CN112512832A - 用于重型车辆的车轴组件和车轴轴颈以及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种车轴组件(600)，包括中心管(602)和车轴轴颈(604)。车轴轴颈(604)固定到中心管(602)。车轴轴颈(604)具有管状第一区段(622)和从第一区段延伸的管状第二区段。第二区段具有外径。第二区段具有轴承支撑表面(680)。管状过渡区段(626)位于第一区段和第二区段之间。在管状过渡区段的邻近第二区段的轴向端部段中形成有环形肩部部分(664)。

Description

用于重型车辆的车轴组件和车轴轴颈以及其制造方法

相关申请的交叉引用

本申请要求在2018年8月30日提交的美国临时专利申请序列号62/724,716的权益。

技术领域

所公开的主题总体上涉及用于车辆的车轴。特别地，所公开的主题涉及一种用于重型车辆的车轴组件。车轴组件包括改进的车轴轴颈(axle spindle)，其轮廓减小了车轴轴颈中的应力集中。车轴轴颈包括一体式ABS传感器支架安装定位器。所公开的主题还涉及制造车轴组件和制造车轴轴颈的方法。

背景技术

诸如卡车、牵引车-拖车或拖车的重型车辆通常利用一个或多个车轴组件。车轴组件包括一对轮端组件，其固定到车轴中心管的相应相对两端。每个轮端组件都包括轮毂，所述轮毂被支撑在车轴轴颈上，以便通过轴承系统进行相对旋转。轴承系统包括内侧轴承和外侧轴承。车轴轴颈具有附接端部部分或裙缘，所述附接端部部分或裙缘的外径基本上等于车轴轴颈将要附接至其的车轴中心管的端部部分的外径。

车轴轴颈包括圆柱形外轴承表面，用于至少支撑轴承系统的内侧轴承。圆柱形外轴承表面的外径小于车轴轴颈的附接端部部分的外径。因此，存在外径减小的过渡区域，所述过渡区域从车轴轴颈的附接端部部分在朝向圆柱形外轴承表面的方向上延伸。

车轴轴颈在过渡区域的端部处具有肩部区域。肩部区域具有垂直于圆柱形外轴承表面延伸的环形端面。肩部区域的环形端面接触表面接合内侧轴承，以使内侧轴承沿着车轴轴颈定位。车轴轴颈螺母构造拧到车轴轴颈的端部部分上，以将轴承系统固定在车轴轴颈上并且保持轴承的位置。

过渡区域和肩部区域通常在重型车辆的运行期间承受相对较重的载荷和力。相对较重的载荷和力导致相对较高的局部应变，从而导致过渡区域和肩部区域中的应力集中较大。取决于过渡区域和肩部区域中的设计几何形状，车轴轴颈的截面模量变化率可能相对较高，这可能会对车轴轴颈产生不利影响。车轴轴颈必须足够坚固，以承受相对较大的载荷和力以及相对较高的应力和应变。

车轴轴颈在制造过程期间由大量材料(例如钢)形成，以便坚固以承受车轴轴颈经受的相对重的载荷和力。这通常导致车轴轴颈在肩部区域和过渡区域中相对较厚。还出于制造原因和为了安装附件硬件，形成了车轴轴颈的该相对较厚的区域。因此，车轴轴颈可能相对较重，这增加了重型车辆的总重量，进而导致重型车辆可以承载的货物的重量减少。

肩部区域的环形端面由于在重型车辆的运行期间由内侧轴承施加的相对较高的轴向力而经受磨损、微动磨损(fretting)、拉毛或变形。因内侧轴承对肩部区域的持续接触以及施加到肩部区域的相对较高的轴向载荷而发生肩部区域的环形端面和可能的内侧轴承的磨损、微动磨损、拉毛或变形。这种磨损、微动磨损、拉毛或变形会造成轴承系统在车轴轴颈上的过度端部游隙并且将产生的污染物引入轴承系统中。

缓解过渡区域中相对较厚的车轴轴颈的至少一种尝试涉及将单独制造的轴环连结到由中空管形成的车轴轴颈主体。通过冷成型中空管而制成车轴轴颈主体。轴环提供轴承止挡表面。然而，该尝试涉及额外的机加工和制造操作，以制造轴环，然后将轴环焊接或以其他方式连结至车轴轴颈主体的过渡区域。必须小心地将轴环轴向定位在车轴轴颈主体上，以确保轴承止挡表面在完成的车轴轴颈组件上的正确位置。为了在车轴轴颈主体上正确定位轴承止挡表面，在轴环上机加工截头圆锥形内表面，使其接近过渡区域延伸的角度。冷成型的车轴轴颈主体的外表面的制造公差通常大于在轴环上使用的机加工操作的公差。该轴环和车轴轴颈主体组件可能无法产生轴承止挡表面的所需位置或轴环相对于车轴轴颈主体的垂直度。所有这些额外的步骤和过程往往会增加制造车轴轴颈的成本并且增加生产车轴轴颈的交货时间。

在另一种尝试中，还已知出于制造原因，实心车轴轴颈在靠近肩部端面的轴承轴颈表面中设有破坏性的径向切入部。这种切入部允许滚光工具与轴承轴颈接触，以对轴承轴颈表面产生所需的光洁度。对于在重型车辆的运行期间要承受相对重的载荷和较大的力的车轴轴颈，这种构造可能不是最佳的。

与一些先前已知的车轴轴颈有关的缺点使得期望开发一种重量相对较轻的改进的车轴轴颈。还期望开发一种改进的车轴轴颈，其具有可以在重型车辆的运行期间更好地承受局部应力和应变并且最小化肩部的磨损、微动磨损、拉毛和/或变形的肩部区域。还期望提供一种车轴轴颈，其截面模量的变化率相对较低，尤其是在肩部区域中截面模量的变化率相对较低。期望提供一种制造改进的车轴轴颈的方法。还期望提供一种改进的车轴轴颈，其能够使用标准或常备(stock)轴承或者可以结合定制轴承，这样可以受益于改进的车轴轴颈的有利特征。还期望提供一种一件式一体成型的管状车轴轴颈，其可以减少材料成本并且延长车轴轴颈和轴承寿命。进一步期望提供一种具有易于定位和安装防抱死制动系统传感器支架的装置的车轴轴颈。

发明内容

提供发明内容以下面描述的形式介绍所公开主题的概念。本发明内容既不旨在标识所公开主题的关键因素或必要特征，也不旨在限制所公开主题的范围。

通过根据所公开的主题构造和制造的车轴组件和车轴轴颈克服了与已知的车轴轴颈相关的缺点。所公开的主题的概念提供了一种重量相对较轻的一件式一体成型的管状车轴轴颈，其可以承受在重型车辆的运行期间遇到的局部应力集中，减少了材料成本，并且增加了车轴轴颈和轴承的寿命。所公开的主题还提供了一种有效地定位和安装防抱死制动系统应答支架的方式。改进的车轴轴颈具有相对较低的截面模量变化率。改进的车轴轴颈能够使用标准或常备轴承，或者可以结合定制轴承，这样可以受益于所公开主题的改进特征。所公开的主题还提供一种用于车轴组件和车轴轴颈的制造方法。

所公开的主题提供一种用于重型车辆的车轴组件。车轴组件包括中心管和固定到中心管的车轴轴颈。车轴轴颈接收至少一个轴承组件以支撑用于相对旋转的轮毂。车轴轴颈具有带有第一外径的管状第一圆柱形区段。第一圆柱形区段上的端面连接到车轴轴颈的中心管。管状第二圆柱形区段与第一圆柱形区段一体形成并且在远离第一圆柱形区段的方向上延伸。第二区段具有至少一个轴承支撑表面，以接收和支撑轮毂的轴承组件。第二区段具有小于第一外径的第二外径。管状过渡区段与第一圆柱形区段和第二圆柱形区段一体形成并且位于第一圆柱形区段和第二圆柱形区段之间。管状过渡区段包括卡接搁置垫(chucking land pad)。卡接搁置垫与工具接合，以引起中心管和车轴轴颈之间的相对旋转，从而产生摩擦焊接部。

弧形表面可以限定卡接搁置垫。弧形表面与第一圆柱形区段或管状第二圆柱形区段中的至少一个基本上同轴地延伸。卡接搁置垫可以是连续的圆柱形表面。

车轴轴颈具有形成在车轴轴颈的管状过渡区段中的防抱死制动系统传感器支架定位器凸块。防抱死制动系统支架与防抱死制动系统传感器支架定位器凸块的表面接合并且固定至车轴轴颈。

环形肩部部分形成在过渡区段的邻近第二圆柱形区段的端部。肩部部分具有用于与轴承组件的环形表面接合的环形肩部表面。管状过渡区段可以具有在轴向位置处取得的截面模量在从环形肩部表面沿着朝向管状第一圆柱形区段的端面的方向以0.050英寸的增量间隔开的相邻截面之间的变化率，其改变不大于约14％。

至少一个表面形成位于环形肩部表面和轴承支撑表面之间的环形轮廓。环形轮廓由具有第三直径的表面限定，所述第三直径不小于管状第二圆柱形区段的轴承支撑表面的第二直径。

环形轮廓可以包括第一环形表面，所述第一环形表面具有在包含车轴轴颈的纵向中心轴线的平面中取得的第一半径。第一环形表面位于环形肩部表面和轴承支撑表面之间。环形轮廓还可以包括第二环形表面，所述第二环形表面具有在包含车轴轴颈的纵向中心轴线的平面中取得的第二半径。第二环形表面位于第一环形表面和轴承支撑表面之间。第二环形表面的第二半径可以大于第一环形表面的第一半径。

环形轮廓可以包括从环形肩部表面径向向内延伸的截头圆锥段。环形轮廓还可以具有位于截头圆锥段和轴承支撑表面之间的倒圆表面。

所公开的主题还提供一种制造用于重型车辆的车轴组件和车轴轴颈的方法。方法包括提供中心管和中空构件的步骤。车轴轴颈通过在中空构件上形成第一圆柱形区段而制成并且具有第一直径。第二圆柱形区段与第一圆柱形区段一体形成在中空构件上并且在远离第一圆柱形区段的方向上延伸。第二圆柱形区段具有小于第一直径的第二直径。过渡区段与第一圆柱形区段和第二圆柱形区段一体形成在中空构件上并且位于第一圆柱形区段和第二圆柱形区段之间。过渡区段从第一圆柱形区段到第二圆柱形区段逐渐变细。在过渡区段上形成卡接搁置垫。

当通过工具与卡接搁置垫接合并且使车轴轴颈相对于中心管旋转而将车轴轴颈摩擦焊接到中心管时，就产生了车轴组件。卡接搁置垫被机加工掉，以形成完成的过渡区段。在机加工操作期间，形成了防抱死制动系统传感器支架定位器凸块。防抱死制动系统传感器支架位于防抱死制动系统传感器支架定位器凸块上。防抱死制动系统传感器支架固定到车轴轴颈。

附图说明

以下描述和附图阐述了所公开主题的某些说明性方面和实施方式。这些仅表示可以采用所公开的主题的一个或多个方面或实施方式的各种方式中的仅一些。通过参照附图阅读说明书，所公开的主题的其他特征对于本领域技术人员而言将变得显而易见，在附图中：

