本教導(dǎo)總體上包括用于動(dòng)力系的軸組件，以及用于制造軸組件的方法。

背景技術(shù)：

發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸將活塞的往復(fù)式線性移動(dòng)轉(zhuǎn)換為圍繞縱向軸線的旋轉(zhuǎn)移動(dòng)以提供轉(zhuǎn)矩來(lái)推進(jìn)車輛，諸如(但不限于)火車、船、飛機(jī)、卡車或汽車。

閥可操作地控制進(jìn)出發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸的空氣流。凸輪軸是由發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸驅(qū)動(dòng)并且操作地連接至閥以控制閥的打開(kāi)和關(guān)閉。

發(fā)動(dòng)機(jī)通常配備有經(jīng)由鏈條或皮帶和鏈輪或齒輪系可旋轉(zhuǎn)地連接至發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的平衡軸。平衡軸具有幫助抵消由活塞產(chǎn)生的振動(dòng)力的配重體。

變速器具有各種轉(zhuǎn)矩傳遞軸。例如，各種軸支撐齒輪系中的齒輪，該齒輪彼此嚙合并且建立輸入構(gòu)件與輸出構(gòu)件的速度比。

減輕動(dòng)力系部件的重量有助于改進(jìn)車輛燃料經(jīng)濟(jì)性。然而，動(dòng)力系部件的大小必須足以承受操作期間經(jīng)歷的應(yīng)力，因此限制潛在重量減輕。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

一種用于動(dòng)力系的軸組件包括具有腔體的軸，腔體至少部分從軸的第一軸向端延伸至第二軸向端并且在第一軸向端和第二軸向端中的至少一端處開(kāi)口。例如，軸可以是動(dòng)力系內(nèi)的任何軸，諸如平衡軸、凸輪軸、傳動(dòng)軸，并且可以是轉(zhuǎn)矩傳輸軸。第一芯塞設(shè)置在腔體中。軸和芯塞可以具有相同材料，或可以具有不同材料。軸可以具有第一密度，且芯塞可以具有可以小于第一密度的不同第二密度。通過(guò)非限制性實(shí)例，軸可以至少部分是鐵或鋼，且芯塞可以至少部分是鋁、至少部分是鈦、陶瓷、金屬基質(zhì)或復(fù)合物。

軸可以具有在使用期間受到第一水平的應(yīng)力的第一部分和受到小于第一水平的應(yīng)力的第二水平的應(yīng)力的第二部分。第一芯塞設(shè)置在腔體的第一部分中，腔體的第一部分與軸的第一部分對(duì)準(zhǔn)。在一個(gè)實(shí)施例中，腔體的第二部分與軸的第二部分對(duì)準(zhǔn)，且腔體的第二部分為空。在另一個(gè)實(shí)施例中，第二芯塞設(shè)置在腔體的第二部分中。選用地，第一芯塞具有第一密度且第二芯塞可以具有小于第一密度的第二密度或較小橫截面面積或面積模量。

在腔體中提供芯塞允許腔體大于腔體空心的情況，因?yàn)樾救糠殖惺茌S的負(fù)荷，使得軸組件能夠具有至少等于具有較小直徑腔體且不具有芯塞的軸的剛度的剛度。因此需要較少軸材料。曲連同芯塞具有低于相同材料但具有完全空心腔體的軸的總重量。

另外，軸的第一部分可以具有第一外徑，且經(jīng)歷較低操作應(yīng)力的軸的第二部分可以具有小于第一外徑的第二外徑。例如，第二部分可加工成具有較小外徑，因?yàn)檩^薄壁軸可足以承受第二部分的較低負(fù)荷。

芯塞可以具有各種形狀?？梢栽谛救刑峁┮粋€(gè)或多個(gè)開(kāi)口以減輕芯塞的重量。開(kāi)口可以用于允許流體流選用地利用流體通道流過(guò)腔體，流體通道延伸穿過(guò)芯塞，從而將諸如油或另一種潤(rùn)滑劑的流體從軸中的開(kāi)口傳遞至芯塞中的開(kāi)口。例如，軸可以具有通過(guò)軸延伸至腔體中的潤(rùn)滑開(kāi)口，且芯塞可以定向在腔體中與潤(rùn)滑開(kāi)口對(duì)準(zhǔn)以允許潤(rùn)滑劑軸向地流過(guò)腔體。芯塞可以具有軸向地延伸穿過(guò)其中的中心開(kāi)口，以及與軸的潤(rùn)滑開(kāi)口對(duì)準(zhǔn)并且與中心開(kāi)口連通的通道。

芯塞中的開(kāi)口可以具有垂直于軸的旋轉(zhuǎn)軸線的預(yù)定橫截面形狀。預(yù)定橫截面形狀可以圍繞旋轉(zhuǎn)軸線定向成與軸上的預(yù)定最大負(fù)荷關(guān)聯(lián)的預(yù)定角定向。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，軸是上面具有凸輪凸角的凸輪軸，且橫截面形狀是在將該形狀與凸輪凸角的鼻部的角定向?qū)?zhǔn)的預(yù)定角定向上。在預(yù)定角定向中，該形狀相對(duì)于鼻部定位使得芯塞可最佳地承受鼻部的負(fù)荷。該開(kāi)口可以具有大體上三角形橫截面形狀、i梁形狀，可以是圓形或可以具有另一種形狀。

