CN1779281A - 用于传动轴组件的花键元件的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种花键元件的制造方法，该方法避免材料浪费的发生并使尺寸误差量最小化。首先，提供由具有相对较高延伸特性的材料制成的中空圆柱形工件。用于制成工件的材料可以是AA－5154级铝合金，该铝合金具有在从约20％到约30％的范围内，特别是在从约22％到约28％的范围内，并且最好是约25％的延伸特性。具有多个外花键的心轴被插入工件中，并且工件采用模锻方法，例如采用旋转模锻或进给模锻发生变形与心轴接合以形成花键元件。因此，形成具有多个内花键和圆柱形外表面的花键元件。模锻方法的使用避免了材料浪费的发生。并且，由于花键元件根据精确制造的心轴成形，这消除了能够在已知的传统加工实践中产生的尺寸误差，所以提高了尺寸精度。

Description

用于传动轴组件的花键元件的制造方法

技术领域

本发明总体涉及一种制造花键元件如一般用在传动轴组件中的花键元件的方法。本发明特别涉及一种对用在这种传动轴组件中的花键元件的改进的制造方法。

背景技术

动力传动系统被广泛用于从动力源产生动力并且将该动力从动力源传递给从动机构。通常，动力源产生转动动力，并且该转动动力从动力源传递给转动的从动机构。例如，在大多数现在使用的陆用车辆中，发动机/变速器组件产生转动动力，并且该转动动力从发动机/变速器组件的输出轴通过传动轴组件传递给车轴组件的输入轴，以便以转动的方式驱动车辆的车轮。为了实现这一过程，典型的传动轴组件包括一个中空的圆柱形传动轴管，该传动轴管具有一对固定在其前端和后端上的端部装置，如一对管轭。所述的前端部装置形成前端万向接头的一部分，所述万向接头将发动机/变速器组件的输出轴连接到传动轴管的前端部上。类似地，所述的后端部装置形成后端万向接头的一部分，所述万向接头将传动轴管的后端部连接到车轴组件的输入轴上。前端和后端万向接头提供从发动机/变速器组件的输出轴经过传动轴管到车轴组件的输入轴的转动驱动连接，同时调节这三个轴的转动轴线之间有限量的角度误差。

典型的动力传动系统不仅必须调节转动动力源和转动从动装置之间的有限量的角度误差，而且通常还必须调节两者之间有限量的相对轴向运动。例如，在大多数车辆中，当车辆的悬架在正常操作过程中接合时，例如当车辆行驶在崎岖不平的道路上时，在发动机/变速器组件和车轴组件之间常发生少量的相对轴向运动。针对这种情况，众所周知在传动轴组件中配置伸缩接头。典型的伸缩接头包括第一和第二元件，这两个元件具有形成于其上的各自的结构，为了同时进行旋转运动，所述的结构相互配合，同时允许在两者间发生有限量的轴向运动。

一般用在传统的传动轴组件中的一种伸缩接头的类型属于滑键类型的伸缩接头。一种典型的滑键类型的伸缩接头包括各自具有多个形成于其上的花键的阳元件和阴元件。阳元件在形状上通常是圆柱形，并且具有多个形成在其外表面上的向外部延伸的花键。阳元件可以与上述传动轴组件的一个端部一体形成或固定在其上。另一方面，阴元件的形状通常是中空的圆柱体，并且具有多个形成在其内表面上的向内部延伸的花键。阴元件可以与形成上述其中一个万向接头的一部分的管轭一体形成或固定在其上。为了装配伸缩接头，阳元件插入阴元件内，从而使得阳元件向外部延伸的花键与阴元件向内部延伸的花键相配合。结果，阳元件和阴元件连接在一起从而进行协调一致的旋转运动。然而，阳元件向外部延伸的花键能够相对阴元件向内部延伸的花键相对滑动，以便允许在动力传动系统的发动机/变速器组件和车轴组件之间发生有限量的相对轴向运动。

过去，阳花键元件和阴花键元件常用钢制成，并且这些元件的花键通过加工这些元件的部分从而形成所需的花键而制造。尽管这种方法是有效的，但是形成花键的加工方法的使用导致材料浪费的发生，这是不经济的。并且，形成花键的传统加工方法的使用能产生尺寸变化，该尺寸变化是由正常的制造公差和实践导致的。近年来，阳花键元件和阴花键元件常由具有相对较低的延伸系数的铝合金制成，例如6061-T6铝。这些铝合金的使用被征明是理想的，这是因为铝在重量上比钢轻很多。然而，在铝制元件中形成花键的加工方法的使用依然导致材料浪费和尺寸误差的产生。因此，希望提供一种改进的制造花键元件的方法，所述的花键元件例如用在车辆传动轴组件中，该方法避免材料浪费的发生并且使尺寸误差量最小。