图1是轮端组件的纵向剖视图，所述轮端组件包括根据所公开主题的方面构造的车轴轴颈；

图2是图1所示的车轴轴颈的整体透视图；

图3是图2所示的车轴轴颈的大致沿着图2中的线3-3截取的放大纵向剖视图；

图4是图1的车轴轴颈和轴承系统的一部分的局部放大剖视图，其示出了轴承、肩部和形成在肩部中的环形轮廓之间的关系；

图5是图4的车轴轴颈的一部分的局部放大剖视图，其示出了根据所公开的主题的一个方面的肩部和环形轮廓的示例性几何形状；

图6是根据所公开主题的另一方面的与图4相似的车轴轴颈和轴承系统的一部分的局部放大剖视图；

图7是图6的车轴轴颈的一部分的放大局部剖视图，其示出了形成尖端的肩部和环形轮廓的替代几何形状；

图8-11是在车轴轴颈的一部分上的肩部和环形轮廓的示例性替代几何形状的局部放大剖视图；

图12是图8-11中的车轴轴颈的一部分的局部放大剖视图，其具有肩部和环形轮廓的代表性的几何形状；

图13是车轴轴颈的放大剖视图，其示出了根据所公开主题的方面构造的车轴轴颈的特征；

图14是截面模量随沿着现有技术的车轴轴颈的一部分的距离变化的曲线图；

图15是截面模量随沿着根据所公开主题的方面构造的车轴轴颈的一部分的距离变化的曲线图；

图16是典型的现有技术的车轴轴颈的一部分的局部剖视图；

图17是根据所公开主题构造的车轴轴颈的一部分的局部剖视图；

图18是覆盖到图16所示的现有技术的车轴轴颈上的图17所示的主题公开的车轴轴颈的剖视图，其说明了相应的车轴轴颈的部分中的厚度差异；

图19是根据所公开主题的另一方面构造、结合车轴轴颈的车轴组件的透视图；

图20是图19所示的车轴组件的局部剖视图；

图21是图20的车轴组件的一部分的放大剖视图，其示出了在机加工之前的部分机加工状态和完成机加工的状态；

图22是图21的车轴组件的一部分的放大剖视图，其示出了在完成机加工之前与车轴轴颈的摩擦焊接操作；

图23是图22的车轴组件的一部分的放大剖视图，其示出了结合一体式防抱死制动系统传感器支架定位器凸块的车轴轴颈的完成状态；

图24是图23中的车轴轴颈的一部分的局部放大剖视图，其示出了定位并且安装在防抱死制动系统传感器支架定位器凸块上的防抱死制动系统传感器支架；

图25是图24所示的防抱死制动系统传感器支架的放大透视图；和

图26是截面模量随沿着根据所公开主题的另一方面构造的车轴轴颈的一部分的距离变化的曲线图。

具体实施方式

参照附图描述了所公开的主题，其中在整个说明书和附图中，相同的附图标记用于表示相同的元件。为了示例性目的，阐述了细节以便提供对所公开主题的理解。将理解的是，没有这些具体细节也可以实践和实施所公开的主题。

轮端组件20(图1)用于诸如卡车、牵引车-拖车或拖车的重型车辆(未示出)，并且可操作地连接至车轴组件的车轴中心管(未示出)，如众所周知。根据所公开的主题的一方面构造的改进的车轴轴颈24连结至车轴中心管(未示出)，如众所周知。一对基本上相同的轮端组件20位于车轴中心管的相应轴向端部处。重型车辆上可以使用多于一个车轴。为了简单起见，将仅详细描述轮端组件20中的一个，但是其将等同地应用于重型车辆上使用的每个轮端组件。

轮端组件20包括轮毂22，所述轮毂被轴承系统26支撑以在改进的车轴轴颈24上相对旋转，所述轴承系统包括一对成组的锥形滚柱轴承、杯形件和圆锥形件。改进的车轴轴颈24可以承受与在重型车辆上使用相关的应变和应力集中，并且增加了车轴轴颈和轴承系统26的使用寿命。改进的车轴轴颈24还具有截面模量变化率相对较低的部分，这可以延长疲劳寿命。改进的车轴轴颈24重量较轻。改进的车轴轴颈24还可以使得能够开发和使用重量相对较轻的轴承。

车轴中心管是具有大致圆形的横截面的中空或管状并且具有环形端面。车轴中心管可以由任何合适的材料制成，例如钢。车轴中心管和车轴轴颈24可以具有任何横截面形状、尺寸和构造。车轴轴颈24优选地在其整个长度上是中空的或管状的并且具有带有环形端面40的基本上圆形的管状端部部分或裙缘28。车轴轴颈24可以由任何合适的材料制成，例如钢。优选地，车轴中心管和车轴轴颈24的裙缘28的内径和外径在它们相应的环形端面处基本上相同。可以预期的是，车轴和车轴轴颈24的裙缘28的内径可以不同。例如，裙缘28的内径ID可以具有比车轴中心管的内径相对小的内径。

根据一方面，车轴中心管的环形端面和车轴轴颈24的环形端面40通过任何合适的方法、例如通过摩擦焊接连结在一起。应当理解，可以使用将车轴轴颈24永久地连结到车轴的任何合适的手段，例如MIG、TIG、电弧、氧乙炔气、激光、凸焊、对接或电容焊接等。

用于重型车辆的管状车轴轴颈24具有纵向中心轴线A，并且出于示例性目的被图示为具有相同直径的轴向间隔开的轴承支撑表面42、44的“直”或“非锥形”车轴轴颈(图1-3)。轴承支撑表面42、44彼此间隔开并且沿着车轴轴颈24彼此精确地同轴对准。应当理解，车轴轴颈24也可以是具有不同直径的轴承支撑表面的“锥形”车轴轴颈类型，而又不影响所公开主题的整体概念或实施方式。

轮端组件20的轴承系统26包括轴承组件或外侧轴承46，所述轴承组件或外侧轴承接收在车轴轴颈24的外侧轴承支撑表面42上。轴承系统26还包括轴承组件或内侧轴承48，所述轴承组件或内侧轴承接收在车轴轴颈24的内侧轴承支撑表面44上。轴承46、48被示为锥形滚柱轴承，但是应当理解，可以采用任何合适的轴承。

内侧轴承48接收在轮毂22中的孔49中。内侧轴承48具有环形的内侧侧表面60(图4最佳可见)。车轴轴颈24具有带有环形肩部表面64的环形肩部部分62。内侧轴承48的侧表面60与车轴轴颈24的环形肩部部分62的环形肩部表面64接合。内侧轴承48的侧表面60与环形肩部表面64接合确定了内侧轴承在车轴轴颈24上的内侧轴向或纵向位置并且阻止或防止了内侧轴承任何进一步的内侧运动。

外侧轴承46接收在轮毂22中的孔50中。轴颈螺母组件66拧到车轴轴颈24的带螺纹端部部分上，并且确定了外侧轴承46在车轴轴颈上的轴向或纵向位置并且阻止或防止外侧轴承的进一步的外侧运动。腔86由外侧轴承46、内侧轴承48、车轴轴颈24、轮毂22和密封件52限定。腔86接收用于轴承系统26的适当润滑剂，例如油脂或油。

车轴轴颈24具有包括裙缘28的管状第一圆柱形区段80(图2-3)。管状第一圆柱形区段80在沿着车轴轴颈的纵向中心轴线A的方向上延伸一定长度。车轴轴颈24的第一圆柱形区段80优选地是具有第一外径D1的圆形横截面(图3)。例如，第一外径D1可以是用于重型车辆的预期应用和负载能力的任何合适的直径，例如在约4.90英寸至约6.00英寸的范围内。当车轴和车轴轴颈连结在一起时，车轴轴颈24的环形端面40抵接车轴中心管的环形端面。

车轴轴颈24具有管状第二圆柱形区段82，所述管状第二圆柱形区段在远离第一圆柱形区段80的方向上延伸并且通过诸如锻造工艺等适当的手段与第一圆柱形表面一体形成。第二圆柱形区段82与第一圆柱形区段80同轴延伸并且与第一圆柱形区段轴向间隔开。车轴轴颈24的第二圆柱形区段82包括轴承支撑表面42、44。

轴承支撑表面42、44接收并且支撑轴承系统26的轴承46、48中的相应一个的内圆柱形表面，例如孔。轴承支撑表面42、44经过精密机加工，以紧密配合轴承46、48的内圆柱形表面。对于直线或非锥形车轴轴颈24，每个轴承支撑表面42、44的外径相同，如所示和所述。第二圆柱形区段82的轴承支撑表面42、44具有轴承支撑直径或第二外径D2，所述轴承支撑直径或第二外径小于第一圆柱形区段80的第一外径D1。对于车轴轴颈24，当第一外径D1在大约4.90英寸至大约6.00英寸的范围内时，第二直径D2例如在大约3.4983英寸至大约3.5421英寸的范围内。如果车轴轴颈24是锥形类型的，则另一个圆柱形区段将与内侧轴承支撑表面44在轴向外侧隔开，并且具有小于第二外径D2的外径。车轴轴颈24的第二圆柱形区段82可以具有任何合适尺寸的内径D4，例如在大约2.13英寸至大约2.60英寸的范围内，并且优选地为大约2.45英寸。

轴承系统26的内侧轴承48和外侧轴承46在示例性方面可以相同。内侧轴承48和外侧轴承46可以是任何合适的轴承类型，但是优选地是锥形滚柱轴承类型。例如，内侧轴承48具有保持在保持架102中在具有背面半径Rbf的内圆锥形体104和外杯形件106之间的多个滚柱100(图4)。密封件52封闭轮毂22和车轴轴颈24之间的最内侧端部区域110以防止润滑剂从腔86泄漏。

管状过渡区段120(图2-3)与管状第一圆柱形区段80和第二圆柱形区段82一体且同轴地形成，并且在管状第一圆柱形区段和第二圆柱形区段之间延伸。管状过渡区段120在从第一圆柱形区段的相对较大的第一外径D1到第二圆柱形区段82的相对较小的直径D2的外侧方向上逐渐变细。也就是说，过渡区段120的外表面122从第一圆柱形区段80的第一外径D1朝向第二圆柱形区段82的第二外径D2渐缩。车轴轴颈24的管状过渡区段120的外侧端部部分包括环形肩部部分62。

过渡区段120的轴向延伸的弧形内表面124平滑地从第一过渡或切点TP1处第一圆柱形区段80的内表面逐渐变细并且融合(blend)到第二过渡或切点TP2处第二圆柱形区段82。弧形内表面124可以形成为具有相对大的半径Rc，所述半径在包含纵向中心轴线A的平面中取得。半径Rc可以在大约8.00英寸至大约12.00英寸的范围内，并且优选地为约10.00英寸。过渡区段120中的内表面124的至少一部分可以具有任何合适的构造，例如呈样条线、曲线或直线的形式。在所示的方面中，内表面124还具有半径为Ro的弧形部分，所述弧形部分在轴向远离第一圆柱形区段80的外侧方向上在切点TP1处平滑地过渡到半径Ro。半径Ro可以在大约1.00英寸至大约3.00英寸的范围内，并且优选地为大约2.00英寸。内表面124还具有半径为Ri的弧形部分，所述弧形部分在外侧方向上轴向地从第一圆柱形区段80在切点TP2处以半径Rc平滑地过渡。半径Ri可以在大约1.00英寸至大约3.00英寸的范围内，并且优选地为大约2.00英寸。限定内表面124的半径Rc、Ro和Ri之间的关系是半径Rc大于半径Ro和Ri两者。半径Ro也可以大于半径Ri。半径Ri的起点在环形肩部表面64的轴向位置处或附近径向向内并且在内侧方向上延伸。

