CN101238311A - 尤其是用于机动车的变速器以及用于这种变速器的轴和用于制造这种轴的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变速器，尤其是用于机动车，该变速器具有至少两个传递转矩的轴，本发明还涉及轴和轴的制造。根据本发明，轴中的至少一个包括一个轴基体(10)和至少一个本身至少基本上已被加工好的齿轮(3a，4a)，所述齿轮通过借助于其空心轮毂体(13，14)轴向压力套装在轴基体上的座(11，12)上而通过摩擦锁合连接固定在该轴上，传递那里存在的驱动转矩、即输入力矩。

Description

尤其是用于机动车的变速器以及用于这种变速器的轴和用于制造这种轴的方法

本发明涉及一种变速器，尤其是用于机动车，该变速器具有至少两个传递转矩的轴，如主轴或输出轴、中间轴或类似轴，这些轴各具有至少一个固定地并且为了从齿轮到轴以及反向地直接传递转矩而设置在其上的齿轮；本发明还涉及用于制造这种轴的方法。

用于制造这种轴的公知方法在于，这种轴连同所述齿轮一体地首先作为锻制坯件来制造。然后费事地加工不同的功能区段，如用于同步装置的齿部区域、轴承座、轴承滚道和螺纹。因此例如对于各个加工步骤中任意一个都必须输送相对大且笨重的整个件并且在各种不同的加工站或机器上对其进行处理，对于所有区段都必须使用一种同一的、价值相对高的且由此昂贵的材料，但该材料也是折衷方案，因为不是对于各个功能部位或功能区段都可使用最佳的材料。如已所述，迄今的这些轴不仅在制造方面非常费事，而且还相对昂贵，具有大的重量并且在传送方面麻烦。此外，这种轴明显限制了变速器的设计空间，尤其是当两个这样的齿轮设置在轴上时，因为在这些齿轮之间不可设置可相对其扭转的功能体，如惰轮、同步装置、轴承或类似装置。

本发明的任务在于，避免迄今已公知的变速器及其轴的缺点，既在变速器中又在轴中而且在用于变速器的轴中简化制造，即也构造得可更廉价且更容易地传送。此外要实现：对于各个功能区段使用最佳的材料，在该轴上消减重量并且由此节约成本，扩展变速器的设计可能性。另外要以在该轴的结构方面大大提高的柔性——例如不同齿轮在相同轴基体上组合——实现变速器与对应的发动机特性曲线或功率级相适配。

根据本发明，这这样来实现：这些轴中的至少一个包括一个轴基体和至少一个本身至少基本上已被加工好的齿轮，所述齿轮通过借助于其空心轮毂体轴向压力套装在轴基体上的座上而通过摩擦锁合连接固定在该轴上，传递那里存在的驱动转矩、即输入力矩。

这样的轴可制造简单且经济上有利地制造，主要是因为，不仅轴座而且轮毂座可构造成圆形的，即与多边形的座不同，或者可通过使空心的轴扩径来非常有利地生产。

这种传递转矩的连接通过轴向压力套装具有相对窄的轮毂的齿轮实现，该轮毂的轴向宽度至少不显著地超过齿部的轴向宽度，该连接保证从齿轮到轴以及反向地传递变速器中出现的高转矩值，为了形成这种连接，尤其可适用一些方法或一些用于实施这种方法的工具和装置的应用，这些方法及工具和装置例如已在德国专利申请198 31333、199 38 791或101 01 539中的至少一个中描述并且其内容应一起纳入到本申请之中。

通过变速器或用于变速器的轴的这种构型不仅实现开头所述的优点，而且也可由于短的轴向轮毂长度而节省明显的轴向结构空间。

此外可使这种轴的制造显著地简化、容易、降低成本以及改善，其方式是轴基体在其长度方面由至少两个构件相接合、例如相焊接，因为于是对于不同的功能区段可使用最佳的材料。

根据另一个本发明特征，如果轴基体被至少部分地构造成管状的、即空心的，则获得进一步的改善和成本降低——这也以较少的材料投入为特征，其中，有利的可以是，用于压力套装齿轮的座处于管状的区段上。因此，来自驱动机的力矩或输入力矩从齿轮通过该齿轮的轮毂传递到轴基体的空心的区域上或反之。

