专利名称：动力传动轴的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种动力传动轴，特别是涉及一种与等速万向节连接的用于扭力传送的动力传动轴。
背景技术：
动力传动轴与等速万向节广泛应用于汽车工业和工业机械等。这种动力传动轴通常通过一个锯齿结构或花键与一个配合件(轮毂)周向联接，以便将转矩传送给配合件。具有锯齿结构或花键的传动轴由中碳钢或低合金钢制成，为了增加其强度，需要采取表面硬化处理或热调制等热处理手段，具体来说就是根据其塑性和机械可加工性选择采用感应淬火、渗碳淬火、渗氮处理等处理手段。日本专利公开号3194093公开了一种通过热处理提高传动轴强度的工艺，对传动轴类机械部件使用感应淬火和渗碳淬火，使硬化的有效深度与部件直径的比达到0.4～0.8。
根据上述公开文献中所述，经过该种热处理的部件的用于扭力传送的锯齿部和具有非锯齿结构(如花键)柱状表面的平滑部没有明显区别。可以认为这是由于这两部分的热处理是在相同条件下同时进行的，因此硬化的深度也基本相同。
近年来，随着对全球环境问题的社会关注日益加深，对汽车工业在排放控制和提高燃效方面的要求越来越严格。为了顺应这一趋势，对于重量更轻、强度更好的动力传动轴的要求也越来越高。在这种背景下，上述公开文献中的发明就不能够完全满足要求。
由此可见，上述现有的动力传动轴仍存在有诸多的缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决动力传动轴存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切的结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。
有鉴于上述现有的动力传动轴存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，积极加以研究创新，以期创设一种新型的动力传动轴，能够改进一般现有的动力传动轴，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有的动力传动轴存在的缺陷，而提供一种新的动力传动轴，所要解决的技术问题是使其能够提高具有用于扭力传送的锯齿结构的动力传动轴的强度，提高其疲劳强度，从而更加适于实用。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种动力传动轴，联接到等速万向节的内接头件或外接头件，其包括一具有柱状外周表面的平滑部和一用于扭力传送的锯齿部，该用于扭力传送的锯齿部一端具有一切口部，其中，所述平滑部和所述用于扭力传送的锯齿部分别进行感应淬火，并且所述平滑部的硬化比设定为不同于所述用于扭力传送的锯齿部的硬化比，从而使所述平滑部的疲劳强度等于或大于所述用于扭力传送的锯齿部的疲劳强度。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的动力传动轴，其中所述的平滑部的硬化比不小于0.40但同时不大于0.70。
前述的动力传动轴，其中所述的用于扭力传送的锯齿部的硬化比不小于0.20但同时不大于0.60。
前述的动力传动轴，其中所述的平滑部和所述用于扭力传送的锯齿部采用喷丸处理。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，为了达到前述发明目的，本发明的主要技术内容如下本发明提供一种与等速万向节的内接头件或外接头件联接的动力传动轴，并且所述动力传动轴包括一具有柱状外周表面的平滑部和一用于扭力传送的并在端部具有一切口部的用于扭力传送的锯齿部，所述平滑部和所述用于扭力传送的锯齿部分别进行感应淬火，并将所述平滑部的硬化比值设置为与所述用于扭力传送的锯齿部的硬化比值不相同，使平滑部的疲劳强度等于或大于所述用于扭力传送的锯齿部的疲劳强度。