因此，与用于重型车辆的最公知的锻造车轴轴颈在相同轴向位置处取得的相比，车轴轴颈24的过渡区段120具有在沿着过渡区段的任何地方取得的相对薄的径向壁厚T。过渡区段120的相对薄的径向壁厚T导致车轴轴颈24的重量和材料的显著节省。对于与现有技术的车轴轴颈相同的总轴重额定值(GAWR)，就具有5.75英寸第一外径D1的车轴轴颈24而言实现了在约10％至约18％的范围内的示例性的重量节约。车轴轴颈24使用较少量的材料，并且对于相同的总轴重额定值(GAWR)节省了材料和可能的处理中的成本。车轴轴颈24被设计和制造成与先前已知的车轴轴颈相比在相同的总轴重额定值(GAWR)下在过渡区段120的环形肩部部分62中在轴向方向上的截面模量变化率相对较小，如下所述。

环形肩部部分62优选地在周向方向上连续并且位于过渡区段120的在第二圆柱形区段82附近的端部部分中。更加具体地，环形肩部表面64形成过渡区段120的肩部部分62的端部，并且第二圆柱形区段82可以从该环形肩部表面延伸。环形肩部部分62具有密封轴颈表面63(图3-4)，密封件52(图1)安装在所述密封轴颈表面上。密封轴颈表面63具有非常精确的外径D5，以使密封件52接合并且有效地将润滑剂保持在轮毂22的腔86内。车轴轴颈24的环形肩部部分62和环形肩部表面64保持内侧轴承48的轴向内侧位置并且承受重型车辆的相对较高的载荷。

环形肩部表面64在远离车轴轴颈24的纵向中心轴线A且基本上垂直于所述纵向中心轴线的径向方向上延伸。环形肩部表面64优选在周向方向上不间断或连续。环形肩部表面64可以在径向距离RD(图5)上接触内侧轴承48的内圆锥形件104的环形侧表面60(图4)。可以通过适当的方法使环形肩部表面64硬化，以进一步减少由内侧轴承48施加的轴向载荷引起的环形肩部表面的微动磨损或拉毛的发生。当抵靠外侧轴承46在带螺纹端部部分68(图1和3)上正确地拧紧轴颈螺母组件66(图1)时，这种接触确定了轴承系统26的内侧轴承48在车轴轴颈24上的轴向位置。拧紧轴颈螺母组件66会通过轮毂22将预载荷施加到轴承系统26。

内侧轴承支撑表面44、外侧轴承支撑表面42和环形肩部表面64可以在相同的机加工工艺或操作中形成在车轴轴颈24上。带螺纹端部部分68也可以在用于形成内侧轴承支撑表面44、外侧轴承支撑表面42和环形肩部表面64的相同机加工工艺或操作中在车轴轴颈24上切削或形成。

根据一个方面，车轴轴颈24可以具有周向连续的应力缓解环形轮廓140(图3-5)。应力缓解环形轮廓140具有在包含车轴轴颈24的纵向中心轴线的平面中取得的径向延伸的表面。应力缓解环形轮廓140位于第二圆柱形区段82的内侧轴承支撑表面44和环形肩部部分62的环形肩部表面64之间。环形轮廓140没有从第二圆柱形区段82的内侧轴承支撑表面44径向向内延伸的部分。环形轮廓140的整个表面可以由第三外径D3(图3和5)限定。在沿着环形轮廓的表面的任何位置处，第三直径D3绝不小于内侧轴承支撑表面44或第二圆柱形区段82的毗邻环形轮廓40的一部分的外径D2。环形轮廓140用于减轻车轴轴颈24的环形肩部部分62中的应力集中。

环形轮廓140还可以用作腔，用于轴承系统26的附加润滑可以进入并且存储在所述腔中，或者来自环形肩部表面64的微动磨损材料可以进入所述腔以将其保持在轴承系统之外。环形轮廓140还稍微减轻了车轴轴颈24的重量，并且可能需要较少的材料来形成车轴轴颈，从而导致重量更轻的车轴轴颈和较少的材料使用。环形轮廓140可以机加工到车轴轴颈24中，在锻造操作期间形成或者通过其他合适的去除材料或形成特定轮廓的方法来形成。例如，环形轮廓140可以在与用于形成内侧轴承支撑表面44、外侧轴承支撑表面42、环形肩部表面64和带螺纹端部部分68相同的机加工工艺或操作中形成。

环形轮廓140提供了不接触轴承系统26的内侧轴承48的空隙区域。即使有了环形轮廓140，环形肩部表面64也基本上在与就像没有环形轮廓时的表面区域相同的表面区域上接合内侧轴承48的内圆锥形件104。这是因为内侧轴承48的背面半径Rbf(图4)在内圆锥形件104上在从侧表面60向外侧的方向上约为0.25英寸。无论车轴轴颈是具有还是不具有应力缓解环形轮廓140，背面半径Rbf都确定了不接触车轴轴颈的环形肩部表面64的环形或圆周区域。

车轴轴颈24的环形肩部部分62通常承受相对较重的载荷和应力，例如弯曲应力、赫兹接触应力和/或轴向应力。弯曲应力通常因过渡区段120中快速改变的内径和外径引起的快速截面面积变化导致的局部应力集中而增大。所公开主题的车轴轴颈24在环形肩部部分62中在轴向方向上具有相对较小的截面面积变化率，使得导致截面模量变化率相对较低。环形轮廓140的尺寸和位置显著降低了环形肩部部分62中的峰值弯曲应力。由此导致的环形肩部部分62中减小的总应力水平降低了环形肩部表面64和内圆锥形件104的侧表面60的微动磨损和拉毛的可能性。环形肩部部分62中的相对较小的截面模量变化率也可以减小应变，从而减小车轴轴颈24的肩部部分62中的局部应力集中，这可以改善疲劳寿命。

车轴轴颈24中相对较小的截面模量变化率使得能够使用具有与现有技术的车轴轴颈160相比相对较小的壁厚T(图3)的较不坚固或更薄的肩部部分62和/或过渡区段120，所述壁厚由内壁厚差DWTi和外壁厚差DWTo(图18)表示。车轴轴颈24和环形肩部部分62的这种结构可以允许使用重量较轻的轴承，例如具有背面半径Rbf较低的圆锥形件的定制轴承系统。车轴轴颈24的环形肩部部分62中的环形轮廓140可以具有减小应变和局部应力集中的任何合适的尺寸和构造，并且可以与内表面124的独特轮廓组合。

当在包含纵向中心轴线A的平面中观察时，环形轮廓140可以具有倒圆段144(图5)。环形轮廓140的倒圆段144可以具有任何合适的尺寸和形状。根据示例性方面，环形轮廓140的倒圆段144可被构造成具有多个融合半径，其具有至少两个不同的半径。可以使用任何合适数量的融合半径来构造环形轮廓140的倒圆段144。环形轮廓140的倒圆段144可以具有任何合适的构造或构造的组合，例如弧、样条线或曲线。

举例来说，环形轮廓140的倒圆段144可以具有环形表面，所述环形表面限定位于环形肩部表面64和第二圆柱形区段82的内侧轴承支撑表面44之间的倒圆部分146。倒圆部分146有助于第二圆柱形区段82的内侧轴承支撑表面44在朝向环形肩部表面64的方向上过渡。倒圆部分146具有半径R1。倒圆部分146的半径R1可以是至少约0.375英寸。

环形轮廓140的倒圆段144可以具有另一环形表面，所述另一环形表面限定位于倒圆部分146和肩部部分62的环形肩部表面64之间的倒圆部分148。倒圆部分148在朝向环形肩部表面64的方向上平滑地过渡到倒圆部分146。倒圆部分148的半径R2优选小于倒圆部分146的倒圆表面R1。倒圆部分148的半径R2可以小于大约0.068英寸，但是优选不小于约0.060英寸。可能存在某些构造，其中半径R2可能小于0.060英寸。半径R1与半径R2之比优选在大约5:1至大约10:1的范围内。倒圆部分146的环形表面和倒圆部分148的环形表面都不存在从内侧轴承支撑表面44径向向内延伸的部分。

环形轮廓140的倒圆段144可以可选地具有又一环形表面，所述又一环形表面限定位于倒圆部分146和第二圆柱形区段82的轴承支撑表面44之间的另外的倒圆部分(未示出)。该另外的倒圆部分将具有优选地大于倒圆部分146的半径R1的半径。

举例来说，环形轮廓140还可以具有倾斜表面142(图5)或连续的环形截头圆锥段，其从环形肩部表面64径向向内延伸并且融合到倒圆部分148中。倾斜表面142具有在0.010英寸至约0.100英寸的范围内的轴向延伸深度或距离AD。倾斜表面142可以相对于环形肩部表面64以在大约1°至大约30°的范围内的锐角B延伸。环形轮廓140的倾斜表面142可以具有任何合适的构造或构造的组合，例如弧、样条线或曲线。同样显而易见的是，环形轮廓140中可以包括任何数量的倾斜表面或截头圆锥段142。显然，可以结合任何数量的倒圆部分以限定环形轮廓140，所述环形轮廓使得截头圆锥段142过渡到第二圆柱形区段82的轴承支撑表面44中。

先前已知的车轴组件通常结合用于重型车辆的标准尺寸的中心管(未示出)，所述中心管的外径约为5.75英寸。5.75英寸的标准尺寸的车轴中心管的壁厚通常约为0.312英寸。通常期望使现有技术的车轴轴颈的管状端部部分或裙缘的环形端面的外径与将要固定在其上的车轴中心管的外径相匹配。因此，现有技术的车轴轴颈相对较厚且较重而且对重型车辆的总重量有所贡献，因此限制了重型车辆可以承载的货物或负载的量。

图16中示出了代表性的现有技术的车轴轴颈的示例。现有技术的车轴轴颈是可从Canton，Ohio的Hendrickson Trailer Commercial Vehicle Systems获得的HP-310车轴轴颈160。现有技术的车轴轴颈160在过渡区段162和肩部166的一部分中具有径向延伸的壁厚WT1。

在图17中，根据所公开的主题构造的车轴轴颈24具有径向延伸的壁厚WT2。径向延伸的壁厚WT2是在与用于相同GAWR的现有技术的车轴轴颈160的径向延伸壁厚WT1相比车轴轴颈24的过渡区段120的一部分的相同轴向位置处取得。显然，在从环形肩部部分62的环形肩部表面64在朝向裙缘28的环形端面40的方向上的相同轴向位置的大部分上(如果不是全部)，壁厚WT1明显大于壁厚WT2。

图18示出了图17的车轴轴颈24的纵向截面，所述纵向截面覆盖在图16的代表性现有技术的车轴轴颈160的纵向截面上。图18示出了车轴轴颈24的相对较薄的壁厚WT2，如内壁厚差DWTi和外壁厚差DWTo的指示所示。壁厚差DWTi、DWTo的大部分位于车轴轴颈24的过渡区段120(图17)和圆柱形区段80中。车轴轴颈24在第二圆柱形区段82中的壁厚差DWT2也比现有技术的车轴轴颈160薄，薄了小于壁厚差DWTi、DWTo的量，但在相对较长的轴向范围都薄。

