CN101855470A - 带有阵列调谐减震器的驱动轴 - Google Patents
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Abstract
一种车辆传动系统包括：管状构件(62)，其具有内表面(64)和轴线；安装基部(72)，其耦连到管状构件(62)；以及多个共振器构件(74)，其各自具有第一端部(80)、第二端部(82)以及置于第一端部(80)和第二端部(82)之间的中心部(84)，共振器构件(74)耦连到安装基部并自安装基部延伸。
Description
【技术领域】
本发明的公开内容涉及旋转传动系统中的振动阻尼。
【背景技术】
机动车辆通常利用包括传动轴(propshafts)的传动系统来将变速器或者动力输出单元连接至驱动轮。如果在传动轴残余平衡力与传动轴固有弯曲共振一致的转速下工作，则传动轴可能旋转不稳定。
在一定的转速和共振频率下，上述传动轴典型地出现不平衡转动，从而出现不期望的振动。这些振动通常会在各传动轴的长度内以及沿着传动轴的长度引起弯曲力或扭力。由不平衡转动引起的这种弯曲力或扭力在大部分车辆的传动系统的运行中是不期望也是不合适的。此外，来自发动机或变速器的振动可能会不期望地通过传动轴传递。
因此，各种动力阻尼器(dynamic dampers)或质量阻尼器(mass dampers)被使用于抑制由不平衡转动在旋转传动轴中引起或者通过传动轴传递的不期望的振动。这些阻尼器常安装或直接嵌入传动轴上或之内。阻尼器设计成产生指定的振动频率，该指定振动频率被调节到不期望振动的主频率。阻尼器通过共振将传动轴的振动能量转换或转移到阻尼器，并最终吸收传动轴的振动能量。因此，阻尼器试图抵消或消除在车辆传动系统正常工作中被引导到旋转传动轴上或由旋转传动轴引起的振动。
许多阻尼器通常包括质量构件，该质量构件设置于一对环形固定构件和一对连接构件之间。连接构件将固定构件的端部连接到质量构件。但是，这些传统阻尼器中的许多阻尼器是不容易能够调谐到特定频率的，并且在没有为各汽车传动系统大量重新设计阻尼器和传动轴的情况下难于控制阻尼。另外，许多传统阻尼器包括从连接构件悬臂伸出的其它质量构件。这些质量构件，本质上是从理论弹簧悬挂出，将附加自由度引进系统，从而产生另外的共振。
因此，现有技术中需要一种改进的内部减震器。现有技术还需要一种内部减震器，其不使用悬臂式质块来产生阻尼效果。现有技术还需要一种内部减震器，其易于安装和修改，以便匹配各种车辆传动系统的特定频率和阻尼水平。
【发明内容】
车辆传动系统的实施例包括具有内表面和轴线的管形构件、耦连到管形构件的安装基部以及多个共振器构件，所述多个共振器构件各自具有第一端部、第二端部以及置于第一端部和第二端部之间的中心部，共振器构件耦连到安装基部并自其延伸出。
【附图说明】
现在参照附图，详细示出优选的示例性实施例。尽管附图呈现出一些实施例，但是附图不一定是成比例的，某些特征可被放大、移除或部分剖切以更好地阐明和解释本发明。另外，这里提出的实施例无意穷尽、或者以其它方式将权利要求范围限制或局限于附图所示以及下面详述中所公开的精确形式和构造。
图1是传动系统的俯视图。
图2是图1所示传动轴的局部剖视俯视图。
图3是图2的传动轴的区域3的局部剖视图。
图4是图2的传动轴的一部分的立体图。
图5是图4的区域5的局部剖视立体图。
图6是图4的部分的另一实施例的立体图。
图6A是图6的区域6A的放大图。
图7是图4的部分的另一实施例的立体图。
图7A是图7的区域7A的放大图。
图8是图4的部分的另一实施例的立体图。
图8A是图8的区域8A的放大图。
图9是图4的部分的另一实施例的立体图。
图9A是图9的区域9A的放大图。
图10是图4的部分的另一实施例的局部切开图。
图10A是图10的区域10A的放大图。
图11是从示例性装置的振动测试中获取的测量结果的曲线图。
图12是图4的部分的另一实施例的立体图。
【具体实施方式】
