-
Technisches Feld
-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das technisches Gebiet von Kugelgelenken und betrifft insbesondere eine verschlossene hohle Kernwelle und ein vibrationsdämpfendes Kugelgelenk mit der Kernwelle.
-
Stand der Technik
-
Da Energieeinsparung und Umweltfreundlichkeit immer mehr Aufmerksamkeit der Gesellschaft wecken, werden die energiesparenden, emissionsarmen und leichtgewichtigen Automobilen zunehmend wichtig. Die Leichtbauweise der Automobilen ist von besonderer Bedeutung hinsichtlich der Verbesserung der Behandlung, Zuverlässigkeit, Sicherheit und Energiekonservierung der Automobilen. In dem hart umkämpften Automobilmarkts werden die Leichtbauweisen der Automobilen immer mehr von den Herstellern geforscht und immer strengere Anforderungen werden insbesondere an die Karosserien sowie die Aufhängungssysteme gestellt.
-
Als ein übliches Teil in der Karosserie oder dem Aufhängungssystem handelt es sich bei einem Kugelgelenk um ein Produkt mit einer Kautschuk-Metall-Struktur. Es wird normalerweise an einer Verbindungsstelle der Systembaugruppe verwendet, um als eine flexible Verbindung zum Dämpfen einer Beaufschlagung einer Belastung zu dienen. Wie in 1 gezeigt, wird ein kommerziell erhältliches vibrationsdämpfendes Kugelgelenk so gefertigt, dass das Kautschuk und die Hülse an einer metallischen Kernwelle vulkanisiert werden und das Fertigprodukt in das System eingepresst wird. Die auf das Kugelgelenk übertragene Belastung kann radial, axial, abgelenkt oder verdreht sein, und insbesondere ist die radiale Belastung überwiegend.
-
In den letzten Jahren sind immer mehr Forschungen über die Erleichterung und Kostensenkung der Kugelgelenke durchgeführt, aber ohne Erfolg. Da bei dem Körper des Kugelgelenks in der Regel eine metallische Kernwelle verwendet wird, kann von die Auswahl des metallischen Materials für die Herstellung der Kernwelle ausgehend das Kugelgelenk erleichtert werden. In einigen Forschungen wurde das übliche metallische Material durch eine Aluminium/Magnesium-Legierung oder ein anderes leichteres Metall ersetzt. Dabei können jedoch die erleichterten metallischen Kernwellen mit qualifizierter Leichtbauweise und Festigkeit die Anforderung an niedrige Kosten nicht erfüllen. In einigen Forschungen wurde das metallische Material durch ein Plastikmaterial ersetzt. Jedoch weisen die so erhaltenen Kernwellen nicht genügend statische Festigkeit und bei gleichbleibender Belastung eine niedrigere Müdigkeitseigenschaft auf und sie können die praktischen Anforderungen nicht erfüllen.
-
In 2 ist ein dem Kugelgelenk ähnlich funktionierendes Hülsenprodukt gezeigt. Die Fachleute versuchten, damit das Kugelgelenk und seine Bauweise zu verbessern. Dieses Hülsenprodukt weist eine hohle Struktur, insbesondere eine Rohrstruktur mit zwei offenen Enden, auf. Darüber hinaus muss jedoch zur Verbindung mit einer Systemkomponente eine Stiftwelle durch die hohle Kernwelle durchdringen und die Stiftwelle und die Systemkomponente durch Schrauben befestigt werden. Eine solche Struktur erzielt im Wesentlichen nicht den Bedarf an die Erleichterung der Kernwelle und des Kugelgelenks.
-
Diesbezüglich besteht ein dringend zu lösendes technisches Problem darin, ein erleichtertes vibrationsdämpfendes Kugelgelenk auszugestalten, welches bei der Erfüllung der Funktion des Kugelgelenks und der Anforderung an Kosten ein möglichst reduziertes Gewicht erreichen kann.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Das mit der Erfindung zu lösende technische Problem besteht darin, eine Kernwelle mit einer verschlossenen hohlen Struktur bereitzustellen, die die Nachteile und Schwachpunkte im Stand der Technik überwindet und ferner bei der Erfüllung der Anforderungen an die Festigkeit und niedrige Kosten das Gewicht reduziert, um die Erleichterung der Kernwelle zu bewirken.
