CN104669937B - 车轴和车轴组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车轴，其具有沿径向向外延伸的驱动指状物，该驱动指状物与车轮轮毂覆盖件中的驱动狭槽驱动地接合。轮毂覆盖件刚性地固定地轮毂并且保持车轴的轴向位置。吸震器可以定位在驱动指状物和驱动狭槽之间。通过切割轴的端部部分并且使切割的区段沿径向向外变形以形成驱动指状物，车轴可以由中空管或实心轴形成。另外，本发明还涉及车轴组件和形成车轴的方法。

Description

车轴和车轴组件

技术领域

本发明整体涉及车辆的车轴，更具体地，本发明涉及车轮驱动车轴。

背景技术

车轴用来连接驱动构件和从动构件，例如汽车的差速器和从动车轮。尤其对于汽车而言，车轴通常由实心金属轴形成，其相对端部形成为用以连接到车辆的驱动构件和从动构件。例如，凸缘可以锻造或焊接到轴的一个端部上，以连接到车轮轮毂，同时轴的相对端部可以设置有用于与差速齿轮连接的花键。因为这样的轴必须传递相当大的转矩，并且经受动力传动装置的快速启动和停止，所以它们的刚度和强度必须足以在正常和过载条件下进行运转。通常，车轴由实心钢棒或杆形成，以提供所需的强度和刚度。

在减小成本和重量的努力中，在过去已经使用中空车轴，其中车轮驱动凸缘摩擦焊接到轴的外端部或车轮端部，在相对的端部上通过切割、钻孔或类似过程而设置有花键。遗憾的是，使用典型的摩擦焊接过程以附接车轮驱动凸缘损失了使用中空轴的许多成本优点。车轮驱动凸缘已经通过花键连接到中空轴，但是这些设计是复杂的，并且由于强度和刚度以及保持车轮驱动凸缘的轴向位置方面的结构问题而是不可行的。

期望提供一种具有车轮驱动凸缘的简单的轻量化轴，其制造成本低并且提供足够的刚度和转矩承载能力。

发明内容

本发明涉及车轴，其具有沿径向向外延伸的驱动指状物或多个驱动指状物，驱动指状物被构造成用以驱动地接合车轮轮毂。优选地，车轮轮毂包括刚性地固定的轮毂覆盖件，该轮毂覆盖件具有与驱动指状物驱动地接合的驱动狭槽。吸震器可以定位在驱动指状物和驱动狭槽之间。轮毂覆盖件还可以保持轴的轴向位置。

