专利名称：驱动轴组件及其制造方法
技术领域：
本发明总体上涉及用于将旋转动力从动力源传送给从动机构，例如从车用发动机/变速器组件传送给车轴组件的动力传动系统。特别地，本发明涉及一种用于动力传动系统的、在使用过程中达到转动平衡的驱动轴组件的改进结构及其制造方法。
背景技术：
动力传动系统广泛地用于从动力源产生动力并且将该动力从动力源传送到从动机构。通常，动力源产生旋转动力，并且该旋转动力从动力源传送给可旋转驱动的机构。例如，在目前使用的大多数陆地车辆中，发动机/变速器组件产生旋转动力，并且该旋转动力从发动机/变速器组件的输出轴通过驱动轴组件传送到车轴组件的输入轴从而可旋转地驱动车轮。为了实现这一目的，典型的驱动轴组件包括中空的圆筒形驱动轴管，其具有一对固定到其前端和后端上的端接头，诸如一对管轭(yoke)。前端接头形成将发动机/变速器组件的输出轴连接到驱动轴管前端的前万向接头的一部分。类似地，后端接头形成将驱动轴管的后端连接到车轴组件的输入轴的后万向接头的一部分。前万向接头和后万向接头提供了从发动机/变速器组件的输出轴通过驱动轴管到车轴组件的输入轴的旋转驱动连接，同时适应所述三个轴的旋转轴线之间的有限量的角度偏差。
理想地，驱动轴管将制成圆筒形，其为绝对圆形，绝对笔直，并且具有绝对均匀的壁厚。这种完美形状的驱动轴管将被精确地转动平衡，因此，在使用期间不会产生任何不希望的噪音或振动。然而，在实际操作中，驱动轴管及驱动轴组件的其它部件通常包括圆度、直线度和壁厚方面的变化，其导致高速旋转时的微小的不平衡。为了防止在使用期间转动时这种不平衡产生不希望的噪音或振动，通常通过将配重固定到驱动轴管或驱动轴组件的其它部件的选定部分上来消除这种不平衡。所述配重的尺寸及位置被设置成用以平衡驱动轴组件的不平衡从而使其在使用中达到转动平衡。
传统上，借助于传统的平衡机进行平衡。典型的平衡机包括一对接头，其适于在其上支撑驱动轴组件的端部。所述平衡机还包括使驱动轴组件以预定速度旋转的马达。当驱动轴组件旋转时，平衡机检测由驱动轴组件结构中的不平衡所引起的振动。平衡机对该振动作出响应用于确定一个或多个配重的尺寸和位置，如果所述配重固定到驱动轴组件上的话将使这些不平衡减小到最低。驱动轴组件的转动随后停止以允许将所述配重以传统的方式固定到驱动轴管或驱动轴组件的其它部件的外表面上，例如通过焊接，粘接或类似的方法。驱动轴组件再次转动以确认是否已经实现正确的平衡或者确定是否需要其它的配重。许多这种通常结构和操作方法的平衡机在本领域中是已知的。
在过去，车辆驱动轴管由具有较大壁厚和较高熔化温度的合金钢或其它金属材料制成。在这种驱动轴管中，传统的焊接方法通常用于将配重直接固定到其上。由于这种驱动轴管具有较大壁厚和较高熔化温度，在焊接过程中产生的热量不会以显著的方式有害地改变其形状或影响其扭矩传动能力。然而，在有些情况下，人们希望制成具有较小壁厚的驱动轴管或由具有较低熔化温度的材料制造驱动轴管。例如，在赛车中，可能希望使驱动轴管的壁厚减小到最低以减轻重量。而且，人们可能希望利用具有较低熔化温度的铝合金和其它轻质金属材料制造驱动轴管。在以上任意一种情况下，使用将配重直接固定到驱动轴管上的传统焊接方法变得更加困难，这是由于在焊接过程中产生的热量可能以显著的方式不希望地改变其形状或者影响其扭矩传动能力。因此，人们希望提供一种供在使用过程中达到转动平衡的动力传动系统所使用的驱动轴组件的改进结构，以及避免这些问题产生的、制造该结构的改进的制造方法。
发明内容
本发明涉及一种用于诸如供动力传动系统使用的驱动轴组件的制品的改进结构及其制造方法，所述制品在使用过程中达到转动平衡。环形套筒围绕所述制品的一部分设置并且例如通过焊接、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，一个或多个配重可以固定到套筒的所需位置处以平衡用于旋转的该制品。配重可以例如通过焊接、粘接等方法的任意适当方式固定到套筒上。套筒起到安装面的作用，配重可以固定到该安装面上以平衡用于旋转的该制品。因为配重不直接固定到所述制品上，而是通过套筒间接安装到其上，所以所述制品避免了可能由将配重直接焊接到其上所引起的损坏。
