车辆的空心驱动轴及其制造方法
【专利摘要】一种车辆的空心驱动轴及其制造方法，该制造方法可以包括：锻造具有相同直径的第一中空管和第二中空管中的一个，以减小其外径并因此允许所锻造的中空管组装到第一中空管和第二中空管中剩余的中空管中；将外径减小的中空管组装在剩余的中空管中，从而形成空心轴；并且将第一杆部和第二杆部分别接合至空心轴的两侧。
【专利说明】
车辆的空心驱动轴及其制造方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种车辆的空心驱动轴及其制造方法。更具体地，本发明涉及一种这样的车辆的空心驱动轴及其制造方法，其旨在通过在没有增大尺寸的情况下提高物理性能来改善耐用性。
【背景技术】
[0002]通常，车辆配备有驱动轴以将发动机的动力从驱动桥(transaxle)传递至车辆的左车轮和右车轮，其中驱动桥由从传动装置转移的动力驱动。
[0003]驱动轴构造成连接在耦接至左车轮和右车轮的固定中心型等速万向节与耦接至驱动桥的可滑动等速万向节之间，从而将动力从驱动桥传送至车辆的左车轮和右车轮，并从而允许驱动车辆。
[0004]图1是示意性地示出车辆的传统空心驱动轴的截面图。
[0005]如图1所示，传统空心驱动轴包括:空心轴I，设置在空心驱动轴的中央区域上，并且具有在旋转轴线的方向上延伸的中空部分4;以及第一杆部(stem)2和第二杆部3，分别焊接至空心轴I的两侧。
[0006]传统空心驱动轴通过利用摩擦焊接方法将中央区域处的空心轴I接合至两侧上的杆部2和3制成，其中部件(即空心轴以及第一杆部和第二杆部)利用压力使用焊接部件的相对旋转期间产生的摩擦热进行焊接。
[0007]这样的空心驱动轴与在中央区域仅具有实心部分而没有中空部分的实心驱动轴相比在刚度和强度上更高，从而使得固有频率增加。因此，空心驱动轴除减少重量之外，还有利地允许除去缓冲器(damper，阻尼器)。
[0008]缓冲器对温度变化敏感并且由于随着时间过去诸如橡胶固化的多种原因会在性能上劣化。因此，在传统空心驱动轴中，缓冲器的除去会造成多种问题。
[0009]同时，内燃机车辆执行向前运动而不是向后运动，并且不执行再生(regenerative)制动，使得驱动轴主要在单向运动条件下被驱动，其中在车辆的向前运动方向上施加扭矩。与此相反，在执行再生制动的环保车辆中，诸如混合动力车辆或电动车辆，驱动轴在双向运动条件下被驱动，其中在行驶时在车辆的向前运动方向上施加扭矩，而在进行再生制动时在车辆的向后运动方向上施加扭矩。
[0010]因此，如果将不考虑环保车辆所需的双向运动条件的空心驱动轴安装至环保车辆，则双向运动上的耐用性变差，从而会不期望地损坏驱动轴。
[0011]为了解决这样的驱动轴被损坏的问题，常规上已提出增大驱动轴的尺寸的方法。然而，这会导致传动轴的直径增加，使得在布局方面不利。
[0012]在本发明的【背景技术】部分中公开的信息仅用于加深对本发明的总体背景的理解，而不应被视为承认或者以任何形式暗示该信息构成了已经为本领域技术人员所知晓的现有技术。
【发明内容】
[0013]本发明的各个方面旨在提供一种车辆的空心驱动轴及其制造方法，其旨在通过在没有增大驱动轴的尺寸的情况下提高物理性能而改善耐用性。
[0014]此外，本发明的各个方面旨在提供一种车辆的空心驱动轴及其制造方法，其提高了双向运动耐用性，以应对在环保车辆的双向运动条件下从外部施加的外力。
[0015]根据本发明的各个方面，一种制造车辆的空心驱动轴的方法可以包括:锻造具有相同直径的第一中空管和第二中空管中的一个，以减小其外径并因此允许所锻造的中空管组装到第一中空管和第二中空管中剩余的中空管中；将外径减小的中空管组装在剩余的中空管中，从而形成空心轴;并且将第一杆部和第二杆部分别接合至空心轴的两侧。
[0016]该方法可以进一步包括，在锻造步骤与组装步骤之间，将扭矩在不同的方向上分别施加至第一中空管和第二中空管。
[0017]该方法可以进一步包括，在组装步骤与接合步骤之间，将扭矩在不同的方向上分别施加至第一中空管和第二中空管。
[0018]该方法可以进一步包括，在锻造步骤与组装步骤之间，将扭矩施加至第一中空管和第二中空管中的一个。
[0019]该方法可以进一步包括，在组装步骤与接合步骤之间，将扭矩施加至第一中空管和第二中空管中的一个。
[0020]该方法可以进一步包括，在锻造步骤与组装步骤之间，将扭矩在相同的方向上分别施加至第一中空管和第二中空管。
[0021]该方法可以进一步包括，在组装步骤与接合步骤之间，将扭矩在相同的方向上分别施加至第一中空管和第二中空管。