-
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein vibrationsdämpfendes Kugelgelenk mit der verschlossenen hohlen Kernwelle bereitzustellen.
-
Um die obige Aufgabe zu lösen, wird in der vorliegenden Erfindung die folgende technische Lösung verwendet:
- Eine verschlossene hohle Kernwelle umfasst einen Kernwellenkörper, wobei der Kernwellenkörper eine hohle Struktur mit zwei offenen Enden aufweist, und an den zwei Enden des Kernwellenkörpers die hohle Struktur verschließende Verbindungsstrukturen vorgesehen sind.
-
Bei der Erfindung ist der Kernwellenkörper als hohle Struktur ausgebildet und die zwei Enden des Kernwellenkörpers sind als Verbindungsstrukturen ausgebildet, um ein verschlossenes hohles Kugelgelenk zu erhalten. Dies gewährleistet die Erleichterung des Kugelgelenks bei der Erfüllung der Anforderung an die Baufestigkeit. Um die Festigkeit der Verbindungsstrukturen sicherzustellen sind die Verbindungsstrukturen bevorzugt solide.
-
Vorzugsweise beträgt die Länge des Kernwellenkörpers 30%-50%, bevorzugt 40% der gesamten Länge der Kernwelle.
-
Vorzugsweise ist eine Kontur der inneren hohlen Struktur durch die Verschiebung der äußeren Oberfläche des Kernwellenkörpers um eine Dicke nach innen ausgebildet, wobei die Dicke 5-20%, weiter bevorzugt 6-12% der maximalen Länge im Querschnitt des Kernwellenkörpers beträgt.
-
Vorzugsweise ist eine Kontur der inneren hohlen Struktur durch die Verschiebung der äußeren Oberfläche des Kernwellenkörpers um eine Dicke nach innen ausgebildet, wobei die verschobenen Dicken an der gesamten äußeren Oberfläche gleich sind.
-
Vorzugsweise ist die äußere Oberfläche des Kernwellenkörpers nach innen verschoben, um eine innere hohle Struktur mit einer verändernden Dicke auszubilden. In Bezug auf die Spannungs-Verteilung der Kernwelle ist in der Mitte des Kernwellenkörpers eine kleinere Kraft und an den zwei Enden eine größere Kraft beaufschlagt. Daher nimmt vorzugsweise die Dicke des Kernwellenkörpers von der Mitte nach Enden zu. Diese Veränderung der Dicke stellt eine auf der Kontur der hohlen Struktur ausgebildete gewölbte Übergangsfläche dar.
-
Im Fall, in dem der Kernwellenkörper eine gleiche Wanddicke aufweist, hat er eine Kontur der inneren hohlen Struktur, die gleich wie seine äußere Oberfläche ausgebildet ist. Im Fall einer trommel-förmigen hohlen Struktur mit veränderlicher Wanddicke wird die Kontur der inneren hohlen Struktur so angesehen, dass sie durch die Verschiebung der Struktur an der äußeren Oberfläche um eine Dicke nach innen ausgebildet ist, wobei sich die verschobenen Dicken gemäß einer Regel verändert, so dass die innere hohle Kontur an den Stellen, an denen sich die verschobenen Dicken verändern, eine glatte gewölbte Übergangsfläche darstellt.
-
Die Form des erfindungsgemäßen Kernwellenkörpers kann nach Anwendungssituationen konfiguriert werden.
-
Vorzugsweise ist der Kernwellenkörper zylindrisch ausgebildet.
-
Vorzugsweise ist der Kernwellenkörper trommel-förmig und hohl ausgebildet, um die Müdigkeitseigenschaft des Kugelgelenks zu erhöhen.
-
Vorzugsweise ist die Verbindungsstruktur flach rechteckig ausgebildet.
-
Weiter vorzugsweise sind der Kernwellenkörper und der mit dem Kernwellenkörper verbundene Kontaktabschnitt der Verbindungsstruktur als Rotationskörper ausgebildet.
-
Vorzugsweise ist an der Verbindungsstruktur ein Befestigungsmittel vorgesehen, welches dazu eingerichtet ist, das Kugelgelenk an einer Systemkomponente zu befestigen.
