FR2659403A1

FR2659403A1 - DRIVE SHAFT.

Info

Publication number: FR2659403A1
Application number: FR9102678A
Authority: FR
Inventors: Beier Rudolf; Amborn Peter; Exner Wolfgang; Frielingsdorf Herbert; Greulich Klaus
Original assignee: Loehr and Bromkamp GmbH; GKN Automotive GmbH
Current assignee: GKN Driveline Deutschland GmbH; GKN Driveline International GmbH
Priority date: 1990-03-08
Filing date: 1991-03-06
Publication date: 1991-09-13
Anticipated expiration: 2011-03-06
Also published as: DE4007284A1; GB9104846D0; DE9007617U1; GB2241769B; FR2659403B1; JPH05263819A; ITMI910448A0; GB2241769A; ITMI910448A1; IT1252046B

Abstract

Cet arbre de transmission (6, 10) pour véhicule automobile possède une symétrie axiale et de révolution et, avec une épaisseur de paroi constante ou variable et avec un diamètre intérieur (Di) et/ou un diamètre extérieur (Da) variables, il présente une répartition de la surface de section qui est optimisée pour le fonctionnement et qui satisfait aux conditions de solidité exigées, cependant que la rigidité de torsion nécessaire peut être réglée et que la fréquence propre ou de résonance peut être modifiée. Cette forme de réalisation permet de reporter la fréquence propre ou de résonance de l'arbre de transmission (6, 10) dans une région d'excitation extérieure minimale.This transmission shaft (6, 10) for a motor vehicle has an axial symmetry and of revolution and, with a constant or variable wall thickness and with a variable internal diameter (Di) and / or an external diameter (Da), it has a distribution of the cross-sectional area which is optimized for operation and which satisfies the required strength conditions, while the necessary torsional stiffness can be adjusted and the natural or resonant frequency can be changed. This embodiment allows the natural or resonant frequency of the transmission shaft (6, 10) to be transferred to a minimum external excitation region.

Description

L'invention concerne un arbre de transmission qui est fabriqué en uneThe invention relates to a drive shaft which is made of a

seule pièce par une opération de déformation à froid, en particulier pour la propulsion d'un véhicule automobile, et présenté sous la forme d'un arbre tubulaire comprenant une zone tubulaire centrale, single piece by a cold deformation operation, in particular for the propulsion of a motor vehicle, and presented in the form of a tubular shaft comprising a central tubular zone,

de grand diamètre extérieur, et des zones terminales for- of large outside diameter, and terminal zones form-

mées aux deux extrémités et qui possèdent des zones de located at both ends and which have zones of

réception dentées pour l'accouplement aux joints rota- toothed reception for coupling to rotary joints

tifs. On connaît déjà par le DE-A-30 09 277 un arbre de transmission de ce genre destiné à être utilisé comme tifs. We already know from DE-A-30 09 277 a transmission shaft of this kind intended to be used as

demi-arbre pour la propulsion d'un véhicule automobile. half-shaft for the propulsion of a motor vehicle.

L'arbre de transmission est essentiellement composé d'un arbre tubulaire qui présente deux extrémités à diamètre The transmission shaft is essentially composed of a tubular shaft which has two diameter ends

échelonné qui possèdent des zones réceptrices pour l'ac- staggered that have receptive areas for ac-

couplement aux joints La partie centrale de l'arbre tu- coupling to the joints The central part of the shaft

bulaire est de construction cylindrique et présente dans bular is of cylindrical construction and present in

toute son étendue le diamètre extérieur maximum Pour ob- its entire extent the maximum outside diameter To obtain

tenir une solidité mécanique uniforme sur toute la ré- maintain uniform mechanical strength over the entire

gion de l'arbre tubulaire, l'épaisseur de paroi diminue avec l'accroissement du diamètre extérieur Cette forme de réalisation présente un inconvénient consistant en ce gion of the tubular shaft, the wall thickness decreases with the increase in the external diameter This embodiment has a drawback consisting in

qu'on cherche uniquement la résistance mécanique de l'ar- that we are only looking for the mechanical strength of the ar-

bre et qu'il n'est possible d'adapter la fréquence pro- bre and that it is not possible to adjust the frequency

pre de flexion aux conditions exigées dans chaque cas pre bending to the conditions required in each case

que dans une mesure très limitée et que, en règle généra- that to a very limited extent and that, as a rule,

le, cette fréquence se trouve dans la région d'une fré- le, this frequency is in the region of a

quence d'excitation du système moteur-boîte de vitesses, de sorte qu'il n'est pas possible d'éviter la production quence of excitation of the engine-gearbox system, so that it is not possible to avoid production

de bruits de vibrations.vibration noises.