图1示出车辆(未示出)的传动系统20。传动系统20包括发动机22，发动机22连接到变速器24和动力输出单元26。前差速器32具有右前半轴34和左前半轴36，这两个前半轴各自连接到车轮38并将动力输送到这些车轮38。动力输出单元26具有传动轴(propeller shaft)40和自该动力输出单元延伸的前轮传动轴42。前轮传动轴42将前差速器32连接到动力输出单元26。传动轴40将动力输出单元26连接到后差速器44，其中后差速器44包括后右侧轴46和后左侧轴48，后右侧轴46和后左侧轴48各自在其一个端部有车轮38。
如从图2中最佳观察到的，传动轴40包括铰接式三球销节(articulatedtripod joint)50、前传动轴(front prop shaft)52、后传动轴(rear prop shaft)54以及两个高速等速节60。前传动轴52由轴线A-A限定，而后传动轴54由轴线B-B限定。即便车轮或轴由于转向和悬挂颠簸及回弹而具有变化的角度，等速节将动力通过驱动轴40传输到车轮38。等速节60定位在连接车轮38和后差速器44的半轴的两个端部。在右前半轴34和左前半轴36的两个端部处也是等速节60。在所示实施例中，后传动轴54包括大体圆筒状的管形壁62，管形壁62具有内侧表面64、第一端部66和第二端部68。
等速节60可以是已知标准类型中的任何一种，例如，伸缩型三球销节(plunging tripod)、叉槽式节(cross groove joint)、固定球式节(fixed balljoint)或者双偏置节(double offset joint)，所有这些都是现有技术中不同种类等速节的公知术语。等速节60允许以在日常驾驶汽车时在车辆的半轴和传动轴中出现的角速度而等角速度地传动。
传动系统20表示全轮驱动车辆，但是应当注意，本发明的等速节60的实施例也可用在后轮驱动车辆、前轮驱动车辆、全轮驱动车辆以及四轮驱动车辆中。
如从图3中最佳观察到的，后传动轴54包括阵列调谐减震器或阻尼器70。阻尼器70包括耦连到内表面64的第一安装基部72、多个共振器构件74、以及耦连到内表面64的第二安装基部76。
共振器构件74各自包括第一端部80、第二端部82、以及置于第一端部80和第二端部82之间的中心部84。共振器构件由第一层90、第二层92、以及置于第一层90和第二层92之间的第三层94构成。第一端部80耦连到第一安装基部72并自第一安装基部72延伸。第二端部82耦连到第二安装基部76并自第二安装基部76延伸。在所示实施例中，尽管可以使用任何合适的耦连机构，但是多个共振器构件74的第一端部80嵌入第一安装基部72内，且多个共振器构件74的第二端部82嵌入第二安装基部76内。
在所示实施例中，层90、92、94形成约束层阻尼器(constrained layerdamper)，其中，层90和92为金属，而层94为树脂，例如乳香树脂(mastic)。也就是说，层94足够柔韧，以允许在层90、92之间相对运动，同时将动能转换为热、声或其它的能量形式，这些能量形式使动能耗散。
如从图3和图5中最佳观察到的，第一层90包括第一表面100、第二表面102、第一边缘104、第二边缘106、第一端部108和第二端部110。第二层92包括第一表面120、第二表面122、第一边缘124、第二边缘126、第一端部128和第二端部130。第三层94包括第一表面140、第二表面142、第一边缘144、第二边缘146、第一端部148和第二端部150。第一层90的第一表面100耦连到第三层94的第二表面142，而第二层92的第二表面122耦连到第三层94的第一表面140。