-
Weiter vorzugsweise handelt es sich bei dem Befestigungsmittel um ein Schraubenloch und eine dazu passende Schraube an den Verbindungsstrukturen. Die ebene Struktur an zwei Seiten der flachen Struktur sind für den flachen Kontakt sowie die Verriegelung zwischen der Schraube und der Schraubenmutter vorteilhafter.
-
Vorzugsweise sind der Kernwellenkörper und die Verbindungsstruktur der Erfindung zwei separate Teile. Die Verbindungsstruktur sind mit den zwei Enden des Kernwellenkörpers durch Reibschweißprozess oder dergleichen fest verbunden. Wenn unterschiedliche Kernwellenkörper kombiniert mit derselben Verbindungsstruktur verwendet werden, können hohle Kernwellen mit verschiedenen Eigenschaften erhalten werden. Die Verbindungsstrukturen an den zwei Enden des Kernwellenkörpers dienen vor allem der Verbindung. Durch unterschiedliche hohle Strukturen des Kernwellenkörpers werden Kugelgelenke mit unterschiedlichen Eigenschaften erhalten. In praktischen Anwendungen kann die Kombination des Kernwellenkörpers mit den Verbindungsstrukturen nach Bedarf ausgewählt werden. Für die Systeme mit gleichem Bauplatz kann die Verbindungsstruktur für das vibrationsdämpfende Kugelgelenk gleich sein. Wenn unterschiedliche Kernwellenkörper kombiniert mit derselben Verbindungsstruktur verwendet werden, können hohle Kernwellen mit verschiedenen Eigenschaften erhalten werden. Daher weisen die Kernwelle und das Kugelgelenk der Erfindung eine hohe Anwendbarkeit und einen ausgeprägten wirtschaftlichen Gewinn auf.
-
Vorzugsweise kann durch Formgebung mittels Stauchung mit erhöhtem Druck, durch Formgebung unter hohem Innendruck oder durch Spinnformgebung eines Rohrs der erfindungsgemäßen Kernwellenkörper erhalten werden. Alternativ kann er durch maschinelle Bearbeitung eines stabförmigen Materials erhalten werden. Die erfindungsgemäße Verbindungsstruktur wird durch maschinelle Bearbeitung eines stabförmigen Materials, durch Schmiede, oder durch Gießen geformt. Die Verbindungsstrukturen an den zwei Enden werden dann durch Reibschweißen, manuelles Schweißen oder einen anderen herkömmlichen Schweißprozess mit dem Kernwellenkörper zu der Kernwelle zusammen geschweißt.
-
Unter den einzelnen Bearbeitungsprozessen für den Kernwellenkörper eignet sich der Stauchprozess für die hohle Struktur mit wesentlichem Gradienten der Durchmesserveränderung, indem die je nach der Ausgestaltung erforderliche gleiche Wanddicke bzw. veränderliche Wanddicke erreicht wird. Die Formgebung unter hohem Innendruck ist günstig, materialsparend, und für die Bearbeitung eines hohlen strukturierten Teils etabliert und stabil. Bei der Spinnformgebung ist die Form einfach und kostengünstig und der Prozess hoch präzise und intensiv. Die maschinelle Formgebung bietet eine hohe Prozessgenauigkeit, Umsetzbarkeit, und leichte Herstellbarkeit.
-
Unter den Bearbeitungsprozessen für die Verbindungsstruktur ist die Schmiede einfach und sie kann eine stromlinienförmige Eigenschaft der Mikrostruktur erzeugen. Die Formgebung durch Gießen hat günstige Kosten und einen großen Produktionsdurchsatz.
-
Alternativ kann vorzugsweise die erfindungsgemäße Kernwelle, die durch den Kernwellenkörper und die Verbindungsstrukturen zusammengebaut ist, durch Stauchung mit erhöhtem Druck aus einem Rohr integral geformt werden.
-
Wenn die Kernwelle der Erfindung nicht durch einen integralen Formgebungsprozess hergestellt wird, liegt vorzugsweise eine Fügefläche vor, die die Verbindungsfläche zwischen dem Kernwellenkörper und der Verbindungsstruktur sein kann. Diese kann auch ein beliebiger Querschnitt oder Axialschnitt der Kernwelle sein, weiter bevorzugt ein symmetrischer Querschnitt oder Axialschnitt.
