具有锁定装置的推进器轴的制作方法

本发明涉及一种具有锁定装置的推进器轴，并且更具体地，涉及以下具有锁定装置的推进器轴，该推进器轴能够通过减少碰撞期间产生的破坏载荷(collapse load)而改善在冲击时的性能。

背景技术：

通常，推进器轴布置在转换器(transfers)和车轴(axles)之间以传输驱动力。推进器轴包括管和接合件，并且具有花键结构以吸收(absorb，接收)该推进器轴长度上的变化。当推进器轴的长度增加时，轴分开以确保对于临界转数的安全系数。具体地，推进器轴包括支持分开的部分的中心轴承结构。

图1A和1B是示出推进器轴的锻造结构的示例性前视图，并且示出应用至管子以减少碰撞期间的破坏载荷的锻造结构。换言之，动力总成(powertrain)在碰撞期间被推动，并且因此花键部分100主要在轴向方向上滑动。具体地，当毂(未示出)的端部与中心轴承组件(未示出)接触并且首先完成动力总成的推动时，之后变形还会产生在锻造部分130处并且动力总成的其余推动被吸收。例如，参考标号140指的是管，并且参考标号170指的是橡胶耦接件。

通过对锻造结构的测试和分析，进行锻造结构的优化，以改善冲击时的性能，并且因此破坏载荷比现有的破坏载荷减少约20％。然而，对冲击 时性能的进一步改进受锻造结构的处理和强度的限制。例如，需要应用新的结构来取代推进器轴的当前结构。

在该部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，并且因此其可能包含不形成在本国中已由本领域普通技术人员所知的现有技术的信息。

技术实现要素：

本发明提供一种具有锁定装置的推进器轴。

在一个方面中，具有锁定装置的推进器轴可以包括用于选择地耦接外部毂和内部毂的锁定装置。推进器轴可以进一步包括碰撞期间当锁定装置由负载释放时使得具有花键部分的内部毂和外部毂之间能够侧向平移(例如，滑动或分离)的结构。另外，冲击时的性能可以通过最小化碰撞期间产生的破坏载荷来改善。

具有锁定装置的推进器轴可以包括布置在推进器轴内外部毂与内部毂重叠的部分中的锁定装置，并且该锁定装置可以安装为被闩锁至两个毂，以便将内部毂锁定至外部毂。此外，锁定装置可以通过与可滑动地耦接至内部毂的花键部分接触来操作，以解开锁定装置至外部毂的闩锁。内部毂和外部毂之间的锁定可以解锁，以使得两个毂能够用相对于彼此滑动。

具有锁定装置的推进器轴可以通过减少发生碰撞时产生的破坏载荷而改善冲击时的性能。例如，当出现车辆碰撞时，锁定装置的锁定可以被解锁，并且内部毂和外部毂可以在相对于彼此滑动时同时地彼此分开(例如，彼此分离)。可替换地，内部毂可以被插入外部毂中，同时在内部毂和外部毂之间的重叠增加。

锁定装置可以包括中空外壳，耦接在外壳内部的切换件，该切换件在由弹簧弹性地支撑时能轴向地移动。切换件可以与花键部分接触，并且多个止动件可以布置在外壳的外围上并且与切换件的外周表面接触并由切换件的外周表面支撑。此外，每个止动件可以闩锁至内部毂和外部毂的内周表面两者，并且还能够径向平移，并且环形弹簧可以在围绕止动件周围，同时支撑该止动件。

锁定装置的止动件可以包括布置在每个止动件的外表面上的多个闩锁突起，并且该锁定装置可以分别适配至布置在内部毂和外部毂的内周表面中的闩锁凹槽中。因此，两个毂相对于彼此的滑动可以受到限制。锁定装置的止动件可以通过切换件的外周表面支撑布置在该锁定装置的内周表面上的突起。另外，止动件可以在径向平移上受到限制。锁定装置的止动件可以与花键部分和切换件接触，以在切换件移动时通过环形弹簧的弹力而支撑止动件的接收在布置在切换件的外周表面中的突起插入凹槽中的突起。因此，内部毂至外部毂的闩锁可以处于解开位置。

