CN107208700B - 用于动力传动系的联接装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于轴的联接装置(1)，其包括：旋转轴线(7)、用于将联接装置与动力传动系元件连接的第一联接区域(1A)、预定断裂区域(3)和直接连接在预定断裂区域上的管区域(4)，所述联接装置在旋转轴线的方向上具有轴向延伸尺寸(8)并且在正交于该旋转轴线的方向上具有径向延伸尺寸(9)并且构成为至少基本上管状的空心体，沿轴向方向预定断裂区域设置在第一联接区域和管区域之间，其特征在于，沿轴向方向在第一联接区域和预定断裂区域之间设置有连接区域(2)，联接区域的最大外部径向延伸尺寸(5)小于连接区域的最大外部径向延伸尺寸(6)，并且连接区域的最大外部径向延伸尺寸小于管区域的最小内部径向延伸尺寸(10)。

Description

用于动力传动系的联接装置

技术领域

本发明涉及一种用于轴、特别是机动车中的万向节轴的联接装置，这样的联接装置特别是由DE 10 2013 204 181A1已知。

背景技术

下面依据用于机动车动力传动系的联接装置描述本发明，这不可理解成对本发明的限制。

在机动车、特别是具有前置发动机和后置传动装置或者四轮传动装置的轿车中，驱动发动机设置成离被驱动的后轴有一些距离并且由驱动发动机提供的驱动功率必须借助动力传动系传递至被驱动的后轴。基本上在后置发动机连同前置传动装置或者四轮传动装置中产生相同的问题。由于被传递的驱动功率，动力传动系和尤其是属于该动力传动系的并且沿车辆纵向延伸的万向节轴在车辆纵向方向上具有相对高的刚度。

在通过车身部件和车辆结构变形来吸收能量时，动力传动系的该刚度是干扰性的。刚度应理解成相对于联接装置收缩在一起(压缩)的刚度。特别是出于这个原因，这样的万向节轴构成为具有预定断裂部位或者滑移件。

在万向节轴变形的情况下，万向节轴按照计划在其预定断裂部位处失效并且在没有明显的进一步力耗费的情况下伸缩式收缩在一起。这样的装置在DE 10 2013 204 181A1中有所描述。在这里，联接装置具有隆起，该隆起在超过预定的纵向载荷、沿万向节轴的旋转轴线方向的载荷时按照计划失效并且能实现联接装置的嵌套。预定断裂部位的和与该预定断裂部位连接的几何结构的造型作用于运行性能、如刚度和固有频率、特别是抗扭刚度和弯曲频率。

发明内容

本发明的任务是，提供一种相对于由现有技术已知的联接装置具有改善的运行性能的联接装置。

所述任务通过一种如下所述的联接装置来实现。按照本发明的用于轴、特别是机动车中的万向节轴的联接装置包括：旋转轴线、用于将联接装置与动力传动系元件连接的第一联接区域、预定断裂区域和直接连接在预定断裂区域上的管区域；所述联接装置在旋转轴线的方向上具有轴向延伸尺寸并且在正交于该旋转轴线的方向上具有径向延伸尺寸并且构成为至少基本上管状的空心体；沿轴向方向，预定断裂区域设置在第一联接区域和管区域之间；所述联接装置的特征在于，沿轴向方向在第一联接区域和预定断裂区域之间设置有连接区域，联接区域的最大外部径向延伸尺寸小于连接区域的最大外部径向延伸尺寸，并且连接区域的最大外部径向延伸尺寸小于管区域的最小内部径向延伸尺寸。

按照本发明的联接装置设置用在机动车中。在此，该联接装置构成为使得第一和第二动力传动系元件能利用该联接装置相互连接。

在本发明的意义上，动力传动系元件特别是可理解成轴、变速器输入端或输出端、离合器或变矩器等等。优选地，这些动力传动系元件之中的至少一个动力传动系元件与联接装置形锁合地、摩擦锁合地、材料锁合地或者以前述这些连接方式之中的至少两个连接方式的组合相连接。

联接装置沿着旋转轴线延伸。在此，联接装置在按照计划运行时能绕该旋转轴线旋转，用以传递驱动功率。进一步优选地，联接装置至少局部具有关于旋转轴线旋转对称的几何结构。

联接装置优选具有用于将该联接装置与动力传动系元件连接的第一联接区域。第一联接区域以及管区域和连接区域和第二联接区域可理解成联接装置的其表面局部地或优选完全平行于旋转轴线设置的区域。