-
Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße hohle Struktur mit einem dadurch durchdrigenden Kernstab versehen. Weiter vorzugsweise ist der Kernstab in einer axialen Richtung der hohlen Struktur ausgerichtet. Basierend auf der hohlen Struktur in der Kernwelle der Erfindung kann ihre Tragfähigkeit durch die Anordnung eines die Mitte der Kernwelle durchdringenden Kernstabs verbessert werden.
-
Weiter bevorzugt ist der Kernstab kreiszylindrisch ausgebildet.
-
Die Erfindung stellt auch ein Kugelgelenk bereit, welches die oben genannte Kernwelle, eine Hülse, und eine Schicht von einem elastischen Material, das zwischen der Kernwelle und der Hülse vulkanisiert ist, umfasst. Vorzugsweise ist das elastische Material ein Kautschuk-Material.
-
Vorzugsweise umfasst die Formgebung des vibrationsdämpfenden Kugelgelenks die folgenden Schritte:
- S1. Vorverarbeitung: Beschichten eines Lacks auf der mit dem elastischen Material zu verbindenden Oberflächen der Kernwelle und der Hülse, und Einsetzen in eine Form;
- S2. Vorwärmung: Vorwärmen der Form auf 120-200°C;
- S3. Vulkanisation: Einspritzen des elastischen Materials in die Form, wobei der Druck bei 140-200 MPa für 10-30 min erhalten bleibt;
- S4. Formtrennung: Öffnen der Form und Entnehmen des Produkts;
- S5. Abkühlung: Abkühlen bis auf die Raumtemperatur, um das Fertigprodukt zu erhalten.
-
Im Vergleich zum Stand der Technik weist die vorliegende Erfindung die folgenden vorteilhaften Effekte auf:
- (1) Bei der verschlossenen hohlen Kernwelle der Erfindung ist der Kernwellenkörper als hohle Struktur ausgebildet und die zwei Enden des Kernwellenkörpers sind als solide Verbindungsstrukturen ausgebildet, um eine verschlossene hohle Kernwelle zu erhalten, was bei der Erfüllung der Anforderung an die Baufestigkeit und der Reduzierung der Materialkosten sowie der gesamten Produktionskosten die Erleichterung des Produkts gewährleistet.
- (2) Die Hauptstrukturen der Kernwelle und des Kugelgelenks sind hohl ausgebildet, welche bei der Gewährleistung der Festigkeit in Einsatz auf die Erleichterung zielen. Da die Verbindungsstrukturen an den zwei Enden des Kernwellenkörpers vor allem der Verbindung dienen, können bei der Kernwelle der Kernwellenkörper und die Verbindungsstruktur als zwei separate Teile ausgebildet, wenn kein einstückiger Formgebungsprozess zur Herstellung der Kernwelle benutzt wird. Dadurch wird die Kombination oder der Ersatz der Teile ermöglicht, was die Entwicklungs- und Verwaltungskosten erniedrigt. Die durch einen integralen Formgebungsprozess erhältliche Kernwelle besitzt eine bessere Müdigkeitseigenschaft sowie niedrigere Kosten.
- (3) Die erfindungsgemäße Kernwelle weist eine hohle Struktur auf, welche eine bessere Wärmeleitfähigkeit gegenüber einer soliden Struktur hat, wodurch auf den Schritt der Vorwärmung bei der Herstellung des Kugelgelenks verzichtet werden kann.
- (4) Die erfindungsgemäße verschlossene hohle Kernwelle kann in einem Kugelgelenk angewendet werden, um die Erleichterung und Sicherheit einer Karosserie bzw. eines Aufhängungssystems eines Automobils zu verbessern, was riesige wirtschaftliche und soziale Gewinne erzeugt.
-
Figurenliste
-
- 1 zeigt eine schematische Strukturansicht eines Kugelgelenks im Stand der Technik.
- 2 zeigt eine schematische Strukturansicht einer hohlen Hülse im Stand der Technik.
- 3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Kernwelle gemäß Ausführungsbeispiel 1 der Erfindung.
