CN101287920A - 在接附方法中带有优化的比的直接转矩流连接 - Google Patents

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Abstract

本申请针对用于转矩传递的直接转矩流连接器。DTF连接器包括具有外圈部分和内圈部分的直接转矩流等速万向节和联接到外圈部分的轴。直接转矩流连接器具有至少一个直接转矩流优化比。进一步地，直接转矩流连接器的内圈部分可以选择地连接到驱动单元的轴颈轴。也提供了在接附方法中带有优化比的直接转矩流连接。

Description

在接附方法中带有优化的比的直接转矩流连接
技术领域
本发明一般地涉及机动车辆传动轴联接，且更特定地涉及在接附方法中带有优化的比的直接转矩流连接。
背景技术
将相互连接轴连接到驱动单元的等速节在汽车中是常见部件。驱动单元典型地具有输出轴或输入轴以接收节。典型地，驱动单元是轴箱、分动箱、变速器、动力输出单元或其他转矩设备，所有这些设备在汽车中是常见部件。典型地，一个或两个节组装到轴以形成传动轴或驱动轴组件。例如，传动轴组件在一端连接到变速器的输出轴且在另一端连接到差速器的输入轴。轴是实心的或管状的，使其端部适合于将轴接附到节的内圈，因此允许外圈连接到驱动单元。节的内圈典型地压配到、以键或销的方式连接到轴，使得节的外圈可用于螺栓连接到或压配到特定的驱动单元的毂连接器、凸缘或轴头。在传动轴的另一端处，当将轴连接在两个驱动单元之间时，进行相同的典型的到第二驱动单元的连接。
机动车辆通常使用传动轴或驱动轴将转矩从一个输入单元传递到输出单元，例如，从前方的驱动单元到后轴差速器，诸如在后轮驱动和全轮驱动车辆中。在四轮驱动车辆中，传动轴也用于将转矩和旋转移动传递到前轴差速器。特别地，当车辆的前方驱动单元和后轴之间存在较大的距离时，通常使用由中间节连接的两段式传动轴。类似地，通常在机动车辆中使用内侧轴和外侧轴驱动器以将转矩从差速器传递到车轮。在以上所述的方式中，通过使用包括一个或两个组装到相互连接轴的节的传动轴组件实现转矩传递。
所使用的节的类型包括Cardan型、Hooke型或Rzeppa型万向节。典型地，Rzeppa型等速节使用在希望或要求等速旋转或均动运动的变速器中。等速节包括具有滑动或固定运动能力的三销式节、双偏移节和十字槽设计。三销式等速节使用滚子或耳轴作为转矩传递构件，且其他等速节类型使用球作为转矩传递构件。组装到相互连接轴的这些类型的节应用在用于前轮驱动车辆或后轮驱动车辆的内侧轴和外侧轴驱动器内，且应用在后轮驱动车辆、全轮驱动车辆和四轮驱动车辆的传动轴上，从而允许角向铰接或轴向运动。
驱动轴的转矩传递能力主要受其惯性矩的影响，该惯性矩主要是轴的最大半径而非轴的质量的函数。因此，希望的是具有由于转矩传递与半径关系而受益的轴到节的连接，以降低组件的质量。此外，也希望的是提供消除了例如轴头或凸缘的不需要的部件的系统，因此提供了对于给定的转矩传递能力具有更轻的重量的驱动系统连接。此外，对于特定的等速节组件提供了降低的包装尺寸的连接系统也是有益的。带有优化的比的连接系统也将提供另外的益处，例如重量的降低、包装尺寸控制、降低的零件数和/或零件伸出、改进的振动衰减、增加的弯曲刚度、增加的扭转刚度和传动轴到车辆连接的降低的组装时间。
有利的是通过在接附方法中提供优化的比而具有以上所提及的改进，特别是在用于利用了等速节的传动轴连接的接附方法。虽然汽车制造商和供应商通常将等速节例如不受限制地称为DL、VL、GI、AAR、SC和XL型节，但如下的本发明涉及这些在接附方法中通过优化比构造的这些类型的节，以获得直接转矩流(DTF)连接。
发明内容