被至少部分地构造成管状的这种轴基体的特征可在于，轴基体在其两个端部区域之间构造成空心的或管状的，这些端部区域具有较小的直径范围。该管状的区域可由标准管材构成，该标准管材已通过成形和/或切削加工。这种轴基体可这样构成：轴基体的端部区域构造成实体的或部分实体的并且这些端部段接合在位于它们之间的管状的轴基体上。在此，轴基体的端部段或端部区域中至少一个也可被至少部分地构造成管状的。

如果轴基体由两个各具有一个端部区域和一个管状的区域的构件相接合，这些构件的管状的区域彼此对准并且通过它们的管状区域的接合来彼此固定，则可得到另一个有利的实施形式。

轴基体的这些构件的接合可有利地通过焊接进行，例如通过激光束焊接进行，但或者通过摩擦焊接进行——这对于一定的应用情况是特别有利的。

此外，有利的是，至少所述管状的区域通过成形如冷成形和/或热成形、例如冷挤压和/或热挤压来制造；所述端部段中至少一个也可被至少部分地构造成管状的并且通过体积成形来制造。并且已经描述的管状的中间段也可通过体积成形如冷成形和/或热成形来制造。

此外，有利的是，轴基体的功能区域如轴承座、齿部、轴承工作面、用于齿轮的座区域在各个部分区域接合之后被加工好并且然后进行齿轮中至少一个的压力套装。

根据另一个本发明特征，除了已经描述的优点之外，还可扩展和优化变速器轴的设计或构型可能性，其方式是，在变速器中在一个轴上无相对转动地设置有两个或多个齿轮，在这种变速器中在两个相邻的齿轮之间的轴向区域中设置有至少一个另外的功能体，如

-轴承、尤其是一体的轴承，

-惰轮，

-同步装置，

确切地说是在至少第二齿轮的装配之前；即在此可在小的结构空间上将其它元件设置在两个齿轮之间。

现在，在根据本发明的轴中也可用特别简单的方式在齿轮中设置通孔，因为可在单个齿轮本身上例如在制造齿轮的同时加工这些通孔——节省重量和材料的措施。为此，体积成形可特别适用。

此外，通过本发明提供一种特别有利的可能性：在轴基体同一的情况下压力套装不同的齿轮、即各具有其它齿数的齿轮，由此形成具有同一基体、不同特性的变速器，这由于较多的段数而可实现至少基体的廉价制造，仓储管理更好，即后勤开销也少。

另一个特别有利的本发明措施在于，在一种轴中，例如在具有压力套装的齿轮的变速器轴中，轴基体是一体的并且至少部分地是空心的，其中，这种基体至少部分地通过“旋转模锻”、“旋转锤锻”或类似方法来制造，即按照“压力成形方法”来制造。这种轴如下面也可看出的那样可非常廉价地制造。对于“旋转模锻”，如其作为现有技术所公知的那样，可参考公司HMP Maschinenfabrik GmbH(Gppinger，Straβe 1-3，D-75179，Pforzheim)05年07月25日的主页www.hmp.com。尽管下面主要借助于变速器轴描述了本发明的这一部分，但需要强调的是，本发明也考虑其它轴、即一般的轴。

特别有利的是，这种空心的轴不是用管制造，而是用实体材料制造，这在下面还要描述。实体材料允许制造明显廉价的空心轴。

在此，空心轴、即例如基体可通过“旋转锤锻”、“旋转模锻”或类似方法这样构造，使得端部中至少一个是封闭的或者两个都是封闭的。

至少部分地空心的并且一体的轴的制造、如用于变速器轴的基体的制造根据一个有利的方法可这样进行：首先制造一个预成形坯。该预成形坯符合目的地通过体积成形用实体材料、符合目的地用棒材的分离下来的区段来制造并且在体积成形时、如在挤压方法中产生一个第一部分区域，该第一部分区域至少近似地获得制造好的轴基体的第一部分区域的最终形状，确切地说是具有“净成形”或“近净成形”的质量。此外，在体积成形过程中，在轴向上紧接着所述第一部分区域给该预成形坯成形上一个材料储备部、即材料集聚部。由该材料集聚部然后在至少一个另外的工作步骤中、即通过“旋转锤锻”、“旋转模锻”或类似方法制造至少近似地制造好的轴基体的另一个部分区域，符合目的地也具有“净成形”或“近净成形”的质量。

