CN101503045A - 阻尼车桥轴 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种阻尼车桥轴，具体来说，经带有阻尼环的内轴部件和外轴部件，所述阻尼车桥轴非常接近振荡源地固有地阻尼，所述阻尼环结合在所述内轴部件和所述外轴部件之间，其中，所述内轴部件用作车桥轴，具有不同于所述外轴部件的扭转刚度的扭转刚度，所述外轴部件用作同心布置的轴管套。在扭转负荷下，所述内轴部件和所述外轴部件两者都传送所述扭转负荷，其中，所述内轴部件比所述外轴部件扭转得更多，由此产生在所述内轴部件和所述外轴部件之间的相对位移。所述阻尼环经受所述相对的位移并从而将扭转的能量阻尼，藉此，动力跳跃和关联的驱动系统扰动例如车轴防护装置减小。
Description
技术领域
[0001]本发明总体上涉及机动车辆的驱动车桥轴，更具体地涉及具有内部和外部部件的阻尼车桥轴，所述内部和外部部件相互地扭振阻尼。
背景技术
[0002]带有驱动轴独立悬架的机动车辆包括一对车桥轴(也称为对开式车桥或半轴)，每个车轮一个车桥轴，如在于1987年10月13日授权给Anderson并转让给本发明受让人的美国专利4699235中仅以范例的方式所描述，上述内容通过参考并入本文。
[0003]现在参考图1，为了参考的目的简要描述专利4699235的对开式车桥驱动系统，应理解本发明可应用于两轮驱动或四轮驱动系统。
[0004]示出的是非全时四轮驱动车辆的示意性平面图，包括内燃机10，变速器12和安装在车辆底盘(未示出)上的分动箱14。发动机10和变速器12如同分动箱14一样是公知的部件，分动箱14通常具有输入轴(未示出)、主输出轴16和辅助输出轴18。主输出轴16驱动连接到分动箱14中的输入轴并且通常与输入轴对准。辅助输出轴18通过离合器或类似物可驱动连接到分动箱14中的输入轴并通常与输入轴偏离。分动箱离合器由适合的选择器装置(未示出)致动，选择器装置通常由车辆驾驶员远程控制。
[0005]主输出轴16驱动连接到后部传动轴20，传动轴20进而驱动连接到后部差速器22。后部差速器22以公知方式通过对开式车桥部分驱动后轮24。辅助输出轴18驱动连接到前部传动轴26，前部传动轴26进而驱动连接到对开式车桥驱动装置28以通过对开式车桥部分选择性地驱动前轮30。对开式车桥驱动装置28依靠包括延伸管66上的支架71连接到车辆底盘。
[0006]从前轮驱动车辆中公知适合的对开式车桥部分(通常称为半轴)。这些对开式车桥部分可用于将对开式车桥驱动装置28连接到前轮30。附图示意性示出了用于驱动连接到包含有车桥轴76的独立悬架可转向车轮的半轴的常见类型，车桥轴76具有在其内侧端的适于连接到输出例如凸缘72或74的插入的万向节78和在其外侧端的适于连接到车轮30的公知的球笼式万向节80。相似的车桥轴构造也同样应用在带有驱动后车桥和独立后部悬架的车辆中。
[0007]有问题的是，当大的转矩应用到车桥轴时车桥轴经常呈现“动力跳跃(powerhop)”。动力跳跃通常在车桥轴的扭振(torsionalwindup)中的低频(即，低于20Hz)振荡周期性地超过相对于道路表面的轮胎摩擦时出现。动力跳跃产生到悬架和传动系统部件的振荡反馈，并能由车辆乘客感觉到，车辆乘客描述感觉为“窜动”、“砰”“突跳”或“跳跃”。
