CN104279237B - 带有内花键拉削系统的套管 - Google Patents

Abstract

一个金属套管(20)能够以相对低的轴向力压到一个较软金属轴(12)上以便在该套管与该轴之间产生一种永久的过盈配合，甚至是在经受高的扭矩负荷的情况下也是如此。为此目的，该套管在其内部结合花键(50)的多个依次减小直径的、轴向间隔开的阵列(52，54，56)，一系列间隔开的环圆周延伸的凹槽(30，32，34)被设置在这些阵列之间。这些花键阵列限定多个成角度的正面切削边缘(60，62，64)，这些正面切削边缘被适配成切入该金属轴以用于将套管刚性紧固到轴上。这些间隔开的凹槽被适配成在将该套管安装到该轴上的过程中收集切屑碎片(36，38，40)，每一个凹槽都提供一个体积空间以在套管与轴的界面内提供均匀的切屑碎片分布。这种套管到轴的紧固结构可以使零件变形最小化，特别是在要维持该套管的关键的外部几何形状时。

Description

带有内花键拉削系统的套管

相关申请的交叉引用

本申请是一份非临时PCT申请，它基于在2013年7月9日提交的临时申请USSN61/844,366并且根据35U.S.C.要求该临时申请的优先权。

披露领域

本披露总体上涉及将硬化的金属套管安装到较软金属轴上以用于永久地联接经受高扭矩负荷的套管和轴零件。更具体地讲，本披露涉及一种具有内花键系统的套管，该内花键系统包括一系列的阶梯式圆周凹槽，这些凹槽被适配成保证该套管以一种使该套管的外圆周的变形的风险最小化的方式紧固到该轴上。

披露背景

为了将两个部件固定地紧固在一起作为单一单元，并且特别是当这些部件必须能够支撑和传送显著的扭矩负荷时，经常在一个零件的内直径与一个配对零件的相对应的外直径之间建立一种永久的过盈配合以便在多个部件零件之间建立牢固的并且永久刚性的连接。在一些情况下，这些部件被适配成作为单一单元一起旋转。

这些部件、例如一个金属套管以及有待与该套管匹配的一个金属轴可以被提供以使得该金属套管是由与该轴的材料(例如铝)相比一种更硬的金属(例如钢)制成的。在这样的情况下，例如，一个硬化钢套管可以形成具有多个轴向延伸的花键，而该铝制轴可以具有一个光滑的外表面，该外表面被适配成接纳这个内部开有花键的套管。在这样的情况下，该套管的内直径以及该轴的对应的外直径的尺寸被紧密地确定以实现希望的过盈。

本领域技术人员将认识到该套管的这些硬化金属花键被适配成切入该轴的较软金属外直径以便创造一种过盈配合。在这两个零件的实际组装过程中，该套管的这些花键将随着这些花键切入该轴的较软金属外部而产生切屑碎片。为了容纳这些切屑碎片，该套管的这些轴向延伸的花键可以与一个圆周凹槽相交，该凹槽被适配成接纳这些切屑并且提供用于切入该轴的至少一个切削边缘。切入该轴的作用产生这些切屑碎片。

这种常规采用的特定凹槽设计由于套管不能沿着这些零件之间的一个实质上过盈配合的部分容纳切屑碎片而可能产生外部部件、即该套管的外侧几何尺寸和/或形状的变形。这样缺少容纳切屑碎片的装置可能产生该套管的实际变形，这可能在此类变形能影响关键外部套管公差的情形下是特别不希望的。

披露概述

根据本披露的一个方面，一种适配成与较软金属轴相匹配的金属套管可以包括用于一个自动变速器的一个内座圈。该金属轴可以包括该变速器的一个前支撑轴，并且该内座圈部件可以被压到该前支撑轴上以便在该内座圈与该轴、即该套管与该轴之间产生一种过盈配合。

根据本披露的另一个方面，该金属套管可以结合一个内部系列的依次减少直径的开有花键的部分，这些部分与一系列圆周凹槽相互作用，这些凹槽被适配成在将该套管安装到该轴上的过程中收集切屑碎片。