因此，本发明的一个实施例提供了在接附方法中带有优化的比的直接转矩流(DTF)连接。特别地，DTF连接合并了适合于将内圈直接接附到驱动单元的轴的新的等速节，驱动单元例如轴、分动箱、变速器、动力传递单元或其他设备。在DTF连接中，等速节外圈部分通过焊接或其他方法直接连接到传动轴或驱动轴组件。通过使用DTF连接，通过消除轴头和车辆凸缘实现了重量降低，因此降低了等速万向节组件的包装尺寸。沿驱动单元的轴的轴线和轴颈轴的轴线的质量分布通过降低由于伴随凸缘和轴头的伸出贡献而得以改进。另外的益处包括通过重量降低和降低的伸出的改进的平衡，增加的弯曲刚度，和通过消除螺栓连接且通过降低零件总数而降低传动轴组件到车辆的组装时间。
也提供了用于转矩传递的直接转矩流连接器。DTF连接器包括具有外圈部分、内圈部分和联接到外圈部分的轴的直接转矩流等速万向节。直接转矩流连接器包括至少一个直接转矩流优化比。进一步地，直接转矩流连接器的内圈部分可以选择地连接到驱动单元的轴颈轴。
也提供了在接附方法中带有优化比的直接转矩流连接。根据实施例，提供了包括内节部分的直接转矩流组件，内节部分带有限定了内圈宽度(WIR)的轴向中心线。内节部分包括内球道和限定了花键长度(LS)且适合于接合驱动单元的轴颈轴的花键孔；具有外球道且适合于直接连接到限定了外径(TD)的轴的外节部分；在内节部分和外节部分之间的笼；和每个具有直径(d)的多个球(N)，球由所述的笼和内球道和外球道的接合对保持，球限定了节的节距圆直径(PCD)。配合稳定性(FS)、动态载荷容量(DLC)、外圈管(ORT)或花键偏置(SO)比的至少一个满足为：
0.5≤FS≤3.2
1≤DLC≤8
0.5≤ORT≤2.0；或
3.0≤SO≤1.0
其中：
FS＝(PCD/LS)；
DLC＝((PCD/2)*d^2*N)/(1000*LS)；
ORT＝(TD/LS)；和
SO＝(WIR/LS)。
本发明通过提供优化比用于直接转矩流节具有优点。本发明自身与进一步的目的和意图中的优点将通过参考如下的详细描述且结合附图被最好地理解。
附图说明
为更完整地理解此发明，现在应参考更详细地在附图中图示的且通过本发明的例子在如下描述的实施例。
图1示出了用于典型的四轮驱动汽车的典型驱动系统的俯视图，其中本发明可以具有优点地使用。
图2示出了轴颈和DTF螺纹紧固件等速万向节之间的本发明的DTF连接组件的第一实施例。
图3示出了轴颈和DTF夹头弹簧等速万向节之间的本发明的DTF连接组件的第二实施例。
图4示出了轴颈和DTF夹等速万向节之间的本发明的DTF连接组件的第三实施例。
具体实施方式
在如下的描述中，对于一个或多个构造的实施例描述了多种运行参数和部件。包括了这些特定的参数和部件作为例子，且不意图于具有限制性。
虽然本发明参考用于车辆的带有优化比的直接转矩流连接而描述，但如下的设备可以适合于多种目的，包括汽车驱动轴、使用传动轴的马达系统、或要求了用于转矩传递的传动轴组件的其他车辆和非车辆应用。
用于典型的四轮驱动汽车的典型驱动系统12在图1中示出。虽然示出且描述了四轮驱动系统，但在此提出的构思可应用于单个的驱动单元系统或多个驱动单元系统，包括仅后轮驱动的车辆、仅前轮驱动的车辆、全轮驱动的车辆和四轮驱动的车辆。在此例子中，驱动系统12包括连接到变速器16和动力输出单元18的发动机14。前差速器20具有右侧半轴22和左侧半轴24，它们的每个连接到车轮且将动力传递到车轮。在右侧半轴22和左侧半轴24的两端上是等速节10。传动轴26将前差速器20连接到后差速器28，其中后差速器28包括右后侧轴30和左后侧轴32，它们的每个以在其一端上的车轮结束。等速节10位于连接到车轮和后差速器28的半轴30、32的两端上。如在图1中示出，传动轴26是三段式传动轴，它包括多个Cardan节34和一个高速等速节10。传动轴26包括相互连接轴23、25、27。即使车轮或传动轴26因为转向、车辆悬架的升起或降下而改变角度，等速节10也将动力通过传动轴26传送到车轮。等速节10可以是已知的标准类型的任一个，例如滑动三销式节、十字槽节、固定节、固定三销式节或双偏移节，它们所有在对于不同变化的等速节10的领域内是普通已知的术语。等速节10允许以在汽车每日驾驶中在这些车辆的两个半轴和传动轴处出现的角度而传递恒等的速度。选择地，每个Cardan节可以以任何其他合适类型的节替换。
