本公开涉及一种轴用扭转减振器装置，具体地，涉及一种用于机动车辆中的传动轴的扭转减振器装置。
背景技术：
汽车动力传动系统通常包括布置在推进源(例如内燃发动机或电动马达)和车辆牵引轮之间的传动轴(propellershaft)。这样的轴可能经历基于轴的固有频率的扭转振动。扭转振动是指角振动，例如围绕轴的旋转轴线振动。在一些情况下，这些振动可能由发动机汽缸中周期性的燃烧产生，并且可以通过动力传动系统(例如，经由传动轴)传递到车辆悬架，并且此后通过车身传递到乘员。扭转振动可能引起不期望的噪声，并且在极端情况下可能使动力传动系统的部件疲劳和劣化，从而降低部件的寿命。可以通过各种方式减小扭转振动，包括调整动力传动系统部件或包括主动或被动减振器。
技术实现要素：
根据本公开的扭转减振器包括内套筒和外套筒。内套筒被构造为结合到与旋转轴线同心布置的轴。内套筒具有大致环形的轮廓并具有周边(periphery)和从周边延伸的外花键。外套筒围绕内套筒设置，并且与内套筒同心布置。外套筒具有大致环形的轮廓并具有周边和凹入到周边内的内花键。内套筒和外套筒被布置为使得外花键设置在内花键内。减振器还包括布置在外花键和内花键之间的弹性结合件。减振器还包括设置在内套筒和外套筒之间并被构造为抑制外套筒相对于内套筒的径向运动的球。
根据第一实施例，弹性结合件包括弹性材料。
根据第二实施例，内套筒还包括从所述周边延伸的凸缘。所述凸缘具有外表面，在所述外表面上具有凹槽，所述球被保持在所述凹槽中。
根据第三实施例，外套筒包含金属，所述金属可包括铁或钢。
根据第四实施例，设置有传动轴。传动轴从第一端延伸到第二端，且在第一端和第二端之间具有中央部分。内套筒与所述传动轴同心地结合。
根据本公开的轴用减振器包括第一套筒和第二套筒。第一套筒具有大致环形的横截面，并具有从周边延伸的外花键。第二套筒具有大致环形的横截面，并且具有凹入到周边内的内花键。第一套筒和第二套筒同心地布置以使外花键设置在内花键内。减振器还包括布置在外花键和内花键之间的弹性材料以及设置在第一套筒和第二套筒之间的填充材料。
根据第一实施例，第二套筒围绕第一套筒布置。
根据第二实施例，内花键具有第一侧壁，外花键具有第二侧壁。弹性材料布置在第一侧壁和第二侧壁之间。
根据第三实施例，填充材料包括聚苯乙烯。
根据本公开的扭转减振器包括第一环形套筒和第二环形套筒。第一套筒具有外周，并具有从外周延伸的凸耳。第二套筒具有内周，并具有凹入到内周中的凹腔。第二环形套筒围绕第一环形套筒同心地布置，并使得凸耳设置在凹腔中。扭转减振器还包括设置在凸耳和凹腔之间的弹性结合件。扭转减振器还包括设置在第一套筒和第二套筒之间的支承件，以抑制第一套筒和第二套筒之间的相对运动。
根据第一实施例，第一套筒包括从外周延伸的第二凸耳、第三凸耳和第四凸耳。凸耳围绕外周大致等距地间隔开。在该实施例的变型中，第二套筒包括凹入到内周中的第二凹腔、第三凹腔和第四凹腔。凹腔围绕内周大致等距地间隔开，使得第二凸耳设置在第二凹腔中、第三凸耳设置在第三凹腔中并且第四凸耳设置在第四凹腔中。
根据第二实施例，其中，弹性结合件包括弹性材料。在该实施例的变型中，凸耳包括凸耳侧壁，凹腔包括凹腔侧壁，并且弹性材料设置在凸耳侧壁和凹腔侧壁之间。
根据第三实施例，第一套筒还包括从内套筒周边延伸的凸缘。凸缘具有外表面，在外表面上具有凹槽，并且支承件保持在凹槽中。
根据第四实施例，第二套筒包含金属，所述金属可以包括铁或钢。