与现有技术的车轴轴颈160相比，利用具有相似的外径和总轴重额定值(GAWR)的改进的车轴轴颈24，实现了在约10％至约18％的范围内的总重量减少。通过环形轮廓140和该车轴轴颈24的内表面124的构造以及它们如何降低过渡区段120和第一圆柱形区段80中的应力集中，可以实现该总重量的减少。这种减重减少了重型车辆的总重量，因此允许在重型车辆中载运更多货物。

本公开的另一方面是一种制造用于重型车辆轮端组件20的车轴轴颈24的方法。举例来说，所述方法包括提供中空管状构件或杯状预成型件以用作毛坯或初始工件的步骤。第一圆柱形区段80优选地通过锻造操作形成在管状构件上，以具有带有第一外径D1的部分。第二圆柱形区段82优选地通过锻造操作与第一圆柱形区段80一件式一体且同轴地形成，并且与第一圆柱形区段间隔开。第二圆柱形区段82具有小于第一外径D1的第二外径D2。管状过渡区段120优选地通过锻造操作在第一圆柱形区段80和第二圆柱形区段82之间一体且同轴地形成。管状过渡区段120在内表面124和外表面122上沿着外侧方向径向向内渐缩。

环形肩部部分62优选地通过锻造操作在管状过渡区段120的外侧端部部分处在第一圆柱形区段80和区段82之间一体且同轴地形成。环形肩部表面64在锻造操作期间被粗形成，然后在环形肩部部分62的邻近第二圆柱形区段82的外侧端部处进行最终机加工或磨削。在第二圆柱形区段82和环形肩部部分62的环形肩部表面64之间形成环形轮廓140。形成环形轮廓140的步骤可以通过机加工操作进行。轴承支撑表面42、44可以在车轴轴颈24的第二圆柱形区段82上机加工。

方法可以进一步包括将管状过渡区段120的内表面124和外表面122形成为期望轮廓的步骤。期望轮廓为环形肩部部分62和管状过渡区段120的至少一部分提供了相对较小的截面模量变化率。

在图6-7中示出了根据另一方面的用于重型车辆的车轴轴颈224并且所述车轴轴颈包括替代的应力缓解环形轮廓340。车轴轴颈224的环形轮廓340具有与图4-5所示的车轴轴颈24的环形轮廓140不同的几何形状。车轴轴颈224的所有其他功能、部分和尺寸与车轴轴颈24的基本上相同。

车轴轴颈224优选地是直的或非锥形的车轴轴颈。即，车轴轴颈224具有圆柱形区段282，所述圆柱形区段包括具有外径D9的内侧轴承支撑表面244。车轴轴颈224可以包括被接收在内侧轴承支撑表面244上的内侧轴承248(在图6中仅示出了其一部分)。轴承248具有面向内侧的环形侧表面260。车轴轴颈224具有带有环形肩部表面264的环形肩部部分262。轴承248的环形侧表面260与车轴轴颈224的环形肩部部分262的面向外侧的环形肩部表面264接合。轴承248的环形侧表面260与环形肩部表面264接合确定了轴承248在车轴轴颈224上的轴向或纵向位置并且防止了轴承沿着内侧方向的任何进一步运动。环形肩部部分262可以通过任何合适的方法、例如热处理来硬化。

环形肩部表面264在远离车轴轴颈224的纵向中心轴线(未示出)且基本上垂直于所述纵向中心轴线的径向方向上延伸。环形肩部表面264优选地在周向上不间断或连续。环形肩部表面264在径向距离RD2上接触轴承248的内圆锥形体304的环形侧表面260。

车轴轴颈224具有管状过渡区段320(图6)，所述管状过渡区段在其轴向向内侧渐进时从肩部部分262径向向外成锥形。在沿着车轴轴颈的相同轴向位置并且在相同GAMR下，与用于重型车辆的最公知的锻造车轴轴颈160(图16)相比，车轴轴颈224沿着过渡区段320(类似于车轴轴颈24和过渡区段120)具有相对薄的径向壁厚。与用于重型车辆的先前已知的车轴轴颈160相比，相对薄的径向壁厚导致了车轴轴颈224的相当大的重量节省。因此，车轴轴颈224也可以使用较少量的材料来承受其将要承受的载荷，以节省材料成本。环形肩部部分262和/或过渡区段320具有至少一部分，所述至少一部分形成为当其从环形肩部表面264轴向向内延伸时具有相对平滑和/或较小的截面模量变化率。如下所述，截面模量的相对平滑和/或较小的变化率降低了局部应力集中并且平滑地分布应力以维持或改善疲劳寿命。

应力缓解环形轮廓340(图6-7)优选为在周向上连续并且位于圆柱形区段282的内侧轴承支撑表面244和肩部部分262的环形肩部表面264之间。环形轮廓340有助于减小车轴轴颈224的环形肩部部分262中的应变和局部应力集中。环形轮廓340的任何部分都不从圆柱形区段282的内侧轴承支撑表面244径向向内延伸。环形轮廓340由具有直径D10的表面轮廓限定，所述表面轮廓完全位于内侧轴承支撑表面244的径向外侧。限定环形轮廓340的直径D10在其轴向范围内改变。环形轮廓340的直径D10在任何轴向位置上都绝不小于内侧轴承支撑表面244的外径D9。环形轮廓340可以在用于形成内侧轴承支撑表面244、外侧轴承支撑表面和/或环形肩部表面264的相同机加工工艺或道次中形成。

环形肩部表面264的径向延伸距离、尺寸或长度RD2可以是任何合适的长度并且可以取决于将使用车轴轴颈224的特定应用以及可能采用哪种轴承。环形轮廓340提供不与轴承248的环形侧表面260接触的空隙区域。即使具有环形轮廓340，环形肩部表面264也在与就像不存在环形轮廓轴承248时的表面区域基本上相同的表面区域上接合轴承248的内圆锥形件304。这是因为轴承248的内圆锥形件304上的背面间隙角部BFC(图6)确定了径向延伸的环形区域，所述区域无论车轴轴颈是否具有环形轮廓340都不接触车轴轴颈224的环形肩部表面264。

环形轮廓340可以具有减小车轴轴颈224的环形肩部部分262中的应变和应力集中的任何合适的尺寸和构造。举例来说，环形轮廓340可以具有连续的环形截头圆锥段或倾斜表面342(图7)，所述连续的环形截头圆锥段或倾斜表面从环形肩部表面264径向向内延伸。在图7所示的示例性构造中，倾斜表面342的截头圆锥段可以具有从环形肩部表面264向内轴向延伸的深度或距离AD2，所述深度或距离在约0.010英寸至约0.100英寸的范围内并且优选在约0.040英寸至约0.070英寸的范围内。倾斜表面342的截头圆锥段可以相对于环形肩部表面264以在大约1°至大约30°的范围内的锐角B2延伸。环形轮廓340的倾斜表面342可以具有任何合适的构造或构造的组合，包括弧、样条线或曲线。

环形轮廓340还可以具有轴向延伸的连续的倒圆段，其中倒圆环形表面344从倾斜表面342的截头圆锥段径向向内延伸。环形轮廓340的倒圆环形表面344位于倾斜表面342的截头圆锥段和圆柱形区段282的内侧轴承支撑表面244之间。倒圆环形表面344形成环形轮廓340的底部或径向向内部分的一部分，如图7所示，并且在朝向圆柱形区段282的轴承支撑表面244的方向上平滑地融合或过渡到倾斜表面342。倒圆环形表面344没有直径小于圆柱形区段282的内侧轴承支撑表面244的直径的部分。

环形轮廓340的倒圆环形表面344可以具有有助于减小车轴轴颈224的环形肩部部分262中的应变和应力集中的任何合适的尺寸和形状。环形轮廓340的倒圆环形表面344具有半径R10。根据示例性方面，环形轮廓340的倒圆环形表面344可被构造成具有多个或融合半径。可以使用任何合适数量的融合半径来构造环形轮廓340的倒圆环形表面344。环形轮廓340的倒圆环形表面344可以具有任何合适的构造或构造的组合，例如圆弧、样条线或曲线。

环形轮廓340可以具有位于倒圆环形表面344和圆柱形区段282的内侧轴承支撑表面244之间的另一环形表面346。环形表面346可以具有有助于减小车轴轴颈224的环形肩部部分262中的应变和应力集中的任何合适的尺寸和形状。环形表面346以比倒圆环形表面344的半径R10相对大的半径R12在朝向圆柱形区段282的内侧轴承支撑表面244的方向上与倒圆环形表面344平滑地过渡。例如，环形表面346可以具有半径R12，所述半径优选地可以大于倒圆环形表面344的半径R10。半径R10可以在大约0.050英寸至大约0.075英寸的范围内，并且优选地为大约0.068英寸。半径R12可以在大约0.500英寸至大约0.750英寸的范围内，并且优选地为大约0.557英寸。环形表面346的半径R12与倒圆环形表面344的半径R10之比优选在大约5:1至大约10:1的范围内。环形表面346的任何部分和倒圆环形表面344的任何部分都不从内侧轴承支撑表面244径向向内延伸。

环形轮廓340可以具有位于倒圆环形表面346和圆柱形区段282的轴承支撑表面244之间的又一倒圆环形表面348。环形表面348在朝向圆柱形区段282的轴承支撑表面244的方向上与环形表面346过渡并且使得其过渡到所述轴承支撑表面。环形表面348具有半径R14。半径R14可以在约0.150英寸至约0.500英寸的范围内，并且优选地为约0.250英寸。

在环形表面346和环形表面348之间形成峰或尖端360(图7)。尖端360可以是在环形表面346和环形表面348之间径向向外延伸的不连续部。尖端360表示限定环形轮廓340的环形表面不能平滑地彼此融合的区域。内圆锥形件304上的背面间隙角部BFC可以具有任何合适的尺寸和构造，例如倒角或半径，只要其避免与车轴轴颈224的尖端360接触即可，如图6所示。

车轴轴颈224的环形肩部部分262通常承受相对较大的载荷和应力，例如弯曲应力、赫兹接触应力和/或轴向应力。弯曲应力通常由于直径的快速截面变化引起的应力集中而增大。环形轮廓340基本上降低或基本上消除了由在环形肩部部分262中的应力集中引起的峰值弯曲应力。在环形肩部部分262中所产生的减小的总应力水平降低了环形肩部表面264和内圆锥形件304的环形侧表面264的微动磨损和拉毛的可能性。车轴轴颈224在环形肩部部分262中具有沿着轴向方向的相对较小的截面模量变化率。相对平滑和/或较小的截面模量变化率帮助减少局部压力集中并且平滑地分散压力，以维持或改善疲劳寿命。环形肩部部分262中减小的总应力水平也可以使得能够使用至少更薄的过渡区段320。