发明内容

本发明涉及一种改进的制造花键元件、如用在车辆传动轴组件中的花键元件的方法，该方法避免材料浪费的发生并且使尺寸误差量最小。首先，提供由具有相对较高延伸特性的材料制成的中空圆柱形工件。用于制成工件的材料可以是AA-5154级铝合金，该铝合金具有在从约20％到约30％的范围内，特别是在从约22％到约28％的范围内，并且最好是约25％的延伸特性。具有多个外花键的心轴被插入工件中，并且工件采用模锻方法，例如采用旋转模锻或进给模锻(feed swage)发生变形与心轴接合以形成花键元件。因此，形成具有多个内花键和圆柱形外表面的花键元件。模锻方法的使用避免了材料浪费的发生。并且，尺寸精度得以提高，因为花键元件根据精确制造的心轴成形，这消除了能够在传统加工实践中产生的尺寸误差。

本领域技术人员通过参考附图，能够从下面优选实施例的详细描述中明了本发明的各种目的和优点。

附图说明

图1是工件和心轴的分解透视图，显示根据本发明制造花键元件的方法的第一实施例开始之前的情形。

图2是与图1相似的透视图，显示以同轴搭接关系布置的工件和心轴。

图3是沿图2的3-3线剖开的装配的工件和心轴的剖视图。

图4是与图2类似的透视图，显示在心轴周围变形后的工件。

图5是沿图4的5-5线剖开的变形的工件和心轴的剖视图。

图6是变形的工件在其被移离心轴后的剖视图。

图7是与图6类似的剖视图，显示在加工操作已经在其上执行以形成成品花键元件之后的变形的工件。

图8是分解透视图，显示在装配形成花键传动轴部件之前的成品花键元件、内部密封件、以及传动轴管的一端。

图9是剖视图，显示处于装配状态以形成花键传动轴部件的花键元件、内部密封件、以及传动轴管。

图10是分解透视图，显示图9的花键传动轴部件和另一个能够被装配以形成花键传动轴组件的花键传动轴部件。

图11是工件和心轴的分解正视图，显示根据本发明制造花键元件的方法的第二实施例开始之前的状态。

图12是工件和心轴的分解正视图，显示根据本发明制造花键元件的方法的第三实施例开始之前的状态。

具体实施方式

现在参考附图，图1到图10中示出根据本发明的形成花键元件的方法的第一实施例。该花键元件例如可以用于车辆动力传动系统的传动轴组件中。然而，应当理解采用本发明的方法制造的花键元件能够为了任何所需的目的用于任何所需的环境。

如图1中所示，最初提供整体标记为10的工件和整体标记为20的心轴。所示的工件10在形状上基本为中空的圆柱体，具有外表面11和内表面12，这两个表面限定了壁厚，所述的壁厚在工件的整个长度上基本是一致的。然而，工件10可以具有任意所需的形状或壁厚。

工件10由具有相对较高的延伸特性的材料制成。如在此所使用的，术语“延伸特性”用于表示一种系数，该系数代表用来形成工件10的材料的延展量。延伸系数直接随材料的延展量而变化，即延伸率系数高，材料的延展性越大，反之亦然。用于形成工件10的材料的延伸特性可以以任何理想的方式确定。例如，材料的延伸特性能够凭试验确定，首先，通过在一块材料外表面上间隔分布的位置上提供一对标记，并且测量其间的距离。接着，这块材料受到拉伸力，该拉伸力引起材料伸长并且增大两个标记间的距离。在发生了一定量的这种伸长后，这块材料将断裂成两块。断裂后，将两块材料彼此相邻地放置，测量断裂发生前的延伸的长度作为两个标记间的距离。通过用两个标记间的原始长度除两者间延伸的长度，延伸系数可以表示为原始长度的百分数。

如在此处所使用的，术语“相对较高的延伸特性”用于表示延伸特性在从约20％到约30％的范围内，优选在从约22％到约28％的范围内，并且最好是约25％。工件10最好由具有相对较高的延伸特性的铝合金制成。具有相对较高的延伸特性的材料的一个例子是具有H112硬度(temper)和基本一致的约四分之一英寸壁厚的AA-5154级铝合金。

