CN104595464B - 具有阻尼器的传动轴组件 - Google Patents

Abstract

一种具有阻尼器的传动轴组件，包括管状构件、联接至管状构件的相反端的第一端连接件和第二端连接件以及被接纳在管状构件中并位于第一与第二端连接件之间的阻尼器。管状构件具有限定内圆周表面的壁构件。阻尼器具有第一阻尼装置，第二阻尼装置和第三阻尼装置。第一阻尼装置具有第一芯部和固定于第一芯部的第一阻尼构件。第一阻尼构件围绕第一芯部螺旋延伸并接合内圆周表面。第二阻尼装置由泡沫材料形成并位于管状构件中且在第一与第三阻尼装置之间。第二阻尼装置接合内圆周表面。第三阻尼装置具有第二芯部和固定于第二芯部的第二阻尼构件。第二阻尼构件围绕第二芯部螺旋延伸并接合内圆周表面。

Description

具有阻尼器的传动轴组件

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年10月30日提交的美国临时专利申请61/897721的权益，其公开的内容通过引用如同全部详细阐述一样并入此文。

技术领域

本公开涉及一种具有阻尼器的传动轴组件。

背景技术

本部分提供关于本公开的背景技术信息，其未必是现有技术。

现代汽车的消费者在其购买决定和其对车辆质量的评价上越来越受到其对汽车的声音质量的满意度的影响。就这一点而言，消费者越来越希望车辆内部安静并且没有来自动力传动系统的噪音。因此，车辆制造商和其供应商受到持续的压力，需要降低噪音来满足消费者越来越严格的期望。

传动系统部件以及用其在车辆中的集成通常对车辆的声音质量起到重要的作用，因为其能够提供激发具体的传动系、悬架和车身共振以产生噪音的强制作用。由于该噪音本质上是可以是音频的，所以不管其他噪音水平如何，通常容易被车辆购买者察觉到。一般的传动系统激励源可以包括传动系统不平衡和/或振摆、发动机转矩的波动、发动机怠速抖动和准双曲面齿轮组(即，差动组件的小齿轮和环形齿轮)啮合齿轮齿的运动变化。

传动轴通常被用于在传动系统中传递旋转动力。现代汽车传动轴通常由相对薄壁的钢或铝管件制成，并且这样可以接受各种传动系统激励源。各种激励源通常可导致传动轴以弯曲(横向)模式、扭转模式和管壳模式(shell mode)振动。弯曲模式振动是能量沿轴纵向传递并导致轴在一处或多处弯曲的现象。扭转模式振动是能量切向传递通过轴并导致轴扭曲的现象。管壳模式振动是驻波围绕轴沿圆周传递并导致轴的横截面沿着一个或多个轴线偏斜或弯曲的现象。

已经采用了若干技术来消减传动轴的振动，包括使用配重和衬垫。例如，授予Swennes的美国专利2001166公开了利用一对分离的塞子或配重来消减振动。‘166专 利的配重在由经验得出的位置被磨擦地结合至传动轴，这样看似乎配重被用作消减弯曲模式振动的阻力工具。如本文所用，振动的阻力消减是指当振动能量传递通过它(即，振动消减工具)时振动消减工具变形以便振动消减工具吸收(并且由此消减)振动能量。虽然该技术可以是有效的，但是配重的附加质量会需要改变传动轴的安装硬件和/或传动轴的几何结构(例如，壁厚度)和/或会改变传动轴的临界转速。而且，由于塞子往往相对较短，其通常不能有效地消减管壳模式振动或扭转模式振动。

授予Rowland等人的美国专利2751765，授予Stark的美国专利4014184和授予Stark等人的美国专利4909361和5976021公开了用于传动轴的中空衬垫。‘765和‘184专利似乎公开了中空的多层纸板或卡纸板衬垫，其被压装至传动轴；该衬垫相对长并且似乎基本与中空轴在同等范围内延伸。‘361和‘021专利似乎公开了具有中空卡纸板芯部和从芯部的外侧直径延伸相对短距离(例如，0.03英寸)的螺旋保持带的衬垫。保持带具有高摩擦特性以摩擦地结合传动轴。因此，‘765、‘184、‘361和‘021专利的衬垫似乎公开了用于消减管壳模式振动的阻力工具。

