阅读说明：本技术 例如用于车轴/悬挂系统的重载连接 (Heavy-duty connection, for example for axle/suspension systems ) 是由 S·马肯 S·巴布 N·威尔逊 于 2018-10-23 设计创作，主要内容包括：通过将连接器套筒(2)装配到车轴上,并使组件经受压接操作,将诸如车轴轴颈或悬挂梁(3)的车辆部件连接到管状车轴(1),在压接操作中,通过在连接区域(11、12)处在连接器套筒和车轴壁中的凹进形成多个凹陷(206、2018),以将连接器套筒固定在管状车轴上。在所描述的提议中,在压接之前,在连接区域处在连接器套筒(2)与车轴(1)之间施加固体润滑剂(4),例如二硫化钼。然后,另一个车辆部件(3)通过焊接而连接到连接器套筒(2)。(A vehicle component, such as an axle spindle or suspension beam (3), is connected to a tubular axle (1) by fitting a connector sleeve (2) onto the axle and subjecting the assembly to a crimping operation in which a plurality of recesses (206, 2018) are formed by recesses in the connector sleeve and the axle wall at connecting regions (11, 12) to secure the connector sleeve on the tubular axle. In the described proposal, a solid lubricant (4), for example molybdenum disulfide, is applied between the connector sleeve (2) and the axle (1) at the connection region before crimping. Then, the other vehicle component (3) is connected to the connector sleeve (2) by welding.)

例如用于车轴/悬挂系统的重载连接

技术领域

本发明涉及用于连接重载金属部件的方法，特别是其中，中空内部部件如车轴管在其外表面处连接到另一部件(例如，悬挂梁或其他部件)，尤其是通过套筒形外部部件连接。使用该方法制造的连接组件是我们提议的一个方面。

背景技术

在由Hendrickson USA,L.L.C.提交的WO2012/044802(对应于US8454040和EP2621737等等)中，描述了一种用于将车轴管连接到悬挂梁的方法，该方法不像常规方法那样通过直接焊接，而是通过装配在车轴周围的分立外套筒部件的介入。为了进行连接，套筒部件以紧密配合的方式在车轴管上滑动，然后组件经受压接或型锻操作，以在两个部件中同时形成一组永久凹进部或凹陷，套筒部件理想地比车轴壁经受更大的塑性变形。理想的是，围绕车轴管形成一系列这样的凹陷或者这样的凹陷的阵列。凹陷的形成产生了强有力的机械互锁，同时车轴管壁的更大弹性恢复迫使其在凹陷的位置抵靠套筒内侧偏压，形成永久强有力的接合，得到没有游隙的刚性接头。相关联的外部悬挂部件随后焊接到套筒上，而不是直接焊接到车轴上，从而可以使用壁厚相对较薄(因此重量较轻)的车轴，同时发现所得连接具有良好的强度和刚性。提出了一种类似的方法，用于将梁连接到悬挂横支架(例如，见US9079467B)，并将制动组件安装到车轴上。

发明内容

本文的目的是提供所述类型的新的和有用的连接方法，以及重载连接的组件，例如车轴/悬挂组件及其子组件，其可以具有改进的疲劳强度和/或产品寿命。在重载车辆(卡车、货车、半挂车等等)的车轴/悬挂组件中的使用是优选的应用领域。