根据第五实施例，设置有传动轴。传动轴从第一端延伸到第二端，且在第一端和第二端之间具有中央部分。第一套筒与所述传动轴同心地结合。
根据第六实施例，支承件包括球或销。
根据本公开的实施例提供了许多优点。例如，根据本公开的实施例提供的扭转减振器装置可以在保持紧凑尺寸的同时使传动轴中的扭转振动衰减。此外，根据本公开的实施例可以使用简单的制造技术相对廉价地进行构造。
当将下面对优选实施例的详细描述与附图结合时，本公开的上述优点与其他优点和特征将变得显而易见。
附图说明
图1是根据本公开的机动车辆的动力传动系统的示意图；
图2a至图2c是根据本公开的扭转减振器的内套筒的剖视图；
图3是根据本公开的扭转减振器的外套筒的剖视图；
图4是根据本公开的扭转减振器的第一实施例的剖视图；和
图5是根据本公开的扭转减振器的第二实施例的剖视图。
具体实施方式
根据需要，在此描述本发明的详细实施例。然而，应当理解，所公开的实施例仅是本发明的示例，本发明可采用各种和替代的形式。附图不一定按比例绘制；一些特征可被夸大或最小化以显示特定部件的细节。因此，在此公开的特定结构和功能细节不应被解释为限制，而仅作为教导本领域技术人员以各种方式利用本发明的代表性基础。
现在参考图1，以示意的形式示出了简化的车辆动力传动系统10。动力传动系统10包括动力装置或推进源12。在该实施例中，推进源12包括内燃发动机，其可以是以汽油驱动或以柴油驱动。然而，在本发明的范围内考虑的其他实施例可以包括其它推进源，例如内燃发动机之外或代替内燃发动机的电机。
动力传动系统10还包括变速器14。在各种实施例中，变速器14可以是自动变速器、手动变速器、无级变速器(cvt)、动力传递单元、分动箱或任何其它适当的动力传动机构。变速器14被推进源12经由轴16驱动，轴16可以是曲轴。进而，变速器14与传动轴18驱动地连接。变速器14被构造为在轴16和传动轴18之间建立多个速比和扭矩比。在示例性实施例中，变速器14是自动变速器，其包括多个传动元件并且被构造为自动地接合或分离可换挡元件(诸如离合器)，以根据换挡计划在各个传动比之间进行换挡。
传动轴18经由差速器22与车桥20驱动地连接。车桥20包括两个半轴或侧轴24，每个半轴或侧轴24与相应的牵引轮26连接。此处，牵引轮指的是与行驶路面接触的驱动轮或非驱动轮。根据各种实施例，车桥20可以是后轮驱动平台中的后车桥或前轮驱动平台中的前车桥。包括全轮驱动或四轮驱动平台的实施例也被认为在本发明的范围内。
虽然所有车辆可能经历扭转振动，但是由于柴油发动机相对于汽油驱动的发动机存在增加的汽缸压力，所以柴油驱动的车辆可能更容易受到扭转振动的影响。因此，可能需要在传动轴上设置扭转减振器以抑制这种振动。
扭转减振器可包括经由弹簧或弹性体层接合到外部部分的内部部分。然而，减振器的调谐频率是基于外部部分的惯性矩的，并且因此已知的扭转减振器相对较大以容纳质量较大的外部部分。在较小的车辆中，在可用空间内封装扭转减振器可能是有挑战性的。
在下面对附图的讨论中，使用了极坐标系。径向方向从减振器的中心向外周延伸。周向方向在减振器的总平面内相切于径向方向延伸。轴向方向垂直于径向方向沿着减振器的中心轴线延伸。此外，相对术语外部(例如在外表面中)用于表示部件的径向向外部分，例如，离中心轴线最远。类似地，相对术语内部(例如在内表面中)用于表示部件的径向向内部分，例如，最靠近中心轴线。