参考前述内容，在本领域中仍需要更有效地受到阻尼以便控制管壳模式振动的改进的传动轴组件。

发明内容

本部分提供本公开的大致概要，而不是其整体范围或其特征全体的全面公开。

在一种形式中，本教导提供一种传动轴组件，其包括管状构件、联接至管状组件的相反端的第一端连接件和第二端连接件以及接纳在管状构件中并位于第一端连接件与第二端连接件之间的阻尼器。管状构件具有限定内圆周表面的壁构件。阻尼器具有第一阻尼装置、第二阻尼装置和第三阻尼装置。第一阻尼装置具有第一芯部和固定于第一芯部的第一阻尼构件。第一阻尼构件围绕第一芯部螺旋延伸并接合内圆周表面。第二阻尼装置由泡沫材料形成并位于管状构件中且在第一阻尼装置与第三阻尼装置之间。第二阻尼装置接合内圆周表面。第三阻尼装置具有第二芯部和固定于第二芯部的第二阻尼构件。第二阻尼构件围绕第二芯部螺旋延伸并接合内圆周表面。

在另一种形式中，本教导提供一种传动轴组件，其包括管状构件、联接至管状构件的相反端的第一端连接件和第二端连接件以及接纳在管状构件中的阻尼器。管状构件具有限定内圆周表面的壁构件。阻尼器位于第一端连接件与第二端连接件之间并接合内圆周表面。阻尼器由泡沫材料形成并限定多个纵向延伸的沟槽。纵向延伸的沟槽围绕阻尼器的圆周均匀地间隔开。

更多适用性领域可从本文提供的描述中将变得明显。在该发明内容中的描述和具体的示例只是为了说明的目的而不旨在限制本公开的范围。

附图说明

本文描述的附图仅用于说明选择的实施例的目的，而非所有可能的实现方式，并且不旨在限制本公开的范围。

图1是根据本公开的教导构造的示例性车辆的示意图示；

图2是更详细地示出了后轴和传动轴组件的图1的车辆的一部分的局部剖面俯视图；

图3是后轴和传动轴组件的一部分的截面图。

图4是传动轴组件的局部剖面俯视图；

图5是与图4的视图类似的视图，但示出了采用具有两个颈缩区域的管状构件的传动轴组件；

图6是通过阻尼器的第一阻尼装置截取的图4的传动轴组件的一部分的横截面图；

图7是替代构造的第二阻尼装置的立体图；

图8是安装在被用于将第二阻尼装置插入管状构件的组件工具的柱塞上的第二阻尼装置的立体图；

图9是根据本公开的教导构造的另一阻尼器的立体图。

在整个附图的若干视图中相同的附图标记指示相同的部件。

具体实施方式

参考附图的图1，根据本公开的教导构造的示例性车辆通常以附图标记10指示。车辆10可以包括发动机14和传动系统16。传动系统16可包括变速器18、传动轴组件20、后轴22和多个轮24。发动机14可产生旋转动力，该旋转动力能够以惯用并且熟知的方式被传递至变速器18。变速器18可以是常规配置并且可包括变速器输出轴18a和齿轮减速单元(未具体示出)。如在本领域所熟知的，齿轮减速单元可以改变由发动机提供的旋转动力的速度和转矩，使得变速器18的旋转输出(其可通过变速器输出轴18a被传递)能够具有比输入到变速器18的速度相对低的速度和比输入到变速器18的转矩相对高的转矩。传动轴组件20可被联接用于与变速器输出构件18a一同旋转，以允许驱动转矩从变速器18传递到后轴22，并在此可以被选择地以预定方式分别分配至左后轮24a和右后轮24b。

应当理解，虽然所提供的特定示例中的车辆采用具有后轮驱动设置的传动系统，但是本公开的教导具有更广泛的适应性。就这一点而言，根据本公开的教导构造的轴组件可以将第一传动系统部件与第二传动系统部件相互连接以在其之间传递转矩。对于汽车的情况，传动系统部件可以是例如变速器、变速箱、粘性耦合器(viscous coupling)、车轴组件或差速器。

