CN1020948C - 组装式传动轴及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种生产组装式传动轴及其方法，其中，多个管件和/或套筒以及一个要固定在其上的传动元件互相套置，为了构成阶梯式空心轴和固定传动元件，在构成重叠区域内，至少在传动元件下面的内管段从里面相对于外管段和传动元件进行扩径。
Description
本发明涉及一种组装式传动轴及其方法，其中，单个的传动元件、特别是齿轮、是抗扭地固定装设在一个至少在一个方向上具有阶梯式配合直径的空心轴上，以及一个按这样的方法制造的轴。此外，本发明还涉及一种制造组装式传动轴的方法和一个实施该方法的其结构形式为压力施加导管的装置。
上述类型的组装式传动轴已成公知的是，为减轻重量已采用了一个空心轴。在西德专利申请DE3425600中公开了一种在模具中扩径，使之形成一种具有不同配合直径以用于传动元件的阶梯轴，同时，这些配合区域是按多角形的型式设置的，传动元件就是以形状啮合的方式被推置在这些多角型式的配合区域上。
一个另外的公知的生产这种轴的方法在于，将一根本来是直的管子在其端部通过拉伸或锤锻使直径减小，以形成一种类似的在端部上带有阶梯式节段的空心轴，同时，所设定的用于传动元件的配合区域通过最佳方式的无切屑成形加工设置了与传动元件作形状啮合以固定装配的齿形结构。另外还已经公知的是，一个具有外齿结构的阶梯式轴可通过在模具中将一个管件从内部扩径、在成形加工过程中同时制出配合区域内所需的齿结构的方式制成。由此，一个阶梯式空心轴就可由多个单个的部件组装而成（参见DE2914657C2）。此处所描述的方法需要一套昂贵的与单个工件配合的模具，由于这种高的变形率，需用的能量比较高。
本发明的任务在于提供一个开头所述类型的特别用于分级传动的传动轴，它的突出特点是轻型结构、高抗拉强度和有利的振动特性;以及
提供一个制造轴方法，它用较少的配合费用就可适用于各种不同结构的产品，并需要较少的能量。还可在复杂的管件结构中，不需要进行焊接。
本解决方案在于，该空心轴是由多个相互套置的管件组装而成，这些管件在它们的径向重叠区域内基本上是相互力张紧搭接地相连接的，并且传动元件也基本上是力张紧搭接地固定装配在空心轴的相应管件上的，同时，特别是多个管件和需要时加上的套筒是相互套置的，并且为了构成阶梯式空心轴，在构成重叠区域内的相应地在内面的管段从里面进行扩径以形成特别的力张紧搭接的连接。
此时，这些简单直线的、必要时可由标准材料中取用的管件相互以间隙配合套装在一起，并按步进方式从较大内径到较小内径、亦即一般从轴中间到轴端部依次以公知方式彼此相连接。而联接的顺序也是可按照管体的结构转换，也就是说，还可以按一个方向步进地或从外到内进行，这在整体式轴中是不可能的。这些固定在轴上的传动元件最好推置在两个管件的重叠区内，如果它们必须承受较高的转动力矩的话;那么它们不是在已经实现的管件接合后的一个进一步扩径步骤中通过内部施压和连接部位的扩径进行固定，就是在一个单独的接合步骤中同时将相互套置的管件一起朝向传动元件进行扩径以实现固定。
最佳方式是，同时用作滑动轴承和滚动轴承的轴颈的外管件或套筒在接合之前已经硬化和磨削处理，致使按本方法的优选发展方案，在连接段扩径后即成完工的产品。那些相应作为传动元件的支座或用作轴颈的管件或套筒也可在必要时进行机加工，以构成传动元件或滚动轴承体的轴向止挡。
此处谈及的实施本方法的内部扩径，一般说不是一个机械的过程，而优选的是，虽然不是唯一的，一种通过内部液压施压导致的扩径，这种施压在轴向上限制在相互套置的管件或套筒的重叠区域上。