这里所述的动力传动轴是指与一等速万向节的内接头件或外接头件相联接的轴件。所述用于扭力传送的锯齿部上具有沿径向形成并在周向上对齐的槽口，这些槽口通过与传动轴外周配合的配合件(轮毂)上槽口的啮合将扭力传送到该配合件，正如典型的花键或锯齿结构。用于扭力传送的锯齿部的端部指定为形成于传动轴一端的锯齿部的传动轴另一侧的端部。还有，请参阅图2所示，所谓“切口部”是指在用于扭力传送的锯齿部A1，A2中包括一个较小直径部11和较大直径部12，较小直径部11的直径沿径向扩大，在锯齿部的端部与传动轴4的外周表面4a会合，同时较小直径部11与较大直径部12也在此处会合。
请参阅图4所示，显示了本发明人为了建立硬化深度与疲劳强度之的关系而进行的疲劳试验(完全反向扭矩下的疲劳试验)的试验结果。水平轴代表硬化比(硬化深度a/半径r)，纵轴代表相对于参考强度1的强度比，参考强度对应的硬化比为0.35，是根据300,000次重复后获得的最大剪切应力。图4中的圆形点代表平滑部的数据，方形点代表用于扭力传送的锯齿部的的数据。在此，对于用于扭力传送的锯齿部来说，上式中的“硬化深度”就是指锯齿结构的较小直径部分的值，“半径”就是锯齿结构的较小直径部分的半径。
首先请参照图4看平滑部，很明显强度比对应于硬化比呈现出向上突起的特征(图中实线)，疲劳峰值大致出现在硬化比为0.5-0.6的位置，面硬化由此不论增大或降低疲劳强度都会下降。与此相对照的是，在用于扭力传送的锯齿部中，尽管同样呈现出向上突起的特征(图中虚线)，其疲劳峰值大致出现在硬化比为0.3的位置，但是峰值两侧疲劳强度的降低要比平滑部缓慢得多。由此可知，平滑部的疲劳强度较用于扭力传送的锯齿部而言更依赖于硬化深度。还有，通过在相同硬化比下对平滑部和用于扭力传送的锯齿部的疲劳强度进行比较，证实了当硬化比较低时用于扭力传送的锯齿部的疲劳强度要优于平滑部，而当硬化比较高时平滑部的疲劳强度要优于用于扭力传送的锯齿部。
由上述发现可以理解将平滑部的硬度比设置为使其疲劳强度至少等于或大于变化较小的用于扭力传送的锯齿部的硬度比，就可以确保整修传动轴具有较高的疲劳强度。这样，将平滑部的硬化比设置为一个与用于扭力传送的锯齿部的硬化比不同的值就会确保平滑部和用于扭力传送的锯齿部的疲劳强度都达到峰值，从而增加整修传动轴的疲劳强度。
请参阅图4所示，当平滑部的硬化比为0.40或更高时，其疲劳强度就会超过某一实际适用值(强度比大约为0.85)。另一方面，当平滑部的硬化比超过0.70时，平滑部的疲劳强度就会降到了允许范围之外。因此，理想的是将平滑部的硬化比设定为等于或高于0.40(更好的是等于或高于0.45)但等于或低于0.70(更好的是等于或低于0.65)。
还有，理想的是将用于扭力传送的锯齿部的硬化比设定为等于或高于0.20(更好的是等于或高于0.30)但等于或低于0.60(更好的是等于或低于0.57)。这是因为当硬化比低于0.20时就不能得到稳定的硬化效果，而当硬化比超过0.60时，用于扭力传送的锯齿部的疲劳强度会急剧下降。
还有，对用于扭力传送的锯齿部和光滑部进行喷丸处理会增加其表面压缩残余应力，从而进一步增强疲劳强度。这样，较好的是进行两次或更多次(两次为佳)的喷丸处理，以获得更好的压缩残余应力。
借由上述技术方案，本发明至少具有下列优点本发明动力传动轴由于可以保证光滑部和用于扭力传送的锯齿部的最大疲劳强度，可以提高整个传动轴的疲劳强度。
综上所述，本发明特殊结构的动力传动轴，其能够提高具有用于扭力传送的锯齿结构的动力传动轴的强度，提高其疲劳强度。其具有上述诸多的优点及实用价值，并在同类产品中未见有类似的结构设计公开发表或使用而确属创新，其不论在结构上或功能上皆有较大的改进，在技术上有较大的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的动力传动轴具有增进的多项功效，从而更加适于实用，而具有产业的广泛利用价值，诚为一新颖、进步、实用的新设计。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