在图8-11中示出了环形轮廓140和340的替代几何构造。这些是可以使用的用于环形轮廓140和340的一些替代几何构造。为了避免混淆并且为了对图8-11中示出的内容的描述的简单起见，附图标记424a-d将用于表示上述两个车轴轴颈24和224的方面。同样，附图标记440a-d将用于表示上述环形轮廓140和340的各个方面。车轴轴颈424a-d的角部形状或环形轮廓440a-d可以形成为具有任何合适的构造。例如但不具有限制性，车轴轴颈424a-d的角部形状或环形轮廓440a-d可以选自图8-11所示的任何构造以及未示出的更多构造。这些示出的构造只是用于角部形或环形轮廓440a-d的可能构造中的一些。而且，附图标记462将用于表示上述环形肩部部分62、262的各个方面。车轴轴颈424a-d的所有其他类型、部分和尺寸与以上图示和描述的车轴轴颈24和224的对应部分和尺寸基本上一样或相同。

举例来说，车轴轴颈424a-d优选是具有相同轴承支撑表面44的直的或非锥形的类型的车轴轴颈。车轴轴颈424a-d具有带有环形肩部表面464的环形肩部部分462，所述环形肩部表面为图8-11所示的替代几何结构共有。

环形肩部表面464形成环形肩部部分462的结束和轴承支撑表面44的起始。环形肩部表面464优选地在周向上不间断或连续。环形肩部表面464在远离车轴轴颈424a-d的纵向中心轴线(未示出)且基本上垂直于所述纵向中心轴线的径向方向上延伸。

环形轮廓440a-d(图8-11)优选地是周向连续的，并且位于环形肩部部分462中在轴承支撑表面44和环形肩部表面464之间。环形轮廓440a-d不具有直径小于轴承支撑表面44的外径的部分。环形轮廓440a-d完全位于轴承支撑表面44的径向外侧，并且用于减小环形肩部部分462中的应力集中。

环形轮廓440a-d的尺寸和位置显著降低了环形肩部部分462中的峰值弯曲应力。环形肩部部分462中所得的减小的总应力水平降低了环形肩部部分462的环形肩部表面464的微动磨损和拉毛的可能性。环形肩部部分462中相对较小的截面模量变化率也可以减小应变，从而减小肩部部分462中的应力集中。这种相对较小的截面模量变化率使得与现有技术的车轴轴颈相比能够使用强度较小或较薄的肩部部分462。车轴轴颈424a-d和环形肩部部分462的这种结构可以允许使用重量相对较轻的轴承。环形轮廓440a-d可以具有减小环形肩部部分462中的应变和应力集中以及提供相对小的截面模量变化率的任何合适的尺寸和构造。

具体地，环形轮廓440a的倒圆表面444a(图8)可以具有减小车轴轴颈424a的环形肩部部分462中的应变和应力集中的任何合适的尺寸和形状。根据示例性方面，环形轮廓440a的倒圆表面444a可被构造成具有至少两个不同半径的多个融合半径。可以使用任何合适数量的融合半径来构造环形轮廓440a的倒圆表面444a。环形轮廓440a的倒圆表面444a可以具有任何合适的构造或构造的组合，例如弧、样条线或曲线。

举例来说，环形轮廓440a的倒圆表面444a可以具有环形表面，所述环形表面限定位于环形肩部表面464和内侧轴承支撑表面44之间的倒圆部分446a。倒圆部分446a有助于使得内侧轴承支撑表面44在朝向环形肩部表面464的方向上过渡。倒圆部分446a具有半径R41(图12)。第一倒圆部分446a的半径R41可以是至少约0.375英寸。为了图12中的图示目的，为了清楚起见，将省略附图标记后缀，因为它们适用于图8-11所示的每个构造。

环形轮廓440a的倒圆表面444a可以具有另一环形表面，所述另一环形表面限定位于倒圆部分446a和肩部部分462的环形肩部表面464之间的倒圆部分448a。倒圆部分448a使得倒圆部分446a在朝向环形肩部表面464的方向上过渡。倒圆部分448a具有半径R42，所述半径优选地小于第一倒圆部分446a的半径R41。倒圆部分448的半径R42可以为大约0.068英寸，但不小于大约0.060英寸。第一半径R41与第二半径R42之比优选在大约5:1至大约10:1的范围内。倒圆部分446a的表面的任何部分和倒圆部分448a的表面的任何部分的直径都不小于内侧轴承支撑表面44的直径。

环形轮廓440a可以具有倾斜表面或连续的环形截头圆锥段442a(图8和12)，其从环形肩部表面464径向向内延伸并且融合到倒圆表面444a中。截头圆锥段442a可以相对于环形肩部表面464以大约30°的锐角F延伸。

环形轮廓440a的倒圆表面444a位于截头圆锥段442a和轴承支撑表面44之间。倒圆表面444a形成环形轮廓440a的底部或径向向内的部分，如图8和12所示，并且使得截头圆锥段442a过渡到轴承支撑表面44中。在任何构造中，倒圆表面444a和截头圆锥段442a都不具有直径小于内侧轴承支撑表面44d的直径的部分。

进一步描述了用于车轴轴颈424a的其他重要尺寸和关系(图12中没有字母后缀)。例如，车轴轴颈424a具有从轴承支撑表面44到环形轮廓440a的径向向外起点的径向范围或距离RE。对于车轴轴颈424a，距离RE约为0.231英寸，但不大于约0.250英寸。车轴轴颈424a具有从环形肩部表面464到倒圆部分446a的外侧起点的尺寸或距离B。对于车轴轴颈424a，距离B约为0.226英寸，但不大于约0.280英寸。轴承支撑表面44的尺寸或直径C约为3.54英寸。车轴轴颈424a可以具有过渡点TP，在所述过渡点处，倒圆部分446a融合到倒圆部分448a中。过渡点TP处的尺寸或直径D约为3.652英寸。对于环形轮廓440a的这种构造，车轴轴颈424a具有从环形肩部表面464向内延伸到过渡点TP的偏移尺寸E。偏移尺寸E可以为大约0.017英寸，但不大于0.030英寸。车轴轴颈424a还具有大约2.45英寸且不大于2.48英寸的尺寸或内径G。

只要半径R42大于0.060英寸，对于车轴轴颈424a而言D/C比为1.032，且不小于1.03。可能存在某些构造，其中半径R42可能小于0.060英寸。在半径R42凑巧小于0.060英寸的情况下，对于车轴轴颈424a而言D/C比将大于1.05。车轴轴颈424a还具有为1.445且不小于1.44的C/G比。

车轴轴颈424b(图9)具有带有另一几何形状的环形轮廓440b。环形轮廓440b可以具有帮助减小车轴轴颈424b的环形肩部部分462中的应变和应力集中的任何合适的尺寸和形状。环形轮廓440b的倒圆表面444b可被构造成具有至少两个不同半径的多个或融合半径。可以使用任何合适数量的融合半径来构造环形轮廓440b的倒圆表面444b。环形轮廓440b的倒圆表面444b可以具有任何合适的构造或构造的组合，例如弧、样条线或曲线。

倒圆表面444b可以具有环形表面，所述环形表面限定位于环形肩部表面464和内侧轴承支撑表面44之间的倒圆部分446b。倒圆部分446b帮助内侧轴承支撑表面44在朝向环形肩部表面464的方向上过渡。倒圆部分446b具有半径R41(图12)。倒圆部分446b的半径R41可以是至少约0.375英寸。

环形轮廓440b的倒圆表面444b可以具有另一环形表面，所述另一环形表面限定位于倒圆部分446b和肩部部分462的环形肩部表面464之间的倒圆部分448b。倒圆部分448b使得倒圆部分446b在朝向环形肩部表面464的方向上过渡。倒圆部分448b的半径R42可以是大约0.075英寸，但不小于0.060英寸。半径R41与半径R42之比优选在大约5:1至大约10:1的范围内。倒圆部分446b的表面的任何部分和倒圆部分448b的表面的任何部分都不具有小于内侧轴承支撑表面44的直径的直径。

环形轮廓440b可以具有倾斜表面或连续的环形截头圆锥段442b(图9和12)，其从环形肩部表面464径向向内延伸并且融合到倒圆表面444b中。截头圆锥段442b可以相对于环形肩部表面464以大约17.5°的锐角F延伸。

环形轮廓440b的倒圆表面444b位于截头圆锥段442b和轴承支撑表面44之间，并且包括倒圆部分446b和448b。倒圆表面444b形成环形轮廓440b的底部或径向向内的部分，如图9和12所示，并且使得截头圆锥段442b过渡到轴承支撑表面44中。在任何构造中，倒圆表面444b都不具有直径小于内侧轴承支撑表面44的直径的部分。

车轴轴颈424b(图12中没有字母后缀)具有从轴承支撑表面44到环形轮廓440b的起点的尺寸或距离RE。对于车轴轴颈424b，距离RE约为0.217英寸，但不大于0.250英寸。车轴轴颈424具有从环形肩部表面464到倒圆部分446b的起点的尺寸或距离B。对于车轴轴颈424b，距离B为大约0.24英寸，但不大于大约0.28英寸。轴承支撑表面44的尺寸或直径C约为3.54英寸。车轴轴颈424b可以具有过渡点TP，在所述过渡点处，倒圆部分446b融合到倒圆部分448b中。过渡点TP处的尺寸或直径D为3.702英寸。对于环形轮廓440b的这种构造，车轴轴颈424b具有从环形肩部表面464向外延伸到过渡点TP的偏移尺寸E。偏移尺寸E约为0.008英寸，但不大于0.055英寸。车轴轴颈424b还具有大约2.45英寸且不大于2.48英寸的尺寸或内径G。对于车轴轴颈424b，D/C比为1.046且不小于1.03。车轴轴颈424b还具有为1.445且不小于1.44的C/G比。

车轴轴颈424c(图10)具有呈环形轮廓440c形式的角部过渡构造，所述环形轮廓具有另一几何形状的倒圆表面444c。环形轮廓440c可以具有有助于减小车轴轴颈424c的环形肩部部分462中的应变和应力集中的任何合适的尺寸和形状。环形轮廓440c的倒圆表面444c可被构造成具有至少两个不同半径的多个或融合半径。可以使用任何合适数量的融合半径来构造环形轮廓440c的倒圆表面444c。环形轮廓440c的倒圆表面444c可以具有任何合适的构造或构造的组合，例如弧、样条线或曲线。

环形轮廓440c的倒圆表面444c可以具有环形表面，所述环形表面限定位于环形肩部表面464与内侧轴承支撑表面44之间的第一倒圆部分446c。第一倒圆部分446c有助于使得内侧轴承支撑表面44在朝向环形肩部表面464的方向上过渡。第一倒圆部分446c具有第一半径R41(图12)。第一倒圆部分446c的第一半径R41可以是大约0.45英寸。

环形轮廓440c的倒圆表面444c可以具有另一环形表面，所述另一环形表面限定位于第一倒圆部分446c和肩部部分462的环形肩部表面464之间的倒圆部分448c。第二倒圆部分448c使得倒圆部分446c在朝向环形肩部表面464的方向上过渡。倒圆部分448c具有第二半径R42，所述第二半径优选小于第一倒圆部分446的第一半径表面R41。第二倒圆部分448c的第二半径R42可以约为0.07英寸，但不少于0.060英寸。半径R41与半径R42之比优选在大约5:1至大约10:1的范围内。倒圆部分446c的表面的任何部分和倒圆部分448c的表面的任何部分都不具有小于内侧轴承支撑表面44的直径的直径。