附图说明

现在将参照附图中所示的本发明的示例性实施方式来详细描述本发明的上述及其他特征，在下文中，附图仅通过图示的方式给出，并且因此并非用于限制本发明，并且在附图中：

图1A-图1B是示出根据相关技术的典型的推进器轴中的锻造结构的示例性前视图；

图2A和图2B是示出根据本发明的示例性实施方式的锁定装置的示例性立体图；

图3是示出根据本发明的示例性实施方式的锁定装置的示例性截面图；

图4A和图4B是示出根据本发明的示例性实施方式的锁定装置的安装位置和安装状态的示例性前视图和立体图；

图5A和图5B是示出根据本发明的示例性实施方式的锁定装置的操作状态的示例性立体图和截面图；

图6A至图6D是示出根据本发明的示例性实施方式，在发生碰撞时外部毂、内部毂和锁定装置之间的连接操作关系的示例性截面图；以及

图7是示出根据本发明的示例性实施方式的锁定装置的示例性截面图。

应理解的是，附图无需按比例绘制，呈现了说明本发明的基本原理的多种特征的一定程度上简化的图示。如在本文中公开的本发明的包括诸如特定尺寸、方向、位置以及形状具体设计特征将部分地由具体预期应用和使用环境来确定。在图中，贯穿附图的几幅图，参考标号指代本发明的相同或等同的部分。

具体实施方式

在下文中，现在将详细地参考本发明的各个示例性实施方式，本发明的实例在附图中示出并且在下文中描述。尽管将结合示例性实施方式描述本发明，然而应理解的是，本说明书并不旨在将本发明限于那些示例性实施方式。相反，本发明旨在不仅涵盖示例性实施方式，而且涵盖可以包括在如由所附权利要求书限定的本发明的精神和范围内的各种改变、修改、等价物和其他实施方式。

本文所使用的术语仅是用于描述具体实施方式的目的，而非旨在限制本发明。除非上下文另有明确说明，否则如本文所用的单数形式“一个”、“一种”和“该”也旨在包括复数形式。应该进一步理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括(comprises)”和/或“包括(comprising)”规 定了阐述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但并不排除存在或附加有一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的群组。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关列出的术语的任意及全部组合。例如，为了使本发明的说明书清楚，不示出未涉及的部件，并且为了清楚起见，放大了层和区域的厚度。此外，当声明一层在另一层或基板“上”时，该层可直接地在另一层或基板上或第三层可设置在二者之间。

应当理解，本文所使用的术语“车辆(vehicle)”或者“车辆的(vehicular)”或者其他的类似术语包括广义的机动交通工具，诸如包括运动型多用途车辆(SUV)、大巴车、卡车、各种商用车辆的载客车辆，包括各种船只(boat)和船舶(ship)的水上交通工具(watercraft)，航天器等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、内燃机、插入式(plug-in，外接充电式)混合动力电动车辆、氢动力车辆、以及其他可替代的燃料车辆(例如，燃料从除石油以外的资源获得)。如本文中提及，混合动力车辆是具有两个或更多个动力源的车辆，例如，具有汽油动力和电动力的车辆。

除非特别地说明或从上下文中显而易见的，否则本文所使用的术语“约”理解为在本领域的正常公差范围内，例如在平均值的2个标准差内。“约”可理解为在所述值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％内。除非另从上下文中清晰可见，否则本文中所提供的所有数值可被术语“约”修饰。

图2A和图2B是示出根据本发明的示例性实施方式的锁定装置的示例性立体图。图3是示出根据本发明的示例性实施方式的锁定装置的示例性截面图。如在图2A、图2B和图3中示出的，锁定装置可以锁定内部毂和外部毂。锁定装置保持内部毂和外部毂之间的耦接位置(coupled position)，并且可以在碰撞期间释放内部毂和外部毂之间的耦接位置。

例如，锁定装置13可以包括中空的外壳14。外壳14可具有轴向穿透的中空柱体形状，并且可以包括可以布置在其外周表面上的多个止动件接收部分23，以便放置和接收以后描述的止动件17。每个止动件接收部分23可以是径向穿透的。另外，锁定装置13可以包括可以与花键部分接触的切换件16。