通过切割端部并且使切割的区段沿径向向外弯曲以形成驱动指状物，车轴可以由中空管或实心轴形成。在一个优选的实施例中，形成有四个沿周向等距地间隔开的驱动指状物。

参考附图，从以下优选实施例的详细描述中，本发明的各个方面对于本领域技术人员而言将变得明显。

附图说明

图1为现有技术的车轴的透视图。

图2为本发明的车轴的透视图，示出为具有车辆轮毂和以虚线示出的轮毂覆盖件。

图3为图2的轮毂覆盖件的透视图。

图3A为可供选择的轮毂覆盖件的透视图。

图3B为第二可供选择的轮毂覆盖件的透视图。

图4为图3的轮毂覆盖件沿线4-4截取的横截面侧视图。

图4A为图3A的轮毂覆盖件沿线4A-4A截取的横截面侧视图。

图5为用来制造图2的车轴的中空轴的透视图。

图6为图6的驱动指状物的末端在变形为最终形状之前的平面图。

图7为图2的驱动指状物与轮毂覆盖件接合的平面图。

图8为图2的车轴的可供选择的实施例的透视图。

图9为采用实心车轴的本发明的可供选择的实施例的分解透视图。

图9A为采用实心车轴的本发明的第二可供选择的实施例的分解透视图。

图10为具有可选的吸震器的图9的车轴和轮毂覆盖件的透视图。

图11为实心轴的透视图，该实心轴利用可供选择的方法制造图9的车轴。

具体实施方式

参考图1，典型的现有技术车辆车轴10由实心钢棒或杆12形成。轴12具有花键端部部分22。花键24通常通过切削或轧制工艺形成。花键驱动地接合车辆的差速齿轮。环形凹槽23设置成用以接纳将轴12轴向保持在差速齿轮中的夹子。车轮驱动凸缘14设置在轴12的相对的端部部分上。凸缘14可以被锻造到轴的端部上，或者通过诸如摩擦焊接的工艺附接到轴的端部上。凸缘14包括螺栓孔16，以便于轴附接到车轮轮毂。

图2示出了采用本发明的车轮端部组件30。组件30包括车轮轮毂32。车轴60沿着纵向轴线或旋转轴线A延伸穿过轮毂32。轮毂32包括车轮安装板34，该安装板具有用于附接车辆车轮的螺纹螺栓孔36。轮毂壳体38容纳轴承和润滑剂，如本领域中众所周知的。轮毂壳体38具有开口端部39，该开口端部由轮毂覆盖件50密封。轮毂覆盖件50驱动地接合车轴上的驱动指状物70，如以下详细地解释的。壳体38具有八个沿轴向延伸的螺纹孔42。八个螺栓41延伸穿过覆盖件50中的八个螺栓孔52，并且拧入到八个螺纹螺栓孔42中，以将覆盖件50固定到壳体38。当然，螺栓41的数量可以根据车辆和车轴设计而变化。

参考图3和4，轮毂覆盖件50具有轴向内表面53，该轴向内表面在轮毂的外周边附近密封地接合轮毂壳体38。内表面53限定了四个径向延伸的驱动狭槽54。驱动狭槽54可以锻造或切割到轮毂覆盖件50中。驱动狭槽54绕内表面53沿圆周等距地间隔开。每个驱动狭槽54具有底部表面56以及两个相对的且径向延伸的驱动表面58，该底部表面用于与驱动指状物70的外表面接合，该驱动表面用于与驱动指状物的对应驱动表面接合，如以下将要解释的。狭槽54从轮毂覆盖件50的中心附近的径向内壁59延伸到外周边55。

参考图3A和4A，对于某些应用而言，可能期望的是具有驱动狭槽54’，该驱动狭槽沿径向向外延伸一段长度，但不延伸到轮毂覆盖件50’的外周边55’。这样的设计在某些应用中可以允许轮毂壳体38更加容易地被轮毂覆盖件50’密封。参考图3B，为了更加易于制造，可能期望的是通过将沿径向相对的或同轴的狭槽延伸到彼此中而消除内壁59。换言之，狭槽54”完全延伸过轮毂覆盖件50”的内表面，形成两个交叉的狭槽54”，每个狭槽将接合两个驱动指状物70。轮毂覆盖件和轮毂之间可以设置有衬垫或O形环，以用于进行密封。

参考图5，未硬化的中空轴或管60具有纵向或旋转轴线A。轴60优选地由AISI1541或类似的钢形成，但是也可以由任何合适的材料形成，例如铬镍铁合金。管60的一个端部部分设置有用于与差速齿轮连接的花键(未示出)。花键可以以任何常规的方式形成。管60的相对的端部部分具有四个沿周向等距间隔开的狭槽62。该狭槽可以以任何常规的方式切割到管60中，例如利用切割工具、激光器等。狭槽62限定了切割区段69，该切割区段将形成驱动指状物70。在切割管60之后，切割区段69沿径向向外弯曲大约90度而相对于轴的轴线A处于竖立位置。该弯曲可以通过任何合适的过程(例如轧制)来实现，如对于本领域技术人员而言明显的。本发明所公开的实施例具有四个切割区段69和驱动指状物70，但是也可以使用任何数量的指状物，这取决于车辆应用、转矩、速度、震动负荷要求等。

