传动轴中间支撑结构的制作方法

本发明涉及汽车动力传动系统零部件技术领域，特别是涉及一种传动轴中间支撑结构。

背景技术：

汽车动力传动系统通常由发动机、变速箱、分动器、传动轴、主减速器、差速器和半轴等构成。汽车传动轴的作用是把发动机动力从前桥分动器传递到后桥主减速器，如果前后桥的距离较长，则需要使用两段式甚至三段式传动轴，此时就需要在分段的传动轴的接头部位设置传动轴中间支撑。传动轴中间支撑结构的主要作用是对分段式的传动轴提供与汽车底盘之间的悬挂支撑，同时承受来自传动轴作用的轴向力、径向力、周向力以及摆动矩，高性能的传动轴中间支撑结构除了要能够稳定地承受这些作用力所引起的位移和摆角之外，还有经久耐用、振动和噪声低的要求。

目前技术的传动轴中间支撑结构，通常由球轴承、轴承座、橡胶圈、支架等部分构成，而且轴承座、橡胶圈与支架硫化结合为一体结构，传动轴作用的轴向力、径向力、周向力以及摆动矩所引起的位移和摆角主要由橡胶圈承担，在此过程中橡胶圈反复发生着拉伸和压缩变形，容易疲劳失效，寿命较短。另一方面，为了使传动轴中间支撑结构的减震和降噪效果达到舒适性的目标要求，橡胶圈的形状和硬度需要多次调试并与轴承座和支架硫化结合，而橡胶圈又是模具成型的，也就是说需要多次修改成形模具，这不仅加大了传动轴中间支撑结构的开发成本，而且延长了传动轴中间支撑结构的开发周期。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种结构简单、寿命较长、且成本较低的传动轴中间支撑结构。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种传动轴中间支撑结构，包括：固定设置的支架，同轴安装于所述支架的内部的轴承座，所述轴承座与所述支架之间有径向间隙，球轴承安装于所述轴承座内部，所述支架的内圆周面上设有至少三个向外凹陷的架体椭球槽，所有的所述架体椭球槽沿着所述支架的内圆周面的周向均匀布置；所述轴承座的外圆周面上设有至少三个向内凹陷的座体椭球槽，所有的所述座体椭球槽沿着所述轴承座的外圆周面的周向均匀布置；所有的所述架体椭球槽与所有的所述座体椭球槽的数量相同、尺寸相同且位置一一对应；每个所述架体椭球槽的长轴方向与所述支架的中轴线平行；每个所述座体椭球槽的长轴方向与所述轴承座的中轴线平行；每个所述架体椭球槽和相应的所述座体椭球槽构成容置腔室，每个所述容置腔室中设有一弹性球；沿着所述支架的径向，每个所述弹性球在相应的所述容置腔室中被过盈压缩。

