JPS63219934A - 円筒形中空回転駆動軸 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ｌｌ上二皿皿±１ 本発明は、両端に中実部を有し、該中実部にて支持され
る金属性円筒形中空回転駆動軸に関するものである。

の口 前輪駆動車の駆動軸は、中実体として形成されるのが一
般的であるが、近年では車体重患の低減化、あるいは動
力伝達損失を企図した中空体のものも使用されている。

駆動軸は、駆動源から出力されたトルクを駆動輪に伝達
する機能を有する。

駆動軸にはねじり振動２曲げ振動、膜面振動が生じ、こ
れが乗員に不快感を起させる車体振動、ＩＡ音の原因に
なっている。この振動は、２００〜５００ルの振動数領
域に曲げ一次モードの極大振幅を有しており（第１０図
曲線Ａ参照）、この範囲の撮動を、■ベクトル解析によ
って駆動軸の最適形状を選択する、■制振遮音材料を用
いて車室内への振動、騒音の進入を防ぐ等の手法で低減
化することは困難である。従来、この範囲の撮動に対し
ては、■ダイナミック・ダンパを付す、■駆動軸を二分
割し、弾性材料（弾性に富む材料を指す）で形成された
制振体を介して両者を結合する等の手法が採用されてい
る。

ところが、ダイナミック・ダンパを用いた場合、目的周
波数の振動を低減化し得るものの、該周波数よりも低い
周波数範囲および高い周波数範囲の振幅（振動レベル）
が増大する不具合があり（第Ｑ 合図曲線Ｂ参照）、分割型駆動軸では、弾性材料製制撮
体を介してトルク伝達が行われるため、動力損失が生ず
る不具合がある。

一方、推進軸（プロペラシャフト）の中空部分に弾性材
料製制振体を圧入して、振動、騒音を低減化するという
技術思想が提案されている（例、特公昭４９−２０６４
４号公報、実開昭５６−８７６４７号公報）。

しかしながら、この思想は弾性履歴現象を利用して推進
軸の振動エネルギーを制振体の内部摩擦により熱に変換
するという基本的発想程度に留まり、単体固有角振動数
（または固有値）の低い推進軸における膜面共振の振動
レベルを低下させることが主たる狙いになっていた。そ
のため、−次曲げ共振の振動レベルを効果的に低減化す
るまでには到らなかった。

゛　たの 本発明は、斯かる技術的背景の上に創案されたものであ
り、その目的とする処は、中空回転駆動軸において特に
問題となる一次曲げ共振につき、中空部分と圧入される
弾性材料！Ｉ！制振体との関係を解析することにより、
振動レベルを効果的に低減化する点にある。

この目的は、両端に中実部を有し、該中実部にて支持さ
れる金属性円筒形中空回転駆動軸につき、中空部分の単
体一次曲げ固有角振動数を５００七以上にするとともに
、中空部分の肉厚（ｔ）と外径（Ｄ）の比（ｔ／Ｄ）を
０．０６以下になし、該中空部分に弾性材料製制振体を
圧入することによって達成される。

両端が閉じた管体みよび両端が開放された管体の自由両
端状態での振動特性は、それぞれ第１図。

第２図に示される通りである。

本発明は、従来効果的に対処し得なかった一次曲げ共振
（第１図、第２図参照）の低減化を企図したものである
。撮動数が大きく、振動エネルギー・レベルの高い領域
で制振体に振動を吸収させるのは効果的であり、本発明
の駆動軸では、中空部分の単体一次曲げ固有角振動数（
固有値）を大きく設定することとした。

円管の両端が自由な状態にある場合の曲げ固有角振動数
を単体曲げ固有角振動数と称しており、−次曲げ共振の
単体値は、次式で示される円管の曲げ固有角振動数（ｆ
）において、λ−４．７３０と置けば良い。