該凸輪軸具有彼此等間距分隔開(kāi)的多個(gè)凸輪凸角，其各自具有定向?yàn)椴煌南鄳?yīng)角定向的鼻部。多個(gè)附加芯塞可設(shè)置在腔體中與多個(gè)附加凸輪凸角對(duì)準(zhǔn)。芯塞圍繞旋轉(zhuǎn)軸線定向使得每個(gè)開(kāi)口的相應(yīng)橫截面形狀是在與對(duì)準(zhǔn)于芯塞的凸輪凸角的鼻部的角定向關(guān)聯(lián)的角定向上。

在另一個(gè)實(shí)施例中，該軸是傳動(dòng)軸。例如，傳動(dòng)軸上面可以設(shè)置由齒輪。芯塞可以設(shè)置在腔體中與齒輪對(duì)準(zhǔn)。

從以下結(jié)合附圖對(duì)實(shí)行本教導(dǎo)的最佳模式進(jìn)行的詳細(xì)描述中能夠很容易明白本教導(dǎo)的上述特征和優(yōu)點(diǎn)以及其它特征和優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1是根據(jù)本教導(dǎo)的平衡軸組件的第一實(shí)施例的示意側(cè)視圖。

圖2是圖1的在圖1中的線2-2處截取的平衡軸組件的一部分的示意橫截面圖。

圖3是在本教導(dǎo)的范圍內(nèi)的平衡軸組件的替代性實(shí)施例的示意橫截面圖。

圖4是在本教導(dǎo)的范圍內(nèi)的平衡軸組件的替代性實(shí)施例的示意橫截面圖。

圖5是圖4的在圖4中的線5-5處截取的平衡軸組件的示意橫截面圖。

圖6是平衡軸組件的替代性實(shí)施例的示意橫截面圖。

圖7是在本教導(dǎo)的范圍內(nèi)的凸輪軸組件的示意透視圖。

圖8是圖7的在圖7中的線8-8處截取的凸輪軸組件的一部分的橫截面圖。

圖9是在本教導(dǎo)的范圍內(nèi)的凸輪軸組件的替代性實(shí)施例的橫截面圖。

圖10是圖9的在圖9中的線10-10處截取的凸輪軸組件的示意橫截面圖。

圖11是圖9的在圖9中的線11-11處截取的凸輪軸組件的示意橫截面圖。

圖12是圖9的在圖9中的線12-12處截取的凸輪軸組件的示意橫截面圖。

圖13是圖9的在圖9中的線13-13處截取的凸輪軸組件的示意橫截面圖。

圖14是圖9的凸輪軸組件的示意橫截面圖，其中替代性芯塞設(shè)置在圖10的橫截面的位置處的腔體中。

圖15是圖9的凸輪軸組件的示意橫截面圖，其中替代性芯塞設(shè)置在圖11的橫截面的位置處的腔體中。

圖16是圖9的凸輪軸組件的示意橫截面圖，其中替代性芯塞設(shè)置在圖12的橫截面的位置處的腔體中。

圖17是圖9的凸輪軸組件的示意橫截面圖，其中替代性芯塞設(shè)置在圖13的橫截面的位置處的腔體中。

圖18是另一個(gè)替代性凸輪軸組件的示意橫截面圖。

圖19是另一個(gè)替代性凸輪軸組件的示意橫截面圖。

圖20是另一個(gè)替代性凸輪軸組件的示意橫截面圖。

圖21是另一個(gè)替代性凸輪軸組件的示意橫截面圖。

圖22是在圖23中的線22-22處截取的替代性動(dòng)力系軸組件的一部分的示意橫截面圖。

圖23是在圖22中的線23-23處截取的替代性動(dòng)力系軸組件的一部分的示意橫截面圖。

圖24是另一個(gè)替代性動(dòng)力系軸組件的一部分的示意橫截面圖。

圖25是傳動(dòng)軸組件的示意橫截面圖，其中芯塞設(shè)置在本教導(dǎo)的范圍內(nèi)的傳動(dòng)軸內(nèi)。

圖26是傳動(dòng)軸離合器組件的示意橫截面圖，其中芯塞設(shè)置在本教導(dǎo)的范圍內(nèi)的傳動(dòng)軸內(nèi)。

具體實(shí)施方式

參考附圖，其中全部幾個(gè)視圖中的相同標(biāo)號(hào)指示相同部分，圖1示出了包括平衡軸12的平衡軸組件10。鏈輪14安裝在平衡軸12上并且經(jīng)由鏈條(未示出)操作地連接平衡軸12以與曲軸一起旋轉(zhuǎn)。配重體16以相反方向安裝在平衡軸12的端部處。保持螺栓18將配重體16保持在平衡軸12上的適當(dāng)位置中。由三角形示意地表示的軸承20將平衡軸可旋轉(zhuǎn)地安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)組(未示出)上。本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易理解使用平衡軸來(lái)抵消發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)。另外，雖然圖2至6是關(guān)于平衡軸而描述，但是關(guān)于圖6所示和所述的特征可以用于本教導(dǎo)的范圍內(nèi)的其它類型的動(dòng)力系軸。例如，凸輪軸、傳動(dòng)軸或其它動(dòng)力系軸可以包括本文所示和所述的任何特征。