通过体积成形制造的预成形坯至少部分地构造成空心的，即不仅材料储备部的区域而且至少近似地与轴基体的第一部分区域的最终形状相应的部分区域直到至少近似地到达其轴端部区域。但轴端部区域也可构造成空心的，因此整个预成形坯构造成空心的。

如已所述，然后通过“旋转锤锻”或者说“旋转模锻”或类似方法用空心的材料集聚部主要在使用型芯或用于产生空心内部轮廓的类似装置的情况下制造另一个空心的部分区域。在此，相应的端部区域在抽出(最后的)型芯之后形成。该端部区域现在可保持空心，或然后通过“旋转锤锻”、“旋转模锻”或类似方法闭合，确切地说有利地至少对液体密封，但符合目的地对气体密封，由此，在变速器轴工作中没有油可进入到轴本身中，这对于有些应用情况是期望的。

如果轴用贯穿地空心的预成形坯制造，则如果需要，第一部分区域的端部区域也可通过“旋转锤锻”来闭合并且由此密封。

对于尤其是变速器轴的制造来说特别有利且经济上有益的是，在第一部分区域中通过体积成形并且在另一个部分区域中通过“旋转锤锻”或“旋转模锻”或类似方法使下面列举的功能面或功能区段中至少一些至少近似地达到成品尺寸：

-用于支承或对中变速器轴的轴承座，

-用于形成同步齿部的区域，

-用于支承惰轮的滚动体的轴承工作面，

-用于可轴向压力套装的齿轮的轮毂座区域。

不仅在材料投入方面而且在合理且廉价的制造方面，特别有利且符合目的的是，根据本发明的轴基体设置有齿轮，这些齿轮按照德国专利申请198 31 333、199 38 791或101 01 539中描述的方法中至少一个来施加。

借助于图1至图4以用于机动车变速器的主轴或输出轴为例来详细描述本发明。附图表示：

图1根据现有技术的主轴或输出轴1的剖面，

图2根据本发明的主轴或输出轴1a，

图3用于轴基体的预成形坯，

图4一个轴基体，该轴基体的第一部分区域通过体积成形并且该轴基体的另一个部分区域通过“旋转模锻(Rundkneten)”或“旋转锤锻(Rundhmmem)”至少近似地达到其最终形状(净成形或近净成形)。

根据图1的主轴或输出轴1一体地作为锻制件来制造并且具有被加工的功能体或功能区域：

用于同步装置的齿部2，

齿轮3、4，

用于例如支承惰轮的滚针轴承的滚动体的轴承工作面5，

用于支承变速器轴的轴承座6，

用于固定轴承输出法兰的螺纹7。

按照图2的、根据本发明的主轴或输出轴1a包括一个轴基体10和两个固定在该轴基体上的齿轮3a和4a，这些齿轮分别本身或分开地制造并且这些齿轮通过轴向压紧在轴向的止挡10a、10b上例如借助于一些方法或在使用一些工具和装置的情况下固定在轴10上，这些方法及工具和装置例如已在根据DE-OS′en 198 31 333、199 38 791或101 01 539的德国专利申请中的至少一个中描述。在轴座区域11、12与齿轮3a和4a的轮毂座区域13、14之间由此建立传递输入力矩或驱动力矩的、耐转矩的连接。轮毂15、16的轴向长度至少近似地相应于齿部3a′和4a′的轴向长度。轴基体10被至少部分地构造成空心的或套筒状的并且由三个构件17、18、19组成，这些构件通过连接部位20、21相接合。这些连接可通过焊接形成，例如通过激光焊接或摩擦焊接或类似方式。

可以看出，分开制造轴基体10以及齿轮3a和4a较简单并且操作也较简单。此外，对于各个功能可使用合适的材料和合适的加工方法。该轴比根据现有技术按照图1的轴也明显轻；节约了材料并且成本总体上明显低。