（ただし、λは境界条件によって相違する振動数係数、
Ｊは管長、Ｅはヤング率、■は断面二次モーメント、Ａ
は管断面積、ρは密度である）（ｔ）式によれば、円管
の単体曲げ固有角振動数（ｆ）を増大させるためには、
管長（ｔ）、管断面積（Ａ）を小さくすれば良い。円管
の内径または外径が同一であれば、肉厚を小さくするこ
とによって管断面積（Ａ）を小さくすることができる。

斯かる条件に従ってその単体曲げ固有角振動数を大きく
なした円管内に制振体を圧入するならば、高いレベルの
曲げ振動エネルギーが制振体に効果的に吸収され、特に
管肉厚を小さくした場合には、振幅が増大して制振体が
大きな曲げ変形を受け、該制振体の弾性履歴現象により
振動エネルギーが効果的に減衰されることになる。

（旌王ユ ■長さが異なる複数本の鋼製中空軸（外径５０履φ、肉
厚２．０ｍ＋）を用意し、各中空軸内に長さ５０ａｍ、
外径５０■φの中実円筒状アクリルゴム部片（かたさ５
０゛）を圧入した。

■単体一次曲げ固有角振動数の相違する各ゴム部片入り
中空軸につき、−次曲げ振動の振動低減効果を調べた。

この試験は、中空軸１の一端部をハンマーで叩き、他端
部で振動レベルを検出する方法で実施した。その結果を
グラフとして第３図に示す。ただし、アクリルゴム部片
を圧入しない中空軸の振動レベルを基準とし、これを零
（ｔＢとした。

く試験結果の評価〉 単体一次曲げ固有角振動数が増大すると、振動レベルが
低下することが判る。第３図によれば、単体固有角振動
数が３００８Ｚ程度では振動低減効果はほとんど得られ
ないが、はぼ５００Ｈｚ以上になると振動低減効果を期
待できる。

試】目１２ ■外径が異なる複数本のｒＡ製中空軸（長さ２５０層、
内径４６＃ｌＩＩφ）を用意し、各中空軸内に良さ１０
０１１ｇ＋、外径５０ａｌφの中実円筒状アクリルゴム
部片（かたさ５０°）を圧入した。

■肉厚（ｔ）と外径（Ｄ）の比（ｔ／Ｄ）の相違する各
ゴム部片入り中空軸につき、試験例１と同様にして一次
曲げ共振の振動低減効果を調べた。

その結果をグラフとして第４図に示す。

〈試験結果の評価〉 比（ｔ／Ｄ）が小さくなると、振動レベルが低下するこ
とが判る。第４図によれば、比（ｔ／Ｄ）がほぼ０．０
６以下で振動低減効果が大きくなる。

墓鳳亘ユ ■両端に質量部材２，２（質ｍ部材）を具備す１０ｈＨ
１なるａｔ製中空軸１を用意した（第５図）。

■長さの異なる複数個の中実円筒状アクリルゴム部片（
かたざ５０°、外径５０綱φ）を用意した。

■アクリルゴム部片を中空軸１内に圧入し、アクリルゴ
ム部片の長さが振動低減効果に与える影響について調べ
た。試験要領は試験例１と同様である。その結果をグラ
フとして第６図に示す。図中、■は共振−次モード（−
次曲げ共振）の振動低減レベル、■は共振二次モード（
二次曲げ共振）の振動低減レベル、■は共振三次モード
（二次膜面共振）の振動低減レベルをそれぞれ示してい
る。

〈試験結果の評価〉 ■アクリルゴム部片を圧入することによる振動低減効果
は、三次モードの共振（二次膜面共振）に対して最も大
きい。

■アクリルゴム部片の長さが大きくなるほど振動低減効
果が大である。

■曲げ共振について言えば、二次曲げ共振に比して一次
曲げ共振の振動低減効果が大きい。

■なお、単体一次曲げ固有角振動数（ｆ）＝３００Ｈｚ
以下の中空軸に対して種々の長さのゴム部片を圧入して
も、−次曲げ共振の振動低減効果を期待できないことに
留意すべきである（第３図参照）。