為了減輕重量，平衡軸12具有腔體22，其沿著縱向軸線23至少部分從軸12的第一軸向端24延伸至第二軸向端26。在所示實(shí)施例中，腔體22完全從第一軸向端24延伸至第二軸向端26。在各個(gè)實(shí)施例中，軸12可以利用腔體22擠壓，或可在軸12中對(duì)腔體22鉆孔。軸12的內(nèi)徑d和軸12的所得厚度t必須配置成承受操作應(yīng)力和最大發(fā)動(dòng)機(jī)速度，同時(shí)僅在可接受限度內(nèi)彈性地變形。通過(guò)將第一芯塞30設(shè)置在腔體22內(nèi)的關(guān)鍵位置中，芯塞30增大軸組件10的剛度。由于芯塞30，直徑d可以大于腔體22為空的情況。管狀軸12的壁的所得較低厚度t減輕軸12的總重量。軸12中減少的此材料體積可以大于芯塞30的增加體積。因此，即使芯塞30與軸12的材料相同，軸組件10的總重量也可以減輕。如果芯塞30具有密度小于軸12的材料，那么實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步減輕重量。芯塞30的橫截面幾何形狀結(jié)合軸12的較低厚度t的組合產(chǎn)生具有較低總質(zhì)量的復(fù)合軸10。

在圖2中，芯塞30稱作第一芯塞。芯塞30設(shè)置在軸12的第一部分處的腔體22的第一部分22a中，該第一部分指示為大體上從位置a延伸至位置b的部分p1。如圖2中所示，第一芯塞30與第一部分p1對(duì)準(zhǔn)。腔體22的第二部分22b是在軸12的第二部分p2處，該第二部分p2從第一軸向端24延伸至位置a。腔體22的第三部分22c是在軸12的第三部分p3處，該第三部分p3從第二軸向端26延伸至位置b。由于較低應(yīng)力水平，軸12的第二部分p2和第三部分p3受到小于第一水平的應(yīng)力的第二水平的應(yīng)力，如可以通過(guò)有限元素分析、通過(guò)實(shí)用測(cè)試或其它方法確定。取決于必須承受的應(yīng)力的水平，第二部分p2和第三部分p3可以選用地保持為空(如圖4中所示)使得軸12在第二部分p2和第三部分p3處是空心的。然而，在圖2的實(shí)施例中，第二芯塞34設(shè)置在腔體22的第二部分22b中與第二部分p2對(duì)準(zhǔn)。類似地，第三芯塞36設(shè)置在腔體22的第三部分22c中與第三部分p3對(duì)準(zhǔn)。第一芯塞30可以具有第一密度，且第二芯塞34以及第三芯塞36可以具有小于第一密度的第二密度。第一芯塞30的密度可以與軸12的密度相同或小于軸12的密度。另外，第二芯塞34和第三芯塞36的橫截面面積可以小于第一芯塞30的橫截面面積。

本文所述的任何芯塞可以至少部分是鋁、至少部分是鈦、陶瓷、金屬基體或復(fù)合物。如本文所使用，“復(fù)合物”在用于描述諸如芯塞的部件時(shí)是某種材料(是聚合物與另一種材料的復(fù)合物)。例如，復(fù)合物可以是玻璃增強(qiáng)尼龍、玻璃增強(qiáng)丙烯腈丁二烯苯乙烯(abs)、填充玻璃的熱固性塑料、填充玻璃的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(pet)或其它聚合物復(fù)合物。在本教導(dǎo)的范圍內(nèi)可以使用其它材料。

制造軸組件10的方法包括配置具有腔體22的軸12，該腔體22至少部分從第一軸向端24延伸至第二軸向端26并且在第一軸向端24和第二軸向端26中的至少一端處開(kāi)口。例如，軸12可以通過(guò)鑄造具有腔體22的軸12(諸如通過(guò)在鑄造軸12時(shí)將臨時(shí)芯體放置在模具中、將軸12鑄造在臨時(shí)芯體周圍且接著移除臨時(shí)芯體)而配置有腔體。軸12反而可以通過(guò)在軸12鑄造為實(shí)心軸之后對(duì)腔體22鉆孔而配置有腔體22。

該方法進(jìn)一步包括將芯塞30設(shè)置在腔體22中。這包括將芯塞30與腔體22的第一部分22a對(duì)準(zhǔn)。腔體22的第二部分22b可以為空。替代地，該方法可以包括將第二芯塞34設(shè)置在第二部分22b中，其中第二芯塞34的密度小于第一芯塞30。

