CN104936739A - 包括进行摩擦焊接的毂和轴或齿轮的接合部位设计 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有轴(2)和毂(1)的接合部位设计，其用于由硬质材料制成的轴(2)与由较软材料构成的毂(1)的摩擦焊接，其中，轴(2)呈管状并且具有与毂接合的端面(5)，该毂具有连接区域(4)，该连接区域(4)具有由毂(1)的径向肩部(8)形成的平坦形状。

Description

包括进行摩擦焊接的毂和轴或齿轮的接合部位设计
本发明涉及一种用于由硬质材料制成的轴与由较软材料构成的毂的摩擦焊接的接合部位设计。
现有技术
在车辆构造中，由轴和基本上旋转对称的毂部件组成的复合工件用在很多应用中。毂的示例是传动部件和离合部件或是仍需机械加工的盘状坯件。
通过摩擦焊接将轴和毂部件在连接区域接合是已知的。在这种情况下，轴的端面以常规的方式接合至毂部件的端面。替代性地，轴和毂部件能够借助于搭接摩擦焊接而接合；这涉及压力焊接的变体，与常规的端面摩擦焊接相对比，在压力焊接的变体中，待接合的表面布置在部件的外周。在这种情况下，例如，通过将轴和毂部件中的一者设定为处于旋转状态并且压在静止的另一者上进行搭接而将轴焊接至毂部件。焊接过程起始于部件的接触表面。在通过摩擦热将位于接触表面的材料塑化之后，在旋转运动结束之后获得永久性接合部。
在DE 199 34 855 C1中示出的为摩擦焊接的轴/盘复合工件，该摩擦焊接的轴/盘复合工件由轴和具有通孔的盘通过搭接摩擦焊接组装而成。在轴与盘的焊接期间，产生了环形连接部段，在环形连接部段之间形成有环形腔。通过接合部位相对于彼此径向地及轴向地偏移，实现了整个部件重量的减轻，腔可以例如用于引导油。
在现有技术状态中，用于复合离合器的轴和毂通过所述部件之间的相互啮合的齿接而连接以实现摩擦连接或形状配合地(positive fitting)连接。离合器主要用在分动箱和自动变速器应用中。
已知应用具有所谓的“管对管”接合部设计。这意味着摩擦焊接发生在两个呈管状的端面之间。与较软部件的管状端面相比，较硬部件具有更大的或相等的管外径以及更小的或相等的管内径。换句话说， 较硬部件与较软部件相比具有相等的或更大的端面。这确保较软部件的端面将始终充分地接触较硬部件的端面。较硬一侧在接合位置保持呈管状，而较软部件在接合位置具有平坦表面。这意味着较软部件具有更大的接合表面(“端面”)。这在包装和成本方面具有显著的优点。较硬部件的端面以如下方式设计，即，确保能够发生典型材料的挤出以产生原子键。
本发明的目的在于详细说明用于离合器的轴毂复合工件的接合部位的新颖设计，通过该设计，接合部的机械强度性能得以增强。
该目的是在面对具有简单且便宜的部件制备的挑战并且以满足最低包装规格为目标的情况下发现一种用于较硬材料(较高熔点)与较软材料(较低熔点)的摩擦焊接的接合部设计。
该目的通过独立权利要求的特征根据本发明来实现。有利的构型可以从从属权利要求中推知。
根据本发明，用于较硬材料与明显较软的材料的摩擦焊接的接合部设计包括较硬一侧的管状形状和较软一侧的平坦形状。这意味着接合部设计适于将具有较高熔融温度的材料与具有明显较低熔融温度的材料焊接，其中，具有较高熔融温度的一侧呈管状，而具有较低熔融温度的一侧呈平坦状。
根据本发明，轴毂复合工件的接合部位结构——特别是用于通过摩擦焊接使轴与离合器的毂部件的连接区域接合的接合部位结构——以这种方式设计成使得毂部件的连接区域定位成与毂部件的内周间隔限定距离，并且在摩擦焊接期间软化的材料的扩展部分未向上流至毂部件的边缘。
优点在于较软部件的制造成本的降低。摩擦焊接缩短的变化显著减少。本发明的解决方案与现有技术状态下的摩擦焊接接合部相比减小了包装空间。本发明允许对离合器应用低重量材料来替代目前的普通设计。
为了降低车辆的重量，所有部件需要构造得尽可能轻并且本发明的解决方案揭示了一种使用低重量材料设计离合器的方式。
由在接合部位处被压出的材料形成的突出部或突起优选在摩擦 焊接之后进行机加工以获得圆形部分。
在本发明的有利构型中，在轴与毂部件之间设置有彼此轴向偏移的多个接合部位。在这种情况下，对于摩擦焊接期间接合构件的自动定心和相对轴向定向而言，以下是有利的：使接合构件的接合部位相对于彼此轴向地及径向地偏移，以此方式使得复合工件上的接合构件的接合部位在焊接之后以相对于彼此成10°至20°、优选为15°的角度布置。由此制成的复合工件为圆柱地对称的。
轴至毂部件的这种端面摩擦焊接避免了在摩擦焊接之后由于毂部件的不对称收缩而出现的毂部件的圆锥形变形。根据本发明的方法与接合构件的任何圆锥形变形都毫无关联；从而将两个接合构件的初始圆柱对称性高精度地保留在复合工件中。
轴和毂部件可以由不同的材料制成。特别地，可以使用硬化的轴，和/或可以对毂部件进行精加工(硬化、研磨等)。
本发明的简要描述
下面参照在示意性附图中示出的示例性实施方式来描述本发明。附图、说明书以及权利要求书包括大量组合特征。本领域技术人员还将得当地单个地考虑这些特征并且由此形成适当的其他组合。
图1示出轴毂复合工件。
图2a、图2b、图2c和图2d示出接合部位的结构。
根据图1，轴2、例如离合器的输入轴接合至离合器的具有连接区域4的毂部件1。
连接区域4形成在毂的径向肩部8的表面处，其中，径向肩部8形成使毂与肩部之间具有90°角的缘边。径向肩部必需具有允许轴的端面5接触至平坦区域的尺寸。
在轴处，接合区域3最终与连接区域4接触。轴2的端面5在图2a、图2b、图2c和图2d中详细地示出。如图2a示出的端面是平坦的端面。端面相对于毂1和内开口外周6的位置在该图中示出。轴端面5布置成与内周6相距距离d1。
轴材料将可以是钢并且毂可以由铝或其他低重量金属或合金制成。
由于摩擦焊接，已加热的软材料从接合区域3逸出并形成围绕轴的端面5的材料的突出部7。接合区域以避免熔融材料流至毂的边缘的方式进行分配。内周6与熔融材料的末端位置之间的距离d2至少为1mm以维持毂1的尺寸和结构。因此，接合区域3分配成使得实现dl>d2，其中，d2大约在1mm至5mm之间。
在摩擦焊接之后获得接合部位的材料的突出部或突起7，该突出部或突起7能够例如在摩擦焊接之后进行机械加工以获得圆形部分7。
可以对轴的端面5或焊接工艺和接合部进行优化。图2中示出了替代性解决方案。图2a示出了与毂的平坦区域4平行且与轴的长轴线垂直的平面端面。图2b和图2d示出了产生不对称接合部的倾斜面5。图2c的解决方案示出轴2的弯曲的或凸形的端面。
为了生产用于具有毂部件的连接区域4的离合器的轴2的复合工件，首先，生产包括毂部件和连接区域的单件式毂单元。然后，通过摩擦焊接来连接毂和轴。
图3示出本发明的另一个实施方式。轴2——较硬部件——为离合器的轴。毂1——较软部件——为离合器的毂。连接区域4形成为管状端部配合部，该管状端部配合部形成在毂1的径向肩部8上。该管状端部配合部具有与毂1和轴2的轴线垂直的端面。较硬部件——轴2——的连接区域3布置在碟形端部件处并且形成在碟形端部件的边界区域处。连接区域为平坦状——垂直于轴2的轴线。
图4示出毂1与轴2之间的连接的放大图，其中具有通过摩擦焊接而形成的移位的材料7——突起。
图5示出本发明的具有两个摩擦焊接接合部的实施方式。较软部件——毂1——与较硬部件——轴2——相连接。该接合位置呈管状——轴2具有与毂1的径向肩部连接的碟形端部件。
第二毂或外壳1a——软部件或硬部件——在具有平坦形状的另一个接合位置10中与毂1连接，该另一个接合位置10与在轴2与毂 1之间的内部接合位置9同心。图6为轴2与毂1之间或毂1与毂1a之间的两个接合位置9、10的放大图。如所示出的，管状侧的端面设计可以不同于平坦设计。
图7示出本发明的一个实施方式——毂1与齿轮2之间的连接。管状侧的端面设计3可以不同于毂的平坦设计4。
附图标记
1 毂
2 轴或齿轮
3 管状的接合区域
4 平坦状的接合区域
5 轴的端面
6 内周
7 突起
8 径向肩部
d1、d2 距离
1a 毂或外壳
9 接合位置
10 接合位置。 