跋Ｊ目１ま ■中空体５の両端に中実軸部４．４を有する四本の鋼製
駆動軸３（外径５０ｍ＋φ、肉厚２．０履）を用意した
（第７図）。

■各駆動軸３の中空体５内に、それぞれアクリルゴム部
片６（外径５０．φ、長さ７０ａ１１．かたさ５０°）
、アクリルゴム部片７．７（外径５０Ｉ１１１１φ。

長さ３５ＪＩＩ、かたさ５０°）を圧入した。圧入位置
は、各駆動軸３毎に異なっているが、全圧入ゴム長は全
て７０８である（第８図）。

〈試験結果の評価〉 第８図に併記した様に、−次曲げ共振の振動低減レベル
は、中空体５の中央部にゴム部片を圧入した（ａ）の場
合が最も大きく、中空体５の両端に分割してゴム部片７
，７を圧入した（ｄ）の場合が最も小さい。これは、中
央部が一次曲げ共振の最大振幅位置であって、この位置
に圧入されたゴム部片６は最も大きな曲げ変形を受けて
振動エネルギーを吸収するからである。ただし、長さ方
向の一方側が薄肉で他方側が厚肉の中空体では、薄肉部
と厚肉部の境界よりも若干薄肉側に偏位した箇所が最大
振幅位置であり、周部にゴム部片を圧入すべきである。

墓簾■玉 駆動軸３（第７図）を用い、その中空体５内にそれぞれ
長さの異なるアクリルゴム部片（外径５０＃ＩＩＩφ、
かたす５０°）、フチルコム部片（外径５０Ｍφ、がた
さ５０°）、天然ゴム部片（外径５０ｒＩＩＲφ。

かたさ５０°）を圧入して、ゴム種毎に圧入長が一次曲
げ共振の振動低減効果に及ぼす影響を調べた。

その結果をグラフとして第９図に示す。

く試験結果の評価〉 減衰係数の大きなゴム種を用いるのが効果的であり、ア
クリルゴム部片を用いるのが振動低減に最も効果がある
。

茎１Ｍ玉 その中空体５の中央部にアクリルゴム部片が圧入された
駆動軸３（中空体５の外径４２．２＃φ、中空体５の長
さ１９０１１１１．全長４２０＋＋ａ）　　（第７図）
を前輪駆動軸として実車に組込み、該駆動軸３の駆動源
側端部をハンマーで叩き、逆側の端部で撮動レベルを測
定した。その結果をグラフとして第１０図に示す（曲線
Ｃ）。

また、比較のために振動低減対策を施していない従来形
状の駆動軸の振動レベル（曲線Ａ）、およびダイナミッ
ク・ダンパーを付した従来形状の駆動軸の振動レベル（
曲線Ｂ）も第１０図に併記した。

く試験結果の評価〉 ■振動低減対策を施していない従来の駆動軸では、２０
０〜５００１しの周波数領域に曲線Ａの極大点Ａ＋　　
（−次曲げ共振点：約４００１（ｚ　）があるのに対し
、ダイナミック・ダンパーを付した従来の駆動軸では、
極大点が低周波数側および高周波数側へ別れｒｅｈｌ、
、（Ａ−４８）、曲ｌａＢの極大点Ｂ＋。

Ｂ、がそれぞれ約２００）１２　、約５００セ位置にあ
る。

■駆動軸３の特性曲線は振動低減対策を施していない従
来の駆動軸における極大点Ａ１が高周波数側へ移行した
形態であって、その極大点Ｃ１は７４４１１ｚ位置にあ
り、極大点Ｃ１の音圧レベルはＡ＋のそれに比して低く
なっている。

