專利名稱：傳動(dòng)軸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于機(jī)動(dòng)車的傳動(dòng)軸組件。具體地，本發(fā)明是關(guān)于傳動(dòng)系中的一個(gè)具有加強(qiáng)特征的傳動(dòng)軸組件。
背景技術(shù)：
車輛傳動(dòng)系通常包括恒速萬向節(jié)、半軸和傳動(dòng)軸，這些部件在各種不同的配置中為車輛提供動(dòng)力。恒速固定萬向節(jié)在各種設(shè)計(jì)中都是公知的。這種萬向節(jié)主要用于在機(jī)動(dòng)車傳動(dòng)系中驅(qū)動(dòng)機(jī)動(dòng)車車輪。其既可以用在傳動(dòng)軸上也可以用在半軸上。半軸從驅(qū)動(dòng)橋延伸至被驅(qū)動(dòng)的車輪；例如，其連接后橋差速器的輸出端與車輪的被驅(qū)動(dòng)輪轂。傳動(dòng)軸用于將動(dòng)力從前輪驅(qū)動(dòng)單元的變速箱輸出傳遞到與后軸相連的后橋差速器。
至于本文所關(guān)注的傳動(dòng)軸，已存在多種不同的設(shè)計(jì)。它們可包括例如一個(gè)帶有兩個(gè)聯(lián)軸節(jié)的軸，其中聯(lián)軸節(jié)布置在軸的兩端從而可以在前端連接變速箱輸出，在后端連接動(dòng)力輸入。多節(jié)傳動(dòng)軸也是被普遍采用的。例如，通過一個(gè)中心軸承或者中間軸承將兩個(gè)傳動(dòng)軸部分連接起來。通常，在傳動(dòng)軸的末端，即朝向變速箱輸出和動(dòng)力輸入的端，布置有萬向節(jié)。還在中心區(qū)域設(shè)置一個(gè)萬向節(jié)。在中心區(qū)域也可以設(shè)有一個(gè)恒速倒轉(zhuǎn)聯(lián)軸節(jié)(plunging joint)。傳動(dòng)軸本身通常由金屬制造，然而也可以使用碳纖維及其他材料。
在現(xiàn)有技術(shù)的組件中，機(jī)動(dòng)車的驅(qū)動(dòng)單元會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)以及固體傳播噪聲(structure-bome sound)，其中這種振動(dòng)以運(yùn)動(dòng)振動(dòng)的形式傳遞到傳動(dòng)軸上。而且，傳動(dòng)軸本身相對(duì)較高的轉(zhuǎn)速也會(huì)引起振動(dòng)。另外，在傳動(dòng)系組件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞過程中，轉(zhuǎn)矩值和轉(zhuǎn)速的變化也是經(jīng)常發(fā)生的。負(fù)載值突然增加到額定轉(zhuǎn)矩的10倍，轉(zhuǎn)速突然增加到每分鐘10000轉(zhuǎn)也是不罕見的。
為了減小傳到車輛客艙的振動(dòng)及固體傳播噪聲，通常采用在傳動(dòng)軸組件的節(jié)點(diǎn)位置處帶有中間軸承或者中心軸承的多節(jié)傳動(dòng)軸。沿著多節(jié)傳動(dòng)軸的中間部分還使用減振器來減小振動(dòng)。在某些情況中，出于組裝或者成本/重量的考慮，優(yōu)選使用一個(gè)較小直徑的傳動(dòng)軸。還需要設(shè)計(jì)出一種更具剛性的傳動(dòng)軸，從而使軸可以更長(zhǎng)且無需設(shè)置中間軸承或者減振器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種具有增強(qiáng)了的結(jié)構(gòu)剛度的傳動(dòng)軸。該傳動(dòng)軸組件包括一個(gè)薄壁管狀件，一個(gè)固定在管狀件各端的連接件，和一個(gè)固定在管狀件內(nèi)部的支撐件。支撐件包括剛性泡沫塑料，該泡沫塑料在管狀件內(nèi)延伸一個(gè)第一長(zhǎng)度并與管狀件的內(nèi)表面接合，從而增加該軸組件的彎曲振動(dòng)頻率(bendingfrequency)。