[0008]车桥轴通常由钢棒材材料和类似材料制造，用作非常有效的扭转弹簧。为了减少不希望的车桥轴中的振荡，标准的实践是调节车桥轴的大小(即，增大直径)以通过增加车桥轴的总刚度来最小化振荡的不利影响的方式调节共振频率，从而减小动力跳跃。然而，增大车桥轴的直径导致与额外的封装、质量和成本有关的问题，同时并没有解决直接阻尼与动力跳跃关联的振荡的核心问题，也即是：在猛烈的纵向加速或减速期间，缺少阻尼以吸收通过轮胎的不利阻尼特性带入到传动系统的能量。
[0009]因此，在现有技术中对这样的车桥有明确地感觉到的需要，即被非常接近振荡源地固有地阻尼，并从而提供动力跳跃的减小和关联的驱动系统扰动的减小，例如车轴防护装置(axle shutter)。
发明内容
[0010]本发明涉及一种阻尼车桥轴，经带有至少一个阻尼环的内轴部件和外轴部件，所述阻尼车桥轴非常接近振荡源固有地阻尼，所述阻尼环结合在所述内轴部件和所述外轴部件之间，其中，所述内轴部件具有不同于所述外轴部件的扭转刚度的扭转刚度。在扭转负荷下，所述内轴部件和所述外轴部件两者都传送所述扭转负荷，其中，所述内轴部件比所述外轴部件扭转得更多，由此产生在所述内轴部件和所述外轴部件之间的相对位移。所述至少一个阻尼环经受所述相对的位移并从而将系统的能量阻尼，藉此，动力跳跃和关联的驱动系统扰动例如车轴防护装置减小。
[0011]在优选实施例中，内部部件是车桥轴本身，外部部件是轴管，所述轴管关于车桥轴同心布置并大体与车桥轴有共同的末端(不包括任何齿槽)。优选地，内部部件具有比外轴部件小的扭转刚度，以使在由内部部件和外部部件承载的扭转负荷下，内轴部件比所述外轴部件扭转的多。所述至少一个阻尼环布置为经受由内部部件和外部部件扭转的不同而产生的角位移，并且所述至少一个阻尼环预先选择为响应于所述角位移而提供希望的能量阻尼。
[0012]在优选实施例的第一实施例中，轴管的一个端部刚性连接到车桥轴并且轴管的另一端开口并且在开口处轴管与车桥轴之间布置阻尼环。阻尼环具有至少一个滑动表面，车桥轴或轴管在扭转负荷施加到其上时，响应于车桥轴相对于轴管的角位移在滑动表面分别滑动，其中，由库仑摩擦产生的能量耗散在所述阻尼环的至少一个滑动表面处出现。
[0013]在优选实施例的第二实施例中，轴管的一个端部刚性连接到车桥轴并且轴管的另一端开口并且在开口处轴管与车桥轴之间布置阻尼环。阻尼环(是高阻尼弹性(回弹)材料，例如橡胶)连接到轴管和车桥轴，其中相对地在车桥轴与轴管之间的扭转通过阻尼环的弹性变形导致能量耗散。
[0014]在优选实施例的第三实施例中，轴管的每一端开口并且在开口处位于轴管与车桥轴之间布置相应的阻尼环。每一阻尼环(是高阻尼弹性(回弹)材料，例如橡胶)连接到轴管和车桥轴，其中相对地在车桥轴与轴管之间的扭转通过阻尼环两者全部的弹性变形导致能量耗散。
[0015]因此，本发明的目的是经带有阻尼环的内轴部件和外轴部件，提供非常接近振荡源固有地阻尼，所述阻尼环滑动结合在所述内轴部件和所述外轴部件之间。
[0016]本发明的这个和另外的目的、特点和优点将从下面优选实施例的描述中变得更加清清楚。
附图说明
[0017]图1是现有技术的具有对开式车桥驱动装置的机动车辆的示意性平面图。
[0018]图2是根据本发明的第一例子的第一方面的阻尼车桥轴的部分截面图。
[0019]图2A是沿图2的线2A-2A的断面图。
[0020]图2B是沿图2的线2B-2B的断面图。
[0021]图2C是如图2A的视图，示出响应于逆时针方向的扭转负荷的扭转的例子。
[0022]图2D是如图2A的视图，示出响应于顺时针方向的扭转负荷的扭转的例子。
[0023]图3是根据本发明的第二例子的阻尼车桥轴的部分截面图。
