CN108087493A - 复合材料交通工具轴组件 - Google Patents

Abstract

一种复合材料交通工具轴组件包括由第一材料形成的主体，该主体包括第一端、第二端和在其间延伸的中间部分。中间部分限定旋转轴线，并且包括外表面和限定腔体的内表面。由第二材料形成的至少一个芯塞设置在所述腔体中。

Description

复合材料交通工具轴组件

相关申请的交叉引用

本申请是于2016年2月19日提交的第15/048,322号美国专利申请的部分后续申请。第15/048,322号美国专利申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本教导通常包括一种用于交通工具的轴组件和一种制造轴组件的方法。

背景技术

发动机曲轴将活塞的往复直线运动转换成围绕纵向轴线的旋转运动，以提供转矩来推动交通工具，诸如但不限于火车、船、飞机、卡车或汽车。

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

发动机通常配备有平衡轴，其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。平衡轴具有有助于抵消由活塞产生的振动力的配重体。

变速器、齿轮箱、后轴和其它传动系部件具有各种转矩传动轴。例如，各种轴支撑齿轮系中彼此啮合并且建立输入构件与输出构件的速比的齿轮。

为了提高交通工具燃料经济性，降低交通工具部件的重量是理想的。然而，交通工具部件的大小必须足以承受在操作期间经历的应力，从而限制潜在的重量降低。

发明内容

公开了一种复合材料交通工具轴组件，其包括由第一材料形成的主体，该主体包括第一端、第二端和在其间延伸的中间部分。中间部分限定旋转轴线，并且包括外表面和限定腔体的内表面。由第二材料形成的至少一个芯塞设置在腔体中。

还公开了一种制造复合材料交通工具轴组件的方法，其包括将由第一材料形成的至少一个芯塞设置在形成在由第二材料形成的轴主体中的腔体中。

从以下结合附图对用于实行本教导的最佳模式的详细描述中，本教导的上述特征和优点以及其它特征和优点容易显而易见。

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是以图1中的线2-2截取的图1的平衡轴组件的一部分的示意横截面图；

图3是本教导的范围内的平衡轴组件的替代实施例的示意横截面图；

图4是本教导的范围内的平衡轴组件的替代实施例的示意横截面图；

图5是以图4中的线5-5截取的图4的平衡轴组件的示意横截面图；

图6是平衡轴组件的替代实施例的示意横截面图；

图7是本教导的范围内的凸轮轴组件的示意透视图；

图8是以图7中的线8-8截取的图7的凸轮轴组件的一部分的横截面图；

图9是本教导的范围内的凸轮轴组件的替代实施例的横截面图；

图10是以图9中的线10-10截取的图9的凸轮轴组件的示意横截面图；

图11是以图9中的线11-11截取的图9的凸轮轴组件的示意横截面图；

图12是以图9中的线12-12截取的图9的凸轮轴组件的示意横截面图；

图13是以图9中的线13-13截取的图9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，其中在图10的横截面的位置处具有设置在腔体中的替代芯塞；