■２００〜５００Ｈｚの範囲では、曲ＩＢに比して曲線
Ｃが下位にあり、この範囲において本発明に係る駆動軸
３の音圧レベルが低いことが判る。

Ｗ簾■ユ その中空体５部にブチルゴムを圧入した駆動軸３（第７
図）を前輪駆動軸として実車に組込み、走行中の車室内
音圧レベル（２００〜５００１１Ｚの撮動音のみを取出
すフィルターを用い、前席中央部位置にて測定）を調べ
た。その結果をグラフとして第１１図に示す（横軸はエ
ンジン回転数（ＲＰＨ）　、縦軸は音圧レベルである）
。曲線Ｃが本発明例に係る駆動軸３の特性曲線であり、
曲線Ｂが駆動軸３にダイナミック・ダンパを付した従来
例に係る特性曲線である。

く試験結果の評価〉 第１１図より、本発明例に係る前輪駆動軸を用いるなら
ば、ダイナミック・ダンパを付した従来例に係る前輪駆
動軸に比して、３．０００〜５．５００ＲＰ）ｌの範囲
で、２〜３ｄＢの振動低減効果が得られることが判る。

１１至１１ 以上の説明から明らかな様に、両端に中実部を有し、該
中実部にて支持される金属性円筒形中空回転駆動軸であ
って、中空部分の単体一次曲げ固有角振動数が５００Ｈ
ｚ以上、中空部分の肉厚（ｔ）と外径（Ｄ）の比（ｔ／
Ｄ）が０．０６以下であり、該中空部分に弾性材料製υ
１振体が圧入されていることを特徴とする一次曲げ共振
が低減化された円筒形中空回転駆動軸が提案された。

この円筒形中空回転駆動軸では、単体一次曲げ固有角振
動数を一５００１１ｚ以上になすとともに、比（ｔ／Ｄ
）を０．０６以上になしているため、弾性材料製制振体
の圧入効果が大きい。斯かる制振構造によれば、−次曲
げ共振が効果的に低減化され、振動、Ｕ音の発生が抑制
される。

【図面の簡単な説明】

第１図は両端が閏じた管体の自由両端状態での振動特性
を示すグラフ、第２図は両端が開放された管体の自由両
端状態での撮動特性を示すグラフ、第３図は前記駆動軸
にゴム部片を圧入した場合の固有角振動数と振動低減効
果との関係を示すグラフ、第４図は前記駆動軸にゴム部
片を圧入した場合の管肉厚／外径比（ｔ／Ｄ）と振動低
減効果との関係を示すグラフ、第５図は両端が閉じた試
験用鋼製円筒状中空回転駆動軸の斜視図、第６図は前記
駆動軸にゴム部片を圧入した場合の圧入ゴム部片長と振
動低減効果との関係を示すグラフ、第７図は本発明の一
実施例に係る鋼製造円筒状中空回転駆動軸の要部欠截正
面図、第８図は該駆動軸の中空部分にゴム部片を圧入し
た場合の圧入位置と振動低減効果との関係を示す模式図
、第９図は該駆動軸の中空部分に三種類の異種ゴム部片
を圧入した場合の圧入長と振動低減効果との関係を示す
グラフ、第１０図は該駆動軸の中空部分にゴムを圧入し
た本発明例に係る駆動軸の振動特性および振動対策を施
さない駆動軸、ダイナミックダンパを付した駆動軸の振
動特性を示す図、第１１図は該駆動軸にダイナミック・
ダンパを付した場合と中空部分にゴムを圧入した場合に
つき、実車に組込んで振動特性試験を行なった結果を示
すグラフである。 １・・・中空軸、２・・・質ｆｆｉ部材、３・・・駆動
軸、４・・・中実軸部、５・・・中空体、６・・・アク
リルゴム部片、７・・・アクリルゴム部片。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 両端に中実部を有し、該中実部にて支持される金属性円
   筒形中空回転駆動軸において、 中空部分の単体一次曲げ固有角振動数が５００Ｈｚ以上
   、中空部分の肉厚（ｔ）と外径（Ｄ）の比（ｔ／Ｄ）が
   ０．０６以下であり、該中空部分に弾性材料製制振体が
   圧入されていることを特徴とする一次曲げ共振が低減化
   された円筒形中空回転駆動軸。