在另一實(shí)施例中，給出了一種生產(chǎn)剛性動(dòng)力傳遞軸的方法。該方法包括提供一個(gè)薄壁金屬或增強(qiáng)塑料管，并將一個(gè)支撐件同軸導(dǎo)入管的內(nèi)部與管的內(nèi)表面接合。該支撐件包括沿管長(zhǎng)延伸的剛性泡沫塑料。
本發(fā)明的傳動(dòng)軸可以被制造的更長(zhǎng)而同時(shí)降低或消除車輛傳動(dòng)系內(nèi)的彎曲振動(dòng)。由于這種增強(qiáng)了的剛度，在傳動(dòng)系中也可以使用較小直徑的軸。
在閱讀了下文的詳細(xì)說明以及參照了以示例方式示出本發(fā)明特征的附圖之后本發(fā)明的其他特征對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的。


為了更完整的理解本發(fā)明，現(xiàn)參考在附圖中詳細(xì)示出的以及在下文中用舉例的方式詳細(xì)描述的具體實(shí)施例。
附圖中圖1是一個(gè)具有傳動(dòng)軸組件的車輛傳動(dòng)系的示意圖。
圖2是本發(fā)明傳動(dòng)軸的剖面圖。
圖3是圖2所示傳動(dòng)軸的縱向剖面圖。
具體實(shí)施例方式
在下文的說明中，用不同的操作參數(shù)和組件來描述一個(gè)實(shí)施例。這些具體參數(shù)以及組件僅是為了舉例說明而不是限制本發(fā)明。
雖然所描述的本發(fā)明是關(guān)于車輛傳動(dòng)系中提高了剛性的傳動(dòng)軸，但下文所述的裝置也適于應(yīng)用在多種用途中，包括汽車、使用傳動(dòng)軸的馬達(dá)系統(tǒng)或者其他需要一個(gè)剛性轉(zhuǎn)矩傳遞軸的車輛及非車輛應(yīng)用?，F(xiàn)參照附圖，其中相同的附圖標(biāo)記用于指代各附圖中的相同的組件，圖1表示了一個(gè)具有傳動(dòng)軸組件的機(jī)動(dòng)車典型傳動(dòng)系的示意圖。圖1中的傳動(dòng)系組件表示出了本發(fā)明傳動(dòng)軸的應(yīng)用環(huán)境。其它的傳動(dòng)系設(shè)計(jì)也可以使用本文公開的傳動(dòng)軸，包括用于后輪驅(qū)動(dòng)車輛或者四輪驅(qū)動(dòng)車輛的整體傳動(dòng)軸配置或多節(jié)傳動(dòng)軸配置。根據(jù)本發(fā)明的軸也可以使用在半軸組件中或者非車輛的轉(zhuǎn)矩軸應(yīng)用中。
在圖1的示例中，顯示了一個(gè)四輪驅(qū)動(dòng)車輛的傳動(dòng)系。兩個(gè)前輪1和兩個(gè)后輪2受到驅(qū)動(dòng)。圖1還顯示了具有變速箱輸出4的變速箱3。在后軸區(qū)域中給出了帶有動(dòng)力輸入6的驅(qū)動(dòng)橋5。兩個(gè)前輪1被半軸7驅(qū)動(dòng)。兩個(gè)后輪2被半軸8驅(qū)動(dòng)，半軸8由驅(qū)動(dòng)橋5帶動(dòng)。變速箱3與驅(qū)動(dòng)橋5之間的連接是由包括兩個(gè)傳動(dòng)軸部分9和10的傳動(dòng)軸組件來完成的。傳動(dòng)軸組件另外又由中間軸承11支撐在車輛的底板組件上，該軸承在這個(gè)示例中被布置在近似中央的位置處。中間或中心軸承11可以為一個(gè)中心支承調(diào)諧減震器(center bearing tuned absorber)，即一個(gè)減振器。