图15是图9的凸轮轴组件的示意横截面图，其中在图11的横截面的位置处具有设置在腔体中的替代芯塞；

图16是图9的凸轮轴组件的示意横截面图，其中在图12的横截面的位置处具有设置在腔体中的替代芯塞；

图17是图9的凸轮轴组件的示意横截面图，其中在图13的横截面的位置处具有设置在腔体中的替代芯塞；

图18是另一个替代凸轮轴组件的示意横截面图；

图19是另一个替代凸轮轴组件的示意横截面图；

图20是另一个替代凸轮轴组件的示意横截面图；

图21是另一个替代凸轮轴组件的示意横截面图；

图22是以图23中的线22-22截取的替代动力系轴组件的一部分的示意横截面图；

图23是以图22中的线23-23截取的替代动力系轴组件的一部分的示意横截面图；

图24是另一个替代动力系轴组件的一部分的示意横截面图；

图25是在本教导的范围内具有设置在变速器轴内的芯塞的变速器轴组件的示意横截面图；

图26是在本教导的范围内具有设置在变速器轴内的芯塞的变速器轴离合器组件的示意横截面图；

图27是根据示例性实施例的另一个方面的复合材料驱动轴的部分截面图；

图28是根据示例性实施例的方面的图27的复合材料驱动轴的横截面图，其说明芯塞；

图29是根据示例性实施例的另一个方面的图27的复合材料驱动轴的横截面图，其说明了芯塞；

图30是根据示例性实施例的又一方面的图27的复合材料驱动轴的横截面图，其说明了芯塞；

图31是根据示例性实施例的再一方面的复合材料驱动轴的部分截面图；以及

图32是根据示例性实施例的方面的复合材料传动齿轮轴的部分截面图。

具体实施方式

参考附图，其中相同的数字在全部几个视图中指示相同的部分，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)可操作地连接平衡轴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缸体(未示出)上。本领域技术人员将容易理解平衡轴的使用抵消发动机振动。另外，虽然图2至6是关于平衡轴而描述，但是关于图6示出和描述的特征可用于本教导的范围内的其它类型的动力系轴。例如，凸轮轴、变速器轴或其它动力系轴可包括本文示出和描述的任何特征。

为了降低重量，平衡轴12具有腔体22，其沿着纵向轴线23至少部分地从轴12的第一轴向端24延伸至第二轴向端26。在所示的实施例中，腔体22从第一轴向端24完全延伸至第二轴向端26。在各种实施例中，轴12可与腔体22一起挤压，或可在轴12中钻出腔体22。轴12的内径D和轴12的所得厚度T必须配置成能够承受操作应力和最大发动机转速，同时仅在可接受极限内弹性变形。通过将第一芯塞30设置在腔体22内的策略位置中，芯塞30增加了轴组件10的刚度。由于芯塞30，直径D可大于腔体22为空时的直径。管状轴12的壁的所得下部厚度T降低了轴12的总重量。在轴12中降低的材料的这种体积可大于芯塞30的增加的体积。因此，即使芯塞30与轴12具有相同的材料，轴组件10的整体重量也可能降低。如果芯塞30的材料不及轴12致密，那么实现更大的重量降低。芯塞30的横截面几何形状与轴12的下部厚度T组合的组合产生了总质量较低的复合材料轴10。

在图2中，芯塞30被称为第一芯塞。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，该第一部分被指示为大体上从位置A延伸至位置B的一部分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在从第一轴向端24延伸至位置A的轴12的第二部分P2处。腔体22的第三部分22C在从第二轴向端26延伸至位置B的轴12的第三部分P3处。由于较低的应力水平，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，这可通过有限元分析、通过实用测试或其它方法来确定。取决于必须承受的应力水平，第二部分P2和第三部分P3可选用地留空(如图4中所示)，使得轴12在第二部分P2和第三部分P3处是中空的。然而，在图2的实施例中，第二芯塞34设置在与第二部分P2对准的腔体22的第二部分22B中。类似地，第三芯塞36设置在与第三部分P3对准的腔体22的第三部分22C中。第一芯塞30可具有第一密度，且第二芯塞34以及第三芯塞36可具有小于第一密度的第二密度。第一芯塞30的密度可与轴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的横截面面积可小于第一芯塞30的横截面面积。

本文所述的任何芯塞可至少部分为铝，至少部分为钛、陶瓷、金属基体或复合材料。如本文所使用，“复合材料”在用于描述部件(诸如芯塞)时是作为聚合物和另一种材料的复合材料的材料。例如，复合材料可为玻璃增强尼龙、玻璃纤维增强丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、玻璃填充热固性材料、玻璃填充聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、玻璃填充聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或其它聚合物复合材料。在本教导的范围内可使用其它材料。

