專利名稱：傳動軸及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳動軸及其制造方法。特別是，本發(fā)明涉及加長的軸，例如變速器中間軸，和一種對鍛制的節(jié)段通過摩擦或慣性焊接制造該軸的方法，這種方法對減輕重量、材料成本和/或所要求的強度方面發(fā)揮最大作用。
重型傳動變速器和其中所用的軸在現(xiàn)有技術(shù)中是盡人皆知的，如美國專利第3105395；4754665和4944197號中均有記載，其內(nèi)容通過引用結(jié)合在本文中。這種傳動變速器通常使用由單體突心鍛件經(jīng)機械加工而成的中間軸并限定與其形成一體的一個或多個齒輪，通常這些齒輪是與低傳動比和/或反傳動比有關(guān)。
一種較新的組合式變速器設(shè)計使用一種從前殼壁延伸至后殼壁的更為加長的中間軸(參看美國專利第5390561號，其內(nèi)容通過引用結(jié)合于本文中)。
現(xiàn)有技術(shù)的這種軸以及包括機械加工一個單體實心冷鍛件生產(chǎn)這種軸的方法，特別是對于一根加長的中間軸，并不是完全令人滿意的，因為這種軸的生產(chǎn)成本較高和/或比所要求的為重。
根據(jù)本發(fā)明，通過提供一種加長軸的結(jié)構(gòu)和其制造方法可以減小或克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，這種加長軸與現(xiàn)有技術(shù)的傳動軸結(jié)構(gòu)及其制造方法相比非但造價較低而且重量也較輕。
上述的加長軸是通過提供一種用于加長軸工件的結(jié)構(gòu)而完成的，這種結(jié)構(gòu)包括至少一個熱鍛節(jié)段，在其一個端頭或兩個端頭處具有一個杯狀空腔，其最好用慣性焊接或摩擦焊接法焊接在一個相同的熱鍛節(jié)段上或一個棒料節(jié)段上。焊接成的節(jié)段形成一個空心的工件，該工件然后經(jīng)過最后的精機械加工和/或熱處理和/或表面處理制成成品軸。熱鍛節(jié)段被形成能提供組合軸最優(yōu)化的重量減輕和所要求的強度。由于不同節(jié)段所要求的強度可能不同，可以為每個節(jié)段個別挑選最廉價的材料。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種對加長的傳動軸的新的和改進的結(jié)構(gòu)和制造方法。
本發(fā)明的這個和其它的目的和優(yōu)點通過下述結(jié)合附圖對優(yōu)選實施例所作的描述將更為明顯。


圖1A是用以從其加工成本發(fā)明變速器加長中間軸的焊接成的工件平面剖視圖。
圖1B是本發(fā)明變速器加長中間軸的平面圖。
圖2是一個第一鍛制節(jié)段的剖視圖。
圖3是一個第二鍛制節(jié)段的剖視圖。
圖4是一個第三棒料節(jié)段的剖視圖。
圖5是使用本發(fā)明的加長的前或主區(qū)段中間軸的重型車輛變速器的剖視圖。
某些詞匯將用在下面對優(yōu)選實施例的描述中，這只是為了方便并不含有限制性。如術(shù)語“向上”，“向下”，“向右”和“向左”指的是所參看的附圖中的方向。術(shù)語“向前”和“向后”分別指通常裝在車輛中的傳動系統(tǒng)構(gòu)件的前端和后端，也就分別是如圖5中所示的各種傳動系構(gòu)件的左側(cè)和右側(cè)。用語“向內(nèi)”和“向外”分別指朝向和背離該裝置的幾何中心及其指定的部件的方向。所述的詞匯包括以上具體提出的用詞，其衍生詞以及同義詞。
圖5顯示出那種有利地使用本發(fā)明格外加長的前或主區(qū)段中間軸124類型的一個組合式重型車輛傳動變速器110。關(guān)于這種傳動變速器110的詳細描述可以參看前述的美國專利第5390561號。
傳動變速器110包括一個主區(qū)段112和一個輔助區(qū)段114，兩者都被容納在外殼116內(nèi)。外殼116包括一個前端壁116A和一個后端壁116B，但是沒有中間壁。
輸入軸118帶有一個為與其一起轉(zhuǎn)動而固定在其上的輸入齒輪120并由軸承118A所支承。主軸146帶有主軸離合器148和150和主軸分隔離合器180并由輸入軸118和輸出軸158所支承。還設(shè)置有換檔撥叉152和154用以分別對離合器148和150進行換檔。主軸146可以相對于輸入軸118和輸出軸158獨立地轉(zhuǎn)動并且最好能自由地相對于其作有限的徑向移動。