[0022]根据本发明的各个方面，车辆的空心驱动轴可以包括空心轴以及接合至空心轴的左侧和右侧的第一杆部和第二杆部，其中空心轴可以构造成使得第一中空管和第二中空管中的一个插入第一中空管和第二中空管中剩余的中空管中。
[0023]空心轴可以通过以下方式形成，S卩，通过锻造减小具有相同直径的第一中空管和第二中空管中的一个的外径，然后将具有减小的外径的中空管插入至剩余的中空管中。
[0024]第一中空管和第二中空管中的一个可以经受锻造，使得其外径减小为小于剩余的中空管的内径，然后将扭矩在不同的方向上分别施加至第一中空管和第二中空管以使其扭曲。
[0025]空心轴在其中可具有沿着旋转轴线延伸的中空部分，第一杆部和第二杆部中的每个均具有其中不包括中空部分的实心形状或者具有沿着旋转轴线延伸的中空形状。
[0026]应理解的是，术语“车辆”或者“车辆的”或者如本文中使用的其他类似的术语总体上包含机动车辆，诸如包括运动型多用途车辆(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆的载客汽车、包括各种船只和船舶的水运工具、飞机等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力车辆、氢动力车辆及其他替代燃料车辆(例如，燃料由除石油以外的资源获得)。如本文中提及的，混合动力车辆是具有两个或更多个动力源的车辆，例如，汽油动力和电动力。
[0027]本发明的方法和装置具有其他的特征和优点，这些其他的特征和优点将通过结合在本文中的附图和下文的【具体实施方式】部分而变得显而易见或者将在附图和【具体实施方式】部分中进行更详细地阐述，并且这些附图和【具体实施方式】部分一起用于解释本发明的一些原理。
【附图说明】
[0028]图1是示意性地示出根据相关技术的车辆的传统空心驱动轴的截面图。
[0029]图2是示意性地示出根据本发明的车辆的示例性空心驱动轴的截面图。
[0030]图3是连续示出制造根据本发明的车辆的示例性空心驱动轴的方法的步骤的示意图。
[0031]图4是连续示出制造根据本发明的车辆的示例性空心驱动轴的方法的步骤的示意图。
[0032]图5和图6是示出在制造根据本发明的示例性空心驱动轴时使用的中空管的锻造处理期间，物理性能上的变化的曲线图。
[0033]应理解的是，附图不一定按比例绘出，而是呈现说明本发明的基本原理的各种特征的略微简化的表示。本文所公开的本发明的特定设计特征(例如包括特定尺寸、定向、位置以及形状)将部分地由具体预期应用和使用环境来确定。
【具体实施方式】
[0034]现在将详细参考本发明(多个发明)的各个实施方式，其实例在附图中示出并且在下文中进行描述。尽管将结合示例性实施方式来描述本发明(多个发明)，但是应理解的是，本说明书并非旨在将本发明(多个发明)限制于那些示例性实施方式。相反，本发明(多个发明)旨在不仅涵盖示例性实施方式，而且涵盖可包括在如由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的各种替换、修改、等同物以及其他实施方式。
[0035]如图2所示，根据本发明的空心驱动轴包括:空心轴10，在其中具有沿着旋转轴线延伸的中空部分16;以及第一杆部20和第二杆部30，接合至空心轴10的左侧和右侧。
[0036]空心轴10通过将机械加工为具有彼此不同的特性的两个中空管12和14组装而制成。具有相同的直径的第一中空管12和第二中空管14中的一个通过锻造处理压缩以减小其外径，然后插入另一个中空管中。
[0037]第一中空管12和第二中空管14中的每个均是具有圆形截面的中空体，并且具有柱形结构，该柱形结构在其中央部分具有沿着旋转轴线延伸的中空部分16并且在其两端处是开放的。
[0038]此外，第一杆部20和第二杆部30通过摩擦焊接方法接合至空心轴10的两端，该摩擦焊接方法使用在焊接部件(空心轴和杆部)相对于彼此旋转时产生的摩擦热进行压力焊接。
[0039]第一杆部20和第二杆部30中的每个均是具有近似圆形截面的中空体或非中空体，并且具有包括沿着旋转轴线延伸的中空部分的中空形状或者具有不包括中空部分的实心形状。如图2所示，在非中空体的情况下，部分凹入的中空部分22和32设置在非中空体的连接至空心轴10的端部上。
[0040]在下文中，将参照图3和图4描述制造这样构造的空心驱动轴的方法。
[0041]首先，将参照图3描述制造根据本发明的各个实施方式的空心驱动轴的方法。
[0042]如图3所示，制造和准备具有相同直径的第一中空管12和第二中空管14，然后制造和准备第一杆部20和第二杆部30。通过锻造压缩第一中空管12和第二中空管14中的一个，以减小其外径，然后将其插入另一个中空管中。
