具有主轴的车桥壳体组件和制造方法与流程

1.本披露涉及一种具有主轴的车桥壳体组件和一种制造方法。背景
2.美国专利号9,713,854中披露了对工件进行摩擦焊接的系统和方法。概述
3.在至少一个实施例中，提供了一种车桥壳体组件。该车桥壳体组件可以包括臂部分、主轴、摩擦焊接部和延伸焊接部。该臂部分可以围绕轴线延伸。该主轴可以从该臂部分延伸。该摩擦焊接部可以围绕该轴线延伸，并且可以将该主轴连结到该臂部分。该延伸焊接部可以环绕该臂部分，并且可以从该摩擦焊接部在背离该主轴延伸的方向上延伸。
4.在至少一个实施例中，提供了一种制造车桥壳体组件的方法。该方法可以包括将主轴摩擦焊接到围绕轴线延伸的臂部分的端部。可以将当该主轴被摩擦焊接到该臂部分时产生的外部卷边移除。可以在移除该外部卷边之后提供环绕该臂部分的延伸焊接部。该延伸焊接部可以从该摩擦焊接部在背离该主轴延伸的方向上延伸。
附图说明
5.图1是车桥壳体组件的示例的立体图。
6.图2是沿着剖切线x-x截取的截面视图，示出了连结之前的主轴和臂部分的示例。
7.图3是示出了被摩擦焊接到臂部分的主轴的截面视图。
8.图4是在将主轴被摩擦焊接到臂部分时产生的卷边移除后的截面视图。
9.图5是图4中的车桥壳体组件的一部分的放大侧视图。
10.图6是在添加延伸焊接部后的车桥壳体组件的一部分的截面视图。
11.图7是图6中的车桥壳体组件的一部分的侧视图。
具体实施方式
12.按照要求，本文披露了本发明的详细实施例；然而，应理解的是，所披露的实施例仅仅是本发明的可以以各种形式和替代性形式来实施的示例。附图不一定是按比例的；一些特征可以被夸大或者缩至最小以便示出具体部件的细节。因此，本文披露的具体结构性和功能性细节不应被解释为是限制性的，而是仅作为教导本领域技术人员以各种方式采用本发明的代表性基础。
13.参考图1，示出了车桥壳体组件10的示例。车桥壳体组件10可以是车桥组件的一部分。车桥组件可以是车辆传动系的一部分，该传动系可以对一个或多个牵引轮组件提供转矩，该一个或多个牵引轮组件可以包括安装在车轮上的轮胎。车桥组件可以被提供用于车辆，比如，载重汽车、客车、农场设备、采矿设备、军事运输或武装车辆、或者用于陆地、空中、或海洋船舶的货物装载设备。在一个或多个实施例中，车辆可以包括用于运输货物的拖车。
14.车桥壳体组件10可以有助于将车桥组件安装到车辆。此外，车桥壳体组件10可以接纳车桥组件的各种部件。例如，车桥壳体组件10可以至少部分地接纳差速器组件和一个
或多个半轴。在至少一种构型中，车桥壳体组件10可以包括中心部分20、至少一个臂部分22和至少一个主轴24。车桥壳体组件10还可以包括在图7中最佳示出的摩擦焊接部26和延伸焊接部28。
15.参考图1，中心部分20可以被设置成靠近车桥壳体组件10的中心。中心部分20可以限定开口30以及可以接纳差速器组件的空腔32。例如，可以将支撑差速器组件的差速器承载件安装到中心部分20，使得差速器承载件的一部分可以延伸穿过开口30，并且差速器组件可以被接纳在空腔32内。中心部分20的下部区域可以至少部分地限定可以容纳润滑剂的油底壳部分。
16.一个或多个臂部分22可以从中心部分20延伸。例如，两个臂部分22可以从中心部分20并背离空腔32在相反方向上延伸。臂部分22可以被配置成接纳半轴。例如，臂部分22可以具有中空构型或管状构型，该中空构型或管状构型可以围绕相应半轴延伸并且可以帮助将半轴与周围环境分开或隔离。臂部分22还可以围绕轴线40延伸。半轴和/或车轮可以围绕轴线40旋转。臂部分22或其一部分可以与中心部分20一体形成。替代性地，臂部分22可以与中心部分20分开。在这样的构型中，每个臂部分22可以以任何合适的方式附接到中心部分20，比如通过焊接或者用一个或多个紧固件。
