CN103038017B - 通过焊接电流和压入对轴和轮毂进行连接的方法以及轴和轮毂通过这种连接构成的装置 - Google Patents

通过焊接电流和压入对轴和轮毂进行连接的方法以及轴和轮毂通过这种连接构成的装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种连接轴(12)和轮毂(10)的方法，其中，所述轮毂(10)包括用于与所述轴(12)的相应的接缝段(26,30)连接的第一接缝段(18)和第二接缝段(20)。所述轴(12)和所述轮毂(10)在所述第一接缝段(18)的区域内的接触部位处相互压合，其中，所述第二接缝段(20,30)仍然未接触；通过相互压合的轴(12)和轮毂(10)的所述接触部位(32,34)传导焊接电流，以便所述接触部位熔化。在所述第一接缝段(18,26)熔化时将所述轴(12)压入所述轮毂(10)中，直到在所述第二接缝段(20,30)之间基本上形成压合面为止。

Description

通过焊接电流和压入对轴和轮毂进行连接的方法以及轴和轮毂通过这种连接构成的装置
技术领域
本发明涉及一种通过电阻压焊进行连接的方法。在电阻压焊过程中，压合两个待焊接的金属部件并且焊接电流通过相互压合的部件的接触部位传导，以便接触部位熔化。
背景技术
为了连接轴和轮毂，轴的焊接区域例如可以压入在轮毂中构成的孔中，其中，焊接区域相对孔具有过盈量。由于接触部位在焊接过程中的熔化可以使轴压入轮毂中并且与它焊接。这种压焊方法例如在EP1941964A1中已公开。代替这种压焊过程例如还可以考虑用于连接两个部件的凸焊过程。
但在已知的压焊方法中，会在可实现的焊接强度和焊接精度方面产生问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提高轴-轮毂连接装置的精度和强度。
按本发明，轮毂包括用于与轴的相应接缝段连接的第一接缝段和第二接缝段。为了连接轴与轮毂，使两个部件在轴和轮毂为此在第一接缝段区域内设置的接触部位处压合，其中，第二接缝段仍未接触。焊接电流通过相互压合的部件的各自的接触部位传导，以便熔化在第一接缝段区域内的接触部位。在第一接缝段熔化时，轴压入轮毂中，即，直到在第二接缝段之间基本上形成压合面为止。现在最晚，但优选在轴压入轮毂之前已停止或在其过程中停止该焊接电流，以便第一接缝段区域内的熔化物可以凝固。
因此，轴和轮毂之间的连接既可以通过焊接部位也可以通过压合面实现。视一些焊接过程的决定性参数而定，也可以在第二接缝段的区域内(作为压合面的补充)初步形成焊接连接。因为第二接缝段在焊接过程的开始还未接触，但可以基本上避免电流损失并且保持为焊接所需的能量消耗较小。第二接缝段也在焊接过程接近结束时才可以接触。然后，通过仍然保留的置位行程在第二接缝段之间产生压力连接。以这种方式可以将轮毂特别牢固并且可靠地固定在轴上。除了提高工作强度外，由于焊接连接装置和压合面的存在可以改善焊接精度，亦即，轴和轮毂的相对取向。与两个部件在单独一个一体的接缝区域中的平面焊接相比，可以在按本发明的方法中使用尺寸更小的焊接设备。
按一种实施形式，第二接缝段为基本上锥形的，其中，通过将轴压入轮毂中而在第二接缝段之间产生锥形配合面。第二接缝段基本上锥形的走向也可以是弯曲的。第二接缝段例如也可以具有抛物线形或类似的横截面。锥形配合面提供自锁功能并且由于定心作用而能够在保持较高工作强度的情况下实现特别高的焊接精度。尤其可以通过锥形配合面可靠地承受作用到轴或轮毂上的轴向力和弯矩。因此，借助按本发明的方法也可以实现多轴式承载的轴-轮毂连接。
为了将轴压入轮毂中，轮毂可以具有孔，在该孔的内表面构造至少第二接缝段。若在孔的内表面附加地也构造轮毂的第一接缝段，则轴的第一接缝段相对轮毂的第一接缝段优选具有过盈量，以便可以采用压焊过程将轴与轮毂连接。但轮毂的第一接缝段也可以设计在所述孔的外部，例如在环面形式的轮毂的端面上，尤其用于凸焊过程。