一种制造轴组件10的方法包括将轴12配置成具有腔体22，其至少部分地从第一轴向端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中的至少一者处打开。例如，轴12可通过用腔体22铸造轴12、诸如当轴12铸造时通过将临时芯体放置在模具中、将轴12铸造在临时芯体周围、然后移除临时芯体而配置有腔体。轴12反而通过在轴12被铸造为实心轴之后钻出腔体22而配置成具有腔体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可为空的。替代地，该方法可包括将第二芯塞34设置在第二部分22B中，其中第二芯塞34的密度不及第一芯塞30。

图3示出了具有平衡轴112的平衡轴组件110的替代实施例，其中轴112的外径被加工成使得轴112在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具有小于厚度T1的厚度T2。制造图3的轴组件的方法因此可以包括诸如通过加工第二部分P2的外径将轴112配置成在轴12的第二部分P2处的外径小于轴12的第一部分P1处的外径，以及还诸如通过加工第三部分P3的外径将轴112配置成在轴12的第三部分P3处的外径小于轴12的第一部分P1的外径。

图4示出了具有替代芯塞230的平衡轴组件210的替代实施例，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减小了芯塞230的体积，从而进一步降低了轴组件210的重量。开口232可具有各种形状。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)的横截面处具有大致三角形形状。三角形形状具有圆角，并且可被称为三叶形状。在其它实施例中，开口可为圆形或另一种形状，或可使用具有大致平行于轴线23延伸的多个开口的芯塞。

具有中心开口的芯塞在平衡轴中尤其有用，该平衡轴需要润滑流沿着轴的中心向下流动。在图5中，轴12具有延伸穿过轴进入腔体22(由第一部分22A表示)的润滑开口40。芯塞230定位成在第一部分22A中与润滑开口40对准，以允许润滑剂轴向流动通过腔体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。因此，润滑剂可通过开口40和通道42流至中心开口232。在轴12的与开口40轴向间隔开的另一个部分处，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，使得润滑剂可被引导至进出轴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地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。在这种轴组件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型梁形状的芯塞330。芯塞330设置在腔体22中，使得I型梁的一个支腿部分348与润滑开口340之间的轴312的内表面350配合。然后，润滑剂可在芯塞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包括在凸轮轴412的外表面415处具有多个凸轮凸角460的凸轮轴412。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和第四对凸轮凸角460D。如图8中所示，多个芯塞430可设置在腔体422中延伸穿过凸轮轴412，使得芯塞430与凸轮凸角460A、460B、460C、460D轴向对准。换句话说，凸轮凸角460与芯塞430同轴。由于芯塞430的负载承载能力，腔体422可被制造得大于其它情况，即，凸轮轴412的厚度可减小，从而相对于没有芯塞的凸轮轴组件降低凸轮轴组件410的总重量。

由于凸轮460作用在发动机阀(未示出)上，凸轮轴412在凸轮凸角460受到最大的应力。更具体地，凸轮凸角460上的最大负载是从凸轮凸角460的鼻部470的尖端向内朝向轴线23的方向。鼻部470是凸轮凸角460的最远端，并且也可称为凸轮凸角460的远端尖端。因此，芯塞430在腔体422内设置在凸轮凸角460的内部并且由凸轮凸角460径向包围，其中腔体422的部分在芯塞430之间保持为空。换句话说，芯塞430仅被制造得足够长到延伸的距离稍微大于一对凸轮凸角460的间隔的宽度。因此，芯塞430的总重量被最小化。芯塞430通常是实心的，但是也可具有可根据轴12、112或412或如本文所述的其它轴上的负载来定向的横截面形状。

