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专利名称：用于平衡传动系统的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明提供了一种系统和方法，用于改进车辆传动系统或通过万向节连接的类似旋转轴元件的振动特性。
背景技术：
大多数车辆提供了传动系统，用于将来自旋转动力源，如内燃机或柴油机的动力传递到多个旋转驱动的车轮。典型的传动系统包括离合器、变速器、传动轴和连接在发动机和驱动轮之间的车轴。离合器连接到发动机，用于有选择地向变速器提供动力连接。变速器在离合器和传动轴之间提供多个变速齿轮比。传动轴延伸以便将来自变速器的旋转动力传递到驱动轮附近。车轴包括延伸的输入轴，该输入轴连接到传动轴，车轴还包括由输入轴可旋转地驱动的差速器，和一对将差速器连接到从动轮的输出轴。传动系统的所有传动元件之间的连接典型的是由万向节或类似联轴节完成，该联轴节允许两个元件在使用中相对彼此以变化的角度定位。
典型的传动轴由一个伸长的圆柱形管子形成，该管子有一对固定在其末端的万向节。传动轴也可以由两个(或多个)由万向节连接在一起的伸长的圆柱形管子形成，管子还进一步包括一对固定在其末端的万向节。在此文中使用的术语“传动轴”是指既包括(多个)管子又包括固定到其上的万向节在内的整个部件。由于制造误差，管子和万向节都典型地旋转失衡。从而，当管子和万向节组装在一起，传动轴通常也旋转失衡。同样，车轴的输入轴在使用中也典型地旋转失衡。
众所周知，如果传动轴和车轴的输入轴没有精确地旋转平衡，在使用中会产生令人讨厌的噪声和振动。因而，已知在安装到车辆传动系统中以前，分别调节传动轴和车轴的输入轴平衡。本领域已知有很多夹具用于分别调节这些元件的平衡。然而，已经发现，一个单独平衡的传动轴和一个单独平衡的车轴的输入轴在车辆传动系统中连接在一起时，组合单元也可能旋转失衡。即使传动轴和车轴的输入轴在安装之前已经精确地平衡过，这种情况还是会发生。组合单元的失衡是由于传动轴和车轴的输入轴连接在一起时各自的较小的失衡累加起来造成的。
十字轴万向节到车轴的连接有两种常规的类型接头叉或具有接合凸缘的凸缘叉。两种类型的连接可在传动轴和小齿轮连接处各自独立地调节平衡。
然而，接头叉型的连接有差不多90度的误差，具有接合凸缘的凸缘叉型的连接有差不多22.5度的误差。误差角度在汽车或卡车制造商补偿传动轴组装到车轴的不平衡时产生。这一误差导致车辆传动系统的失衡，对驾驶员而言感觉就像振动。
平衡试验机测量由正在平衡的元件或部件产生的力的大小。然后平衡试验机通过已知的平衡器的转速、修正半径和修正角计算出为校正平衡需要的重量值。这些在设备装配时都被输入系统。
一旦元件或部件被平衡达到给定要求，用户通常会要求在传动轴或小齿轮上留个记号表明剩余不平衡量。传动轴和车轴部件被分开运送给原始设备(OE)组装者组装到车辆结构中。在将传动轴组装到车轴小齿轮时，操作者按指示尽可能好地调整剩余不平衡量记号使该记号相互对齐，从而，抵消了不平衡的影响。接头叉只有两种可能的调节，0度和180度，这样当尽量调整剩余不平衡量时会有差不多90度的误差。凸缘叉和接合凸缘连接有八种可能的调节，每隔45度一个调节，这样当尽量调整剩余不平衡量时会有差不多22.5度的误差。
考虑到由常规的十字轴万向节，即接头叉或具有接合凸缘的凸缘叉，的结构引起的可能的误差角度，需要一种系统和方法来补偿剩余不平衡量。

发明内容
本发明将减少不同类型的十字轴万向节轴连接到车轴的小齿轮的该误差。