[0024]图3A是沿图3的线3A-3A的断面图。
[0025]图3B是沿图3的线3B-3B的断面图。
[0026]图3C是如图3A的视图，示出响应于逆时针方向的扭转负荷的扭转的例子。
[0027]图3D是如图3A的视图，示出响应于顺时针方向的扭转负荷的扭转的例子。
[0028]图4是根据本发明的第三例子的阻尼车桥轴的部分截面图。
[0029]图4A是沿图4的线4A-4A的断面图。
[0030]图4B是沿图4的线4B-4B的断面图。
[0031]图4C是如图4A的视图，示出响应于逆时针方向的扭转负荷的扭转的例子。
[0032]图4D是如图4B的视图，示出响应于逆时针方向的扭转负荷的扭转的例子。
[0033]图4E是如图4A的视图，示出响应于顺时针方向的扭转负荷的扭转的例子。
[0034]图4F是如图4B的视图，示出响应于顺时针方向的扭转负荷的扭转的例子。
[0035]图5是根据本发明的结合一对阻尼车桥轴的机动车辆后部悬架的示意性表示。
具体实施方式
[0036]现在参考附图，图2-5描述了根据本发明的阻尼车桥轴100的各种例子，其中纵观附图，阻尼车桥轴100非常接近振荡源地固有地阻尼，在动力跳跃时，振荡源通常是车桥轴的扭振对伴随的轮胎接合道路表面的响应。
[0037]阻尼车桥轴100通常包括用作车桥轴104的内轴部件102、以圆筒形轴管108的形式的外轴部件106和至少一个阻尼环110，所述车桥轴104具有第一扭转刚度，所述圆筒形轴管108关于车桥轴同心布置并大体与车桥轴有共同的末端(术语“大体共同的末端”是指在不包括在车桥轴的每个端部处的花键或其他旋转的驱动接口的情况下大体共同的末端)以及具有第二扭转刚度，所述阻尼环110布置在车桥轴和轴管之间。
[0038]车桥轴104和轴管108两者都传送施加的扭转负荷，并且响应于扭转负荷车桥轴(根据其选择的第一扭转刚度)与轴管(根据其选择的第二扭转刚度)不同地扭转。由此产生的在车桥轴与轴管之间的相对位移由所述至少一个阻尼环承受，藉此响应于车桥轴相对于轴管扭转的不同阻尼期望的能量。
[0039]鉴于此，将阻尼车桥轴100的结构构造成这样是足够：在扭转负荷下，车桥轴104相对于轴管108不同地扭转，由此导致在车桥轴104与轴管108之间的相对角位移，其中，至少一个阻尼环承受车桥轴相对于轴管的相对角位移并从而阻尼与由于扭转负荷产生的扭转关联的能量，藉此，动力跳跃和关联的驱动系统扰动例如车轴防护装置(axle shutter)减小。
[0040]阻尼轴100’的优选实施例的第一例子在图2-2D中描述。
[0041]在图2中，轴管108’在附接端部108a处通过刚性附接连接到车桥轴104’，例如，经端点在轴套108c处的减小的直径部分108b。附接端部108a连接到到车桥轴，例如，通过焊接、卷曲、压配合和其他连接形式，将轴套108c连接到车桥轴104’。在附接端部108a处，车桥轴和轴管被约束以共同地旋转。轴管108’具有大于车桥轴104的外径D2的内径D1，藉此轴管与车桥轴相隔距离S。轴管具有与附接端部108a相对的开口端部108d。
[0042]阻尼环110’位于开口端部108d处，并附接到轴管或车桥轴之一，并可具有与附接部相对的滑动表面110a。例如，附接部经金属轴套110b(例如通过压配合)和摩擦环面110c连接到车桥轴，前者使附接部必须与车桥轴共同旋转而不滑动，摩擦环面110c由耐摩擦的材料(例如制动垫片或离合器衬垫类型的摩擦材料)制成，其环绕且不滑动地布置在轴套上。