在第一方面，本发明提供了一种用于将内部金属部件连接到外部金属部件的方法。内部部件具有壁，该壁优选地限定内腔，并且在优选实施例中内部部件是管状部件，尤其是圆柱形管状部件。它可以是车轴/悬挂部件，例如用于重载车辆的车轴/悬挂部件。它可以是车轴、横支架或类似物。外部部件形成有与内部部件壁的外部连接表面互补的壁，并且优选地包括装配在内部部件的外部连接表面上和/或周围的管或部分管或由装配在内部部件的外部连接表面上和/或周围的管或部分管组成。外部部件理想地构成中间构造，内部部件通过该中间构造连接到另一部件或结构。另一部件或结构可以是例如车辆悬挂中的悬挂部件，例如重载车辆车轴/悬挂系统中的梁、弹簧梁、车轴座、制动系统、车轴轴颈或类似物。然而，本发明可以用于其他技术领域。具体而言，可以设想，通过本方法将外部部件连接到内部部件可以替代通过焊接或者通过诸如螺栓等等穿透紧固件将另一部件或结构连接到内部部件。虽然外部部件可以包括在这样的其他部件或结构中，但是我们优选外部部件是分立的，至少在将外部部件连接到内部部件时是分立的。这使得能够使用简单形式的外部部件，例如易于操纵的套筒或部分套筒。

在该连接方法中，内部部件和外部部件装配在一起，并且通过凹进在该内部部件和外部部件中形成一个或多个凹陷，理想地是同时地，且理想地是向内定向(使得外部部件的外表面凹进并且内部部件的内表面向内突出)，每个相应的凹陷在内部部件与外部部件之间具有配合接合，以通过机械互锁将它们连接在一起。理想的是，形成多个这样的凹进部/凹陷，例如以分布在部件周围的阵列形成，如上述专利文献中所描述。

根据本发明，在形成凹陷的连接区域处，在内部部件与外部部件之间提供润滑剂，使得润滑剂存在于两个部件的凹进壁部分之间。优选地，为每个或所有凹陷提供这种润滑剂，例如全都围绕所述部件。取决于部件的形状以及润滑剂的稠度和粘附力，润滑剂可以在连接区域处预先施加到内部部件的外表面或外部部件的内表面，或者既施加到内部部件的外表面也施加到外部部件的内表面。

在该过程的另一个阶段，典型地将另一个部件或结构附接到外部部件，并且优选地，该附接使用焊接。其他部件或结构可以是上述类型中的任何类型。

本发明的第二方面是通过所描述方法获得或可获得的内部部件和外部部件的连接组件，具有所述一个或多个凹陷，且润滑剂存在于内部部件与外部部件之间的界面处一个或多个所述凹陷处，并且优选还包括例如通过焊接而连接到外部部件的所述其他结构或部件。

如上文所提到的，一般地优选的是，外部部件比内部部件具有更多的塑性变形，从而通过在凹进区域处的不同弹性恢复，使内部部件的壁被迫与外部部件的壁接触。理想地，部件是由钢制成的。外部部件可以是由比内部部件更低级或更低的碳钢制成。

优选地，润滑剂是固体润滑化合物或包括固体润滑化合物。可以使用已知的固体润滑剂，优选地使用无机化合物，例如二硫化钼、石墨、氮化硼(h-BN)、二硫化钨或类似物。固体润滑剂的典型特征是相对固定地粘附在两个金属表面中的一个处，随后承受它们之间的高载荷而不发生位移。适当选择的固体润滑剂可以提供的另一个特征是，它们能够承受高工作温度，尤其是在一般静态的情况下，例如在固定的连接接头中。这对于在连接接头附近进行焊接的部件来说很重要，因为这种焊接容易使常规的润滑剂如肥皂/油基润滑脂降解。然而，润滑脂或润滑脂型组合物、糊状物或其它流体形式可以方便地用作固体润滑剂施加的载体。即使在润滑剂组合物的其它组分可能已经分散或降解之后，固体润滑剂也可以保持就位并发挥其功能。这种组合物也可以以可喷涂的形式获得，并且可以方便地使用该组合物。润滑剂的施加方法可以根据例如润滑剂的类型、稠度和粘合度(或载体组合物的类型、稠度和粘合度)以及要施加润滑剂的一个或多个部件表面的材料、尺寸、形状等等来选择。刷涂和喷涂往往是合适的方法。