轴22、23、24、25、27、30、32可以是实心的或管状的，使得端部适合于根据传统连接将每个轴接附到节的内圈，因此允许外圈对于特定的应用合适地连接到每个驱动单元的毂连接器36、凸缘38或轴头40。因此，在图1中在10或34处标识的任何传统的连接可以是根据本发明的比优化的DTF连接。因为轴的转矩传递能力主要地由其惯性矩影响，惯性矩主要地是轴的最大半径的函数而较少由轴的质量影响，所以希望具有从转矩/半径传递关系获益的系统，以降低系统的质量。
如在此所使用，术语“直接转矩流(DFT)连接”意味着从CV节的内圈到一般由客户提供的差速器、变速器或分动箱的轴的直接连接。直接连接典型地具有花键的形式，原因是本领域一般技术人员所理解的花键的稳健的设计特征。然而，预期的是其他直接连接形式是合适的，包括内圈和轴之间的固定连接和可释放连接。匹配键连接不受限制地仅是内圈和轴之间的可释放连接器的一个例子。焊接连接将是固定的直接连接例子。因此，DTF连接指内圈联接到驱动单元的轴，驱动单元不受限制地例如为差速器、变速器或分动箱，如与以上所提及的传统连接相对。
同样，如在此所使用，DTF连接器指连接到形成了DTF传动轴组件的轴的节。例如只有与差速器的轴一起，DTF连接器才组合以进行DTF连接。可认识到的是，驱动单元的轴可以包括任何输入驱动单元或输出驱动单元的轴，且不必需地限制为差速器、变速器或分动箱的轴。
本申请人已发明了在内节部分尺寸和驱动轴或传动轴之间的一定关系，这使得实现了稳健的DTF连接。这些关系在下文中参考三个典型的实施例详细解释。
虽然在下文中给出了三个DTF连接器类型，但本发明意图于可以相等地应用于利用了在此详述的DTF连接关系的其他DTF连接器类型。图示地，所描述的三个DTF连接器是DTF螺纹紧固件等速节(图2)、DTF夹头弹簧等速节(图3)和DTF夹等速节(图4)。
最初将在下文中联合地描述图2至图4，到它们的细节相互对应的程度。图2至图4每个示出了布置在轴颈111和DTF连接器等速万向节112之间的不同的DTF连接组件。轴颈由轴承113支承在壳体114内，在此情况中壳体114图示为具有机动车辆的传动系内的驱动单元的壳体形式。轴承113轴向地由张紧螺母118张紧，张紧螺母118已螺旋到轴颈111的螺纹部分115上。张紧螺母118相对于轴壳体114由轴密封件120密封。通过固定到张紧螺母118上的覆盖件121而保护轴密封件不受损坏。
DTF连接器等速万向节112连接到机动车辆传动系的传动轴117。DTF连接器等速万向节112包括通过轴环123焊接到传动轴117的外节部分122、内节部分124、转矩传递球126以及球笼125。内节部分124以旋转牢固方式固定在轴颈111的带齿轴部分116上。在轴环123和外节部分122之间插入了覆盖件131，覆盖件131将节向传动轴17密封，且更特定地包含了在节内的油脂。此外，封闭了膜密封件133的外周且以在后文中将描述的方式将DTF连接器等速万向节112相对于轴颈111密封的金属外节部分套筒132定位在外节部分122上。外节部分套筒132可以焊接和/或轧压到外节部分122的外表面上。DTF连接器等速万向节112包括球道的对127、128、129、130。每个球道组的定向取决于所选择的万向节的类型，对此本领域一般技术人员很好地理解。内节部分124包括前面144和后面146。DTF连接器等速万向节详细部件在下文中论述。
