CN1511724A - 用于车辆传动轴装置的消音减振器 - Google Patents

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Abstract

一种用于旋转部件的消音减振器，例如车辆传动链系统中的传动轴装置。该消音减振构件包括一内部件、一环绕该内部件延伸的中间件、以及一环绕该中间件延伸的外部件。内部件由已变形至预期形状的片材形成，而外部件由管材形成，选择该管材的长度以提供预期的阻尼频率。可通过改变消音减振器的内部件的形状和/或外部件的轴向长度来调节该消音减振器的固有共振频率。在上述两种情况下，都将改变消音减振器部件的重量分布。结果，可改变该消音减振器的转动惯量(因而改变固有共振频率)，以吸收作用给传动链系统的非预期的噪音和振动，并使经该传动链系统传递且放大的噪音量及振动量最小化。

Description

用于车辆传动轴装置的消音减振器
技术领域
概括地说，本发明涉及消音减振构件，该消音减振构件用于旋转部件，例如车辆传动链系统中的传动轴装置。具体的，本发明涉及一种改进的、用在车辆传动轴装置的部件上的消音减振构件，以及制造这种消音减振构件的方法。
发明背景
传动链系统广泛地用于将动力源产生的动力传递给从动机构。通常的情况是，动力源产生旋转动力，然后将该动力源产生的此旋转动力传递给可转动的从动机构。例如，在当前所使用的绝大多数车辆中，由发动机/变速箱总成产生旋转动力，然后该发动机/变速箱总成的输出轴经由一传动轴装置将此旋转动力传递给车轴装置的输入轴，以旋转驱动该车的车轮。为实现这个目的，通常的驱动轴装置包括一空心的圆柱形驱动轴管，该驱动轴管具有固定在其前端和后端上的一对终端部件例如一对管叉(tube yoke)。该前端部件形成前万向节部分，该前万向节部分使发动机/变速箱总成的输出轴与该驱动轴管的前端连接。类似的，后端部件形成后万向节部分，该后万向节部分使该驱动轴管的后端与车轮装置的输入轴连接。该前后万向节提供了一种旋转驱动连接，该旋转驱动连接自发动机/变速箱总成的输出轴起、经由该驱动轴管、至车轮装置的输入轴，同时允许上述三轴的转动轴线之间可具有一定限量的角偏差。
在车辆传动轴装置以及其它可转动构件中经常遇到的一个问题是，它们易于传递并放大在运行过程中所遇到的非预期噪音和振动。例如，在以上所述车辆传动链系统中，发动机/变速箱总成内的齿轮啮合以及车轮装置内的齿轮啮合可能产生非预期的噪音和振动。如上所述与该发动机/变速箱总成的输出轴以及该车轮装置的输入轴相连接的较长传动装置又将传递并放大此噪音和振动。为使乘客有一个更安静且更舒适的行程，人们希望将车辆传动装置对此噪音和振动的传递及放大降低到最小程度。
为实现这个目的，已知可在车辆传动装置的一个或多个部件上提供一种消音减振器。一种典型的消音减振器包括压配合在该一个或多个部件的外表面上的一内部件，环绕该内部件的一外部件，以及在该内外部件之间延伸的一层弹性体材料。以往，该内部件由机械加工成预定形状的钢圈构成，而该外部件由同样机械加工成预定形状的钢圈或生铁圈构成。尽管这种构件可起到实际的效果，但已经发现这种构件比较笨重且制造昂贵。因此，希望提供一种改进的、用于旋转部件例如车辆传动链系统中的传动轴装置的消音减振器，以及制造这种消音减振器的方法，这种消音减振器重量较轻，且其制造成本不像现有消音减振器那么昂贵。
发明概述
本发明涉及一种改进的、用于旋转部件例如车辆传动链系统中的传动轴装置的消音减振器，以及制造这种消音减振器的方法，这种消音减振器重量较轻，且制造成本低廉。该消音减振器包括一内部件、一环绕该内部件延伸的中间件、以及一环绕该中间件延伸的外部件。内部件由已变形至预期形状的片材形成，而外部件由管材形成，选择该管材的长度以提供预期的阻尼频率。可通过改变消音减振器的内部件的形状和/或外部件的轴向长度，来调节该消音减振器的固有共振频率。在上述两种情况中，都将改变消音减振器部件的重量分布。结果，可改变该消音减振器的转动惯量(因而改变固有共振频率)，以吸收作用给传动链系统的非预期噪音和振动，并使经该传动链系统传递且放大的噪音量及振动量最小化。
