CN107100688B - 具有芯塞的动力系轴组件以及制造轴组件的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于动力系的轴组件包括具有腔体的轴，腔体至少部分从轴的第一轴向端延伸至第二轴向端并且在第一轴向端和第二轴向端中的至少一端处开口。例如，轴可以是平衡轴、凸轮轴或传动轴。第一芯塞设置在腔体中。轴和芯塞可以具有相同材料或可以具有不同材料。轴可以具有第一密度、第一横截面面积或第一面积模量，且芯塞可以具有可小于第一密度、第一横截面面积或第一面积模量的不同第二密度、第二横截面面积或第二面积模量。

Description

具有芯塞的动力系轴组件以及制造轴组件的方法

技术领域

本教导总体上包括用于动力系的轴组件，以及用于制造轴组件的方法。

背景技术

发动机曲轴将活塞的往复式线性移动转换为围绕纵向轴线的旋转移动以提供转矩来推进车辆，诸如(但不限于)火车、船、飞机、卡车或汽车。

阀可操作地控制进出发动机汽缸的空气流。凸轮轴是由发动机曲轴驱动并且操作地连接至阀以控制阀的打开和关闭。

发动机通常配备有经由链条或皮带和链轮或齿轮系可旋转地连接至发动机曲轴的平衡轴。平衡轴具有帮助抵消由活塞产生的振动力的配重体。

变速器具有各种转矩传递轴。例如，各种轴支撑齿轮系中的齿轮，该齿轮彼此啮合并且建立输入构件与输出构件的速度比。

减轻动力系部件的重量有助于改进车辆燃料经济性。然而，动力系部件的大小必须足以承受操作期间经历的应力，因此限制潜在重量减轻。

发明内容

一种用于动力系的轴组件包括具有腔体的轴，腔体至少部分从轴的第一轴向端延伸至第二轴向端并且在第一轴向端和第二轴向端中的至少一端处开口。例如，轴可以是动力系内的任何轴，诸如平衡轴、凸轮轴、传动轴，并且可以是转矩传输轴。第一芯塞设置在腔体中。轴和芯塞可以具有相同材料，或可以具有不同材料。轴可以具有第一密度，且芯塞可以具有可以小于第一密度的不同第二密度。通过非限制性实例，轴可以至少部分是铁或钢，且芯塞可以至少部分是铝、至少部分是钛、陶瓷、金属基质或复合物。

轴可以具有在使用期间受到第一水平的应力的第一部分和受到小于第一水平的应力的第二水平的应力的第二部分。第一芯塞设置在腔体的第一部分中，腔体的第一部分与轴的第一部分对准。在一个实施例中，腔体的第二部分与轴的第二部分对准，且腔体的第二部分为空。在另一个实施例中，第二芯塞设置在腔体的第二部分中。选用地，第一芯塞具有第一密度且第二芯塞可以具有小于第一密度的第二密度或较小横截面面积或面积模量。

在腔体中提供芯塞允许腔体大于腔体空心的情况，因为芯塞部分承受轴的负荷，使得轴组件能够具有至少等于具有较小直径腔体且不具有芯塞的轴的刚度的刚度。因此需要较少轴材料。曲连同芯塞具有低于相同材料但具有完全空心腔体的轴的总重量。

另外，轴的第一部分可以具有第一外径，且经历较低操作应力的轴的第二部分可以具有小于第一外径的第二外径。例如，第二部分可加工成具有较小外径，因为较薄壁轴可足以承受第二部分的较低负荷。

芯塞可以具有各种形状。可以在芯塞中提供一个或多个开口以减轻芯塞的重量。开口可以用于允许流体流选用地利用流体通道流过腔体，流体通道延伸穿过芯塞，从而将诸如油或另一种润滑剂的流体从轴中的开口传递至芯塞中的开口。例如，轴可以具有通过轴延伸至腔体中的润滑开口，且芯塞可以定向在腔体中与润滑开口对准以允许润滑剂轴向地流过腔体。芯塞可以具有轴向地延伸穿过其中的中心开口，以及与轴的润滑开口对准并且与中心开口连通的通道。