L'invention se donne donc pour but de créer un arbre de transmission dont le comportement vibratoire soit amélioré, en ce sens qu'il est possible de régler The invention therefore aims to create a transmission shaft whose vibrational behavior is improved, in the sense that it is possible to adjust

la fréquence propre à des valeurs comprises dans une pla- the frequency proper to values included in a plate

ge de fréquence d'excitation extérieure minimale, avec des moyens de construction simples et que ceci permet de ge of minimum external excitation frequency, with simple means of construction and this allows

réduire les bruits de vibrations.reduce vibration noise.

Selon l'invention, ce problème est résolu par le fait que la zone tubulaire centrale de l'arbre de According to the invention, this problem is solved by the fact that the central tubular zone of the shaft of

transmission est d'une construction possédant une symé- transmission is of a construction having a sym-

trie axiale et de révolution, et que le rapport de la ri- gidité à la flexion des zones terminales à celle de la trie axial and of revolution, and that the ratio of the stiffness to the flexion of the terminal zones to that of the

zone tubulaire centrale est supérieur à 20. central tubular area is greater than 20.

La valeur extrême du rapport de rigidité à la The extreme value of the stiffness to

flexion entre les zones de réception et la zone tubulai- bending between the reception zones and the tubular zone

re centrale fixe une valeur de référence qui, lorsqu'on en tient compte, conduit à un arbre de transmission qui présente de basses fréquences propres et dans lequel on re central fixes a reference value which, when taken into account, leads to a transmission shaft which has low natural frequencies and in which

peut reporter la fréquence propre dans une plage d'éner- can carry the natural frequency within an energy range

gie d'excitation extérieure minimale en modifiant son di- gie of minimal external excitation by modifying its di-

mensionnement Grâce à ce décalage de la fréquence de ré- Thanks to this shift in the frequency of re-

sonnance propre, on peut éviter des bruits de vibrations clean sound, vibration noises can be avoided

gênants L'arbre de transmission est ici d'une construc- bothersome The drive shaft here is of a construction

tion possédant une symétrie axiale et de révolution, en même temps qu'on peut réaliser un arbre de transmission tion having an axial symmetry and of revolution, at the same time that a transmission shaft can be produced

d'une forme particulièrement allongée. of a particularly elongated shape.

Dans une forme de réalisation de l'invention In one embodiment of the invention

donnée à titre d'exemple, il est prévu qu'avec un diamè- given by way of example, it is intended that with a diameter

tre extérieur de l'arbre de transmission constant ou va- be outside the constant drive shaft or will

riable, l'épaisseur de paroi de la zone tubulaire centra- reliable, the wall thickness of the central tubular area

le reste constante.the rest constant.

Avec cette épaisseur de paroi constante, alors que le diamètre extérieur est constant ou variable, on obtient une répartition de la surface de section qui est optimisée pour le fonctionnement et qui satisfait les conditions de solidité fondamentales, cependant que la rigidité à la torsion nécessaire peut être réglée et que les fréquences de résonnance propres pour les vibrations With this constant wall thickness, while the outside diameter is constant or variable, a distribution of the section surface is obtained which is optimized for operation and which satisfies the basic solidity conditions, while the necessary torsional rigidity can be set and that the own resonant frequencies for vibrations

de flexion et de torsion de l'arbre peuvent être adap- bending and torsion of the shaft can be adapted

tées aux conditions exigées Ceci signifie que les diffé- with the required conditions This means that the different

rentes sections sont supérieures, de loin dans certains cas, à la dimension minimale qui serait nécessaire, sous l'aspect de la capacité de charge, et que la rigidité à rentes sections are higher, by far in some cases, to the minimum dimension that would be necessary, in the aspect of the load capacity, and that the rigidity at

la torsion et le comportement acoustique sont optimi- torsion and acoustic behavior are optimized

sés.his.

En variante, on peut envisager que, pour rem- As a variant, it can be envisaged that, for

plir la condition de rigidité à la flexion citée plus haut, le diamètre intérieur et/ou le diamètre extérieur de l'arbre de transmission varient continuellement, du moins en partie, dans la zone tubulaire centrale, et avec une variation symétrique par rapport au milieu de Fold the condition of rigidity to bending mentioned above, the inside diameter and / or the outside diameter of the propeller shaft vary continuously, at least in part, in the central tubular zone, and with a symmetrical variation with respect to the medium of

l'arbre tubulaire.the tubular shaft.