在第一傳動(dòng)軸部分9中，傳動(dòng)軸組件包括一個(gè)布置在變速箱輸出4附近的第一旋轉(zhuǎn)聯(lián)軸節(jié)12。為了連接兩個(gè)傳動(dòng)軸部分9和10還設(shè)有一個(gè)第二旋轉(zhuǎn)聯(lián)軸節(jié)13。在第二傳動(dòng)軸部分10的端部設(shè)置有一個(gè)第三旋轉(zhuǎn)聯(lián)軸節(jié)14，其借助一個(gè)連接機(jī)構(gòu)來連接到后軸區(qū)域的驅(qū)動(dòng)橋5的動(dòng)力輸入6上。在許多應(yīng)用中，傳動(dòng)軸部分9、10可以以一個(gè)高于發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的速度的速度旋轉(zhuǎn)。后輪2的減速過程是發(fā)生在驅(qū)動(dòng)橋5中的。例如，盡管帶有傳動(dòng)軸部分9、10的傳動(dòng)軸組件及所連的旋轉(zhuǎn)聯(lián)軸節(jié)12、13、14可以以高達(dá)每分鐘10000轉(zhuǎn)的速度旋轉(zhuǎn)，但驅(qū)動(dòng)后輪2的半軸8的速度只能達(dá)到大概每分鐘2500轉(zhuǎn)。
這樣，圖1中傳動(dòng)系是一個(gè)多節(jié)傳動(dòng)軸動(dòng)力傳遞系統(tǒng)組件，其包括兩個(gè)傳動(dòng)軸部分9、10，其中至少一個(gè)為本發(fā)明的具有增強(qiáng)結(jié)構(gòu)剛性的傳動(dòng)軸。本發(fā)明也可以用在前輪驅(qū)動(dòng)、全輪驅(qū)動(dòng)、后輪驅(qū)動(dòng)或者其它四輪驅(qū)動(dòng)的傳動(dòng)系配置中。本發(fā)明的增強(qiáng)傳動(dòng)軸還可以用在具有單個(gè)傳動(dòng)軸(省略第二聯(lián)軸節(jié)13)的傳動(dòng)系組件中，或者用在具有多于兩個(gè)的傳動(dòng)軸部分的傳動(dòng)軸組件中。實(shí)際上，由于增強(qiáng)的剛性，第二聯(lián)軸節(jié)13在理想的降低傳動(dòng)系的NVH特性時(shí)也是不必要的。
現(xiàn)在參照?qǐng)D2，其表示了一個(gè)根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的傳動(dòng)軸的剖面圖。圖2表示了根據(jù)本發(fā)明的傳動(dòng)軸組件的中間管狀部分，其構(gòu)成了例如圖1所示的傳動(dòng)軸9或10的中間部分。軸9、10包括一個(gè)具有一個(gè)內(nèi)表面22和一個(gè)外表面24的薄壁中空管20。管20的內(nèi)表面22確定了一個(gè)內(nèi)部空間26。軸9、10的管狀部分20通常由金屬制造，然而，這種中空軸也可以由碳纖維、纖維增強(qiáng)塑料或者其它的碳或化學(xué)組合物制成。管狀部分20可以是一個(gè)單層結(jié)構(gòu)例如一個(gè)金屬管，或者是一個(gè)多層結(jié)構(gòu)例如纖維增強(qiáng)塑料或者薄板包層碳結(jié)構(gòu)。