圖3示出了具有平衡軸112的平衡軸組件110的替代性實(shí)施例，其中軸12的外徑加工成使得軸112在其中需要較小剛度的部分中具有減小的厚度。例如，雖然軸112的第一部分p1具有類似于軸12的第一厚度t1，但是第二部分p2和第三部分p3具有小于第一厚度t1的厚度t2。制造圖3的軸組件的方法將因此包括諸如通過(guò)加工軸12的第二部分p2的外徑將軸112配置成在第二部分p2處的外徑小于軸12的第一部分p1處的外徑，且還通過(guò)加工軸12的第三部分p3的外徑將軸112配置成在第三部分p3處的外徑小于軸12的第一部分p1處的外徑。

圖4示出了具有替代性芯塞230的平衡軸組件210的替代性實(shí)施例，該芯塞具有從芯塞230的第一軸向端234延伸至第二軸向端236的開(kāi)口232。開(kāi)口232減小芯塞230的體積，進(jìn)一步減輕軸組件210的重量。開(kāi)口232可以具有各種形狀。在圖4的實(shí)施例中，開(kāi)口232在垂直于軸12的旋轉(zhuǎn)軸線(即，縱向軸線23)的橫截面處具有大體上三角形形狀。三角形形狀具有圓角，并且可以稱作三凸角形狀。在其它實(shí)施例中，開(kāi)口可為圓形或另一種形狀，或可以使用具有大體上與軸線23平行延伸的多個(gè)開(kāi)口的芯塞。

具有中心開(kāi)口的芯塞在需要沿著軸12的中心向下潤(rùn)滑流動(dòng)的平衡軸中尤為有用。在圖5中，軸12具有通過(guò)軸延伸至腔體22中(如由第一部分22a表示)的潤(rùn)滑開(kāi)口40。芯塞230定向在第一部分22a中與潤(rùn)滑開(kāi)口40對(duì)準(zhǔn)以允許潤(rùn)滑劑軸向地流過(guò)腔體22的中心。更具體地，芯塞230中的通道42與軸12的潤(rùn)滑開(kāi)口40對(duì)準(zhǔn)，并且與中心開(kāi)口232連通。潤(rùn)滑劑可因此通過(guò)開(kāi)口40和通道42流至中心開(kāi)口232。在與開(kāi)口40軸向間隔開(kāi)的軸12的另一個(gè)部分處，芯塞230中的另一個(gè)通道可與軸12中的另一個(gè)潤(rùn)滑開(kāi)口對(duì)準(zhǔn)使得可引導(dǎo)潤(rùn)滑劑進(jìn)出軸12。

圖6示出了具有平衡軸312的平衡軸組件310的另一個(gè)實(shí)施例，該平衡軸具有彼此成角度移位的兩個(gè)潤(rùn)滑開(kāi)口340。平衡軸312具有不需要潤(rùn)滑劑流過(guò)腔體22的中心的潤(rùn)滑系統(tǒng)。在此軸組件310中，芯塞330不需要具有中心開(kāi)口。例如，可使用在垂直于軸312的縱向軸線23的橫截面處具有i梁形狀的芯塞330。芯塞330設(shè)置在腔體22中使得i梁的一個(gè)支腳部分348配合至軸312的內(nèi)表面350介于潤(rùn)滑開(kāi)口340之間。潤(rùn)滑劑可接著在芯塞330的中心部分352的任一側(cè)上沿著腔體22向下軸向地流過(guò)開(kāi)口340。

參考圖7，示出了凸輪軸組件410。凸輪軸組件410包括凸輪軸412，在凸輪軸412的外表面415處具有多個(gè)凸輪凸角460。凸輪凸角460包括第一對(duì)凸輪凸角460a、第二對(duì)凸輪凸角460b、第三對(duì)凸輪凸角460c以及第四對(duì)凸輪凸角460d。如圖8中所示，多個(gè)芯塞430可設(shè)置在延伸穿過(guò)凸輪軸412的腔體422中使得芯塞430可與凸輪凸角460a、460b、460c、460d軸向?qū)?zhǔn)。換言之，凸輪凸角460與芯塞430同軸。由于芯塞430的負(fù)荷承受能力，腔體422可制造得大于另外的腔體，即，凸輪軸412的厚度可減小，從而相對(duì)于無(wú)芯塞的凸輪軸組件減輕凸輪軸組件410的總重量。

凸輪軸412在凸輪凸角460處歸因于凸輪凸角460抵著發(fā)動(dòng)機(jī)閥(未示出)作用而受到最大應(yīng)力。更具體地，凸輪凸角460上的最大負(fù)荷在從凸輪凸角460的鼻部470的尖端向內(nèi)至軸線23的方向上。鼻部470是凸輪凸角460的最遠(yuǎn)極端，并且還可以稱作凸輪凸角460的遠(yuǎn)側(cè)尖端。因此，芯塞430從凸輪凸角460向內(nèi)設(shè)置在腔體422中并且由凸輪凸角460徑向地包圍，其中腔體422的空部保持在芯塞430之間。換言之，芯塞430制造得僅足夠長(zhǎng)到延伸稍遠(yuǎn)于一對(duì)凸輪凸角460的間隔的寬度。芯塞430的總重量因此最小化。芯塞430大體上為實(shí)心的，但是還可具有可根據(jù)軸12、112或412或如本文所述的其它軸上的負(fù)荷而定向的橫截面形狀。