主區(qū)段112包括有兩個基本上完全相同的主區(qū)段中間軸組合件122，各包括一根帶有固定在其上的中間軸齒輪130，132，134，136和138的加長主區(qū)段中間軸124。齒輪副130，134，136和138總是分別與輸入齒輪118，主軸齒輪140和142以及惰輪157相嚙合，惰輪157又與回動主軸齒輪144相嚙合。應(yīng)注意到在較佳的設(shè)計中，中間軸齒輪136和/或138是整體地形成在軸124上。
主區(qū)段中間軸124向后延伸至輔助區(qū)段內(nèi)，在那里其后端124A被直接或間接地支承在后殼端壁116B上。
輔助區(qū)段114包括有兩個基本上完全相同的輔助中間軸組合件160，各包括一根帶有為隨其轉(zhuǎn)動的輔助中間軸齒輪168，170和172的輔助中間軸162。輔助中間軸齒輪副168，170和172總是分別與分隔齒輪174，分隔/滑動換檔齒輪176和滑動換檔齒輪178相嚙合。分隔離合器180固定在主軸146上用以有選擇地將齒輪174或者齒輪176嚙合在其上，而同步的滑動換檔離合器182則固定在輸出軸158上用以有選擇地將齒輪176或齒輪178嚙合在其上。
輔助中間軸162一般是管狀的，形成一個通孔162A，用以接納主區(qū)段中間軸124的向后延長部分。軸承或套筒162B和162C被設(shè)置來將輔助中間軸162可轉(zhuǎn)動地支承在主區(qū)段中間軸124上。軸承162D直接地或間接地將中間軸124和162的后端頭支承在后端壁116B上。
使用加長的前或主區(qū)段中間軸124同時使輔助區(qū)段中間軸套疊地支承在其上，可以容許不用或盡量縮小中間壁，并且在類似的負荷下，可以容許大量縮短和/或減輕變速器。請參看前述的美國專利第5390561號和名為“高負荷組合式變速器”的待批的美國專利申請NO.08/345092(已轉(zhuǎn)讓給Eaton Corporation-即本申請的受讓人)，其中的內(nèi)容通過引用結(jié)合在本文中。
由于加長主區(qū)段中間軸124極大的長度(大約18.9英寸或48.0厘米，其外徑為大約2.6至4.5英寸或7.0至11.3厘米)，若以尋常的方式(即由一個單件實體冷鍛件進行機械加工)制造它，將導(dǎo)致該軸比較重并且昂貴。
參看圖1A-圖4，可以看到加長主區(qū)段中間軸124得以從其加工制成的工件200。在圖1A中，點劃線202顯示出中間軸124的最后加工成的形狀。工件200是由一個第一熱鍛節(jié)段204，一個第二熱鍛節(jié)段206，和一個第三棒料節(jié)段208形成的。節(jié)段204，206和208分別單獨地顯示在圖2，3和4中。
第一和第二節(jié)段204和206連接在焊接接頭210處，而第二和第三節(jié)段206和208則連接在焊接接頭212處。該焊接工作最好是用所謂的“摩擦熔焊”或“慣性焊接”法形成。在這方法中，其中之一的節(jié)段被致使相對于另一個節(jié)段快速地轉(zhuǎn)動，然后兩個節(jié)段被軸向地移近成持續(xù)的強行接觸。這種焊接法以及可接受的改進和變換在業(yè)內(nèi)是非常熟悉的。
節(jié)段204，206和208最好是通常用于重型傳動裝置的標(biāo)準(zhǔn)軸或齒輪級的鋼材，例如，SAE8620H，SAE4120RH，SAE8627H，SAE4130RH，SAEPS18，SAE4130，SAE4817H或SAE4817RH。節(jié)段204和206最好相對于它們的直徑在長度上比較短，以便容許用普通的熱鍛法生產(chǎn)，這種方法比用冷鍛法來鍛制一個單獨鍛件的軸124這樣的工件要便宜。
摩擦熔焊或慣性焊接法容許不同合金節(jié)段的連接，因此，每個單獨節(jié)段可以選擇最大強度的材料同時考慮其材料的價格。舉例來說，對節(jié)段204和208的要求比節(jié)段206的要小，因此可以允許將一種較昂貴的合金僅用作節(jié)段206，而不是用于整個的軸，例如如果軸124是用現(xiàn)有技術(shù)方法制成具有現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)那樣。
雖然摩擦熔接是連接節(jié)段的最佳方法，但是在本發(fā)明范圍內(nèi)的其它連接節(jié)段的方法也都是可行的，例如，作為非限制性的例子，其它形式的焊接或粘接都可以。