一个适应本发明的、其结构为压力介质导管的装置，可以为系列产品作如此构形，使之可同时对不同扩径节段从内部施压，同时，通过在单个扩径节段的特别配合，就可在压力发生器的相等输出压力下调节得到不同的压力值。一个按本方法制造的本发明的传动轴具有的特点是：该空心轴是由多个带或不带套筒的相互套置的管件组装而成的，这些管件通过相应的内管件在径向重叠区域内进行内扩径而形成基本上相互力张紧搭接的连接，传动元件则通过相应的管件或套筒进行内扩径而在相关的纵向节段上基本上力张紧搭接地固定在空心轴上。此处的“基本上力张紧搭接地”的限定意义应当是，通过适合的表面处理和/或施压，这些光滑表面的部件的力张紧搭接的连接就可以转变成材料结合的连接，同时在接合之后即使卸除压力仍存在一个予应力并从而维持一个力张紧分量。
在每种情况下都可调节到合适的和有利的结果，如果在多个互相套置的管件或套筒中，相应的内管件或套筒具有最小的材料屈服强度，向外逐渐增大，相应的传动元件具有最高的材料屈服强度。这一规律导致最接近理想的压应力分布和适用于高转动力矩的性能优良的轴。
特别有利的是，沿转矩通量的相应方向，也就是说，在轴向上在一侧或两侧上与传动元件邻接的套筒被推置到管件上，并且以跟传动元件同样的方式直接固定在管件上以防止抗扭强度的刚性突变。由此就可避免管件直接连接而导致在传动元件下面被扭转。此时发生的微小滑动将导致配合腐蚀并使连接强度降低。通过这样装设的套筒，这个微小滑移的部位就被转移到一个自身无转矩负载的保护元件上。一个合理的选择方案是加长传动元件的配合区域，使套筒被整体地包围住。
如已在上面另外所提及的那样，一个在强度上有利的轴结构在于，传动元件总是设置在至少两个相互套置的管件或套筒的重叠区域内，同时可对在内管件和传动元件间的外管件实现一定的夹紧作用。这一点在
按此方式夹紧的管件必须承受特别高的转矩时是有利的。理所当然还可能有其他的结构方案，可以多达三个管件或套筒互相套置。此时，可能是强度因素以外的其他因素起决定性作用。
按照一个具有各种优点的第一个发展结构是，在一个外径上从中间向外成阶梯形的轴中设置一个内管件，它伸展通过整个轴长度。如果将两个管件相对插入到一个较大直径的中间管中并与其接合，端部隔开一个距离，最后将一个贯通的、在两侧构成轴端的内管件推入这两个管件中，并通过扩径与这两个起先推入的管件接合，那么就形成一个在中间的圆筒形空腔，它起润滑介质通道的作用。这一方案，当在管件重叠的纵向段内、在轴向的部分区域内设置纵向槽的时候尤为适合，这些槽一方面和圆筒形空腔相连接，另一方面与径向孔相连接。
上面所述的结构除此而外还提供一个另外的可能方案，即该内部的贯通管件在圆筒形空腔内的不被支承住的区域再一次进行扩径，或者该外部的中间管件在这圆筒形空腔的外部的未被支承住的区域向里滚压，因此两个管件中之一相对于另一个管件缩短了。依此，在两个管件中产生一个相对的拉伸以及压缩应力，它提高了抗弯强度和有利于改善振动性能。
按照另一个有利的改型，相互独立的内管件的轴端可以在必要时具有不同的直径。这样一个实施方案首先在端件需要有不同直径时是有利的。此外，相对于前面所述的实施结构还存在一个重量上的优点，同时也不需放弃通润滑剂的优点。如果在一个轴向的具有较大外径的中间外管中，如前面所述地首先推入两个较短的彼此隔开一定距离的管件并通过扩径与其接合，接着在将构成轴端的内管件推入这两个较短管件之前先推入一个薄壁套筒，这薄壁套筒在接合时被夹紧在径向上在中间的首先被推入的管件与内管件之间，这种结构也是有利的。在这种结构中也形成有前面所述的圆筒形润滑剂空腔。
如果认为，尤其在这种结构中，薄壁套筒会倾向于振动的话，这一点可以用有利的方式通过将一种可供使用的公知塑料放入轴内进行发泡处理来进行抑制，基本上不发生重量上的缺点。
其它有利的结构实施方案示出在附图中所示的一个优选实施例中。在附图中，
图1是按本发明的组装式传动轴的基本上剖开的纵向剖视图，其上半部与下半部分别示出略有不同的结构，
图2示出沿图1的Ⅰ-Ⅰ线切取的横剖视图，
图3示出传动元件的另一种夹持固定形式。