具有柱体形状的切换件16可以在前面部分处封闭在后面部分处是打开的。切换件16可以同心地安装在外壳14中，并且可以轴向地平移。切换件16可以通过可以布置在切换件16以内的弹簧15弹性地支撑。弹簧15的两端可以被支撑，一端由切换件的内部壁支撑并且另一端由外壳14的后部壁支撑，从而呈现出在向前方向上(例如，向着花键部分)推动切换件16的力(例如，致动或平移)。

多个突出闩锁件24可以在后端部分沿着切换件16的边缘周围布置。每个突出闩锁件24可以与每个止动件17的相关联的支撑突起21接合，并且可以防止切换件16在向前方向上与外壳14分开。突起插入凹槽22可以周向地布置在切换件16的外周表面上的一侧处(例如，在切换件的长度的中间部分上)。在止动件17的支撑突起21安置(例如，放置)在突起插入凹槽22以内时，止动件17可以径向平移。

另外，锁定装置13可以包括大体上锁定内部毂和外部毂的止动件17。每个止动件17可具有弧形横截面的矩形板形状。止动件17可具有多个(例如，两个)闩锁突起19a和19b，该闩锁突起在纵向方向上的前面和后面处布置在外表面上，并且其具有在径向方向上的预定的高度。

因此，止动件17的前面闩锁突起19a可以适配并闩锁至布置内部毂的内周表面以内的闩锁凹槽20a中。另外，止动件17的后面闩锁突起19b可以适配并闩锁至布置外部毂的内周表面以内的闩锁凹槽20b中。因此，内部毂和外部毂可以通过止动件17限制轴向平移运动。换言之，内部毂和外部毂可以在轴向滑动上受到限制而不会超过止动件17，并且因此可以 保持内部毂和外部毂之间的耦接状态。径向延伸的支撑突起21可以布置在每个止动件17的内周表面上。因为支撑突起21可以由切换件的外周表面支撑，所以支撑突起21会在径向平移上受到限制。

弹簧安置凹槽25可以在每个止动件17的外周表面上布置在各个前端和后端。之后描述的环形弹簧18可以分别放置在弹簧安置凹槽25处。多个止动件17均可以沿着外壳14的周缘布置并且可以安置并接收在外壳14中的止动件接收部分23内。

此外，锁定装置13可以包括环形弹簧18以弹性地支撑止动件17。每个环形弹簧18可具有在其一侧处切断的形状。环形弹簧18可以同心地布置在外壳14上，并且可以布置为同时围绕布置在外壳14的外部周围上的各个止动件17的周缘。环形弹簧18可以包括多个环形弹簧，并且在放置在弹簧安置凹槽25以内时从止动件外部抓住每个止动件17。因此，每个止动件17会经受在向内方向上的弹簧弹力并且可以通过环形弹簧18防止在径向上向外分开。例如，每个止动件17可以通过由环形弹簧18施加的弹力径向向内平移。换言之，环形弹簧18表现出将压力在向内方向上施加在每个止动件17上的弹簧力。

图4A和图4B是示出根据本发明的示例性实施方式的锁定装置的安装位置和安装状态的示例性前视图和立体图。如在图4A和图4B中示出的，通过与由带状物在中心轴承组件27处耦接至保护罩(boot)28的内部毂10重叠焊接，锁定装置13可以安装在使外部毂11耦接至管26的部分内。换言之，内部毂10的一部分可以同心地被插入外部毂11中。锁定装置13可以安装为，使得闩锁突起19a和19b的每个止动件17装配至内部毂10的闩锁凹槽20a和外部毂11的闩锁凹槽20b中，并且定位在外部毂11和内部毂10之间的边界处。

具体地，锁定装置13的切换件16的前部可以接近于可滑动地装配在内部毂10内的花键部分12。因此，外部毂11和内部毂10可以通过锁定 装置13的锁定作用被限制轴向滑动(例如，侧向平移)。例如，内部毂10可以首先压配合至外部毂11中，即内部毂10的外部花键可以以压配合的方式轴向耦接至外部毂11的内部花键。具体地，锁定装置13可以通过外部毂11的外部端部插入以被固定至该外部端部(例如，锁定装置可以在切换件由内部毂10的外部端部推动的工具等按压时插入)。当管26通过摩擦焊接结合至外部毂11时，外部毂11和内部毂10之间的耦接可以包括在其中的锁定装置13，并且可以形成管26。

