專利名稱：驅動軸組件及其制造方法
技術領域：
本發明總體上涉及用于將旋轉動力從動力源傳送給從動機構，例如從車用發動機/變速器組件傳送給車軸組件的動力傳動系統。特別地，本發明涉及一種用于動力傳動系統的、在使用過程中達到轉動平衡的驅動軸組件的改進結構及其制造方法。
背景技術：
動力傳動系統廣泛地用于從動力源產生動力并且將該動力從動力源傳送到從動機構。通常，動力源產生旋轉動力，并且該旋轉動力從動力源傳送給可旋轉驅動的機構。例如，在目前使用的大多數陸地車輛中，發動機/變速器組件產生旋轉動力，并且該旋轉動力從發動機/變速器組件的輸出軸通過驅動軸組件傳送到車軸組件的輸入軸從而可旋轉地驅動車輪。為了實現這一目的，典型的驅動軸組件包括中空的圓筒形驅動軸管，其具有一對固定到其前端和后端上的端接頭，諸如一對管軛(yoke)。前端接頭形成將發動機/變速器組件的輸出軸連接到驅動軸管前端的前萬向接頭的一部分。類似地，后端接頭形成將驅動軸管的后端連接到車軸組件的輸入軸的后萬向接頭的一部分。前萬向接頭和后萬向接頭提供了從發動機/變速器組件的輸出軸通過驅動軸管到車軸組件的輸入軸的旋轉驅動連接，同時適應所述三個軸的旋轉軸線之間的有限量的角度偏差。
理想地，驅動軸管將制成圓筒形，其為絕對圓形，絕對筆直，并且具有絕對均勻的壁厚。這種完美形狀的驅動軸管將被精確地轉動平衡，因此，在使用期間不會產生任何不希望的噪音或振動。然而，在實際操作中，驅動軸管及驅動軸組件的其它部件通常包括圓度、直線度和壁厚方面的變化，其導致高速旋轉時的微小的不平衡。為了防止在使用期間轉動時這種不平衡產生不希望的噪音或振動，通常通過將配重固定到驅動軸管或驅動軸組件的其它部件的選定部分上來消除這種不平衡。所述配重的尺寸及位置被設置成用以平衡驅動軸組件的不平衡從而使其在使用中達到轉動平衡。
傳統上，借助于傳統的平衡機進行平衡。典型的平衡機包括一對接頭，其適于在其上支撐驅動軸組件的端部。所述平衡機還包括使驅動軸組件以預定速度旋轉的馬達。當驅動軸組件旋轉時，平衡機檢測由驅動軸組件結構中的不平衡所引起的振動。平衡機對該振動作出響應用于確定一個或多個配重的尺寸和位置，如果所述配重固定到驅動軸組件上的話將使這些不平衡減小到最低。驅動軸組件的轉動隨后停止以允許將所述配重以傳統的方式固定到驅動軸管或驅動軸組件的其它部件的外表面上，例如通過焊接，粘接或類似的方法。驅動軸組件再次轉動以確認是否已經實現正確的平衡或者確定是否需要其它的配重。許多這種通常結構和操作方法的平衡機在本領域中是已知的。
在過去，車輛驅動軸管由具有較大壁厚和較高熔化溫度的合金鋼或其它金屬材料制成。在這種驅動軸管中，傳統的焊接方法通常用于將配重直接固定到其上。由于這種驅動軸管具有較大壁厚和較高熔化溫度，在焊接過程中產生的熱量不會以顯著的方式有害地改變其形狀或影響其扭矩傳動能力。然而，在有些情況下，人們希望制成具有較小壁厚的驅動軸管或由具有較低熔化溫度的材料制造驅動軸管。例如，在賽車中，可能希望使驅動軸管的壁厚減小到最低以減輕重量。而且，人們可能希望利用具有較低熔化溫度的鋁合金和其它輕質金屬材料制造驅動軸管。在以上任意一種情況下，使用將配重直接固定到驅動軸管上的傳統焊接方法變得更加困難，這是由于在焊接過程中產生的熱量可能以顯著的方式不希望地改變其形狀或者影響其扭矩傳動能力。因此，人們希望提供一種供在使用過程中達到轉動平衡的動力傳動系統所使用的驅動軸組件的改進結構，以及避免這些問題產生的、制造該結構的改進的制造方法。
發明內容
本發明涉及一種用于諸如供動力傳動系統使用的驅動軸組件的制品的改進結構及其制造方法，所述制品在使用過程中達到轉動平衡。環形套筒圍繞所述制品的一部分設置并且例如通過焊接、粘接、摩擦接合等手段固定在其上。在所述套筒固定到所述制品上后，一個或多個配重可以固定到套筒的所需位置處以平衡用于旋轉的該制品。配重可以例如通過焊接、粘接等方法的任意適當方式固定到套筒上。套筒起到安裝面的作用，配重可以固定到該安裝面上以平衡用于旋轉的該制品。因為配重不直接固定到所述制品上，而是通過套筒間接安裝到其上，所以所述制品避免了可能由將配重直接焊接到其上所引起的損壞。