本领域技术人员参照附图阅读了以下对优选实施例的详细说明后，将明白本发明的各个目的和优点。
附图的简要说明
图1是一种车辆传动链系统的局部侧视图，该传动链系统包括依照本发明的一种消音减振器，该消音减振器安装在一种伸缩叉上；
图2是图1所示消音减振器和伸缩叉的放大透视图；
图3是图1和2所示消音减振器和伸缩叉的进一步放大剖视图；
图4是一幅流程图，说明依照本发明的用于制造图1，2和3所示消音减振器、并将其安装在传动链系统上的方法；
图5是类似于图3的放大剖视图，表示一种安装在伸缩叉上的现有消音减振器。
优选实施例的详细说明
现在参照附图，在图1中通常标识为10的一部分车用传动链系统适合于将来自发动机/变速箱总成(未表示)的旋转动力传递给多个从动车轮(未表示)。所示传动链系统10比现有传统传动链系统的尺寸要大，且仅表示了对于充分理解本发明来说必不可少的那部分传动链系统10。同时，所示传动链系统10仅仅用来表示可应用本发明的一种代表性环境。因此，本发明范围并不限于用在图1所示车辆传动链系统10的特定构造中，或者并不限于一般的车辆传动链系统。相反，自以下描述中显而易见的是，本发明可与在使用过程中旋转的各种预期组件或部件一起使用。
发动机/变速箱总成是一种现有的传统发动机/变速箱总成，其包括一具有外齿花键的输出轴(未表示)，该输出轴与通常标识为11的伸缩叉连接。该伸缩叉11是一种现有的传统伸缩叉，其包括一空心套筒部分11a，该空心套筒部分具有光滑的圆筒形外表面，以及有着内齿花键的内表面(未表示)。该伸缩叉11的套筒部分11a的此内齿花键内表面按照公知的方式与发动机/变速箱总成的外齿花键输出轴相啮合。结果，就利用该发动机/变速箱总成的输出轴旋转驱动伸缩叉11，同时该伸缩叉11可相对于发动机/变速箱总成的输出轴在一定范围内自由轴向移动。
该伸缩叉11还包括一叉部11b，该叉部11b形成通常标识为12的第一万向节的一部分。该第一万向节12也是一种现有的传统万向节，其包括第一管叉13，按照公知的方式，利用传统的第一个十字轴总成14使该第一管叉13与伸缩叉11的叉部11b连接。通过例如焊接将该第一管叉13固定在传动轴管15的第一端，以与该传动轴管15一起转动。因此，该第一万向节12提供了发动机/变速箱总成的输出轴与传动轴管15的第一端之间的旋转驱动连接，同时还允许两者之间具有一定限量的角偏差。
通过例如焊接将该第二管叉16固定在传动轴管15的第二端，以与该传动轴管15一起转动。该第二管叉16形成了通常标识为17的第二万向节的一部分。该第二万向节17也是一种现有的传统万向节，其包括一端叉(未表示)或其它传统连接件，按照公知的方式，利用传统的第二个十字轴总成18使该端叉或其它传统连接件与第二管叉16连接。该端叉可与传统车轮装置(未表示)的输入轴(未表示)连接，以旋转驱动该车辆上的车轮。因此，该第二万向节17提供了传动轴管15的第二端与车轮装置的输入轴之间的旋转驱动连接，同时还允许两者之间具有一定限量的角偏差。
如上所述，当传动链系统10在使用过程中转动时，该传动链系统10常常要承受由机械运动所产生的噪音和振动。例如，已知当位于发动机/变速箱总成以及车轮装置内的齿轮在使用过程中相互啮合时，会产生非预期的噪音和振动。由于该传动链系统10连接在发动机/变速箱总成的输出轴与车轮装置的输入轴之间，因而这种噪音和振动通常将传递给该车轮装置的输入轴。由于传动链系统10具有相对较长的物理路径，因而该传动链系统10又进一步地放大了这种非预期噪音和振动，从而导致一些非预期的运行特性，至少在某些情况下会损坏该传动链系统10的部件。在传动链系统10的运转过程中产生的此噪音和振动通常在各种频率下都会发生。但是，最大幅度的噪音和振动通常发生在单一振动频率下或接近单一振动频率。