Claims (12)

1.一种用于由硬质材料制成的轴(2)或齿轮与由较软材料构成的毂(1)的摩擦焊接的接合部位设计，其特征在于，所述轴(2)或所述齿轮呈管状并且具有接合至所述毂(1)的端面(5)，所述毂(1)具有连接区域(4)，所述连接区域(4)具有由所述毂(1)的径向肩部(8)形成的平坦形状。
2.根据权利要求1所述的用于摩擦焊接的接合部位设计，其特征在于，毂部件的连接区域(4)与所述毂部件的内周(6)相距限定距离(d1)设置。
3.根据权利要求2所述的用于摩擦焊接的接合部位设计，其特征在于，所述距离(d1)大于由熔融材料形成的突起(7)的厚度。
4.根据权利要求3所述的用于摩擦焊接的接合部位设计，其特征在于，在由熔融材料形成的突起(7)与所述毂的所述内周(6)之间余留一距离(d2)。
5.根据权利要求2所述的用于摩擦焊接的接合部位设计，其特征在于，所述距离(d1)大于余留的所述距离(d2)。
6.根据权利要求1所述的用于摩擦焊接的接合部位设计，其特征在于，所述轴(2)的所述端面(5)呈平面并且与所述轴的长轴线垂直。
7.根据权利要求1所述的用于摩擦焊接的接合部位设计，其特征在于，所述轴(2)的所述端面(5)呈相对于所述轴的长轴线的斜平面。
8.根据权利要求1所述的用于摩擦焊接的接合部位设计，其特征在于，所述轴(2)的所述端面(5)呈圆锥形。
9.根据权利要求1所述的用于摩擦焊接的接合部位设计，其特征在于，所述复合工件上的所述接合构件的接合部位在焊接之后相对于彼此成10°至20°、优选为15°的角度布置。
10.根据权利要求1所述的用于摩擦焊接的接合部位设计，其特征在于，所述毂和所述轴是离合器的部件。
11.根据前述权利要求中任一项所述的用于摩擦焊接的接合部位设计，其特征在于，接合部位被优化为用于分动箱和自动变速器。
12.根据前述权利要求中任一项所述的用于摩擦焊接的接合部位设计，其特征在于，所述毂(1)具有呈平坦形状的连接区域(4)，所述连接区域(4)形成为形成在所述毂(1)的所述径向肩部(8)中的管状端部配合部。
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