Dans cette construction, l'arbre de transmis- In this construction, the transmission tree-

sion peut aussi être dimensionné de manière que sa fré- sion can also be dimensioned so that its frequency

quence propre de flexion soit située dans la plage de own bending curve is located in the range of

l'excitation extérieure minimale.minimum external excitation.

En utilisant une section transversale étagée Using a stepped cross section

pour l'arbre tubulaire, on obtient également une rigidi- for the tubular shaft, one also obtains a rigidi-

té à la flexion qui varie lorsqu'on se rapproche du mi- bending tee which varies when approaching the mid

lieu de l'arbre tubulaire, variation qui permet aussi un place of the tubular shaft, variation which also allows a

décalage de la fréquence propre de flexion. offset of the natural bending frequency.

2,0 Dans toutes les formes de réalisationle diamè- 2.0 In all embodiments, the diameter

tre extérieur maximum peut être placé dans le voisinage des zones terminales ou au milieu de l'arbre tubulaire, maximum outside can be placed in the vicinity of the end zones or in the middle of the tubular shaft,

l'arbre de transmission étant alors de conformation coni- the transmission shaft then having a conformation

que entre le diamètre extérieur minimum et le diamètre extérieur maximum, de sorte qu'on obtient une variation de la surface de section Dans le cas d'une conformation possédant son diamètre extérieur maximum au milieu de l'arbre tubulaire, on reproduit en outre quasiment la forme de la première vibration fondamentale de l'arbre tubulaire, de sorte que, grâce à l'accroissement de la surface de section, on obtient un accroissement de la résistance à la déformation de l'arbre de transmission only between the minimum outside diameter and the maximum outside diameter, so that a variation of the cross-sectional area is obtained In the case of a conformation having its maximum outside diameter in the middle of the tubular shaft, it is also almost reproduced the shape of the first fundamental vibration of the tubular shaft, so that, thanks to the increase in the cross-sectional area, an increase in the deformation resistance of the drive shaft is obtained

qui croît lorsqu'on se rapproche du milieu de l'arbre tu- which grows when you get closer to the middle of the tree

bulaire.bular.

D'autres caractéristiques et avantages de l'in- Other features and advantages of the

vention seront mieux compris à la lecture de la descrip- vention will be better understood on reading the description

tion qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 représente un véhicule automobile comprenant des arbres de transmission avant et arrière; la figure 2 est une coupe longitudinale d'une première forme de réalisation de l'arbre tubulaire; tion which will follow from an exemplary embodiment and with reference to the accompanying drawings in which: Figure 1 shows a motor vehicle comprising front and rear drive shafts; Figure 2 is a longitudinal section of a first embodiment of the tubular shaft;

les figures 3 à 8 sont chacune une coupe longi- Figures 3 to 8 are each a long section

tudinale d'une autre forme de réalisation de l'arbre tu- tudinal of another embodiment of the tu-

bulaire.bular.

Sur la figure 1, on a représenté un véhicule au- In Figure 1, a vehicle is shown

tomobile 1 à propulsion intégrale, dans lequel les roues avant 5 sont entraînées par un moteur avant 2, équipé d'une boîte de vitesses 3 et d'un différentiel d'essieu avant 4, par l'intermédiaire d'arbres de transmission avant 6 Le couple d'entraînement pour les roues arrière 7 est pris sur le différentiel 4 de l'essieu avant et tomobile 1 with all-wheel drive, in which the front wheels 5 are driven by a front motor 2, equipped with a gearbox 3 and a front axle differential 4, via front drive shafts 6 The drive torque for the rear wheels 7 is taken from the differential 4 of the front axle and

transmis à un différentiel d'essieu arrière 9 par l'in- transmitted to a rear axle differential 9 by the

termédiaire d'un arbre de transmission longitudinal 8. through a longitudinal drive shaft 8.

Le différentiel d'essieu arrière 9 entraîne les roues ar- The rear axle differential 9 drives the rear wheels

rière 7 par l'intermédiaire d'arbres de transmission ar- 7 by means of rear driveshafts

rière 10 Les arbres de transmission avant et arrière 6, rière 10 The front and rear drive shafts 6,

sont d'une configuration selon l'invention. are of a configuration according to the invention.