在此，第一联接区域优选具有至少基本上空心圆柱形的基本形状。在这种意义上，该基本形状特别是可理解成为了传递转矩或者为了与动力传动系元件连接而设有与特别是具有圆形横截面的空心圆柱形基本形状有几何偏差。特别是，这样的偏差可理解成凹部或多边形轮廓，形象地说，也在该连接部的区域内具有楔连接部或齿轴连接部的轴具有圆柱形基本形状，该连接部的这些设置用于传递转矩的齿或楔通过凹部形成并且构成与圆柱形基本形状的偏差。

除了联接区域之外，联接装置具有管区域。优选地，该管区域可理解成联接装置的具有至少基本上空心圆柱形的基本形状的区域，该基本形状特别是具有圆形横截面。进一步优选地，管区域可理解成空心圆柱形的区域，该区域进一步优选直接邻接于预定断裂区域。

此外，联接装置具有预定断裂区域。这样的预定断裂区域设置在第一联接区域和该管区域之间并且将这两个区域相互连接。优选地，该预定断裂区域构成为向外拱起的隆起。在此，该预定断裂区域的几何结构这样选择，使得在联接区域和管区域之间的连接部在沿旋转轴线方向的可预定的载荷下失效。

优选地，不仅管区域、而且联接区域和连接区域能分别通过一个内包络圆柱和一个外包络圆柱描述。包络圆柱特别是通过联接装置的旋转轴线限定，因为旋转轴线与包络圆柱的圆柱轴线重合。圆柱直径对于外包络圆柱来说由相应区域的外表面的最大径向延伸尺寸、即该面(外表面)离旋转轴线的最大距离确定。并且圆柱直径对于内包络圆柱来说由内表面的最小径向距离、即该面(内表面)离旋转轴线的最小距离确定。在具有这样区域的圆形横截面的圆柱形造型时，该区域的内/外表面与相应的包络圆柱重合。

优选地，管区域的内包络圆柱具有的直径大于联接区域的外包络圆柱的直径。通过这样选择几何结构，特别是确保了，特别是在预定断裂区域按照计划失效之后，联接区域能伸缩式地移动到管区域中，亦即沿旋转轴线的方向(纵向方向)。

此外，在该预定断裂区域和联接区域之间沿轴向方向、亦即沿旋转轴线的方向设置有连接区域。该连接区域能以与联接区域和管区域相同的方式通过内包络圆柱和外包络圆柱描述。

在此，该连接区域优选构成为空心体，优选构成为空心圆柱体。优选地，连接区域沿径向向内由内表面并且沿径向向外由外表面限界。进一步优选地，该连接区域这样设计，即，连接区域的内包络圆柱的直径大于联接区域的外包络圆柱的直径，并且同时连接区域的外包络圆柱的直径小于管区域的内包络圆柱的直径。

特别是通过联接装置的这种设计能实现提高弯曲固有频率、特别是通过连接区域提高弯曲固有频率并且因而改善运行性能。此外，特别是通过连接区域，能实现至少局部减小变形度并且因而改善联接装置的可制造性。

特别是，通过各包络圆柱的直径的分级，对于预定断裂区域在轴向应力下按照计划失效的情况，能实现改善在联接装置收缩在一起时的导向并且因此构成一种更好的联接装置。

在一种优选的实施方式中，预定断裂区域构成为在管区域和连接区域之间的径向向外拱起的连接部(隆起)。在此，预定断裂区域优选能通过无切屑的变形过程来制造。进一步优选地，预定断裂区域具有从管区域到预定断裂区域中的切向过渡部和从连接区域到预定断裂区域中的切向过渡部。特别是通过这样的无切屑的变形过程能实现材料纤维的不中断的纤维延伸分布并且由此能实现在预定断裂部位处能特别好预见的断裂性能。

在一种优选的实施方式中，沿轴向方向在管区域上连接有第二联接区域。在一种进一步优选的实施方式中，联接装置直接一体成型在第二动力传动系元件上，或者能材料锁合地与该第二动力传动系元件连接。

在此，第二联接区域优选设置用于与另外的动力传动系元件连接。因此，联接装置设置用于特别是在两个动力传动系元件之间、例如手动换挡变速器输出端或自动变速器输出端与车桥主减速器输入端之间的引导转矩的连接。进一步优选地，该第二联接区域设置用于形锁合的、力锁合的、材料锁合的连接或者利用前述连接类型中的至少两种连接类型的连接。优选地，该联接区域构成为轴-毂连接结构的一部分。特别是通过第二联接区域，能特别简单地实现将联接装置设置在两个动力传动系元件之间。