参考图2，后轴22可以包括差速器组件30、左车轴组件32和右车轴组件34。差速器组件30可包括外壳40、差速器单元42和输入轴组件44。外壳40可支撑差速器单元42以围绕第一轴线46旋转并且还可以支撑输入轴组件44以围绕垂直于第一轴线46的第二轴线48旋转。

另外参考图3，外壳40可以用合适的铸造工艺形成并随后根据需要进行加工。外壳40可包括可限定中心腔52的壁构件50，中心腔52可具有左轴孔54、右轴孔56以及输入轴孔58。差速器单元42可被设置在外壳40的中心腔52内，并且可包括壳体(case)70、可被固定以与壳体70一同旋转的环形齿轮72和可被设置在壳体70内的齿轮组74。齿轮组74可包括第一和第二侧齿轮82和86以及可以被旋转地支撑在可被安装于壳体70上的小齿轮轴90上的多个差动小齿轮88。壳体70可包括一对耳轴92和96以及齿轮腔98。一对轴承组件102和106可分别支撑耳轴92和96以围绕第一轴线46旋转。左和右车轴组件32和34可分别延伸通过左轴孔54和右轴孔56，在左轴孔54和右轴孔56处可分别与第一和第二侧齿轮82和86联接以围绕第一轴线46旋转。壳体70可操作用于支撑多个差动小齿轮88，以便围绕一个或多个可垂直于第一轴线46的轴线在齿轮腔98内旋转。第一和第二侧齿轮82和86各自包括多个齿108，齿108啮合地接合形成在差动小齿轮88上的齿110。

输入轴组件44可延伸通过输入轴孔58，在此其可被支撑在外壳40内以围绕第二轴线48旋转。输入轴组件44可包括输入轴120、具有多个小齿轮齿124的小齿轮122(小齿轮齿124啮合地接合形成在环形齿轮72上的齿126)和一对可与外壳40协作以可旋转地支撑输入轴120的轴承组件128和130。输入轴组件44可被联接以与传动轴组件20一同旋转，并且可以是可操作的以向差速器单元42传递驱动转矩。更具体地，输入轴120接收的驱动转矩可通过小齿轮齿124传递至环形齿轮72的齿126，使得驱动转矩通过差动小齿轮88分配至第一和第二侧齿轮82和86。

左和右车轴组件32和34可包括轴管150和轴半轴152，轴管150可分别被固定于相关的轴孔54和56，轴半轴152可被支撑以围绕第一轴线46在轴管150中 旋转。每个轴半轴152可包括外齿条部分154，其可啮合地接合可分别形成在第一和第二侧齿轮82和86内的配合的内齿条部分(未具体示出)。

参考图4，传动轴组件20可包括管状构件200、第一端连接件202a、第二端连接件202b以及阻尼器204。管状构件以及第一和第二端连接件202a和202b在其构造上可以是常规的，并且无需在本文中重点详细地描述。简单地说，管状构件200可由适合的结构材料形成，如钢或铝，并且可包括环形壁构件224。环形壁构件224可具有内圆周表面228并且可限定中空腔230。根据车辆10(图1)的具体需求，壁构件224在其整体长度上尺寸可被设定为是相同的，如图4所示，或者在沿其长度的一个或多个区域直径上可以是颈缩的或成阶梯状，如图5所示。第一和第二端连接件202a和202b可被配置为以所需的方式将传动轴组件20联接至车辆10(图1)的其他旋转部件以在其间传递旋转动力。例如，第一端连接件202a和/或第二端连接件202b可包括万向接头(例如，卡登接头或等速万向接头)或其部件。可选地，第一和第二端连接件202a和202b中的一者或两者可以是通气的以允许空气流入或流出中空腔230。在所提供的特定示例中，通风部232安装于第一和第二端连接件202a和202b中的每个。在所提供的特定示例中，通风部232包括形成在第一和第二端连接件202a和202b中的孔，但应当理解通风部232可以任何所期望的形式构造。