优选地，所述架体椭球槽为设置于所述支架的内圆周面上的半椭圆球形的凹槽；所述座体椭球槽为设置于所述轴承座的外圆周面上的半椭圆球形的凹槽。

进一步地，每个所述架体椭球槽的短轴的直径和每个所述座体椭球槽的短轴的直径均是所述弹性球的直径的1.25倍。

进一步地，每个所述架体椭球槽的长轴的直径和每个所述座体椭球槽的长轴的直径均为：所述弹性球的直径的1.15倍的值加上所述轴承座的单向最大轴向位移值的和值。

进一步地，每个所述架体椭球槽的深度和每个所述座体椭球槽的深度均是所述弹性球的直径的0.35倍。

优选地，所述所述轴承座与所述支架之间的径向间隙为所述弹性球的直径的0.25倍。

优选地，当传动轴中间支撑结构处于初始状态时，每个所述弹性球在相应的所述容置腔室中被过盈压缩的量为所述弹性球的直径的0.05倍。

优选地，所述弹性球为橡胶球。

优选地，所述支架的本体和所述轴承座均为圆环形。

优选地，所述轴承座的内孔与所述球轴承的外圈为过盈配合。

优选地，每个所述架体椭球槽的槽口面的边缘与所述支架为圆弧过渡；每个所述座体椭球槽的槽口面的边缘与所述轴承座为圆弧过渡。

如上所述，本发明的传动轴中间支撑结构，具有以下有益效果：

本发明的传动轴中间支撑结构使用时，汽车分段式传动轴安装于球轴承中，依靠弹性球在由支架上的向外凹陷的所述架体椭球槽和轴承座上的向内凹陷的座体椭球槽构成的容置腔室中的滚动及压缩变形方式即可承受来自汽车分段式传动轴作用的轴向力、径向力、周向力以及摆动矩，实现传动轴中间支撑结构应该具有的轴向位移缓冲、径向定位缓冲、周向定位缓冲以及摆动定位缓冲的功能；通过更换不同硬度的弹性球，就可以很容易地调整传动轴中间支撑结构的变形位移和刚度数值，以便适应甚至优化传动轴中间支撑结构所需要的不同大小的位移和摆角范围及振动缓冲效果，此特点不但可以方便地满足传动轴中间支撑结构的减震和降噪效果达到舒适性目标的要求，而且使得传动轴中间支撑结构的整体结构更简单、容易开发、成本较低；相比较现有技术的传动轴中间支撑结构中的橡胶圈在工作过程中发生的交替拉伸和压缩变形而言，本发明提供的传动轴中间支撑结构中的弹性球在工作过程中始终发生的是滚动移位及压缩变形，此工况下的弹性球不但承载能力大而且不容易发生疲劳失效，这使得本发明提供的传动轴中间支撑结构具有更大的承载能力和更长的耐久寿命。

附图说明

图1显示为本实施例的传动轴中间支撑结构的结构示意图。

图2显示为本实施例的传动轴中间支撑结构的轴承座的结构示意图。

图3显示为本实施例的传动轴中间支撑结构的支架的结构示意图。

图4显示为本实施例的传动轴中间支撑结构的剖面结构示意图。

附图标号说明

100支架

110架体椭球槽

200轴承座

210座体椭球槽

300弹性球

400球轴承

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1至图4所示，本实施例的传动轴中间支撑结构，包括：固定设置的支架100，同轴安装于支架100的内部的轴承座200，轴承座200与支架100之间有径向间隙，球轴承400安装于轴承座200内部；

支架100的内圆周面上设有至少三个向外凹陷的架体椭球槽110，所有的架体椭球槽110沿着支架100的内圆周面的周向均匀布置；

轴承座200的外圆周面上设有至少三个向内凹陷的座体椭球槽210，所有的座体椭球槽210沿着轴承座200的外圆周面的周向均匀布置；

所有的架体椭球槽110与所有的座体椭球槽210的数量相同、尺寸相同且位置一一对应；

每个架体椭球槽110的长轴方向与支架100的中轴线平行；每个座体椭球槽210的长轴方向与轴承座200的中轴线平行；每个架体椭球槽110和相应的座体椭球槽210构成容置腔室，每个容置腔室中设有一弹性球300；沿着支架100的径向，每个弹性球300在相应的容置腔室中被过盈压缩。

本实施例中，支架100的本体和轴承座200均为圆环形。架体椭球槽110为设置于支架100的内圆周面上的半椭圆球形的凹槽；座体椭球槽210为设置于轴承座200的外圆周面上的半椭圆球形的凹槽。

本发明的传动轴中间支撑结构使用时，汽车分段式传动轴安装于球轴承400中，依靠弹性球300在由支架100上的向外凹陷的架体椭球槽110和轴承座200上的向内凹陷的座体椭球槽210构成的容置腔室中的滚动及压缩变形方式即可承受来自汽车分段式传动轴作用的轴向力、径向力、周向力以及摆动矩，实现传动轴中间支撑结构应该具有的轴向位移缓冲、径向定位缓冲、周向定位缓冲以及摆动定位缓冲的功能；通过更换不同硬度的弹性球300，就可以很容易地调整传动轴中间支撑结构的变形位移和刚度数值，以便适应甚至优化传动轴中间支撑结构所需要的不同大小的位移和摆角范围及振动缓冲效果，此特点不但可以方便地满足传动轴中间支撑结构的减震和降噪效果达到舒适性目标的要求，而且使得传动轴中间支撑结构的整体结构更简单、容易开发、成本较低。

当传动轴中间支撑结构受到来自传动轴的轴向力作用时，此轴向力通过球轴承400传递给轴承座200，轴承座200上的座体椭球槽210带动弹性球300在座体椭球槽210的长轴方向滚动，由于支架100是被汽车底盘固定不动的，支架100上的架体椭球槽110对弹性球300产生阻挡作用，弹性球300发生压缩变形，直到弹性球300的压缩变形抗力能够平衡受到的轴向力为止。此时，弹性球300滚动及压缩变形的轴向距离就是传动轴中间支撑的轴向位移，弹性球300滚动及压缩变形时的轴向抗力随轴向位移变化曲线的斜率就是传动轴中间支撑结构的轴向刚度，由于弹性球300是在由支架100上的向外凹陷的架体椭球槽110和轴承座200上的向内凹陷的座体椭球槽210构成的容置腔室中沿架体椭球槽110的长轴方向滚动并压缩变形，在满足传动轴中间支撑结构所需要的较大的轴向位移的同时，此轴向刚度的大小和变化趋势也能够很容易地满足设计要求。