可替代的是，工件10可以由具有相对较低的延伸特性的材料制成，但是这种材料受软化处理以使其具有相对较高的延伸特性。一种众所周知的软化处理是退化热处理方法(retrogression heat treatment process)。一般而言，通过将工件10快速加热到提供其完全或部分软化的足够的温度，接着相对快速冷却来执行退化热处理方法。尽管进行所述的冷却，但是工件10在至少一个相对短的时间期间内保持完全或部分软化特性。在工件10保持完全或部分软化特性期间，以下述方式执行工件10的变形过程。

所示的心轴20在形状上基本为圆柱体，包括支承轴部分21和具有在其外表面上形成的多个轴向延伸的外花键22的端部。优选的方式是，心轴20的外花键22形成比由工件10的内表面12形成的内径小的外径。结果，心轴20能够快速且容易地同轴插入工件10中，如图2和3中所示。为了使工件10变形成为理想的形状以形成花键元件，心轴20被插入工件10中。

因此，如图4和5所示，本方法的下一步骤是使工件10的一部分围绕心轴20的轴向延伸的外花键22变形。这可通过任何所需的方法实现。然而，优选的方式是，工件10的部分通过模锻方法，例如通过旋转模锻或进给模锻来围绕心轴20的轴向延伸的外花键22变形。在该模锻方法中，移动一传统的模锻工具(未示出)来与工件10的外表面11(参见图1到图3)的一部分接合。结果，工件10被模锻工具接合部分的直径相对于工件10未被模锻工具接合的部分减小(如图4和图5中在13处所示)，所述未被模锻工具接合的部分仍保持原来的直径(如图4和图5中14处所示)。因此，在工件10减小的直径部分13和未减小的直径部分14之间形成过渡部分15。工件10的过渡部分15在形状上最好为所示的截头圆锥体，但这不是必须的。

其后，如图6中所示，心轴20被移出工件10，以提供粗制的花键元件，该花键元件在图6中整体以16标识。通过该模锻方法，如图6中所示，花键元件16的变形的直径减小部分13的内表面12被移动与设置在心轴20一个端部上的外花键22接合，并且再次成形以在其上形成多个内花键13a。然而，与此同时，仍然如图6中所示，花键元件16的变形的直径减小部分13的外表面最好保持具有其原来的基本为圆柱体的形状(虽然具有较小的外径)。

接着，花键元件16的部分能够被加工或另外再次成形以在其上提供多种理想的结构。例如，如图7中所示，可以在花键元件16的变形的直径减小部分13的外表面上形成一个或多个环形槽13b。设置这些环形槽13b的目的将在下面解释。并且，可以在花键元件16位于或靠近其过渡部分15处的内表面内形成一个沉孔15a。设置该沉孔15a的目的将在下面解释。最后，可以在花键元件16的直径未减小部分14的靠近其一端部的外表面上形成一个环状凹槽区域14a。设置该环状凹槽区域14a的目的也将在下面解释。

图8和图9显示了带有内部密封件30和传动轴管40的一端以形成带花键的传动轴部件的花键元件16的组件，该组件整体以50标识。首先，内部密封件30(可以是传统的弹性或塑性孔塞)被插入花键元件16内，并且被压配合在花键元件16的过渡部分15的内表面上形成的沉孔15a中。接着，传动轴管40的端部被围绕位于花键元件16的直径未减小部分14上的环状凹槽14a同轴移动并支承在其上。因此，环状凹槽14a起到管座的功能以使传动轴40相对于花键元件16精确定位。优选的方式是，传动轴管40的端部最初以轻压配合的关系与花键元件16的管座14a接合。其后，传动轴管40的端部能够以任何传统的方式如焊接、粘接及类似方式被永久地固定在花键元件16上。

如图10中所示，带花键的传动轴部件50是一个阴花键传动轴部件，该部件能与传统的阳花键传动轴部件，如整体由60标识的阳花键传动轴部件一起使用，以便形成带花键的传动轴组件。阳花键传动轴部件60在本技术领域中是常规的部件，且包括一轴部61，该轴部61被连接到其上带有多个外花键62的阳花键部分上。阳花键传动轴部件60的外花键62采用本技术领域中已知的方法与形成在阴花键传动轴部件50上的内花键13a配合。结果，阳花键传动轴部件60和阴花键传动轴部件50连接在一起以协调一致地转动。然而，阳花键传动轴部件60的外花键62能够相对阴花键传动轴部件50的内花键13a滑动，以便允许在阳花键传动轴部件60和阴花键传动轴部件50之间存在预定量的相对轴向运动。

