JP2008527257A

JP2008527257A - 調整可能な空気式支持部材を有するセンター・ベアリング組立体

Info

Publication number: JP2008527257A
Application number: JP2007549682A
Authority: JP
Inventors: ジョイナ，ラバト，ジー; デュガン，ジェイムズ，エイ; スミス，ジァニ，エヌ
Original assignee: デーナ、コーポレイション
Priority date: 2004-12-31
Filing date: 2005-12-31
Publication date: 2008-07-24
Also published as: EP1834106A2; US7500788B2; WO2006072051A3; EP1834106A4; WO2006072051A2; US20060147143A1; BRPI0519486A2; AU2005321875A1

Abstract

センター・ベアリング組立体は、振動を吸収するための調整可能な空気式支持部材を有している。ベアリング組立体は、ベアリングおよびベアリングを支持する支持部材組立体を含んでいる。支持部材組立体は、流体で満たされる内部チャンバを有するブラダを含んでいる。それに対して枢動するように支持部材組立体を支持するブラケットが設けられる。ブラダの内部チャンバ内の流体圧力の大きさを制御するためのシステムが設けられる。システムは、複数の動作条件を表す信号を発生させる複数のセンサを含んでいる。制御装置がセンサ信号に応答し、ブラダの内部チャンバ内の流体圧力の大きさを制御する圧力調節装置への信号を発生させる。

Description

本発明は一般に、回転用シャフトを支持するためのベアリングに関する。詳細には、本発明は、調整可能な空気式支持部材（ｐｎｅｕｍａｔｉｃｓｕｐｐｏｒｔｍｅｍｂｅｒ）を有するセンター・ベアリング組立体（ｃｅｎｔｅｒｂｅａｒｉｎｇａｓｓｅｍｂｌｙ）のための改善された構造に関する。

供給源から動力を発生させ、そうした供給源からの動力を被駆動機構へ伝えるために、ドライブ・トレーン系（ｄｒｉｖｅｔｒａｉｎｓｙｓｔｅｍ）が広く用いられている。しばしば、供給源は回転動力を発生させ、そうした回転動力は供給源から回転駆動される機構へ伝えられる。例えば、今日使用されているほとんどの陸上車両では、エンジン／変速装置組立体（ｅｎｇｉｎｅ／ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎａｓｓｅｍｂｌｙ）が回転動力を発生させ、そうした回転動力（ｒｏｔａｔｉｏｎａｌｐｏｗｅｒ）が、エンジン／変速装置組立体の出力軸（ｏｕｔｐｕｔｓｈａｆｔ）から駆動軸組立体を通って軸組立体の入力軸（ｉｎｐｕｔｓｈａｆｔ）へ伝えられて、車両の車輪を回転駆動させる。これを実施するために、通常の駆動軸組立体（ｄｒｉｖｅｓｈａｆｔａｓｓｅｍｂｌｙ）は、前端および後端に固定された１対のチューブ・ヨーク（ｔｕｂｅｙｏｋｅ）など、１対の端部取付部品（ｅｎｄｆｉｔｔｉｎｇ）を有する中空円筒の駆動軸チューブを含んでいる。前端の取付部品は、エンジン／変速装置組立体の出力軸を駆動軸チューブの前端に接続する、前部の自在継手の一部を形成する。同様に、後端の取付部品は、駆動軸チューブの後端を軸組立体の入力軸に接続する、後部の自在継手の一部を形成する。前部および後部の自在継手は、エンジン／変速装置組立体の出力軸から駆動軸チューブを通って軸組立体の入力軸に至る回転駆動の接続を提供すると同時に、これら３つの軸の回転軸間の限られた量の角度ずれ（ａｎｇｕｌａｒｍｉｓａｌｉｇｎｍｅｎｔ）を受け入れる。