为使经传动链系统10传递并放大的这种噪音和振动的量最小化，已知可在该传动链系统10的一个部件上提供一种消音减振器，该消音减振器通常标识为例如20。在所示实施例中，该消音减振器20安装在传动链系统10的伸缩叉11上。但应认识到的是，本发明的消音减振器20也可安装在或者设置在传动链系统10的任何预期部位上。当传动链系统10上提供有消音减振器20时，该消音减振器20就作为一种扭振或惯性阻尼器，该阻尼器可吸收至少一部分该传动链系统10在操作过程中转动时所遇到的非预期噪音和振动。如以下将要详细说明的，最好调节该消音减振器20使其以这样一种频率振动，该频率等于将要被阻尼的以上所述噪音和振动的振动频率，但与该噪音和振动的振动频率具有180°的相位差。因此，该消音减振器20可作为一种调谐吸收器，其将机械能转换为热能，并将该热能分散到大气中，从而吸收施加给该传动链系统10的非预期噪音和振动，以实现预期的阻尼效果。
图2和3详细地表示了本发明此消音减振器20的结构。如所示，消音减振器20包括通常标识为21且安装在伸缩叉11上的一环形的内部件。消音减振器20的该内部件21包括通常轴向延伸的第一部分21a、通常径向延伸的第二部分21b、以及通常轴向延伸的第三部分21c。该内部件21的第一部分21a通常相对于伸缩叉11的旋转轴11c轴向延伸，并与该伸缩叉11的外表面相接合。在所示实施例中，该内部件21的第一部分21a与伸缩叉11的叉部11b以压配合的关系相互接合，尽管这并非是必须的。该消音减振器20的内部件21的第二部分21b通常自该第一部分21a起径向向外延伸。该消音减振器20的内部件21的第三部分21c通常也相对于伸缩叉11的旋转轴11c轴向延伸，并与该旋转轴11c相距一预定径向距离R。
消音减振器20还包括环绕该内部件21的第三部分21c延伸的中间件22。该中间件22由具有一定量弹性或伸缩性的任何理想材料制成。例如，该中间件22可由传统的聚丁二烯材料制成，例如SAE J200MSAA 710 A13 B13 F17 Z1 Z2材料。但是，如以下将要进一步说明的，也可选择其它材料。该中间件22可为例如环形，并环绕内部件21的第三部分21c设置。选择性的，该中间件22可形成为扁平状且呈矩形，然后将该中间件22卷绕在内部件21的第三部分21c上。最后，消音减振器20还包括环绕该中间件22延伸的一环形的外部件23。该外部件23的尺寸最好是这样设定的，使得能将中间件22压缩在该外部件23与内部件21的第三部分21c之间。由此，内部件21、中间件22以及外部件23摩擦接合在一起，从而形成消音减振器20。但是，也可利用任何其它的传统方法例如粘结剂结合法将该中间件22和外部件23固定在内部件21上。该外部件23通常相对于伸缩叉11的旋转轴11c轴向延伸一预定轴向距离D。
优选的，该消音减振器20的内部件21由一种可变形为预定形状的片材制成。如在此所使用的，术语“片材”指通常具有扁平构造、且其厚度与其总长度和/或总宽度相比较小的一种材料。例如，用于形成所示内部件21的片材可为厚度近似等于0.0598英寸或1.519mm的一片十六量具钢。但是，也可采用其它量具钢及其它材料。同样，如在此所使用的，术语“变形”指可将片材的原始形状(例如，扁平状)再构造为一种理想形状(例如，图2和3所示内部件21的形状)，而不需要切除该片材(或者至少不需要切除相当大量的片材)。例如，该消音减振器20的内部件21最初可为扁平、环状的金属片材，然后将该金属片材模压或变形为图2和3所示形状。但是，术语“变形”并不排除切除该片材。相反，该术语“变形”指在片材由原始形状再构造为理想形状的过程中，不切除该片材。例如，可切除片材，以辅助该片材自其原始形状再构造为理想形状(即，最初切除该通常呈矩形的片材，以形成扁平、环状片材，随后再模压或变形该扁平、环状片材以形成图2和3所示形状)。优选的，消音减振器20的内部件21由单独一片材料形成，尽管这并非是必须的。