第一接缝段可以是基本上圆柱形的。因此，在焊接时，也就是将圆柱形轴段沿轴向以间隙配合的形式压入孔中，以便两侧的接触部位是圆柱形的。这允许两个部件相对彼此简单的定位。各第一接缝段可以与压入方向尤其是精确平行地延伸。在此可行的是，第一接缝段与纯圆柱形不同地具有一定的弯曲和/或一个或多个突起。
按一种可选的实施方案，一个第一接缝段是基本上圆柱形的，而另一个第一接缝段是基本上锥形的。尤其是，轴和轮毂可以成型为并且尺寸设计为，使得轴的锥形的第一接缝段在轴和轮毂压合时碰到轮毂的孔边缘。相反，轴的基本上圆柱形的第一接缝段(尤其是它的边界)可以与轮毂的基本上锥形的第一接缝段共同作用。可选地，两个第一接缝段(也就是轴和轮毂的第一接缝段)还可以都是基本上锥形的、但具有不同的圆锥角。因为轴和轮毂的接触部位在这些情况下，具有较小的面积并且尤其形成环形边(至少在熔化开始时)，所以在这种设计方案中以有利的方式执行凸焊过程。
按另一种实施形式，一个第一接缝段形成环面，另一个第一接缝段基本上是圆锥形的。将基本上在与轴或轮毂的轴线的法平面以内延伸的环形表面看作该环面。可选地，两个第一接缝段可以分别具有一个环面。即便在该实施形式中，也可以执行凸焊过程，尤其如果是所述环面的至少一个设计成突起，如下列阐述那样。
在前述的实施形式中，在轮毂的第一接缝段上和/或在轴的第一接缝段上设有至少一个突起，以便在轴和轮毂相互压合时形成所述的接触部位。突起可以形成用于执行凸焊过程的“***(Buckel)”。突起可以根据应用情况设置在轮毂孔的内表面上或轮毂或轴的端面上，也就是在孔外部并且尤其是在前述的环面上。
最晚在第二接缝段进入压合面中时才结束焊接电流的导入。但优选焊接电流在压焊过程开始时仅在较短的时间内导入。焊接过程结束的精确时间点可以与焊接电流一样并且所有导入的焊接能量与各应用情况适配。
第二接缝段的焊接优选有意地相互阻挡，以便实现尽可能高的精度并且避免过度能量输入。但如前面提到那样，也可以在第二接缝段的区域内设计(略微凸显的)轴和轮毂的焊接。
按一种实施形式，各第一接缝段和各第二接缝段彼此沿轴向基本上直接相邻，亦即，各第一接缝段和各第二接缝段直接相互邻接或在各第一接缝段和各第二接缝段之间存在仅一个过渡段，该过渡段与接缝段的轴向尺寸相比较短。这确保紧凑的结构和可靠的整个连接。优选过渡段这样设计，它可以容纳在焊接过程中产生的多余的熔化或变形材料。但在可选的实施形式中，各第一接缝段和各第二接缝段也可以彼此远离地设置。
本发明还涉及一种由轴和轮毂构成的装置，其中，轮毂包括用于与轴的对应接缝段连接的第一接缝段和第二接缝段，其中，两个部分彼此焊接在第一接缝段上，这尤其通过电阻压焊实现，并且其中，两个部分在第二接缝段上彼此挤压。这种由轴和轮毂构成的压焊装置是可多轴式承载的并且确保了较高精度。因为设置仅一个单独的焊接部位，所以小尺寸焊接设备就足以制造轴-轮毂复合体。
附图说明
本发明的扩展设计在各从属权利要求、说明书以及附图中说明。
下列根据例示性的实施形式并且参照附图描述本发明。
图1是按本发明第一种实施形式的轴和与轴连接的轮毂的立体纵剖面；
图2是图1所示轴和轮毂在压焊过程开始时的图；
图3是图1所示轴和轮毂在压焊过程结束之前不久的图；
图4是图1所示轴和轮毂在压焊过程结束后的图；
图5是相互连接的图1所示轴和轮毂放大的剖面图；
图6是按本发明第二种实施形式的轴和待与该轴连接的轮毂的局部剖视图；
图7是按本发明第三种实施形式的轴和待与该轴连接的轮毂的局部剖视图；
具体实施方式
在图1中，例示出要与轴12焊接的轮毂10。轮毂10和轴12由传动部件常用的钢材料组成。轮毂10在所示的实施例中是环形的并且具有中心的圆形孔14，该孔14具有在端面的通入口15。孔14的内表面16沿轴向划分成第一焊接段18、与之邻接的第二过渡段19以及邻接第二过渡段19的第二焊接段20。