車両によっては、エンジン／変速装置組立体と軸組立体を隔てる距離が比較的短くなっている。こうした車両では、駆動軸組立体を、各端部に固定された第１および第２の端部取付部品を有する、単一の比較的長い駆動軸チューブから形成することができる。しかし車両によっては、エンジン／変速装置組立体と軸組立体を隔てる距離が比較的長く、単一の駆動軸チューブを使用することは実用的ではない。こうした車両では、駆動軸組立体を、複数（通常は２つ）の別個の比較的短い駆動軸部分から形成することができる。このような複合の駆動軸組立体では、第１の駆動軸部分の第１の端部が、第１の自在継手によってエンジン／変速装置組立体の出力軸に接続され、第１の駆動軸部分の第２の端部が、第２の自在継手によって第２の駆動軸部分の第１の端部に接続され、第２の駆動軸部分の第２の端部が、第３の自在継手によって軸組立体の入力軸に接続される。

２つ以上の別個の駆動軸部分から構成される複合の駆動軸組立体は、通常、その中間部分を使用中に回転するように支持するための構造体を用いる必要がある。駆動軸組立体用の通常の中間支持構造体（一般にセンター・ベアリング組立体と呼ばれる）は、駆動軸部分の１つを係合するインナ・レース（ｉｎｎｅｒｒａｃｅ）、およびインナ・レースをそれに対して回転するように支持するアウタ・レース（ｏｕｔｅｒｒａｃｅ）を有する環状のベアリングを含んでいる。環状ベアリングのアウタ・レースは、通常はゴムなど比較的弾性の材料から形成される、一般的には環状の支持部材の中に支持される。弾性支持部材は、車両に設けられた支持面に固定された堅いブラケットの中に支持される。したがって、センター・ベアリング組立体は、駆動軸組立体の中間部分を使用中に回転するように支持する働きをする。この一般的なタイプのセンター・ベアリング組立体の多くは、当技術分野では周知である。

弾性支持部材は、駆動軸組立体の振動を吸収して、それを通して車両フレームへ伝えられるそうした振動の大きさを最小限に抑えるために、センター・ベアリング組立体の中に設けられる。しかし、駆動軸組立体のそうした振動が、センター・ベアリング組立体内の弾性支持部材の固有共振振動数またはそれに近い振動数で生じると、センター・ベアリング組立体は、そうした駆動軸組立体の振動を所望されるように効果的に吸収することができなくなる。これが起こるのを防ぐために、センター・ベアリング組立体の中に、車両の通常の動作条件の下で駆動軸組立体によって生成される振動の振動数とは異なる固有共振振動数（ｎａｔｕｒａｌｒｅｓｏｎａｎｔｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）を有する弾性支持部材を設けることが知られている。ただし、駆動軸組立体によって生成される振動の振動数の範囲は、車両のタイプによるだけではなく、同じ車両の様々な動作条件の下でも変動する可能性がある。

発明の要約

したがって、車両の動作条件に従って調整することが可能な固有共振振動数を有するセンター・ベアリング組立体を提供することが望ましいであろう。

本発明は、調整可能な空気式支持部材を有するセンター・ベアリング組立体のための改善された構造に関する。そのベアリング組立体は、ベアリング、およびベアリングを支持する支持部材組立体を含んでいる。支持部材組立体は、流体で満たされる内部チャンバを有するブラダ（ｂｌａｄｄｅｒ）を含んでいる。それに対して枢動するように支持部材組立体を支持するブラケットが設けられる。ブラダの内部チャンバ内の流体圧力の大きさを制御するためのシステムが設けられる。システムは、複数の動作条件を表す信号を発生させる複数のセンサを含んでいる。制御装置がセンサ信号に応答し、ブラダの内部チャンバ内の流体圧力の大きさを制御する圧力調節装置への信号を発生させる。

好ましい実施形態についての以下の詳細な説明を添付図面に照らして読むと、当業者には本発明の様々な目的および利点が明らかになるであろう。

次に図面を参照すると、図１には、全体的に１０で示す、本発明によるドライブ・トレーン系が示してある。図示したドライブ・トレーン系１０は、大部分において当技術分野では一般的なものであり、単に本発明を使用することができる１つの環境を示すものにすぎない。したがって、本発明の範囲を、図１に示したドライブ・トレーン系１０用の特定の構造との使用、すなわち一般的なドライブ・トレーン系との使用に限定するものではない。一方、以下で明らかになるように、本発明を以下に述べる目的のために、任意の所望の環境において使用することができる。