- 4 zeigt einen vorderen Schnitt der Kernwelle gemäß Ausführungsbeispiel 1 der Erfindung.
- 5 zeigt eine explodierte geschnitte Draufsicht der Kernwelle gemäß Ausführungsbeispiel 1 der Erfindung.
- 6 zeigt eine Strukturansicht eines Kernwellenkörpers gemäß Ausführungsbeispiel 1 der Erfindung.
- 7 zeigt eine Strukturansicht einer Verbindungsstruktur gemäß Ausführungsbeispiel 1 der Erfindung.
- 8 zeigt eine Strukturansicht einer Kernwelle gemäß Ausführungsbeispiel 2 der Erfindung.
- 9 zeigt eine Strukturansicht eines vibrationsdämpfenden Kugelgelenks gemäß Ausführungsbeispiel 3 der Erfindung.
- 10 zeigt eine schematische Ansicht eines simulierten Modells gemäß Ausführungsbeispiel 5 der Erfindung.
- 11 zeigt ein Diagramm der Steifigkeit/Spannungs-Verteilung eines Kugelgelenks gemäß Ausführungsbeispiel 5 der Erfindung.
- 12 zeigt ein Diagramm der Verformungsspannungs-Verteilung des Kugelgelenks gemäß Ausführungsbeispiel 5 der Erfindung.
- 13 zeigt ein Diagramm der Radialspannungs-Verteilung des Kugelgelenks gemäß Ausführungsbeispiel 5 der Erfindung.
-
Konkrete Ausführungsformen
-
Um die Erfindung besser verstehen zu lassen, wird die Erfindung im Zusammenhang mit den Figuren und den bevorzugten Ausführungsbeispielen umfangreicher und näher beschrieben. Der Schutzumfang der Erfindung soll jedoch nicht auf die nachfolgenden konkreten Ausführungsbeispiele beschränkt werden.
-
Wenn nicht anderes definiert, sollen die hiernach eingesetzten Fachbegriffe die gleiche Bedeutung, wie die von dem Fachmann üblich verstanden wird, haben. Die hierin benutzten Begriffe dienen lediglich zur Beschreibung der konkreten Ausführungsbeispiele, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu limitieren.
-
Wenn nicht anderes angegeben, sind die verschiedenen Rohmaterialien, Mittel, Instrumenten und Vorrichtungen, die in der vorliegenden Erfindung benutzt werden, kommerziell erhältlich oder durch Herstellung mit herkömmlichen Verfahren erhältlich.
-
Ausführungsbeispiel 1
-
Es ist aus 3-7 zu entnehmen, dass in diesem Ausführungsbeispiel eine verschlossene hohle Kernwelle bereitgestellt wird, welche einen Kernwellenkörper 4 umfasst, wobei der Kernwellenkörper 4 eine hohle Struktur 7 mit zwei offenen Enden aufweist, und wobei an den zwei Enden des Kernwellenkörpers 4 die hohle Struktur 7 verschließende Verbindungsstrukturen 5 vorgesehen sind. In diesem Ausführungsbeispiel beträgt die Länge der hohlen Kernwelle 167 mm und die Länge des Kernwellenkörpers 62 mm.
-
In diesem Ausführungsbeispiel weist der Kernwellenkörper 4 eine trommel-förmige hohle Struktur mit gleicher Wanddicke und die Verbindungsstruktur 5 eine flache rechteckige Struktur auf. Die zwei Enden des Kernwellenkörpers 4 sind durch üblichen Schweißprozess (wie z. B. Reibschweißen oder manuelles Schweißen, im vorliegenden Fall durch Reibschweißen) integral mit den Verbindungsstrukturen verschweißt. Die Trommelform des Kernwellenkörpers 4 ist als Rotationskörper ausgebildet und die mit dem Kernwellenkörper 4 verschweißt befestigten Abschnitte an den Verbindungsstrukturen 5 sind auch als Rotationskörper ausgebildet. Die beiden Rotationskörper weisen den gleichen Durchmesser, im vorliegenden Fall einen Durchmesser von 33 mm.