芯塞(諸如圖5和6的芯塞230和330)的橫截面形狀可定向在與凸輪軸上的負(fù)荷關(guān)聯(lián)的凸輪軸412的腔體內(nèi)。如圖7和9中所示，凸輪凸角460a至460d圍繞軸線23定向在不同角定向上。在圖9中，凸輪軸組件510包括具有設(shè)置在腔體422中與該對(duì)凸輪凸角460對(duì)準(zhǔn)的芯塞230的凸輪軸412，如關(guān)于圖8的芯塞430所述。在圖9中，芯塞230以開(kāi)口232的預(yù)定橫截面形狀定位在腔體422內(nèi)，該開(kāi)口232圍繞軸線23定向成在與芯塞430處的凸輪軸412上的預(yù)定最大負(fù)荷關(guān)聯(lián)的預(yù)定角定向上。每個(gè)開(kāi)口232的相應(yīng)預(yù)定角定向與從芯塞430徑向地向外的凸輪凸角460的鼻部470的角定向關(guān)聯(lián)。如圖7和10至13中表明，鼻部470定向成在每個(gè)相鄰對(duì)的凸輪凸角460中彼此間隔開(kāi)90度。在圖10中，三角形開(kāi)口232的頂點(diǎn)480與芯塞230所對(duì)應(yīng)的凸輪凸角460a的鼻部470對(duì)準(zhǔn)。頂點(diǎn)480以鼻部470的中心為中心。

圖14至17分別示出了具有凸輪凸角460a至460d且具有類似于圖6設(shè)置在腔體422中的芯塞330的凸輪軸412。芯塞330設(shè)置在具有圍繞軸線23成角度定向的開(kāi)口423的腔體422中(即，腔體422的部分在中心部分352的任一側(cè)上)使得中心部分352與相應(yīng)的凸輪凸角460a至460d的鼻部470對(duì)準(zhǔn)。在此位置中，芯塞330最佳地承受鼻部470上的負(fù)荷。

在圖7至17的任何實(shí)施例中，定向的芯塞230或330可以與軸412中的潤(rùn)滑開(kāi)口對(duì)準(zhǔn)(如關(guān)于圖5和6中的潤(rùn)滑開(kāi)口40和340所討論)。在圖7至17的實(shí)施例中，設(shè)置在腔體422中的芯塞(無(wú)論是定向的芯塞230、330還是實(shí)心芯塞30、430)基本上彼此相似，從而出于經(jīng)濟(jì)上的考慮可以實(shí)現(xiàn)成本節(jié)約。

圖18示出了包括圖8的凸輪軸412的動(dòng)力系軸組件610的實(shí)施例，其中i梁形狀的芯塞330a(在垂直于軸線23的橫截面處具有與芯塞330相同的橫截面形狀)成角度地定向成與相應(yīng)的凸輪凸角460a、460b、460c和460d的鼻部對(duì)準(zhǔn)，除了芯塞330a長(zhǎng)于芯塞330使得腔體422中的芯塞330a之間沒(méi)有空間之外，均如關(guān)于圖14至14的芯塞330所述。

圖19示出了包括圖8的凸輪軸412的動(dòng)力系軸組件710的實(shí)施例，其中三凸角形狀的芯塞230a(在垂直于軸線23的橫截面處具有與圖5中的芯塞230相同的橫截面形狀)成角度地定向成與相應(yīng)的凸輪凸角460a、460b、460c和460d的鼻部對(duì)準(zhǔn)，除了芯塞230a長(zhǎng)于芯塞330使得腔體422中的芯塞230a之間沒(méi)有空間之外，均如關(guān)于圖10至13的芯塞230所述。

圖20示出了包括圖8的凸輪軸412的動(dòng)力系軸組件810的實(shí)施例，其中i梁形狀的芯塞成角度地定向成與相應(yīng)的凸輪凸角460a、460b、460c和460d的鼻部對(duì)準(zhǔn)，除了每一對(duì)凸輪凸角460a、460b、460c和460d處設(shè)置有一組三個(gè)芯塞之外，均如關(guān)于圖14至17的芯塞330所述。更具體地說(shuō)，一組三個(gè)芯塞設(shè)置成與凸輪凸角460a對(duì)準(zhǔn)，并且包括相對(duì)較重的芯塞331a和兩個(gè)相對(duì)較輕的芯塞332a，芯塞331a的任一側(cè)上設(shè)置有一個(gè)芯塞。芯塞331a相對(duì)較重，因?yàn)槠渚哂泻裼诤?或?qū)捰谛救?32a的支腳部分的支腳部分(即，如芯塞330的支腳部分348)，從而在圍繞軸線23彎曲時(shí)給其賦予較大的面積慣性矩。替代地，芯塞331a可具有與芯塞332a相同的橫截面面積和面積矩，但是可具有更致密材料。相對(duì)較重的芯塞331a由凸輪凸角460a包圍并且因此定位在大于從凸輪凸角460a軸向地移位的較輕芯塞332a的凸輪軸412的應(yīng)力承受部分中。