也如从图5观察到的，共振器构件74可以通过将层90、92与层94粘合而形成。也就是说，层90、92、94被叠压，使得表面100和142以及表面122和140之间的滑动被限制了。简言之，在诸如共振器构件74的阻尼器中，当暴露于特定频率下的振动能时，共振器构件74的几何结构促使共振器构件74振动(共振)。共振器构件74的几何结构可以变化，以改变特定的共振频率。当层90、92、94振动时，金属层90、92随着驱动频率(能量)共振。金属层90、92的这种运动将使第三层94变形。第三层94不会明显地随着驱动频率共振，但将从层90、92吸收动能。由于所吸收能量的至少部分转换为热能，因此这种能量吸收可提高第三层94的温度。随着金属层90、92进一步被驱动频率驱动，第三层94吸收附加能量。热、声或其它形式的转换能可以从传动系统20耗散。因此，各共振器构件74起作用以吸收特定频率的能量，并将这种能量转换为在不会给传动系统20造成附加振动效果的情况下可被耗散的形式。
与上述由共振器构件74进行的能量转换相对比，悬臂式质块(例如，在美国专利第2,586,043号中所公开的)引入可以产生附加共振的附加自由度。
图6至图10示出阻尼器70的其它实施例。这些实施例各自可以置于诸如传动系统20等传动系统的中空构件的任何传动轴内部。另外，这些实施例各自以类似上述运行的方式工作。
图6示出阵列调谐减震器、或阻尼器70的另一实施例，如阻尼器170。阻尼器170包括耦连到传动系统20的后传动轴54的安装基部172、以及多个共振器构件174。在所示实施例中，尽管安装基部172可以耦连到传动系统20的其它部分，但安装基部172具有耦连到后传动轴54的内表面64的大体圆筒状外表面176。并且在所示实施例中，阻尼器170包括28个共振器构件174。
共振器构件174各自包括第一端部180、第二端部182、以及置于第一端部180和第二端部182之间的中心部184。共振器构件由第一层190、第二层192以及置于第一层190和第二层192之间的第三层194构成。第一端部180耦连到第一安装基部172，并自第一安装基部172延伸。在所示实施例中，尽管可以使用任何合适的耦连机构，但多个共振器构件174的第一端部180至少部分地嵌入安装基部172内。
第一层190包括第一表面200、第二表面202、第一边缘204、第二边缘206、第一端部208和第二端部210。第二层192包括第一表面220、第二表面222、第一边缘224、第二边缘226、第一端部228和第二端部230。第三层194包括第一表面240、第二表面242、第一边缘244、第二边缘246、第一端部248和第二端部250。第一层190的第一表面200耦连到第三层194的第二表面242，而第二层192的第二表面222耦连到第三层194的第一表面240。
图7和7A示出阵列调谐减震器、或阻尼器70的另一实施例，如阻尼器270。阻尼器270包括耦连到传动系统20的后传动轴54的安装基部272、以及多个共振器构件274。在所示实施例中，尽管安装基部272可以耦连到传动系统20的其它部分，但安装基部272具有以耦连到后传动轴54的内表面64的大体圆筒状外表面276。
共振器构件274各自包括第一端部280、第二端部282、以及置于第一端部280和第二端部282之间的中心部284。共振器构件274由第一层290、第二层292以及置于第一层290和第二层292之间的第三层294构成(图7A)。中心部284嵌入第一安装基部272内并自第一安装基部272延伸。
第一层290包括第一表面300、第二表面302、第一边缘304、第二边缘306、第一端部308和第二端部310。第二层292包括第一表面320、第二表面322、第一边缘324、第二边缘326、第一端部328和第二端部330。第三层294包括第一表面340、第二表面342、第一边缘344、第二边缘346、第一端部348和第二端部350。第一层290的第一表面300耦连到第三层294的第二表面342，而第二层292的第二表面322耦连到第三层294的第一表面340。
图8示出阵列调谐减震器、或阻尼器70的另一实施例，如阻尼器370。阻尼器370包括耦连到传动系统20的后传动轴54的安装基部372、以及多个共振器构件374。安装基部372包括大体圆筒状的外表面376和大体圆筒状的内表面378。在所示实施例中，尽管安装基部372可以耦连到传动系统20的其它部分，但安装基部372将耦连到后传动轴54的内表面64。