特別地，本發明涉及一種易于將配重焊接到諸如鋁驅動軸管的輕質可轉動管上的結構。典型的車輛驅動軸組件包括中空的圓筒形驅動軸管，其具有一對固定到其端部上的管軛。傳統上，車輛驅動軸組件通過將一個或多個配重固定到驅動軸管或管軛的外表面上而實現轉動平衡。當驅動軸組件由鋁材制成時，人們已經發現很難將配重焊接到其上。而且人們已經發現粘接劑也是不理想的。本發明設想將中空的圓筒形套筒壓配合在驅動軸組件的一部分周圍，并將配重焊接到所述套筒上。特別地，套筒(其由易于進行焊接工藝并且不會與鄰接的鋁材產生不利反應的材料制成，諸如鋼)壓配合到管軛和驅動軸管之一或兩者的一部分上從而固定到其上適當的位置處。然后，將一個或多個配重可以相對容易地直接焊接到套筒上。所述套筒優選地壓配合到與萬向接頭鄰接的管軛的較大直徑的部分上，使得(1)平衡出現在較為接近萬向接頭的旋轉中心的地方，以及(2)可以使用較小的配重實現希望的平衡作用。
當根據附圖閱讀時，對于本領域的技術人員來說，通過下文對優選實施例的詳細描述，本發明的各個目標和優點將變得顯而易見。
圖1為包括根據本發明的驅動軸組件在內的動力傳動系統的側面正視圖，所述動力傳動系統被轉動平衡。
圖2為圖1所示驅動軸組件一端的放大分解透視圖。
圖3為圖2所示的已裝配驅動軸組件端部的放大透視圖。
圖4為圖3所示驅動軸組件的裝配端的局部剖開的放大側面正視圖。
具體實施例方式
現在參考附圖，圖1中顯示了根據本發明的動力驅動系統，其總體上以附圖標記10表示。所示動力傳動系統10在本領域中是很常規的并且僅顯示出可以使用本發明的一個環境。因此，本發明的范圍不限于用于圖1所示的動力傳動系統10的特定結構或用于一般的動力傳動系統。相反地，如下文中顯而易見的，本發明可以在用于如下所述目的的任意希望環境中使用。
所示動力傳動系統10包括具有輸出軸(未顯示)的變速器11，其通過驅動軸組件13連接至車軸組件12的輸入軸(未顯示)。變速器11由發動機(未顯示)可旋轉地驅動，所述發動機以傳統的方式產生旋轉動力。驅動軸組件13包括筒形驅動軸管14，其具有中心部分和一對相對的端部。變速器11的輸出軸和車軸組件12的輸入軸典型地為不同軸定位。為了適應所述不同軸定位，總體上以15和16表示的一對萬向接頭設置為將驅動軸管14的端部分別連接到變速器11的輸出軸和車軸組件12的輸入軸。第一和第二萬向接頭15和16提供了從變速器11的輸出軸通過驅動軸管14至車軸組件12的輸入軸的旋轉驅動連接，同時適應該三個軸的旋轉軸線之間的有限量的角度偏差。
第一萬向接頭15包括總體上以15a表示的管軛組件，其以如下所述的方式固定到驅動軸管14的前端部。第一萬向接頭15還包括十字頭15b，其以傳統的方式連接到管軛組件15a上。最后，第一萬向接頭15包括凸緣叉15c，其以傳統的方式連接到變速器11的輸出軸和十字頭15b之間。類似地，第二萬向接頭16包括管軛16a，其以如下所述的方式固定到驅動軸管14的后端部。第二萬向接頭16還包括十字頭16b，其以傳統的方式連接到管軛16a上。最后，第二萬向接頭16包括凸緣叉16c，其以傳統的方式連接到十字頭16b和車軸組件12的輸入軸之間。凸緣叉16c的結構及其固定到驅動軸管14上的方法可以與凸緣叉15c相同，盡管不要求這樣。
圖2、3和4詳細顯示了管軛組件15a的結構及其制造方法。如圖中所示，管軛組件15a包括總體上以20表示的管軛，其在現有技術中通常為傳統的。管軛20包括具有外圓柱表面21a的主體部分21。一對相對的軛臂22大致沿第一軸向方向從主體部分21伸出。一對對準的開口22a以本領域眾所周知的方式穿過軛臂22形成并且其中適于容納萬向節十字頭15b各自的端部。因此，所示管軛20為整圓形的端軛。然而，應當理解，管軛20可以包含半圓形端軛或其它任意軛結構。管軛20的主體部分21界定了面向第一軸向方向的第一環形肩部21b，盡管不要求這樣。