図示した車両のドライブ・トレーン系１０は、回転動力をエンジン／変速装置組立体１１などの供給源から、複数の従動輪（ｄｒｉｖｅｎｗｈｅｅｌ）（図示せず）などの被駆動装置へ伝えるように適合されている。エンジン／変速装置組立体１１は当技術分野では一般的なものであり、全体的に１２で示す第１のスリップ・ヨーク（ｓｌｉｐｙｏｋｅ）に接続された、外部にスプラインを付けた出力軸（図示せず）を含んでいる。第１のスリップ・ヨーク１２は当技術分野では一般的なものであり、滑らかな円筒形の外面および内部にスプラインを付けた内面を有する端部１３を含んでいる。第１のスリップ・ヨーク１２の端部１３の内部にスプラインを付けた内面は、周知の方法でエンジン／変速装置組立体１１の外部にスプラインを付けた出力軸を係合する。その結果、第１のスリップ・ヨーク１２は、エンジン／変速装置組立体１１の出力軸によって回転駆動されるが、限られた範囲まではそれに対して軸方向に自由に移動することができる。

第１のスリップ・ヨーク１２はさらに、全体的に１５で示す第１の自在継手組立体の一部分を形成する、ヨーク部分１４を含んでいる。第１の自在継手組立体１５も当技術分野では一般的なものであり、周知の方法でクロス（ｃｒｏｓｓ）によって第１のスリップ・ヨーク１２のヨーク部分１４に接続されたチューブ・ヨーク１６を含んでいる。チューブ・ヨーク１６は、溶接などによって第１の駆動軸部分１７の第１の端部に、それと一緒に回転するように固定されている。したがって、第１の自在継手組立体１５は、エンジン／変速装置組立体１１の出力軸と第１駆動軸部分１７との間に回転駆動の接続を提供すると同時に、その間の限られた量の角度ずれを許容する。

第１の駆動軸部分１７は、全体的に２０で示すセンター・ベアリング組立体の第１の実施形態を通って延び、それによって回転するように支持されている。センター・ベアリング組立体の第１の実施形態の構造について、以下に詳しく説明する。センター・ベアリング組立体２０の第１の実施形態は、車両のフレーム、シャシ（ｃｈａｓｓｉｓ）または本体の一部などの支持面２２に固定されている。第１の駆動軸部分１７は、図示した実施形態では第１の駆動軸部分１７の第１の端部と比べて縮径されているが、必ずしもそうする必要はない、第２の端部２３を有する。縮径された端部２３は、第１の駆動軸部分１７のより直径の大きい第１の端部に溶接される別個の構造体として形成することができる。いずれにしても、第１の駆動軸部分１７の縮径された第２の端部２３の外面の一部は、複数の外部スプライン（図示せず）を有するように形成される。

全体的に２５で示す第２のスリップ・ヨークは、溶接などによって第１の駆動軸部分１７の縮径された第２の端部２３に、それと一緒に回転するように接続されている。第２のスリップ・ヨーク２５は当技術分野では一般的なものであり、内部にスプラインを付けた内面（図示せず）を有する端部２６を含んでいる。第２のスリップ・ヨーク２５の端部２６の内部にスプラインを付けた内面は、周知の方法で第１の駆動軸部分１７の第２の端部２３の外部にスプラインを付けた部分を係合する。その結果、第２のスリップ・ヨーク２５は、第１の駆動軸部分１７によって回転駆動されるが、限られた範囲まではそれに対して軸方向に自由に移動することができる。

第２のスリップ・ヨーク２５はさらに、全体的に３０で示す第２の自在継手組立体の一部分を形成する、ヨーク部分２７を含んでいる。第２の自在継手組立体３０も当技術分野では一般的なものであり、周知の方法でクロスによって第２のスリップ・ヨーク２５のヨーク部分２７に接続されたチューブ・ヨーク３１を含んでいる。チューブ・ヨーク３１は、溶接などによって第２の駆動軸部分３２の第１の端部に、それと一緒に回転するように固定されている。したがって、第２の自在継手組立体３０は、第１駆動軸部分１７の第２の端部２３と、第２の駆動軸部分３２の第１の端部との間に回転駆動の接続を提供すると同時に、その間の限られた量の角度ずれを許容する。