根据本披露的又一个方面，各个花键锯齿可以具有一个成角度的正面切削边缘，该切削边缘带有从5度至10度的范围中的一个角度。

根据本披露的又一个方面，各个花键锯齿可以具有一个成角度的正面切削边缘，该切削边缘带有从10度至30度的范围中的一个角度。

根据本披露的又一个方面，该套管的内直径中的至少两个轴向对齐的并且间隔开的圆周凹槽被适配成在将该套管安装到该轴上的过程中收集切屑碎片。

根据本披露的又一个方面，该套管的内直径中的三个或更多的轴向对齐的并且间隔开的圆周凹槽被适配成减少与这些依次减小直径的开有花键的部分中任何一个相关联的切屑碎片的量并且在套管与轴部件之间的过盈的较大的轴向长度上使收集的切屑碎片扩散。

根据本披露的又一个方面，该花键锯齿的径向切削角度对于减小该套管的变形是有效的。

根据本披露的再一个方面，该套管的内直径中的三个或更多的轴向间隔开的圆周凹槽被适配成减少将该套管组装到该轴上要求的轴向力的量。

本披露的这些以及其他的方面和特征可以通过参照以下详细说明部分和附图来更好地理解。

附图简要说明

图1是一台自动变速器的一个前部支撑壁组件的截面视图。

图2是一个套管部件的透视图，该套管部件被适配成用作一个离合器构件(未示出)的一个内座圈、固定地用花键连接到图1的前部支撑壁的一个轴向延伸的非旋转支撑轴上。

图3是图2的套管部件的截面视图。

图4是图3的一个为清楚起见被放大的环绕部分。

应理解的是这些附图未按比例绘制，并且这些披露的实施例仅仅被图解性地并且以局部视图来展示。还应当理解的是，本披露并不受限于在此展示的具体实施例。

详细说明

参见图1，在从一个变速器(未示出)的一个前支撑壁14延伸的一个空心轴12的背景下可以描述一种金属套管紧固系统10，在此还被不同地称作内花键拉削系统。在所描述的实施例中，竖直的前支撑壁14实际上支撑该轴12，如在此披露的该轴被集成到支撑壁14上并且是沿一条轴线“a-a”延伸的非旋转部件。

在这个披露的实施例中，轴12包括一个外圆周16，并且包括多个直径减小的部分18。可替代地，这些直径减小的部分18可以是多个直径扩大的部分。一个描绘成套管20的变速器内座圈被提供为一个离合器组件(未示出)的最内零件。

该竖直变速器壁14包括一个孔22，该孔被适配成接纳套管20的一个外直径减小的先导部分24。为此目的，先导部分24的一个鼻端26被适配成被首先接纳在该轴12的外圆周16上。出于安装的目的，本领域技术人员将认识到先导部分24的内直径28是有待在此描述的轴向延伸的套管20的内部的若干个依次减小的或阶梯的直径之中的最大者。

现在还参见图2和图3，详细地揭示了套管20的内部结构。环圆周延伸的、轴向间隔开的多个凹槽30、32和34被适配成提供一个内部体积空间，该空间用于在组装过程中当套管20插在轴12上时在这些凹槽30、32和34内收集和容纳图1中示出的切屑碎片36、38和40。当该套管是由相对硬的材料、例如硬化钢形成，并且该轴是由例如铝的较软金属形成时，该套管和轴的尺寸被确定以便在该套管安装到该轴上时就支持坚固的过盈配合。

套管20的内部包含多个轴向延伸的花键50，这些花键由这些凹槽30、32和34中断，以便对应地限定花键50的轴向间隔开的第一阵列52、第二阵列54以及第三阵列56。如所示出的，各个阵列52、54和56从左到右具有依次减小的直径。注意的是，未开有花键的先导部分24的内直径28提供了套管20内的最大内直径，即，甚至大于第一阵列52，该第一阵列又大于第二阵列54，该第二阵列最后又大于第三阵列56。

现在还参见图4，用于安装目的，花键50的每个阵列52、54和56的一个前导边缘对应地由一个成角度的正面的切削边缘60、62、64来限定。在所披露的实施例中，各个切削边缘60、62、64可以具有一个角度B(仅在切削边缘60处描绘出)，该角度被适配成使得能够切入轴12的较软金属(例如铝)以便避免该套管变形。这样，当套管20被安装在轴12上时，这些花键的以多种拉削式切削方式的一系列减小的直径在组装过程中可以有效地减少以其他方式显现的变形。除此之外，本领域技术人员将认识到一个额外的益处是将该套管安装到该轴上所要求的任何给定力可以通过利用在此描述的结构来降低。

