从轴颈30的外表面36到后者的环状端面32的过渡段设置有优选为形成圆周倒角40的倒角状配置的材料厚度减少部部40。材料厚度减少部40在端面处最大，并且从所述端面32开始沿着轴颈30的外表面36逐渐减少一段距离e。依照这个变体，轴颈30的外径从端面32开始增大到远离端面32一段距离直至材料厚度的倒角状减少部40即倒角40变为轴颈30的外表面36。倒角40具有从外表面36沿径向向内延伸深度f。深度优选为材料厚度的5-15％，优选为轴颈材料厚度的10-12％。

相应地，从中间元件10的外表面16到后者的环状端面12的过渡段设置有优选为形成圆周倒角20的倒角状配置的材料厚度减少部20。材料厚度减少部20在端面12处最大，并且从所述端面12开始沿着中间元件10的外表面16逐渐减少一段距离g。依照这个变体，中间元件10的外径从端面12开始增大到远离端面12的一段距离g直至材料厚度20中的倒角状减少部变为中间元件10的外表面16。倒角20具有从外表面16沿径向向内延伸深度h。深度优选为材料厚度的5-15％，优选为中间元件材料厚度的10-12％。

轴颈30的外表面36和后者的端面32之间过渡的倒角40与中间元件10的内表面16到后者的端面12之间的倒角20具有基本上相同的斜率和径向深度，因此各个倒角20、40具有基本上相同的表面尺寸。轴颈30和中间元件10的互相面对的接触表面32、12分别形成沿圆周方向向外部延伸的凹槽。各个倒角20、40具有优选相对于它们的内表面16、36和接触表面12、32为45度的斜率。依照图5的轴颈30的端面压靠着中间元件10的端面12，这样就形成了沿径向向外变宽的大体上成V形的圆周凹部或者是大体上成V形的圆周凹槽。

轴颈30的端部的内表面34设置有材料厚度减少部，其中轴颈30的端部通过焊接紧固到中间车轴元件10即中间元件10的端部上，且该材料厚度减少部始于材料厚度38中的倒角状减少部变为远离端面32的内表面34的地方一段距离i处。轴颈30由此具有内部部分，该内部部分具有减少的材料厚度，且该减少的材料厚度始于距离倒角38变为轴颈30的内表面34的地方一段距离i处。具有从倒角38的过渡到至弓形材料厚度减少的过渡的轴向拓宽i的内表面34构成内部圆周坪42。材料厚度减少部采取了在轴颈材料的内表面34上从较大向较小材料厚度的略微成弓形的过渡或者大体上为半圆形凹部的形式。

图6显示了通过激光焊接形成的焊缝50的放大示意剖面图，该焊缝50用于分别连接图5中的依照第一实施例I的中间元件10和轴颈30的接触表面12、32。

焊缝50通过激光焊接由传统的方式例如依照SE 522485 C2中描述的过程形成。

焊缝50具有在轴颈30的内表面34和中间元件10的内表面14之间构成过渡的内表面52，以及在轴颈30的外表面36和中间元件10的外表面16之间构成过渡的外表面54。

通过依照图5使轴颈30的端面32压靠着中间元件10的端面12形成的内部V形凹部18、38，从而在通过激光焊接形成的焊缝50的内表面52与中间元件10与轴颈30的内表面14、34之间分别形成更平滑的过渡。这是因为现有技术(参见图10)中得来的水滴形状通过依照图5的V形凹部18、38得到消弱了。结果是获得了更小的切口以及得到降低的应力集中并且因此获得了更好的车轴强度。另一个结果是焊缝50的外表面54与中间元件10和轴颈30的外表面16、36之间分别形成更平滑的过渡，这又进一步减小切口并且降低应力集中。车轴1和焊缝50位于其中，由此能够应对严峻的操作情况的载荷，例如大约15吨的重型卡车。

当车轴1上有载荷时，自距离倒角38变为轴颈30的内表面34的部位一段距离开始的材料厚度的弓形减少部就引导力经过轴颈30，从而焊缝内表面处的任何裂纹切口就不会导致车轴强度的任何降低。

图7显示了依照本发明的第二实施例II的车轴中间元件10和车轴之一的轴颈30的端部部分的一部分的示意放大剖面图，其中，设置为它们的各个端面/接触表面12、32彼此紧靠从而通过激光焊接进行连接。

依照图7的实施例与依照图5和6的不同之处仅仅在于从倒角38到轴颈30内表面34的过渡。

轴颈30的端部上的内表面34设置有材料厚度减少部，其中轴颈30的端部通过焊接紧固到中间车轴元件10即中间元件10的端部上，且该材料厚度减少部采取了从材料厚度38中的倒角状减少部即倒角38变为远离端面32的弓形材料厚度减少部的直接过渡44的形式。倒角38和弓形材料厚度减少部34之间的直接过渡44构成圆周凸轮44或脊44。轴颈30由此具有内部部分，该内部部分具有减少的材料厚度，该部分作为从倒角38变为轴颈30的内表面34的直接过渡44。材料厚度减少部采取了在轴颈30的材料的内表面34上从较大向较小材料厚度形成为略微成弓形的过渡或者大体上为半圆形凹部的形式。当车轴1上有载荷时，材料厚度的减少部就引导力经过轴颈30，从而焊缝50内表面52处的任何裂纹切口就不会导致车轴1强度的任何降低。