图1是一传动轴的截面图。
图2是显示用于扭力传送的锯齿部的端部结构的局部放大图。
图3是压入配合式传动轴的侧视图。
图4是显示用于扭力传送的锯齿部和平滑部相对于不硬化比值的疲劳试验结果的线形图。
1传动轴 2等速万向节21外接头件 22内接头件23扭力传送件 24内罩3等速万向节 31外接头件32内接头件 33扭力传送件34内罩 4中间轴40传动轴 41凸缘部4a外周表面A、A1、A2锯齿部B、B1、B2平滑部具体实施方式
以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的动力传动轴其具体实施方式
、结构、特征及其功效，详细说明如后。
请参阅图1所示，是汽车传动轴的截面图，在传动轴两端相应位置分别设有一滑动式等速万向节2和一固定式等速万向节3，传动1通过它与驱动系统连接。对于图1所示的传动轴来说，在该传动轴上汽车宽度方向上的中心侧部(内侧)借助一三脚式等速万向节2与一差速装置(图中未示)连接，同时在汽车宽度方向的一外侧部(外侧)借助一球笼式(Rzeppa type)等速万向节与一轮轴(图中未示出)连接。传动轴1的两端可以分别设置不同类型的等速万向节，而不仅限于图1中所示的等速万向节2、3。
等速万向节2、3的基本结构包括杯形外接头件21，31和设置于该外接头件内部的内接头件22、32，以及用来传送外接头件21、31和内接头件22、32之间扭力的扭力传送件23、33。在位于内侧的三脚式等速万向节中，设置有作为扭力传送件23的滚珠，同时在位于外侧的球笼式等速万向节中，设置有作为扭力传送件33的滚珠。实心中中间轴4的两端分别与内接头件22、32的内周表面锯齿配合，从而借助该锯齿配合部在等速万向节2和3之间进行扭力传送。
请参阅图2所示，是显示用于扭力传送的锯齿部的端部结构的局部放大图。中间轴4的两端分别设置有用于扭力传送的锯齿部A1、A2。位于内侧的用于扭力传送的锯齿部A1沿轴向设置有锯齿形结构，较小直径部11的端部直径在该锯齿部较小直径部11和的较大直径部12之外沿形成弧形断面的方向增大，直至与传动轴40的外周表面4a会合。较小直径部11端部的扩展表面13(切口部)可以是圆柱形或球形。位于外侧的用于扭力传送的锯齿部A2的结构与位于内侧的用于扭力传送的锯齿部A1的结构相同。
中间轴4上设有柱状外周表面的平滑部并沿轴向划分为若干区域。其中直径最小的平滑部B1、B2(以下简称为平滑部)分别位于中间轴的两端和等速万向节2、3的内罩2 4、34。光滑部B1、B2相对于其相应的邻近用于扭力传送的锯齿部A1、A2的直径比(光滑部外径/用于扭力传送的锯齿部较小直径)被设定在0.95～1.05的范围内。
在制造传动轴1的过程中，对碳钢进行锻造，如JIS标准S40C和S45C，并在对用于扭力传送的锯齿部A1、A2进行冷轧或冷压等压力加工后，对传动轴整体进行感应淬火。感应淬火最好是进行两次，这样能够对核心部分充分产生热效应，从而形成双相位结构的铁素体和马氏体，尽管如果采取适当措施即使进行一次淬火也能够形成这种双相位结构，例如使用相对较低的频率、延长加热时间、加热后延长冷却时间(延迟时间)等。
考虑到平滑部的疲劳强度由于硬化深度不同而变化很大这一特性，平滑部B1、B2淬火后的硬化比设定为平滑部B1的疲劳强度不小于其邻近的用于扭力传送的锯齿部A1的前述疲劳强度(同样，平滑部B2的疲劳强度不小于用于扭力传送的锯齿部A2的疲劳强度)。具体来说，较好的是将平滑部B1和B2的硬化比设定为0.40或更高(更好的是设定为0.45或更高)，但同时等于或低于0.70(更好的是等于或低于0.65)，并且用于扭力传送的锯齿部的A1和A2的硬化比设定为0.20或更高(更好的是设定为0.30或更高)，但同时等于或低于0.60(更好的是等于或低于0.57)，并且将平滑部和用于扭力传送的锯齿部的硬化比设定为不相同的值。可以通过调节硬化深度来确定不同的硬化比，例如按不同的部分改变感应淬火装置的输入功率或改变加热时间等等。