特别地，本发明涉及一种易于将配重焊接到诸如铝驱动轴管的轻质可转动管上的结构。典型的车辆驱动轴组件包括中空的圆筒形驱动轴管，其具有一对固定到其端部上的管轭。传统上，车辆驱动轴组件通过将一个或多个配重固定到驱动轴管或管轭的外表面上而实现转动平衡。当驱动轴组件由铝材制成时，人们已经发现很难将配重焊接到其上。而且人们已经发现粘接剂也是不理想的。本发明设想将中空的圆筒形套筒压配合在驱动轴组件的一部分周围，并将配重焊接到所述套筒上。特别地，套筒(其由易于进行焊接工艺并且不会与邻接的铝材产生不利反应的材料制成，诸如钢)压配合到管轭和驱动轴管之一或两者的一部分上从而固定到其上适当的位置处。然后，将一个或多个配重可以相对容易地直接焊接到套筒上。所述套筒优选地压配合到与万向接头邻接的管轭的较大直径的部分上，使得(1)平衡出现在较为接近万向接头的旋转中心的地方，以及(2)可以使用较小的配重实现希望的平衡作用。
当根据附图阅读时，对于本领域的技术人员来说，通过下文对优选实施例的详细描述，本发明的各个目标和优点将变得显而易见。
图1为包括根据本发明的驱动轴组件在内的动力传动系统的侧面正视图，所述动力传动系统被转动平衡。
图2为图1所示驱动轴组件一端的放大分解透视图。
图3为图2所示的已装配驱动轴组件端部的放大透视图。
图4为图3所示驱动轴组件的装配端的局部剖开的放大侧面正视图。
具体实施例方式
现在参考附图，图1中显示了根据本发明的动力驱动系统，其总体上以附图标记10表示。所示动力传动系统10在本领域中是很常规的并且仅显示出可以使用本发明的一个环境。因此，本发明的范围不限于用于图1所示的动力传动系统10的特定结构或用于一般的动力传动系统。相反地，如下文中显而易见的，本发明可以在用于如下所述目的的任意希望环境中使用。
所示动力传动系统10包括具有输出轴(未显示)的变速器11，其通过驱动轴组件13连接至车轴组件12的输入轴(未显示)。变速器11由发动机(未显示)可旋转地驱动，所述发动机以传统的方式产生旋转动力。驱动轴组件13包括筒形驱动轴管14，其具有中心部分和一对相对的端部。变速器11的输出轴和车轴组件12的输入轴典型地为不同轴定位。为了适应所述不同轴定位，总体上以15和16表示的一对万向接头设置为将驱动轴管14的端部分别连接到变速器11的输出轴和车轴组件12的输入轴。第一和第二万向接头15和16提供了从变速器11的输出轴通过驱动轴管14至车轴组件12的输入轴的旋转驱动连接，同时适应该三个轴的旋转轴线之间的有限量的角度偏差。
第一万向接头15包括总体上以15a表示的管轭组件，其以如下所述的方式固定到驱动轴管14的前端部。第一万向接头15还包括十字头15b，其以传统的方式连接到管轭组件15a上。最后，第一万向接头15包括凸缘叉15c，其以传统的方式连接到变速器11的输出轴和十字头15b之间。类似地，第二万向接头16包括管轭16a，其以如下所述的方式固定到驱动轴管14的后端部。第二万向接头16还包括十字头16b，其以传统的方式连接到管轭16a上。最后，第二万向接头16包括凸缘叉16c，其以传统的方式连接到十字头16b和车轴组件12的输入轴之间。凸缘叉16c的结构及其固定到驱动轴管14上的方法可以与凸缘叉15c相同，尽管不要求这样。
图2、3和4详细显示了管轭组件15a的结构及其制造方法。如图中所示，管轭组件15a包括总体上以20表示的管轭，其在现有技术中通常为传统的。管轭20包括具有外圆柱表面21a的主体部分21。一对相对的轭臂22大致沿第一轴向方向从主体部分21伸出。一对对准的开口22a以本领域众所周知的方式穿过轭臂22形成并且其中适于容纳万向节十字头15b各自的端部。因此，所示管轭20为整圆形的端轭。然而，应当理解，管轭20可以包含半圆形端轭或其它任意轭结构。管轭20的主体部分21界定了面向第一轴向方向的第一环形肩部21b，尽管不要求这样。