对于本发明，含二硫化钼的润滑剂组合物是特别优选的。在至少700℃或至少800℃的温度下在静态载荷条件下能够保持成膜的润滑剂是优选的。实际上，在连接区域可能出现400℃或更高的温度，并且需要由润滑剂承受，而润滑剂不会失去其抗微动的能力。

本发明的基本构思源于本发明人对如上述现有技术文件中所描述的生产的重载连接车轴-梁接头的研究。这些连接一般地被发现具有良好的性能和令人满意的耐用性，但我们一直在寻找可能的改进。在检查现有技术类型的样本连接时，我们偶然发现在内部部件与外部部件之间在凹陷接触区域处的微动痕迹。这是预料之外的，因为部件看起来是完全固定的，但是调查研究揭示了与微动相关联的磨损类型的一些区域，也就是说接触表面的重复相对运动，尽管幅度很小。当然，在实际的凹进过程(压接或型锻)中，部件相对于彼此存在初始的强制摩擦移动。相对于没有润滑剂的已知方法，发现提议使用润滑剂降低了这种摩擦的绝对水平和变化范围两者。还可以设想，在所连接的部件的使用过程中，例如在重载车辆的悬挂系统中，它们受到强制振动，产生微小但强有力的重复移动，这可能导致微动类型的损坏。由于微动最终可能与腐蚀和断裂引发有关，因此通过显著减少任何这种微动，还可以提高这样连接的部件的可靠寿命和抗疲劳性。通过试验，我们发现这确实是通过在连接区域处的部件之间引入润滑剂来实现的。

因此，在我们的提议的一个优选方面中，一种将车辆部件连接到管状车轴的方法包括：将连接器套筒装配到车轴上或围绕车轴装配，其中固体润滑剂在连接区域处插置在连接器套筒与车轴之间，并且使组件经受压接操作，在压接操作中，通过在连接区域处在连接器套筒和管状车轴的壁中的凹进形成多个凹陷，以将连接器套筒固定在管状车轴上。另一车辆部件，例如悬挂部件、制动组件或车轴轴颈，优选在连接器套筒压接到车轴管上之后，并且优选通过包括焊接或由焊接组成的方式连接到连接器套筒。替代地，另一车辆部件可以在连接器套筒压接到车轴管上之前连接到连接器套筒，或者可以与连接器套筒一体形成。套筒可以是完整的套筒或不完全围绕车轴的部分套筒。

另一个方面是车轴管组件，该车轴管组件包括压接式连接器套筒，其中润滑剂在连接区域处存在于连接器套筒与车轴管之间。另一方面是车轴组件，该车轴组件另外包括另一车辆部件，例如悬挂部件，例如如上所提及的那样，通过连接器套筒或由连接器套筒连接到车轴。优选地，在连接器套筒与车轴管之间的机械连接仅通过凹陷处的相互接合来实现。

理想的是，除了形成凹陷之外，压接过程一般地型锻或减小外部部件(套筒)的尺寸，使得其内表面抵靠内部部件(车轴管)的外表面大致紧密接触。一般地，为了便于预组装，尤其是在有润滑剂的情况下，部件在压接之前具有松装配。相反，压接后的紧密装配有助于将水和其他流体保持在润滑剂所在的界面之外，从而即使在环境中存在液体时，例如在涂刷过程中或在其他潮湿条件下，润滑剂也可以基本保持就位，而不会被污染或洗出。在实践中，套筒的压接本身一般足够地且有效地在外部部件与内部部件之间提供这种水密性。

如果希望，可以设置在外部部件与内部部件之间起作用的密封元件，以形成边界，从而将润滑剂保持在需要其作用的连接区域处，和/或将污染物或水保持在连接区域之外。这种密封可以通过在将部件组装在一起之后，在形成凹陷之前或之后，典型地在/沿着覆盖内部部件的外部部件或套筒的边缘，将密封剂组合物施加到部件上来提供。这可有助于保持润滑剂存在于边缘区域附近，在边缘区域附近原本可能由于边缘与内部部件接触而导致微动。附加地或替代地，内部部件和外部部件中的一者或两者可以具有保持构造，例如唇部或边条等构造，以在部件装配在一起时抑制润滑剂组合物从连接区域逸出。