共振器构件374各自包括第一端部380、第二端部382、以及置于第一端部380和第二端部382之间的中心部384。共振器构件374由第一层390、第二层392以及置于第一层390和第二层392之间的第三层394构成。第一端部380耦连到第一安装基部372并从第一安装基部372沿径向向内延伸。在所示实施例中，尽管可以使用任何合适的耦连机构，但多个共振器构件374的第一端部380至少部分地嵌入安装基部372内。
如图8A所示，第一层390包括第一表面400、第二表面402、第一边缘404、第二边缘406、第一端部408和第二端部410。第二层392包括第一表面420、第二表面422、第一边缘424、第二边缘426、第一端部428和第二端部430。第三层394包括第一表面440、第二表面442、第一边缘444、第二边缘446、第一端部448和第二端部450。第一层390的第一表面400耦连到第三层394的第二表面442，而第二层392的第二表面422耦连到第三层394的第一表面440。
图9和图9A示出阵列调谐减震器、或阻尼器70的另一实施例，如阻尼器470。阻尼器470包括耦连到传动系统20的后传动轴54的第一安装基部472，多个共振器构件474以及第二安装基部476。第一安装基部472包括大体圆筒状的外表面478。在所示实施例中，尽管第一安装基部472可以耦连到传动系统20的其它部分，但安装基部472耦连到后传动轴54的内表面64。另外，第二安装基部476可以直接耦连到传动系统20的一部分。
共振器构件474各自包括第一端部480、第二端部482、以及置于第一端部480和第二端部482之间的中心部484。共振器构件474由第一层490、第二层492、以及置于第一层490和第二层492之间的第三层494构成。第一端部480耦连到第一安装基部472并从第一安装基部472沿径向向内延伸。第二安装基部476包括大体圆筒状的外表面496。在所示实施例中，尽管可以使用任何合适的耦连装置，但多个共振器构件474的第一端部480至少部分地嵌入第一安装基部472内，而第二端部482至少部分地嵌入第二安装基部476内。
第一层490包括第一表面500、第二表面502、第一边缘504、第二边缘506、第一端部508和第二端部510。第二层492包括第一表面520、第二表面522、第一边缘524、第二边缘526、第一端部528和第二端部530。第三层494包括第一表面540、第二表面542、第一边缘544、第二边缘546、第一端部548和第二端部550。第一层490的第一表面500耦连到第三层494的第二表面542，而第二层492的第二表面522耦连到第三层494的第一表面540。
图10示出阵列调谐减震器、或阻尼器70的另一实施例，如阻尼器570。阻尼器570包括耦连到后传动轴54的安装基部572以及多个共振器构件574。安装基部572包括大体圆筒状的外表面576和大体管状的延伸部578。在所示实施例中，尽管安装基部572可以耦连到传动系统20的其它部分，但安装基部572的延伸部578耦连到后传动轴54的第一端部66。
共振器构件574各自包括第一端部580、第二端部582、以及置于第一端部580和第二端部582之间的中心部584。共振器构件574的第二端部582不接触后传动轴54的内表面64。共振器构件574由第一层590、第二层592以及置于第一层590和第二层592之间的第三层594构成(图10A)。第一端部580耦连到第一安装基部572并从第一安装基部572沿径向向内延伸。在所示实施例中，尽管可以使用任何合适的耦连装置，但多个共振器构件574的第一端部580至少部分地嵌入安装基部572内。