芯塞中的开口可以具有垂直于轴的旋转轴线的预定横截面形状。预定横截面形状可以围绕旋转轴线定向成与轴上的预定最大负荷关联的预定角定向。例如，在一个实施例中，轴是上面具有凸轮凸角的凸轮轴，且横截面形状是在将该形状与凸轮凸角的鼻部的角定向对准的预定角定向上。在预定角定向中，该形状相对于鼻部定位使得芯塞可最佳地承受鼻部的负荷。该开口可以具有大体上三角形横截面形状、I梁形状，可以是圆形或可以具有另一种形状。

该凸轮轴具有彼此等间距分隔开的多个凸轮凸角，其各自具有定向为不同的相应角定向的鼻部。多个附加芯塞可设置在腔体中与多个附加凸轮凸角对准。芯塞围绕旋转轴线定向使得每个开口的相应横截面形状是在与对准于芯塞的凸轮凸角的鼻部的角定向关联的角定向上。

在另一个实施例中，该轴是传动轴。例如，传动轴上面可以设置由齿轮。芯塞可以设置在腔体中与齿轮对准。

从以下结合附图对实行本教导的最佳模式进行的详细描述中能够很容易明白本教导的上述特征和优点以及其它特征和优点。

附图说明

图1是根据本教导的平衡轴组件的第一实施例的示意侧视图。

图2是图1的在图1中的线2-2处截取的平衡轴组件的一部分的示意横截面图。

图3是在本教导的范围内的平衡轴组件的替代性实施例的示意横截面图。

图4是在本教导的范围内的平衡轴组件的替代性实施例的示意横截面图。

图5是图4的在图4中的线5-5处截取的平衡轴组件的示意横截面图。

图6是平衡轴组件的替代性实施例的示意横截面图。

图7是在本教导的范围内的凸轮轴组件的示意透视图。

图8是图7的在图7中的线8-8处截取的凸轮轴组件的一部分的横截面图。

图9是在本教导的范围内的凸轮轴组件的替代性实施例的横截面图。

图10是图9的在图9中的线10-10处截取的凸轮轴组件的示意横截面图。

图11是图9的在图9中的线11-11处截取的凸轮轴组件的示意横截面图。

图12是图9的在图9中的线12-12处截取的凸轮轴组件的示意横截面图。

图13是图9的在图9中的线13-13处截取的凸轮轴组件的示意横截面图。

图14是图9的凸轮轴组件的示意横截面图，其中替代性芯塞设置在图10的横截面的位置处的腔体中。

图15是图9的凸轮轴组件的示意横截面图，其中替代性芯塞设置在图11的横截面的位置处的腔体中。

图16是图9的凸轮轴组件的示意横截面图，其中替代性芯塞设置在图12的横截面的位置处的腔体中。

图17是图9的凸轮轴组件的示意横截面图，其中替代性芯塞设置在图13的横截面的位置处的腔体中。

图18是另一个替代性凸轮轴组件的示意横截面图。

图19是另一个替代性凸轮轴组件的示意横截面图。

图20是另一个替代性凸轮轴组件的示意横截面图。

图21是另一个替代性凸轮轴组件的示意横截面图。

图22是在图23中的线22-22处截取的替代性动力系轴组件的一部分的示意横截面图。

图23是在图22中的线23-23处截取的替代性动力系轴组件的一部分的示意横截面图。

图24是另一个替代性动力系轴组件的一部分的示意横截面图。

图25是传动轴组件的示意横截面图，其中芯塞设置在本教导的范围内的传动轴内。

图26是传动轴离合器组件的示意横截面图，其中芯塞设置在本教导的范围内的传动轴内。

具体实施方式

参考附图，其中全部几个视图中的相同标号指示相同部分，图1示出了包括平衡轴12的平衡轴组件10。链轮14安装在平衡轴12上并且经由链条(未示出)操作地连接平衡轴12以与曲轴一起旋转。配重体16以相反方向安装在平衡轴12的端部处。保持螺栓18将配重体16保持在平衡轴12上的适当位置中。由三角形示意地表示的轴承20将平衡轴可旋转地安装在发动机组(未示出)上。本领域技术人员将容易理解使用平衡轴来抵消发动机振动。另外，虽然图2至6是关于平衡轴而描述，但是关于图6所示和所述的特征可以用于本教导的范围内的其它类型的动力系轴。例如，凸轮轴、传动轴或其它动力系轴可以包括本文所示和所述的任何特征。

