DE2615707A1 - Antriebssystem fuer ein kraftfahrzeug - Google Patents

Antriebssystem fuer ein kraftfahrzeug

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DE2615707A1
DE2615707A1 DE19762615707 DE2615707A DE2615707A1 DE 2615707 A1 DE2615707 A1 DE 2615707A1 DE 19762615707 DE19762615707 DE 19762615707 DE 2615707 A DE2615707 A DE 2615707A DE 2615707 A1 DE2615707 A1 DE 2615707A1
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drive shaft
drive
tubular housing
drive system
housing
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DE19762615707
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Kunihiko Suzuki
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Nissan Motor Co Ltd
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Nissan Motor Co Ltd
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Description

PATENTANWÄLTE A. GRUNECKER
DlPL-INGl
H. KINKELDEY
W. STOCKMAIR
DR-ING · AaEKMLTECH
K. SCHUMANN
P. H. JAKOB
DlPL-INa
G. BEZOLD
Dft Röt NAT- aPL-CHEM.
MÜNCHEN
E. K. WEIL
DRPfROEClNa
MÜNCHEN 22
MAXtMlLIANSTRASSS 43
P TO 320
9- April 1976
Nissan Motor Company, Limited
Eo. 2, Takara—mactti, Kanagawa-ku,. Xokoliama City, Japan
LINDAU
Antriebssystem fitr ein Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Achsantrieb.
Das Antriebssystem eines Kraftfahrzeuges umfaßt im wesentlichen eine Antriebswelle, einen Achsantrieb mit einem Differential und Achsen für die Antriebsräder des Fahrzeuges, durch welche das Antriebsmoment vom Getriebe auf die Antriebsräder übertragen wird. Das Differential verteilt die Antriebskraft auf die entsprechenden Antriebsräder, wobei das Antriebsmoment mit einem bestimmten
609843/ogas
TELEFON (OB3) 222862 TELEX OS-2338O TEUQRAMME MONAPAT
CJntersetzungsverhältnis untersetzt wird.
Während des Betriebes des Kraftfahrzeuges, insbesondere während der Beschleunigung und der Verzögerung des Kraftfahrzeuges treten in dem Antriebssystem Torsionsspannungen auf, die durch die Änderung des Antriebsmomentes bedingt sind. Diese Spannungen erzeugen in dem Antriebssystem Tors ions schwingungen sowie gleichzeitig Lateralschwingungen.
Diese Torsionsschwingungen und Lateralschwingungen üben einen nachteiligen Einfluß sowohl auf die Funktionsweise als auch auf die Lebensdauer vieler Bauteile der Antriebswelle und des Achsantriebes aus. Insbesondere sind diese Torsionsschwingungen und Lateralschwingungen hauptsächlich für Leistungsverluste zwischen dem Motor und dem Achsantrieb verantwortlich, erzeugen während des Betriebes der Antriebswelle und des Achsantriebes unangenehme Geräusche und führen zu einem übermäßigen verschleiß der schwächer dimensionierten Bauteile des Antriebssystems.
Bei den meisten Antriebs systemen weist die Antriebswelle eine beachtliche Länge im Verhältnis zu ihrem Durchmesser auf, da die Brennkraftmaschine im allgemeinen im vorderen Teil des Kraftfahrzeuges angeordnet ist, während sich der Achsantrieb im hinteren Teil des Kraftfahrzeuges befindet. Bei einer solchen Antriebswelle treten die vorbeschriebenen Schwingungen in verstärktem Maße auf, da die kritische Drehzahl dieser Antriebswelle wesentlich tiefer als die kritische Drehzahl anderer Bauteile des Antriebssystems ist und da die Schwingungsamplitude einer Antriebswelle mit einem vorgegebenen Durchmesser mit ihrer Länge zunimmt.
Um diese kritische Drehzahl einer Antriebswelle zu erhöhen, wurde bereits vorgeschlagen, die Ritzelantriebswelle des Achsan-
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triebes zu verlängern, um dadurch die Antriebswelle um ein entsprechendes Stück zu verkürzen.
Diese Lösung ist insofern vorteilhaft, als die Steifigkeit der Antriebswelle gegen Lateralkräfte vergrößert wird, so daß der vorbeschriebene schädliche Einfluß und die Nachteile etwas verringert werden. Jedoch werden durch diese Konstruktion die durch die Torsionsspannungen innerhalb des Antriebssystems bedingten Torsionsschwingungen weder beseitigt noch verringert, so daß diese Lösung die vorbeschriebenen Nachteile nicht befriedigend beseitigt.