环形轮廓440c可以具有倾斜表面或连续的环形截头圆锥段442c(图10和12)，其从环形肩部表面464径向向内延伸并且融合到倒圆表面444c中。截头圆锥段442c可以相对于环形肩部表面464以大约5°的锐角F延伸。因此，截头圆锥段442a、442b、442c可以相对于车轴轴颈424的纵向中心轴线A以大约45°至大约85°的范围内的角度延伸。

环形轮廓440c的倒圆表面444c位于截头圆锥段442c和轴承支撑表面44之间。倒圆表面444c形成环形轮廓440c的底部或径向向内的部分，如图10和12所示，并且使得截头圆锥段442c过渡到轴承支撑表面44中。在任何构造中，倒圆表面444c都没有直径小于内侧轴承支撑表面44直径的部分。

车轴轴颈424c(图12中没有字母后缀)具有从轴承支撑表面44到环形轮廓440c的起点的尺寸或距离RE。对于车轴轴颈424c，距离RE约为0.217英寸，但不大于0.250英寸。车轴轴颈424c具有从环形肩部表面464到倒圆部分446c的起点的尺寸或距离B。对于车轴轴颈424c，距离B最大约为0.28英寸。轴承支撑表面44的尺寸或直径C约为3.54英寸。车轴轴颈424c可以具有过渡点TP，在所述过渡点处，倒圆部分446c融合到倒圆部分448c中。过渡点TP处的尺寸或直径D约为3.702英寸。对于环形轮廓440c的这个构造，车轴轴颈424c具有从环形肩部表面464向外延伸到过渡点TP的偏移尺寸E。偏移尺寸E约为0.023英寸，但不大于0.070英寸。车轴轴颈424c还具有大约2.45英寸且不大于2.48英寸的尺寸或内径G。对于车轴轴颈424c，D/C比为1.046且不小于1.03。车轴轴颈424c还具有为1.445且不小于1.44的C/G比。

车轴轴颈424d(图11)具有呈环形轮廓440d形式的角部过渡构造，所述环形轮廓具有不同的合适几何形状的倒圆表面444d。环形轮廓440d可以具有帮助减小车轴轴颈424d的环形肩部部分462中的应变和应力集中的任何合适的尺寸和形状。环形轮廓440d的倒圆表面444d可被构造成具有至少两个不同半径的多个或融合半径。可以使用任何合适数量的融合半径来构造环形轮廓440d的倒圆表面444d。环形轮廓440d的倒圆表面444d可以具有任何合适的构造或构造的组合，例如弧、样条线或曲线。在这个方面，环形轮廓440d不具有直径小于肩部表面464的直径的表面。与其他方面不同，环形轮廓440d不具有环形截头圆锥段。

环形轮廓440d的倒圆表面444d可以具有环形表面，所述环形表面限定位于环形肩部表面464和内侧轴承支撑表面44之间的倒圆部分446d。倒圆部分446d有助于使得内侧轴承支撑表面44在朝向环形肩部表面464的方向上过渡。倒圆部分446d具有半径R41(图12)。倒圆部分446d的半径R41可以在大约0.375英寸至大约0.625英寸的范围内，并且优选地为大约0.50英寸。

环形轮廓440d的倒圆表面444d可以具有另一环形表面，所述另一环形表面限定位于第一倒圆部分446d和肩部部分462的环形肩部表面464之间的倒圆部分448d。倒圆部分448d使得倒圆部分446d在朝向环形肩部表面464的方向上过渡。倒圆部分448d的半径R42优选地小于倒圆部分446的半径R41。倒圆部分448d的半径R42可以在约0.060英寸至约0.125英寸的范围内，优选地为约0.094英寸。半径R41与半径R42之比优选在大约5:1至大约10:1的范围内。倒圆部分446d的表面的任何部分和倒圆部分448d的表面的任何部分都不具有小于内侧轴承支撑表面44的直径的直径。

车轴轴颈424d(图12中没有字母后缀)具有从轴承支撑表面44到环形轮廓440d的起点的尺寸或距离RE。对于车轴轴颈424d，距离RE为约0.138英寸，但不大于约0.250英寸。车轴轴颈424b具有从环形肩部表面464到倒圆部分446d的起点的尺寸或距离B。对于车轴轴颈424d，距离B约为0.273英寸且不大于0.280英寸。轴承支撑表面44的尺寸或直径C约为3.54英寸。车轴轴颈424d可以具有过渡点TP，在所述过渡点处，倒圆部分446d融合到倒圆部分448d中。过渡点TP处的尺寸或直径D为3.65英寸。对于环形轮廓440d的这种构造，车轴轴颈424d具有从环形肩部表面464向外延伸到过渡点TP的偏移尺寸E。偏移尺寸E约为0.051英寸，但不大于0.070英寸。车轴轴颈424d还具有大约2.45英寸且不大于2.48英寸的尺寸或内径G。对于车轴轴颈424d，D/C比是1.031并且不小于1.03。车轴轴颈424d还具有为1.445且不小于1.44的C/G比。显然，环形轮廓440d没有图12中的E尺寸。

主题公开的车轴轴颈24、224具有另一个重要特征，其有助于提供具有相对薄壁的相对坚固和轻质的车轴轴颈，如图13和15所示。车轴轴颈24、224具有外表面122和内表面124，所述外表面和内表面在车轴轴颈的某些区域(例如过渡区段120)中具有特定轴向延伸轮廓。与在相同GAWR下的先前已知的车轴轴颈相比，这些特定轮廓在过渡区段120中产生相对较低的应力并且在过渡区段中提供相对较小的截面模量变化率。

较低的应力和较小的截面模量变化率是由于对车轴轴颈24、224的轴向延伸的内和外表面轮廓参数的相对宽的选择，例如倒圆表面的半径大小和/或位置。通过构造车轴轴颈24、224的环形轮廓构造和/或内和外表面轮廓实现较低的应力和较小的截面模量变化率。车轴轴颈24、224被设计和制造成在至少环形肩部部分62中并且可能在管状过渡区段120的一部分中沿着轴向方向具有相对较小的截面模量变化率。

举例来说，代表性的车轴轴颈24(图13)在环形肩部部分62中沿着轴向方向具有相对较小的截面模量变化率。相对平滑和/或较小的截面模量变化率有助于降低局部应力集中并且平滑地分布应力，以维持或改善疲劳寿命。

管状过渡区段120形成为具有至少在环形肩部部分62中提供相对较小的截面模量变化率的构造。环形肩部部分62具有这样的部分，所述部分具有在正交于车轴轴颈24的纵向中心轴线(未示出)的平面中穿过管状过渡区段120截取的相邻分析切片S1-S8(图13)之间的截面模量的变化率。在远离环形肩部表面64的内侧方向上截取的截面模量的变化率在以0.050英寸的增量间隔开的相邻计算切片S1-S8之间相对平滑且较小。相对平滑和/或相对较小的截面模量变化率降低了局部应力集中并且平滑地分布应力以维持或改善疲劳寿命。

环形肩部部分62和管状过渡区段120在预定分析距离DA上具有在每个切片S1-S8处计算的截面模量。在一种特定的分析模式中，切片S1-S8从环形肩部表面64沿着内侧方向等距地间隔0.050英寸。为了清楚起见，图13仅示出了八(8)个切片S1-S8。在实际计算中，考虑到图14和15中的“距离肩部的距离”轴上的4.000英寸，在分析距离DA上大约有80个切片。将主题公开的车轴轴颈24的计算结果与针对GAWR额定的现有技术的车轴轴颈的计算结果进行比较。在距环形肩部表面相同的分析距离DA上，以相同的切片间隔距离d分析现有技术的车轴轴颈。可以看出，截面模量的变化通常发生在距肩部表面0.500英寸至1.500英寸的距离之间。

图14中示出了对现有技术的车轴轴颈的分析结果。可以看出，现有技术的车轴轴颈在距其肩部端面内侧的1.000英寸和1.500英寸之间具有截面模量的急剧变化。该区域中的截面模量的变化可能与起始切片S1相比改变超过+40％，并且总体上改变约为50％的峰峰值。众所周知，截面模量的急剧变化会导致不期望的局部增加应力集中。

图15中示出了根据本公开的一种构造的车轴轴颈24的分析结果。图15中示出的图形表示与图14中示出的图形表示具有相同的比例。可以看出，在车轴轴颈24中在整个分析距离DA上，截面模量的变化显著减小。对于车轴轴颈24，以0.050英寸为增量间隔开的相邻分析切片S1-S8之间的截面模量变化改变不大于从起始切片S1获取的约10％，优选地不大于约5％，并且总体上改变约为3％的峰峰值。这种相对平滑和/或较小的截面模量变化率降低了局部应力集中，并且平滑地分布应力以维持或改善疲劳寿命。据信应力变化率小于约20％、优选小于10％、更优选小于5％提供有利和期望的相对较低的局部应力和均匀分布应力。

车轴轴颈24的环形肩部部分62通常承受相对重的负载和应力，例如弯曲应力、赫兹接触应力和/或轴向应力。弯曲应力通常由于从截面模量的变化率(诸如图14所示)得到证实的直径的快速截面变化所引起的应力集中而增加。期望在设计参数内做得尽可能多以减小应力集中和截面模量的快速变化。

环形轮廓140、340、440和/或外表面122和内表面124在车轴轴颈的某些区域(例如过渡区段120)中的特定轴向延伸轮廓的优点降低了应力集中。车轴轴颈24中的截面模量的平滑且小的变化率可以产生车轴轴颈的最佳物理和性能特性，特别是在环形肩部部分62中。车轴轴颈24和环形肩部部分62的所得结构提供了更薄和相对较轻的车轴轴颈。与现有技术的车轴轴颈160相比的车轴轴颈24的壁厚差DWTi和DWTo(图18)可以说明这一点。

环形轮廓140、340、440和/或外表面122和内表面124的特定轴向延伸轮廓减小了环形肩部部分62、262和过渡区段120、320中的应变和应力集中，因此可以增加车轴轴颈24、224的疲劳寿命。环形轮廓140、340、440和/或外表面122和内表面124的特定轴向延伸轮廓也增加了轴承48、248的寿命，这是因为车轴轴颈24、224可以减少环形肩部表面64、264的微动磨损。环形轮廓140、340、440还可以通过提供额外空间供润滑剂占据并且供接收由于最终的微动磨损而发生脱落的肩部表面64、264的任何脱落材料来增加微动磨损演变为问题之前的时间。环形轮廓140、340、440可能不能完全防止微动磨损或拉毛，这是因为无论由于在重型车辆的运行期间发生的轴向载荷如何，微动磨损和/或拉毛都会最终发生。

所公开主题成功地将相对轻质的一件式一体成型的车轴轴颈24、224结合到用于重型车辆的轮端组件和车轴组件中。更具体地，所公开主题的车轴轴颈24、224可以通过提供比先前已知的车轴轴颈相对更薄的壁来节省重量和材料，但是仍然提供所需的强度、性能特征，例如增加的轴承寿命和耐用性，这在运输行业中是必需的。

在图19中示出了根据所公开主题的方面构造的用于重型车辆的车轴组件600。车轴组件600包括中心管602和一对车轴轴颈604。车轴轴颈604通过适当的方法、例如下面将要描述的摩擦焊接永久地附接或固定到中心管602的轴向相对的两端。车轴组件600具有纵向中心轴线A(图20-23)。中心管602和管状车轴轴颈604沿着车轴组件600的纵向中心轴线A同轴地定位。