现在参考图1、图2a至图2c、图3和图4，根据本公开的扭转减振器30设置在传动轴18上。扭转减振器30优选地压入配合到传动轴18，但是可以使用任何适当的连接方法与传动轴18连接。图4中示出了扭转减振器30的横截面。扭转减振器30包括内套筒32和外套筒34。图2a至图2c更详细地示出了内套筒32，图3更详细地示出了外套筒34。内套筒32和外套筒34均大致呈环形或环状。内套筒32具有其尺寸适于容纳传动轴的中心孔。外套筒34具有其尺寸适于容纳内套筒的中心孔，使得当被组装时，外套筒34的内周邻近内套筒32的外周。
如图2a所示，内套筒32包括从外周突出的外花键或凸耳36。在该代表性实施例中，四个外花键36被示出为围绕内套筒32的圆周大致等距地间隔开，即以大约90度的间隔间隔开。然而，在其他实施例中，可以设置更多或更少数量的外花键36，和/或外花键36可以围绕外周不均匀地分布。作为示例，附加实施例可以包括围绕圆周以大约120度的间隔间隔开的三个外花键。
内套筒32还包括从外周突出地布置的凸缘38。凸缘38在外花键36之间从外周突出。在该代表性实施例中，四个凸缘38被示出为围绕内套筒32的圆周大致等距地间隔开。然而，在各个其它实施例中，可设置更多或更少数量的凸缘38，和/或凸缘38可以围绕外周不均匀地分布。
如图2b至图2c的详细视图所示，凸缘38在其外表面上设置有凹槽40。凹槽40沿着凸缘38的外表面的一部分周向地延伸。每个凹槽40的宽度小于相关联的凸缘38的宽度，并且其长度小于相关联的凸缘38的长度。如下面关于图4更详细地讨论的，至少一个球42保持在凸缘38的凹槽中。
如图3所示，外套筒34包括凹入内周内的内花键或凹腔44。内花键44的数量和周向位置优选地对应于内套筒32的外花键36的数量和周向位置。在该实施例中，四个内花键44被示出为围绕外套筒34的圆周大致等距地间隔开。然而，在其他实施例中，可以设置更多或更少数量的内花键44，和/或内花键44可以围绕内周不均匀地分布。
外套筒34包括位于内花键44之间的部分中的块(masses)46。块46的数量和周向位置优选地对应于内套筒32的凸缘38的数量和周向位置。在该实施例中，四个块46示出为围绕外套筒34的圆周大致等距地间隔开。然而，在其他实施例中，可以设置更多或更少数量的块46，和/或块46可以围绕内周不均匀地分布。此外，每个块46在内表面上设置有凹口48。
在优选实施例中，内套筒32和外套筒34包含金属材料，例如钢或铁。有利地，根据本公开的实施例可主要通过铸造形成，仅需要极少的机械加工。在示例性实施例中，外套筒34是铸铁，内套筒32是铸铁，随后使用已知的机加工技术增设凹槽40。在其它实施例中，凹槽40可以在铸造时形成。
现在参考图4，当扭转减振器30被组装时，内套筒32保持在外套筒34内。内套筒32与外套筒34同心地布置。外花键36设置在内花键44内。凸缘38靠近块46。
支承机构42保持在外套筒34的凹口48和内套筒32的凹槽40之间。在图4所示的实施例中，支承机构42包括滚珠。其它实施例可包括滚动销或其它合适的支承机构。在图4所示的实施例中，球42由相对较硬的材料(例如金属或硬塑料)形成，以抑制外套筒34相对于内套筒32的径向运动。支承机构42保持外套筒34和内套筒32的同心度。支承机构42可以在凹槽40内滚动或滑动，从而使外套筒34能够相对于内套筒32进行周向运动。
弹性可压缩结合件50设置在外花键36的相应侧壁和内花键44的相邻侧壁之间。结合件50优选地包括弹性体材料，例如天然橡胶。当然，可以使用其它已知的弹性可压缩结合件，例如弹簧。通过例如选择合适的弹性体材料将结合件50调整到期望的调谐频率。结合件50柔顺地(yieldingly)抵抗外套筒34相对于内套筒32的周向运动。