参考图6，弯曲过程将使得每个驱动指状物70具有径向延伸的且沿轴向面向的内表面72以及径向延伸的且沿轴向面向的外表面74，该内表面72具有管60的外表面的曲率，该外表面74具有管60的内表面的曲率。每个驱动指状物70将具有相对的、径向延伸的且大致沿周向面向的驱动表面76。驱动表面76是管的进行切割所在的位置处的表面。驱动表面76是平面的或平的，但是横向于轴的轴线A以倾斜角度取向。对于任何特定应用而言，根据需要，每个驱动指状物70的驱动表面76可以进一步变形或切割以彼此平行。在指状物70形成为接近最终形状之后，可以或可以不需要或期望进行硬化。如果需要或期望，那么可以通过任何已知的过程(例如感应硬化或渗碳)来完成硬化。可能需要最终加工步骤来使指状物70具有最终形状。

参考图7，每个驱动指状物70定位在轮毂覆盖件50的对应驱动狭槽54中。可选的吸震器80设置在每个驱动指状物的驱动表面76和对应轮毂覆盖件的狭槽的驱动表面58之间。吸震器80为弹性体构件，其模制到或附着到驱动指状物的驱动表面76。当然，吸震器80也可以模制到或附着到轮毂覆盖件的驱动表面58上。吸震器80可以具有任何特定应用所要求的任何尺寸或形状。例如，吸震器80可以完全绕指状物70延伸，并且延伸指状物70的整个长度。类似地，吸震器可以完全成为轮毂覆盖件的狭槽54的衬里。当然，也可以使用其它类型的吸震器，例如弹簧。

当轮毂覆盖件50组装到轮毂32上时，每个驱动指状物70的外表面74与对应驱动狭槽54的底部表面56接触，并且每个驱动指状物70的内表面72与轮毂壳体38的外表面39接触。从而，驱动指状物70以及由此车轴60通过轮毂覆盖件50和轮毂壳体38而保持在轴向位置中。驱动指状物70并不直接螺栓连接到轮毂覆盖件或轮毂壳体，因此不具有螺栓孔。

图8示出了由中空轴形成的可供选择的车轴60’。用来弯曲驱动指状物70’的初始轧制过程使得每个驱动指状物沿径向向外而处于弯曲构造中。次级拉直过程用来将每个驱动指状物的沿径向向外的末端71’形成为图7所示的驱动指状物70的横截面形状，具有平的沿轴向面向的内表面72’和外表面74’。驱动表面76’可以相对于轴的轴线A以倾斜角度延伸，或者可以变形或加工成彼此平行。可以不必要拉直整个驱动指状物70’，而留下沿径向定位在驱动指状物的末端71’内侧的弯曲中间区段78’。当然，轮毂覆盖件狭槽将必须容纳中间弯曲部分78’的额外轴向深度。

图9示出了本发明的可供选择的实施例，其中车轴100由未被硬化的棒或杆形成，该棒或杆由AISI1541钢或任何其它合适的材料制成。轴100的一个端部部分设置有用于与差速齿轮连接的花键91。花键可以以任何常规的方式形成。轴100的相对的端部部分设置有四个径向延伸的且沿周向等距地间隔开的驱动指状物90。驱动指状物90利用锻造工艺形成，其中实心杆或棒被锻造到接近纯粹的构造，在一端处具有一体的驱动指状物90。可能需要加工步骤来使指状物90具有期望的最终形状。可任选地，轴可以利用任何已知的过程进行硬化。在硬化之后，可能需要最终加工步骤来使指状物90具有硬化后的最终形状。对于这个实施例而言优选的是，径向延伸的驱动表面96彼此平行并且垂直于轴的轴线A’。

图9A示出了轮毂覆盖件150’的可供选择的实施例，其中驱动狭槽不延伸到周边的径向外周边。这允许轮毂覆盖件与衬垫151较佳地接触。当然，可以采用O形环或其它密封装置。