類似的一組三個(gè)芯塞331b、332b和332b設(shè)置成與凸輪凸角460b對(duì)準(zhǔn)，并且包括相對(duì)較重的芯塞331b和兩個(gè)相對(duì)較輕的芯塞332b，芯塞331b的任一側(cè)上設(shè)置有一個(gè)芯塞。類似的一組三個(gè)芯塞331c、332c和332c設(shè)置成與凸輪凸角460c對(duì)準(zhǔn)，并且包括相對(duì)較重的芯塞331c和兩個(gè)相對(duì)較輕的芯塞332c，芯塞331c的任一側(cè)上設(shè)置有一個(gè)芯塞。類似的一組三個(gè)芯塞331d、332d和332d設(shè)置成與凸輪凸角460d對(duì)準(zhǔn)，并且包括相對(duì)較重的芯塞331d和兩個(gè)相對(duì)較輕的芯塞332d，芯塞331d的任一側(cè)上設(shè)置有一個(gè)芯塞。

圖21示出了包括圖8的凸輪軸412的動(dòng)力系軸組件910的實(shí)施例，其中三凸角形狀的芯塞成角度地定向成與相應(yīng)的凸輪凸角460a、460b、460c和460d的鼻部對(duì)準(zhǔn)，除了每一對(duì)凸輪凸角460a、460b、460c和460d處設(shè)置有一組三個(gè)芯塞之外，均如關(guān)于圖10至13的芯塞230所述。更具體地，一組三個(gè)芯塞設(shè)置成與凸輪凸角460a對(duì)準(zhǔn)，并且包括相對(duì)較重的芯塞231a和兩個(gè)相對(duì)較輕的芯塞232a，芯塞231a的任一側(cè)上設(shè)置有一個(gè)芯塞。芯塞231a相對(duì)較重，因?yàn)槠渚哂行∮谛救?32a的三凸角開(kāi)口(如芯塞230的開(kāi)口232)。相對(duì)較重芯塞231a由凸輪凸角460a包圍并且因此定位在大于從凸輪凸角460a軸向地移位的較輕芯塞232a的凸輪軸412的應(yīng)力承受部分中。類似的一組三個(gè)芯塞231b、232b、232b設(shè)置成與凸輪凸角460b對(duì)準(zhǔn)，并且包括相對(duì)較重的芯塞231b和兩個(gè)相對(duì)較輕的芯塞232b，芯塞231b的任一側(cè)上設(shè)置有一個(gè)芯塞。

類似的一組三個(gè)芯塞231c、232c、232c設(shè)置成與凸輪凸角460c對(duì)準(zhǔn)，并且包括相對(duì)較重的芯塞231c和兩個(gè)相對(duì)較輕的芯塞232c，芯塞231c的任一側(cè)上設(shè)置有一個(gè)芯塞。類似的一組三個(gè)芯塞231d、232d、232d設(shè)置成與凸輪凸角460d對(duì)準(zhǔn)，并且包括相對(duì)較重的芯塞231d和兩個(gè)相對(duì)較輕的芯塞232d，芯塞231d的任一側(cè)上設(shè)置有一個(gè)芯塞。通過(guò)使用如所述的多組芯塞，中心芯塞的任一側(cè)上的芯塞可具有較小密度或在彎曲時(shí)可具有較小橫截面面積或面積模量，從而減輕總質(zhì)量，同時(shí)在腔體中提供的剛度大于中心芯塞之間的腔體為空的情況。

圖22和23示出了具有動(dòng)力系軸1012和芯塞1030的動(dòng)力系軸組件1010的另一個(gè)實(shí)施例。軸1012可為本文所討論的任何類型的軸(包括凸輪軸、平衡軸或本文所討論的任何類型的傳動(dòng)軸)并且在至少一個(gè)軸向端處開(kāi)口以允許芯塞1030設(shè)置在腔體1022中。芯塞1030在圖22的軸向橫截面中具有i梁形狀的中心部分1052。芯塞1030的支腳部分1053沿著軸1012的軸線23延伸以增大芯體1030的彎曲模量。穿過(guò)中心部分1052的選用中心軸向開(kāi)口1056也包括在內(nèi)以減輕芯塞1030的質(zhì)量。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，諸如當(dāng)軸不具有方向性負(fù)荷時(shí)可使用兩個(gè)以上支腳部分1053。支架的最優(yōu)數(shù)量可以是四、六或八或另一個(gè)數(shù)量。另外，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，軸可以使用沿著軸具有相同或不同于圖7至9、圖18至21的橫截面幾何形狀和位置的多個(gè)芯塞1030以賦予總動(dòng)力系軸組件1010的最優(yōu)質(zhì)量。另外，可使用具有帶有兩個(gè)支腳部分的i梁形狀并且具有兩個(gè)側(cè)臂部分的芯塞，該兩個(gè)側(cè)臂部分從中心部分大體上垂直于中心部分向外延伸并且與支腳部分定向成相距90度。此側(cè)臂部分接觸的軸的內(nèi)表面以提供托架支撐，并且可以小于支腳部分。