本发明调整剩余不平衡量，对于接头叉使得它在其中一个可能的调整平面中即0度或180度；对于凸缘叉和接合凸缘连接，使得它在八个可能的调整平面的其中之一中。当然，调整平面将由万向节连接点确定。
本发明的调整过程是如下完成的，一开始测量传动轴或车轴部件的平衡，然后通过平衡器的电子设备的算法，在计算出的矢量上附加平衡重块将剩余不平衡量数学地调整到在一个特定方向上的一个设定的值。
对于接头叉，平衡器将通过矢量分析指示操作者修正的角度和要增加的配重块重量，以将剩余不平衡量从，例如90度，转换到0度或180度(即与十字轴万向节十字头的开口集同线)。直观地用记号标示出该修正过的剩余不平衡量，以方便车辆组装操作者使用。同样，车轴将在连接到小齿轮的接头叉上被平衡到剩余不平衡量。平衡器再次通过矢量分析指示操作者修正的角度和需要增加的配重块重量，以将剩余不平衡量从叉耳之间转换到和叉耳同线(即，和十字轴孔或半圆钢同线)。直观地用记号标示出修正过的剩余不平衡量，以方便车辆组装操作者使用。当准备好将传动轴组装到车辆组装线上的车轴上时，组装操作者对齐记号，这样抵消了剩余不平衡量并且实际上制造了一种更精良的减少了振动的传动系统。
对于凸缘叉连接，这个过程大致相同，但是由于可能的调整位置不同，剩余不平衡量的相对角度会有所不同。
应当注意，可以使用软件来测量传动轴或车轴小齿轮的不平衡量和角度并矢量地补偿到给定角度平面和剩余不平衡量。
参照下列附图并结合最佳实施方式的描述，本发明的这些和其他优点将变得更清楚。


图1是一幅侧立面图，示意性地表示出包括常规传动系统的车辆。
图2是一幅侧立面图，示意性地表示出现有技术用于平衡图1所示的车辆传动系统的部分的装置。
图3是一幅自调节传动轴部件的侧视图。
图4是一幅三接头传动轴部件的透视图。
具体实施例方式
描述参照附图，图1示意性地示出一个车辆，一般用10表示，它包括一个常规的传动系统。传动系统包括发动机11、离合器12和变速器13。众所周知，发动机11包括输出轴(未示出)，它通过离合器12有选择地连接到变速器13的输入轴(未示出)。变速器13在输入轴转速到输出轴(未示出)转速之间提供若干变速齿轮比。
变速器13的输出轴由第一万向节14连接到第一传动轴部分15的前端。第一传动轴部分15的后端由第二万向节16连接到第二传动轴部分17的前端。常规的中心轴承部件18被固定到车架10，用于旋转地支撑第一传动轴部分15的后端，以及第二传动轴部分17的前端。
第二传动轴部分17由第三万向节20连接到车轴的可旋转输入轴的前端，车轴一般用22表示。在现有技术中车轴22包括由输入轴可旋转地驱动的差速器(未示出)。差速器被连接到一对输出车轴(未示出)，输出车轴依次又连接到各自的驱动轮23(仅示出一个轮)。众所周知，由传动轴部分15和17传递到差速器的来自发动机11的旋转动力在车轴之间分配到与各车轴连接的旋转车轮23。在此使用的术语“传动轴”指第一万向节14、第一传动轴部分15、第二万向节16、第二传动轴部分17和第三万向节20的组合部件。
现在参照图2，它示意性地阐述了现有技术用于平衡传动轴的设备，一般用30表示。这样的平衡在部件安装到车辆10上以前进行。现有技术的平衡设备30包括底座31，一对伸长的轨道32固定在底座上。第一驱动装置33安装在轨道32上用于滑动。提供了常规的装置，如螺纹紧固件33a，用来可拆卸地将第一驱动装置33固定在沿轨道32所需的位置以便使用。