[0043]在操作中，如在图2C和2D看到的，顺时针或逆时针施加的扭转负荷L导致车桥轴104’从T到TS的扭转，该扭转大于轴管108’从T到TT的扭转，在车桥轴104’与轴管108’之间具有角位移TD。由于轴套110’必须与车桥轴104’共同地旋转，角位移TD在滑动表面110a处产生，滑动表面相对于轴管的内表面108s摩擦地滑动达该角位移TD。该摩擦滑动提供能量阻尼，并从而提供振荡阻尼，其减轻动力跳跃和关联的不希望的振荡效应。
[0044]以优选实施例的方式，由于库仑摩擦，摩擦滑动提供阻尼，库仑摩擦是公知的涉及接触的表面之间的相对运动的物理过程。在库仑摩擦中，可相信地，操作相对于图2描述的例子，在阻尼环110’的滑动表面110a与轴管108’的内表面108s之间形成的分界面边界112处提供模态激励(modal excitation)的阻尼，其中，轴管108’的材料可以例如是钢。库仑摩擦表示在分界面边界112处通过机械的表面到表面的交互作用过程的能量吸收过程。应理解，材料可以是描绘和描述之外的其他材料，包括金属在金属上，以及包括阻尼环相对于车桥轴和轴管其中之一或两者的滑动。
[0045]现在将注意力转向图3-3D，描述了阻尼车桥轴100”的优选实施例的第二例子。
[0046]在图3中，轴管108”在附接端部108a’处通过刚性附接连接到车桥轴104”，例如，经端点在轴套108c’处的减小的直径部分108b’。附接端部108a’连接到车桥轴，例如，通过焊接、卷曲、压配合和其他连接形式，将轴套108c’连接到车桥轴104”。在附接端部108a’处，车桥轴和轴管被约束以共同地旋转。轴管108”具有大于车桥轴104”的外径D2’的内径D1’，藉此轴管与车桥轴相隔距离S’。轴管具有与附接端部108a’相对的开口端部108d’。
[0047]阻尼环110”位于开口端部108d’处，并附接到轴管104”和车桥轴108”两者，没有滑动表面。例如，附接经由粘合或其他粘结方式进行以使内表面110i与车桥轴104”共同地旋转而不滑动以及以使外表面110o与轴管108”共同地旋转而不滑动。阻尼环的材料优选同质的，由例如高阻尼弹性(回弹的)材料，最优选地高阻尼橡胶制成。
[0048]在操作中，如在图3C和3D看到的，顺时针或逆时针施加的扭转负荷L’导致车桥轴104”从T’到TS’的扭转，该扭转大于轴管108”从T’到TT’的扭转，在车桥轴104’与轴管108’之间具有角位移TD’。由于阻尼环110”在与车桥轴104”的连接处在内表面110i处共同地旋转，和在与轴管108”的连接处在外表面110o处共同地旋转，角位移TD’由阻尼环110”产生作为内部弹性变形(等于角位移TD’)。该内部弹性变形提供能量阻尼，并从而提供振荡阻尼，其减轻动力跳跃和关联的不希望的振荡效应。
[0049]现在将注意力转向图4-4F，描述了阻尼车桥轴100”’的优选实施例的第三例子。
[0050]在图4中，轴管108”’不刚性地附接到车桥轴104”’，在两端108a”和108b”处开口。轴管108”’具有大于车桥轴104”’的外径D2”的内径D1”，藉此轴管与车桥轴相隔距离S”。第一和第二阻尼环110a”和110b”分别位于在每一开口端108a”、108d”处，并且都连接到轴管104”’和车桥轴108”’，没有滑动表面。例如，附接经粘合或其他粘结方式进行以使第一和第二阻尼环中每个的内表面110i’与车桥轴104”’共同地旋转而不滑动以及以使第一和第二阻尼环中每个的外表面110o’与轴管108”’共同地旋转而不滑动。第一和第二阻尼环中每个的材料优选同质的，由例如高阻尼弹性(回弹的)材料，最优选地高阻尼橡胶制成。