在一种优选的实施方式中，所述联接装置至少局部或者完全地构造成薄壁构件。优选作为具有特别是管状造型的薄壁板构件。在本发明的意义上，薄壁可理解成，所述联接装置优选至少局部地、优选完全地具有如下的平均壁厚，该平均壁厚大于0.5mm、优选大于0.75mm、优选大于1.25mm、特别优选大于1.75mm，并且该壁厚还小于5mm、优选小于4mm、优选小于3mm、特别优选小于2.25mm。进一步优选地，联接装置在不同的区域内具有选自上述范围的不同壁厚。研究已经表明，利用所说明的壁厚一方面能制造特别轻的构件并且另一方面能安全地传递出现的力。

在一种优选的实施方式中，联接装置具有钢材料作为一种组分或者由钢材料制成。进一步优选地，联接装置具有铝合金作为一种组分或者由这样的铝合金制成。特别是利用由钢材料制成的联接装置能构成一种特别能承载的联接装置。特别是利用由铝合金制成的联接装置能构成一种特别轻的联接装置。

在一种优选的实施方式中，联接装置的以下所述区域之中的至少一个区域具有空心圆柱形的基本形状。进一步优选地，以下所述区域之中的多个区域和优选所有以下所述区域具有空心圆柱形的基本形状，优选具有圆形的横截面。特别是第一联接区域、第二联接区域、连接区域和管区域是联接装置的可以具有空心圆柱形的基本形状的区域。在此，联接装置在按照计划运行时可绕旋转轴线旋转地支承并且该旋转轴线限定联接装置的纵向方向，联接装置的所述旋转轴线形成用于该空心圆柱形的基本形状的圆柱轴线或者与该圆柱轴线重合。优选地，这样的空心圆柱的横截面是圆形面或者具有多个“角”的多边形面，其中，多个可理解成四个或更多个角、优选十二个或更多个并且特别优选24或更多个角。优选，角不应理解成彼此成锐角相交的直线或平面，而是可以具有相应的过渡半径。特别是这样的基体具有对于传递转矩有利的特性。

优选，第一联接区域通过第一渐缩区域而与连接区域连接并且连接区域优选经由预定断裂区域而与管区域连接。进一步优选地，预定断裂区域的轴向刚度、亦即在旋转轴线方向上的刚度小于该渐缩区域在相同方向上的刚度。进一步优选地，预定断裂区域在该方向上的强度小于该渐缩区域在这个方向上的强度。这样的构型特别是导致在联接装置在旋转轴线方向上受到载荷时先是预定断裂区域变形，然后在渐缩区域上出现这样的变形。此外，利用该造型也可实现，先是预定断裂区域在轴向载荷下失效，然后渐缩区域失效。

优选，第二联接区域能利用第二渐缩区域而与管区域连接。进一步优选地，预定断裂区域在旋转轴线方向上的轴向刚度小于第二渐缩区域在相同方向上的刚度。进一步优选地，预定断裂区域在该方向上的强度也小于第二渐缩区域在这个方向上的强度。

特别优选地，预定断裂区域具有联接装置在旋转轴线方向上的最小刚度，并且进一步优选地也具有最小强度。

特别是利用联接装置的这种造型，能实现联接装置在沿旋转轴线方向的可预定的载荷下按照计划的变形和失效性能。

优选地，刚度以及进一步优选还有强度沿旋轴轴线方向能受到弯曲半径的尺寸和在预定断裂区域内或至少一个或两个所述渐缩区域内的壁厚影响。

附图说明

下面依据部分示意性的附图更详细地阐述本发明，其中：

图1示出联接装置的纵剖视图。

具体实施方式

图1示出联接装置1的纵剖视图，在此，该联接装置具有第一联接区域1A、连接区域2A、预定断裂区域3、管区域4和第二联接区域1B。联接装置能绕旋转轴线7旋转，从而利用该联接装置在绕旋转轴线7转动时能传递转速和转矩。此外，联接装置1在正交于旋转轴线7设置的剖切平面(未示出)内具有圆形的横截面。联接区域1A和1B设置用于将转矩传递到动力传动系元件(未示出)上并且构成为毂区段。预定断裂区域3的造型针对预定的轴向力、亦即针对在旋转轴线7方向上的力，在这些力作用下联接装置应按计划断裂/失效。联接装置1在正交于旋转轴线7的方向9上具有径向延伸尺寸并且在该轴线7的方向8上具有轴向延伸尺寸。联接装置1基本上具有恒定的平均壁厚t。

特别是在弯曲的区域内可能得到与平均壁厚t略微有偏差的壁厚。为了能实现区域1A、2、4按照计划彼此嵌套移动，这些区域的特别的直径分级是必要的。在此有意义的是，第一联接区域的最大外部径向延伸尺寸5小于管区域4的内表面的最小径向延伸尺寸10。