如上所讨论的，一个或多个环形槽13b形成在阴花键传动轴部件50的变形的直径减小部分13的外表面上。形成这些环形槽13b能够便于传统的柔性基座(未示出)的第一端部围绕着阴花键传动轴部件50的变形的直径减小部分13的开口端部固定。该柔性基座的第二端部也被固定在阳花键传动轴部件60的外表面上，以防止灰尘、水和其它污染物进入相配合的花键62和13a的区域中。为了便于将柔性基座的第二端部固定在阳花键传动轴部件60的外表面上，可以在阳花键传动轴部件60的外表面上形成一个或多个类似的槽(未示出)。

尽管已经在阴花键元件形成的内容中描述了本发明的方法，然而应当理解，本发明也能够用于形成阳花键元件。为了实现这一目的，中空的圆柱形工件10可被插入中空圆柱形心轴(未示出)中，所述的圆柱形心轴具有多个形成在其内表面上的轴向延伸的内花键。然后，中空圆柱形工件10可被向外扩张，例如通过采用常规的磁脉冲成形技术，从而形成阳花键元件，该阳花键元件具有多个形成在其外表面上的轴向延伸的外花键。

图11是整体以10′标识的变型的工件和心轴20的分解正视图，显示根据本发明制造花键元件的方法的第二实施例开始之前的状态。在本发明方法的该实施例中，与上面描述和图示的工件10类似，变型的工件10′在形状上基本为中空的圆柱形。然而，变型的工件10′并不具有在其整个长度上基本一致的壁厚。而是，变型的工件10′具有从较厚部分10a到较薄部分10b变化的壁厚。在本发明的该实施例中，变型的工件10′的较厚部分10a和较薄部分10b由单独的材料制成，所述单独的材料采用任何传统的方法固定在一起。例如，变型的工件10′的较厚部分10a和较薄部分10b能够通过传统的摩擦焊方法固定在一起。心轴20可被插入变型的工件10′的较厚部分10a中，以便以上面描述的方法形成内花键13a。

图12是整体以10″标识的另一个变型的工件和心轴20的分解正视图，显示根据本发明制造花键元件的方法的第三实施例开始之前的状态。在本发明方法的该实施例中，与上面描述和图示的工件10类似，进一步改变的工件10″在形状上基本为中空的圆柱形。然而，进一步改变的工件10″并不具有在其整个长度上基本一致的壁厚。而是，进一步改变的工件10″具有从较厚部分10c到较薄部分10d变化的壁厚。在本发明的该实施例中，进一步改变的工件10″的较厚部分10c和进一步改变的工件10″的较薄部分10d由单独的一块材料制成，所述材料采用任何传统的方法形成为具有相对厚和薄的壁厚部分。例如，进一步改变的工件10″的较厚部分10c和较薄部分10d可通过传统的轧制方法或通过传统的端部加粗管挤出方法形成。心轴20可被插入进一步改变的工件10″的较厚部分10c中，以便以上面描述的方法形成内花键13a。

根据专利法条的规定，已经以最佳实施例的方式解释和图示了本发明实施的原则和模式。然而，必须理解本发明可以不同于特定解释和图示的方式实施而不脱离其精神和范围。

Claims (10)

1.一种花键元件的制造方法，包括以下步骤：

(a)提供由具有相对较高的延伸特性的材料制成的工件；

(b)提供具有多个花键的心轴；

(c)使工件变形为与心轴接合以形成花键元件。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过提供由具有延伸特性的材料制成的工件来执行所述步骤(a)，所述材料的延伸特性在约20％到约30％的范围内。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，通过提供延伸特性约为25％的材料制成的工件来执行所述步骤(a)。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过提供由具有相对较高的延伸特性的铝合金材料制成的工件来执行所述步骤(a)。

5.如权利要求6所述的方法，其特征在于，通过提供由AA-5154级铝合金制成的工件来执行所述步骤(a)。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过提供由具有相对较低的延伸特性的材料制成的工件、并使所述工件受软化处理以提供相对较高的延伸特性，来执行所述步骤(a)。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述软化处理是退化热处理方法。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过提供具有从一较厚部分向一较薄部分变化的壁厚的工件来执行所述步骤(a)。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述工件的较厚部分和校薄部分由固定在一起的单独的材料制成。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述工件的较厚部分和较薄部分由单块材料制成。

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