阻尼器204可包括第一阻尼装置250、第二阻尼装置252和第三阻尼装置254。阻尼器204对于消减通过管状构件200传递的管壳模式振动是有效的，而对于消减其他振动模式也是有效的，如通过管状构件200的扭转模式振动和/或弯曲模式振动。也被称为呼吸模式振动的管壳模式振动是其中驻波围绕管状构件200沿圆周传递并导致轴的横截面沿着一个或多个轴线偏斜(例如，拉伸或压缩)和/或弯曲的现象。扭转模式振动是能量切向地传递通过轴并导致轴扭曲的现象。弯曲模式振动是能量沿轴纵向传递并导致轴在一处或多处弯曲的现象。

第一阻尼装置250可以类似于在专利号为7774911、名称为“用于消减传动系统振动的方法”的共同转让的美国专利(其公开的内容以引用的方式被并入，如在本文中全部详细阐述一样)中描述的方式的方式沿管状构件200构造和定位。简单地说，第一阻尼装置250可包括基部或芯部260以及阻尼构件262。芯部260可由适合的结构材料形成，如轻型纤维材料。例如，芯部260可由两层或更多层的纸板或卡纸板形成，其中，层可以以所需的方式相互覆盖。在所提供的示例中，芯部260由纸板形成，而各层是螺旋形缠绕的。

阻尼构件262可包括一段弹性的橡胶类材料，如三元乙丙橡胶(EPDM)或硅 橡胶，具有比那些管状构件200的内圆周表面的摩擦性能更大的摩擦性能。阻尼构件262可被固定地联接于芯部260并且可由此径向向外延伸，并可在一个或多个被配置为与管状构件220的内圆周表面228接触的接触元件264(如隆起部、棘爪、突出部分)处终止。在所提供的特定示例中，阻尼构件262大致为T形，具有固定地联接至芯部260的基部266和被成形为从基部266垂直延伸的指状部的接触元件264。阻尼构件262可以任何所需的方式被固定于芯部260。例如，阻尼构件262可以用适合的粘合材料粘接至芯部260，使得第一阻尼构件262围绕芯部260螺旋地延伸。附加地参考图，在所提供的示例中的基部266被粘接至纸板的中间层270(即，设置在最外层272径向向内并且最内层274径向向外处的层)，并且设置在中间层270的径向向外处的纸板层被缠绕，使得形成层的材料的侧部紧靠阻尼构件262。在所示的示例中，设置在中间层270径向向外的层282中的第一个层的边缘280紧靠基266的侧部284，同时最外层272的边缘286紧靠接触元件264的侧部288，使得最外层272在其径向向外的侧上覆盖基部266。阻尼构件262可延伸芯部260的长度的所需部分，如基本芯部260的全部长度。可以选择阻尼构件262的螺距以提供所需的阻尼水平。

第三阻尼装置254在其构造上可大致类似于第一阻尼装置250，并且因此无需在本文中重点详细描述。在所提供的特定示例中，第一和第三阻尼装置250和254是相同的，但是应当理解，第三阻尼装置254可以被配置为多少不同于第一阻尼装置250，以调整阻尼器204适合于特定的车辆10(图1)。应当理解，例如，第三阻尼装置254的各种特性可以不同于第一阻尼装置250的特性，以达到阻尼器204所需的性能，包括阻尼构件262的螺距、阻尼构件262的螺旋方向、阻尼元件的配置或数量、芯部260的长度以及阻尼构件262在芯部260的长度上延伸的范围。

第二阻尼装置252可由适合的阻尼材料形成，如一段泡沫材料。在所提供的特定示例中，第二阻尼装置252是一段圆柱形的可以由适合的材料形成的闭孔泡沫材料。适合的材料的示例包括聚乙烯、聚氨酯、海绵橡胶、PVC和乙烯基腈混合物、PP和尼龙泡沫混合物、三聚氰胺、聚酰亚胺和硅酮。应当理解，各种其他材料，如开孔泡沫材料，或一个或多个孔可形成为纵向通过第二阻尼装置252。例如，如图7所示，替代构造的第二阻尼装置252’可形成有多个纵向延伸的沟槽300。沟槽300可被配置为当第二阻尼装置252’被安装至管状构件200(图4)时允许通过第二阻尼装置252’的流体连通。沟槽300可以以所需的方式围绕第二阻尼装置252’的圆周定位以影响传动轴组件20(图1)的平衡。例如，沟槽300可以围绕第 二阻尼装置252’的圆周均匀地间隔开，以将第二阻尼装置252’对传动轴组件20(图1)的平衡的影响最小化。应当理解，可以采用一个或多个第二阻尼装置252’对传动轴组件产生阻尼，同时使用或不使用第一和/或第三阻尼装置250和254。