Sur chacune des figures 2 à 8, on a représenté In each of Figures 2 to 8, there is shown

un arbre de transmission 6, 10 qui est logé, par ses ré- a transmission shaft 6, 10 which is housed by its

gions de réception dentées prévues dans ses zones termi- toothed receiving regions provided in its termi-

nales 11, 12, dans les évidements correspondants du nales 11, 12, in the corresponding recesses of the

corps intérieur de joint, non représenté Dans les exem- inner seal body, not shown In the examples

ples de réalisation représentés sur les figures 2, 3 et 6, l'épaisseur de paroi D reste constante sur toute la longueur de l'arbre tubulaire; toutefois, on peut aussi ples of embodiment shown in Figures 2, 3 and 6, the wall thickness D remains constant over the entire length of the tubular shaft; however, one can also

envisager que l'épaisseur de paroi D soit d'une configu- consider that the wall thickness D is of a configuration

ration qui varie continuellement dans la zone centrale ration that varies continuously in the central area

Rm de l'arbre tubulaire et qui est symétrique par rap- Rm of the tubular shaft and which is symmetrical with respect to

port au milieu M de l'arbre tubulaire, comme ceci est re- port in the middle M of the tubular shaft, as shown

présenté sur les figures 4, 5 et 7, ou que la section transversale de l'arbre tubulaire présente une allure de shown in Figures 4, 5 and 7, or that the cross section of the tubular shaft has an appearance of

variation en escalier, selon la figure 8. staircase variation, according to figure 8.

Sur la figure 2, le diamètre extérieur Da est maintenu constant dans la zone centrale Rm, de sorte qu'on obtient une section cylindrique avec une épaisseur de paroi D constante. Sur la figure 3, le diamètre extérieur maximum Dmax est situé dans la région des deux zones terminales 11, 12 et, à partir de là, l'arbre de transmission 6, 10 présente une allure conique jusqu'au milieu M de l'arbre In FIG. 2, the outside diameter Da is kept constant in the central zone Rm, so that a cylindrical section is obtained with a constant wall thickness D. In FIG. 3, the maximum outside diameter Dmax is located in the region of the two end zones 11, 12 and, from there, the transmission shaft 6, 10 has a conical shape up to the middle M of the shaft

tubulaire, l'épaisseur de paroi D restant conservée cons- tubular, the wall thickness D remaining conserved

tante Au contraire, sur les figures 4 et 5, l'épaisseur aunt On the contrary, in Figures 4 and 5, the thickness

de paroi D présente en supplément une légère variation. of wall D presents in addition a slight variation.

Sur la figure 6, le diamètre extérieur maximum In Figure 6, the maximum outside diameter

Dmax est prévu au milieu M de l'arbre tubulaire, de sor- Dmax is provided in the middle M of the tubular shaft, so

te que l'arbre tubulaire 6, 10 se rétrécit en cône jus- te that the tubular shaft 6, 10 narrows into a cone up to

qu'à chacune des zones terminales 11, 12 et prend quasi- to each of the terminal zones 11, 12 and takes almost

ment la forme de la première vibration fondamentale. the shape of the first fundamental vibration.

Sur la figure 7, le diamètre extérieur maximum Dmax est prévu dans la région des deux zones terminales 11, 12, le diamètre intérieur Di restant constant, de sorte que l'épaisseur de paroi D varie continuellement In FIG. 7, the maximum outside diameter Dmax is provided in the region of the two end zones 11, 12, the inside diameter Di remaining constant, so that the wall thickness D varies continuously

sur toute la longueur de l'arbre de transmission 6, 10. over the entire length of the drive shaft 6, 10.

Sur la figure 8, on a représenté un arbre de In FIG. 8, a tree of

transmission 6, 10 dont l'allure de variation de la sec- transmission 6, 10 including the rate of variation of the sec-

tion transversale est en escalier.transverse tion is stepped.

Bien entendu, diverses modifications pourront être apportées par l'homme de l'art au dispositif qui Of course, various modifications may be made by those skilled in the art to the device which

vient d'être décrit uniquement à titre d'exemple non li- has just been described only by way of non-binding example

mitatif, sans sortir du cadre de l'invention. mitative, without departing from the scope of the invention.