-
In diesem Ausführungsbeispiel ist eine Kontur der inneren hohlen Struktur 7 durch die Verschiebung der äußeren Oberfläche des Kernwellenkörpers 4 um eine Dicke nach innen ausgebildet, wobei die Kontur der inneren hohlen Struktur gleich wie die äußere Oberfläche ist. In diesem Ausführungsbeispiel beträgt der Durchmesser der äußeren Oberfläche des Kernwellenkörpers 4 62 mm und die Wanddicke des Kernwellenkörpers 5 mm.
-
In diesem Ausführungsbeispiel ist die hohle Struktur 7 des Kernwellenkörpers 4 sowohl aus einem Rohr durch Formgebung unter hohem Innendruck, durch Spinnformgebung oder Stauchung mit erhöhtem Druck als auch durch maschinelle Bearbeitung eines Stabs geformt. Die Verbindungsstrukturen sind durch Schmiede oder Gießen hergestellt.
-
In diesem Ausführungsbeispiel ist an der Verbindungsstruktur 5 ein Schraubenloch 6 mit einem Durchmesser von 19 mm vorgesehen. Eine dazu passende Schraube (nicht gezeigt) und Schraubenmutter (nicht gezeigt) werden auch bereitgestellt, um das vibrationsdämpfende Kugelgelenk an einer Systemkomponente zu befestigen.
-
In diesem Ausführungsbeispiel ist das Material der Kernwelle 40 Cr, welches entweder durch einen anderen, hochfesten Stahl, wie 42 CrMo, oder durch einen üblichen Kohlenstoffbaustahl, wie 45# Stahl, ersetzt wird.
-
Ausführungsbeispiel 2
-
Es ist aus 8 zu entnehmen, dass in diesem Ausführungsbeispiel eine verschlossene hohle Kernwelle bereitgestellt wird, welche einen Kernwellenkörper umfasst, wobei der Kernwellenkörper eine hohle Struktur mit zwei offenen Enden aufweist, und wobei an den zwei Enden des Kernwellenkörpers die hohle Struktur verschließende Verbindungsstrukturen vorgesehen sind.
-
In diesem Ausführungsbeispiel weist der Kernwellenkörper eine zylindrische Struktur mit gleicher Wanddicke, die darin vorliegende hohle Struktur eine zylindrische Struktur, und die Verbindungsstruktur eine flache rechteckige Struktur auf. Die zwei Enden des Kernwellenkörpers sind durch üblichen Schweißprozess (wie z. B. Reibschweißen oder manuelles Schweißen) integral mit der flachen rechteckigen Struktur verschweißt. Der mit dem Kernwellenkörper verschweißte Abschnitt der flachen rechteckigen Struktur ist als Rotationskörper ausgebildet, und die Durchmesser der Rotationskörper an zwei Seiten der Verbindungsstelle sind gleich.
-
In diesem Ausführungsbeispiel wird an der Verbindungsstruktur ein Schraubenloch vorgesehen. Eine dazu passende Schraube (nicht gezeigt) und Schraubenmutter (nicht gezeigt) werden auch bereitgestellt, um das vibrationsdämpfende Kugelgelenk an einer Systemkomponente zu befestigen.
-
Ausführungsbeispiel 3
-
Es ist aus 9 zu entnehmen, dass in diesem Ausführungsbeispiel ein vibrationsdämpfendes Kugelgelenk bereitgestellt wird, welches die Kernwelle 1 gemäß Ausführungsbeispiel 1, eine Hülse 3, und eine Schicht 2 von Kautschuk, das zwischen der Hülse 3 und der Kernwelle 1 vulkanisiert ist, umfasst.
-
In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Formgebung des vibrationsdämpfenden Kugelgelenks die folgenden Schritte:
- S1. Vorverarbeitung: Beschichten eines Lacks auf der mit der Schicht aus Kautschuk 2 zu verbindenden Oberflächen der Kernwelle 1 und der Hülse 3, und Einsetzen in eine Form;
- S2. Vorwärmung: Vorwärmen der Form auf 160°C;
- S3. Vulkanisation: Einspritzen des Kautschuks in die Form, wobei der Druck bei 170 MPa für 15 min erhalten bleibt;
- S4. Formtrennung: Öffnen der Form und Entnehmen des Produkts;
- S5. Abkühlung: Abkühlen bis auf die Raumtemperatur, um das Fertigprodukt zu erhalten.