第二阻尼装置252可具有适当的密度，如在1.0磅/立方英尺至2.5磅/立方英尺之间，优选地在1.2磅/立方英尺至大约1.8磅/立方英尺之间，并且更优选地在1.20磅/立方英尺至1.60磅/立方英尺之间。在所提供的特定示例中，第二阻尼装置252具有1.45磅/立方英尺的密度。第二阻尼装置252尺寸上可被设定为使其在所需的程度上压靠在管状构件200的内圆周表面228上。例如，第二阻尼装置252可具有下述外圆周直径：该外圆周直径比管状构件200的内圆周表面228的直径大大约5％至20％，并且更优选地比管状构件200的内圆周表面228的直径大大约10％。

对于具体的车辆配置，通过改变阻尼器204的元件的一个或多个特性可部分地调节阻尼器204，如第一、第二和第三阻尼装置250、252和254相对于管状构件200的位置、第一、第二和第三阻尼装置250、252和254的长度。在所提供的特定示例中，第一、第二和第三阻尼装置250、252和254沿管状构件200的纵向轴线相互轴向间隔开。例如，第二阻尼装置252的尺寸可设定为尽可能长而不接触第一和/或第三阻尼装置250和254。然而，应当理解，第二阻尼装置252的尺寸在长度上可被设定为接触第一和第三阻尼装置250和254中的一个或两者。

阻尼器204可以以任何所需的方式被安装至管状构件200。例如，阻尼器204可用柱塞(未示出)同时地(即，顺序地、但是在同一个插入循环中，例如以柱塞的单独冲程)推进管状构件200中，以使第一、第二和第三阻尼装置250、252和254相互紧靠。替代地，第一、第二和第三阻尼装置250、252和254可被单独地安装于管状构件200，或第二阻尼装置252可与第一和第三阻尼装置250和254之一同时被安装于管状构件200。在第一、第二和第三阻尼装置250、252和254未同时安装的情况下，一个或更多特征可被并入第二阻尼装置252以接受组件工装。例如，纵缝400可形成通过第二阻尼装置252。纵缝400允许技工将第二阻尼装置252组装至具有可伸缩指404的柱塞402上，可伸缩指404从柱塞402延伸以紧靠第二阻尼装置252的轴向端406。柱塞402可以第一方向被推动通过管状构件200、装载在柱塞200上的第二阻尼装置252，柱塞200可被推进管状构件200(即，以与第一方向相反的第二方向移动)以将第二阻尼装置252定位在管状构件200内，指204可以缩回并且柱塞200可以被拉出柱塞200(即，在第二方向进一步移动)。

作为另一替代，第一和第三阻尼构件250和254可被安装至管状构件200以形成中间子组件，该中间子组件可被热处理以使形成管状构件200的材料老化，并且当中间子组件已充分冷却时，第二阻尼构件252可被安装于第一和第三阻尼构件250和254之间。应当理解，在该组装方法中，当第二阻尼构件252位于管状构件200中且在第一和第三阻尼构件250和254之间时，第二阻尼构件252可被推动通过第一阻尼构件250或第三阻尼构件254。

虽然阻尼器204被示出并被描述为包括被形成为能够单独安装至管状构件的独立部件的第一、第二和第三阻尼装置250、252和254，应当理解，阻尼器可在构造上略有不同。参考图9，根据本公开的教导构造的阻尼器204’可形成为使得第一、第二和第三阻尼装置250’、252’和254’固定在一起以便能够作为一个单元被插入管状构件200(图4)。例如，第一和第三阻尼装置250’和254’的芯部260可以是整体形成的芯构件500的部分，而第二阻尼装置252’可被固定安装于芯构件500且在第一和第三阻尼装置250’和254’的阻尼构件262之间。为便于制造，第二阻尼装置252’可由被缠绕在芯构件500上的泡沫材料条形成。