在管20的內(nèi)部26中，插入一個(gè)支撐件30，其起到一個(gè)增強(qiáng)管的側(cè)向剛度的作用，即提高了管20的剛性從而增加了整個(gè)軸組件的彎曲振動(dòng)頻率。對(duì)于給定直徑的管20，支撐結(jié)構(gòu)30使得可以將軸9、10設(shè)計(jì)的更長(zhǎng)。支撐件30包括一個(gè)輕的剛性結(jié)構(gòu)。在圖2所示的例子中，支撐結(jié)構(gòu)是一個(gè)粘合劑或者浸環(huán)氧樹脂的開孔型泡沫塑料插入物。開孔型泡沫塑料的優(yōu)越性在于其易于處理、很輕且可以容易地制成可以容納粘合劑或者環(huán)氧樹脂的結(jié)構(gòu)。其可作為樹脂或粘合劑的柔性承載裝置，當(dāng)樹脂或粘合劑與泡沫塑料相結(jié)合時(shí)就形成了一個(gè)高模數(shù)輕重量的結(jié)構(gòu)從而提高了管的剛度。開孔型泡沫塑料是一種中空管的形式，其具有一個(gè)由內(nèi)徑確定的內(nèi)表面32和一個(gè)由外徑確定的外表面34。當(dāng)有泡沫塑料結(jié)構(gòu)時(shí)，開孔型泡沫塑料管的外徑可以選擇大于或者等于管20的內(nèi)徑。這確保在泡沫塑料30的外表面34與管20的內(nèi)表面22之間存在一個(gè)足夠大的干涉配合，從而使得支撐件30可以增加整個(gè)組件的結(jié)構(gòu)剛度。開孔型泡沫塑料還可以是一個(gè)實(shí)心圓柱體，盡管增加的支撐結(jié)構(gòu)的重量會(huì)超過由這種結(jié)構(gòu)提供的附加剛度所帶來的益處。為了減小結(jié)構(gòu)重量，可以在泡沫管或者泡沫柱上設(shè)置徑向開口36。該開口可以沿泡沫結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度在圓周方向上和在軸方向上間隔布置。為了維持泡沫插入物的平衡，各開口36的組38應(yīng)該在圓周方向上等間隔布置。例如，如果需要四個(gè)開口36，那它們?cè)趫A周方向上應(yīng)互相間隔大約90°。若需要三個(gè)開口36，那它們應(yīng)該互相間隔120°，諸如此類。
可以采用多種類型的開孔型泡沫塑料，且大多作為樹脂或粘合劑的柔性承載裝置以提供所需的支撐結(jié)構(gòu)。在當(dāng)前應(yīng)用中，詞“泡沫塑料”是包括了所有聚合物基材料且具有一個(gè)分散在固態(tài)塑化相中的氣相的泡沫。這種結(jié)構(gòu)通常是指各種泡沫塑料、塑料泡沫、多孔塑料。這些詞可以互換使用，且不管孔型結(jié)構(gòu)為何都指的是泡沫塑料。本發(fā)明使用的是開孔型結(jié)構(gòu)的泡沫塑料。通常泡沫塑料被劃分為開孔型或閉孔型。在開孔型泡沫材料中，各單獨(dú)的孔互連形成一個(gè)基體。有時(shí)用“海綿體(sponge)”這個(gè)詞來指代開孔型泡沫塑料。通常，泡沫材料不會(huì)只有一種類型的孔結(jié)構(gòu)。因此，“開孔”這個(gè)詞指的是泡沫材料中大多數(shù)孔的類型。開孔型泡沫塑料還應(yīng)該是柔性的從而使得該結(jié)構(gòu)可以插入管20的開口內(nèi)。開孔型塑料泡沫優(yōu)選作為本發(fā)明的支撐結(jié)構(gòu)是由于其可以為液體或者氣體的通過提供較小的阻力。因此，其可作為粘合劑或樹脂的一種較好的承載結(jié)構(gòu)。
通過柔性開孔型塑料泡沫來承載一種高模數(shù)的環(huán)氧樹脂或粘合劑。
現(xiàn)參照?qǐng)D3，其表示了圖2所示的傳動(dòng)軸的一個(gè)縱向剖面圖。如圖3所示，支撐件30的長(zhǎng)度(L1)可以與管20的長(zhǎng)度(L2)不同。同樣，為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，端部連接件例如短軸或內(nèi)側(cè)聯(lián)軸節(jié)部分或外側(cè)聯(lián)軸節(jié)部分可以從圖3中省略。這種端部連接件通常由塞子46代表，然而除了軸連接件之外仍然可以使用塞子46。