图2示出了轴颈111和DTF螺纹紧固件等速万向节50之间的本发明的DTF连接组件100的第一实施例。双螺母160自由旋转，且轴向地联接到张紧螺母118，以此双螺母160旋转地可固定到内节部分124的螺纹部分162上，以将DTF螺纹紧固件等速万向节50相对于轴颈111轴向地固定。膜密封件133通过夹紧带142轴向地形状匹配地且确实地固定到内节部分124。认识到的是，DTF螺纹紧固件等速万向节50的多种形式可以具有优点地使用。
图3示出了轴颈111和DTF夹头弹簧等速万向节52之间的本发明的DTF连接组件101的第二实施例。在轴颈111的螺纹部分115和轴颈111的带齿轴部分116之间，在固定部分119内，在轴颈111处形成了环形沟槽139，该环形沟槽139由固定套筒141通过向内压入的环形卷边143接合，套筒141通过压接或其他已知方法轴向连接到等速万向节的内节部分124，以将DTF夹头弹簧等速万向节52相对于轴颈111轴向固定。固定套筒141由膜密封件133的轴环部分134重叠，其与套筒141一起通过夹紧带142轴向形状匹配地且确实地固定在环形沟槽139内。直接地靠着张紧螺母118安放的密封唇部135形成在轴环部分134上。固定套筒141提供有圆柱形端部分155，端部分155对接地焊接到DTF夹头弹簧等速万向节52的内节部分124。认识到的是，DTF夹头弹簧等速万向节52的多种形式可以具有优点地使用。
图4示出了轴颈111和DTF夹等速万向节54之间的本发明的DTF连接组件102的第三实施例。内节部分124包括插入沟槽172以接收夹170，以用于通过轴接收沟槽(未示出)而轴向地将内节部分124固定到轴颈111。膜密封件133轴向地形状匹配地且确实地通过夹紧带142固定到内节部分124。认识到的是，多种形式的DTF夹等速万向节54可以具有优点地使用。
虽然未论述多种DTF部分的材料、联接和处理，但本领域一般技术人员将很好地理解合适的选择。
为获得以上的优点，直接转矩流连接器和直接转矩流连接具有优化的比。优化的比表示了用于降低质量和从轴支承轴承到节中心线的质量偏置距离的量度。为实现这点，如下的比已被优化：配合稳定性比(FS)、动态载荷容量比(DLC)、外圈管比(ORT)和花键偏置比(SO)。
在转到比之前，如下是利用在直接转矩流连接器和直接转矩流连接内的参数。节距圆直径(PCD)限定为距球道对的相对的组的球中心线的距离。PCD通过使用与相应的外节部分122匹配的标准球而对于内节部分124确定。也可以使用另外的确定PCD的方法。内圈宽度(WIR)是沿内节部分124的轴向中心线的宽度。内花键长度(LS)代表了内节部分124的内花键148的长度。内花键148上的内花键长度(LS)通常等于或小于内节部分124的最大轴向长度。使用在直接转矩流连接内的内花键148可直接接附到特定的驱动单元的轴颈111。
优化的配合稳定性比(FS)帮助最小化扭曲且控制直接转矩流轴组件的花键的配合。配合稳定性比等于节距圆直径(PCD)除以内花键长度(LS)。配合稳定性比(FS)被计算以用于直接转矩流连接器或直接转矩流连接的优化的配合，且大体上控制在由下式限定的范围内：
0.5＜(PCD/LS)＜3.2
配合稳定性比(FS)具有大致为1.5≤FS≤3.2的改进的范围，带有大致为2.5≤FS≤3.2的甚至更好的范围。
当配合稳定性比(FS)超过3.2时，开始发生节的使用寿命下降和每个花键的过度扭曲。当配合稳定性比(FS)下降到0.5以下时(这代表了内节部分124内不必要的重量)，也发生了节内的转矩传递容量的利用不足。另外，当配合稳定性比(FS)下降到0.5以下时，在转矩传递期间在内节部分124、球126和外节部分122上可能施加了过度的应变，这可能导致节的过早故障或至少过度磨损。