为了图示说明和描述的目的已经提供了实施例的前述描述。其不旨在穷尽或限定本公开。具体实施例的单独的元件或特征通常不限于该具体实施例，而是，即使没有具体示出或描述，在适用时是可互换的并且可被用于选定的实施例。同样的实施例也可以以多种方式改变。这样的改变不被看作背离本公开，并且所有这些变体旨在包括在本公开的范围内。

Claims (15)

1.一种传动轴组件，包括：

管状构件，具有限定内圆周表面的壁构件；

联接至所述管状构件的相反端的第一端连接件和第二端连接件；和

阻尼器，被接纳在所述管状构件中并且位于所述第一端连接件与第二端连接件之间，所述阻尼器包括第一阻尼装置、第二阻尼装置和第三阻尼装置，所述第一阻尼装置包括第一芯部和固定于所述第一芯部的第一阻尼构件，所述第一阻尼构件围绕所述第一芯部螺旋延伸并接合所述内圆周表面，所述第二阻尼装置由泡沫材料形成并位于所述管状构件中且在所述第一阻尼装置与第三阻尼装置之间，所述第二阻尼装置接合所述内圆周表面，所述第三阻尼装置包括第二芯部和固定于所述第二芯部的第二阻尼构件，所述第二阻尼构件围绕所述第二芯部螺旋延伸并接合所述内圆周表面。

2.根据权利要求1所述的传动轴组件，其中所述第一阻尼装置沿所述管状构件的纵向轴线与所述第二阻尼装置间隔开。

3.根据权利要求2所述的传动轴组件，其中所述第三阻尼装置沿所述管状构件的所述纵向轴线与所述第二阻尼装置间隔开。

4.根据权利要求1所述的传动轴组件，其中所述第一阻尼装置、第二阻尼装置和第三阻尼装置沿轴向方向固定在一起，以便能够作为单元被插入所述管状构件。

5.根据权利要求4所述的传动轴组件，其中所述第一芯部和第二芯部是整体形成的芯构件的一部分，并且其中所述第二阻尼装置被安装在所述芯构件上。

6.根据权利要求5所述的传动轴组件，其中所述第二阻尼装置包括被缠绕在所述芯构件上的泡沫材料条。

7.根据权利要求1所述的传动轴组件，其中所述泡沫材料为闭孔泡沫材料，并且所述闭孔泡沫材料具有在1.0磅/立方英尺至2.5磅/立方英尺之间的密度。

8.根据权利要求7所述的传动轴组件，其中所述密度在1.2磅/立方英尺至1.8磅/立方英尺之间。

9.根据权利要求7所述的传动轴组件，其中所述密度在1.20磅/立方英尺至1.60磅/立方英尺之间。

10.根据权利要求1所述的传动轴组件，其中所述芯部由纤维材料形成。

11.根据权利要求10所述的传动轴组件，其中所述纤维材料是纸板。

12.根据权利要求10所述的传动轴组件，其中所述纤维材料是卡纸板。

13.根据权利要求1所述的传动轴组件，其中在将所述阻尼器安装到所述管状构件中之前，围绕所述第二阻尼装置的外表面测得的所述第二阻尼装置的直径比所述内圆周表面的直径大5％至20％。

14.根据权利要求13所述的传动轴组件，其中在将所述阻尼器安装到所述管状构件中之前，围绕所述第二阻尼装置的外表面测得的所述第二阻尼装置的所述直径比所述内圆周表面的直径大大约10％。

15.一种用于组装传动轴组件的方法，所述方法包括：

提供管状构件，该管状构件具有限定内圆周表面的环状壁构件；

提供阻尼器，该阻尼器具有第一阻尼构件、第二阻尼构件和第三阻尼构件，所述第一阻尼构件、第二阻尼构件和第三阻尼构件中的每个为分离的结构，所述第二阻尼构件由泡沫材料形成；

将所述第一阻尼构件、第二阻尼构件和第三阻尼构件插入到所述管状构件中，所述第一阻尼构件、第二阻尼构件和第三阻尼构件中的每个直接接合所述内圆周表面并消减通过所述管状构件传递的管壳模式振动，其中所述第二阻尼构件被设置在所述第一阻尼构件与所述第三阻尼构件之间；

其中所述第二阻尼构件被插入通过所述第一阻尼构件中和第三阻尼构件中的一个。