如从图10A中最佳观察到的，第一层590包括第一表面600、第二表面602、第一边缘604、第二边缘606、第一端部608和第二端部610。第二层592包括第一表面620、第二表面622、第一边缘624、第二边缘626、第一端部628和第二端部630。第三层594包括第一表面640、第二表面642、第一边缘644、第二边缘646、第一端部648和第二端部650。第一层590的第一表面600耦连到第三层594的第二表面642，而第二层592的第二表面622耦连到第三层594的第一表面640。
图11示出共振器构件调谐为大约287.5赫兹(Hz)的阵列调谐减震器的曲线图。对诸如传动系统20等传动系统的一部分而言，在没有阵列调谐减震器的情况下，在大约287.5Hz时振动的振幅(以加速度除以力来表示)大约为36。在具有调谐为大约287.5Hz的共振器构件的阵列调谐减震器的情况下，振幅大约为14.43。因此，振幅的量级通过使用阵列调谐减震器而减小。另外，由于减震器的存在，传动系统的部分的共振(被驱动频率)发生了略微改变(从287.5Hz变到283.7Hz)。图11的曲线图表示在没有安装基部的情况下，用5个直接连接到传动轴的共振器构件174完成的测试。
在所示实施例中，尽管可以使用其它合适的构件，但共振器构件74、174、274、374、474、574为约束层阻尼器。第一层和第二层是金属，而第三层是树脂，例如乳香树脂。也就是说，第三层足够柔韧，以允许在第一层和第二层之间相对运动，同时将动能转换为热、声或其它能量形式，这些能量形式使动能耗散。
图12示出阵列调谐减震器或阻尼器70的另一实施例，如阻尼器670。阻尼器670包括耦连到传动系统20的后传动轴54的安装基部672、多个共振器构件674以及阻尼部676。传动系统20的后传动轴54具有尺寸DR的内径。在安装在后传动轴54内之前，阻尼部具有长度LF和尺寸DF的外径，尺寸DF大于尺寸DR。
共振器构件674各自具有第一端部680、第二端部682、置于第一端部680和第二端部682之间的中心部684、以及外表面686。尽管可以使用不同材料的层，但是共振器构件674由单一材料构成。第一端部680嵌入第一安装基部672内，并自第一安装基部672延伸。在所示实施例中，第二端部682和中心部684嵌入阻尼部676内。
在所示实施例中，尽管安装基部672可以耦连到传动系统20的其它部分，但安装基部672具有以耦连到后传动轴54的内表面64的大体圆筒状外表面690。阻尼部676包括外表面700、第一端部表面704、第二端部表面706和多个孔708。孔708可以是无需移出材料而在阻尼部676内形成的裂缝，或者是通过移出材料而形成的。
在所示实施例中，尽管可以使用其它材料，例如强阻尼的泡沫，但是阻尼部676是印第安纳州印第安纳波利斯的宰恩斯维尔路7911号的E-A-R特种复合材料公司(E-A-R Specialty Composites，7911 Zionsville Road，Indianapolis，Indiana)的CF-40 CONFORR泡沫。此外，阻尼部676在安装到后传动轴54内之前的直径可以比后传动轴54的直径大得多，例如，举例来说，尺寸DF可以比尺寸DR大4倍以上。并且在所示实施例中，尽管可以使用其它合适的材料，但是共振器构件674由弹簧钢构成。
在一个将阻尼器670安装在后传动轴54内的实施例中，阻尼器670大体如图12所示地构成。当朝轴线B-B挤压阻尼部676时，阻尼器670随后插入后传动轴54。阻尼部676可以例如用粘合剂附接到后传动轴54的内表面64，或者插入后传动轴54的内表面64内从而以过盈配合方式接触内表面64以加强(stiffen)阻尼部676。
在所示实施例中，尽管可以使用其它合适的材料，但第一层和第二层是金属和/或金属合金。虽然这里示出和描述了共振器构件附接到至少一个安装基部，但是共振器构件可以通过能让共振器构件耗散能量的任何合适装置而耦连到安装基部。此外，虽然安装基部示出为各种形状，例如圆筒状、弯曲状和盘状，但是安装基部可以是任何适合连接到传动系统20的形状，或者在没有安装基部的情况下，振动器构件可以直接附接到传动系统构件。另外，安装基部可以由任何适合的材料构成以传递振动能量，例如钢，而安装基部可以附接到传动系统组件或者为传动系统的一部分。如果需要，可以通过粘合剂、焊接或者其它合适方法，来完成将安装基部连接到传动组件。