第２の駆動軸部分３２の第２の端部は、溶接などによって、全体的に３４で示す第３の自在継手組立体の一部分を形成する、チューブ・ヨーク３３に固定されている。第３の自在継手組立体３４も当技術分野では一般的なものであり、全体的に３５で示す第３のスリップ・ヨークを含んでいる。第３のスリップ・ヨーク３５は当技術分野では一般的なものであり、周知の方法でクロスによってチューブ・ヨーク３３に接続されたヨーク部分３６を含んでいる。第３のスリップ・ヨーク３５はさらに、滑らかな円筒形の外面および内部にスプラインを付けた内面（図示せず）を有する端部３７を含んでいる。第３のスリップ・ヨーク１２の端部３７の内部にスプラインを付けた内面は、周知の方法で車両の複数の従動輪に接続された通常の軸組立体３８の、外部にスプラインを付けた入力軸（図示せず）を係合する。その結果、軸組立体３８の入力軸は、第２の駆動軸部分３２によって回転駆動されるが、限られた範囲まではそれに対して軸方向に自由に移動することができる。

図２、３および４を参照すると、センター・ベアリング組立体２０の構造を詳しく示してある。図に示すように、センター・ベアリング組立体２０は、複数のねじファスナー（ｔｈｒｅａｄｅｄｆａｓｔｅｎｅｒ）（図示せず）などによる通常の任意の方法で支持面に固定された取付ブラケット４１を含んでいる。図示したセンター・ベアリング組立体２０は、取付ブラケット４１に固定され、そこから延びる１対の支持ブラケット４２も含んでいる。図３に最も良く示されるように、図示した支持ブラケット４２は通常Ｌ字型であるが、そうする必要はない。支持ブラケット４２はそれぞれ、それを貫通して形成された開口部４２ａを有し、そうした開口部４２ａそれぞれの中に中空円筒形のブシュ４３が配置されている。図示したブシュ４３は、支持ブラケット４２を貫通して形成されたそれぞれの開口部４２ａの中に圧入されているが、そうする必要はない。図３に示すように、２つの支持ブラケットの開口部４２ａを互いに同軸上に整列させることが好ましい。

センター・ベアリング組立体２０は、全体的に４５で示す、支持ブラケット４２に支持された支持部材組立体も含んでいる。図示した支持部材組立体４５は、設けられた１対のトラニオン４６ａを有する環状のハウジング４６を含んでいる。ハウジング４６およびトラニオン４６ａは、金属材料など比較的強く堅い材料または材料群から形成されることが好ましいが、１つまたは複数の任意の所望の材料を用いることもできる。図示したトラニオン４６ａはそれぞれ、ハウジング４６の反対側から支持ブラケット４２に設けられたブシュ４３の中に延びている。トラニオン４６ａは、相対回転運動を行うようにブシュ４３の中に支持されている。したがって、ハウジング４６は、同軸上に整列した開口部４２ａによって画定される軸に対して枢動するように支持ブラケット４２に支持されている。必要であれば、ハウジング４６は、そのまわりに延びて、さらなる強さおよび堅さを提供する１対のフランジ４６ｂを有することもできる。

センター・ベアリング組立体２０はさらに、ハウジング４６内に支持された環状のブラダ４７を含んでいる。図示したブラダ４７は中空の円環体の形に成形され、したがって内部チャンバ４７ａを画定している。ブラダ４７は、内部チャンバ４７ａとの流体連通を提供する流体口４７ｂを含んでいる。以下に詳しく述べる方法では、流体口４７ｂを用いて、液体材料や気体材料などの流体をブラダ４７の内部チャンバ４７ａの内外へ通過させることができる。ブラダ４７は、ゴムなど比較的可撓性のある材料から形成することが好ましい。ただしブラダ４７は、任意の所望の形を有するように、また任意の所望の材料から形成することができる。

最後に、センター・ベアリング組立体２０は、全体的に４８で示す、ブラダ４７内に支持された環状のベアリング組立体を含んでいる。ベアリング組立体４８は当技術分野では一般的なものであり、第１の駆動軸部分１７を回転可能に支持するように設けられる。これを実施するために、ベアリング組立体４８は、ブラダ４７に支持されたアウタ・レース、第１の駆動軸部分１７の外面を係合するインナ・レース、およびアウタ・レースとインナ・レースの間に配置された複数のボールを含んでいる。その結果、ベアリング組立体４８のインナ・レースは、アウタ・レースに対して回転するように支持される。このように、第１の駆動軸部分１７は、センター・ベアリング組立体２０によって回転するように支持される。必要であれば、ベアリング組立体４８は、ベアリング組立体４８のアウタ・レースとブラダ４７との間に配置された、一般的には中空円筒形のセンサ取付ブラケット４９を含むこともできる。センサ取付ブラケット４９の目的については以下で説明する。