管轭20还包括大致沿第二轴向方向从主体部分22伸出的颈部23，所述第二轴向方向与由轭臂22所界定的第一轴向方向相反。如图4中所示，管轭20的颈部23可以包括截头圆锥形的外表面23a，该外表面随着其沿第二轴向方向远离主体部分21延伸而从较小直径向较大直径向外倾斜。然而，管轭20的颈部23可以具有任意所需的形状。在管轭20的主体部分21和颈部23之间的连接处，界定了面向第二轴向方向的第二环形肩部21c，尽管也不要求这样。
驱动轴管14可以利用任意希望的手段固定到管轭20上。在所示实施例中，驱动轴管14通过磁脉冲焊接固定到管轭20上。为了实现所述焊接，驱动轴管14最初与管轭20同轴对准，如图2所示。然后，驱动轴管14沿第一轴向方向移动使得其轴向端部接收在管轭20的颈部23周围并且支撑在其上。该轴向运动连续进行直到驱动轴管14的前端轴向延伸经过第二肩部21c并且位于管轭20的主体部分21周围为止，如图3和4所示。然后，将磁脉冲焊接设备的感应器(未显示)围绕驱动轴管14和管轭20的颈部23的轴向重叠部分设置。所述磁脉冲焊接设备在本领域中是常规的并且适于在驱动轴管14和管轭20的颈部23的轴向重叠部分周围产生较大的电磁场。当其发生时，在驱动轴管14上施加大的压力使其向内变形而与管轭20的颈部23接合。因此，驱动轴管14以较大速度冲击管轭20的颈部23，从而使驱动轴管14永久地固定到管轭20的颈部23上，如图3和4所示。
管轭组件15a还包括总体上由30表示的套筒，其支撑在管轭20上。如图4最佳显示的那样，所示套筒30横截面大致为L形，包括径向延伸部30a和轴向延伸部30b。然而，套筒30可以具有任意希望的形状。所示套筒30可以通过将其最初与管轭20同轴对准而安装在管轭20上，如图2所示。然后，套筒30在轭臂22上沿第二方向轴向移动使得其轴向延伸部30b被接收在管轭20的主体部分21周围并且支撑在其上。该轴向运动连续进行直到套筒30的径向延伸部30a压靠管轭20的主体部分21的第一肩部21b为止，如图3和4所示。优选地，套筒30的轴向延伸部30b以压配合的关系被接收在管轭20的主体部分21的外圆柱表面周围并支撑在其上，尽管不要求这样。该压配合关系消除了对将套筒30保持在管轭20上的其它步骤的需要。
驱动轴管14和管轭20可以由任意希望的材料或多种材料制成。然而，优选地，驱动轴管14和管轭20由相同的材料制成。例如，驱动轴管14和管轭20可以由诸如6061T-6铝合金材料的铝合金材料制成。套筒30也可以由任意希望的材料或多种材料制成。然而，优选地，套筒30由易于将一个或多个配重通过传统的焊接工艺固定于其上的材料制成。而且，所希望的是套筒30由不与制造管轭20的材料发生不利反应的材料制成。例如，套筒30可以由合金钢材料制成。
套筒30易于使诸如在图4中以40表示的一个或多个配重固定到管轭组件15a上。这可以利用传统的转动平衡机(未显示)来完成。典型的平衡机包括一对接头配件，其适于在其上支撑驱动轴组件13的端部。所述平衡机还包括使驱动轴组件13以预定速度旋转的电机。当驱动轴组件13旋转时，平衡机检测由驱动轴组件13结构中的不平衡所引起的振动。平衡机对该振动作出响应用于确定一个或多个配重40的尺寸和位置，如果所述配重被固定到驱动轴组件13上的话将使这些不平衡减小到最低。驱动轴组件13的转动随后停止以允许所述配重40以传统的方式固定到套筒30上，例如通过焊接，粘接等手段。例如，配重40可以通过凸焊固定到套筒30上。凸焊是在两个或更多个表面之间或者在一个元件的端部和另一个元件的表面之间进行的电阻焊接工艺。焊接点定位在设置于配重30上的预定点或凸起(未显示)处。