芯塞(诸如图5的芯塞230和图6的芯塞330)的横截面形状可与凸轮轴上的负载相关地定向在凸轮轴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以不同的角度定向来定向。在图9中，凸轮轴组件510包括凸轮轴412，其中芯塞230设置在腔体422中与多对凸轮凸角460对准，如关于图8的芯塞430所描述。在图9中，芯塞230定位在腔体422内，其中开口232的预定横截面形状围绕轴线23以预定角度定向来定向，该预定角度定向与芯塞430处的凸轮轴412上的预定最大负载相关。每个开口232的相应的预定角度定向与从芯塞430径向向外的凸轮凸角460的鼻部470的角度定向相关。图7和10至13中显而易见，鼻部470在相邻的每对凸轮凸角460中彼此间隔开90度。在图10中，三角形开口232的顶点480与对应于芯塞230的凸轮凸角460A的鼻部470对准。顶点480以鼻子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且芯塞330类似于图6设置在腔体422中的芯塞的凸轮轴412。芯塞330设置在腔体422中，其中开口423(即，中心部分352的任一侧上的腔体422的部分)围绕轴线23成角度地定向使得中心部分352与相应的凸轮凸角460A至460D的鼻部470对准。在这个位置中，芯塞330最佳地承受鼻部470上的负载。

在图7至17的任何实施例中，经定向的芯塞230或330可与轴412中的润滑开口对准，如关于图5中的润滑开口40和图6中的润滑开口340所讨论。在图7至17的实施例中，设置在腔体422中的多个芯塞(无论是经定向的芯塞230、330还是实心芯塞30、430)基本上彼此相同，这可由于规模经济而实现成本节约。

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，该凸轮轴具有与相应的凸轮凸角460A、460B、460C和460D的鼻部对准地成角度定向的I型梁形状的芯塞330A(在垂直于轴线23的截面处具有与芯塞330相同的横截面形状)，如关于图14至17的芯塞330所描述，除了芯塞330A比芯塞330长使得腔体422中的芯塞330A之间没有空间的情况以外。

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，该凸轮轴具有与相应的凸轮凸角460A、460B、460C和460D的鼻部对准地成角度定向的三叶状的芯塞330A(在垂直于轴线23的截面处具有与图5中的芯塞330相同的横截面形状)，如关于图10至13的芯塞230所描述，除了芯塞230A比芯塞230长使得腔体422中的芯塞230A之间没有空间的情况以外。

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，该凸轮轴具有与相应的凸轮凸角460A、460B、460C和460D的鼻部对准地成角度定向的I型梁形状的芯塞，如关于图14至17的芯塞330所描述，除了在每一对凸轮460A、460B、460C和460D处布置有一组个三芯塞的情况以外。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331A和两个相对较轻的芯塞332A，芯塞331A的任一侧上均设置有一个芯塞332A。芯塞331A相对较重，因为其具有比芯塞332A的支腿部分更厚和/或更宽的支腿部分(即，如芯塞330的支腿部分348)，从而给其赋予了具有围绕轴线23弯曲的较大面积的惯性矩。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，但是可为更致密的材料。相对较重的芯塞331A被凸轮凸角460A包围，并且因此位于比从凸轮凸角460A轴向移位的较轻芯塞332A更大的凸轮轴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的任一侧上均设置有一个芯塞332B。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的任一侧上均设置有一个芯塞332C。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的任一侧上均设置有一个芯塞332D。

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，该凸轮轴具有与相应的凸轮凸角460A、460B、460C和460D的鼻部对准地成角度定向的三叶状的芯塞，如关于图10至13的芯塞230所描述，除了在每一对凸轮460A、460B、460C和460D处布置有一组个三芯塞的情况以外。更具体地，一组三个芯塞设置成与凸轮凸角460D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的任一侧上均设置有一个芯塞232A。芯塞231A相对较重，因为其具有比芯塞232A更小的三叶开口(如芯塞230的开口232)。相对较重的芯塞231A被凸轮凸角460A包围，并且因此位于比从凸轮凸角460A轴向移位的较轻芯塞232A更大的凸轮轴412的应力承受部分中。类似的一组三个芯塞231B、232B和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的任一侧上均设置有一个芯塞232B。

类似的一组三个芯塞231C、232C和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的任一侧上均设置有一个芯塞232C。类似的一组三个芯塞231D、232D和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的任一侧上均设置有一个芯塞232D。通过使用如上所述的多组芯塞，中心芯塞的任一侧上的芯塞可较不致密，或可具有较小的弯曲面积或面积模量，从而降低总质量，同时在腔体中提供的刚度比腔体在中心芯塞之间为空的情况要大。