优选的，该消音减振器20的外部件23由管材形成，选择该管材的长度以提供理想的阻尼频率。如在此所使用的，术语“管”指通常中空、圆筒形且其壁厚与总长相比较小的一种材料。例如，消音减振器20的外部件23可由一种中空、圆筒形的金属管形成，该金属管的壁厚大约为0.120英寸或3.048mm，切割该金属管以选择其长度，从而提供理想的阻尼频率。优选的，消音减振器20的外部件23由单独一片材料形成，尽管这并非是必须的。
图4是一幅流程图，说明依照本发明的用于制造图1，2和3所示消音减振器20、并将其安装在传动链系统10上的方法，该方法通常标识为30。在该方法30的第一步骤31中，确定传动链系统10的振动频率。确定过程与现有的传统过程相同，可依照任何理想的方式来完成该确定过程。已知对于给定车辆或其它构造来说，多种因素都会对产生并传递给传动链系统10的振动频率产生影响。因此已经发现，采用经验测量法来确定传动链系统10的振动频率比较方便。这通常涉及将传动链系统10安装在车辆上，并在各种转速下操纵该传动链系统10。在每种不同的转速下，利用传统传感装置及技术来测量该传动链系统10的振动幅度。但是，也可采用其它方法来确定该传动链系统10的振动频率。如先前所提到的，在传动链系统10的运转过程中产生的此噪音和振动通常在各种频率下都会发生。但是，最大幅度的噪音和振动通常发生在单一振动频率下或接近单一振动频率。
一旦该传动链系统10的振动频率已确定之后，接着就设计用于吸收此振动频率的消音减振器20的各个部件，如该方法30的第二步骤32所示。这可通过几种方式来完成。消音减振器20的固有共振频率取决于多种因素。本发明试图通过改变(1)消音减振器20的内部件21的第三部分21c距伸缩叉11的旋转轴11c的预定径向距离R，以及(2)消音减振器20的外部件23的预定轴向延伸距离D之一或两者来调节该消音减振器20的固有共振频率。在以上两种情况下，均可改变该消音减振器20的总重量分布。结果，可改变该消音减振器20的转动惯量(因而改变固有共振频率)，以在先前所确定的传动链系统10的振动频率下，吸收作用给该传动链系统10的非预期噪音和振动，并使经该传动链系统传递且放大的噪音量及振动量最小化。
如前所述，优选的，该消音减振器20的内部件21可由模压或变形为图2和3所示形状的扁平、环状金属片材形成。在制造该内部件21的过程中，可改变预定径向距离R。当该预定径向距离值R增大时，消音减振器20的外部件23的重量距离伸缩叉11的旋转轴11c较远。结果，该消音减振器20的转动惯量增大，同时其固有共振频率减小。相反，当该预定径向距离值R减小时，消音减振器20的外部件23的重量距离伸缩叉11的旋转轴11c较近。结果，该消音减振器20的转动惯量减小，同时其固有共振频率增大。
为实现这个目的，可通过改变内部件21的第一部分21a、第二部分21b以及第三部分21c的相对尺寸来改变该预定径向距离R。因此，例如，可通过延长该内部件21的第二部分21b的径向长度，同时缩短该内部件21的第一部分21a和/或第三部分21c的轴向长度来增大该预定径向距离R。相反，可通过缩短该内部件21的第二部分21b的径向长度，同时延长该内部件21的第一部分21a和/或第三部分21c的轴向长度来减小该预定径向距离R。按照这种方式，可在不改变扁平环状片材尺寸的情况下，改变该预定径向距离R。选择性的，也可通过改变该扁平环状片材的尺寸来改变预定径向距离R。这样就可以改变该内部件21的第二部分21b的径向长度，而不改变该内部件21的第一部分21a或第三部分21c的轴向长度。该消音减振器20的固有共振频率的具体增大及减小量将随着各种因素(例如，材料组分)而变化，并可按照任何预期的方式来确定此增大及减小量。