Claims

R E V E N D I C A T I O N SR E V E N D I C A T I O N S

1 Arbre de transmission ( 6, 10) qui est fabri- 1 drive shaft (6, 10) which is manufactured

qué en une seule pièce par une opération de déformation de précision, en particulier pour la propulsion d'un qué in one piece by a precision deformation operation, in particular for the propulsion of a

véhicule automobile ( 1), présenté sous la forme d'un ar- motor vehicle (1), presented in the form of an ar-

bre tubulaire symétrique qui comprend une zone tubulaire centrale (Rm) de grand diamètre extérieur (Da), muni de zones terminales ( 11, 12) formées aux deux extrémités, symmetrical tubular bre which comprises a central tubular zone (Rm) of large external diameter (Da), provided with terminal zones (11, 12) formed at the two ends,

et muni de zones de réception dentées pour l'accouple- and fitted with toothed receiving areas for coupling

ment aux joints rotatifs, caractérisé rotary joints, characterized

en ce que le rapport de la rigidité à la flexion des zo- in that the ratio of the stiffness to the bending of the zo-

nes terminales ( 11, 12) à celle de la zone tubulaire cen- nes terminals (11, 12) to that of the central tubular zone

trale (Rm) est supérieure à 20.trale (Rm) is greater than 20.

2 Arbre de transmission selon la revendication 1, caractérisé en ce que la zone tubulaire centrale (Rm) de l'arbre de transmission ( 6, 10), est d'une construction possédant 2 drive shaft according to claim 1, characterized in that the central tubular zone (Rm) of the drive shaft (6, 10), is of a construction having

une symétrie axiale et de révolution. axial symmetry and revolution.

3 Arbre de transmission selon une des revendi- 3 Drive shaft according to one of the claims

cations 1 et 2, caractérisé en ce que l'épaisseur de paroi (D) de la zone tubulaire cations 1 and 2, characterized in that the wall thickness (D) of the tubular area

centrale (Rm) est maintenue constante alors que le diamè- center (Rm) is kept constant while the diameter

tre extérieur (Da) est constant.being outside (Da) is constant.

4 Arbre de transmission selon une des revendi- 4 Drive shaft according to one of the claims

cations 1 et 2, caractérisé en ce qu'une épaisseur de paroi (D) de la zone tubulaire cations 1 and 2, characterized in that a wall thickness (D) of the tubular area

maintenue (Rm) est constante alors que le diamètre exté- maintained (Rm) is constant while the outside diameter

rieur (Da) est variable.laughing (Da) is variable.

Arbre de transmission selon une quelconque Drive shaft according to any one

des revendications 1 et 2,claims 1 and 2,

caractérisé en ce que le diamètre intérieur (Di) et/ou le diamètre extérieur (Da) de la zone tubulaire centrale (Rm) varient par variation continue, au moins en partie, de façon symétrique par rapport au milieu (M) de l'arbre tubulaire. characterized in that the internal diameter (Di) and / or the external diameter (Da) of the central tubular zone (Rm) vary by continuous variation, at least in part, symmetrically with respect to the medium (M) of the tubular shaft.

6 Arbre de transmission selon les revendica- 6 Drive shaft according to claims

tions 1 et 2, caractérisé1 and 2, characterized

en ce que la zone tubulaire centrale (Rm) est d'une con- in that the central tubular zone (Rm) is of a con-

figuration à diamètre étagé et en ce que les zones de transition entre les zones de diamètre étagé présentent un diamètre intérieur (Di) et/ou un diamètre extérieur figuration with stepped diameter and in that the transition zones between the stepped diameter zones have an internal diameter (Di) and / or an external diameter

(Da) à allure conique.(Da) with conical appearance.

7 Arbre de transmission selon une quelconque 7 Drive shaft according to any one

des revendications 1 à 6,from claims 1 to 6,

caractérisécharacterized

en ce que le diamètre extérieur maximum (Dmax) de la zo- in that the maximum outside diameter (Dmax) of the zo-

ne tubulaire centrale (Rm) est formé dans le voisinage central tubular (Rm) is formed in the vicinity

des deux zones terminales ( 11, 12). of the two terminal zones (11, 12).

8 Arbre de transmission selon une quelconque 8 Drive shaft according to any

des revendications 1 à 6,from claims 1 to 6,

caractérisécharacterized

ne tubulaire centrale (Rm) est formé au milieu (M) de central tubular (Rm) is formed in the middle (M) of

l'arbre tubulaire.the tubular shaft.

9 Arbre de transmission selon une quelconque 9 Drive shaft according to any

des revendications 1 à 5,from claims 1 to 5,

caractérisécharacterized

en ce que la zone tubulaire centrale (Rm) est de configu- in that the central tubular zone (Rm) is of configuration

ration conique entre chacune des zones terminales ( 11, conical ration between each of the terminal zones (11,

12) et le milieu (M) de l'arbre tubulaire. 12) and the middle (M) of the tubular shaft.