另一种选项是，覆盖在内部部件的向外表面上的外部部件或套筒的边缘(尤其是在内部部件的向外表面延伸出来超过该边缘的情况下)具有向内定向的边缘表面部分，该边缘表面部分成角度远离向外表面，例如作为外部部件的向内边缘的倒角或扩大的半径，以在固定或压接条件下在内部部件与外部部件表面之间提供一些间隙，例如径向间隙。这降低了正常直角边缘可能出现微动接合的可能性。

这种间隙还可以构成沿着边缘延伸的被覆盖的凹槽，例如如上所提议，密封件或密封剂可以方便地定位在该凹槽中。外部部件边缘的外伸部有助于定位密封件/密封剂，并在部件的后续使用过程中(例如，在车辆上)保护密封件/密封剂。

我们提议的其他方面在权利要求中陈述。

附图说明

现在参照附图描述本发明的示例，其中:

图1是根据我们的提议装配有连接器套筒的重载车辆车轴(卡车车轴)的透视图；

图2示出了在装配套筒之前的车轴管；

图3和图4是分别在压接操作之前和之后装配有套筒的车轴的端视图；

图5是示出了重载车辆(卡车)悬挂组件的一部分的透视图，该悬挂组件并入了体现我们的提议的车轴，并且示出了连接区域处的横截面；

图6是连接区域处的类似横截面的放大视图；

图7是连接区域处的纵向轴向截面图，示出了连接器套筒的边缘成形；以及

图8示出了连接器套筒边缘处的密封件的细节。

具体实施方式

图1示出了装配有四个连接器套筒2的管状钢制卡车车轴1。车轴管1末端处的连接器套筒2用于连接车轴轴颈(未示出)。与车轴管的端部间隔开的是两个另外的连接器套筒2，其用于焊接连接到相应的悬挂部件，例如臂、连杆、弹簧或梁构件，车轴通过这些悬挂部件连接到车辆框架，一般地通过框架吊架或类似物处的枢轴，以构成悬挂系统。重载悬挂组件和悬挂系统的这些一般特征是众所周知的。

在这些实施例中，车轴管1和连接器套筒2构成了本公开的通用术语中的内部部件和外部部件的实施例。

图2示出了在装配套筒之前的车轴管1，并且指示了连接区域，具体地说是在管的端部处的第一和第二轴颈连接区域12以及从第一和第二轴颈连接区域12向内间隔开的第一和第二梁连接区域11。车轴的较长中央区域10在它们之间延伸。

图2(通过阴影)示出了在连接区域11、12处施加到车轴管外表面101的润滑剂组合物4，该润滑剂组合物为包含二硫化钼固体润滑剂的抗微动糊状物的形式。可以例如通过喷丸、清洁或类似手段对外管表面进行清洁和良好粘附的准备，尤其是去掉可能是研磨性的小颗粒。润滑剂糊状物可以通过刷涂来施加，或者润滑剂可以以更具流动性的配方通过喷涂来施加。这些润滑剂类型提供非常低的摩擦，并具有耐高压性和高达约800℃的耐高温性。本领域技术人员会意识到其它含二硫化钼的组合物，以及可以替代使用的其它类型的固体润滑剂组合物。

钢制的连接器套筒2通过压接过程装配在连接区域11、12处，一般地如WO2012/044802中所描述。套筒装配在车轴管周围，具有微小的径向间隙，使得所施加的润滑剂不会明显移位。在典型的示例中，车轴管1的外径可以是100-150毫米，壁厚可以是5-10毫米。连接器套筒2的厚度可以是例如5-10毫米。套筒内径与管外径之间的初始装配间隙可以是例如径向1-5毫米(即，在同心情况下考虑)。连接器套筒可以是连续套筒或焊接套筒；焊缝21在图3中示出。