ドライブ・トレーン系１０（第１の自在継手１５、第１の駆動軸部分１７、センター・ベアリング組立体２０、第２の自在継手３０、第２の駆動軸部分３２、および第３の自在継手３４のうちの複数またはすべてを含む）の駆動軸部分が第１の位置に組み立てられ、次いで車両または他の装置に取り付けるために第２の位置へ送られるのは一般的なことである。駆動軸組立体を車両に取り付けるとき、ドライブ・トレーン系１０が使用される特定の車両または他の装置の特定の要求に従って、センター・ベアリング組立体２０のハウジング４６の角度方向を、支持ブラケット２２および取付ブラケット２１に対してあらかじめ調整することができる。これは、先に論じたように、センター・ベアリング組立体２０のハウジング４６が、同軸上に整列した開口部４２ａによって画定される軸に対して枢動するように支持ブラケット４２に支持されているために可能になる。その結果、複数の異なる形の取付ブラケットを提供する必要がなくなり、単一のセンター・ベアリング組立体の設計を複数の異なる車両に使用することが可能になる。本発明のセンター・ベアリング組立体２０は、ドライブ・トレーン系１０の通常動作中に生じる可能性がある、第１の駆動軸部分１７の支持面２２に対する相対角運動をある程度受け入れることもできる。

また、ドライブ・トレーン系１０の動作中、エンジン／変速装置組立体１１は通常、使用中に様々なねじり振動数、および比較的高い振動数の振動を発生させる。そうした振動によってしばしば、支持面２２へ伝えられると望ましくないことがあるノイズが発生する。そうした振動の少なくとも一部を吸収するために、センター・ベアリング組立体２０内に弾性のブラダ４７を設け、それを通して支持面２２へ伝えられるノイズの量を低減させる。ブラダ４７が可撓性のある材料から形成され、さらにブラダ４７の内部チャンバ４７ａが流体で満たされているため、ブラダ４７は、そうでないとそれを通して第１の駆動軸部分１７から支持面２２へ伝えられることになる、そうした振動の少なくとも一部を吸収する働きをする。

ブラダ４７の内部チャンバ４７ａの中に含まれる流体圧力の大きさを調整して、センター・ベアリング組立体２０の振動減衰特性を変えることができる。そうした変更は、ドライブ・トレーン系１０の、あるいはドライブ・トレーン系１０が使用される車両または他の装置における動作条件の１つまたは複数の変化に応答してもたらされることが好ましい。ブラダ４７の内部チャンバ４７ａの中に含まれる流体圧力の大きさは、先に論じたように、ブラダ４７の内部チャンバ４７ａの内外へ流体を通過させることによって増減させることができる。

図４は、全体的に５０で示す、センター・ベアリング組立体２０内の流体圧力の大きさを制御してドライブ・トレーン系１０の動作中のその振動減衰特性を調整するための制御システムに関するブロック図を示している。制御システム５０は、ドライブ・トレーン系１０の複数の動作条件を表すそれぞれの信号を発生させる、複数のセンサ５１を含んでいる。センサ５１によってモニターすることができるいくつかの動作条件には、例えば車両の速度、車両の加速度、駆動軸組立体の回転速度、第１の駆動軸部分１７の角度変位、センター・ベアリング組立体２０の半径方向の加速度、センター・ベアリング組立体２０の軸方向の加速度、センター・ベアリング組立体２０の半径方向の変位、およびセンター・ベアリング組立体２０の軸方向の変位が含まれる。そうしたセンサ５１を３つ示しているが、所望される任意の数のそうしたセンサ５１を設けることが可能であることが理解されよう。センサ５１の１つを、センター・ベアリング組立体２０のセンサ取付ブラケット４９に直接設けることができる。他のセンサ５１を、ドライブ・トレーン系１０のどこか他の所、あるいはドライブ・トレーン系１０が使用される車両または他の装置に設けることもできる。