-
Ausführungsbeispiel 4
-
In diesem Ausführungsbeispiel wird ein vibrationsdämpfendes Kugelgelenk bereitgestellt, bei dem der Kernwellenkörper der Kernwelle solide ist. In seiner hohlen Struktur ist ein dadurch durchdringender Kernstab (mit einem Durchmesser von 23 mm) vorgesehen. Die übrige Ausgestaltung ist gleich wie die des Kugelgelenks im Ausführungsbeispiel 3.
-
Ausführungsbeispiel 5
-
In diesem Ausführungsbeispiel wird ein vibrationsdämpfendes Kugelgelenk bereitgestellt, bei dem der Kernwellenkörper der Kernwelle hohl ist und eine Dicke von 4 mm aufweist. In der hohlen Struktur ist ein dadurch durchdringender Kernstab (mit einem Durchmesser von 23 mm) vorgesehen. Die übrige Ausgestaltung ist gleich wie die des Kugelgelenks im Ausführungsbeispiel 3.
-
Vergleichsbeispiel 1
-
In diesem Ausführungsbeispiel wird ein vibrationsdämpfendes Kugelgelenk bereitgestellt, bei dem der Kernwellenkörper der Kernwelle solide ist. Die übrige Ausgestaltung ist gleich wie die des Kugelgelenks im Ausführungsbeispiel 3.
-
Ausführungsbeispiel 6
-
In diesem Ausführungsbeispiel wird eine Analysis durch Simulation und Modellierung der Ausführungsbeispiele 3-5 und des Vergleichsbeispiels 1 vorgesehen, umfassend die folgenden Schritte:
- Y1. Modellierung: Aus den Daten der Ausführungsbeispiele 3-5 und des Vergleichsbeispiels 1 wurden simulierte Modelle für 4 Kugelgelenke erzeugt. In 10 werden sie als a, b, c und d bezeichnet, wobei a dem Vergleichsbeispiel 1, also einer soliden Kugelgelenkstruktur, entspricht; b dem Ausführungsbeispiel 4, also einer hohlen Kernwellenstruktur mit einer Dicke von 5 mm und einem Durchmesser in dem mittleren Teil des Kernstabs von 23 mm, entspricht; c dem Ausführungsbeispiel 3, also einer hohlen Kernwellenstruktur mit einer Dicke von 5 mm, entspricht; und d dem Ausführungsbeispiel 5, also einer hohlen Kernwellenstruktur mit einer Dicke von 4 mm und einem Durchmesser in dem mittleren Teil des Kernstabs von 23 mm, entspricht.
- Y2. Belastungstest für die Kernwelle: Im Vorgang des Tests gemäß diesem Ausführungsbeispiel werden die Steifigkeit und Festigkeit im normalen Betrieb in Bezug auf das Kugelgelenk berechnet. Dabei wurden die zwei Enden der Kernwelle befestigt, eine Belastung von 100 KN wurde auf den mittleren Teil der Kernwelle beaufschlagt, und danach wurden die Diagramme der Steifigkeit/Spannungs-Verteilung (siehe 11), der Vorformungsspannungs-Verteilung (siehe 12) und der Radialspannungs-Verteilung (siehe 13) des Kugelgelenks erhalten.
- Y3. Aus der Berechnung aus den obigen Ergebnissen ergibt sich Tabelle 1. In Tabelle 1 werden die Parameter für die Eigenschaften des Kugelgelenks zusammengefasst, wobei a, b, c, bzw. d dem Vergleichsbeispiel 1, Ausführungsbeispiel 4, Ausführungsbeispiel 3 bzw. Ausführungsbeispiel 5 entspricht.