在将配重40固定到套筒30上之后，驱动轴组件13再次转动以确认是否已经实现正确的平衡或者确定是否需要其它的配重40。许多这种一般结构和操作方法的平衡机在本领域中是已知的。
套筒30优选地压配合到与万向接头15邻接的管轭20的较大直径的部分上，使得(1)平衡出现在较为接近万向接头15的旋转中心的地方，以及(2)可以使用较小的配重40实现希望的平衡作用。另一个图示出的管轭组件16a可以按照如上所述同样的方法制造，尽管不要求这样。
根据专利法规的规定，本发明的原理和操作方式已经在其优选实施例中进行了解释和图示。然而，应该清楚，本发明可以在不脱离其精神或范围的情况下以除了特别解释和图示之外的方式实施。
权利要求
1.一种驱动轴组件，包括轭，其包括主体部分、一对从所述主体部分大致沿第一轴向方向伸出的相对轭臂以及从所述主体部大致沿第二轴向方向伸出的颈部；驱动轴管，其固定到所述轭的所述颈部上；环，其固定到所述轭的所述主体部分上；和配重，其固定到所述环上。
2.如权利要求1所述的驱动轴组件，其特征在于，所述轭为管轭，其具有穿过所述成对轭臂形成的对准的开口。
3.如权利要求1所述的驱动轴组件，其特征在于，所述轭的所述主体部分界定了肩部，并且其中所述环包括与所述肩部接合的部分。
4.如权利要求1所述的驱动轴组件，其特征在于，所述轭由第一材料制成并且所述环由不同于所述第一材料的第二材料制成。
5.如权利要求4所述的驱动轴组件，其特征在于，所述轭由铝合金材料制成并且所述环由合金钢材料制成。
6.如权利要求1所述的驱动轴组件，其特征在于，所述环以压配合的关系固定到所述轭的所述主体部分上。
7.如权利要求1所述的驱动轴组件，其特征在于，所述配重通过焊接固定到所述环上。
8.一种制造驱动轴组件的方法，包括步骤(a)提供轭，所述轭包括主体部分、一对从所述主体部分大致沿第一轴向方向伸出的相对轭臂以及从所述主体部分大致沿第二轴向方向伸出的颈部；(b)将驱动轴管固定到所述轭的颈部上；(c)将环固定到所述轭的主体部分上；和(d)将配重固定到所述环上。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤(a)包括提供具有穿过所述成对轭臂形成的对准开口的管轭。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤(a)包括为轭的主体部分提供肩部，并且其中所述步骤(c)包括将所述环的一部分与该肩部接合。
11.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤(a)包括提供由第一材料制成的轭，并且其中所述步骤(c)包括提供由不同于第一材料的第二材料制成的环。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述步骤(a)包括提供由铝合金材料制成的轭部，并且其中所述步骤(c)包括提供由合金钢材料制成的环。
13.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤(c)包括以压配合的关系将所述环固定到所述轭的主体部分上。
14.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤(d)包括通过焊接将配重固定到所述环上。
全文摘要
一种驱动轴组件包括轭，所述轭包括主体部分、一对从所述主体部分通常沿第一轴向方向伸出的相对轭臂以及从所述主体部分通常沿第二轴向方向伸出的颈部。例如通过磁脉冲焊接将驱动轴管固定到所述轭的颈部。例如通过压配合将环固定到轭的主体部分上，并且例如通过焊接将配重固定到所述环上。
文档编号F16F15/28GK1936359SQ20061013882
公开日2007年3月28日 申请日期2006年9月19日 优先权日2005年9月20日
发明者詹姆斯·A·达根, 托马斯·J·凯勒 申请人:达纳公司