管軛20還包括大致沿第二軸向方向從主體部分22伸出的頸部23，所述第二軸向方向與由軛臂22所界定的第一軸向方向相反。如圖4中所示，管軛20的頸部23可以包括截頭圓錐形的外表面23a，該外表面隨著其沿第二軸向方向遠離主體部分21延伸而從較小直徑向較大直徑向外傾斜。然而，管軛20的頸部23可以具有任意所需的形狀。在管軛20的主體部分21和頸部23之間的連接處，界定了面向第二軸向方向的第二環形肩部21c，盡管也不要求這樣。
驅動軸管14可以利用任意希望的手段固定到管軛20上。在所示實施例中，驅動軸管14通過磁脈沖焊接固定到管軛20上。為了實現所述焊接，驅動軸管14最初與管軛20同軸對準，如圖2所示。然后，驅動軸管14沿第一軸向方向移動使得其軸向端部接收在管軛20的頸部23周圍并且支撐在其上。該軸向運動連續進行直到驅動軸管14的前端軸向延伸經過第二肩部21c并且位于管軛20的主體部分21周圍為止，如圖3和4所示。然后，將磁脈沖焊接設備的感應器(未顯示)圍繞驅動軸管14和管軛20的頸部23的軸向重疊部分設置。所述磁脈沖焊接設備在本領域中是常規的并且適于在驅動軸管14和管軛20的頸部23的軸向重疊部分周圍產生較大的電磁場。當其發生時，在驅動軸管14上施加大的壓力使其向內變形而與管軛20的頸部23接合。因此，驅動軸管14以較大速度沖擊管軛20的頸部23，從而使驅動軸管14永久地固定到管軛20的頸部23上，如圖3和4所示。
管軛組件15a還包括總體上由30表示的套筒，其支撐在管軛20上。如圖4最佳顯示的那樣，所示套筒30橫截面大致為L形，包括徑向延伸部30a和軸向延伸部30b。然而，套筒30可以具有任意希望的形狀。所示套筒30可以通過將其最初與管軛20同軸對準而安裝在管軛20上，如圖2所示。然后，套筒30在軛臂22上沿第二方向軸向移動使得其軸向延伸部30b被接收在管軛20的主體部分21周圍并且支撐在其上。該軸向運動連續進行直到套筒30的徑向延伸部30a壓靠管軛20的主體部分21的第一肩部21b為止，如圖3和4所示。優選地，套筒30的軸向延伸部30b以壓配合的關系被接收在管軛20的主體部分21的外圓柱表面周圍并支撐在其上，盡管不要求這樣。該壓配合關系消除了對將套筒30保持在管軛20上的其它步驟的需要。
驅動軸管14和管軛20可以由任意希望的材料或多種材料制成。然而，優選地，驅動軸管14和管軛20由相同的材料制成。例如，驅動軸管14和管軛20可以由諸如6061T-6鋁合金材料的鋁合金材料制成。套筒30也可以由任意希望的材料或多種材料制成。然而，優選地，套筒30由易于將一個或多個配重通過傳統的焊接工藝固定于其上的材料制成。而且，所希望的是套筒30由不與制造管軛20的材料發生不利反應的材料制成。例如，套筒30可以由合金鋼材料制成。
套筒30易于使諸如在圖4中以40表示的一個或多個配重固定到管軛組件15a上。這可以利用傳統的轉動平衡機(未顯示)來完成。典型的平衡機包括一對接頭配件，其適于在其上支撐驅動軸組件13的端部。所述平衡機還包括使驅動軸組件13以預定速度旋轉的電機。當驅動軸組件13旋轉時，平衡機檢測由驅動軸組件13結構中的不平衡所引起的振動。平衡機對該振動作出響應用于確定一個或多個配重40的尺寸和位置，如果所述配重被固定到驅動軸組件13上的話將使這些不平衡減小到最低。驅動軸組件13的轉動隨后停止以允許所述配重40以傳統的方式固定到套筒30上，例如通過焊接，粘接等手段。例如，配重40可以通過凸焊固定到套筒30上。凸焊是在兩個或更多個表面之間或者在一個元件的端部和另一個元件的表面之間進行的電阻焊接工藝。焊接點定位在設置于配重30上的預定點或凸起(未顯示)處。