17.参考图2，示出了臂部分22的端部区域。臂部分22可以包括臂部分端部表面50、外侧52、内侧54和臂部分空腔56。
18.臂部分端部表面50可以设置在臂部分22的远端处，该远端可以背离中心部分20并且可以被设置成与该中心部分相反。在至少一种构型中，臂部分端部表面50可以围绕轴线40延伸，并且可以被设置成基本上垂直于该轴线。
19.外侧52可以背离轴线40。外侧52可以从臂部分端部表面50朝向中心部分20延伸，或者从所示的角度来看向右延伸。外侧52可以包括一个或多个外表面，该一个或多个外表面可以设置在距轴线40不同距离处。在至少一种构型中并且如参考图2最佳示出，外侧52可以包括第一外表面60、第二外表面62、锥形表面64或其组合。如图5最佳示出，可以在外侧52上设置一个或多个型锻标记66。
20.第一外表面60可以从臂部分端部表面50延伸到锥形表面64的端部。在至少一种构型中，第一外表面60可以具有恒定或基本上恒定的外径。
21.第二外表面62可以设置在锥形表面64的与第一外表面60相反的一侧上。例如，第二外表面62可以从锥形表面64的被设置成与第一外表面60相反的端部朝向中心部分20延伸。这样，第二外表面62可以与第一外表面60间隔开。第二外表面62可以具有比第一外表面60大的外径。
22.锥形表面64可以在第一外表面60与第二外表面62之间延伸。例如，锥形表面64可以从第一外表面60的端部延伸到第二外表面62的端部。锥形表面64可以在朝向主轴24和臂部分端部表面50延伸的轴向方向上朝向轴线40逐渐变细，或者从所示的角度来看向左逐渐变细。例如，锥形表面64可以在从第二外表面62朝向第一外表面60延伸的方向上变得逐渐靠近轴线40。
23.参考图5，可以在臂部分22的外侧52上设置一个或多个型锻标记66。当臂部分22被成形或模锻以减小臂部分22的靠近臂部分端部表面50的直径时，型锻标记66可以由工具形成。例如，在臂部分22的制造期间，臂部分22的外侧52从臂部分端部表面50到第二外表面62
可以具有基本上恒定的直径。外侧52的一部分可以被型锻以减小靠近臂部分端部表面50的外径，并且因而形成锥形表面64和第一外表面60。型锻标记66可以具有任何合适的构型。在所示的构型中，型锻标记66被描绘为成对的略呈八字形的线，这些线大体上在与轴线40相同的方向上延伸。型锻标记66可以表示凹部或凹痕在外侧52形成在何处。替代性地或附加地，材料可以在一对八字形的线之间的狭窄区域中升高或背离轴线40向外突起(例如，一对型锻标记66的凸侧之间的狭窄区域可以相对于锥形表面64背离轴线突起)。型锻标记66可以形成在锥形表面64的至少一部分中，并且可以可选地延伸到第一外表面60、第二外表面62或者两者，并且可以形成在其中。
24.参考图2，内侧54可以被设置成与外侧52相反。这样，内侧54可以面向轴线40。内侧54可以从臂部分端部表面50延伸到中心部分20，并且可以至少部分地限定臂部分空腔56。
25.臂部分空腔56可以从图1所示的中心部分20的空腔32延伸到臂部分端部表面50。半轴可以延伸穿过臂部分空腔56。
26.参考图1和图2，臂部分22上可以设置有制动器安装凸缘70，以有助于制动器组件的安装。制动器安装凸缘70可以轴向定位或沿着轴线40定位在中心部分20与臂部分端部表面50之间。例如，制动器安装凸缘70可以环绕第二外表面62并且可以设置在该第二外表面上。制动器安装凸缘70可以以任何合适的方式(比如，通过一个或多个焊缝72)固定到臂部分22。