在现有技术中常规的第一驱动装置33包括可变转速的电机(未示出)。电机输出轴连接到轴叉34。如图2所示，轴叉34适于连接到十字轴上的轴承(未示出)，十字轴支撑在第一万向节14相应的叉部，第一万向节安装在第一传动轴部分15的前端。从而可见第一传动轴部分15的前端受到支撑，当电机通电时，它被第一驱动装置33内的电机可旋转地驱动。第一驱动装置33进一步包括安装在那里的振动传感器35。在现有技术中常规的传感器35适于产生电信号，该信号代表了旋转时在第一传动轴部分15感应到的振动的大小。
现有技术的平衡设备30进一步包括常规的第二驱动装置36，该装置包括变速电机(未示出)。第二驱动装置36也被安装到轨道32上用于滑动。象第一驱动装置33一样，提供了常规的装置，如螺纹紧固件36a，用于可拆卸地将第二驱动装置36固定在沿轨道32所需的位置以便使用。这样，第一驱动装置33和第二驱动装置36能够以所需距离相互间隔开。从下文中将更明了，设置这种结构是为了适应第一和第二传动轴部分15和17变化的长度。
第二驱动装置36支撑轴叉37作旋转运动。如图2所示，轴叉37适于连接到十字轴上的轴承(未示出)，十字轴支撑在第三万向节20相应的叉部，第三万向节安装在第二传动轴部分17的后端。从而可见第二传动轴部分17的后端受到支撑，当第二驱动装置36内的电机通电时，它被可旋转地驱动。第二驱动装置36进一步包括安装在那里的振动传感器38。在现有技术中常规的传感器38适于产生电信号，该信号代表了旋转时在第二传动轴部分17感应到的振动的大小。
根据本发明，对于接头叉类型，剩余的不平衡被调节到位于可能的调整平面之一，例如0度或180度，对于凸缘叉和接合凸缘的连接，剩余的不平衡被调节到位于八个可能的调整平面之一。
图3表示了一种类型的自调节传动轴部件，它包括一个轴管50，在轴管每端具有轴管叉52，轴管叉52形成十字轴万向节的一部分，该万向节包括常规的轴承部件和十字轴元件。滑动叉部件54通过万向节在轴管50一端相互连接。
图4还表示了一种三接头传动轴部件，它包括车轴60和传动轴62，它们通过十字轴万向节64相互连接。
本发明的调整过程是如下完成的，一开始测量传动轴或车轴部件的平衡，然后通过平衡器的电子设备的算法，本发明在预定的或计算出的矢量上附加平衡重块，将剩余不平衡量数学地调整到一个特定方向上的一个设定的值。
通过矢量分析，平衡器将指示操作者修正的角度和需要增加的重量，以将剩余不平衡量从它的自然位置转换到0度或180度(即，与十字轴万向节十字头的开口集同线)。
接下来，直观地用记号标示出修正过的剩余不平衡量，以方便车辆组装操作者使用。
同样地，车轴将在连接到小齿轮的接头叉上被平衡到剩余不平衡量。平衡器再次通过矢量分析指示操作者修正的角度和需要增加的配重块重量，以将剩余不平衡量从叉耳之间转换到和叉耳同线(即，和十字轴孔或半圆钢同线)。直观地用记号标示出修正过的剩余不平衡量，以方便车辆组装操作者使用。当准备好将传动轴组装到车辆组装线上的车轴上时，组装操作者对齐记号，这样抵消了剩余不平衡量，并且实际上制造了一种更精良的减少了振动的传动系统。
例如，小齿轮连接的接头叉型传动轴被平衡到大约0.50盎司-英寸的剩余不平衡量。剩余不平衡量位于传动轴上90度的位置。通过矢量分析，平衡器指示操作者修正的角度和需要增加的重量，以将剩余不平衡量从90度转换到0度或180度，即，与十字轴万向节十字头的开口集同线。直观地用记号标示出修正过的剩余不平衡量，以方便车辆组装操作者使用。同样地，车轴在附加到小齿轮的接头叉上被平衡到约0.50盎司英寸的剩余不平衡量。同样，如果剩余不平衡量在叉耳之间下降90度，接着通过矢量分析平衡器会指示操作者修正的角度和需要增加的重量，以将剩余不平衡量从叉耳之间转换到和叉耳同线，即，和十字轴孔或半圆钢同线。直观地用记号标示出修正过的剩余不平衡量，以方便车辆组装操作者使用。