图8显示了通过激光焊接形成的焊缝50的放大示意剖面图，该焊缝50用于分别连接图7中的依照第二实施例II的中间元件10和轴颈30的接触表面12、32。

焊缝50通过激光焊接由传统的方式例如依照SE 522485 C2中描述的过程形成。

焊缝50具有在轴颈30的内表面34和中间元件10的内表面14之间构成过渡的内表面52，以及在轴颈30的外表面36和中间元件10的外表面16之间构成过渡的外表面54。

通过依照图7使轴颈30的端面32压靠着中间元件10的端面12形成内部V形凹部18、38，从而在通过激光焊接形成的焊缝50的内表面52与中间元件10和轴颈30的内表面14、34之间分别形成更平滑的过渡。这是因为现有技术(参见图10)中得来的水滴形状通过依照图7的V形凹部18、38得到消弱了。结果是获得了更小的切口以及得到降低的应力集中并且因此获得了更好的车轴强度。另一个结果是焊缝50的外表面54与中间元件10和轴颈30的外表面16、36之间分别形成更平滑的过渡，这又进一步减小切口并且降低应力集中。车轴1和焊缝50位于其中，由此能够应对严峻的操作情况下的载荷，例如大约为15吨的重型卡车。

轴颈30的端部上的内表面34设置有材料厚度减少部，其中轴颈30的端部通过焊接紧固到中间车轴元件10的端部上，且该材料厚度减少部采取了从材料厚度中的倒角状减少部变为远离端面32的弓形材料厚度减少部的内表面34的直接过渡44的形式，该事实改善了通过激光焊接形成的焊缝50的内表面52与轴颈30的内表面34之间的过渡，其方式为焊缝50的内表面52大体上构成弓形材料厚度减少部的延伸即焊缝50的内表面52和轴颈30的内表面34之间的过渡44变得非常平滑。这进一步减小焊缝50上的加载应力。

图9显示了通过激光焊接过程形成的连接中间元件10和轴颈30的焊缝50的放大剖面图，其中，依照对应于图6的实施例，中间元件10和轴颈30邻近焊缝50，即，形成轴颈端面压靠中间元件10的端面形成V形凹部。

图10显示了通过激光焊接过程形成的焊缝50’的放大剖面图，该激光焊接过程连接中间元件10’和轴颈30’及轴颈30’与中间元件10’的部分，依照现有技术，该部分邻近焊缝50’，即，在中间元件以及轴颈的端面和内/外表面之间的过渡处没有V形凹部/倒角。

结果如下，焊缝50的内表面52与中间元件及焊缝的内表面52与具有依照图9的依照本发明的V形凹部的轴颈30之间的过渡将比焊缝50’的内表面52’与车轴元件10’及焊缝50’的内表面52’与依照图10的依照现有技术的没有V形凹部的中间元件10’之间的过渡更平滑。

图11示意地显示了具有依照本发明的车轴1的汽车100。

由此本发明并没有被视为受限于上上面所示的实施例，而是可以在附加权利要求只是的范围内进行改变。

Claims (9)

1.车轴（1），包括：中间元件（10），在中间元件（10）的两个端部的每一个都具有轴颈（30），该中间元件（10）和各个轴颈（30）具有材料厚度大体上相同的相互接触的表面（12，32），每个轴颈（30）和中间元件（10）的各个端部具有沿圆周方向在内部延伸的壳表面（14，34）和在外部延伸的壳表面（16，36），并且每个轴颈（30）通过由激光焊接形成的焊缝（50）连接至中间元件（10）的各个端部，其特征在于，倒角（18，38）至少设置在每个轴颈（30）和/或中间元件（10）的各个端部的所述在内部延伸的壳表面（34，14）和所述相互接触的表面（32，12）之间的过渡上。 

2.如权利要求1所述的车轴，其特征在于，所述相互接触的表面（12，32）大体上为环状，和倒角（18，38，20，40）既设置在每个轴颈（30）和/或中间元件（10）的各个端部的所述在内部延伸的壳表面（34，14）和所述相互接触的表面（32，12）之间的过渡上，也设置在每个轴颈（30）和/或中间元件（10）的各个端部的所述在外部延伸的壳表面（36，16）和所述相互接触的表面（32，12）之间的过渡上。 

3.如权利要求1或2所述的车轴，其特征在于，轴颈（30）和中间元件（10）的相互面向的所述相互接触的表面（32，12）分别形成沿圆周方向向内部延伸的凹槽。 

4.如权利要求1或2所述的车轴，其特征在于，轴颈（30）和中间元件（10）的相互面向的所述相互接触的表面（32，12）分别形成沿圆周方向向外部延伸的凹槽。 

5.如权利要求3所述的车轴，其特征在于，至少所述向内部延伸的凹槽是V形并且通过相互相对的倒角（18，38，20，40）沿径向向内扩宽。 

6.依照权利要求1或2所述的车轴，其特征在于，轴颈（30）具有内部部分，该内部部分具有减少的材料厚度，该材料厚度的减少始于距离倒角（38）变为轴颈内表面（34）的地方一定距离处。 

7.依照权利要求1或2所述的车轴，其特征在于，轴颈具有内部部分，该内部部分具有减少的材料厚度，该材料厚度的减少采取了从倒角（38） 变为轴颈的所述在内部延伸的壳表面（34）的地方的直接过渡（44）的形式，构成沿圆周方向向内部延伸的凸轮（44）。 

8.如权利要求7所述的车轴，其特征在于，具有减少的材料厚度的部分采取了从凸轮到较小材料厚度的略微弓形过渡的形式。 

9.包括如前述任意一项权利要求所述的至少一个车轴（1）的汽车（100）。 

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