Die Erfindung ist deshalb darauf gerichtet, ein Kraftfahrzeugantriebssystem mit einem verbesserten Achsantrieb zu schaffen, bei welchem die Torsionsschwingungen innerhalb des Antriebssystems beseitigt oder auf eine vernachlässigbare Größe verringert werden.
Die Erfindung besteht darin, daß eine erste Antriebswelle und eine zweite Antriebswelle vorgesehen sind, welche im wesentlichen axial fluchtend zueinander angeordnet und mittels Lagern in einem Gehäuse drehbar gelagert sind, daß die erste Antriebswelle ein erstes Ende mit einem daran befestigten Antriebsritzel, welches sich in dauerndem Eingriff mit einem Tellerrad befindet, sowie ein zweites Ende aufweist, daß die zweite Antriebswelle ein erstes Ende mit einem daran lösbar befestigten Antriebsflansch, welcher von einem hinteren Universalgelenk angetrieben ist, und ein zweites Ende aufweist, und daß eine Schwingungsäämpfungskupplung vorgesehen ist, welche das zweite Ende der ersten Antriebswelle mit dem zweiten Ende der zweiten Antriebswelle elastisch verbindet und welche in dem Gehäuse drehbar gelagert ist.
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-A-
Durch die Erfindung wird daher ein verbessertes Achsantriebssystem vorgeschlagen, welches mit einer Kupplung ausgestattet ist, die die in dem Antriebssystem auftretenden Torsionsschwingungen absorbiert und welche gleichzeitig einfach und kompakt konstruiert ist. Die erfindungsgemäße Torsionsschwingungsdämpfungskupplung ist in der Lage, die Antriebswelle mit der angetriebenen Welle mechanisch starr zu verbinden, wenn das eingeleitete Drehmoment einen vorbestimmten Wert überschreitet.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Darin zeigen:
Fig.iA eine Schnittansieht durch den erfindungsgemäßen Achsantrieb, der mit einer verbesserten Ritzelantriebswelle und einer zur Schwingungsdämpfung dienenden Kupplung ausgestattet ist;
Fig.1B eine vergrößerte Schnittansicht durch die zur Schwingungsdämpfung dienende Kupplung entlang der Linie A-A nach Fig.iA;
Fig.2A eine Schnittansicht durch ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfungskupplung gemäß der Linie Y-Y nach Fig.2B;
Fig.2B eine Schnittansicht durch das weitere Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfungskupplung gemäß der Linie X-X nach Fig.2A und
Fig.2C eine perspektivische Ansicht durch das in den Fig.2A und 2B gezeigte weitere Ausführungsbeispiel der Schwingungsdämpfungskupplung, wobei jedoch einige Teile weggelassen sind.
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Es soll nun zunächst das in der Fig.IA dargestellte erste Ausführungsbeispiel beschrieben werden» Mit dem Bezugszeichen 10 ist ein Achsantrieb eines Antriebs sys tents eines Kraftfahrzeuges bezeichnet. Der Achsantrieb TO weist ein tragendes Gehäuse 12 auf, welches an dem nicht dargestellten Radaufhängungssystem oder an der Kraftfahrzeugkarosserie befestigt ist. In dem tragenden Gehäuse 12 ist ein Differentialzahnkranz oder Tellerrad 14 gelagert, welches sich mit einem Antriebsritzel 16 in dauerndem Eingriff befindet. Eine erste Differentialantriebswelle 18 (welche nachfolgend als erste Antriebswelle bezeichnet wird) des Antriebsritzels 16, die sich in Längsrichtung des Kraftfahrzeuges erstreckt, ist in einem vorderen und einem hinteren Lager 20 bzw. 22 gelagert, wobei diese Lager bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel von Schrägrollenlagern gebildet sind. Die erste Antriebswelle 18 trägt an ihrem hinteren Ende ein Antriebsritzel 16,,welches in dauerndem Eingriff mit einem Differentialzahnkranz oder Tellerrad 14 steht, und weist an ihrem vorderen Ende an ihrer Außenfläche eine Keilnutverzahnung auf. Das tragende Gehäuse 12 ist mit einem Verlängerungsgehäuse 24 verbunden, welches sich in Längsrichtung des Kraftfahrzeuges erstreckt und in welchem eine zweite Differentialritzelantriebswelle 26 (welche nachfolgend als zweite Antriebswelle bezeichnet wird) mittels eines im vorderen Ende des Verlängerungsgehäuses 24 angeordneten Lagers 28 derart gelagert ist, daß sie im wesentlichen axial mit der ersten Antriebswelle 18 fluchtet. Die zweite Antriebswelle 26 besitzt an ihrem vorderen Ende eine Keilnutverzahnung, welche mit einer Innenverzahnung eines Ritzelantriebsflansches 30 im Eingriff steht, der an der zweiten Antriebswelle 26 mittels einer Flanschmutter 32 befestigt ist, wobei die Flanschiautter über eine Federscheibe 34 gegen den Flansch gezogen ist. An ihrem hinteren Ende weist die zweite Antriebswelle ebenfalls eine Keilnutverzahnung auf.