继续参见图4，当从延伸穿过这些视图中描绘的轴线a-a的一条半径或假定的垂直线测量时，这些对应的正面切削边缘60、62、64的角度B是至少为5度至10度。通过对空心轴12使用一种相对软的金属(例如一种软的铝合金)或者使用一个较软的硬化金属套管20，一个相对浅的角度范围可以是有效的。在任何情况下，这样的小角度范围应适用于轴12与套管20的相对硬度的相对大的差异。

相反地，轴12与套管20的硬度之间的较小的差异可能要求这些正面切削边缘60、62、64的较大的角度B是有效的。在一些情况下，这样的角度B可以是相当陡峭的，例如在10度至30度的范围内，以避免该轴的磨损擦伤。在后面的实例中，磨损擦伤可能另外以将套管20安装到轴12上要求较大的力的方式发生。可以增大角度B以减少这样的磨损擦伤，以便1)最小化并且因此弱化了由不希望的轴表面的冷加工对轴的结构完整性的有害影响，并且2)减小将该套管安装到该轴上所要求的力量。

现在参见图1和图4，本领域技术人员将认识到当花键50的依序的内部阵列52、54、56切入轴12中时，施加到套管20上的安装力随着在任何给定时间内移除的材料量的减小(例如通过这些花键50的阵列52、54、56的依序切削)而变小。相比之下，如一次要移除所有的材料，则所需要的安装力基本上足以创造永久的套管变形，这取决于花键的切削宽度和深度的参数。因此，对应地使用如按本披露的依序的顺序适用的每一个阵列52、54、56的所披露的切削边缘60、62、64通过从轴12中等量地刮削较少的金属量，这些安装力可以保持低的水平，并且可以更容易地防止该套管变形。

套管20的构型不应仅仅受限于在此披露的构型。可能存在适用于类似安排的大量其他的构型，根据本披露，甚至包括旋转的套管和轴部件。例如，尽管先导部分24在此并不开有花键，但可想到的是出于制造方便的原因开有花键，虽然在先导部分24内没有对此类花键的功能需求。如此，在此描述的这些内部套管构型不应被解释为本披露覆盖的唯一可能的构型。

最后，一种根据本披露的用于将硬化的金属套管20紧固到相对较软金属轴12上的方法可以包括以下步骤：

创造一个金属套管拉削系统以便通过提供具有一条轴线的一个套管而在摩擦意义上将该金属套管紧固到该较软金属轴上，并且在该套管的内部形成多个轴向延伸的花键的阵列，各个花键被定向成径向向内地朝向该轴线；

在该套管的内部形成多个轴向间隔开的圆周凹槽以便在每个内花键阵列之间创造多个环圆周延伸的体积空间以捕获来自该金属轴的切屑碎片；

其中每一个阵列都限定多个正面的切削边缘，由此该套管限定一个内花键拉削机构以用于实现低的轴向力来将该套管附接到一个轴上。

工业实用性

本披露的金属套管紧固系统可以使用在多种应用中，包括但不限于汽车、卡车、越野车辆、以及可以从在摩擦意义上可紧固在一起的部件获益的其他机器。

这种披露的结构可以提供用于避免零件变形的独特方法，并且特别是在要求避免套管变形的情形下使用一个套管时。

Claims (15)

1.一种适配成在摩擦意义上将金属套管（20）附接到较软金属轴（12）上的金属套管紧固系统（10），该金属套管紧固系统（10）包括：

一个金属套管（20），该金属套管具有一条轴线并且具有轴向延伸的内花键（50)的多个阵列（52，54，56），各个内花键被定向成径向向内地朝向该轴线；

一个较软金属轴（12），该较软金属轴是由比该金属套管（20）的金属更软的一种金属形成，该较软金属轴具有一条轴线，该轴线被适配成与该金属套管的轴线同轴；

该金属套管包括多个轴向间隔开的内部圆周凹槽（30，32，34），这些轴向间隔开的内部圆周凹槽在这些内花键的阵列之间限定多个环圆周延伸的体积空间，每一个阵列都限定多个正面的切削边缘（60，62，64），其中该金属套管被配置成提供一个内花键拉削机构以用于实现多个低的轴向力来将该金属套管附接到该较软金属轴上。

2.如权利要求1所述的金属套管紧固系统（10），其中，每一个正面的切削边缘（60，62，64）都限定总体上正交于该金属套管（20）的该轴线延伸的一个成角度的表面，该角度大于相对于该金属套管（20）的一条内半径的5度角。