直接转矩流连接器或直接转矩流连接的优化的动态载荷容量比(DLC)具有以上的优点，且另外地提供了节的改进的使用寿命。动态载荷容量比(DLC)等于转矩变换因数(GT)除以内花键长度(LS)。转矩变换因数等于：
GT＝((PCD/2)*d^2*N)/1000
其中d是球直径，N是节内的球126的个数，且其中所有的单位是毫米。
转矩变换因数典型地在30至70的范围内。因此，DLC＝GT/LS＝((PCD/2)*d^2*N)/(1000*LS)
动态载荷容量比(DLC)当对于直接转矩流连接器或直接转矩流连接优化时大体上控制在由下式限定的范围内：
1≤DLC≤8
动态载荷容量比(DLC)具有大致为3≤DLC≤8的改进的范围，带有大致为5≤DLC≤8的甚至更好的范围。
当动态载荷容量比(DLC)超过8.0时，开始发生节的使用寿命的下降，且节的花键受到超过其维持使用寿命的设计容量的转矩。当动态载荷容量比(DLC)低于1.0时(这代表了因为部分的过大花键长度导致的内节部分内的不必要的重量)，也发生在节内的转矩传递容量的利用不足。另外，当动态载荷容量比(DLC)低于1.0时，内节部分124、球126和外节部分122受到过大的载荷，从而导致对于给定的转矩载荷，节的使用寿命的大体上的下降。
优化的外圈管比(ORT)也具有以上的优点。外圈管比(ORT)等于传动轴117的外径或管径(TD)除以内部花键长度(LS)。外圈管比(ORT)被计算以用于直接转矩流连接器或直接转矩流连接的优点，且大体上控制在由下式限定的范围内：
0.5≤(TD/LS)≤2.0
外圈管比(ORT)具有大致为1.0≤ORT≤2.0的改进的范围，带有近似为1.5≤ORT≤2.0的甚至更好的范围。
直径TD测量值可以是外径或管径。特别地，直径TD测量值可以是实心轴的外径，且对于例如传动轴117的管型轴可以是有效管径。
当外圈管比(ORT)低于0.5时，联接到外圈部分122的轴可能仅处理由内圈部分124和驱动单元的轴颈111之间的花键连接传递的转矩的部分。当外圈管比(ORT)超过2.0时，联接到外圈部分122的轴尺寸过大或具有不必要的重量，能接收的转矩远大于可传递到其的转矩。
优化的花键偏置比(SO)也具有以上优点。花键偏置比(SO)等于内圈宽度(WIR)除以内花键长度(LS)。花键偏置比(SO)被计算以用于直接转矩流连接器或直接转矩流连接的优点，且大体上控制在由下式限定的范围内：
0.3≤(WIR/LS)≤1.0
花键偏置比(SO)具有大致为0.5≤SO≤1.0的改进的范围，带有近似为0.7≤SO≤1.0的甚至更好的范围。
低于0.3的花键偏置比(SO)代表了从花键到内节部分124的降低的转矩传递容量，且也可以表示过度的重量。在0.3至1.0之间的花键偏置比(SO)代表了花键的转矩传递容量与内节部分124的球道128、130的转矩传递容量的合适的平衡。超过1.0的花键偏置比(SO)代表了不实际的设计范围且将导致不必要的重量。
从以上描述可见，对本领域引入了新的且改进的直接转矩流连接。虽然本发明已结合一个或多个实施例描述，但应理解的是，本发明不限制于这些实施例。相反，本发明覆盖了所有的替代、修改和等价物，如可以包括在附带的权利要求书的精神和范围内。

Claims (19)

1.一种直接转矩流组件，包括：
包括内球道和限定了花键长度(LS)且适合于接合驱动单元的轴颈轴的花键孔的内节部分；
具有外球道且直接连接到轴的外节部分；
在内节部分和外节部分之间的笼；和
由所述的笼和内球道和外球道的接合对保持的多个球(N)，所述的球限定了节的节距圆直径(PCD)，