从图1中可以看到一个空心轴1，其上固定装设了三个结构型式为齿轮的传动元件2、3、4。第一个敞开的轴端5通过压入一个板盖6进行封闭，第二个敞开的轴端7焊上一个实心轴颈8。在制造空心轴1的过程中，首先将一个轴向中间外管件9插入传动元件2、3内，通过该管段扩径将传动元件固定住。在管段9上，在固定装配传动元件3之前先推进一个套筒10，它的一端伸到传动元件3下面，而用其余的在两个凸缘带11、12间的节段作为滚动轴承滚道。还有一个可能方案是，在第一步扩径中，套筒10通过在管件9上相应于套筒10长度的部位扩径进行固定，接着通过在部分区段上进行再一次扩径将传动元件3固定住。同样也可通过只在传动元件下面扩径或在套筒的整个长度上扩径将套筒10和传动元件3同时固定在管件9上。
在管件9内推入两个另外的较小直径的管件13、14，这两个管件具有径向凸肩15、16作为管件9的端面的止挡。这些管件13、14又可以通过在跟管件9重叠的区域中进行内部液压扩径以与管件9作力张紧搭接连接。和前面处理套筒10的方法一样，这种方法步骤可同时起到使管件9与传动元件2和3相连接的作用，或者有时也可以在这些部件予先接合之后安排。在管件13和14中，还可从示出的截面上看出纵向槽17、
18，它们与径向孔19、20相连接，这些孔19、20在第一种情况下还穿透管件9，而且它们还通过一个圆筒形空腔21相互连通，空腔21的形成将在下面说明。该圆筒形空腔21是这样构成的，在管件13和14中推入一根贯通的内管件22，它同时构成轴端5和7。这管件22跟管件13、14都是以多次描述过的方式力张紧搭接地连接。
在图1下半部中可以看出，轴端5和7是由较短的内管件22a、22b构成的，在推置这些内管之前首先将一个薄壁套筒23推入中间管件13和14中，该套筒23在管件22接合之后，其端部区域被夹紧在管件22和中间管件13、14之间。在这种情况下薄壁套筒23起圆筒形空腔21的构件的作用。在管件14的外部自由端区域还推置上传动元件4，并在其上固定，同时有一个径向的凸肩24作为轴向止挡。此处，内管件22和中间管件14之间的连接还可以在固装传动元件4之前完成，或者同时完成。为了形成必要的强度，也可将一个钢套筒25铸入由铸造材料制成的传动元件4中。在管件内部，通过0型环标出需要扩径的区域，这些0型环成对设置，通过十字剖面线示出。可以看出，该内管件22在中间不被支承的区域内可以进行扩径，使它相对于外管件9缩短了，因此在这两个管件中存留着一个拉伸以及压缩应力，它可提高抗弯强度和有利于改善振动性能。在图1下半部中，以示意方式示出阻尼材料26，它同样可以改善振动性能。
图3以局部剖视图示出一个简单的管件30，在其上可在轴向上邻接着传动元件27处直接推置两个套筒28和29，并以相同方式固定住。这一结构设置避免不利的抗扭强度突变直接加到传动元件上，以及阻止在此位置上的微小滑移。
Claims (26)
1、一种组装式传动轴，其中，单个的传动元件、特别是齿轮、是抗扭地固定装设在一个至少在一个方向上具有阶梯式配合直径的空心轴上，其特征在于，
该空心轴是由多个互相套置的管件(9、13、14、22)组装而成，它们在其径向重叠区域内基本上是相互力张紧搭接地连接的，并且传动元件(2、3、4)也是基本上力张紧搭接地固定装配在空心轴(1)的相应管件(9、14)上。
2、按权利要求1的轴，其特征在于，沿转矩通量的相应方向，也就是说在轴向上在一侧或两侧上与传动元件（27）邻接的套筒（28、29）被推置到管件（30）上，并且以跟传动元件同样的方式直接固定在管件上以防止抗扭强度的刚性突变。
3、按权利要求1的轴，其特征在于，
传动元件（2、3、4）总是安置在至少两个互相套置的管件（9、13、14、22）的重叠区域内。
4、按权利要求1的轴，其特征在于，内管件（22）伸展通过轴的整个长度。
5、按权利要求1的轴，其特征在于，彼此独立的内管件（22a、22b）的轴端部（5、7）设计成具有不同的直径。