如在WO2012/044802中所描述，该预组装件在适当的设备中经受压接和型锻过程，该设备具有模具组，所述模具组被选择用于使部件壁凹进，并且在每个套筒处围绕车轴管组件产生一系列周向和纵向局部化的凹进部或凹陷，如图1所示。图4通过端视图示出了两个部件的壁的显著凹进部，以及通过型锻效应消除了部件之间的初始间隙。

在这种变形过程中，抗微动糊状物4用于减少压接操作过程中内部部件与外部部件之间的摩擦和可能的微动。连接器套筒2的材料是比车轴管1更低的碳钢，并且在压接操作期间经受更多的塑性变形，使得在部件弹性恢复之后，车轴管凹陷208的凹入外表面被强制向外推动以与相应套筒凹陷206的凸出内表面接触(见图6)，从而在连接器套筒2与车轴管1之间产生完全刚性的连接。所示实施例具有分布在管周围的八个凹陷。数量没有严格限制，可以是例如2至10个，并且可以根据部件的尺寸和形状来选择，以提供必要的安全程度。

图5示出了与连接器套筒2装配在一起的车轴管1如何连接到悬挂部件，该悬挂部件在此实例中是拖臂的梁3，以在悬挂系统的一侧形成悬挂组件214。在该实施例中，梁3构成了本文使用的通用术语中的“另一部件”。

图示的梁3具有中空的制造形式。通道形式构件构成梁的顶壁和侧壁266，沿着侧壁266的底边缘焊接的底板263完成该结构。该梁具有前端220和后端226，前端220带有用于枢转连接到框架的套管242，后端226突出到车轴位置后方，空气弹簧可以安装在这里。两个侧壁266具有对准的圆形开口209，该开口的尺寸和间隔设置成接纳车轴组件的单个连接器套筒2。通过在连接器套筒2与梁3的每个侧壁266之间的开口周围形成圆形焊缝CW来完成组装。实现了仅焊接连接的便利性，但不用直接焊接到车轴上。通过避免直接焊接到车轴上，可以避免或减少局部应力升高，并提高耐用性和寿命。此外，在套筒与车轴之间的连接区域中选定的固体润滑剂能够承受在附近焊接期间在该位置的环境，该环境典型地可能上升到约500℃。

由于润滑剂的膜随后被保持在车轴管1和连接器套筒2的接触表面之间，因此即使在包括振动的使用条件下，在这些区域也抑制了微动和腐蚀，并且可以预期平均寿命的提高。压接接触在接头上足够紧密且均匀，以在一般操作中防水并保护润滑区域。

图7示出了连接器套筒2的边缘22处的优选结构。这里，一个套筒边缘22覆盖在车轴管1端部的相应边缘10上，另一个套筒边缘22覆盖在车轴管的外表面101上，该外表面延伸出来超过连接器套筒2。在每个边缘22处，原始的“方形”内边缘拐角被往回加工成扩大的半径或倒角，形成向内定向的边缘表面部分23，该边缘表面部分与外车轴表面101成角度并间隔开，并且在它们之间限定了会聚凹槽5。连接器套筒2的末端则呈现圆化且平缓成角度的表面，以最小化这种摩擦损坏的可能性，该末端在载荷下变形期间可能倾向于与车轴表面101发生摩擦或微动接合。

此外，凹槽5可用于帮助在含润滑剂的连接区域周围形成预防性外部密封。图8以局部剖视图的形式示出了诸如聚氨酯或硅树脂密封剂的密封剂如何能够被施加在凹槽5中的边缘22周围以形成密封边条(seal bead)6。套筒边缘22在凹槽5上的外伸部有助于保护密封边条6在轴的后续使用过程中免于损坏。

应当理解，不仅悬挂梁，而且其他种类的另一部件，例如制动系统元件或车轴轴颈，也可以以类似的方式固定到车轴上。