轮毂覆盖件150具有驱动狭槽154，该驱动狭槽用于驱动地接合驱动指状物90。因为驱动指状物90已经被锻造，所以驱动狭槽154实际上连接成轮毂覆盖件的表面153上的单个沟槽，该沟槽具有四个径向延伸的凹槽以匹配驱动指状物90的构造。轮毂覆盖件50’具有圆齿形外周边，以匹配轮毂壳体的圆齿形形状，并且减少重量和材料。

图10示出了轴100的放大视图，其中驱动指状物90与轮毂覆盖件150驱动地接合。为弹性体衬套形式的吸震器110定位在驱动指状物90和轮毂覆盖件狭槽154的驱动表面之间。衬套110是一体式模制单元，其在驱动指状物90插入之前插入到狭槽154中。作为另外一种选择，衬套110可以模制或附着到驱动指状物90或轮毂覆盖件的狭槽154。当然，同样可以采用可供选择的吸震器，例如弹簧。

图11出了本发明的制造车轴的可供选择的方法。车轴120由未被硬化的棒或杆形成，该棒或杆由AISI1541钢或类似的钢制成。轴的端部具有四个沿周向等距间隔开的狭槽122。该狭槽可以以任何常规的方式切割，例如利用切割工具、激光器等。狭槽122限定了四个驱动指状物124。在切割之后，指状物124沿径向向外弯曲到与轴的轴线A成90度的竖立位置中。该弯曲可以通过任何合适的过程(例如轧制)来实现，如对于本领域技术人员而言明显的。然后，指状物124变形成期望的横截面形状，例如矩形形状或梯形形状，与图7的驱动指状物70类似。在指状物124形成为它们的最终形状之后，轴通过渗碳和淬火过程而被硬化，如本领域中众所周知的。在硬化之后，可能需要最终加工步骤来使指状物124具有最终形状。

本发明可以尤其用于公路重载卡车。用于这样的应用的常规的实心车轴的外径为大约1.87英寸，长度为大约40英寸。典型的轮毂的外径为大约8.5英寸。外径为大约1.95且内径为大约1.14英寸的中空车轴60将提供类似的强度和刚度。每个驱动指状物70的轴向厚度将为大约0.40英寸，轮毂覆盖件的厚度为大约0.8英寸。本发明的具有类似强度和刚度的实心车轴100、120可以制成为具有相同的大约1.87英寸的外径。对于中空或实心轴，轮毂覆盖件的直径将为大约8.5英寸，驱动指状物从轴的外表面沿径向向外延伸大约3英寸。当然，对于较轻的或较重的应用而言，例如对于高尔夫球车和施工设备而言，这些尺寸将变化。在任何情况下，驱动指状物的径向长度为其延伸自的轴的最大外表面直径的至少10％。

在本发明的优选实施例中已经解释和图示了本发明的操作原理和模式。然而，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，本发明可以以除了具体地所示和所述之外的方式实施。

Claims (19)

1.一种一体式车轴，其包括纵向旋转轴线以及轴向间隔开的第一端部部分和第二端部部分，所述车轴的第一端部部分具有外直径，所述外直径限定了径向外表面，其中所述车轴的第一端部部分包括第一驱动指状物，所述第一驱动指状物从所述车轴的第一端部部分的外表面直接沿径向向外延伸，所述第一驱动指状物具有径向长度和轴向厚度，其中所述第一驱动指状物的相对于所述车轴的第一端部部分的径向外表面的径向长度大于所述第一驱动指状物的轴向厚度。