在此处设计成空心轴的轴12的外圆周面21上设置环绕的，亦即环形的突起22，该环形的突起22要压入轮毂10的孔14中。突起22的外轮廓面24与孔16的内表面相似地被沿轴向划分成第一焊接段26、与该第一焊接段26邻接的过渡段28以及邻接过渡段28的第二焊接段30。各自的第一焊接段18,26和各自的第二焊接段20,30在形状上互补，其中，突起22的第一和第二焊接段26,30具有一个相对于孔14的对应焊接段18,20的过盈量。如从图1中得知，第一焊接段18,26与过渡段19,28一样优选是圆柱形的，而第二焊接段20,30是锥形的。第二焊接段20,30相对轴线A倾斜的角度在该实施例中约为5°。该角度可以在较宽的范围内与各种应用情形适配，但优选在1°到15°之间。
为了连接轴12与轮毂10，两个部件基本上共轴地取向并且轴12的突起22在第一焊接段18,26的区域内挤压到孔14的通入口15上，这如图2中所示。轴12和轮毂10在第一焊接段18,26的各接触部位处接触。通过将焊接电流传导经过接触部位32,34而开始焊接过程，在其间接触部位32,34熔化。在焊接过程中，亦即，当焊接电流沿第一焊接段18,26传导经过各接触部位时，或当接触部位32,34在焊接电流中断后仍然熔化的情况下，沿与轴线A平行指向的压入方向P给轴12施加一个力，以便轴12继续向前压入轮毂10的孔14中。此外，压焊以与开头所述的EP1941964A1所描述那样相似的方式进行。尤其可以设计使部件10,12定心的措施，例如在孔14上设置倒角，或在突起22上设置定心附件。
由于第二焊接段20,30的锥形形状，在它们之间首先存在一个空隙36,以便焊接电流基本上仅流经第一焊接段18,26相对小面积的区域。
如由图3得知，轴12和轮毂10在置位行程结束前不久也在第二焊接段20,30的区域内接触。在还剩下的置位行程期间，在轴12与轮毂10之间形成自锁锥形配合面41形式的压配合(参见图4)。轴12在轮毂10中的轴向终端位置可以由此限定，使得在达到一定的压力或一定的位移时，部件之间的相对运动结束。焊接电流仅在焊接过程开始时流动较短时间，一般在几毫秒内。
在压焊之后，获得一种在如图4和图5中例示出的装置。在轴12和轮毂10之间存在一种连接装置，该连接装置包括在第一焊接段18,26的区域内的焊缝42和在第二焊接段20,30区域内的锥形配合面41。焊缝42和锥形配合面41通过在过渡段19,28区域内的狭窄的环绕空隙40分隔。通过压配面和焊接连接装置的组合，在保证较大强度的同时可以实现较高的焊接精度。因为焊接电流仅在各狭窄地限定的焊接部位的区域内流动，所以可以节省焊接能量。
第一焊接段18,26的结构在图1至图5所示的实施形式中与压焊过程匹配。可选的是，第一焊接段的结构也可以与凸焊过程匹配。这种实施形式在图6中示出，其中，为了简化，相同或等同的元件用与图1至图5中对应的附图标记表示。轴12的第一焊接段26'在此设计成锥形并且在轴12和轮毂10压合时顶在孔14的通入口15上。接触部位32,34也就是限定为一个较小的环形边的区域。因此，通入口15的边缘在凸焊过程的范围内作用为产生足够电流密度的***。轮毂10的第一焊接段18'在该实施形式中(与轴12的第一焊接段26'的圆锥角有关)最后由在接触部位32周围的圆柱面和/或环形面形成。第二焊接段20,30与在前述的第一实施形式中相同地设计，亦即，在焊接过程最后，在第二焊接段20,30之间存在一个锥形的压配合面。如从图6中得知，在轮毂10的第一焊接段18'与第二焊接段20之间构成一个台阶43。
图7示出本发明的另一种实施形式，其中，第一焊接段的结构如在图6所示实施形式中那样，与凸焊过程匹配。在该实施形式中，沿环形面环绕的凸缘44形式的突起设置在轮毂10的端面，其中，所述的环形面与轮毂10的第一焊接段18"对应。凸缘44在轴12和轮毂10压合时顶在与压入方向P成直角延伸的、轴12的第一焊接段26"上，该第一焊接段26"同样形成环形面。轴12和轮毂10的接触部位32,34在凸缘44的突出的端部处具有很小的面积，因此产生足够的电流密度用于凸焊过程。代替凸缘44，在也可以在轮毂10和/或轴12上设置不同地成型的或布置的凸起，该凸起在焊接时作用为“***”。
附图标记列表
10轮毂
12轴
14孔
15通入口
16内表面
18,18`,18``轮毂的第一接缝段
19轮毂的过渡段
20轮毂的第二接缝段
21外圆周面
22突起
24外轮廓面
26,26`,26``轴的第一接缝段