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— D —
Auf der ersten Antriebswelle 18 und der zweiten Antriebswelle 26 ist eine S chwingungsdämp f ungskupp lung 36 gelagert, die für eine elastischere Bindung zwischen den beiden Antriebswellen sorgt. Wie dies aus den Fig.iA und 1B zu erkennen ist, weist die Schwingungsdämpfungskupplung 36 ein äußeres rohrförmiges Gehäuse 38 auf, welches vorzugsweise aus Metall besteht, sowie innere rohrförmige Gehäuse 40 und 42, die konzentrisch zum äußeren rohrförmigen Gehäuse 38 und in axialem Abstand zueinander angeordnet sind und vorzugsweise aus Metall bestehen. Jedes innere rohrförmige Gehäuse 40 und 42 besitzt eine im wesentlichen zylindrische Innenfläche mit einer Keilnutverzahnung und eine im Abstand von der Innenfläche des äußeren rohrförmigen Gehäuses 38 angeordnete Außenfläche, so daß zwischen den inneren Gehäusen und dem äußeren Gehäuse eine im Querschnitt ringförmige Kammer gebildet wird, in welcher ein federndes elastisches Material 44, wie z.B. ein Gummi oder eine Substanz angeordnet ist, welche gummiähnliche Eigenschaften besitzt. Der Körper aus elastischem Material 44 ist sowohl an der Innenfläche des äußeren rohrförmigen Gehäuses 38 als auch an den Außenflächen der inneren rohrförmigen Gehäuse 40 und 42 entweder mittels eines chemischen Klebers oder eines Haftreibungsklebers oder durch eine Kombination beider Kleber festgeklebt. Die inneren rohrförmigen Gehäuse 4O und 42 sind entsprechend mit dem vorderen Ende der ersten Antriebswelle 18 und dem hinteren Ende der zweiten Antriebswelle 26 keilnutverzahnt, und das äußere rohrförmige Gehäuse 3 8 ist in .dem Verlängerungsgehäuse 24 z.B. mittels eines Kugellagers 46 gelagert. Wie dies aus der Fig.1A deutlich zu entnehmen ist, besitzt der aus elastischem Material bestehende Körper 44 vorzugsweise an seiner Innenfläche einen radial nach innen greifenden Abschnitt 45, welcher die erste Antriebswelle 18 und die zweite Antriebswelle 26 in axialer Richtung auf Abstand
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Mit Hilfe dieser vorbeschriebenen Konstruktion wird das Antriebsmoment von der Antriebswelle über ein hinteres Universalgelenk und dem Ritzelantriebsflansch 30 in die zweite Antriebswelle 26 eingeleitet, welche ihrerseits das Antriebsmoment über das innere rohrförmige Gehäuse 42, den Körper aus elastischem Material 44 und das innere rohrförmige Gehäuse 40 in die erste Antriebswelle 18 einleitet. Während der Durchleitung des Antriebsraomentes durch den elastischen Körper 44 werden jegliche Torsionsschwingungen irgendeiner der Wellen des Antriebssystems einschließlich der Torsionsschwingungen der Antriebswelle in jeder Drehrichtung der Antriebswelle vorteilhaft von dem elastischen Körper 44 absorbiert, anstatt von einer Welle auf die andere Welle übertragen zu werden. Da die Schwingungsdämpfungskupplung 36 vorteilhaft in dem Lager 46 gelagert ist, welches seinerseits in dem Verlängerungsgehäuse 24 aufgenommen ist, wird ferner vorteilhaft erreicht, daß die Resonanzfrequenz der Lateralschwingungen der gekuppelten ersten und zweiten Antriebswelle erhöht wird.