图5A和图5B是示出根据本发明的示例性实施方式的锁定装置的操作的示例性立体图和截面图。如在图5A和图5B中示出的，切换件16通过弹簧15的弹力从壳体14向外突出，并且止动件17通过切换件16从壳体14径向向外突出。因此，可以保持内部毂和外部毂之间的锁定位置。在车辆碰撞期间由花键部分按压而切换件16轴向向后平移时，闩锁至切换件16的外周表面的支撑突起21可以被接收到切换件16的突起插入凹槽22中。同时，止动件17可以通过表现出在向内方向上按压止动件的力的环形弹簧18的弹力径向移位，并且进入壳体14中。因此，锁定装置13和毂之间的闩锁可以布置在解开位置并且外部毂11和内部毂10相对于彼此滑动。因此，外部毂11和内部毂10可以彼此分开。外部毂11和内部毂10的重叠继续增加，并且内部毂可以被插入外部毂中。

图6A至图6D是示出碰撞期间外部毂、内部毂和锁定装置之间的连接操作关系的示例性截面图。如在图6A至图6D中示出的，当车辆正常行驶(例如，没有错误或故障)时，外部毂、内部毂和锁定装置的基本功能(比如正常功率传输)与现有装置相似地进行，这些装置以花键方式耦接。换言之，当车辆正常行驶时由于动力总成和传动线的运动产生的推进器轴的轴向长度的变化通过内部毂10的内部花键部分12和传动轴(yoke shaft)的外部花键部分之间的滑动吸收。

具体地，锁定装置可以以锁定状态固定，以防止外部毂11的内部花键和内部毂10的外部花键之间的轴向平移。当锁定装置布置在锁定位置 时，止动件17从壳体14向外突出。止动件17的闩锁突起可以被插入布置在外部毂11和内部毂10中的闩锁凹槽中，并且外部毂11和内部毂10可以被固定为防止相对于彼此移动。换言之，当车辆正常行驶时，外部毂和内部毂的花键可以通过锁定装置的锁定位置被固定以防止运动。此外，在碰撞期间花键可以滑动(例如，花键可以被按压和组配以减少侧隙(backlash))。

此外，当出现车辆碰撞时，动力总成可能转移并且传动轴和内部毂10之间的花键部分12在正常范围以外滑动。例如，传动轴的端部，(例如，花键部分12的端部)与切换件16接触。因此，锁定装置的锁定位置可以分离并解锁。当锁定装置的锁定位置解锁时，外部毂11和内部毂10之间的固定位置可以被释放。具体地，由于碰撞载荷，外部毂11和内部毂10之间的花键部分可以滑动，从而彼此分开。外部毂和内部毂的重叠继续增加，内部毂可以被插入外部毂中。因此，在碰撞期间不会产生由于传统推进器轴的显著破坏载荷而导致的阻力。因此，冲击时的性能可以通过减少破坏载荷来改善并且可以改善碰撞期间乘客的安全性。

图7是示出根据本发明的另一示例性实施方式的锁定装置的示例性截面图。如在图7中示出的，示例性实施方式示出具有锁定装置13的实例，该锁定装置使用外壳固定结构整体耦接至内部毂10。换言之，锁定装置13的外壳14可具有可以轴向穿透的中空柱体形状。外壳14可以包括布置在其外周表面上的多个止动件接收部分23(参见图2A和图2B)，以安置和接收止动件17，并且每个止动件接收部分23可以是径向穿透的。

外壳14可具有布置在其外周表面上(例如，在止动件接收部分23之间的外周表面上)的螺纹部分29a。螺纹部分29a可以固定至布置在内部毂10的内周表面上的螺纹部分29b。因此，当外壳14的螺纹部分29a固定至内部毂10的螺纹部分29b时，锁定装置13可以整体耦接至内部毂10的内侧和前侧。

另外，锁定装置13可以包括可以接触花键部分的切换件16。因为示例性实施方式的切换件16的结构和操作与以上提及的实施方式的切换件相同，所以将省去对其详细说明。此外，锁定装置13可以包括锁定内部毂和外部毂的止动件17。每个止动件17可具有弧形横截面的矩形板形状。止动件17可具有布置在其外表面上的一个闩锁突起19b，并且在其径向方向上可具有预定高度。因此，闩锁突起19b可以放置在止动件17的后部，并且可以装配并闩锁至布置在外部毂的内周表面内的闩锁凹槽20a中。因此，内部毂和外部毂可以通过止动件17而限制轴向平移。换言之，内部毂和外部毂可以通过止动件17而限制轴向滑动，并且因此可以保持内部毂和外部毂之间的耦接状态。