28轴的过渡段
30轴的第二接缝段
32轮毂的接触部位
34轴的接触部位
36空隙
40空隙
41锥形配合面
42焊缝
43台阶
44凸缘
A轴线
P压入方向

Claims (10)

1.一种用于连接轴(12)和轮毂(10)的方法，其中，所述轮毂(10)包括用于与所述轴(12)的第一接缝段(26,26’,26”)和第二接缝段(30)对应连接的第一接缝段(18,18’,18”)和第二接缝段(20)，该方法具有以下步骤：
使所述轴(12)和所述轮毂(10)在所述第一接缝段(18,18’,18”,26,26’,26”)的区域内的接触部位(32,34)处相互压合，其中，所述第二接缝段(20,30)仍然未接触；
通过相互压合的轴(12)和轮毂(10)的所述接触部位(32,34)传导焊接电流，以便熔化所述接触部位(32,34)；以及
在所述第一接缝段(18,18’,18”,26,26’,26”)熔化时，将所述轴(12)压入所述轮毂(10)中，直到在所述第二接缝段(20,30)之间形成压合面为止。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二接缝段(20,30)基本上是锥形的，其中，通过将所述轴(12)压入所述轮毂(10)中，在所述第二接缝段(20,30)之间形成锥形配合面(41)。
3.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述轮毂(10)具有孔(14)，在其内表面(16)上构造所述轮毂(10)的至少所述第二接缝段(20)。
4.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一接缝段(18,26)基本上为圆柱形。
5.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，一个所述第一接缝段(18’,26’)是基本上圆柱形的，而另一个所述第一接缝段(18’,26’)是基本上锥形的，或者两个第一接缝段都是基本上锥形的。
6.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，一个所述第一接缝段形成环面并且另一个所述第一接缝段是基本上锥形的，或者两个第一接缝段(18”,26”)分别形成环面。
7.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述轮毂(10)的所述第一接缝段(18")上和/或在所述轴(12)的所述第一接缝段(26")上设置至少一个形成各自的接触部位(32,34)的突起(44)。
8.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第二接缝段(20,30)相互间的焊接被阻止。
9.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在轴和轮毂的第一接缝段(18,18’,18”,26,26’,26”)和第二接缝段(20,30)之间均设置过渡段(28)，所述过渡段(28)设计用于容纳多余的材料。
10.一种由轴(12)和轮毂(10)构成的装置，其中，所述轮毂(10)包括用于连接所述轴(12)的对应第一接缝段(26,26’,26”)和第二接缝段(30)的第一接缝段(18,18’,18”)和第二接缝段(20)，其中，所述轴(12)和所述轮毂(10)在所述第一接缝段(18,18’,18”,26,26’,26”)处相互焊接，并且，所述轴(12)和所述轮毂(10)在所述第二接缝段(20,30)处彼此压合，其中，所述轴(12)和所述轮毂(10)这样设计尺寸，使得当所述轴(12)和所述轮毂(10)在所述第一接缝段(18,18’,18”,26,26’,26”)的区域内的接触部位(32,34)处相互压合时，所述第二接缝段(20,30)仍然未接触。
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