为了减轻重量，平衡轴12具有腔体22，其沿着纵向轴线23至少部分从轴12的第一轴向端24延伸至第二轴向端26。在所示实施例中，腔体22完全从第一轴向端24延伸至第二轴向端26。在各个实施例中，轴12可以利用腔体22挤压，或可在轴12中对腔体22钻孔。轴12的内径D和轴12的所得厚度T必须配置成承受操作应力和最大发动机速度，同时仅在可接受限度内弹性地变形。通过将第一芯塞30设置在腔体22内的关键位置中，芯塞30增大轴组件10的刚度。由于芯塞30，直径D可以大于腔体22为空的情况。管状轴12的壁的所得较低厚度T减轻轴12的总重量。轴12中减少的此材料体积可以大于芯塞30的增加体积。因此，即使芯塞30与轴12的材料相同，轴组件10的总重量也可以减轻。如果芯塞30具有密度小于轴12的材料，那么实现进一步减轻重量。芯塞30的横截面几何形状结合轴12的较低厚度T的组合产生具有较低总质量的复合轴10。

在图2中，芯塞30称作第一芯塞。芯塞30设置在轴12的第一部分处的腔体22的第一部分22A中，该第一部分指示为大体上从位置A延伸至位置B的部分P1。如图2中所示，第一芯塞30与第一部分P1对准。腔体22的第二部分22B是在轴12的第二部分P2处，该第二部分P2从第一轴向端24延伸至位置A。腔体22的第三部分22C是在轴12的第三部分P3处，该第三部分P3从第二轴向端26延伸至位置B。由于较低应力水平，轴12的第二部分P2和第三部分P3受到小于第一水平的应力的第二水平的应力，如可以通过有限元素分析、通过实用测试或其它方法确定。取决于必须承受的应力的水平，第二部分P2和第三部分P3可以选用地保持为空(如图4中所示)使得轴12在第二部分P2和第三部分P3处是空心的。然而，在图2的实施例中，第二芯塞34设置在腔体22的第二部分22B中与第二部分P2对准。类似地，第三芯塞36设置在腔体22的第三部分22C中与第三部分P3对准。第一芯塞30可以具有第一密度，且第二芯塞34以及第三芯塞36可以具有小于第一密度的第二密度。第一芯塞30的密度可以与轴12的密度相同或小于轴12的密度。另外，第二芯塞34和第三芯塞36的横截面面积可以小于第一芯塞30的横截面面积。

本文所述的任何芯塞可以至少部分是铝、至少部分是钛、陶瓷、金属基体或复合物。如本文所使用，“复合物”在用于描述诸如芯塞的部件时是某种材料(是聚合物与另一种材料的复合物)。例如，复合物可以是玻璃增强尼龙、玻璃增强丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、填充玻璃的热固性塑料、填充玻璃的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或其它聚合物复合物。在本教导的范围内可以使用其它材料。

制造轴组件10的方法包括配置具有腔体22的轴12，该腔体22至少部分从第一轴向端24延伸至第二轴向端26并且在第一轴向端24和第二轴向端26中的至少一端处开口。例如，轴12可以通过铸造具有腔体22的轴12(诸如通过在铸造轴12时将临时芯体放置在模具中、将轴12铸造在临时芯体周围且接着移除临时芯体)而配置有腔体。轴12反而可以通过在轴12铸造为实心轴之后对腔体22钻孔而配置有腔体22。

该方法进一步包括将芯塞30设置在腔体22中。这包括将芯塞30与腔体22的第一部分22A对准。腔体22的第二部分22B可以为空。替代地，该方法可以包括将第二芯塞34设置在第二部分22B中，其中第二芯塞34的密度小于第一芯塞30。

图3示出了具有平衡轴112的平衡轴组件110的替代性实施例，其中轴12的外径加工成使得轴112在其中需要较小刚度的部分中具有减小的厚度。例如，虽然轴112的第一部分P1具有类似于轴12的第一厚度T1，但是第二部分P2和第三部分P3具有小于第一厚度T1的厚度T2。制造图3的轴组件的方法将因此包括诸如通过加工轴12的第二部分P2的外径将轴112配置成在第二部分P2处的外径小于轴12的第一部分P1处的外径，且还通过加工轴12的第三部分P3的外径将轴112配置成在第三部分P3处的外径小于轴12的第一部分P1处的外径。