關(guān)于軸9、10的結(jié)構(gòu)，軸的尺寸是由特定的動(dòng)力傳遞應(yīng)用所需的自然彎曲振動(dòng)頻率決定的。傳動(dòng)軸管的尺寸在長(zhǎng)度(L2)上通常在40mm到2500mm之間變化。足夠短的管軸已提供了足夠高的剛度，因而可以不再需要支撐件30。至于支撐件30的軸向長(zhǎng)度(L1)，長(zhǎng)度比L1/L2不應(yīng)該小于0.25且不能大于1.0。若支撐件30的跨距不滿管20的整個(gè)長(zhǎng)度，軸組件的結(jié)構(gòu)剛度只在邊緣部分被增強(qiáng)。簡(jiǎn)單來說，當(dāng)支撐件30的長(zhǎng)度超過管20的長(zhǎng)度時(shí)，軸組件的結(jié)構(gòu)剛度也不會(huì)被進(jìn)一步增強(qiáng)。因此，大于1.0的管組件比L1/L2是不必要的。
當(dāng)為金屬管時(shí)，管20的厚度范圍為1mm到4mm，為復(fù)合材料或者碳纖維管時(shí)為1mm到8mm。此外，管20的外徑應(yīng)該在大約40mm到300mm之間變化。當(dāng)用于車輛傳動(dòng)系中，過小直徑的金屬管即便在管內(nèi)或者軸內(nèi)使用支撐裝置也不能令人滿意地傳遞轉(zhuǎn)矩。同樣，過大直徑的傳動(dòng)軸則存在組裝問題，因?yàn)槠浜芸赡芘c車體下側(cè)的其他車輛組件發(fā)生干涉。
該最終傳動(dòng)軸組件可以通過幾種方式生產(chǎn)。其中一種方法是采用多個(gè)管狀柔性開孔型塑料泡沫。泡沫塑料的外徑大于或者等于管20的內(nèi)徑。將高模數(shù)樹脂或粘合劑施加在泡沫塑料件上從而使樹脂或粘合劑充滿開孔泡沫塑料中。充滿了的泡沫塑料隨后被插入管20中。當(dāng)樹脂凝固后，泡沫塑料變得剛硬，從而增加了管的硬度特性。
在另一實(shí)施例中，高模數(shù)的、非柔性的泡沫塑料被插入管20中。該泡沫塑料可以是閉孔型的也可以是開孔型的。泡沫塑料插入支撐件30可以在管20加固之前或者之后插入管20中。同樣，在泡沫塑料插入件與管20的內(nèi)表面22之間需要保證一個(gè)緊密配合。這可以通過使剛性泡沫塑料插入件的外徑略大于或者等于管20的內(nèi)徑來實(shí)現(xiàn)。若泡沫塑料插入物的直徑大于管20的直徑，在將支撐件30插進(jìn)管20的過程中泡沫塑料插入物和/或管20會(huì)產(chǎn)生一些變形。
根據(jù)另外一種方法，一種高模數(shù)、非柔性的泡沫塑料可以直接形成在管20的內(nèi)部。因此，當(dāng)在管20內(nèi)的泡沫塑料或粘合劑設(shè)置好后就形成了支撐件30。這種方法的優(yōu)越性在于其采用在管內(nèi)部的形式從而保證了一個(gè)緊密配合。在發(fā)泡沫過程中將一個(gè)心軸(圖中未示)置于管20內(nèi)，然后在發(fā)泡沫過程之后取出心軸，從而在支撐件30的中心處形成一個(gè)空間48以減小重量。
如前文所述，可以看出本文給本領(lǐng)域帶來了一種新穎的、改良的傳動(dòng)軸。盡管本發(fā)明是結(jié)合一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例來進(jìn)行描述的，但可以理解本發(fā)明并不僅限于這些實(shí)施例。相反地，本發(fā)明涵蓋了由所附權(quán)利要求限定的范圍及宗旨內(nèi)的所有可選方案、改型及等效物。
權(quán)利要求
1.一種軸組件，包括一個(gè)薄壁管狀件(20)和一個(gè)固定在管狀件(20)內(nèi)部的支撐件(30)，支撐件(30)包括剛性泡沫塑料，該泡沫塑料在管狀件(20)內(nèi)延伸一個(gè)第一長(zhǎng)度(L1)并與管狀件(20)的內(nèi)表面(22)接合，從而增加該軸組件的彎曲振動(dòng)頻率。