在將配重40固定到套筒30上之后，驅動軸組件13再次轉動以確認是否已經實現正確的平衡或者確定是否需要其它的配重40。許多這種一般結構和操作方法的平衡機在本領域中是已知的。
套筒30優選地壓配合到與萬向接頭15鄰接的管軛20的較大直徑的部分上，使得(1)平衡出現在較為接近萬向接頭15的旋轉中心的地方，以及(2)可以使用較小的配重40實現希望的平衡作用。另一個圖示出的管軛組件16a可以按照如上所述同樣的方法制造，盡管不要求這樣。
根據專利法規的規定，本發明的原理和操作方式已經在其優選實施例中進行了解釋和圖示。然而，應該清楚，本發明可以在不脫離其精神或范圍的情況下以除了特別解釋和圖示之外的方式實施。
權利要求
1.一種驅動軸組件，包括軛，其包括主體部分、一對從所述主體部分大致沿第一軸向方向伸出的相對軛臂以及從所述主體部大致沿第二軸向方向伸出的頸部；驅動軸管，其固定到所述軛的所述頸部上；環，其固定到所述軛的所述主體部分上；和配重，其固定到所述環上。
2.如權利要求1所述的驅動軸組件，其特征在于，所述軛為管軛，其具有穿過所述成對軛臂形成的對準的開口。
3.如權利要求1所述的驅動軸組件，其特征在于，所述軛的所述主體部分界定了肩部，并且其中所述環包括與所述肩部接合的部分。
4.如權利要求1所述的驅動軸組件，其特征在于，所述軛由第一材料制成并且所述環由不同于所述第一材料的第二材料制成。
5.如權利要求4所述的驅動軸組件，其特征在于，所述軛由鋁合金材料制成并且所述環由合金鋼材料制成。
6.如權利要求1所述的驅動軸組件，其特征在于，所述環以壓配合的關系固定到所述軛的所述主體部分上。
7.如權利要求1所述的驅動軸組件，其特征在于，所述配重通過焊接固定到所述環上。
8.一種制造驅動軸組件的方法，包括步驟(a)提供軛，所述軛包括主體部分、一對從所述主體部分大致沿第一軸向方向伸出的相對軛臂以及從所述主體部分大致沿第二軸向方向伸出的頸部；(b)將驅動軸管固定到所述軛的頸部上；(c)將環固定到所述軛的主體部分上；和(d)將配重固定到所述環上。
9.如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述步驟(a)包括提供具有穿過所述成對軛臂形成的對準開口的管軛。
10.如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述步驟(a)包括為軛的主體部分提供肩部，并且其中所述步驟(c)包括將所述環的一部分與該肩部接合。
11.如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述步驟(a)包括提供由第一材料制成的軛，并且其中所述步驟(c)包括提供由不同于第一材料的第二材料制成的環。
12.如權利要求11所述的方法，其特征在于，所述步驟(a)包括提供由鋁合金材料制成的軛部，并且其中所述步驟(c)包括提供由合金鋼材料制成的環。
13.如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述步驟(c)包括以壓配合的關系將所述環固定到所述軛的主體部分上。
14.如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述步驟(d)包括通過焊接將配重固定到所述環上。
全文摘要
一種驅動軸組件包括軛，所述軛包括主體部分、一對從所述主體部分通常沿第一軸向方向伸出的相對軛臂以及從所述主體部分通常沿第二軸向方向伸出的頸部。例如通過磁脈沖焊接將驅動軸管固定到所述軛的頸部。例如通過壓配合將環固定到軛的主體部分上，并且例如通過焊接將配重固定到所述環上。
文檔編號F16F15/28GK1936359SQ20061013882
公開日2007年3月28日 申請日期2006年9月19日 優先權日2005年9月20日
發明者詹姆斯·A·達根, 托馬斯·J·凱勒 申請人:達納公司