当传动轴中间支撑结构受到来自传动轴的径向力作用时，此径向力通过球轴承400传递给轴承座200，再通过轴承座200上的座体椭球槽210传递给对应的弹性球300，由于支架100是被汽车底盘固定不动的，支架100上的架体椭球槽110对弹性球300产生阻挡作用，弹性球300发生压缩变形，直到弹性球300的压缩变形抗力能够平衡受到的径向力为止。此时，弹性球300压缩变形的径向距离就是传动轴中间支撑结构的径向位移，弹性球300压缩变形时的径向抗力随径向位移变化曲线的斜率就是传动轴中间支撑结构的径向刚度，由于弹性球300是在由支架100上的向外凹陷的架体椭球槽110和轴承座200上的向内凹陷的座体椭球槽210构成的容置腔室中压缩变形，在满足传动轴中间支撑结构的径向位移要求的同时，此径向刚度的大小和变化趋势也能够很容易地满足设计要求。

当传动轴中间支撑结构的球轴承400的内圈被带动转动时，球轴承400的钢球会对球轴承400的外圈作用周向摩擦力，此周向摩擦力通过球轴承400的外圈传递给轴承座200，轴承座200上的座体椭球槽210带动弹性球300周向滚动，由于支架100是被汽车底盘固定不动的，支架100上的架体椭球槽110对弹性球300产生阻挡作用，弹性球300发生压缩变形，直到弹性球300的压缩变形抗力能够平衡受到的周向摩擦力为止。此时，球轴承400的外圈就被迫周向静止不动了，弹性球300滚动及压缩变形的周向距离就是传动轴中间支撑的周向位移，弹性球300滚动及压缩变形时的周向抗力随周向位移变化曲线的斜率就是传动轴中间支撑结构的周向刚度，由于弹性球300是在由支架100上的向外凹陷的架体椭球槽110和轴承座200上的向内凹陷的座体椭球槽210构成的容置腔室中滚动及压缩变形，此周向刚度的大小和变化趋势能够很容易地满足设计要求。

当传动轴中间支撑结构的球轴承400被作用摆动矩时，此摆动矩通过球轴承400传递给轴承座200，轴承座200上的座体椭球槽210带动部分弹性球300在座体椭球槽210的长轴方向向前滚动，部分弹性球300在椭球槽的长轴方向向后滚动，由于支架100是被汽车底盘固定不动的，支架100上的架体椭球槽110对弹性球300产生阻挡作用，弹性球300发生压缩变形，直到弹性球300的压缩变形抗力能够平衡受到的摆动矩为止。此时，球轴承400的轴线相对于支架100的轴线之间的夹角就是传动轴中间支撑结构的摆角位移，弹性球300前后滚动及压缩变形时的阻力矩随摆角位移变化曲线的斜率就是传动轴中间支撑的摆角刚度，由于弹性球300是在由支架100上的向外凹陷的架体椭球槽110和轴承座200上的向内凹陷的座体椭球槽210构成的容置腔室中沿架体椭球槽110的长轴方向滚动并压缩变形，在满足传动轴中间支撑结构所需要的较大摆角位移的同时，此摆角刚度的大小和变化趋势也能够很容易地满足设计要求。

在上述各种工况中，弹性球300是在由支架100上的向外凹陷的架体椭球槽110和轴承座200上的向内凹陷的座体椭球槽210构成的容置腔室中滚动并压缩变形，只有当每个弹性球300均处于各自容置腔的中心位置时其变形能才最低，所以每个弹性球300始终存在着自动地、柔性地回归到各自容置腔的中心位置的趋势，此特点使得传动轴中间支撑结构中球轴承400的姿态能够自动复位，其有益效果是可以增强汽车分段式传动轴运转时的平顺性和稳定性，进一步减震降噪并延长传动轴中间支撑的耐久寿命。

所有的架体椭球槽110的短轴的直径与所有的座体椭球槽210的短轴的直径均由弹性球300的直径确定，为了容纳弹性球300的压缩变形，所有的架体椭球槽110的短轴的直径与所有的座体椭球槽210的短轴的直径均大于弹性球300的直径，且每个架体椭球槽110的短轴的直径和每个座体椭球槽210的短轴的直径均是弹性球300的直径的1.25倍。