图4示出了具有替代性芯塞230的平衡轴组件210的替代性实施例，该芯塞具有从芯塞230的第一轴向端234延伸至第二轴向端236的开口232。开口232减小芯塞230的体积，进一步减轻轴组件210的重量。开口232可以具有各种形状。在图4的实施例中，开口232在垂直于轴12的旋转轴线(即，纵向轴线23)的横截面处具有大体上三角形形状。三角形形状具有圆角，并且可以称作三凸角形状。在其它实施例中，开口可为圆形或另一种形状，或可以使用具有大体上与轴线23平行延伸的多个开口的芯塞。

具有中心开口的芯塞在需要沿着轴12的中心向下润滑流动的平衡轴中尤为有用。在图5中，轴12具有通过轴延伸至腔体22中(如由第一部分22A表示)的润滑开口40。芯塞230定向在第一部分22A中与润滑开口40对准以允许润滑剂轴向地流过腔体22的中心。更具体地，芯塞230中的通道42与轴12的润滑开口40对准，并且与中心开口232连通。润滑剂可因此通过开口40和通道42流至中心开口232。在与开口40轴向间隔开的轴12的另一个部分处，芯塞230中的另一个通道可与轴12中的另一个润滑开口对准使得可引导润滑剂进出轴12。

图6示出了具有平衡轴312的平衡轴组件310的另一个实施例，该平衡轴具有彼此成角度移位的两个润滑开口340。平衡轴312具有不需要润滑剂流过腔体22的中心的润滑系统。在此轴组件310中，芯塞330不需要具有中心开口。例如，可使用在垂直于轴312的纵向轴线23的横截面处具有I梁形状的芯塞330。芯塞330设置在腔体22中使得I梁的一个支脚部分348配合至轴312的内表面350介于润滑开口340之间。润滑剂可接着在芯塞330的中心部分352的任一侧上沿着腔体22向下轴向地流过开口340。

参考图7，示出了凸轮轴组件410。凸轮轴组件410包括凸轮轴412，在凸轮轴412的外表面415处具有多个凸轮凸角460。凸轮凸角460包括第一对凸轮凸角460A、第二对凸轮凸角460B、第三对凸轮凸角460C以及第四对凸轮凸角460D。如图8中所示，多个芯塞430可设置在延伸穿过凸轮轴412的腔体422中使得芯塞430可与凸轮凸角460A、460B、460C、460D轴向对准。换言之，凸轮凸角460与芯塞430同轴。由于芯塞430的负荷承受能力，腔体422可制造得大于另外的腔体，即，凸轮轴412的厚度可减小，从而相对于无芯塞的凸轮轴组件减轻凸轮轴组件410的总重量。

凸轮轴412在凸轮凸角460处归因于凸轮凸角460抵着发动机阀(未示出)作用而受到最大应力。更具体地，凸轮凸角460上的最大负荷在从凸轮凸角460的鼻部470的尖端向内至轴线23的方向上。鼻部470是凸轮凸角460的最远极端，并且还可以称作凸轮凸角460的远侧尖端。因此，芯塞430从凸轮凸角460向内设置在腔体422中并且由凸轮凸角460径向地包围，其中腔体422的空部保持在芯塞430之间。换言之，芯塞430制造得仅足够长到延伸稍远于一对凸轮凸角460的间隔的宽度。芯塞430的总重量因此最小化。芯塞430大体上为实心的，但是还可具有可根据轴12、112或412或如本文所述的其它轴上的负荷而定向的横截面形状。

芯塞(诸如图5和6的芯塞230和330)的横截面形状可定向在与凸轮轴上的负荷关联的凸轮轴412的腔体内。如图7和9中所示，凸轮凸角460A至460D围绕轴线23定向在不同角定向上。在图9中，凸轮轴组件510包括具有设置在腔体422中与该对凸轮凸角460对准的芯塞230的凸轮轴412，如关于图8的芯塞430所述。在图9中，芯塞230以开口232的预定横截面形状定位在腔体422内，该开口232围绕轴线23定向成在与芯塞430处的凸轮轴412上的预定最大负荷关联的预定角定向上。每个开口232的相应预定角定向与从芯塞430径向地向外的凸轮凸角460的鼻部470的角定向关联。如图7和10至13中表明，鼻部470定向成在每个相邻对的凸轮凸角460中彼此间隔开90度。在图10中，三角形开口232的顶点480与芯塞230所对应的凸轮凸角460A的鼻部470对准。顶点480以鼻部470的中心为中心。