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变速器轴)，并且在至少一个轴向端处打开以允许芯塞1030设置在腔体1022中。芯塞1030在图22的轴向横截面中具有呈I型梁形状的中心部分1052。芯塞1030的支腿部分1053沿着轴1012的轴线23延伸以增加芯塞1030的弯曲模量。还包括穿过中心部分1052的可选中心轴向开口1056以降低芯塞1030的质量。应当认识到，诸如当轴不具有定向负载时，可使用两个以上的支腿部分1053。支腿的最佳数量可为四个、六个或八个，或另一个数量。另外，应当认识到，轴可使用具有与图7至9、18至21中相同或不同的沿着轴的横截面几何形状和位置的多个芯塞1030以对整个动力系轴组件1010赋予最佳质量。另外，可使用以下芯塞：具有包括两个支腿部分并且具有从中心部分向外延伸大致上垂直于中心部分并且与支腿部分成90度定向的两个侧臂部分。侧臂部分接触轴的内表面以提供托架支撑，并且可小于支腿部分。

图24示出了具有动力系轴1012A和芯塞1030A的动力系轴组件1010A的替代实施例。轴1012A可为本文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变速器轴)，并且在至少一个轴向端处打开以允许芯塞1030A设置在腔体1022A中。芯塞1030A类似于图22在轴向横截面处具有呈I型梁形状的中心部分1052A以及周围的外部环形环1054A。还包括穿过中心部分1052A的可选中心轴向开口1056A以降低芯塞1030A的质量。

在本文公开的任何实施例中，如果使用具有轴向开口的芯塞，那么可在轴向开口内放置一个或多个插塞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内的芯塞可以进一步增加凸轮轴412在高负载部分处的刚度，并且可为与芯塞230不同的材料(和/或更不或更致密)。

图25示出了包括变速器轴1112的动力系轴组件1110的替代实施例，该变速器轴具有从变速器轴1112的第一轴向端1124延伸至第二轴向端1126的腔体1122。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，该齿轮与轴1112一起旋转。另一个齿轮1184也固定在轴1112上以便于与轴1112一起旋转。齿轮1184具有与齿轮1182不同的直径和齿数。因此，当通过齿轮1181(以局部视图示出)向齿轮1182施加转矩时，齿轮1182将转矩传输至轴1112以引起轴的旋转。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具有不同的直径和齿数，所以与齿轮1184啮合的另一个齿轮1186(以局部视图示出)将以与轴1112不同的速度进行旋转。

以此方式进行的转矩传送在轴1112上产生扭转和弯曲应力。通过将芯塞1130与经历这种情况的轴1112的一部分对准，腔体1122可制造得比其它情况更大，使得即使增加芯塞1130，也可实现重量净降低。开口1132延伸穿过芯塞1130。开口1132可具有任何形状，包括圆形(未示出)或图5的大致三角形形状。替代地，可使用具有图6中所示的I型梁形状的芯塞。可选择芯塞1130的所选择的形状，以使得轴1112中的润滑开口能够与该轴中期望进行的轴流动对准，如关于图5和6所讨论。

本文所述的任何特征均可与变速器轴1112一起使用。例如，图2中的轴12可表示具有设置在腔体22中的不同密度的多个芯塞的变速器轴。例如，具有第一密度的第一芯塞30可诸如通过使该芯塞与轴上承受最高转矩或弯曲力和偏转的齿轮对准同时使第二芯塞34与经历较小应力的变速器轴1112的一部分对准来与经历最大应力的变速器轴的部分对准。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，其中空的空间或较不致密的芯塞与更致密的芯塞30相邻。通过用芯塞来加强轴1112，轴的弯曲偏转被最小化以帮助保持齿轮和与其啮合的其它齿轮(用虚线表示)进行适当对准。