圖24示出了具有動(dòng)力系軸1012a和芯塞1030a的動(dòng)力系軸組件1010a的替代性實(shí)施例。軸1012a可為本文所討論的任何類型的軸(包括凸輪軸、平衡軸或本文所討論的任何類型的傳動(dòng)軸)并且在至少一個(gè)軸向端處開(kāi)口以允許芯塞1030a設(shè)置在腔體1022a中。芯塞1030a具有在類似于圖22的軸向橫截面中具有i梁形狀的中心部分1052a以及周圍的外環(huán)狀環(huán)1054a。穿過(guò)中心部分1052a的選用中心軸向開(kāi)口1056a也包括在內(nèi)以減輕芯塞1030a的質(zhì)量。

在本文所公開(kāi)的任何實(shí)施例中，如果使用具有軸向開(kāi)口的芯塞，那么一個(gè)或多個(gè)插塞可放置在軸向開(kāi)口內(nèi)以在芯塞內(nèi)提供芯塞。例如，另一個(gè)芯塞可放置在圖9的每個(gè)芯塞230的開(kāi)口232內(nèi)。開(kāi)口232內(nèi)的芯塞將進(jìn)一步在較高負(fù)荷的部分處增大凸輪軸412的剛度，并且可為不同于芯塞230的材料(和/或密度更小或更大)。

圖25示出了包括具有腔體1122的傳動(dòng)軸1112的動(dòng)力系軸組件1110的替代性實(shí)施例，該腔體從傳動(dòng)軸1112的第一軸向端1124延伸至第二軸向端1126。軸承1123支撐軸1112。芯塞1130設(shè)置在腔體1122中與固定在軸1112上的齒輪1182對(duì)準(zhǔn)以與軸1112一起旋轉(zhuǎn)。另一個(gè)齒輪1184也固定在軸1112上以與軸1112一起旋轉(zhuǎn)。齒輪1184具有不同于齒輪1182的直徑和齒數(shù)。因此，當(dāng)由齒輪1181施用轉(zhuǎn)矩至齒輪1182時(shí)(局部視圖中所示)，齒輪1182將轉(zhuǎn)矩傳輸至軸1112以導(dǎo)致軸旋轉(zhuǎn)。齒輪1184將以與齒輪1184相同的速度與軸1112一起旋轉(zhuǎn)，但是因?yàn)辇X輪1184具有不同直徑和齒數(shù)，所以與齒輪1184嚙合的另一個(gè)齒輪1186(局部視圖中所示)將以不同于軸1112的速度旋轉(zhuǎn)。

以此方式進(jìn)行的轉(zhuǎn)矩傳遞在軸1112上產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)和彎曲應(yīng)力。通過(guò)將芯塞1130與經(jīng)歷應(yīng)力的軸1112的一部分對(duì)準(zhǔn)，腔體1122可制造得大于另外的腔體，其中重量?jī)魷p輕，即便附加了芯塞1130。開(kāi)口1132延伸穿過(guò)芯塞1130。開(kāi)口1132可以具有任何形狀，包括圓形(未示出)或圖5的大體上三角形形狀。替代地，可使用具有圖6中所示的i梁形狀的芯塞?？蛇x擇選定形狀的芯塞1130以使得軸1112中的潤(rùn)滑開(kāi)口能夠與軸中理想的軸向流對(duì)準(zhǔn)，如關(guān)于圖5和6所討論。

可結(jié)合傳動(dòng)軸1112使用本文所述的任何特征。例如，圖2中的軸12可以表示具有設(shè)置在腔體22中的不同密度的多個(gè)芯塞的傳動(dòng)軸。例如，具有第一密度的第一芯塞30可諸如通過(guò)將芯塞與承受最高轉(zhuǎn)矩或彎曲力和偏轉(zhuǎn)的軸上的齒輪對(duì)準(zhǔn)與經(jīng)歷最大應(yīng)力的傳動(dòng)軸的部分對(duì)準(zhǔn)，并同時(shí)將第二芯塞34與經(jīng)歷較小應(yīng)力的傳動(dòng)軸1112的一部分對(duì)準(zhǔn)。如果軸1112的多個(gè)部分經(jīng)歷高應(yīng)力，那么多個(gè)芯塞30可與那些部分對(duì)準(zhǔn)，其中空的空間或密度較小的芯塞與密度更大的芯塞30相鄰。通過(guò)加固具有芯塞的軸1112，軸的彎曲偏轉(zhuǎn)最小化以幫助將齒輪保持為與它們嚙合的其它齒輪(用虛線指示)適當(dāng)?shù)貙?duì)準(zhǔn)。

如關(guān)于圖3的實(shí)施例所述，傳動(dòng)軸1112可加工或者設(shè)置成在承受減小應(yīng)力的部分處具有較小外徑(即，較薄壁)。本文所述的芯塞的任何材料可用于傳動(dòng)軸1112中的芯塞1130或插塞。例如，芯塞1130可為鈦或鋁芯塞。

