CN111946750A

CN111946750A - 铰接轴

Info

Publication number: CN111946750A
Application number: CN202010396202.8A
Authority: CN
Inventors: 贝恩德·斯蒂芬
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2019-05-16
Filing date: 2020-05-12
Publication date: 2020-11-17
Also published as: US20200361240A1; DE102019207145A1

Abstract

公开了一种铰接轴(1)，包括中空轴(2)和接头(4)，其中，所述接头(4)包括外圈元件(6)和布置在所述外圈元件(6)的内部中的内圈元件，其中，所述接头(4)被构造用于将扭矩从所述中空轴(2)传递到连接至所述内圈元件的轮轴(8)，其中，所述外圈元件(6)与所述中空轴(2)形成为一体件，和/或，所述内圈元件与连接到所述内圈元件的轮轴(8)形成为一体件。

Description

铰接轴

技术领域

本发明涉及一种根据技术方案1的前序部分的铰接轴。另外，本发明涉及一种根据技术方案10的用于在铰接轴中使用的中空轴，以及一种根据技术方案11的用于在铰接轴中使用的轮轴。

背景技术

由中空轴和布置在中空轴的一端或两端的一个或两个接头构成的铰接轴用于将扭矩从中空轴传递到连接至铰接轴的轮轴。为此，接头包括外圈元件和能够布置在外圈元件的内部中的内圈元件。这种铰接轴可以用作卡车中的驱动轴，或者用作(例如，电动车辆中的)车轮轮毂与差速器之间的轴。

在迄今为止使用的铰接轴中，外圈元件作为单独的元件附接到中空轴，例如通过焊接而附接到中空轴。然而，这需要单独的制造步骤，以将外圈元件连接到中空轴。另外，外圈元件和中空轴两者均必须提供足够的材料以允许这种焊接连接，这增加了铰接轴的重量。此外，在扭矩传递期间，扭转力施加在中空轴与外圈元件之间的连接部上。扭矩越高，该扭转力就越高，并且这会损坏中空轴与外圈元件之间的连接部。因此，该连接部代表了铰接轴的薄弱点。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种能够简单地制造且重量轻的铰接轴。

该目的通过根据技术方案1的铰接轴、根据技术方案10的中空轴以及根据技术方案11的轮轴(/车轴/接轴)(axle)来实现。

所述铰接轴包括中空轴和接头，其中，所述接头包括外圈元件和能够配置在所述外圈元件的内部中的内圈元件。在此，所述接头被构造用于将扭矩从所述中空轴传递到连接至所述内圈元件的轮轴。

为了使铰接轴制造简单且重量轻，所述外圈元件与所述中空轴形成为一体件。作为另一种选择或另外地，所述内圈元件能够与连接至所述内圈元件的轮轴构造为一体件。由于这种单件式设计，与先前的铰接轴相比可以减轻重量。

另外，通过单件式设计能够简化制造方法，因为不需要用于连接外圈元件与中空轴或连接内圈元件与连接至内圈元件的轮轴的额外制造步骤。另外，不需要其他制造步骤，诸如以制造用于将外圈元件连接到中空轴或用于将内圈元件连接到轮轴的凸缘为例。这也减轻重量并且降低制造成本。

在此提出的铰接轴能够实施为具有多个接头。所述接头能够配备有滑动轴承或滚动轴承。例如，铰接轴能够用作卡车中的驱动轴，例如包括三球销式接头(tripod joint)。例如，在DE102008026063A1中解释了这种三球销式接头。在此，特别有利的是，在驱动轴所需的长度上使用直径尽可能大的中空轴，并且将外圈元件法兰连接在两侧。

作为另一种选择，所述铰接轴能够用在机动车辆(特别是电动车辆)的车轮轮毂上以将车轮轮毂连接到差速器。如果铰接轴连接到车轮轮毂，则有利的是，调整铰接轴使得所有轴(即，也是与中空轴形成为一体件的外圈元件)的直径小于车轮轮毂轴承单元的外圈的直径。以这种方式，能够确保铰接轴可以通过轮轴接头的孔安装在机动车辆中。

如果铰接轴包括三球销式接头，则该三球销式接头可以包括例如三个滚针轴承。通常，可以通过三球销式接头实现轴向长度补偿。

三球销式接头(特别是包括三个滚针轴承(needle roller bearing))的内圈可以在一侧连接到驱动轴，在另一侧连接到差速传动壳体(/差速器壳体/差速器传动壳体)的小齿轮轴。

然而，由于接头的各种可能性，在此提出的铰接轴通常可以在最广泛的领域中使用。例如，铰接轴可以在所有陆地车辆、船舶和飞机中用作控制和驱动轴。它尤其可以用在直升机或飞机中用于旋翼控制(rotor control)或者用在控制面(例如，方向舵)中。铰接轴也可以用于所有类型的车辆(诸如卡车或电动车辆)以及火车或船。