3.如权利要求1所述的金属套管紧固系统（10），其中，内花键（50）的每一个阵列（52，54，56）具有一个依次减小的直径以用于当该金属套管（20）轴向插在该较软金属轴上时依次更深地切入该较软金属轴（12）中。

4.如权利要求1所述的金属套管紧固系统（10），其中，各个轴向间隔开的内部圆周凹槽（30，32，34）被适配成容纳由切削该较软金属轴产生的切屑碎片（36，38，40）。

5.如权利要求4所述的金属套管紧固系统（10），其中这些切屑碎片（36，38，40）在这些轴向间隔开的内部圆周凹槽（30，32，34）内轴向地扩散，并且其中在紧固时，这些轴向间隔开的内部圆周凹槽在该较软金属轴（12）与该金属套管（20）之间环圆周地延伸。

6.如权利要求1所述的金属套管紧固系统（10），其中，每一个正面的切削边缘（60，62，64）都相对于该金属套管（20）的一条内半径形成一个至少10度的角。

7.如权利要求1所述的金属套管紧固系统（10），其中，这些内花键（50）的间隔开的阵列（52，54，56）和这些正面的切削边缘（60，62，64）在该金属套管（20）内提供了一个内花键拉削系统。

8.一种适配成用于在摩擦意义上紧固到较软金属轴（12）上的金属套管（20），该金属套管包括：

该金属套管（20）具有一条轴线、并且具有轴向延伸的内花键（50)的多个阵列（52，54，56），各个内花键被定向成径向向内地朝向该轴线；

多个轴向间隔开的内部圆周凹槽（30，32，34），这些轴向间隔开的内部圆周凹槽在每一组内花键之间限定多个环圆周延伸的体积空间，每一个阵列都限定多个正面的切削边缘（60，62，64），其中该金属套管（20）限定一个内花键拉削机构以用于实现多个低的轴向力来将该金属套管附接到一个较软金属轴（12）上。

9.如权利要求8所述的金属套管（20），其中，每一个正面的切削边缘（60，62，64）都限定总体上正交于该金属套管（20）的该轴线延伸的一个成角度的表面，该角度大于相对于该金属套管（20）的一条内半径的5度角。

10.如权利要求8所述的金属套管（20），其中，内花键（50）的每一个阵列（52，54，56）具有一个依次减小的直径以用于当该金属套管（20）轴向插在该较软金属轴上时依次更深地切入该较软金属轴（12）中。

11.如权利要求8所述的金属套管（20），其中，各个轴向间隔开的内部圆周凹槽（30，32，34）被适配成容纳由切削该较软金属轴（12）产生的切屑碎片（36，38，40）。

12.如权利要求11所述的金属套管（20），其中，这些切屑碎片（36，38，40）在这些轴向间隔开的内部圆周凹槽（30，32，34）内轴向地扩散，并且其中在紧固时，这些轴向间隔开的内部圆周凹槽在该较软金属轴（12）与该金属套管（20）之间环圆周地延伸。

13.如权利要求8所述的金属套管（20），其中，每一个正面的切削边缘（60，62，64）都相对于该金属套管（20）的一条内半径形成一个至少10度的角。

14.如权利要求8所述的金属套管（20），其中，这些内花键（50）的间隔开的阵列（52，54，56）和这些正面的切削边缘（60，62，64）在该金属套管（20）内提供了一个内花键拉削系统。

15.一种用于将硬化的金属套管（20）紧固到相对较软金属轴（12）上的方法，该方法包括以下步骤：

创造一个金属套管拉削系统以便通过提供具有一条轴线的一个金属套管（20）而在摩擦意义上将该金属套管（20）紧固到该较软金属轴（12）上，并且在该金属套管（20）的内部形成轴向延伸的内花键（50）的多个阵列（52，54，56），各个内花键（50）被定向成径向向内地朝向该轴线；

在该金属套管的内部形成多个轴向间隔开的内部圆周凹槽（30，32，34）以便在每个内花键阵列之间限定多个环圆周延伸的体积空间以捕获来自该较软金属轴的切屑碎片（36，38，40），其中每一个阵列都限定多个正面的切削边缘（60，62，64），由此该金属套管限定一个内花键拉削机构以用于实现多个低的轴向力来将该金属套管（20）附接到一个较软金属轴（12）上。