图14至17分别示出了具有凸轮凸角460A至460D且具有类似于图6设置在腔体422中的芯塞330的凸轮轴412。芯塞330设置在具有围绕轴线23成角度定向的开口423的腔体422中(即，腔体422的部分在中心部分352的任一侧上)使得中心部分352与相应的凸轮凸角460A至460D的鼻部470对准。在此位置中，芯塞330最佳地承受鼻部470上的负荷。

在图7至17的任何实施例中，定向的芯塞230或330可以与轴412中的润滑开口对准(如关于图5和6中的润滑开口40和340所讨论)。在图7至17的实施例中，设置在腔体422中的芯塞(无论是定向的芯塞230、330还是实心芯塞30、430)基本上彼此相似，从而出于经济上的考虑可以实现成本节约。

图18示出了包括图8的凸轮轴412的动力系轴组件610的实施例，其中I梁形状的芯塞330A(在垂直于轴线23的横截面处具有与芯塞330相同的横截面形状)成角度地定向成与相应的凸轮凸角460A、460B、460C和460D的鼻部对准，除了芯塞330A长于芯塞330使得腔体422中的芯塞330A之间没有空间之外，均如关于图14至14的芯塞330所述。

图19示出了包括图8的凸轮轴412的动力系轴组件710的实施例，其中三凸角形状的芯塞230A(在垂直于轴线23的横截面处具有与图5中的芯塞230相同的横截面形状)成角度地定向成与相应的凸轮凸角460A、460B、460C和460D的鼻部对准，除了芯塞230A长于芯塞330使得腔体422中的芯塞230A之间没有空间之外，均如关于图10至13的芯塞230所述。

图20示出了包括图8的凸轮轴412的动力系轴组件810的实施例，其中I梁形状的芯塞成角度地定向成与相应的凸轮凸角460A、460B、460C和460D的鼻部对准，除了每一对凸轮凸角460A、460B、460C和460D处设置有一组三个芯塞之外，均如关于图14至17的芯塞330所述。更具体地说，一组三个芯塞设置成与凸轮凸角460A对准，并且包括相对较重的芯塞331A和两个相对较轻的芯塞332A，芯塞331A的任一侧上设置有一个芯塞。芯塞331A相对较重，因为其具有厚于和/或宽于芯塞332A的支脚部分的支脚部分(即，如芯塞330的支脚部分348)，从而在围绕轴线23弯曲时给其赋予较大的面积惯性矩。替代地，芯塞331A可具有与芯塞332A相同的横截面面积和面积矩，但是可具有更致密材料。相对较重的芯塞331A由凸轮凸角460A包围并且因此定位在大于从凸轮凸角460A轴向地移位的较轻芯塞332A的凸轮轴412的应力承受部分中。

类似的一组三个芯塞331B、332B和332B设置成与凸轮凸角460B对准，并且包括相对较重的芯塞331B和两个相对较轻的芯塞332B，芯塞331B的任一侧上设置有一个芯塞。类似的一组三个芯塞331C、332C和332C设置成与凸轮凸角460C对准，并且包括相对较重的芯塞331C和两个相对较轻的芯塞332C，芯塞331C的任一侧上设置有一个芯塞。类似的一组三个芯塞331D、332D和332D设置成与凸轮凸角460D对准，并且包括相对较重的芯塞331D和两个相对较轻的芯塞332D，芯塞331D的任一侧上设置有一个芯塞。

图21示出了包括图8的凸轮轴412的动力系轴组件910的实施例，其中三凸角形状的芯塞成角度地定向成与相应的凸轮凸角460A、460B、460C和460D的鼻部对准，除了每一对凸轮凸角460A、460B、460C和460D处设置有一组三个芯塞之外，均如关于图10至13的芯塞230所述。更具体地，一组三个芯塞设置成与凸轮凸角460A对准，并且包括相对较重的芯塞231A和两个相对较轻的芯塞232A，芯塞231A的任一侧上设置有一个芯塞。芯塞231A相对较重，因为其具有小于芯塞232A的三凸角开口(如芯塞230的开口232)。相对较重芯塞231A由凸轮凸角460A包围并且因此定位在大于从凸轮凸角460A轴向地移位的较轻芯塞232A的凸轮轴412的应力承受部分中。类似的一组三个芯塞231B、232B、232B设置成与凸轮凸角460B对准，并且包括相对较重的芯塞231B和两个相对较轻的芯塞232B，芯塞231B的任一侧上设置有一个芯塞。