通過(guò)使用芯塞1130提供潛在較大腔體1122，軸組件1110的較大量的熱膨脹在操作期間是可行的。這可以幫助維持高操作溫度下的齒輪對(duì)準(zhǔn)。歸因于較大腔體1122實(shí)現(xiàn)質(zhì)量減輕，而相同或更大剛度的軸組件1110(與具有小于腔體1122且無(wú)芯塞1130的腔體的軸相比)歸因于經(jīng)歷高應(yīng)力或偏轉(zhuǎn)的部分處的開(kāi)口中的一個(gè)或多個(gè)芯塞的關(guān)鍵放置而變得可行。

圖26是包括支撐離合器殼體1213的傳動(dòng)軸1212的動(dòng)力系軸組件1210的另一個(gè)實(shí)施例。軸1212具有第一軸向端1224和第二軸向端1226。離合器1216可接合成諸如將齒輪或其它旋轉(zhuǎn)部件與軸1212連接或?qū)⑤S1212接地至固定構(gòu)件。支撐件1217包圍軸1212并且支撐其相對(duì)于支撐件1217圍繞軸線23的旋轉(zhuǎn)。驅(qū)動(dòng)連接件1215用花鍵連接至軸1212。芯塞1230設(shè)置在軸1212的腔體1222中以在相鄰于離合器殼體1213的高負(fù)荷和應(yīng)力的區(qū)域中提供軸1212的加固。如關(guān)于本文的其它實(shí)施例所討論，芯塞1230可為不同材料、可具有不同于軸1212的密度或橫截面面積。

因此，制造軸組件的方法包括配置具有腔體22、422、1022、1122、1222的軸12、112、312、412、1012、1012a、1112、1212，其中該腔體至少部分從軸的第一軸向端延伸至第二軸向端并且在第一軸向端和第二軸向端中的至少一端處開(kāi)口。該方法進(jìn)一步包括通過(guò)將芯塞30、230、230a、330、330a、331a、332a、430、1030、1030a、1130、1230與受到第一水平的應(yīng)力的腔體的第一部分將該芯塞設(shè)置在腔體中，使得受到小于第一水平的應(yīng)力的第二水平的應(yīng)力的腔體的第二部分是空的，或選用地在其中設(shè)置有密度小于第一芯塞的第二芯塞、具有不同于第一芯塞的橫截面面積或面積模量，或這三項(xiàng)的任何組合。

該方法進(jìn)一步包括將芯塞的開(kāi)口的預(yù)定橫截面形狀圍繞旋轉(zhuǎn)軸線定向在與軸上的預(yù)定最大負(fù)荷關(guān)聯(lián)的預(yù)定角定向上，諸如關(guān)于芯塞230和330以及圖10至17所述。預(yù)定角定向與凸輪凸角的鼻部470對(duì)準(zhǔn)，且多個(gè)附加芯塞設(shè)置在腔體中與多個(gè)附加凸輪凸角相對(duì)應(yīng)。諸如關(guān)于圖18至21所述的多組芯塞可與凸輪凸角對(duì)準(zhǔn)且這些組之間的腔體中沒(méi)有空間，或芯塞之間的腔體中可以有空間。更進(jìn)一步，本文所述的任何芯塞(無(wú)論是實(shí)心的還是具有可關(guān)于負(fù)荷定向的具體幾何形狀)可放置在相對(duì)較高負(fù)荷或應(yīng)力的區(qū)域中，且管狀插塞(即，具有圓形中心開(kāi)口的芯塞)可放置在實(shí)心或定向的芯塞之間以與實(shí)心或定向的芯塞之間的腔體保持為空相比提供更大剛度。

該方法包括將多個(gè)附加芯塞中的每一個(gè)的開(kāi)口的相應(yīng)預(yù)定角定向與芯塞所對(duì)應(yīng)的相應(yīng)凸輪凸角的鼻部對(duì)準(zhǔn)。該方法可以進(jìn)一步包括將芯塞與軸中的潤(rùn)滑開(kāi)口對(duì)準(zhǔn)，如關(guān)于圖5和6的潤(rùn)滑開(kāi)口40、340所述。

在各個(gè)實(shí)施例中，該方法可以包括鑄造或鍛造軸12、112、312、412、1012、1012a、1112、1212。在一個(gè)實(shí)施例中，可以在鑄造或鍛造的軸中對(duì)腔體22、422、1022、1122、1222鉆孔。在另一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)軸已鑄造時(shí)，可通過(guò)將芯塞定位在其中鑄造曲軸的模具中來(lái)將芯塞鑄造至腔體中。在此實(shí)施例中，將軸鑄造在芯塞和選用地進(jìn)行噴砂或打蠟的臨時(shí)芯體周圍。芯塞將保留在鑄件中，而臨時(shí)芯體被移除。在另一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)鑄造軸時(shí)，可在模具中插入臨時(shí)芯體(諸如砂芯或蠟芯)以形成腔體。在鑄造軸之后，移除芯體且此后通過(guò)鑄造或按壓配合插入將芯塞插入在腔體中。

雖然已詳細(xì)地描述了用于實(shí)行本教導(dǎo)的許多方面的最佳模式，但是熟悉這些教導(dǎo)所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到用于實(shí)踐隨附權(quán)利要求書(shū)的范圍內(nèi)的本教導(dǎo)的各種替代方面。