可以径向延伸的支撑突起21可以布置在每个止动件17的内周表面上。因为支撑突起21可以由切换件的外周表面支撑，所以支撑突起21会在径向平移上受到限制。弹簧安置凹槽25可以在每个止动件17的外周表面上布置相应的前端处和后端处。以后描述的环形弹簧18可以分别放置在弹簧安置凹槽25处。多个止动件17均可以沿着外壳14的周缘布置并且可以安置并接收在外壳14中的止动件接收部分23内。另外，锁定装置13可以包括环形弹簧18以弹性地支撑止动件17。因为本实施方式的环形弹簧18与以上提及的实施方式的那些相似，所以将省去对其详细说明。

当车辆正常行驶时，外部毂、内部毂和锁定装置的基本功能(诸如正常功率传输)与现有的设备的那些相似地进行，因为它们都以花键方式耦接。换言之，当车辆正常行驶时由于动力总成和传动线的运动产生的推进器轴的轴向长度的变化通过内部毂10的内部花键部分12和传动轴的外部花键部分之间的滑动吸收。换言之，锁定装置固定在锁定位置中以防止外部毂11的内部花键和内部毂10的外部花键之间的滑动(例如，轴向移动，平移)。

当锁定装置处于锁定位置时，布置在内部毂10的侧面处的止动件17从外壳14向外突出。止动件17的外部闩锁突起可以被插入布置在外部毂 11中的闩锁凹槽的内部中。因此，外部毂11和内部毂10可以被固定为防止相对于彼此移动。换言之，当车辆正常行驶时外部毂和内部毂的花键可以被固定为防止在锁定装置的锁定位置中移动，并且花键的移动在碰撞期间可以被限至(例如，花键被按压并组配以减少侧隙)。

此外，当出现车辆碰撞时，动力总成会转移并且传动轴和内部毂10之间的花键部分12会滑动超出正常范围，并且传动轴的端部(例如，花键部分12的端部)接触切换件16。因此，锁定装置的锁定位置可以分离(例如，解锁)。当锁定装置的锁定位置分离时，外部毂11和内部毂10之间的固定位置会被释放，并且外部毂11和内部毂10之间的花键部分会由于碰撞荷载而滑动，从而分开。外部毂和内部毂的重叠会继续增加，并且内部毂会被插入外部毂中。因此，在碰撞期间不会产生由于传统推进器轴的显著破坏载荷而导致的阻力。因此，冲击时的性能可以通过减少破坏载荷来改善并且可以确保出现车辆碰撞时乘客的安全性。

根据本发明的示例性实施方式的具有锁定装置的推进器轴具有以下优点。首先，因为推进器轴的长度的变化，碰撞载荷可以在碰撞期间两次被吸收，所以破坏载荷可以减少。换言之，当由于外部毂和内部毂之间的花键按压部分的摩擦力产生破坏载荷时，它们的花键可以被按压并组配以减少侧隙。因为破坏载荷不会由锁定装置另外产生，所以可以改善在现有技术中受限的锻造结构。

其次，示例性实施方式具有的结构的推进器轴基本功能在锁定装置的切换件与花键部分接触之前可以同等地进行。此外，当诸如出现碰撞的异常状态时操作为切换件与花键部分接触。因此，可以防止质量偏差并且可以实现高质量。当现有的锻造结构变形，卡簧分开，或者销被破坏时，破坏载荷会基于碰撞条件显著偏离。本发明另外包括锁定装置，该锁定装置能够在没有对现有的系统显著调整的情况下使用。当出现车辆碰撞时，因为推进器轴的显著破坏载荷起到阻力的作用，所以冲击降低。然而，通过 使用本发明，碰撞期间冲击时的性能可以通过减少阻力来改善，并且因此增加乘客的安全性。

已参照示例性实施方式对本发明作了详细描述。然而，本领域技术人员应当认识到的是，在不背离由所附权利要求及其等同物限定的本发明原理和精神的情况下，可对这些示例性实施方式做出改变。