如從圖1A和1B中可以看到，工件200和軸124內(nèi)形成有兩個封裝的內(nèi)空腔214和216，它與現(xiàn)有技術(shù)的實心結(jié)構(gòu)相比大大地減輕了軸124的重量和材料成本。如從圖中可見到的，內(nèi)空腔214由第一節(jié)段204中向后敞開的空腔218和在第二節(jié)段206中向前敞開的空腔220形成。內(nèi)空腔216由在第二節(jié)段206中向后敞開的空腔222和在第三節(jié)段208中淺薄的向前敞開的空腔224形成?？涨坏木唧w形狀和位置的選擇需根據(jù)能最大強度地減輕重量和節(jié)省材料而仍能保持所要求的軸的強度和耐用性并保留容易鍛制和焊接等性能來決定。
第一節(jié)段204配置有一個增大的凸緣區(qū)域226用以形成外齒輪齒以限定中間軸齒輪136，而第二節(jié)段206配置有一個增大的凸緣區(qū)域228用以形成外齒輪齒以限定中間軸齒輪138。在第二節(jié)段206內(nèi)將空腔220和222分開的肋條230軸向上與凸緣區(qū)域228對中。
各個不同節(jié)段以及已裝配的工件200的內(nèi)部和外部尺寸都是相對于軸124的旋轉(zhuǎn)軸心232對稱的。
在節(jié)段的鍛制以及如果需要中間機械加工都完成之后，工件200就可以通過焊接予以裝配。在工件裝配后，工件就可以機械加工并經(jīng)熱處理和表面處理成最后的構(gòu)形，以便將作為主區(qū)段的中間軸124裝入變速器110中。
因此，可以見到提供了一種可以盡量減少或消除現(xiàn)有技術(shù)缺點的新的和改進的加長傳動軸結(jié)構(gòu)及其制造方法。
雖然本發(fā)明被描述成具有某種程度的特殊性，但不言而喻這種對較佳實施例的描述僅是舉例性質(zhì)的，而在不偏離附后權(quán)利要求所聲稱的本發(fā)明精神和范圍的各種對形式和細節(jié)的改變都是可能的。
權(quán)利要求
1.一種加長的傳動軸，它包括一個環(huán)形橫截面的第一節(jié)段，該第一節(jié)段具有一個向其一端敞開的杯狀空腔；和一個環(huán)形橫截面的第二節(jié)段，該第二節(jié)段在所述第一節(jié)段的所述一端處同軸地連接在所述第一節(jié)段上以在其間限定一個內(nèi)封空腔。
2.如權(quán)利要求1所述的軸，其特征在于其中所述第一和第二節(jié)段是鋼質(zhì)的并且在焊接接頭處予以連接。
3.如權(quán)利要求2所述的軸，其特征在于其中所述焊接接頭是一個摩擦熔焊的焊接接頭。
4.如權(quán)利要求1所述的軸，其特征在于其中所述第一節(jié)段由一個鍛件經(jīng)精機械加工而成并在其外周邊上限定一系列整體外齒輪齒。
5.如權(quán)利要求2所述的軸，其特征在于其中所述第一節(jié)段由一個鍛件經(jīng)精機械加工而成并在其外周邊上限定一系列整體外齒輪齒。
6.如權(quán)利要求2所述的軸，其特征在于其中所述第二節(jié)段由一根棒料經(jīng)精機械加工而成。
7.如權(quán)利要求5所述的軸，其特征在于其中所述第二節(jié)段由一根棒料經(jīng)精機械加而成。
8.一種用于組合式傳動變速器(110)的加長中間軸(124)，它包括一個環(huán)形橫截面的第一節(jié)段(204)，該第一段具有一個向其后端敞開的第一杯狀空腔(218)；一個環(huán)形橫截面的第二節(jié)段(206)，該第二節(jié)段具有一個向其前端敞開的第二杯狀空腔(220)和一個向其后端敞開的第三杯狀空腔(222)，所述第二節(jié)段的所述前端在一個第一接頭(210)處同軸地連接在所述第一節(jié)段的所述后端上，以在其間限定一個第一內(nèi)封空腔(214)；和一個環(huán)形橫截面的第三節(jié)段(208)，該第三節(jié)段具有一個前端在第二接頭(212)處同軸地連接在所述第二節(jié)段的所述后端上以在其間限定一個第二內(nèi)封空腔(216)。
9.如權(quán)利要求8所述的軸，其特征在于其中所述第一和第二接頭是摩擦熔焊的接頭。
10.如權(quán)利要求9所述的軸，其特征在于其中所述第一和第二節(jié)段是由鋼質(zhì)鍛件經(jīng)機械加工而成。
11.如權(quán)利要求8所述的軸，其特征在于其中所述第三節(jié)段是由一根具有大致為環(huán)形橫截面的鋼質(zhì)棒料經(jīng)機械加工而成。
