CN107882855A - 分动器环形齿轮轴、其制造方法及包括其的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及分动器环形齿轮轴、其制造方法及包括其的设备。本发明的环形齿轮轴具有环形的轴壁，所述轴壁围成中空的内腔，所述内腔沿轴向贯穿整个所述齿轮轴延伸，并且在所述轴壁上形成有镂空部。本发明实现了产品的轻量化、帮助整车实现轻量化，同时减少机加工区域从而提高了机加工的生产效率，降低了产品的生产成本，降低劳动强度，提高生产率。

Description

分动器环形齿轮轴、其制造方法及包括其的设备

技术领域

本发明涉及汽车零部件制造技术领域；具体地说，本发明涉及汽车的分动器环形齿轮轴。本发明还进一步地涉及这种分动器环形齿轮轴的制造方法及包括其的设备。

背景技术

分动器（PTU）在汽车（例如商务车、乘用车等）中用于将动力输出至外部。例如，分动器在四驱车中与前置的发动机和变速器连接将扭矩传递到后轴。

分动器环形齿轮轴是分动器中的重要部件之一。图1中为现有技术的分动器环形齿轮轴的示意图，其右端1是输入端，通过结合套与变速箱连接；其左侧端2安装轴承与分动器壳体配合；其中间法兰3连接锥形齿轮将动力传递到后输出轴。现有设计中分动器环形齿轮轴为实体圆环设计，不符合轻量化设计要求。

现有技术中分动器环形齿轮轴多采用机械加工的方法进行生产。首先选用合适的管材或棒料，然后对其内、外侧进行切削加工成型。这种生产方式成本高，材料利用率低、生产效率低，不适合大批量生产。更重要的是，这种生产方式破坏了金属流线，导致零件的使用性能大幅降低。

现有技术中也有先冷挤压精密成型和锻造成型制出坯料，然后再进行精加工的方法生产分动器环形齿轮轴。在该方法同样存在材料利用率低的缺陷。同时，无论是冷挤压成型还是锻造成型，其对模具的要求很高，并且模具的成本很高、模具使用的寿命也不高，同时需要大吨位的压力机；冷挤压零件和锻造零件的塑性、冲击韧性变差，而且零件的残余应力大，这会引起零件变形和耐应力腐蚀性的降低。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够克服现有技术中的前述缺陷的分动器环形齿轮轴及其制造方法。

进一步地，本发明的目的还在于提供一种包括该分动器环形齿轮轴的设备。

为了实现前述目的，本发明的第一方面提供了一种分动器环形齿轮轴，其中，所述齿轮轴具有环形的轴壁，所述轴壁围成中空的内腔，所述内腔沿轴向贯穿整个所述齿轮轴延伸，并且在所述轴壁上形成有镂空部。

可选地，在如前所述的齿轮轴中，所述镂空部在所述轴壁上沿周向均布。

可选地，在如前所述的齿轮轴中，所述齿轮轴具有适于通过轴承安装到分动器壳体的支撑端以及适于固定锥形齿轮的中间法兰，所述镂空部位于所述支撑端和所述中间法兰之间。

可选地，在如前所述的齿轮轴中，所述内腔的为阶梯状型腔。

可选地，在如前所述的齿轮轴中，所述齿轮轴具有与所述支撑端相反的输入端，所述轴壁在所述输入端的厚度大于所述轴壁在所述支撑端一侧的厚度。

可选地，在如前所述的齿轮轴中，所述齿轮轴采用球磨铸铁材料制成。

可选地，在如前所述的齿轮轴中，所述球磨铸铁材料为QT700-10。

为了实现前述目的，本发明的第二方面提供了一种包括如前述第一方面中任一项所述的齿轮轴的设备。

可选地，如前所述的设备为汽车分动器或汽车。

为了实现前述目的，本发明的第三方面提供了一种制造如前述第一方面中任一项所述的齿轮轴的方法，其中，所述方法包括：

步骤A：采用砂型铸造工艺铸造出所述齿轮轴的坯料，所述坯料具有所述内腔和所述镂空部；

步骤B：机加工所述坯料的外形，从而使所述齿轮轴成型。

本发明实现了产品的轻量化、帮助整车实现轻量化，同时减少机加工区域从而提高了机加工的生产效率，降低了产品的生产成本，降低劳动强度，提高生产率。

附图说明

参照附图，本发明的公开内容将更加显然。应当了解，这些附图仅仅用于说明的目的，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：