如上所述，优选的，该消音减振器20的外部件23由管材形成，选择该管材的长度以提供理想的阻尼频率。在制造该外部件23的过程中，可改变预定轴向距离D。当该预定轴向距离D增大时，消音减振器20的外部件23的重量较大。结果，该消音减振器20的转动惯量增大，同时其固有共振频率减小。相反，当该预定轴向距离D减小时，消音减振器20的外部件23的重量较轻。结果，该消音减振器20的转动惯量减小，同时其固有共振频率增大。为实现这个目的，可由一段原料切割出该消音减振器20的外部件23，使该外部件23具有理想的预定轴向距离D。
该方法30的第三步骤33是组装该内部件21、中间件22以及外部件23，以形成消音减振器20。如上所述，优选的，这样设定外部件23的尺寸，使得能将中间件22压缩在该外部件23与内部件21的第三部分21c之间。由此，该内部件21、中间件22以及外部件23摩擦接合在一起，从而形成消音减振器20。但是，也可利用任何其它的传统方法例如粘结剂结合法将该中间件22和外部件23固定在内部件21上。在该方法的最后一个步骤34中，将该消音减振器20安装在传动链系统10的伸缩叉11或者其它部件上。如上所述，这样设定该内部件21的第一部分21a的尺寸，使其与伸缩叉11的叉部11b以压配合的关系相互接合。但是，也可依照任何理想的方式将该内部件21固定在传动链系统10上。
图5表示一种现有的消音减振器，该消音减振器通常标识为40，并安装在传动链系统10的伸缩叉11上。该现有消音减振器40包括一内部件41、环绕该内部件41延伸的一中间弹性件42，环绕该中间弹性件42延伸的一外部件43。内部件41和外部件43均由实心块体材料形成，并被加工成预定形状。由于它们不是由以上所述“片材”或“管材”形成，因此与本发明的对应内部件21和外部件23相比，该内部件41和外部件43的重量较大。此外，由于没有如前所述对它们进行“变形，”因此，与本发明消音减振器20的对应内部件21和外部件23相比，该内部件41和外部件43的制造费用略显昂贵。
依照专利法的规定，已经在优选实施例中说明并表示了本发明原理和操作模式。但必须认识到的是，在不脱离本发明实质或范围的情况下，本发明可也应用于除上述已具体说明并表示的环境之外的其它环境。

Claims (8)

1.一种用于旋转构件的消音减振器，包括：
一内部件；
一环绕所述内部件延伸的中间件；以及
一环绕所述中间件延伸的外部件，
其特征在于，所述内部件由片材形成，或者所述外部件由管材形成。
2.如权利要求1所述的消音减振器，其特征在于，所述内部件由片材形成，其中，选择所述片材的形状以提供所需要的阻尼频率。
3.如权利要求2所述的消音减振器，其特征在于，所述内部件由这样一种片材形成，所述片材具有通常相对于所述消音减振器的旋转轴轴向延伸的第一部分、通常相对于所述旋转轴径向延伸的第二部分，以及通常相对于所述旋转轴轴向延伸的第三部分。
4.如权利要求1所述的消音减振器，其特征在于，所述内部件由已变形至所需形状的片材形成。
5.如权利要求4所述的消音减振器，其特征在于，所述内部件由这样一种片材形成，所述片材经变形而具有通常相对于所述消音减振器的旋转轴轴向延伸的第一部分、通常相对于所述旋转轴径向延伸的第二部分，以及通常相对于所述旋转轴轴向延伸的第三部分。
6.如权利要求1所述的消音减振器，其特征在于，所述中间件由一种弹性材料形成。
7.如权利要求1所述的消音减振器，其特征在于，所述外部件由管材形成，选择所述管材的长度以提供所需要的阻尼频率。
8.如权利要求1所述的消音减振器，其特征在于，所述内部件由已变形至所需形状的片材形成；所述外部件由管材形成，选择所述管材的长度以提供所需的阻尼频率。
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