[0051]在操作中，如在图4C-4F看到的，顺时针或逆时针施加的扭转负荷L”导致车桥轴104”’的扭转TS”，扭转TS”大于轴管108”’的扭转TT”，在车桥轴104”’与轴管108”’之间具有角位移TD”。由于第一和第二阻尼环110a”和110b”在与车桥轴104”’的相应连接处在相应内表面110i’处共同地旋转，和在与轴管108”’的相应连接处在相应外表面110o’处共同地旋转，角位移TD”由每个阻尼环产生作为内部弹性变形(通常等于角位移TD”(第一和第二阻尼环可具有相互不同的角位移))。该内部弹性变形提供能量阻尼，并从而振荡阻尼，其减轻动力跳跃和关联的不希望的振荡效应。
[0052]现在将注意力转向图5，相对于机动车辆后部悬架120描述了根据本发明的阻尼车桥轴使用环境的非限制例子，后部悬架120集成了根据本发明的一组阻尼车桥轴100：第一阻尼车桥轴100a和第二阻尼车桥轴100b(例如，两者可根据图2，3或4中任何一者的构造进行构造)。后部悬架120包括托架(cradle)122，托架122通过弹性的托架支座(mount)124连接到机动车辆的车架(未示出)。后部差速器模块126经弹性的后部差速器模块支座128连接到托架122，还经等速万向节130a、130b连接到第一和第二车桥轴100a、100b。第一和第二车桥轴100a、100b经等速万向节130a、130b独立悬挂因此能够沿箭头132a、132b独立地枢转。传动轴134在一端连接到变速器(未示出)，在另一端经万向节138连接到后部差速器模块。应当理解，阻尼车桥轴100驱动连接到的驱动源可以不是后部差速器模块，而是比如图1的对开式车桥驱动装置。
[0053]仅示范性的方式，提供下述细节。车桥轴材料主要是钢(低碳钢或高强度钢)，以及可以是合金。车桥轴可具有从大约300mm到大约600mm范围的长度，从大约20mm到大约30mm范围的直径，根据应用可调。轴管直径可从大约26mm到大约60mm的范围，壁厚从大约2mm到大约10mm的范围，根据应用可调。
[0054]应当明白，在图2和3的情况下阻尼环的位置优选接近车轮(即，车桥轴的外侧)，但也可以不是。此外，在图4的情况下阻尼环可以是相同的高阻尼弹性材料(阻尼环是对称的)或者不同的高阻尼弹性材料(阻尼环是不对称的)。
[0055]对于本发明所属领域的技术人员，上述优选实施例可以进行变化或改变。该变化或改变能够在不偏离本发明的范围下实施，本发明仅由所附权利要求的范围限制。
Claims (19)
1.一种阻尼车桥轴，所述阻尼车桥轴包括：
具有第一扭转刚度的内轴部件；
外轴部件，所述外轴部件相对于所述内轴部件同心布置并与所述内轴部件相间隔，所述外轴部件具有第二扭转刚度；和
至少一个阻尼环，所述阻尼环布置在所述第一和第二轴部件之间；
其中，响应于施加到所述内轴部件和外轴部件上的扭转负荷，所述内轴部件和外轴部件不同地扭转以使在所述内轴部件和外轴部件之间产生的角位移在所述至少一个阻尼环处产生，从而使所述至少一个阻尼环阻尼与由扭转负荷引起的扭转关联的能量。
2.根据权利要求1所述的阻尼车桥轴，其中，所述内轴部件包括车桥轴；以及，其中所述外轴部件包括相对于所述车桥轴具有大体相同末端的轴管。
3.根据权利要求1所述的阻尼车桥轴，其中，所述第一刚度小于所述第二刚度，其中所述内轴部件响应于扭转负荷比所述外轴部件扭转得更多。