2.根据权利要求1所述的车轴，其中所述车轴具有最大径向外表面横截面厚度尺寸，其中所述第一驱动指状物的径向长度为所述最大径向外表面横截面厚度尺寸的至少10％。

3.根据权利要求1所述的车轴，其中所述第一驱动指状物是没有孔的实心构件。

4.根据权利要求1所述的车轴，其中所述第一驱动指状物与所述车轴一体地形成。

5.根据权利要求1所述的车轴，其中所述车轴的第一端部部分是中空的。

6.根据权利要求1所述的车轴，其中所述车轴的第一端部部分是实心的。

7.根据权利要求1所述的车轴，其中所述车轴的第一端部部分还包括从所述车轴的外表面沿径向向外延伸的第二驱动指状物，所述第二驱动指状物与所述第一驱动指状物沿周向间隔开。

8.根据权利要求7所述的车轴，其中所述车轴的第一端部部分还包括第三驱动指状物和第四驱动指状物，所述第三驱动指状物和第四驱动指状物中的每一个都从所述车轴的外表面沿径向向外延伸，其中所述第一驱动指状物、第二驱动指状物、第三驱动指状物和第四驱动指状物中的每一个均彼此沿周向等距地间隔开。

9.一种车轴组件，其包括：(a)具有纵向旋转轴线的车轴；和(b)驱动地接合所述车轴的轮毂覆盖件，所述轮毂覆盖件被构造成用以与车轮轮毂驱动地连接并且密封所述车轮轮毂，其中所述车轴包括径向延伸的驱动指状物，并且其中所述轮毂覆盖件包括径向延伸的驱动狭槽，所述驱动狭槽与所述驱动指状物驱动地接合。

10.根据权利要求9所述的车轴组件，其中所述轮毂覆盖件是平面的并且处于与所述纵向旋转轴线垂直的平面中。

11.根据权利要求9所述的车轴组件，其中所述驱动指状物沿径向向外延伸。

12.根据权利要求9所述的车轴组件，其中径向延伸的所述轮毂覆盖件的驱动狭槽具有轴向厚度，并且其中径向延伸的所述驱动指状物具有轴向厚度，所述驱动指状物的轴向厚度大致等于径向延伸的所述轮毂覆盖件的驱动狭槽的轴向厚度。

13.根据权利要求9所述的车轴组件，其还包括处于所述驱动指状物和所述轮毂覆盖件的驱动狭槽之间的吸震器。

14.根据权利要求9所述的车轴组件，其还包括车轮轮毂，所述轮毂覆盖件与所述车轮轮毂驱动地接合，其中所述轮毂覆盖件具有径向延伸的狭槽底部表面，并且其中径向延伸的所述驱动指状物具有处于与所述纵向旋转轴线大致垂直的平面中的径向延伸的外表面，并且其中所述外表面与所述狭槽底部表面接合，由此所述驱动指状物相对于所述轮毂覆盖件和所述车轮轮毂保持在轴向位置中。

15.一种形成车轴的方法，包括以下步骤：提供轴，所述轴具有纵向轴线以及轴向间隔开的第一端部部分和第二端部部分；在所述第一端部部分中提供轴向延伸的第一狭槽，以形成第一轴区段；以及使所述第一轴区段沿径向向外变形，以形成第一驱动指状物。

16.根据权利要求15所述的形成车轴的方法，其还包括以下步骤：在所述第一端部部分中提供轴向延伸的第二狭槽，以形成第二区段，所述第二狭槽与所述第一狭槽沿周向间隔开；以及使所述第二区段沿径向向外变形，以形成第二驱动指状物，所述第二驱动指状物与所述第一驱动指状物沿周向间隔开。

17.根据权利要求16所述的形成车轴的方法，其还包括以下步骤：使所述轴的端部沿径向向外变形，以形成第三驱动指状物，以及使所述轴的端部沿径向向外变形，以形成第四驱动指状物，所述第四驱动指状物与所述第三驱动指状物沿直径方向相对，其中每个驱动指状物都与下一个相邻的驱动指状物沿周向等距地间隔开。

18.根据权利要求15所述的形成车轴的方法，其中所述轴是中空的。

19.根据权利要求18所述的形成车轴的方法，其中所述第一轴区段通过轧制工艺而变形。