6、按权利要求1的轴，其特征在于，在单个管件（13、14）中的内和/或外纵向槽（17、18）轴向伸展在部件节段内并与径向孔（19、20）相连接，作为润滑介质通道。
7、按权利要求1的轴，其特征在于，在外管件（9）中推入彼此按一距离相隔并固定安置的管件（13、14），并在这两管件中推入一个整体内管件（22），或者将整体内管件（22）分成两个分立的管件（22a、22b），并在此两管件（22a、22b）间固定装设一个套筒23，使管件（9）和管件（22）或套筒（23）之间构成一个作为润滑油通道的圆筒形空腔（21）。
8、按权利要求7的轴，其特征在于，该圆筒形空腔（21）通过纵向槽（17、18）和径向孔（19、20）跟润滑剂供应装置连通。
9、按权利要求1的轴，其特征在于，该轴还设有用作轴颈的套筒（10），该套筒被推置到管件（9）上并固定在其上。
10、按权利要求9的轴，其特征在于，该用作轴颈的套筒（10）推入邻接的传动元件（3）内，并与其一起固定到管件（9）上。
11、按权利要求1的轴，其特征在于，管件（9、13、14、22）的内空腔用泡沫材料（26）充填。
12、按权利要求1的轴，其特征在于，传动元件（4）由铸件和铸入的钢套筒（25）构成。
13、一种制造组装式传动轴的方法，在这种传动轴中，单个的传动元件、特别是齿轮、是抗扭地固定装设在一个至少在一个方向上具有阶梯式配合直径的空心轴上，其特征在于，多个带或不带套筒（10）的相互套置的管件（9、13、14、22）是通过相对地在内面的管段、在相应构成的重叠区域内从里面朝相应的相对地在外面的管段进行扩径以形成特别是力张紧搭接连接的方式来构成阶梯式空心轴（1）。
14、按权利要求13的方法，其特征在于，其上要固定传动元件的带或不带套筒的多个相互套置的管件是通过至少对在相对地在内面的管段，在相应构成的重叠区域内从里面朝相应的相对地在外面的管段和传动元件进行扩径的方式来构成阶段式空心轴和固定传动元件。
15、按权利要求13或14的方法，其特征在于，扩径步骤是沿径向方向从外面进行到里面。
16、按权利要求13或14的方法，其特征在于，扩径步骤在轴向上是从轴中间往外或沿一个方向步进式进行。
17、按权利要求13或14的方法，其特征在于，扩径是通过液压方法借助于一个朝一个封闭的轴向节段施加压力介质的导管进行的。
18、按权利要求15的方法，其特征在于，扩径是通过液压方法借助于一个朝一个封闭的轴向节段施加压力介质的导管进行的。
19、按权利要求16的方法，其特征在于，扩径是通过液压方法借助于一个朝一个封闭的轴向节段施加压力介质的导管进行的。
20、按权利要求13或14的方法，其特征在于，用作轴颈的外套筒（10）在接合前要进行硬化处理，进行磨削。
21、按权利要求15的方法，其特征在于，用作轴颈的外套筒（10）在接合前要进行硬化处理，进行磨削。
22、按权利要求16的方法，其特征在于，用作轴颈的外套筒（10）在接合前要进行硬化处理，进行磨削。
23、按权利要求17的方法，其特征在于，用作轴颈的外套筒（10）在接合前要进行硬化处理，进行磨削。
24、按权利要求18的方法，其特征在于，用作轴颈的外套筒（10）在接合前要进行硬化处理，进行磨削。
25、按权利要求19的方法，其特征在于，用作轴颈的外套筒（10）在接合前要进行硬化处理，进行磨削。
26、按权利要求13或14的方法，其特征在于，
在所有管件接合好以后，对其间固定有两个中间管件（13、14）的两个在径向上相互隔开一个距离设置的内与外管件（22、9）中的一个，在相对无接触并且与中间管件（13、14）没有接触的部位上进行扩径或压缩以达到使之用这样的方法来在这个变形的节段中建立一个沿轴向方向作用的拉伸以及压缩应力。
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