[0043]在图3中示出的制造方法中，使第二中空管14经受锻造，以使得第二中空管14的外径小于第一中空管12的内径。因此，第二中空管14的直径减小，然后将第二中空管14插入第一中空管12中。
[0044]尽管附图中未示出，但在将第二中空管14插入第一中空管12中之前或之后，可将扭矩在同一方向上施加至第一中空管12和第二中空管14，因此中空管12和14中的每个均会扭曲(twist)。
[0045]在此，第一中空管12和第二中空管14以及第一杆部20和第二杆部30通常由在制造空心驱动轴时使用的材料制成。
[0046]在将第二中空管14插入第一中空管12中以制造空心轴之后，将第一杆部20和第二杆部30通过使用摩擦热的摩擦焊接分别接合至空心轴10的左侧和右侧，以便制造空心驱动轴。
[0047]在这样制造的空心驱动轴中，第二中空管14的物理性能(强度等)通过锻造得到增加。因此，如果该空心驱动轴与传统空心轴具有相同的厚度，则诸如抗扭刚度比率和固有频率的性能增加。因而，与具有相同性能的传统空心驱动轴相比，可以减少尺寸和重量，使得可以由于重量的减少而提高燃料效率，并且在布局方面更有利。
[0048]此外，当这样制造的空心驱动轴应用至在单向运动条件下驱动的内燃机车辆时，可以在单向运动条件下获得改善耐用性的效果，其中扭矩仅在车辆的向前运动方向上施加至驱动轴。
[0049]然后，将参照图4描述制造根据本发明的各个实施方式的空心驱动轴的方法。
[0050]如图4所示，制造和准备具有相同直径的第一中空管12和第二中空管14，并且制造和准备第一杆部20和第二杆部30。随后，使第二中空管14经受锻造，以使得第二中空管14的外径小于第一中空管12的内径，因此第二中空管14的直径减小。
[0051]此外，将扭矩在不同的方向上施加至第一中空管12和第二中空管14，使得第一中空管12和第二中空管14在不同的方向上扭曲。
[0052]例如，将扭矩顺时针施加至第一中空管12，使得第一中空管顺时针扭曲。与此相反，将扭矩逆时针施加至第二中空管14，使得第二中空管逆时针扭曲。
[0053]第一中空管12和第二中空管14通过施加扭矩在不同的方向上扭曲，使得针对从第一中空管12和第二中空管14的剩余应力产生的反向外力的耐用性提高。
[0054]尽管在附图中未示出，但可以将扭矩施加至第一中空管12和第二中空管14中待扭曲的一个。
[0055]在将第二中空管14插入第一中空管12中以制造空心轴10之后，将第一杆部20和第二杆部30通过摩擦焊接接合至空心轴10的左侧和右侧，从而制造空心驱动轴。
[0056]尽管附图中未示出，但在将第二中空管14插入第一中空管12中以制造空心轴10之后，可以将扭矩在不同的方向上施加至彼此组装的第一中空管12和第二中空管14。
[0057]甚至在这种情况下，可以将扭矩施加至第一中空管12和第二中空管14中待扭曲的一个。
[0058]此外，当例如在中空管12和14的一端被固定支撑的状态下将扭矩施加至柱形中空管12和14时，扭矩将通过在一个方向上旋转中空管12和14的另一端而施加至该另一端，以在一个方向上扭曲。
[0059]在此，因为通过将扭矩施加至柱形中空管12和14而使柱形中空管形成为扭曲对本领域技术人员是已知的，所以将省去其详细说明。
[0060]以这种方法制造的空心驱动轴预先将不同方向的扭矩施加至组成空心轴10的第一中空管12和第二中空管14，从而增加针对车辆的双向运动条件下的外力的耐用性。因此，与具有相同的耐用性的传统空心驱动轴相比，本发明可以减少空心驱动轴的尺寸和重量。因此，由于空心驱动轴的轻而提高燃料效率，此外，本发明的空心驱动轴在布局方面更有利。
[0061 ]此外，当这样制造的空心驱动轴应用于在单向运动条件下驱动的内燃机车辆时，可以在单向运动条件下提高耐用性，其中扭矩主要在向前方向上施加至驱动轴。此外，当本发明的空心驱动轴应用于通过再生制动在双向运动条件下驱动的环保车辆(诸如混合动力车辆或电动车辆)时，可以在双向运动条件下提高耐用性，其中扭矩在向前方向和向后方向两者上施加至驱动轴。
[0062]如上所述，根据本发明的空心驱动轴采用通过以下处理获得的结构，即根据需要锻造具有相同的直径的中空管并且不考虑车辆的单向运动条件和双向运动条件而将扭矩施加至中空管。因此，当本发明的空心驱动轴如传统空心驱动轴一样应用于环保车辆时，不必另外制造增加厚度的空心轴材料以应对车辆的双向运动条件。
[0063]同时，图5和图6是示出当用于制造根据本发明的空心驱动轴的中空管经受锻造时在物理性能上的变化的曲线图。