センサ５１からの信号は電子制御回路５２へ送られ、電子制御回路５２は圧力調節装置５３に接続される。電子制御回路５２は当技術分野では一般的なものであり、センサ５１からの信号に応答して圧力調節装置５３の動作を制御する任意のタイプの制御装置を意味するものである。例えば電子制御回路５２を、通常のマイクロプロセッサ、またはセンサ５１からの入力信号を受け取り、圧力調節装置５３への出力信号を発生させる類似の装置として実施することができる。圧力調節装置５３も当技術分野では一般的なものであり、電子制御回路５２によって生成された出力信号に従って、ブラダ４７の内部チャンバ４７ａ内外への流体の通過を制御するように適合される。例えば、圧力調節装置５３を、第１の動作モードでは流体をブラダ４７の内部チャンバ４７ａに流入させ、第２の動作モードでは流体をブラダ４７の内部チャンバ４７ａから流出させることが可能な通常の流体圧縮装置またはポンプとして実施することができる。このように、センター・ベアリング組立体２０内の流体圧力の大きさを調整して、ドライブ・トレーン系１０の動作中のその振動減衰特性を変えることができる。必要であれば、制御システム５０は、センサ５１または電子制御回路５２を使用せずに、オペレータが圧力調節装置５３の動作を手動で制御することを可能にする手動制御装置５４を含むこともできる。いずれにしても、制御システム５０は、センター・ベアリング組立体２０内の流体圧力の大きさを制御して、ドライブ・トレーン系１０の動作中のその振動減衰特性を調整することができる。

特許法の規定に従って、本発明の動作の原理および形態をその好ましい実施形態において記載してきた。しかし、その趣旨および範囲から逸脱することなく、具体的に図示および記載したものとは別の方法で本発明を実施することも可能であることに留意すべきである。

本発明に従って支持面に固定されたセンター・ベアリング組立体を含む、ドライブ・トレーン系の側面図である。図１に示したセンター・ベアリング組立体の一部分を切り取った端面図である。図１および２に示したセンター・ベアリング組立体の一部分を切り取った側面図である。図１、２および３に示したセンター・ベアリング組立体用の制御システムのブロック図である。

Claims

ベアリングと、
前記ベアリングを支持する支持部材組立体であって、流体で満たされる内部チャンバを有するブラダを含む支持部材組立体と、
それに対して枢動するように前記支持部材組立体を支持するブラケットと
を備えるベアリング組立体。
前記支持部材組立体が前記ブラダを支持するハウジングを含み、前記ブラケットが前記ハウジングをそれに対して枢動するように支持する請求項１に記載のベアリング組立体。
前記ブラケットが、前記ハウジングをそれに対して枢動するように支持する１対の支持ブラケットを含む請求項２に記載のベアリング組立体。
前記ハウジングが、前記１対の支持ブラケットにそれぞれ支持される１対のトラニオンを有する請求項３に記載のベアリング組立体。
前記ブラダの前記内部チャンバ内の流体圧力の大きさを制御するためのシステムをさらに含む請求項１に記載のベアリング組立体。
前記システムが、前記ベアリング組立体の動作条件を表す信号を発生させるセンサを含み、前記信号に応答して前記ブラダの前記内部チャンバ内の流体圧力の大きさを制御する請求項５に記載のベアリング組立体。
前記システムが、前記ベアリング組立体の複数の動作条件を表す複数の信号を発生させる複数のセンサを含み、前記信号に応答して前記ブラダの前記内部チャンバ内の流体圧力の大きさを制御する請求項５に記載のベアリング組立体。
前記システムが制御装置を含み、前記制御装置が、前記センサからの前記信号を受け取り、前記制御装置からの前記信号に応答して前記ブラダの前記内部チャンバ内の流体圧力の大きさを制御する圧力調節装置への信号を発生させる請求項６に記載のベアリング組立体。
前記システムが前記圧力調節装置への信号を発生させる手動制御装置をさらに含み、前記圧力調節装置が、前記手動制御装置からの前記信号に応答して前記ブラダの前記内部チャンバ内の流体圧力の大きさを制御する請求項５に記載のベアリング組立体。