轴承座200上的座体椭球槽210的长轴的直径以及支架100上的架体椭球槽110的长轴的直径相同，且由传动轴中间支撑结构处于工作状态时所需要的最大轴向位移确定；每个架体椭球槽110的长轴的直径和每个座体椭球槽210的长轴的直径均为：弹性球300的直径的1.15倍的值加上轴承座200的单向最大轴向位移值的和值。轴承座200的单向最大轴向位移值就是分段式传动轴工作时的单向最大轴向串动量，分段式传动轴工作时的单向最大轴向串动量根据所应用的汽车确定。

为了既有效的对弹性球300提供包容支撑作用又有效的保证弹性球300的滚动位移及压缩变形空间，每个架体椭球槽110的深度和每个座体椭球槽210的深度均是弹性球300的直径的0.35倍。

圆环形的轴承座200与圆环形的支架100之间的径向间隙由传动轴中间支撑结构工作时所需要的最大径向位移确定；轴承座200与支架100之间的径向间隙为弹性球300的直径的0.25倍，传动轴中间支撑结构工作时所需要的最大径向位移就是分段式传动轴工作时的单向最大径向跳动量。

当传动轴中间支撑结构处于初始状态时，设置于由支架100上的向外凹陷的架体椭球槽110和轴承座200上的向内凹陷的座体椭球槽210构成的容置腔室中的各个弹性球300均处于径向过盈压缩状态，每个弹性球300在相应的容置腔室中被过盈压缩的量为弹性球300的直径的0.05倍；此径向过盈压缩量既可以消除传动轴中间支撑结构的初始间隙，又可以方便弹性球300被轴承座200上的座体椭球槽210或者支架100上的架体椭球槽110带动着滚动移位，也可以补偿弹性球300的尺寸大小受温度等环境因素的变化影响而发生的额外变形，以便增强传动轴中间支撑结构工作时的可靠性、平顺性和稳定性。

弹性球300为橡胶球。橡胶球是传动轴中间支撑结构中的弹性元件，橡胶球的滚动移位以及压缩变形能力为传动轴中间支撑结构提供了工作时所需要的线性位移或摆角位移，橡胶球的滚动移位以及压缩变形抗力为传动轴中间支撑结构提供了工作时所需要的线性刚度或摆角刚度，线性位移、摆角位移、线性刚度、摆角刚度等参数的数值大小均与传动轴中间支撑结构承载强度的大小、耐久寿命的长短、减震降噪的效果等使用性能息息相关；橡胶球优选采用高低温性能稳定的硅橡胶材料，传动轴中间支撑结构的刚度数值随橡胶球硬度的提高而增大，随橡胶球硬度的降低而减小，传动轴中间支撑结构的变形位移随橡胶球硬度的提高而减小，随橡胶球硬度的降低而增大，通过橡胶球的硬度变化调节传动轴中间支撑结构的刚度数值和变形位移，在满足传动轴中间支撑结构的位移摆角、承载强度和耐久寿命要求的同时，可以优化传动轴中间支撑结构的减震降噪效果。

本实施例中，架体椭球槽110、座体椭球槽210和弹性球300的数量均为六个。轴承座200的内孔与球轴承400的外圈为过盈配合，球轴承400的内圈与分段式传动轴过盈配合。

每个架体椭球槽110的槽口面的边缘与支架100为圆弧过渡；每个座体椭球槽210的槽口面的边缘与轴承座200为圆弧过渡。该结构能够防止轴承座200上的座体椭球槽210的槽口面的边缘或者支架100上的架体椭球槽110的槽口面的边缘划伤弹性球300表面及在弹性球300表面引起局部应力集中，其有益效果是可以延长弹性球300的使用寿命，进而延长传动轴中间支撑结构的使用寿命。

本发明提供了一种结构简单、寿命较长、且成本较低的传动轴中间支撑结构。相比较现有技术的传动轴中间支撑结构中的橡胶圈在工作过程中发生的交替拉伸和压缩变形而言，本发明提供的传动轴中间支撑结构中的弹性球300在工作过程中始终发生的是滚动移位及压缩变形，此工况下的弹性球300不但承载能力大而且不容易发生疲劳失效，这使得本发明提供的传动轴中间支撑结构具有更大的承载能力和更长的耐久寿命

综上，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。