2.如權(quán)利要求1所述的組件，其特征在于該支撐件(30)包括注入高模數(shù)樹脂或者粘合劑的開孔型泡沫塑料。
3.如權(quán)利要求1所述的組件，其特征在于該支撐件(30)是管狀的。
4.如權(quán)利要求3所述的組件，其特征在于該支撐件(30)包括沿第一長(zhǎng)度(L1)形成的多個(gè)開口(36)以減小支撐件(30)的重量。
5.如權(quán)利要求2所述的組件，其特征在于該開孔型泡沫塑料是柔性的。
6.如權(quán)利要求1所述的組件，其特征在于該管狀件(20)含有金屬或增強(qiáng)塑料。
7.如權(quán)利要求1所述的組件，其特征在于該管狀件(20)具有一個(gè)第二長(zhǎng)度(L2)且比值L1/L2小于1.0。
8.如權(quán)利要求1所述的組件，其特征在于還包括一個(gè)固定在管狀件(20)的各端的聯(lián)軸節(jié)元件或者短軸。
9.如權(quán)利要求1所述的組件，其特征在于該軸組件是一個(gè)動(dòng)力傳遞軸或一個(gè)傳動(dòng)軸。
10.一種制造剛性動(dòng)力傳遞軸的方法，包括提供一個(gè)薄壁金屬或增強(qiáng)塑料管；和將一個(gè)支撐件同軸導(dǎo)入管的內(nèi)部與管的內(nèi)表面接合，該支撐件包括沿管長(zhǎng)延伸的剛性泡沫塑料。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于導(dǎo)入步驟包括將開孔型泡沫塑料內(nèi)注入一種高模數(shù)樹脂或粘合劑，并將注入后的塑料泡沫導(dǎo)入管內(nèi)。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于導(dǎo)入步驟包括在管內(nèi)的發(fā)泡形成塑料或粘合劑支撐件的過程。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于導(dǎo)入步驟包括在管內(nèi)同軸放置一個(gè)心軸并在心軸與管之間的區(qū)域中發(fā)泡形成一個(gè)塑料或粘合劑支撐件。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于將注入后的塑料泡沫導(dǎo)入管內(nèi)的步驟是在注入后的泡沫塑料設(shè)置好之前完成的。
15.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于將注入后的塑料泡沫導(dǎo)入管內(nèi)的步驟是在注入后的泡沫塑料設(shè)置好之后完成的。
全文摘要
一種軸組件，包括一個(gè)薄壁管狀件(20)和一個(gè)固定在管狀件(20)內(nèi)部的支撐件(30)。該支撐件(30)包括一個(gè)充滿高模數(shù)樹脂或粘合劑的泡沫塑料，該泡沫塑料在管狀件(20)內(nèi)延伸一個(gè)第一長(zhǎng)度(L1)并與管狀件(20)的內(nèi)表面(22)接合，從而增加該軸組件的彎曲振動(dòng)頻率。
文檔編號(hào)B60K17/22GK1600594SQ20041007941
公開日2005年3月30日 申請(qǐng)日期2004年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月20日
發(fā)明者D·W·戴恩, C·A·坎普爾 申請(qǐng)人:Gkn動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)北美有限公司