In den Fig.2A, 2B und 2C ist ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Kupplung 50 zur Dämpfung von Torsionsschwingungen gemäß der Erfindung dargestellt. Diese zur Dämpfung von Torsionsschwingungen dienende Kupplung 50 weist ein äußeres rohrförmiges Gehäuse 52, innere rohrförmige Gehäuse 54 und 55 und einen Körper aus elastischem Material 56 auf, wobei diesei Teile im wesentlichen genauso angeordnet sind, wie die in den Fig.iA und 1B dargestellte Kupplung. Der Körper aus elastischem Material 56 stellt eine elastische Verbindung zwischen
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den Außenflächen der inneren rohrförmigen Gehäuse 54 und 55 und der Innenfläche des äußeren rohrförmigen Gehäuses 52 her und ist an diese Flächen wie in der im Zusammenhang mit den Fig.1A und 1B beschriebenen Weise festgeklebt. Wie dies aus den Fig.2A und 2C zu entnehmen ist (bei der Fig.2C sind das äußere rohrförmige Gehäuse 52 und der Körper aus elastischem Material 56 zur deutlicheren Darstellung der Anordnung der inneren rohrförmigen Gehäuse 54 und 55 weggelassen), besitzen die inneren rohrförmigen Gehäuse 54 und 55 entsprechend sich in Axialrichtung erstreckende Abschnitte oder Profilnasen 58 bzw. 60. Die Profilnasen 5 8 und 60 sind derart angeordnet, daß die Profilnasen 58 entsprechend zwischen zwei Profilnasen 60 eingreifen und daß sie ferner konzentrisch zum äußeren rohrförmigen Gehäuse 52 verlaufen. Aus der Fig.2B ist zu entnehmen, daß die Bogenlänge der Profilnasen 58 und 60 derart gewählt ist, daß zwischen zwei benachbarten Flanken der Profilnasen in Umfangsrichtung ein bestimmter Abstand 62 vorhanden ist. Aus der Fig.2A ist zu entnehmen, daß die inneren rohrförmigen Gehäuse 54 und 55 jeweils Innenverζahnungen aufweisen, welche in die Keilnutverzahnungen der ersten Antriebswelle 18 und der zweiten Antriebswelle 26 eingreifen.
Bei dieser vorbeschriebenen Konstruktion wird das Antriebsmoment von der Antriebswelle durch ein hinteres Universalgelenk in die zweite Antriebswelle eingeleitet, welche ihrerseits das Antriebsmoment in die zur Dämpfung von Torsionsschwingungen dienende erfindungsgemäße Kupplung 50 einleitet. Mittels der Kupplung 50 wird das Antriebsmoment von der zweiten Antriebswelle 26 über das innere rohrförmige Gehäuse 55, welches mit dem hinteren Ende der zweiten Antriebswelle 26 verkeilt ist, und über den elastischen Körper 56 und das innere rohrförmige Gehäuse 54, welches mit dem vorderen Ende der ersten Antriebswelle 18 verkeilt ist, in die erste Antriebswelle 18 eingeleitet. Die Torsionsschwingungen, die durch
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irgendeine der sich im Antriebssystem befindlichen Wellen erzeugt werden, werden vorteilhaft von dem Körper aus elastischem Material 56 in der gleichen Weise absorbiert, wie dies bereits im Zusammenhang mit der Beschreibung der Fig. IA und IB ausgeführt wurde. Wenn das in dem Antriebssystem übertragene Äntriebsmoment zunimmt, dann verkleinert sich der Abstand 62 in Umfangsrichtung in Abhängigkeit von der Zunahme der relativen Verschiebung zwischen den inneren rohrförmigen Gehäusen 54 und 55. Wenn das durch das Antriebssystem übertragene Antriebsmoment einen bestimmten Wert überschreitet, dann legen sich die Flanken der Profilnasen 58 und 6O gegeneinander an. In diesem Augenblick wird das Äntriebsmoment direkt von der zweiten Antriebswelle 26 über die Profilnasen 58 und 6O der inneren rohrförmigen Gehäuse 54 und 55, die entsprechend mit der ersten Antriebswelle 18 und der zweiten Antriebswelle 26 verkeilt sind, in die erste Antriebswelle 18 eingeleitet. Bei einer solch starken Kompression des elastischen Materials 56 ist die Kupplung vorübergehend nicht in der Lage, die im Antriebssystem auftretenden Tors ions schwingungen zu absorbieren. Da ein solch hohes Antriebsmoment im Antriebssystem jedoch nur dann auftritt, wenn das Antriebssystem mit einer im Verhältnis zur maximalen Drehzahl niedrigen Drehzahl angetrieben wird, führen die bei einem solchen Äntriebsmoment auftretenden Spannungen nicht dazu, daß irgendeine der Wellen des Antriebssystems in Torsionsschwingungen gerät, durch welche das Antriebssystem beschädigt werden könnte.