研究已经表明，通过连接区域2的位于径向延伸尺寸5和径向延伸尺寸10之间的径向延伸尺寸6，能实现联接装置的特别是在预定断裂区域3按照计划失效时特别安全的功能。进一步有利地起作用的是，连接区域2的最小内部径向延伸尺寸2A大于第一联接区域的最大外部径向延伸尺寸5。

第一渐缩区域11设置在第一联接区域1A以及连接区域2之间。渐缩区域11在旋转轴线7方向上的刚度大于预定断裂区域3在相同方向上的刚度，该预定断裂区域构成为在连接区域2和管区域4之间的隆起。此外，预定断裂区域3在该方向上的刚度小于在管区域4和第二联接区域1B之间的第二渐缩区域12的刚度。区域11、12、4的强度如同它们的刚度那样，从而在沿旋转轴线7的方向的轴向载荷下，先是预定断裂区域3按照计划失效，然后联接装置1的其他区域、特别是渐缩区域11、12失效。在此，失效可理解成联接装置的折断或开裂。

Claims (16)

1.用于轴的联接装置(1)，包括：

旋转轴线(7)，

用于将联接装置(1)与动力传动系元件连接的第一联接区域(1A)，

预定断裂区域(3)和

直接连接在预定断裂区域上的管区域(4)，

所述联接装置(1)在旋转轴线(7)的方向上具有轴向延伸尺寸(8)并且在正交于该旋转轴线的方向上具有径向延伸尺寸(9)并且构成为至少基本上管状的空心体；沿轴向方向，预定断裂区域(3)设置在第一联接区域(1A)和管区域(4)之间，其特征在于，

沿轴向方向在第一联接区域(1A)和预定断裂区域(3)之间设置有连接区域(2)，

联接区域的最大外部径向延伸尺寸(5)小于连接区域(2)的最大外部径向延伸尺寸(6)，并且

连接区域(2)的最大外部径向延伸尺寸(6)小于管区域(4)的最小内部径向延伸尺寸(10)。

2.根据权利要求1所述的联接装置，其特征在于，所述联接区域的最大外部径向延伸尺寸(5)小于连接区域的最小内部径向延伸尺寸(2A)。

3.根据权利要求1或2所述的联接装置，其特征在于，所述预定断裂区域(3)构成为在管区域(4)和连接区域(2)之间的径向向外隆起的连接部。

4.根据权利要求1或2所述的联接装置，其特征在于，在所述管区域(4)上沿轴向方向连接有第二联接区域(1B)，所述第二联接区域(1B)相对于第一联接区域(1A)设置在预定断裂区域(3)的对置的另一侧并且用于与另外的动力传动系元件连接。

5.根据权利要求1或2所述的联接装置，其特征在于，所述联接装置至少局部具有壁厚t，该壁厚t大于0.5mm并且还小于5mm。

6.根据权利要求5所述的联接装置，其特征在于，所述壁厚t大于0.75mm并且还小于4mm。

7.根据权利要求6所述的联接装置，其特征在于，所述壁厚t大于1.25mm并且还小于3mm。

8.根据权利要求7所述的联接装置，其特征在于，所述壁厚t大于1.75mm并且还小于2.25mm。

9.根据权利要求1或2所述的联接装置，其特征在于，所述联接装置具有钢材料作为组分或者由钢材料制成。

10.根据权利要求1或2所述的联接装置，其特征在于，以下所述区域之中的至少一个区域具有空心圆柱形的基本形状：

第一联接区域(1A)、

连接区域(2)、

管区域(4)。

11.根据权利要求10所述的联接装置，其特征在于，以下所述区域之中的多个区域具有空心圆柱形的基本形状：

第一联接区域(1A)、

连接区域(2)、

管区域(4)。

12.根据权利要求11所述的联接装置，其特征在于，以下所述区域之中的所有区域具有空心圆柱形的基本形状：

第一联接区域(1A)、

连接区域(2)、

管区域(4)。

13.根据权利要求4所述的联接装置，其特征在于，所述第二联接区域(1B)具有空心圆柱形的基本形状。

14.根据权利要求1或2所述的联接装置，其特征在于，所述预定断裂区域(3)在轴向方向上的刚度小于第一渐缩区域(11)的刚度。

15.根据权利要求1或2所述的联接装置，其特征在于，所述预定断裂区域(3)在轴向方向上的强度小于第一渐缩区域(11)的强度。

16.根据权利要求1或2所述的联接装置，其特征在于，所述轴是机动车中的万向节轴。