类似的一组三个芯塞231C、232C、232C设置成与凸轮凸角460C对准，并且包括相对较重的芯塞231C和两个相对较轻的芯塞232C，芯塞231C的任一侧上设置有一个芯塞。类似的一组三个芯塞231D、232D、232D设置成与凸轮凸角460D对准，并且包括相对较重的芯塞231D和两个相对较轻的芯塞232D，芯塞231D的任一侧上设置有一个芯塞。通过使用如所述的多组芯塞，中心芯塞的任一侧上的芯塞可具有较小密度或在弯曲时可具有较小横截面面积或面积模量，从而减轻总质量，同时在腔体中提供的刚度大于中心芯塞之间的腔体为空的情况。

图22和23示出了具有动力系轴1012和芯塞1030的动力系轴组件1010的另一个实施例。轴1012可为本文所讨论的任何类型的轴(包括凸轮轴、平衡轴或本文所讨论的任何类型的传动轴)并且在至少一个轴向端处开口以允许芯塞1030设置在腔体1022中。芯塞1030在图22的轴向横截面中具有I梁形状的中心部分1052。芯塞1030的支脚部分1053沿着轴1012的轴线23延伸以增大芯体1030的弯曲模量。穿过中心部分1052的选用中心轴向开口1056也包括在内以减轻芯塞1030的质量。应当认识到，诸如当轴不具有方向性负荷时可使用两个以上支脚部分1053。支架的最优数量可以是四、六或八或另一个数量。另外，应当认识到，轴可以使用沿着轴具有相同或不同于图7至9、图18至21的横截面几何形状和位置的多个芯塞1030以赋予总动力系轴组件1010的最优质量。另外，可使用具有带有两个支脚部分的I梁形状并且具有两个侧臂部分的芯塞，该两个侧臂部分从中心部分大体上垂直于中心部分向外延伸并且与支脚部分定向成相距90度。此侧臂部分接触的轴的内表面以提供托架支撑，并且可以小于支脚部分。

图24示出了具有动力系轴1012A和芯塞1030A的动力系轴组件1010A的替代性实施例。轴1012A可为本文所讨论的任何类型的轴(包括凸轮轴、平衡轴或本文所讨论的任何类型的传动轴)并且在至少一个轴向端处开口以允许芯塞1030A设置在腔体1022A中。芯塞1030A具有在类似于图22的轴向横截面中具有I梁形状的中心部分1052A以及周围的外环状环1054A。穿过中心部分1052A的选用中心轴向开口1056A也包括在内以减轻芯塞1030A的质量。

在本文所公开的任何实施例中，如果使用具有轴向开口的芯塞，那么一个或多个插塞可放置在轴向开口内以在芯塞内提供芯塞。例如，另一个芯塞可放置在图9的每个芯塞230的开口232内。开口232内的芯塞将进一步在较高负荷的部分处增大凸轮轴412的刚度，并且可为不同于芯塞230的材料(和/或密度更小或更大)。

图25示出了包括具有腔体1122的传动轴1112的动力系轴组件1110的替代性实施例，该腔体从传动轴1112的第一轴向端1124延伸至第二轴向端1126。轴承1123支撑轴1112。芯塞1130设置在腔体1122中与固定在轴1112上的齿轮1182对准以与轴1112一起旋转。另一个齿轮1184也固定在轴1112上以与轴1112一起旋转。齿轮1184具有不同于齿轮1182的直径和齿数。因此，当由齿轮1181施用转矩至齿轮1182时(局部视图中所示)，齿轮1182将转矩传输至轴1112以导致轴旋转。齿轮1184将以与齿轮1184相同的速度与轴1112一起旋转，但是因为齿轮1184具有不同直径和齿数，所以与齿轮1184啮合的另一个齿轮1186(局部视图中所示)将以不同于轴1112的速度旋转。