两个端部段17、19可通过体积成形如冷挤压和/或热挤压来制造并且两个端部区域也可构造成空心的或管状的。作为有利的制造可能性，在确定的情况下可适用“液压成形”、“旋转模锻”、内高压成形或“空心的楔横轧”。也可用相同的方式制造中间段18。符合目的地在轴接合之后加工或加工好功能区域2a、5a、6a、7a以及座11、12，此后进行齿轮的压力套装。

本发明也可在压力套装之前在齿轮3a中加工一些轴向的通孔22，这实现材料节约和重量降低。

借助于图3和图4详细描述通过上述体积成形和接着的旋转锤锻或旋转模锻将一体的空心的轴基体制造成其至少近似最后的形状。

在此，图3示出了一个预成形坯30，该预成形坯通过体积成形尤其是通过挤压用实体材料制造，例如用一个从棒材分离下来的区段制造。

预成形坯30具有第一部分区域I，该第一部分区域至少近似地达到制造好的构件的相应区域的最终形状。紧接部分区域I，预成形坯由此一体地具有一个区段31，作为材料储备部用于待至少近似地达到成品尺寸的第二部分区域II(图4)的待通过旋转模锻或旋转锤锻来制造的第二部分区域。此外，预成形坯30具有一个也通过体积成形加工的凹部32，该凹部至少近似地伸到端部区域33。

如已所述，分区段II通过旋转锤锻或旋转模锻由储备部31在使用型芯的情况下成形，其中，第一型芯在区段34中使用，另一个型芯用于制造区段35。在此，虚线表示的区域35a可借助于相同的型芯构造成管状的。通过使用另外的型芯可使区域36达到较小的直径，例如达到用点划线标记的形状，最后通过另外的锤锻或模锻成形为实体的凸缘或轴颈36，该凸缘或轴颈可构造得至少对液体密封，优选甚至对气体密封。由此避免变速器油进入到变速器轴中——这可引起不平衡。

至少近似地达到其最终形状(“净成形”或“近净成形”)的轴基体30a然后可通过切削加工达到其最后的、虚线表示的最终形状30b，即轴承座6a、用于同步的齿部2a、轴承工作面5a、用于齿轮的座区域11和12、用于同步的齿部2a、轴承工作面5a、轴承座6a、用于同步的另外的齿部2a、轴承座6a和用于同步的第三齿部2a以及螺纹区域7a。但也可有利的是，齿部2a的制造通过所谓的轴向成形来进行。

另外可看出，在根据本发明的轴中，齿轮3a和4a的布置也可在其它部位上进行或者齿轮3a、4a之间的轴向区域例如可用于支承、安置或施加其它功能体，例如用于相对支承惰轮、同步体或类似件，由此获得明显较大的结构多样化。

Claims (29)

1.变速器，尤其是用于机动车，该变速器具有至少两个传递转矩的轴，如主轴或输出轴、中间轴或类似轴，这些轴各具有至少一个为了直接传递转矩而固定地设置在其上的齿轮，其特征在于：在这些轴中的至少一个中，所述至少一个轴包括一个轴基体和至少一个本身至少基本上已被加工好的齿轮，所述齿轮通过由其空心轮毂体轴向压力套装在该轴基体上的座上借助于摩擦锁合连接固定在所述轴上以便传递那里存在的驱动转矩。

2.尤其是根据权利要求1的轴，用于变速器，其特征在于：该轴基体在其长度方面由至少两个构件相接合。

3.尤其是根据权利要求1或2的轴，其特征在于：该轴基体被至少部分地构造成管状的。

4.尤其是根据权利要求1至3中一项的轴，其特征在于：该轴基体在其两个端部区域之间构造成管状的。

5.尤其是根据权利要求1至4中一项的轴，其特征在于：这些齿轮中至少一个压力套装在该轴基体的管状的区域上。

6.尤其是根据权利要求1至5中一项的轴，其特征在于：该轴基体的这些端部区域中至少一个接合在设置在这些端部区域之间的管状的区域上。

7.尤其是根据权利要求1至6中一项的轴，其特征在于：该轴基体包括两个各具有一个端部区域和一个管状的区域的构件，这些构件的管状的区域彼此对准并且通过管状区域的接合来彼此固定。