如关于图3的实施例所描述，变速器轴1112可在承受较小应力的部分处进行加工或以其它方式设置有更小的外径(即，更薄的壁)。用于本文所述的芯塞的任何材料均可用于芯塞1130或插在变速器轴1112中。例如，芯塞1130可为钛或铝芯塞。

由于使用芯塞1130提供的潜在更大的腔体1122，轴组件1110在操作期间可能更大程度热膨胀。这可能有助于在高操作温度下维持齿轮对准。由于更大的腔体1122实现了质量降低，同时由于开口中的一个或多个芯塞有策略地放置在经历高应力或偏转的位置处，轴组件1110可能具有相同或更大的刚度(与具有小于腔体1122的腔体且不具有芯塞1130的轴相比)。

图26是包括变速器轴1212的动力系轴组件1210的另一个实施例，该变速器支撑离合器壳体1213。轴1212具有第一轴向端1224和第二轴向端1226。离合器1216可被接合以诸如将齿轮或其它旋转部件与轴1212连接，或将轴1212接合至固定部件。支撑件1217包围轴1212并且支撑该轴围绕轴线23相对于支撑件1217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，以在与离合器壳体1213相邻的高负载和应力的区域中设置轴1212的加强。如关于本文的其它实施例所讨论，芯塞1230可为与轴1212不同的材料，可具有与轴1212不同的密度或不同的横截面面积。

因此，制造轴组件的方法包括配置轴12、112、312、412、1012、1012A，1112、1212，其中腔体22、422、1022、1122、1222至少部分地从该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个处打开。该方法进一步包括通过使芯塞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对准来将该芯塞设置在该腔体中，使得受到小于第一应力的水平的第二水平的应力的腔体的第二部分为空，或选用地其中设置有不如第一芯塞致密的第二芯塞、具有与第一芯塞不同的横截面面积或面积模量，或这三者的任何组合。

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以与轴上的预定最大负载相关的预定角度定向，诸如关于图10至17的芯塞230和330所述。预定角度定向与凸轮凸角的鼻部470对准，且多个附加的芯塞设置在腔体中与多个附加的凸轮凸角相对应。诸如关于图18至21所述的多组芯塞可与凸轮凸角对准且在多组之间的腔体中没有空间，或在芯塞之间的腔体中可能存在空间。另外，本文所述的任何芯塞(无论是实心的还是具有可关于负载定向的具体几何形状)可放置在相对较高的负载或应力的区域中，且管状插塞(即，具有圆形中心开口的芯塞)可放置在实心的或经定向芯塞之间，以便与在实心的或经定向芯塞之间的腔体留空相比提供更大的刚度。

该方法包括将多个附加芯塞中的每一个的开口的相应的预定角度定向与对应于芯塞的相应的凸轮凸角的鼻部对准。该方法可进一步包括将芯塞与轴中的润滑开口对准，如关于图5的润滑开口40和图6的润滑开口340所述。

在各种实施例中，该方法可包括铸造或锻造轴12、112、312、412、1012、1012A、1112、1212。在一个实施例中，可在铸造或锻造轴中钻出腔体22、422、1022、1122、1222。在另一个实施例中，当轴被铸造时，芯塞可通过将芯塞定位在其中铸造曲轴的模具中而被铸造至腔体中。在这样的实施例中，轴围绕芯塞和任选的是砂或蜡的临时芯体进行铸造。当临时芯体被移除时，芯塞将保留在铸件中。在另一个实施例中，当铸造轴以便形成腔体时，临时芯体(诸如砂芯或蜡芯)可插入模具中。在铸造轴之后，将芯体移除，此后通过铸造或按压配合插入将芯塞插入腔体中。