应该注意，该过程通常被用来标记在最大不平衡量点的车轴和在最小不平衡量点的传动轴。现在，两个元件都准备好可以用于组装了。当传动轴准备好用来组装到车辆组装线上的车轴上时，组装操作者对齐记号，从而抵消了0.50盎司英寸的剩余不平衡量，并且实际上制造了一种更精良的减少了振动的传动系统。
本发明的过程基本上简化了车辆传动系统平衡和组装的过程并改进了车辆的振动特性。
应当注意，可以使用软件来测量传动轴或车轴小齿轮的不平衡量和角度，并矢量地补偿到一个特定角度平面和剩余不平衡量。
虽然前述发明是参照最佳实施方式描述和表示的，但是本领域的技术人员应该理解在不背离本法发明精神和范围的情况下，形式和细节上可以进行各种改变。
权利要求
1.一种用于平衡传动系统的方法，该系统包括由旋转接头相互连接的第一轴和第二轴，所述方法包括如下步骤将所述第一轴平衡到第一预定的剩余不平衡量，该不平衡量的第一不平衡量矢量位于第一系列调整平面之一内；将所述第二轴平衡到第二预定的剩余不平衡量，该不平衡量的第二不平衡量矢量位于第二系列调整平面之一内；通过将所述第一轴通过所述旋转接头连接到所述第二轴上而组装所述传动系统，使得所述第一轴的所述第一不平衡矢量基本上抵消所述第二轴的所述第二不平衡矢量。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述平衡步骤包括增加配重将检测到的剩余不平衡量转移到所述第一和第二预定的剩余不平衡量中至少之一。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于，对于端叉连接，所述第一不平衡矢量位于这样一个平面内，该平面布置在两个大致成180°偏置的可能的调整平面中之一处。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于，对于凸缘叉和接合(companion)凸缘连接，所述第一不平衡矢量位于这样一个平面，该平面布置在八个可能的调整平面中之一处。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述平衡步骤包括有意造成所述第一和第二预定剩余不平衡量。
6.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述第一不平衡量矢量和所述第二轴的所述第二不平衡量矢量之间的位置相对相位大约是180度。
7.根据权利要求1的方法，进一步包括增加记号指示所述第一和第二预定剩余不平衡量的位置。
8.根据权利要求7的方法，进一步包括在第一轴最大不平衡量点增加第一记号，在第二轴最小不平衡量点增加第二记号。
9.根据权利要求8的方法，其特征在于，所述第一轴是车轴(axle)，所述第二轴是传动轴。
全文摘要
一种用于平衡车辆传动系统的方法，该系统包括由万向节相互连接的驱动轴和车轴的输入轴。首先，将车辆驱动轴平衡到一个预定的剩余不平衡量，其不平衡矢量角度是0°或180°，和十字轴万向节的十字头的开口集同线。然后直观地标记出修正的剩余不平衡量。接着，将输入轴平衡到一个预定的剩余不平衡量，其不平衡矢量角度是0°或180°，与叉耳的十字轴孔同线。再次直观地标记出输入轴上修正的剩余不平衡量。在车辆组装过程中，组装线操作者对齐驱动轴和输入轴上的记号，通过十字轴接头的十字轴将驱动轴连接到输入轴，使记号位于彼此相对的位置。
文档编号G01M1/24GK1573160SQ200410063929
公开日2005年2月2日 申请日期2004年5月14日 优先权日2003年5月15日
发明者安德鲁·L·尼曼, 克里·香农 申请人:达纳公司