中心管602是中空的或管状的，其具有任何适当的横截面形状和尺寸。优选地，中心管602具有在垂直于纵向中心轴线A的平面中截取的圆形横截面和轴向相对的环形端面620。中心管602以适合于将使用它的应用的长度CTL(图20)伸长。中心管602可以由任何合适的材料制成，例如钢。中心管602的外径在约4.90英寸至约6.00英寸的范围内。

每个车轴轴颈604优选在其整个长度ASL上是中空的或管状的，并且具有带有环形端面624的圆形管状端部部分或裙缘622。每个车轴轴颈604都还包括管状过渡区段626，所述管状过渡区段从管状端部部分或裙缘622轴向向外延伸并且其外径在其轴向范围内在远离环形端面624的方向上减小。车轴轴颈604可以由任何合适的材料制成，例如钢。优选地，车轴中心管602的管状端部部分或裙缘622和车轴轴颈604的内径和外径在它们相应的环形端面620、624处基本上相同。可以设想的是中心管602和裙缘622的内径可以不同。每个车轴轴颈604可以包括上述车轴轴颈24、224、424的结构、特征、特性和强度。每个车轴轴颈604还可以包括防抱死制动系统传感器支架定位器凸块660(图23和24)，以容易地定位防抱死制动系统传感器支架682(图25)。

根据一方面，车轴中心管602的环形端面620和车轴轴颈604的环形端面624通过任何适当的方法连结在一起。将理解的是，可以使用将车轴轴颈604永久地连结到中心管602的任何合适的手段，例如摩擦、MIG、TIG、电弧、氧乙炔气、激光、凸焊、对接或电容焊接等。应当理解，尽管出于示例性目的中心管602被图示和描述为具有轴向连续的圆形管状横截面，但是它可以同等地应用于其他车轴类型和构造，例如具有矩形配合表面的驱动轴。在所公开的主题中重要的是，车轴中心管602的端面620和车轴轴颈604的端面624在形状和尺寸上相似。

车轴轴颈604包括未完成的部分或卡接搁置垫640，其具有周向连续的弧形环642，所述弧形环位于过渡区段626中并且大致延伸到车轴轴颈604的外侧端部部分或在其附近延伸。相对于以实线示出的完成构造，在图21中以虚线示出了未完成的部分或卡接搁置垫640。未完成的部分或卡接搁置垫640可以具有任何合适的尺寸和构造。

合适的制造工艺之一是摩擦焊接。例如，中心管602可以被保持在固定的非旋转的位置。车轴轴颈604之一的环形环642被工具或卡接装置644(图22)接合并且夹紧。卡接装置644使车轴轴颈604相对于中心管602旋转，并且在朝向中心管的方向上施加轴向力。在足够的时间和轴向压力下，在端面620和624处形成摩擦焊接部，并且车轴轴颈604的旋转停止。

在图21中以实线示出了未完成的部分或卡接搁置垫640被去除或机加工掉而成完成或接近完成的状态。得到防抱死制动系统(ABS)传感器支架定位器凸块660并且防抱死制动系统(ABS)传感器支架定位器凸块围绕车轴轴颈604的过渡区段626形成。优选地，将ABS传感器支架定位器凸块660形成为车轴轴颈604在管状过渡区段626上的连续环形特征。ABS传感器支架定位器凸块660具有面向外侧的径向延伸的环形表面661。优选地，与肩部表面662同时地机加工ABS传感器支架定位器凸块660，以形成管状过渡区段626的端部。该同时进行的机加工确定了ABS传感器支架定位器凸块660距完成的肩部表面662(图23)的一致尺寸。

ABS传感器支架定位器凸块660用于定位用于防抱死制动系统传感器(未示出)的防抱死制动系统传感器支架682(图24和25)。ABS传感器支架定位器凸块660距肩部表面662的一致尺寸确保ABS传感器支架682对于正在制造的所有车轴组件600的可重复放置。防抱死制动系统传感器支架定位器凸块660距肩部表面662的一致尺寸确保ABS传感器支架682相对于调谐环692(图24)的齿694正确放置(图24)。防抱死制动系统传感器(未示出)可以位于ABS传感器支架682的孔690内，以使ABS传感器相对于调谐环692的齿694最佳定位。肩部表面662连同过渡区段626中可选的环形轮廓664以及轴承支撑表面680优选地全部同时机加工。环形轮廓664可以位于过渡区段626的其中环形肩部表面662过渡到轴承支撑表面680中的轴向端部中。环形轮廓664可被构造成与如上所述的任何环形轮廓140、340、440相同或任何合适的轮廓。

ABS传感器支架定位器凸块660还有助于在制造期间快速且有效地正确定位防抱死制动系统传感器支架682。例如，车轴轴颈604从车轴轴颈的外侧方向轴向地接收ABS传感器支架682。ABS传感器支架682轴向向内移动，直到ABS传感器支架的至少一个止挡表面684(图25)(优选两个)与ABS传感器支架定位器凸块660的径向延伸的轴向端面661接合。然后，可以通过诸如至少一个焊接部686之类的适当手段将ABS传感器支架682固定到车轴轴颈604。然后，可以将ABS传感器正确地定位在调谐环692及其齿694附近。

图26中示出了根据本发明的另一种构造的车轴轴颈604的分析结果。图26中示出的图形表示与图14中示出并且如图13示出分析且如上所述的图形表示具有相同的比例。可以看出，在整个分析范围内，截面模量的变化在车轴轴颈604中得到了显著降低。对于车轴轴颈604，以0.050英寸的增量间隔开的相邻分析切片之间的截面模量变化改变不大于从起始切片S1获取的大约20％，优选不大于约14％。显然，如果车轴轴颈604没有设置ABS传感器支架定位器凸块660，则相邻分析切片之间的截面模量变化将与车轴轴颈24的变化基本上相同，并且改变不大于从起始切片S1获取的约10％，优选地不大于约5％，并且总体上改变约3％的峰峰值。

在相邻切片之间，管状过渡区段626中的截面模量的最大变化为约13％，这发生在ABS传感器支架定位器凸块660位于距肩部表面662内侧约1.86英寸处的地方。车轴轴颈604的其余部分中的相对平滑和/或较小的截面模量变化率减小了局部应力集中并且平滑地分布应力以维持或改善疲劳寿命。据信应力的变化率小于约20％、优选小于14％提供了有利且期望的相对较低的局部和均匀分布的应力。

车轴轴颈604的管状过渡部分626通常承受相对较大的载荷和应力，例如弯曲应力、赫兹接触应力和/或轴向应力。弯曲应力通常由于从截面模量的变化率(诸如图26所示)得到证实的直径的快速截面变化所引起的应力集中而增加。期望在设计参数内做得尽可能多以减小应力集中和截面模量的快速变化。

所公开主题的车轴轴颈提供了一种改进的车轴轴颈，其重量相对较轻，减少了材料使用和成本，并且增加了车轴轴颈和轴承寿命。改进的车轴轴颈可以在重型车辆的运行期间更好地承受局部应力和应变，并且使肩部的磨损、微动磨损、拉毛和/或变形最小化。改进的车轴轴颈具有相对较低的截面模量变化率，尤其是在肩部部分中。改进的车轴轴颈结合易于定位和安装防抱死制动系统传感器支架的结构。改进的车轴轴颈可以有效地一体形成为单件。改进的车轴轴颈能够使用标准轴承或常备轴承，或者可以结合定制轴承，这样可以受益于所公开主题的改进特征。所述公开主题还提供一种制造改进的车轴轴颈的方法。

应当理解，所公开主题可以应用于所有类型的车轴组件、车轴轴颈和轮端组件，而不会影响所公开主题的概念或实施方式。尽管为了方便起见已经大致参照重型车辆，但是应当理解的是这种对重型车辆的参照包括卡车、牵引车-拖车或半拖车以及拖车等。

在前面的描述中，为了简洁、清楚和理解已经使用了某些术语，但是没有暗示超出现有技术的要求的任何不必要的限制，这是因为此类术语用于描述性目的并且旨在广泛地解释。已经参照至少一个特定方面描述和说明了所公开的主题。应当理解，这种描述和说明是示例性而非限制性的。在阅读和理解了所公开的主题之后，其他人可能会想到潜在的修改和改变，并且应当理解的是所公开的主题包括所有这样的修改、改变和等效形式。

Claims (32)

1.一种用于重型车辆的车轴组件，所述车轴组件包括：

中心管；

车轴轴颈，所述车轴轴颈用于接收至少一个轴承组件以支撑用于相对于所述车轴轴颈旋转的轮毂，所述车轴轴颈固定至所述中心管，所述车轴轴颈包括：

管状第一圆柱形区段，所述管状第一圆柱形区段具有带有第一外径的部分，所述第一圆柱形区段的端面能够与所述车轴轴颈的所述中心管连接；

管状第二圆柱形区段，所述管状第二圆柱形区段与所述第一圆柱形区段一体形成并且在远离所述第一圆柱形区段的方向上延伸，所述第二圆柱形区段具有至少一个轴承支撑表面，所述至少一个轴承支撑表面用于接收和支撑所述轮毂的轴承组件并且具有小于所述第一外径的第二外径；

管状过渡区段，所述管状过渡区段与所述管状第一圆柱形区段和所述管状第二圆柱形区段一体形成并且位于所述管状第一圆柱形区段和所述管状第二圆柱形区段之间；和

卡接搁置垫，所述卡接搁置垫形成在所述管状过渡区段中，所述卡接搁置垫用于与工具接合，以在摩擦焊接操作期间引起所述中心管和所述车轴轴颈之间的相对旋转运动。

2.根据权利要求1所述的车轴组件，所述车轴组件还包括防抱死制动系统传感器支架定位器凸块，所述防抱死制动系统传感器支架定位器凸块在移除所述卡接搁置垫的至少部分时形成在所述车轴轴颈的所述管状过渡区段中。

3.根据权利要求2所述的车轴组件，所述车轴组件还包括与所述防抱死制动系统传感器支架定位器凸块的表面接合的防抱死制动系统支架，所述防抱死制动系统支架固定至所述车轴轴颈。

4.根据权利要求1所述的车轴组件，其中，所述车轴轴颈还包括：

环形肩部部分，所述肩部部分在所述第二圆柱形区段附近一体且同轴地形成在所述过渡区段中，所述肩部部分具有用于接合所述轴承组件的环形表面的环形肩部表面；和

所述管状过渡区段具有在轴向位置处取得的截面模量在从所述肩部表面沿着朝向所述第一圆柱形区段的所述端面的方向以0.050英寸的增量间隔开的相邻截面之间的变化率，其对于每个截面模量变化率而言改变不大于14％。

5.根据权利要求1所述的车轴组件，其中，所述车轴轴颈还包括：

环形肩部部分，所述肩部部分在所述第二圆柱形区段附近一体且同轴地形成在所述管状过渡区段中，所述肩部部分具有用于接合所述轴承组件的环形表面的环形肩部表面；和

至少一个表面，所述至少一个表面限定环形轮廓，所述环形轮廓位于所述环形肩部表面与所述至少一个轴承支撑表面之间，所述环形轮廓由具有第三直径的表面限定，所述第三直径不小于所述至少一个轴承支撑表面的所述第二外径。