现在参考图27，其描述了以复合材料传动轴或驱动轴2010的形式示出的复合材料交通工具轴2000。在下面的示例性实施例的背景中，术语复合材料应被理解为描述由两种材料形成的车轴，每种材料提供选定且期望的属性。如下面将显而易见，车轴的第一部分是由轻质材料形成，或具有提供支撑结构的几何形状，而轴的第二部分是由提供选定强度、刚度和/或柔性属性的另一种材料形成。复合材料驱动轴2010包括主体2014，其具有第一端2016、第二端2017和在其间延伸并且限定旋转轴线2024的中间部分2018。第一端2016可包括将复合材料驱动轴2010连接至变速器(未示出)的第一接头2020，且第二端2017可包括可将复合材料驱动轴2010联接至后差速器(也未示出)的第二接头2021。主体2014是由诸如铝、钛、其合金等第一材料或其它轻质材料形成。应当理解，复合材料驱动轴2010可用于后轮驱动交通工具、前轮驱动交通工具、全轮驱动交通工具或后发动机交通工具中。在一些实施例中，第一接头2020可将复合材料驱动轴2010连接至锥齿轮或半轴(未示出)。

主体2014包括外表面2028和限定腔体2031的内表面2030。主体2014可由钢或其合金形成，并且包括从第一端2016朝第二端2017轴向向外延伸的第一部分2032、从第二端2017朝第一端2016轴向向外延伸的第二部分2033，以及在第一部分2032与第二部分2033之间延伸的第三部分2034。第一部分2032可受到第一水平的弯曲应力和/或位移，而第三部分2034可能受到大于第一水平的第二水平的弯曲应力和/或位移。第二部分2033可经历第一水平或另一个水平的弯曲应力。

根据示例性实施例的方面，第一部分2032可包括限定在外表面2028与内表面2030之间的第一壁厚2036，第二部分2033可包括限定在外表面2028与内表面2030之间的第二壁厚2037，且第三部分2034可包括限定在外表面2028与内表面2030之间的第三壁厚2038。鉴于第三部分2034可能经历更大的弯曲应力，第三壁厚2038可大于第一壁厚2036和第二壁厚2037。替代地，第三部分2034可形成为具有大于第一部分2032和第二部分2033的外径的外径。

进一步根据示例性实施例，复合材料驱动轴2010包括布置在腔体2031中的第三部分2034处的第一芯塞2044，并且还可包括在布置在腔体2031中的第一部分2032处的第二芯塞2046。如图27中所示，第一芯塞2044可包括主体部分2054，其具有第一端部2056、第二端部2057和在其间延伸的中间部分2058。

主体部分2054可由通常比第一材料轻的第二材料形成。例如，第二材料可包括铝、钛或铝与钛的其它轻质合金。如图28中所示，主体部分2054包括中心部分2060、从中心部分2060径向向外延伸的第一支腿部分2062以及与第一支腿部分2062相对的从中心部分2060径向向外延伸的第二支腿部分2063。第一支腿部分2062和第二支腿部分2063可各自包括对应的脚部，其中的一个在第一支腿部分2062上以2064指示。以此方式，第一芯塞2044包括大致I形横截面。脚部2064与复合材料驱动轴2010的内表面2030对接。

根据示例性实施例的另一个方面，第二芯塞2046可类似于第一芯塞2044。替代地，第二芯塞2046可包括由第二材料形成的主体部分2070。主体部分2070包括第一端部2072、第二端部2073和在其间延伸的中间部分2074(图27)。如图29中所示，具有大致三角形横截面形状的通道2080可延伸穿过中间部分2074并且在第一端部2072和第二端部2073中的每一个处打开。通道2080可包括具有多个顶点2084的预定横截面2082，该多个顶点可相对于复合材料驱动轴2010选择性地对准。应当理解，第一芯塞2044可类似于第二芯塞2046。

根据图30中所说明的示例性实施例的再一方面，复合材料交通工具轴2010可包括芯塞2090。芯塞2090包括可由第二材料形成的主体部分2092。主体部分2092包括形成通道2099的中心部分2094，其具有外表面部分2096和内表面部分2097。应当理解，也可形成没有通道的中心部分2094。在所示的示例性实施例中，芯塞2090包括多个支腿部分，其中的一个以2104指示。每个支腿部分2014包括对应的脚部2016，其与复合材料驱动轴2010的内表面2030接合。在这点上，应理解的是，多个芯塞2090a至2090i可安装在复合材料驱动轴2010的腔体2031中，如图31中所示，其中相同的数字表示单独视图中的对应部分。还应当理解，主体部分2092可由各种材料形成，并且在示例中可由第一材料形成。