图1是现有技术中的汽车分动器环形齿轮轴的示意图；

图2是根据本发明的一种实施方式的环形齿轮轴的立体示意图；

图3是图2中的环形齿轮轴的A-A剖视图；

图4是根据本发明的另一实施方式的环形齿轮轴的立体示意图；

图5是图4中的环形齿轮轴的B-B剖视图；以及

图6是图4中的环形齿轮轴在铸造型芯上的示意性状态。

具体实施方式

下面参照附图详细地说明本发明的具体实施方式。在各附图中，相同的附图标记表示相同或相应的技术特征。

第一实施方式

图2是根据本发明的第一实施方式的环形齿轮轴的立体示意图,图3是该环形齿轮轴的A-A剖视图。

如图中所示，分动器环形齿轮轴10具有环形的轴壁，轴壁在沿轴向各处的横截面为尺寸相同或不同的圆环。轴壁可以包括一体形成的支撑端11、输入端12和中间法兰13等，其形成方式包括但不限于机加工、挤压成型、锻造成型和/或铸造成型等。从图中可以看出，轴壁围成了中空的内腔15，该内腔沿轴向贯穿整个齿轮轴10延伸，内部可以穿有其它的轴。轴壁上示例性地形成有两个镂空部14。

齿轮轴10的支撑端11适于通过轴承安装到汽车上的分动器壳体上，由此，齿轮轴10能够在分动器内旋转。齿轴轮10上相对于支撑端11的另一端为输入端12，用于从变速箱接收动力。支撑端11和输入端12之间设置有适于固定锥形齿轮（未图示）的中间法兰13，锥形齿轮能够将接收到的动力输出至汽车的后轴。可见，动力经由变速箱-输入端12-中法兰13-锥形齿轮-汽车后轴的顺序传递，支撑端11起到支撑、定位的作用，不承受很高的扭矩。

根据图示实施方式，可以在轴壁上形成有长圆形的镂空部14。镂空部14优选为在轴壁上沿周向均布。可以想到，在满足环形齿轮轴性能的情况下，在轴壁上提供这些镂空部有助于优化结构，实现产品轻量化。由于支撑端11至中间法兰13之间不承受很高的扭矩，所以，镂空部14可以优选地位于支撑端和中间法兰之间。在性能允许的情况下，也可以在输入端12处或其它部位形成镂空部。可以了解，在其它实施方式中，在保证环形齿轮轴10的性能的情况下，镂空部的数量、形状、排列均可以改变。所属领域的技术人员了解，可以通过有限元计算验证产品的性能设计是否满足工况要求。

结合图3可以了解，在该实施方式中，环形齿轮轴10的轴壁的内腔15是平滑的圆柱形，轴壁在支撑端11和输入端12处的厚度相同。该轴壁的内腔可以是铸造成型或机加工成型（但不限于此），等等。该实施方式的环形齿轮轴10可以由现有技术中的实体圆环结构的环形齿轮轴通过切削出镂空部14来改装而成。

更优选地，该实施方式中的环形齿轮轴10可以采用球磨铸铁材料铸造制成。例如，球磨铸铁材料可以为QT700-10。采用这种球磨铸铁材料大幅增强了铸造环形齿轮轴的可靠性。可以了解，在该铸造方法中，可以先采用砂型铸造工艺铸造出环形齿轮轴的坯料，使得坯料具有内腔和镂空部，然后再机加工坯料的外形，从而使齿轮轴成型。

第二实施方式

图4是根据本发明的第二实施方式的环形齿轮轴的立体示意图，

图5是该环形齿轮轴的B-B剖视图。

如图中所示，该实施方式中的分动器环形齿轮轴20同样具有环形的轴壁，轴壁在沿轴向各处的横截面为圆环。轴壁可以包括一体形成的支撑端21、输入端22和中间法兰23等，其形成方式包括但不限于机加工、挤压成型、锻造成型和/或铸造成型等。从图中可以看出，轴壁围成了中空的内腔，该内腔沿轴向贯穿整个齿轮轴20延伸，内部可以穿有其它的轴。轴壁上示例性地形成有四个镂空部24。

齿轮轴20的支撑端21适于通过轴承安装到汽车上的分动器壳体上，由此，齿轮轴20能够在分动器内旋转。齿轴轮20上相对于支撑端21的另一端为输入端22，用于从变速箱接收动力。支撑端21和输入端22之间设置有适于固定锥形齿轮（未图示）的中间法兰23，锥形齿轮能够将接收到的动力输出至汽车的后轴。可见，动力经由变速箱-输入端22-中法兰23-锥形齿轮-汽车后轴的顺序传递，支撑端21起到支撑、定位的作用，不承受很高的扭矩。