27.参考图1至图3，主轴24可以从相应臂部分22延伸。例如，主轴24可以沿着或围绕轴线40延伸，并且可以从臂部分端部表面50在背离中心部分20延伸的方向上延伸。主轴24可以被配置成对车轮端部组件的轮毂进行支撑。例如，主轴24可以被接纳在一个或多个车轮轴承内，该一个或多个车轮轴承可以可旋转地支撑轮毂。轮毂可以围绕轴线40旋转，并且可以有助于安装车轮，轮胎可以设置在该车轮上。在至少一种构型中，主轴24可以包括第一主轴端部80、第二主轴端部82、主轴外侧84、主轴内侧86、主轴孔88或其组合。参考图2和图3最佳示出了这些特征。
28.第一主轴端部80(也可以称为第一主轴端部表面)可以被设置成靠近臂部分22。例如，第一主轴端部80可以面向臂部分22的臂部分端部表面50并且可以与之接触或接合。在至少一种构型中，第一主轴端部80可以被设置成基本上平行于臂部分端部表面50，并且可以被设置成基本上垂直于轴线40。
29.第二主轴端部82(也可以称为第二主轴端部表面)可以被设置成与第一主轴端部80相反。这样，第二主轴端部82可以背离臂部分22。第二主轴端部82可以是车桥壳体组件10的远侧端部表面。
30.主轴外侧84可以背离轴线40。主轴外侧84可以从第一主轴端部80延伸到第二主轴端部82，并且可以包括一个或多个外表面，该一个或多个外表面可以设置在距轴线40不同距离处。一个或多个车轮轴承可以接合或接触主轴外侧84。
31.当主轴24中空时提供的主轴内侧86可以被设置成与主轴外侧84相反。这样，主轴内侧86可以面向轴线40。主轴内侧86可以从第一主轴端部80延伸到第二主轴端部82，并且可以至少部分地限定主轴孔88。
32.参考图2至图7，示出了制造车桥壳体组件10的方法的示例。图2至图4和图6是在制造过程的不同步骤中沿着剖切线x-x和轴线40截取的截面视图。图5和图7是侧视图，而不是
截面视图。
33.参考图2，示出了将主轴24附接到臂部分22之前的主轴24和臂部分22的一部分。
34.参考图3，示出了被摩擦焊接到臂部分22之后的主轴24。在摩擦焊接期间，主轴24和臂部分22中的至少一者可以围绕轴线40旋转，并且接着第一主轴端部80可以在轴向载荷下与臂部分端部表面50接合。第一主轴端部80与臂部分端部表面50之间的摩擦可以产生可以部分地使主轴24和臂部分22熔融的热，从而产生摩擦焊接部26。摩擦焊接部26可以围绕轴线40连续延伸，并且可以将主轴24连结到臂部分22。
35.摩擦焊接期间的轴向载荷可能在臂部分22和主轴24上产生卷边。卷边(也可以被称为摩擦焊接卷边)可以从摩擦焊接部26向外延伸，并且可以从臂部分22和主轴24突出。例如，第一外部卷边90和第一内部卷边92可以主要从臂部分22产生，而第二外部卷边100和第二内部卷边102可以主要从主轴24产生。第一外部卷边90和第二外部卷边100可以背离轴线40延伸，并且可以背离彼此卷曲。第一内部卷边92和第二内部卷边102可以朝向轴线40延伸，可以设置在臂部分空腔56和主轴孔88内，并且可以背离彼此卷曲。第一外部卷边90和第二外部卷边100以及第一内部卷边92和第二内部卷边102可以围绕轴线40以连续的环延伸，并且可以随着摩擦焊接的进行而增大尺寸。当摩擦焊接部26完成时，主轴24和/或臂部分22的旋转和轴向载荷可以终止。
36.参考图4和图5，在主轴24被摩擦焊接到臂部分22之后，可以移除一个或多个卷边。例如，切割工具可以从摩擦焊接部26切断第一外部卷边90和第二外部卷边100，而另一切割工具可以从摩擦焊接部26切断第一内部卷边92和第二内部卷边102。移除第一外部卷边90和第二外部卷边100可以产生环形表面110。环形表面110可以围绕轴线40连续延伸。此外，环形表面110可以被设置成基本上平行于轴线40。