根据另一实施方式，所述外圈元件形成外圈的滚道，或者，所述外圈元件形成在径向上支撑形成滚道的外圈的外圈承载架，其中，所述外圈元件至少部分地接纳所述外圈的圆柱形外表面。在每种情况下，例如，所述外圈元件与所述中空轴形成为一体件，并且所述外圈元件能够直接形成外圈的滚道或者形成可以供外圈插入其中的承载架。如果从外部观察铰接轴，则在每种情况下只能看到一件式元件，即包括外圈元件的中空轴。

根据另一实施方式，所述中空轴的壁厚在所述外圈元件的区域中被增强。由于这种增强，能够确保接头的功能，并且能够同时减轻中空轴的重量。这种增强能够通过加工中空轴的材料来实现。例如，可以通过压缩、卷曲、折叠或类似的制造方法在外圈的区域中对中空轴进行加工，类似的制造方法是在外圈元件的区域中使中空轴的材料变厚。

根据另一实施方式，所述外圈元件或所述内圈元件可以包括增强元件以使这种增强成为可能。所述增强元件可以被构造用于增强所述中空轴的壁厚。例如，所述增强元件可以被构造为能够推入所述中空轴中或推到所述中空轴上并且能够通过摩擦配合或压配合而保持在那里的增强圈。作为另一种选择，还可以在中空轴的制造期间将增强元件直接结合到中空轴的材料中，例如通过铸造、压印(impressing)或包覆(/包裹)(wrapping)将增强元件直接结合到中空轴的材料中。

根据另一实施方式，所述增强元件可以形成外圈的滚道。

所述外圈元件或所述内圈元件可以通过重新成形(reshaping)(冷成型(coldforming)或热成型(hot forming))、铸造、压制、包覆(/包裹)或铺设而形成。例如，可以通过这些机加工成形(machine forming)在中空轴的一端或两端对中空轴进行重新成形，从而如上所述形成外圈元件。这也适用于轮轴且适用于形成内圈元件。作为另一种选择，外圈元件和/或内圈元件可以通过压在中空轴和/或轮轴上来形成。

所述中空轴、所述外圈元件和/或所述内圈元件或所述轮轴可以由各种材料制成。例如，这些材料包括金属(特别是高强度钢、钛合金或钢合金)、塑料(特别是纤维增强塑料)或碳(特别是碳纤维增强碳)。由于这些材料，能够确保中空轴的足够的稳定性和强度，由此能够确保外圈元件和/或轮轴以及内圈元件的足够的稳定性和强度，同时能够减轻重量。

在接头的区域中，可以在中空轴中设置密封元件，以允许接头朝向中空轴的内部密封。另外，这种密封元件也可以被布置为使得接头相对于外部环境被密封(/封闭)。

根据另一实施方式，根据重量和将要传递的扭矩来优化所述中空轴以及与所述中空轴形成为一体件的外圈元件的直径和壁厚。这意味着在制造期间，选择直径和壁厚使得将要传递的扭矩能够最大化并且重量能够最小化。根据应用目的，在此，确定将要传递的扭矩以及重量，并因此相应地调节直径和壁厚。

根据另一方面，提出一种中空轴，包括外圈元件，如上所述，所述外圈元件与所述中空轴形成为一体件。这种中空轴可以在上述铰接轴中使用。

根据另一方面，提出一种轮轴，包括内圈元件，如上所述，所述内圈元件与所述轮轴形成为一体件。这种所述轮轴可以在上述铰接轴中使用。

根据另一方面，提出一种车轮轮毂模块，其中，所述车轮轮毂模块包括车轮轮毂轴承单元以及如上所述的铰接轴。在此，所述车轮轮毂轴承单元连接到所述铰接轴。

根据另一方面，提出一种卡车的驱动轴，其中，所述驱动轴被构造为如上所述的铰接轴。

根据另一方面，提出一种安装方法，用于安装如上所述的铰接轴。在此，所述铰接轴用于连接如上所述的中空轴和如上所述的轮轴，其中，所述铰接轴能够安装在上述车轮轮毂模块中或作为如上所述的驱动轴。

在说明书、附图和权利要求书中说明了其他的优点和有利的实施形式。在此，特别地，在说明书和附图中说明的特征的组合仅是示例性的，以使特征还可以单独存在或以其他方式组合。

在下文中，将使用附图中描绘的示例性实施方式更详细地描述本发明。在此，示例性实施方式和示例性实施方式中所示的组合仅是示例性的，并不意图限定本发明的范围。该范围仅由未决权利要求限定。

附图说明

图1示出了包括中空轴和两个接头的铰接轴；以及

图2是图1的实际轮廓的示意图。

在下文中，相同或功能等效的元件由相同的附图标记指示。

1 铰接轴

2 中空轴

4 接头

6 外圈元件

8 轮轴

具体实施方式

图1和图2示出了铰接轴(articulated shaft)1。铰接轴1包括中空轴(/中空轴)2和接头4。在这里示出的实施方式中，这种接头4布置在中空轴2的两端。作为另一种选择，接头4可以布置在中空轴2的两端中的一端。