6.根据权利要求5所述的车轴组件，其中，所述环形轮廓包括：第一环形表面，所述第一环形表面具有在包含所述车轴轴颈的纵向中心轴线的平面中取得的第一半径，所述第一环形表面位于所述肩部部分的所述环形肩部表面与所述管状第二圆柱形区段的所述至少一个轴承支撑表面之间；第二环形表面，所述第二环形表面具有在包含所述车轴轴颈的纵向中心轴线的平面中取得的第二半径，所述第二环形表面位于所述第一环形表面和所述所述至少一个轴承支撑表面之间并且从所述第一环形表面和所述所述至少一个轴承支撑表面延伸。

7.根据权利要求6所述的车轴轴颈，其中，所述第二环形表面的所述第二半径大于所述第一环形表面的所述第一半径。

8.根据权利要求7所述的车轴轴颈，其中，所述环形轮廓具有在大约0.375英寸至大约0.625英寸的范围内的第二倒圆表面的半径以及在大约0.060英寸至大约0.125英寸的范围内的第一倒圆表面的半径。

9.根据权利要求5所述的车轴组件，其中，所述环形轮廓包括从所述肩部部分的所述环形肩部表面径向向内延伸的截头圆锥段。

10.根据权利要求1所述的车轴组件，所述车轴组件还包括限定所述卡接搁置垫的弧形表面，所述弧形表面与所述第一圆柱形区段和所述第二圆柱形区段中的至少一个基本上同轴地延伸。

11.根据权利要求10所述的车轴组件，其中，所述卡接搁置垫包括连续的圆柱形表面。

12.一种用于重型车辆轮端的车轴轴颈，所述车轴轴颈用于接收至少一个轴承组件，所述轴承组件用于支撑用于旋转的轮毂，所述车轴轴颈包括：

管状第一圆柱形区段，所述管状第一圆柱形区段具有带有第一外径的部分，所述第一圆柱形区段具有能够与车轴中心管连接的端面；

管状第二圆柱形区段，所述管状第二圆柱形区段与所述第一圆柱形区段一体且同轴地形成并且在远离所述第一圆柱形区段的方向上延伸，所述第二圆柱形区段具有小于所述第一圆柱形区段的所述第一外径的第二外径，所述第二圆柱形区段具有至少一个轴承支撑表面，所述轴承支撑表面具有轴承支撑直径以接收和支撑轴承组件；

管状过渡区段，所述管状过渡区段与所述第一圆柱形区段和所述第二圆柱形区段一体且同轴地形成并且位于所述第一圆柱形区段和所述第二圆柱形区段之间；

环形肩部部分，所述环形肩部部分一体且同轴地形成在所述过渡区段的邻近所述第二圆柱形区段的端部段中，所述肩部部分具有用于与所述轴承组件的环形表面接合的环形肩部表面；和

环形轮廓，所述环形轮廓位于所述环形肩部部分中在所述环形肩部表面和所述至少一个轴承支撑表面之间，所述环形轮廓由具有第三直径的表面限定，所述第三直径不小于所述轴承支撑表面的所述轴承支撑直径。

13.根据权利要求12所述的车轴轴颈，所述车轴轴颈还包括形成在所述管状过渡区段中的防抱死制动系统传感器支架定位器凸块。

14.根据权利要求12所述的车轴轴颈，其中，在轴向位置处取得的截面模量在从所述肩部表面沿着朝向所述管状第一圆柱形区段的所述端面的方向以0.050英寸的增量间隔开的相邻截面之间的变化率对于每个截面模量变化率而言改变不大于10％。

15.根据权利要求12所述的车轴轴颈，其中，所述环形轮廓具有截头圆锥段，所述截头圆锥段在从所述环形肩部表面径向向内的方向上延伸。

16.根据权利要求15所述的车轴轴颈，其中，所述截头圆锥段相对于所述车轴轴颈的纵向中心轴线以在45°至85°的范围内的角度延伸。

17.根据权利要求15所述的车轴轴颈，其中，所述环形轮廓具有位于所述截头圆锥段与所述第二圆柱形区段的所述至少一个轴承支撑表面之间的第一倒圆表面。

18.根据权利要求17所述的车轴轴颈，所述车轴轴颈还包括位于所述第一倒圆表面与所述至少一个轴承支撑表面之间的第二倒圆表面，所述第二倒圆表面的半径大于所述第一倒圆表面的半径。

19.根据权利要求12所述的车轴轴颈，其中，所述环形轮廓具有：带有第一半径的第一倒圆表面，所述第一倒圆表面位于所述环形肩部表面和所述至少一个轴承支撑表面之间；带有第二半径的第二倒圆表面，所述第二倒圆表面位于所述第一倒圆表面和所述至少一个轴承支撑表面之间。

20.根据权利要求19所述的车轴轴颈，其中，所述第二倒圆表面的所述第二半径大于所述第一倒圆表面的所述第一半径。

21.根据权利要求20所述的车轴轴颈，其中，所述环形轮廓具有在大约0.375英寸至大约0.625英寸的范围内的所述第二倒圆表面的半径以及在大约0.060英寸至大约0.125英寸的范围内的所述第一倒圆表面的半径。

22.根据权利要求20所述的车轴轴颈，其中，所述第二半径与所述第一半径的比率为至少5:1。

23.根据权利要求12所述的车轴轴颈，所述车轴轴颈还包括具有弧形内表面的所述过渡区段，所述弧形内表面具有在包含所述车轴轴颈的纵向中心轴线的平面中取得的在大约8.00英寸至大约12.00英寸的范围内的半径。

24.一种用于车辆轮端组件的车轴轴颈，所述车轴轴颈包括：

管状第一区段，所述管状第一区段具有带有第一外径的部分；

管状第二区段，所述管状第二区段与所述第一区段一体形成并且在远离所述第一区段的方向上延伸，所述第二区段具有用于接收和支撑轴承的轴承支撑表面，所述第二区段具有小于所述第一外径的第二外径；

管状过渡区段，所述管状过渡区段与所述第一区段和所述第二区段一体形成并且位于所述第一区段和所述第二区段之间；和

在所述管状过渡区段中形成的防抱死制动系统传感器定位器凸块。

25.一种制造车轴轴颈的方法，所述车轴轴颈用于重型车辆，所述方法包括以下步骤：

提供中空构件；

在所述中空构件上形成第一圆柱形区段以具有带有第一外径的部分；

在所述中空构件上与所述第一圆柱形区段一体形成第二圆柱形区段，并且所述第二圆柱形区段在远离所述第一圆柱形区段的方向上延伸，所述第二圆柱形区段具有小于所述第一外径的第二外径；

在所述中空构件上与所述第一圆柱形区段和所述第二圆柱形区段一体形成过渡区段，并且所述过渡区段位于所述第一圆柱形区段和所述第二圆柱形区段之间，所述过渡区段从所述第一圆柱形区段到所述第二圆柱形区段逐渐变细；

在所述第二圆柱形区段上形成轴承支撑表面，所述轴承支撑表面用于接收和支撑轴承并且具有小于所述第一外径的第二直径；

在所述轴承支撑表面附近在所述过渡区段中一体形成环形肩部部分，并且所述环形肩部部分具有环形肩部表面；和

形成至少一个表面，所述至少一个表面在所述环形肩部部分中在所述轴承支撑表面和所述环形肩部表面之间限定环形轮廓，其中所述环形轮廓由不小于所述轴承支撑表面的所述第二直径的第三直径限定。

26.根据权利要求25所述的制造车轴轴颈的方法，所述方法还包括以下步骤：在所述过渡区段上形成卡接搁置垫。

27.根据权利要求26所述的制造车轴轴颈的方法，所述方法还包括以下步骤：机加工掉所述卡接搁置垫，以形成完成的过渡部分。

28.根据权利要求27所述的制造车轴轴颈的方法，所述方法还包括以下步骤：机加工掉所述卡接搁置垫，以形成具有防抱死制动系统传感器支架定位器凸块的完成的过渡部分。

29.一种制造用于重型车辆的车轴组件的方法，所述方法包括以下步骤：

提供中心管；

提供中空构件；

通过以下动作生产车轴轴颈：

在所述中空构件上形成第一圆柱形区段以具有带有第一直径的部分；

在所述中空构件上与所述第一圆柱形区段一体形成第二圆柱形区段，并且所述第二圆柱形区段在远离所述第一圆柱形区段的方向上延伸，所述第二圆柱形区段具有小于所述第一直径的第二直径；

在所述中空构件上与所述第一圆柱形区段和所述第二圆柱形区段一体形成粗过渡区段，并且所述粗过渡区段位于所述第一圆柱形区段和第二圆柱形区段之间，所述粗过渡区段从所述第一圆柱形区段向所述第二圆柱形区段逐渐变细；

在所述粗过渡区段上形成卡接搁置垫；

通过接合所述卡接搁置垫并且相对于所述中心管旋转所述车轴轴颈来将所述车轴轴颈摩擦焊接到所述中心管；和

机加工掉所述卡接搁置垫，以形成完成的过渡区段。

30.根据权利要求29所述的方法，其中，机加工步骤还包括机加工所述卡接搁置垫，以在完成的逐渐变细的过渡区段上形成防抱死制动系统传感器支架定位器凸块。

31.根据权利要求30所述的方法，所述方法还包括以下步骤：将防抱死制动系统传感器支架定位在所述防抱死制动系统传感器支架定位器凸块上并且将所述防抱死制动系统传感器支架固定至所述车轴轴颈。

32.一种用于重型车辆的车轴轴颈，所述车轴轴颈用于接收至少一个轴承组件以支撑用于相对于所述车轴轴颈旋转的轮毂，所述车轴轴颈包括：

管状第一圆柱形区段，所述管状第一圆柱形区段具有带有第一外径的部分，所述第一圆柱形区区段具有能够与车轴中心管连接的端面；

管状第二圆柱形区段，所述管状第二圆柱形区段与所述第一圆柱形区段一体且同轴地形成并且在远离所述第一圆柱形区段的方向上延伸，所述第二圆柱形区段具有小于所述第一圆柱形区段的所述第一外径的第二外径，所述第二圆柱形区段具有带有轴承支撑直径的至少一个轴承支撑表面，以接收和支撑轴承组件；

管状过渡区段，所述管状过渡区段与所述第一圆柱形区段和所述第二圆柱形区段一体且同轴地形成并且位于所述第一圆柱形区段和所述第二圆柱形区段之间；

环形肩部部分，所述肩部部分一体且同轴地形成在所述管状过渡区段的邻近所述第二圆柱形区段的端部段中，所述肩部部分具有用于与所述轴承组件的环形表面接合的环形肩部表面；

环形轮廓，所述环形轮廓位于所述肩部部分中在所述环形肩部表面和所述轴承支撑表面之间，所述环形轮廓由具有第三直径的表面限定，所述第三直径不小于所述轴承支撑表面的所述轴承支撑直径；和

所述环形轮廓由第一环形表面和第二环形表面限定，所述第一环形表面具有在包含所述车轴轴颈的纵向中心轴线的平面中取得的第一半径，所述第一环形表面位于所述环形肩部表面和所述轴承支撑表面之间，所述第二环形表面具有在包含所述车轴轴颈的所述纵向中心轴线的平面中取得的第二半径，所述第二环形表面位于所述第一环形表面和所述轴承支撑表面之间，所述第二环形表面的所述第二半径大于所述第一环形表面的所述第一半径。

Images