根据图示实施方式，可以在轴壁上形成有长圆形的镂空部24。镂空部24优选为在轴壁上沿周向均布。可以想到，在满足环形齿轮轴性能的情况下，在轴壁上提供这些镂空部有助于优化结构，实现产品轻量化。由于支撑端21至中间法兰23之间不承受很高的扭矩，所以，镂空部24可以优选地位于支撑端和中间法兰之间。在性能允许的情况下，也可以在输入端22处或其它部位形成镂空部。可以了解，在其它实施方式中，在保证环形齿轮轴20的性能的情况下，镂空部的数量、形状、排列均可以改变。所属领域的技术人员了解，可以通过有限元计算验证产品的性能设计是否满足工况要求。

结合图5可以了解，在该实施方式中，环形齿轮轴20的轴壁的内腔为阶梯形状的型腔，轴壁在支撑端21和输入端22处的厚度不同。具体地，考虑到齿轮轴20的输入端22处需要提供扭矩传递，因而，轴壁在输入端处25b的厚度可以大于轴壁在支撑端处25a的厚度。该阶梯状结构可以使结构变轻，同时阶梯状结构可以增加轴内腔的空间，这样就增大了和内轴之间的间隙。该轴壁的内腔结构可以是铸造成型或机加工成型（但不限于此），等等。优选地，该结构可以在铸造时直接通过砂芯成型，不需要后期机械加工成型就可以满足和内轴之间的最小间隙要求。

更优选地，该实施方式中的环形齿轮轴20可以采用球磨铸铁材料铸造制成。例如，球磨铸铁材料可以为QT700-10。采用这种球磨铸铁材料大幅增强了铸造环形齿轮轴的可靠性。可以了解，在该铸造方法中，可以先采用砂型铸造工艺铸造出环形齿轮轴的坯料，使得坯料具有内腔和镂空部，然后再机加工坯料的外形，从而使齿轮轴成型。

图6是图4和图5中的环形齿轮轴在铸造型芯上的示意性状态。在图中用实线示出了铸造型芯30，用虚线示出了环形齿轮轴20。

可以看出，这种砂型铸造工艺中的型芯用主体部分使环形齿轮轴的坯料的内腔成型，用从型芯的主体沿径向的延伸部31形成环形齿轮的坯料的镂空部成型。在使环形齿轮轴的坯料脱离型芯后，再机加工坯料的外形，从而使齿轮轴成型。这种生产方法的生产效率很高，制造成本低，适合批量生产。同时，内腔部分和镂空部可以通过砂芯一次铸造成型，这样其内腔和镂空部就不需要机加工成型，提高了后期机加工的生产效率、降低了生产成本；砂型铸造的精度相对于锻造更高，可以预留更小的加工余量，这样就大大的提高了机加工的生产效率，使成品的成本降低。

通过以上关于环形齿轮轴等的详细描述，所属领域的技术人员能够得到应用有这种环形齿轮轴的设备，例如但不限于汽车分动器或汽车。

本发明的技术范围不仅仅局限于上述说明中的内容，本领域技术人员可以在不脱离本发明技术思想的前提下，对上述实施方式进行多种变形和修改，而这些变形和修改均应当属于本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种分动器环形齿轮轴，其特征在于，所述齿轮轴具有环形的轴壁，所述轴壁围成中空的内腔，所述内腔沿轴向贯穿整个所述齿轮轴延伸，并且在所述轴壁上形成有镂空部。

2.如权利要求1所述的齿轮轴，其中，所述镂空部在所述轴壁上沿周向均布。

3.如权利要求1或2所述的齿轮轴，其中，所述齿轮轴具有适于通过轴承安装到分动器壳体的支撑端以及适于固定锥形齿轮的中间法兰，所述镂空部位于所述支撑端和所述中间法兰之间。

4.如权利要求1所述的齿轮轴，其中，所述内腔的为阶梯状型腔。

5.如权利要求4所述的齿轮轴，其中，所述齿轮轴具有与所述支撑端相反的输入端，所述轴壁在所述输入端的厚度大于所述轴壁在所述支撑端一侧的厚度。

6.如权利要求1所述的齿轮轴，其中，所述齿轮轴采用球磨铸铁材料制成。

7.如权利要求6所述的齿轮轴，其中，所述球磨铸铁材料为QT700-10。

8.一种包括如前述权利要求1至7中任一项所述的齿轮轴的设备。

9.如权利要求8所述的设备，其中，所述设备为汽车分动器或汽车。

10.一种制造如前述权利要求1至7中任一项所述的齿轮轴的方法，其中，所述方法包括：

步骤A：采用砂型铸造工艺铸造出所述齿轮轴的坯料，所述坯料具有所述内腔和所述镂空部；

步骤B：机加工所述坯料的外形，从而使所述齿轮轴成型。