4.根据权利要求3所述的阻尼车桥轴，其中，所述内轴部件包括车桥轴；以及，其中所述外轴部件包括轴管。
5.根据权利要求4所述的阻尼车桥轴，其中，所述轴管的一端连接到所述车桥轴以使所述轴管在连接处必须与所述车桥轴共同地旋转；以及，其中所述轴管的另一端开口开口并且大体在开口处布置所述至少一个阻尼环。
6.根据权利要求5所述的阻尼车桥轴，其中，所述至少一个阻尼环包括至少一个滑动表面，所述滑动表面响应于所述扭转相对于所述车桥轴和所述轴管中的至少一个滑动。
7.根据权利要求6所述的阻尼车桥轴，其中，所述滑动包括库仑摩擦过程。
8.根据权利要求7所述的阻尼车桥轴，其中，所述至少一个阻尼环附接到所述车桥轴以使所述至少一个阻尼环必须与所述车桥轴共同地旋转，其中，所述滑动相对于所述轴管发生；以及，其中所述轴管相对于所述车桥轴大体有相同的末端。
9.根据权利要求8所述的阻尼车桥轴，其中，所述至少一个阻尼环包括附接到所述车桥轴的轴套和不滑动地连接到所述轴套的摩擦材料环面。
10.根据权利要求5所述的阻尼车桥轴，其中，所述至少一个阻尼环包括不滑动地连接到所述车桥轴和所述轴管中每一个的弹性材料。
11.根据权利要求10所述的阻尼车桥轴，其中，所述弹性材料是高阻尼橡胶；以及，其中所述轴管相对于所述车桥轴大体有相同的末端。
12.根据权利要求4所述的阻尼车桥轴，其中，所述轴管的每一端部是开口的；以及，其中所述至少一个阻尼环包括：
第一阻尼环，大体布置在所述轴管的一个开口端部处；和
第二阻尼环，大体布置在所述轴管的另一个开口端部处。
13.根据权利要求12所述的阻尼车桥轴，其中，第一和第二阻尼环中每个都包括不滑动地附接到所述车桥轴和所述轴管中每一个的弹性材料。
14.根据权利要求10所述的阻尼车桥轴，其中，所述弹性材料是高阻尼橡胶；以及，其中所述轴管相对于所述车桥轴大体有相同的末端。
15.一种机动车辆的驱动系统，所述驱动系统包括：
驱动源；和
一对阻尼车桥轴，所述阻尼车桥轴驱动连接到所述驱动源；所述一对车桥轴中的每一阻尼车桥轴包括：
具有第一扭转刚度的内轴部件；
外轴部件，所述外轴部件相对于所述内轴部件同心布置并与所述内轴部件相间隔，所述外轴部件具有第二扭转刚度；和
至少一个阻尼环，所述阻尼环布置在所述第一和第二轴部件之间；
其中，响应于施加到所述内轴部件和外轴部件上的扭转负荷，所述内轴部件和外轴部件不同地扭转以使在所述内轴部件和外轴部件之间产生的角位移在所述至少一个阻尼环处产生，从而使所述至少一个阻尼环阻尼与由扭转负荷引起的扭转关联的能量。
16.根据权利要求15所述的驱动系统，其中，所述内轴部件包括车桥轴；以及，其中所述外轴部件包括相对于所述车桥轴具有大体相同末端的轴管。
17.根据权利要求16所述的驱动系统，其中，所述第一刚度小于第二刚度，其中所述内轴部件响应于扭转负荷比所述外轴部件扭转得更多。
18.根据权利要求17所述的驱动系统，其中，所述轴管的一端连接到所述车桥轴以使所述轴管在连接处必须与所述车桥轴共同地旋转；以及，其中所述轴管的另一端开口并且在开口处大体布置所述至少一个阻尼环。
19.根据权利要求17所述的驱动系统，其中，所述轴管的每一端部是开口的；以及，其中所述至少一个阻尼环包括：
第一阻尼环，大体布置在所述轴管的一个开口端部处；和
第二阻尼环，大体布置在所述轴管的另一个开口端部处。
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