[0064]如图5所示，当由微合金钢材料制成的中空管经受锻造时，可以看出中空管的截面面积减少比率越高，中空管的表面硬度越高。
[0065]此外，如图6所示，由微合金钢材料制成的中空管经受锻造之后，可以看出中空管的径向硬度增加。
[0066]因此，当具有圆形截面的中空管经受锻造时，可以看出，随着中空管的截面面积减少比率增加，最大拉伸强度和硬度线性增加。
[0067]如上所述，本发明提供了一种车辆的空心驱动轴及其制造方法，该空心驱动轴在没有增加驱动轴的尺寸的情况下提高双向运动耐用性以应对环保车辆的双向运动条件，从而可适用于内燃机车辆和环保车辆两者，并且与通过增加尺寸而具有等同性能的传统空心驱动轴相比在布局上更有利，从而甚至可适用于由于与诸如驱动轴与周边部件之间的间隔的布局有关的问题而不能应用空心驱动轴的车辆。
[0068]为了便于所附权利要求的阐述和准确定义，术语“上部”或“下部”、“内部”或“夕卜部”等用于参照如在附图中显示的特征的位置来描述示例性实施方式的这些特征。
[0069]出于说明和描述的目的，已经呈现了本发明的具体示例性实施方式的上述描述。其并不旨在穷尽本发明或者将本发明局限于公开的精确形式，并且显而易见的是根据上述教导可进行多种修改和变形。所选择并描述的示例性实施方式是为了解释本发明的某些原理及其实际应用，从而使本领域内的其他技术人员能够做出并利用本发明的各个示例性实施方式及其各种替换和修改。本发明的范围旨在通过这里所附的权利要求及它们的等同物来限定。
【主权项】
1.一种制造车辆的空心驱动轴的方法，包括: 锻造具有相同直径的第一中空管和第二中空管中的一个，以减小其外径，并因此允许所锻造的中空管组装到所述第一中空管和所述第二中空管中剩余的中空管中； 将外径减小的中空管组装到所述剩余的中空管中，从而形成空心轴；以及 将第一杆部和第二杆部分别接合至所述空心轴的两侧。2.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括: 在锻造步骤与组装步骤之间，将扭矩在不同的方向上分别施加至所述第一中空管和所述第二中空管。3.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括: 在组装步骤与接合步骤之间，将扭矩在不同的方向上分别施加至所述第一中空管和所述第二中空管。4.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括: 在锻造步骤与组装步骤之间，将扭矩施加至所述第一中空管和所述第二中空管中的一个。5.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括: 在组装步骤与接合步骤之间，将扭矩施加至所述第一中空管和所述第二中空管中的一个。6.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括: 在锻造步骤与组装步骤之间，将扭矩在相同的方向上分别施加至所述第一中空管和所述第二中空管。7.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括: 在组装步骤与接合步骤之间，将扭矩在相同的方向上分别施加至所述第一中空管和所述第二中空管。8.一种车辆的空心驱动轴，包括: 空心轴；以及 第一杆部和第二杆部，接合至所述空心轴的左侧和右侧， 其中，所述空心轴构造成使得第一中空管和第二中空管中的一个插入所述第一中空管和所述第二中空管中剩余的中空管中。9.根据权利要求8所述的空心驱动轴，其中，所述空心轴通过以下方式形成，S卩，通过锻造减小具有相同直径的所述第一中空管和所述第二中空管中的一个的外径，然后将具有减小的外径的中空管插入至所述剩余的中空管中。10.根据权利要求8所述的空心驱动轴，其中，所述第一中空管和所述第二中空管中的一个经受锻造，使得其外径减小为小于所述剩余的中空管的内径，然后将扭矩在不同的方向上分别施加至所述第一中空管和所述第二中空管以使其扭曲。11.根据权利要求8所述的空心驱动轴，其中，所述空心轴在其中具有沿着旋转轴线延伸的中空部分，所述第一杆部和所述第二杆部中的每个均具有其中不包括中空部分的实心形状或者具有沿着所述旋转轴线延伸的中空形状。
【文档编号】F16C3/02GK106042778SQ201510906135
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2015年12月9日
【发明人】金壮镐, 柳成树
【申请人】现代自动车株式会社