扭转减振器30的阻尼系数是外套筒34的惯性矩的函数。为了在保持紧凑尺寸的同时实现期望的调谐频率，在不过度增加外套筒34的外径的情况下，扭转减振器30的构造具有质量相对大的外套筒34。内花键44相对较窄，例如仅比外花键36稍宽。作为结果，内花键44之间的块46的尺寸增大。在示例性实施例中，相应的块46各自具有大约50mm的宽度，而每个相应的外花键具有大约15mm的宽度。这种构造为外套筒34提供增加的惯性质量，同时使内套筒32的旋转重量最小化。
此外，内套筒32的凸缘38被构造成是相对低断面的(lowprofile)。作为示例，凸缘38可以从内套筒32的外周突出，仅足以支撑其中保持有支承机构42的凹槽40。作为结果，块46的深度可以增加以从外套筒34的内周进一步突出，从而增加外套筒34的质量。
在示例性实施例中，内套筒32的内周处的半径r6为35mm，内套筒32的外周处的半径r5为36mm，并且凸缘38的外周处的半径r4为37.5mm。在这样的实施例中，外套筒34的块46的内周处的半径r3为40mm，内花键44的内周处的半径r2为50mm，外套筒34的外周处的半径r1为60mm或更小。作为比较，已知的扭转减振器具有大于70mm的外半径。如本领域技术人员将理解的，这些值仅是示例性的，并且可以根据给定应用的期望尺寸和性能特性来调整。因此，扭转减振器30在相对紧凑的封装中提供期望的阻尼特性。
应当注意，上面提供的具体参数仅是示例性的。可以根据特定应用的期望特性来选择各种部件的相应尺寸。
现在参考图5，示出了替代实施例的扭转减振器30'。扭转减振器30'包括内套筒32'和外套筒34'。内套筒32'包括从外周延伸的外花键36'，并且外套筒34'包括在凹入到内周内的内花键44'。块46'在外套筒34'的内花键44'之间的部分中延伸。当被组装时，外花键36'设置在内花键44'内。
弹性可压缩结合件50'设置在外花键36'的相应侧壁和内花键44'的相邻侧壁之间。结合件50'优选地包括弹性体材料，例如天然橡胶。当然，可以使用其它已知的弹性可压缩结合件，例如弹簧。结合件50'柔顺地抵抗外套筒34'相对于内套筒32'的周向运动。
填充材料52设置在块46'的内表面和内套筒32'的外表面之间的区域中。填充材料的附加部分(未示出)也可以设置在外花键36'的外表面和内花键44'的内表面之间的区域中。填充材料可以包括例如泡沫材料，例如发泡聚苯乙烯。填充材料52用作支承机构并且抑制外套筒34'相对于内套筒32'的径向运动，从而保持外套筒34'和内套筒32'的同心度。此外，在具有弹性结合件50'的实施例中，填充材料可以在弹性材料的注射或固化期间抑制弹性体材料的渗出。
当然，以上的变型是可能的。作为示例，在替代实施例中，外花键可以设置在外套筒上，内花键设置在内套筒上。
如可以看到的，根据本公开的实施例提供了可以使车辆动力传动系统中的扭转振动衰减的紧凑型扭转减振器装置。此外，根据本公开的实施例可以使用简单的制造技术相对廉价地进行构造。
虽然上面描述了示例性实施例，但是并不意味着这些实施例描述了本发明的所有可能的形式。更确切地，说明书中使用的词语是描述性词语而不是限制性词语，并且应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变。另外，各种实施的实施例的特征可以组合以形成本发明的进一步的实施例。