以此方式进行的转矩传递在轴1112上产生扭转和弯曲应力。通过将芯塞1130与经历应力的轴1112的一部分对准，腔体1122可制造得大于另外的腔体，其中重量净减轻，即便附加了芯塞1130。开口1132延伸穿过芯塞1130。开口1132可以具有任何形状，包括圆形(未示出)或图5的大体上三角形形状。替代地，可使用具有图6中所示的I梁形状的芯塞。可选择选定形状的芯塞1130以使得轴1112中的润滑开口能够与轴中理想的轴向流对准，如关于图5和6所讨论。

可结合传动轴1112使用本文所述的任何特征。例如，图2中的轴12可以表示具有设置在腔体22中的不同密度的多个芯塞的传动轴。例如，具有第一密度的第一芯塞30可诸如通过将芯塞与承受最高转矩或弯曲力和偏转的轴上的齿轮对准与经历最大应力的传动轴的部分对准，并同时将第二芯塞34与经历较小应力的传动轴1112的一部分对准。如果轴1112的多个部分经历高应力，那么多个芯塞30可与那些部分对准，其中空的空间或密度较小的芯塞与密度更大的芯塞30相邻。通过加固具有芯塞的轴1112，轴的弯曲偏转最小化以帮助将齿轮保持为与它们啮合的其它齿轮(用虚线指示)适当地对准。

如关于图3的实施例所述，传动轴1112可加工或者设置成在承受减小应力的部分处具有较小外径(即，较薄壁)。本文所述的芯塞的任何材料可用于传动轴1112中的芯塞1130或插塞。例如，芯塞1130可为钛或铝芯塞。

通过使用芯塞1130提供潜在较大腔体1122，轴组件1110的较大量的热膨胀在操作期间是可行的。这可以帮助维持高操作温度下的齿轮对准。归因于较大腔体1122实现质量减轻，而相同或更大刚度的轴组件1110(与具有小于腔体1122且无芯塞1130的腔体的轴相比)归因于经历高应力或偏转的部分处的开口中的一个或多个芯塞的关键放置而变得可行。

图26是包括支撑离合器壳体1213的传动轴1212的动力系轴组件1210的另一个实施例。轴1212具有第一轴向端1224和第二轴向端1226。离合器1216可接合成诸如将齿轮或其它旋转部件与轴1212连接或将轴1212接地至固定构件。支撑件1217包围轴1212并且支撑其相对于支撑件1217围绕轴线23的旋转。驱动连接件1215用花键连接至轴1212。芯塞1230设置在轴1212的腔体1222中以在相邻于离合器壳体1213的高负荷和应力的区域中提供轴1212的加固。如关于本文的其它实施例所讨论，芯塞1230可为不同材料、可具有不同于轴1212的密度或横截面面积。

因此，制造轴组件的方法包括配置具有腔体22、422、1022、1122、1222的轴12、112、312、412、1012、1012A、1112、1212，其中该腔体至少部分从轴的第一轴向端延伸至第二轴向端并且在第一轴向端和第二轴向端中的至少一端处开口。该方法进一步包括通过将芯塞30、230、230A、330、330A、331A、332A、430、1030、1030A、1130、1230与受到第一水平的应力的腔体的第一部分将该芯塞设置在腔体中，使得受到小于第一水平的应力的第二水平的应力的腔体的第二部分是空的，或选用地在其中设置有密度小于第一芯塞的第二芯塞、具有不同于第一芯塞的横截面面积或面积模量，或这三项的任何组合。

该方法进一步包括将芯塞的开口的预定横截面形状围绕旋转轴线定向在与轴上的预定最大负荷关联的预定角定向上，诸如关于芯塞230和330以及图10至17所述。预定角定向与凸轮凸角的鼻部470对准，且多个附加芯塞设置在腔体中与多个附加凸轮凸角相对应。诸如关于图18至21所述的多组芯塞可与凸轮凸角对准且这些组之间的腔体中没有空间，或芯塞之间的腔体中可以有空间。更进一步，本文所述的任何芯塞(无论是实心的还是具有可关于负荷定向的具体几何形状)可放置在相对较高负荷或应力的区域中，且管状插塞(即，具有圆形中心开口的芯塞)可放置在实心或定向的芯塞之间以与实心或定向的芯塞之间的腔体保持为空相比提供更大刚度。