37.在至少一种构型中，环形表面110可以相对于臂部分22、主轴24或两者向外突出，或者在背离轴线40延伸的方向上突出。例如，环形表面110可以被设置成比外侧52的邻近部分(比如，第一外表面60)远离轴线40，可以被设置成比主轴外侧84的邻近部分远离轴线40，或者被设置成这两种情况。这样，摩擦焊接部26可以与臂部分22协作以产生凹部112。凹部112可以环绕臂部分22，并且可以在轴向方向上在摩擦焊接部26与第二外表面62之间延伸。在至少一种构型中，凹部112可以由摩擦焊接部26、第一外表面60和锥形表面64的至少一部分限定。
38.如图5最佳示出，移除外部卷边可能在摩擦焊接部26上产生至少一个不平坦的锯齿状边缘120。锯齿状边缘120可以环绕轴线40，并且可以设置在环形表面110的面向臂部分22的端部处。锯齿状边缘120和/或型锻标记66可以在臂部分22中在锯齿状边缘120与制动器安装凸缘70之间产生高应力集中区，此处，一个或多个疲劳裂纹可能容易产生或形成。从邻近于臂部分22和/或主轴24的表面的摩擦焊接部26移除更多材料可以消除锯齿状边缘120并产生较平滑的过渡，但也可能减小此区域的外径和壁厚，这可能降低车桥壳体组件10的强度。提供延伸焊接部28，而不是移除材料以消除锯齿状边缘120。
39.参考图6和图7，在移除外部卷边之后提供延伸焊接部28。延伸焊接部28可以通过任何合适的焊接技术或添加融合技术(该技术可以添加足够材料以形成延伸焊接部28)来提供。例如，延伸焊接部28可以通过金属惰性气体(mig)焊接来提供。
40.延伸焊接部28可以围绕臂部分22连续环绕或延伸。此外，延伸焊接部28可以不延
伸到臂部分22的内侧54，并且因此可以与臂部分空腔56间隔开。这样，延伸焊接部28可以部分地但不完全地延伸穿过臂部分22。此外，延伸焊接部28可以从摩擦焊接部26在轴向方向上在可以背离主轴24延伸的方向上延伸。例如，延伸焊接部28可以从摩擦焊接部26延伸到锥形表面64，并且可选地延伸到第二外表面62。延伸焊接部28可以部分地或完全地填充凹部112，如通过比较图5和6最佳示出。因此，延伸焊接部28可以增大臂部分22的在摩擦焊接部26与锥形表面64之间或摩擦焊接部26与第二外表面62之间的壁厚或有效壁厚。延伸焊接部28可以与环形表面110对齐，也可以不对齐。例如，在一种或多种构型中，延伸焊接部28或其一部分可以比环形表面110更远离轴线40延伸。
41.延伸焊接部28可以消耗锯齿状边缘120。这样，延伸焊接部28可以消除锯齿状边缘120，而无需采用机械加工操作来从臂部分22、主轴24或摩擦焊接部26移除材料，并且可以减少或消除臂部分22中与锯齿状边缘120相关联的应力集中，从而防止或减少相关联的疲劳裂纹。
42.参考图7，延伸焊接部28也可以部分地或完全地覆盖或封装一个或多个型锻标记66。例如，延伸焊接部28可以填充或部分地填充被配置为压痕的型锻标记，这可以增大邻近于型锻标记66的有效壁厚，并且可以降低臂部分22中与型锻标记66相关联的应力集中，从而防止或减少相关联的疲劳裂纹。
43.与没有延伸焊接部的车桥壳体组件相比，如上所述的车桥壳体组件可以具有较好的疲劳性能和提高的耐用性和预期寿命。提高的耐用性可以允许车桥壳体组件适应或承受较高的载荷。此外，可以使用现有的车桥壳体组件设计来适应较高的载荷，而不是重新设计车桥壳体组件并招致相关联的设计成本、测试成本和加工成本，并且不使用较昂贵或较重的材料。当设计新的车桥壳体组件在财务上不可行时，比如当车桥壳体组件的制造量低时，这些优势可能较显著。
44.虽然上文描述了示例性实施例，但是这些实施例并不旨在描述本发明的所有可能形式。而是，本说明书中使用的词语是说明而非限制性的词语，并且应当理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以做出各种改变。此外，可以组合各种实现的实施例的特征以形成本发明的另外实施例。