Aus der vorstehenden Beschreibung ist zu entnehmen, daß die einteilige Ritzelantriebswelle gemäß der Erfindung in zwei Ritzelantriebswellen unterteilt ist, welche mittels einer Torsionsschwingungen dämpfenden Kupplung miteinander verbunden sind, so daß die in dem Antriebssystem auftretenden Torsionsschwingungen vermieden oder wenigstens auf einen vernachlässigbaren Wert verringert werden.
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Da ferner die die Torsionsschwingungen dämpfende Kupplung in einem Lager gelagert ist, welches sich seinerseits in einer Gehäuseverlängerung abstützt, wird vorteilhaft die Resonanzfrequenz von Lateralschwingungen der zweigeteilten gekuppelten Ritzelantriebswelle erhöht.
Ferner wird gemäß der Erfindung eine Kupplung zur Dämpfung von Torsionsschwingungen vorgeschlagen, die relativ einfach konstruiert und preiswert herzustellen ist und die neben dem Vorteil, daß sie die innerhalb des Antriebssystems auftretenden Torsionsschwingungen absorbiert, den weiteren Vorteil einer großen Lebensdauer besitzt.
Ferner verbindet ~tSTe erfindungsgemäße Kupplung zur Dämpfung von Torsionsschwingungen mechanisch zwei Teile der Antriebswelle, wenn das Antriebsmoment einen vorbestimmten Wert überschreitet.
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Claims (6)

  1. P 10 320
    Patentansprüche
    / 1 w) Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Achsantrieb, ^-" dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Antriebswelle (18) und eine zweite Antriebswelle (26) vorgesehen sind, welche im wesentlichen axial fluchtend zueinander angeordnet und mittels"Lagern (20,22,28) in einem Gehäuse (12,24) drehbar gelagert sind, daß die erste Antriebswelle ein erstes Ende mit einem daran befestigten Antriebsritzel (16) , welches sich in dauerndem Eingriff mit einem Tellerrad (14) befindet, sowie ein zweites Ende aufweist, daß die zweite Antriebswelle ein erstes Ende mit einem daran lösbar befestigten Antriebsflansch (30), welcher von einem hinteren Universalgelenk angetrieben ist, und ein zweites Ende aufweist, und-daß eine Schwingungs dämpf ungskupp lung (36,50) vorgesehen ist, welche das zweite Ende der ersten Antriebswelle mit dem zweiten Ende der zweiten Antriebswelle elastisch verbindet und welche in dem Gehäuse drehbar gelagert ist.
  2. 2. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ e £ c h net, daß die S chwin gungsdämp f ungskupp lung (36,50) von wenigstens einem Lager (46) abgestützt ist.
  3. 3. Antriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Schwingungsdämpfungskupplung (36,50) ein äußeres rohrförmiges Gehäuse (38,52) und zwei innere rohrförmige Gehäuse (42,44,54,55) aufweist, welche konzentrisch zum
    60984 3/0905 C0PY
    äußeren rohrförmigen Gehäuse und in axialem Abstand zueinander angeordnet sind, daß jedes innere rohrförmige Gehäuse entsprechend mit der ersten bzw. zweiten Antriebswelle (18,26) verbunden ist, und daß zwischen den Außenflächen der inneren rohrförmigen Gehäuse und der Innenfläche des äußeren rohrförmigen Gehäuses ein elastischer Körper (44,56) angeordnet ist, welcher die rohrförmigen Gehäuse elastisch miteinander verbindet.
  4. 4. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Antriebswelle (18) und die zweite Antriebswelle (26) an ihrem zweiten Ende jeweils eine Keilnutverzahnung tragen und daß an der Innenfläche der inneren rohrförmigen Gehäuse (42,44,54,55) jeweils eine Keilnutverzahnung vorgesehen ist.
  5. 5. Antriebssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Körper (44) an seiner Innenseite einen radial nach innen greifenden Flansch (45) aufweist, der die erste Antriebswelle (18) und die zweite Antriebswelle (26) in axialer Richtung auf Abstand hält.
  6. 6. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die inneren rohrförmigen Gehäuse (54,55) jeweils sich in axialer Richtung erstreckende, am Gehäuseende angeordnete Abschnitte (58,60) aufweisen, die ineinandergreifen und in Umfangsrichtung beabstandet sind und die gegeneinander anliegen, wenn die Relativbewegung der inneren Gehäuse (40, 42) in Umfangsrichtung einen bestimmten Wert überschreitet.
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