如上所述，当平滑部B1和B2的疲劳强度设定为等于或高于用于扭力传送的锯齿部A1和A2的疲劳强度时，用于扭力传送的锯齿部A1和A2是疲劳强度最差的部分。但是，从图4所示的试验结果中可以很明显的看出，用于扭力传送的锯齿部A1、A2的疲劳强度受硬化比影响变化较小，可以稳定地保持在较高水平。因此将平滑部B1、B2的硬化比设定为使其疲劳强度至少等于或高于用于扭力传送的锯齿部A1、A2的疲劳强度会使中间轴4整体得到一较高的疲劳强度。此外，用于扭力传送的锯齿部A1、A2的疲劳强度与平滑部B1、B2的疲劳强度设定为不同还可以使各个相关部分的疲劳强度获得最大值，从而进一步增加中间轴4的整体疲劳强度。还有，由于用于扭力传送的锯齿部A1、A2的疲劳强度受硬化比变化的影响较小，有可能产生的硬化性能的不同不会导致疲劳强度值明显的不同。因此传动轴1的质量是稳定的。
热处理完成后，较好的是进行喷丸处理以增加表面压缩残余应力到980N/mm2或更高，从而进一步提高疲劳强度。例如，可以通过进行两次喷丸处理达到要求的压缩残余应力值。可以对中间轴4整体进行喷丸，或仅对疲劳强度不及平滑部B1、B2的用于扭力传送的锯齿部A1、A2进行喷丸处理。
进一步地，尽管上述实施例中是将传动轴1的中间轴4作为动力传动轴来说明的，本发明不限于中间轴4，广泛适用于可以与等速万向节2、3的内接头件22、32或外接头件21、31连接的任何一种动力传动轴。
请参阅图3所示，是压入配合式传动轴的侧视图。其显示动力传动轴中的插入式传动轴40(压配合或焊接对扣式传动轴)，其包括在设置在端部与等速万向节2、3的内接头件22、32连接的用于扭力传送的锯齿部A和设置在另一端部与钢管压配合或焊接的凸缘部41。直径最小的平滑部B位于凸缘部41和用于扭力传送的锯齿部A之间。按照前述的关系设定用于扭力传送的锯齿部A和平滑部B的硬化比可以得到类似的优点。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
1.一种动力传动轴，联接到等速万向节的内接头件或外接头件，其包括一具有柱状外周表面的平滑部和一用于扭力传送的锯齿部，该用于扭力传送的锯齿部一端具有一切口部，其特征在于其中，所述平滑部和所述用于扭力传送的锯齿部分别进行感应淬火，并且所述平滑部的硬化比设定为不同于所述用于扭力传送的锯齿部的硬化比，从而使所述平滑部的疲劳强度等于或大于所述用于扭力传送的锯齿部的疲劳强度。
2.根据权利要求1所述的动力传动轴，其特征在于其中所述的平滑部的硬化比不小于0.40但同时不大于0.70。
3.根据权利要求2所述的动力传动轴，其特征在于其中所述的用于扭力传送的锯齿部的硬化比不小于0.20但同时不大于0.60。
4.根据权利要求1所述的动力传动轴，其特征在于对其中所述的平滑部和所述用于扭力传送的锯齿部采用喷丸处理。
全文摘要
本发明是关于一种动力传动轴，其能够提高具有用于扭力传送的例如花键结构的锯齿结构的动力传动轴强度，特别是疲劳强度。一种分别与等速万向节的内接头锯齿配合的动力传动轴。一种分为用于扭力传送的锯齿部和柱状外周表面的平滑部的传动轴。在上述用于扭力传送的锯齿部的端部形成一切口部。对上述平滑部和用于扭力传送的锯齿部进行感应淬火时将平滑部的硬化比设为与用于扭力传送的锯齿部的硬化比不相同，从而使平滑部的疲劳强度等于或大于用于扭力传送的锯齿部的疲劳强度。
文档编号F16C3/02GK1616838SQ20041008585
公开日2005年5月18日 申请日期2004年11月10日 优先权日2003年11月12日
发明者樱井胜弘, 山崎起佐雄 申请人:Ntn株式会社