如本文所示，阻尼器可以耦连到任何传动系统构件，例如传动轴管状壁或端部件。虽然削弱振动包括减少振动的量、力、量级或者值，但是在一个非限制性实施例中，共振器可以降低振动能的量级，和/或可将共振振动转换为不同频率以避免传动系统构件在不期望频率下运行。
前文所述仅用于解释和描述本发明的方法和系统的示例性实施例。无意穷尽或者将本发明限制为公开的任何精确形式。本领域普通技术人员可以理解，在不脱离本发明范围的情况下，可以做出多种改变并且可以对元件进行等同替代。此外，在不脱离实质范围的情况下，可以做出许多修改以使特定情况或材料适于本发明的教导。因此，本发明无意限制为作为用于实施本发明的最佳模式所公开的特定实施例，而是本发明将包括所有落入权利要求范围内的实施例。在不脱离其主旨或范围的情况下，除了特别解释和阐明的以外，本发明还可以实施。本发明的范围仅由所附权利要求限定。
Claims (17)
1.一种车辆传动系统，其包括：
管状构件，其具有内表面和轴线；
安装基部，其耦连到所述管状构件；以及
多个共振器构件，所述多个共振器构件各自具有第一端部、第二端部、以及置于所述第一端部和所述第二端部之间的中心部，其中，所述振动器构件中的至少一部分耦连到所述安装基部并自所述安装基部延伸。
2.如权利要求1所述的传动系统，其中，所述多个共振构件各自为约束层阻尼构件，所述约束层阻尼构件具有两个金属层，在所述两个金属层之间插有树脂层。
3.如权利要求2所述的传动系统，其中，所述多个减震构件各自从所述安装基部大致平行于所述管状构件的轴线延伸。
4.如权利要求2所述的传动系统，其中，所述多个共振构件各自包括至少12个共振构件，所述12个共振构件由大致相同的外部尺寸限定。
5.如权利要求1所述的传动系统，其中，所述多个共振器构件的第一端部各自均嵌入所述安装基部内。
6.如权利要求1所述的传动系统，还包括第二安装基部，其中，所述多个共振器构件的第二端部均嵌入所述第二安装基部内。
7.如权利要求6所述的传动系统，其中，所述第二安装基部附接到所述管状构件。
8.如权利要求6所述的传动系统，其中，所述第二安装基部定位成与所述第一安装基部同心，且所述多个共振器构件各自相对于所述管状构件的轴线大致沿径向延伸。
9.如权利要求1所述的传动系统，还包括阻尼部，其中，所述多个共振器构件中的至少一部分嵌入所述阻尼部内。
10.如权利要求9所述的传动系统，其中，所述阻尼部与所述管状构件的内表面接触。
11.一种铰接式传动系统，其包括：
管状构件，其具有内表面和轴线；
第一安装基部，其耦连到所述管状构件；
多个共振器构件，其各自具有第一端部、第二端部、以及位于所述第一端部和所述第二端部之间的中心部，其中，所述共振器构件中的至少一部分耦连到所述安装基部并自所述安装基部延伸；以及
第二安装基部，其中，所述多个共振器构件的第二端部嵌入所述第二安装基部内。
12.如权利要求11所述的传动系统，其中，所述多个共振构件各自被调谐以在大约相同的频率下共振。
13.如权利要求11所述的传动系统，其中，所述第二安装基部附接到所述管状构件。
14.如权利要求11所述的传动系统，其中，所述第二安装基部定位成与所述第一安装基部同心，且所述多个共振器构件各自相对于所述轴线大致沿径向延伸。
15.如权利要求14所述的传动系统，其中，所述第二安装基部只接触所述多个共振器构件。
16.如权利要求11所述的传动系统，其中，所述多个共振构件各自包括至少12个共振构件，所述12个共振构件由大致相同的外部尺寸限定。
17.如权利要求11所述的传动系统，其中，所述多个共振构件中的至少一部分为约束层阻尼构件，所述约束层阻尼构件具有两个金属层，在所述两个金属层之间插有树脂层。
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