Tabelle 1 | | Gewicht (Kernwelle) | Verhältnis des reduzierten Gewichtes (Kernwelle) | Radiale Festigkeit des Kugelgelenks | Unterschied der Festigkeit | Verformung der Kernwelle unter Berücksichtigung des Kautschuks in mm | Spannung der Kernwelle unter Berücksichtigung des Kautschuks in MPa | Verformung der Kernwelle allein |
| a (Vergleichsbeispiel 1) | 1,56 | | 225 | | 0,073 | 248 | 0,069 |
| c (Ausführungsbeispiel 3) | 0,95 | 39% | 203 | 9,8% | 0,14 | 593 | 0,068 |
| b (Ausführungsbeispiel 4) | 1,15 | 26% | 209 | 7,1% | 0,13 | 474 | 0,060 |
| d (Ausführungsbeispiel 5) | 1,08 | 31% | 198 | 12% | 0,16 | 606 | 0,070 |
-
Die Erleichterung des vibrationsdämpfenden Kugelgelenks erfordert die Reduzierung des Gewichtes bei der Erfüllung der Anforderung an die Festigkeit und die Kosten. Die Erfüllung der Anforderung an die Festigkeit erscheint als die Aufrechterhaltung der normalen Benutzung und Lebensdauer des Kugelgelenks unter einer Belastung auf der Streckgrenze. In diesem Ausführungsbeispiel werden die 4 Kugelgelenke sowie ihr Charakter hinsichtlich der Belastungsverteilung analysiert, wobei durch die Analysis auf Vergleichsbeispiel 1 gefunden werden kann, dass unter der Belastung das mechanische Modell eines Kugelgelenks mit einer soliden metallischen Kernwelle als ein einfach gestützter Träger angesehen wird, bei dem in der mechanischen Sicht die zwei Enden fixiert sind und der mittlere Teil mit einer Kraft beaufschlagt wird. Das heißt, eine größere Spannung wird auf die äußere Oberfläche im mittleren Teil der Kernwelle als in dem Innenraum ausgeübt, und der Innenraum trägt gering zum Tragen der Belastung bei. Bei der Erfindung wird in dem Innenraum des Kernwellenkörpers eine hohle Struktur vorgesehen. Da das Gewicht des Kernwellenkörpers ca. 50% des gesamten Gewichtes der Kernwelle ausmacht, ist desto leichter das Gewicht der gesamten Kernwelle, je leichter das Gewicht des Kernwellenkörpers. In den Ausführungsbeispiele 3-5 werden die zwei Enden des Kernwellenkörpers als solide verbundene, flache, rechteckige Strukturen ausgebildet und der Kernwellenkörper wird hohl ausgebildet, so dass ein verschlossenes hohles Kugelgelenk erhalten wird. Der Unterschied dazwischen liegt darin, dass in Ausführungsbeispiel 3 in der hohlen Struktur kein Kernstab vorgesehen ist, während in Ausführungsbeispielen 4 und 5 ein Kernstab in der axialen Richtung vorgesehen ist. Durch die Anordnung des Kernstabs wird die Tragfähigkeit in der axialen Richtung erhöht, aber die Masse nimmt ebenfalls zu, was für die Erleichterung des Kugelgelenks ungünstig ist. Nach dem oben beschriebenen simulierten Test können die Kugelgelenke in Ausführungsbeispielen 3-5 unter einer axialen Belastung von 100 KN im mittleren Teil die Erleichterung des Kugelgelenks unter der Voraussetzung der Gewährleistung der Baufestigkeit erzielen. Darunter erreicht in Ausführungsbeispiel 3, bei dem kein mittlerer Kernstab vorgesehen ist, das Verhältnis des reduzierten Gewichtes sogar 39%.
-
Bei dem vibrationsdämpfenden Kugelgelenk der Erfindung ist der Kernwellenkörper als hohle Struktur ausgebildet und die zwei Enden des Kernwellenkörpers sind als solide Verbindungsstrukturen ausgebildet, um eine verschlossene hohle Kernwelle und das vibrationsdämpfende Kugelgelenk zu erhalten, was bei der Erfüllung der Anforderung an die Baufestigkeit und der Reduzierung der Materialkosten sowie der gesamten Produktionskosten die Erleichterung des Produkts gewährleistet und riesige wirtschaftliche und soziale Gewinne erzeugt.
-
Oben wurden nur die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert, die die Erfindung nicht beschränken sollen. Dem Fachmann sollte es klar sein, dass die Erfindung vielfältige Modifikationen und Änderungen aufweisen kann. Alle Modifizierungen, äquivalenten Substitutionen, Erweiterungen und dergleichen, die in den Umfang, Idee und des Prinzips der Erfindung fallen, sollen im Bereich der Erfindung enthalten werden.