该方法包括将多个附加芯塞中的每一个的开口的相应预定角定向与芯塞所对应的相应凸轮凸角的鼻部对准。该方法可以进一步包括将芯塞与轴中的润滑开口对准，如关于图5和6的润滑开口40、340所述。

在各个实施例中，该方法可以包括铸造或锻造轴12、112、312、412、1012、1012A、1112、1212。在一个实施例中，可以在铸造或锻造的轴中对腔体22、422、1022、1122、1222钻孔。在另一个实施例中，当轴已铸造时，可通过将芯塞定位在其中铸造曲轴的模具中来将芯塞铸造至腔体中。在此实施例中，将轴铸造在芯塞和选用地进行喷砂或打蜡的临时芯体周围。芯塞将保留在铸件中，而临时芯体被移除。在另一个实施例中，当铸造轴时，可在模具中插入临时芯体(诸如砂芯或蜡芯)以形成腔体。在铸造轴之后，移除芯体且此后通过铸造或按压配合插入将芯塞插入在腔体中。

虽然已详细地描述了用于实行本教导的许多方面的最佳模式，但是熟悉这些教导所属领域的技术人员将认识到用于实践随附权利要求书的范围内的本教导的各种替代方面。

Claims (8)

1.一种用于动力系的轴组件，其包括：

具有腔体的轴，所述腔体至少部分从第一轴向端延伸至第二轴向端并且在所述第一轴向端和所述第二轴向端中的至少一端处开口，且所述轴具有受到第一水平的应力的第一部分和受到小于所述第一水平的应力的第二水平的应力的第二部分；以及

第一芯塞，设置在所述腔体的第一部分中，所述腔体的第一部分与所述轴的所述第一部分对准；

其中所述腔体的第二部分与所述轴的所述第二部分对准；且进一步包括：

设置在所述腔体的所述第二部分中的第二芯塞；且其中所述第一芯塞具有第一密度、第一横截面面积和第一面积模量，且所述第二芯塞具有小于所述第一密度的第二密度、小于所述第一横截面面积的第二横截面面积或小于所述第一面积模量的第二面积模量中的一个或多个。

2.根据权利要求1所述的轴组件，其中与所述轴的所述第二部分对准的所述腔体的第二部分为空。

3.根据权利要求2所述的轴组件，其中所述轴的所述第一部分具有第一外径，且所述轴的所述第二部分具有小于所述第一外径的第二外径。

4.根据权利要求1所述的轴组件，其中所述芯塞具有至少部分从所述芯塞的第一轴向端延伸至所述芯塞的第二轴向端的开口。

5.根据权利要求1所述的轴组件，其中所述轴具有第一密度，且所述第一芯塞具有小于所述第一密度的第二密度。

6.根据权利要求1所述的轴组件，其中所述轴是传动轴，且进一步包括：

设置在所述轴上的离合器壳体；以及

其中所述芯塞设置成与所述离合器壳体对准。

7.一种制造用于动力系的轴组件的方法，所述方法包括：

配置具有腔体的轴，所述腔体至少部分从所述轴的第一轴向端延伸至第二轴向端并且在所述第一轴向端和所述第二轴向端中的至少一端处开口，且所述轴具有受到第一水平的应力的第一部分和受到小于所述第一水平的应力的第二水平的应力的第二部分；

在所述腔体的第一部分中设置芯塞，所述腔体的第一部分与所述轴的所述第一部分对准；

将所述腔体的第二部分与所述轴的所述第二部分对准；

在所述腔体的所述第二部分中设置第二芯塞，其中所述第一芯塞具有第一密度、第一横截面面积和第一面积模量，且所述第二芯塞具有小于所述第一密度的第二密度、小于所述第一横截面面积的第二横截面面积或小于所述第一面积模量的第二面积模量中的一个或多个。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述芯塞具有至少部分从所述芯塞的第一轴向端延伸至所述芯塞的第二轴向端的开口；

其中所述开口具有垂直于所述轴的旋转轴线的横截面形状；且进一步包括：

将所述芯塞围绕所述旋转轴线定向，使得所述横截面形状是在与所述轴上的预定最大负荷的位置关联的角定向上。