12.如權(quán)利要求9所述的軸，其特征在于其中所述第三節(jié)段是由一根具有大致為環(huán)形橫截面的鋼質(zhì)棒料經(jīng)機械加工而成。
13.如權(quán)利要求10所述的軸，其特征在于其中所述第三節(jié)段是由一根具有大致為環(huán)形橫截面的鋼質(zhì)棒料經(jīng)機械加工而成。
14.如權(quán)利要求8所述的軸，其特征在于其中所述第一和第二節(jié)段中的至少一個節(jié)段在其外周邊上限定有一系列的整體外齒輪齒(136/138)。
15.如權(quán)利要求9所述的軸，其特征在于其中所述第一和第二節(jié)段中的至少一個節(jié)段在其外周邊上限定有一系列的整體外齒輪齒(136/138)。
16.如權(quán)利要求10所述的軸，其特征在于其中所述第一和第二節(jié)段中的至少一個節(jié)段在其外周邊上限定有一系列的整體外齒輪齒(136/138)。
17.如權(quán)利要求12所述的軸，其特征在于其中所述第一和第二節(jié)段中的至少一個節(jié)段在其外周邊上限定有一系列的整體外齒輪齒(136/138)。
18.一種形成一根加長傳動軸的方法，該方法包括通過鍛制提供一個具有一個向其一端敞開的杯狀空腔的環(huán)形截面的第一鋼質(zhì)節(jié)段；提供一個環(huán)形截面的第二鋼質(zhì)節(jié)段；和將所述第二節(jié)段在所述第一節(jié)段的所述一端處周軸地連接在所述第一節(jié)段上以在其間限定一個內(nèi)封空腔。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于它還包括在所述第一節(jié)段的外周邊上形成一系列整體外齒輪齒。
20.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于其中的連接步驟包括摩擦熔焊。
21.一種為組合式傳動變速器(110)設(shè)置一根加長中間軸(124)的方法，它包括(a)通過下述程序提供一個工件(200)(i)通過鍛制提供一個具有一個向其后端敞開的第一環(huán)狀空腔(218)的環(huán)形截面的第一鋼質(zhì)節(jié)段(204)；(ii)通過鍛制提供一個具有一個向其前端敞開的第二杯狀空腔(220)和一個向其后端敞開的第三杯狀空腔(222)的環(huán)形截面的第二鋼質(zhì)節(jié)段(206)；(iii)將所述第二節(jié)段的所述前端在第一焊接接頭(210)處同軸地連接在所述第一節(jié)段的所述后端上以在其間限定一個第一內(nèi)封空腔(214)；(iv)提供一個具有一個前端的環(huán)形截面的第三鋼質(zhì)節(jié)段；和(v)將所述第三節(jié)段的所述前端在第二焊接接頭(212)處同軸地連接在所述第二節(jié)段的所述后端上以在其間限定一個第二內(nèi)封空腔(216)；和(b)精機械加工所述工件。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于其中所述第三節(jié)段是由一根鋼質(zhì)棒料制成的。
23.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于它還包括在所述第一節(jié)段的外周邊上設(shè)置一系列整體外齒輪齒。
24.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于它還包括在所述第一節(jié)段的外周邊上設(shè)置一系列整體外齒輪齒。
25.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于其中所述步驟(iii)和(v)的所述連接包括摩擦熔焊。
全文摘要
一種用于組合式傳動變速器(110)的加長軸(124)以及其制造方法。該軸由一個工件(200)經(jīng)精機械加工而制成,工件由三個節(jié)段(204、206,208)在摩擦熔焊接頭(210,212)處連接而成。
文檔編號F16H57/02GK1177065SQ9711719
公開日1998年3月25日 申請日期1997年8月5日 優(yōu)先權(quán)日1996年8月5日
發(fā)明者D·R·布伊 申請人:易通公司