接头4包括外圈元件6和能够配置在外圈元件6的内部中的内圈元件(未示出)。接头4被构造用于将扭矩从中空轴2传递到连接至内圈元件的轮轴8。为了在重量方面优化铰接轴1，外圈元件6与中空轴2构造为一体件。作为另一种选择或另外地，内圈元件可以与连接至内圈元件的轮轴8构造为一体件。

例如，接头4可以为三球销式接头(tripod joint)或等速接头(constantvelocity joint)。外圈元件6可以直接形成外圈的滚道，或者形成在径向上支撑形成滚道的外圈的外圈承载架。从外部在径向上观察时，在每种情况下，外圈元件6与中空轴2被构造为一件式元件。

为了确保接头4的正常工作，中空轴可以在外圈元件6的区域中被增强。该增强可以通过对中空轴2的材料进行对应的处理来实现。例如，可以对中空轴2的材料进行压缩、卷曲(crimped)或折叠。作为另一种选择，可以通过单独的增强元件来实现增强。增强元件可以作为增强圈被推入中空轴2中或推到中空轴2上。

可以根据将要传递的扭矩的方式在重量方面对中空轴2以及与中空轴2形成为一体件的外圈元件6的直径和壁厚进行优化。因此，根据应用，对于将要传递的特定扭矩，可以调整直径和壁厚以实现最佳的重量。以这种方式，能够使重量最小化，并且能够使将要传递的扭矩最大化。

在此描述的铰接轴1可以用作卡车中的驱动轴，例如包括三球销式接头。作为另一种选择，铰接轴1可以用在机动车辆(特别是电动车辆)中的车轮轮毂上，以将车轮轮毂连接到差速器(differential)。如果铰接轴1连接到车轮轮毂，则调整铰接轴1使得所有轴(即，也是与中空轴2形成为一体件的外圈元件6)的直径小于车轮轮毂轴承单元的外圈的直径。以这种方式，能够确保铰接轴1通过轮轴接头的孔安装在机动车辆中。

由于在此提出的铰接轴，可以提供用于各种应用目的的铰接轴，其中，能够简化制造，并且能够降低铰接轴的制造成本和重量。

Claims

1.一种铰接轴(1)，包括中空轴(2)和接头(4)，其中，所述接头(4)包括至少一个外圈元件(6)和能够配置在所述外圈元件(6)的内部中的一个内圈元件，其中，所述接头(4)被构造用于将扭矩从所述中空轴(2)传递到连接至所述内圈元件的轮轴，其特征在于，所述外圈元件(6)与所述中空轴(2)形成为一体件，和/或，所述内圈元件与连接至所述内圈元件的轮轴(8)形成为一体件。

2.根据权利要求1所述的铰接轴，其特征在于，所述接头(4)是三球销式接头或等速接头。

3.根据权利要求1或2所述的铰接轴，其特征在于，所述外圈元件(6)形成外圈的滚道，或者，所述外圈元件(6)形成在径向上支撑形成滚道的外圈的外圈承载架，所述外圈元件(6)至少部分地接纳所述外圈的圆柱形外表面。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的铰接轴，其特征在于，所述中空轴(2)的壁厚在所述外圈元件(6)的区域中被增强。

5.根据权利要求4所述的铰接轴，其特征在于，所述外圈元件(6)或所述内圈元件包括被构造用于增强所述中空轴(2)的壁厚的增强元件。

6.根据权利要求5所述的铰接轴，其特征在于，所述增强元件形成外圈的滚道。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的铰接轴，其特征在于，所述外圈元件(6)或所述内圈元件通过重新成形、铸造、压制、包覆或铺设而形成，特别地，重新成形是冷成型或热成型。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的铰接轴，其特征在于，所述中空轴(2)、所述外圈元件(6)和/或所述内圈元件由金属、塑料或碳制成，所述金属特别是高强度钢、钛合金或钢合金，所述塑料特别是纤维增强塑料，所述碳特别是纤维增强碳。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的铰接轴，其特征在于，所述中空轴(2)以及与所述中空轴(2)形成为一体件的所述外圈元件(6)的直径和壁厚被关于重量和将要传递的扭矩而优化。

10.一种中空轴(2)，包括外圈元件(6)，所述外圈元件(6)与所述中空轴(2)形成为一体件，所述中空轴(2)用于在根据前述权利要求中的任一项所述的铰接轴(1)中使用。

11.一种轮轴(8)，包括内圈元件，所述内圈元件与所述轮轴(8)形成为一体件，所述轮轴(8)用于在根据权利要求1至9中的任一项所述的铰接轴(1)中使用。

12.一种车轮轮毂模块，包括车轮轮毂轴承单元和根据权利要求1至9中的任一项所述的铰接轴，其中，所述车轮轮毂轴承单元连接到所述铰接轴。

13.一种卡车的驱动轴，所述驱动轴被构造为根据权利要求1至9中的任一项所述的铰接轴。

14.一种安装方法，用于组装根据权利要求1至9中的任一项所述的铰接轴，用于连接根据权利要求10所述的中空轴和根据权利要求11所述的轮轴，其中，所述铰接轴能够安装在根据权利要求12所述的车轮轮毂模块中或作为根据权利要求13所述的驱动轴。