图32中示出了根据示例性实施例的另一个方面的呈复合材料传动轴2119的形式的复合材料交通工具轴。复合材料传动轴2119包括由第一材料形成的主体2121。主体2121包括第一端2123、第二端2124和在其间延伸的中间部分2125。中间部分2125支撑具有多个齿轮齿2129的齿轮部件2128。主体2121包括外表面2132和限定腔体2135的内表面2133。复合材料传动轴2119包括布置在腔体2135中的芯塞2137。芯塞2137可采用各种形式并且由第二材料形成。

在这一点，应当理解，示例性实施例描述了由两种材料形成的复合材料轴，每种材料提供期望的属性。车轴的第一部分是由轻质材料形成，或具有提供支撑结构的几何形状，而轴的第二部分是由提供选定强度、刚度和/或柔性属性的另一种材料形成。以此方式，可形成轻质复合材料轴以满足期望的操作参数。还应当理解，使用芯塞可允许直径增加的部分具有较小的直径，由此改善相对于变速器或其它交通工具部件的间隙。应当进一步理解，芯塞可包括第一密度或模量，且支撑芯塞的轴的部分可包括第二密度或模量。另外，取决于局部设计约束，每个芯塞可包括不同的密度和/或模量。

虽然已详细地描述了用于实行本教导的许多方面的一些最佳模式，但是本领域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 (10)

1.一种复合材料交通工具轴组件，包括：

由第一材料形成的主体，所述主体包括第一端、第二端和在其间延伸的中间部分，所述中间部分限定旋转轴线并且包括外表面和限定腔体的内表面；以及

由第二材料形成的至少一个芯塞，其设置在所述腔体中。

2.根据权利要求1所述的复合材料交通工具轴组件，其中所述主体具有受到第一水平的应力和第一位移中的一者的第一部分和受到第二水平的应力和第二位移中的一者的第二部分，所述第二水平的应力和所述第二位移中的所述一者大于所述第一应力和第一位移中的所述一者，其中所述至少一个芯塞设置在所述腔体中的所述第二部分处。

3.根据权利要求1所述的复合材料交通工具轴组件，其中所述第一端具有第一壁厚和第一外径中的一者，且所述中间部分具有第二壁厚和第二外径中的一者，所述第二壁厚和所述第二外径中的所述一者与所述第一壁厚和所述第一外径中的所述一者不同。

4.根据权利要求3所述的复合材料交通工具轴组件，其中所述第一端包括所述第一壁厚，且所述中间部分包括所述第二壁厚，所述第一壁厚大于所述第二壁厚。

5.根据权利要求3所述的复合材料交通工具轴组件，其中所述第一端包括所述第一外径，且所述中间部分包括所述第二外径，所述第二外径大于所述第一外径。

6.根据权利要求1所述的复合材料交通工具轴组件，其中所述至少一个芯塞包括第一端部、第二端部、在其间延伸的中间部分，以及通道，所述通道通过所述中间部分至少部分地从所述第一端部延伸至所述第二端部。

7.根据权利要求6所述的复合材料交通工具轴组件，其中所述通道包括围绕所述旋转轴线以预定的选定定向定位的预定横截面形状。

8.根据权利要求1所述的复合材料交通工具轴组件，其中所述至少一个芯塞包括中心部分和至少两个支腿部分。

9.根据权利要求1所述的复合材料交通工具轴组件，其中所述至少一个芯塞包括多个芯塞。

10.根据权利要求1所述的复合材料交通工具轴组件，其中所述复合材料交通工具轴组件限定驱动轴和传动轴中的一者。