其中满足0.5≤(PCD/LS)≤3.2。
2.根据权利要求1所述的直接转矩流组件，其中所述的球的每个具有直径(d)，且满足1≤((PCD/2)*d^2*N)/(1000*LS)≤8。
3.根据权利要求1所述的直接转矩流组件，其中所述的轴具有直径(TD)，且满足0.5≤(TD/LS)≤2.0。
4.根据权利要求2所述的直接转矩流组件，其中所述的轴具有直径(TD)，且满足0.5≤(TD/LS)≤2.0。
5.根据权利要求1所述的直接转矩流组件，其中所述的内球道限定了内圈宽度(WIR)，且满足0.3≤(WIR/LS)≤1.0。
6.根据权利要求2所述的直接转矩流组件，其中所述的内球道限定了内圈宽度(WIR)，且满足0.3≤(WIR/LS)≤1.0。
7.根据权利要求3所述的直接转矩流组件，其中所述的内球道限定了内圈宽度(WIR)，且满足0.3≤(WIR/LS)≤1.0。
8.根据权利要求4所述的直接转矩流组件，其中所述的内球道限定了内圈宽度(WIR)，且满足0.3≤(WIR/LS)≤1.0。
9.一种直接转矩流组件，包括：
包括内球道和限定了花键长度(LS)且适合于接合驱动单元的轴颈轴的花键孔的内节部分；
具有外球道且直接连接到轴的外节部分；
在内节部分和外节部分之间的笼；和
每个具有直径(d)的多个球(N)，球由所述的笼和内球道和外球道的接合对保持，所述的球限定了节的节距圆直径(PCD)，
其中满足1≤((PCD/2)*d^2*N)/(1000*LS)≤8。
10.根据权利要求9所述的直接转矩流组件，其中所述的轴具有直径(TD)，且满足0.5≤(TD/LS)≤2.0。
11.根据权利要求9所述的直接转矩流组件，其中所述的内球道限定了内圈宽度(WIR)，且满足0.3≤(WIR/LS)≤1.0。
12.根据权利要求10所述的直接转矩流组件，其中所述的内球道限定了内圈宽度(WIR)，且满足0.3≤(WIR/LS)≤1.0。
13.一种直接转矩流组件，包括：
包括内球道和限定了花键长度(LS)且适合于接合驱动单元的轴颈轴的花键孔的内节部分；
具有外球道且直接连接到具有直径(TD)的轴的外节部分；
在内节部分和外节部分之间的笼；和
由所述的笼和内球道和外球道的接合对保持的多个球，
其中满足0.5≤(TD/LS)≤2.0。
14.根据权利要求13所述的直接转矩流组件，其中所述的内球道限定了内圈宽度(WIR)，且满足0.3≤(WIR/LS)≤1.0。
15.一种直接转矩流组件，包括：
包括限定了内圈宽度(WIR)的内球道和限定了花键长度(LS)且适合于接合驱动单元的轴颈轴的花键孔的内节部分；
具有外球道且直接连接到轴的外节部分；
在内节部分和外节部分之间的笼；和
由所述的笼和内球道和外球道的接合对保持的多个球，
其中满足0.3≤(WIR/LS)≤1.0。
16.根据权利要求1所述的直接转矩流组件，其中所述的内节部分、所述的外节部分、所述的笼和所述的多个球形成了螺纹紧固件等速万向节、夹头弹簧等速万向节或夹等速万向节之一。
17.根据权利要求9所述的直接转矩流组件，其中所述的内节部分、所述的外节部分、所述的笼和所述的多个球形成了螺纹紧固件等速万向节、夹头弹簧等速万向节或夹等速万向节之一。
18.根据权利要求13所述的直接转矩流组件，其中所述的内节部分、所述的外节部分、所述的笼和所述的多个球形成了螺纹紧固件等速万向节、夹头弹簧等速万向节或夹等速万向节之一。
19.根据权利要求15所述的直接转矩流组件，其中所述的内节部分、所述的外节部分、所述的笼和所述的多个球形成了螺纹紧固件等速万向节、夹头弹簧等速万向节或夹等速万向节之一。
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