8.尤其是根据权利要求1至7中一项的轴，其特征在于：该轴基体的这些区域的接合通过焊接进行。

9.尤其是根据权利要求8的轴，其特征在于：该接合通过激光束焊接进行。

10.尤其是根据权利要求8的轴，其特征在于：该轴基体的这些构件的接合通过摩擦焊接进行。

11.尤其是根据权利要求1至10中一项的轴，其特征在于：至少所述管状的区域通过成形如冷成形和/或热成形来制造。

12.尤其是根据上述权利要求中一项的轴，其特征在于：端部段中至少一个至少部分地通过体积成形制造成管状的。

13.根据上述权利要求中至少一项的轴，其特征在于：设置在两个端部段之间的管状的中间段通过体积成形来制造。

14.尤其是根据上述权利要求中一项的轴，其特征在于：该轴基体的功能区域如轴承座、齿部、轴承工作面、用于齿轮的座在该轴基体接合之后被加工好并且然后进行至少一个齿轮的压力套装。

15.尤其是根据上述权利要求中一项的轴，在该轴上，无相对转动地设置有两个或多个齿轮，其特征在于：在两个相邻的齿轮之间的轴向区域中设置有至少一个另外的、未被分开的功能体，如

-轴承，

-惰轮，

-同步装置。

16.尤其是根据权利要求1至15中一项的轴，其特征在于：齿轮的轴向长度至少近似地相应于齿部的轴向长度。

17.尤其是根据权利要求1至16中一项的轴，其特征在于：这些齿轮中至少一个具有轴向的通孔(22)。

18.尤其是根据权利要求1或下述权利要求中一项的轴，其特征在于：该轴基体(10)是一体的且空心的。

19.尤其是根据权利要求18的轴，其特征在于：该轴的基体按照“旋转锤锻”、“旋转模锻”的方法或类似方法来制造。

20.尤其是根据权利要求18或19的轴，其特征在于：该轴的基体被部分地构造成管状的，但该轴的端部中至少一个是封闭的。

21.尤其是根据权利要求1至20中一项的轴，其特征在于：该轴的基体被部分地构造成管状的并且两个端部中至少一个至少对液体密封地封闭。

22.用于制造尤其是根据权利要求1至21中一项的轴的方法，其特征在于：该轴基体用预成形坯来制造，该预成形坯通过体积成形用实体材料来制造，在此制造一个第一部分区域，该第一部分区域至少近似地具有该轴基体的第一部分区域的最终形状，此外，在体积成形时轴向上紧接着该第一部分区域成形上一个材料储备部，该材料储备部与制造好的轴基体的另一个部分区域相比具有较小的轴向延伸长度和相同或较大的直径，用该材料储备部然后通过“旋转锤锻”、“旋转模锻”或类似方法制成制造好的轴基体的该另一个部分区域。

23.尤其是根据权利要求22的方法，其特征在于：该预成形坯至少部分地构造成空心的。

24.尤其是根据权利要求23的方法，其特征在于：该预成形坯贯穿地构造成空心的。

25.尤其是根据权利要求23的方法，其特征在于：该预成形坯在该第一部分区域的端部区域中具有一个封闭的区段。

26.尤其是根据权利要求23至25的方法，其特征在于：该空心的轴基体的端部区域中至少一个通过旋转锤锻或类似方法闭合。

27.尤其是根据权利要求22至26中一项的方法，其特征在于：该轴基体的通过旋转锤锻或类似方法制造的另一个空心的区域在其端部区域上通过旋转锤锻至少对液体密封地封闭。

28.尤其是根据前述权利要求中一项的方法，其特征在于：下面列举的功能面或功能区段中至少一些通过旋转锤锻或类似方法至少近似地达到成品尺寸：

-用于变速器轴的轴承的轴承座，

-用于形成同步齿部的区域，

-用于支承惰轮的滚动体的轴承工作面，

-用于可轴向压力套装的齿轮的轮毂座区域。

29.尤其是根据权利要求1至28中一项的轴，其特征在于：该轴向压力套装或接合借助于一些方法或在使用一些工具和装置的情况下进行，这些方法及工具和装置例如已在德国专利申请198 31 333、199 38 791或101 01 539中的至少一个中描述。

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