CN102016338B - 具有适应特性的弹性联轴节 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种弹性联轴节，具有一个复位弹性的联轴节主体和一个如用于将联轴节配置在一个马达飞轮上的固定法兰那样的驱动侧的固定机构和一个如用于将联轴节配置在一个轴套上的固定法兰那样的从动侧的固定机构。因此，本发明的任务在于，提供一种联轴节，它在一个宽的频率范围内可以有效地阻尼扭转振动。该任务由一种具有权利要求(1)的特征特别是具有特征部分特征的弹性联轴节来完成，据此，一些调节元件作用到复位弹性的联轴节主体上，借助这些调节元件可影响用于联轴节的扭转振动补偿的能力，其中特别设定，调节元件置入联轴节主体内，特别是，借助调节元件在一定范围之内可无级地影响复位弹性的主体的固有弹性。

Description

具有适应特性的弹性联轴节
技术领域
本发明涉及一种弹性联轴节，具有一个复位弹性的联轴节主体和一个如用于将联轴节配置在一个马达飞轮上的固定法兰那样的驱动侧的固定机构和一个如用于将联轴节配置在一个轴套上的固定法兰那样的从动侧的固定机构。 
背景技术
已知一些这种类型的弹性联轴节，在许多不同的实施形式中，具有轴向力线或径向力线，具有一个或多个串联或并联的复位弹性的联轴节主体。有文献可证明的DE 10013412A1或DE 102005055605A1的联轴节被列举为实例。 
除了补偿驱动和从动总成的轴向和/或径向偏移之外，这些弹性联轴节特别用于承受在驱动和从动总成之间的扭转振动和扭矩峰值，如它们例如通过柴油机的不均匀运转产生的那样。 
每个联轴节都根据在一个确定的运行范围进行设计，在该运行范围内，它可以特别好地减小整个系统的扭转振动。在确定的应用中，多个开头所述类型的联轴节相互连接，以便例如在驱动装置的一个宽的转数范围上达到一种最佳振动阻尼。这里一个第一联轴节在低转数时承受扭转振动，一个第二联轴节在高转数时承受扭转振动。EP 0626523B1被列举为用于一种这样的联轴节配置的实例，其中一个具有线性特性曲线的联轴节级和一个具有渐进特性曲线的联轴节级相互连接成一个两级的联轴节配置。于是可以提供一种联轴节，它可以在驱动装置的一个宽的运行范围上补偿扭转振动。 
利用联轴节主体的不同特性曲线的进行扭转振动补偿的两级联轴节基本上很可靠地完成其任务，然而具有的问题是，一方面，整个系统的运行范围总是还受到各自联轴节主体的运行范围的总和的限制，而另一方面，在从一个联轴节级到另一个联轴节级的过度范围内的扭转振动补偿仍有待改善。
由EP 784163A1已知一种不均匀的现有技术，具有一个用于汽车的阻尼系统，该现有技术采用了一种磁流变弹性体。借助这种弹性体，组尼特性可以匹配于像例如负荷或街道情况那样的确定的要求。 
由DE 102006053282A1已知一种弹性联轴节，在其联轴节元件中置入一个传感器。借助该传感器可以测量联轴节元件的运行和负重状态。 
由US 5,315,203已知一种阻尼系统，该阻尼系统采用了压电和粘弹性元件。 
发明内容
因此，本发明的任务在于，提供一种联轴节，它在一个宽的频率范围内可以有效地减小扭转振动。 
该任务由一种具有权利要求1的特征特别是具有特征部分特征的弹性联轴节来完成，据此，一些调节元件作用到复位弹性的联轴节主体上，借助这些调节元件可影响用于联轴节的扭转振动补偿的能力，其中特别设定，调节元件置入联轴节主体内，优选的是，借助调节元件在一定范围之内可无级地影响复位弹性的主体的固有弹性。 
按照本发明的调节元件允许主动影响或改变存在于联轴节主体的复位弹性的材料之中的用于扭转振动补偿的能力。这具有的主要优点是，由多个单个主体构成的一个唯一的联轴节主体或一个唯一的联轴节元件就能够足以补偿一个很宽频率范围的扭转振动。借此通过仅仅使用按照本发明的联轴节主体取代多个联轴节级的方式，将来可以在其结构上简化特别是从现有技术已知的两级或多级联轴节配置。 
在此具有主要优点的是，调节元件直接置入联轴节主体内，以便保持联轴节主体自身的结构简单。 
调节元件具体地作用到复位弹性的联轴节主体的固有弹性上并且使其改变。在此特别设定，借助调节元件可以减小复位弹性的主体的固有弹性。这样允许仅用一个联轴节主体覆盖使用范围，在这些使用范围内既非常旋转柔和又高弹性的联轴节元件得到应用，这些联轴节元件与刚性的直至很刚性的联轴节元件一起组合成多级的联轴节配置。根据联轴 节的当时的运行状态，为扭转振动补偿而提高联轴节主体弹性，或在需要时再将其降低。 
为此，设有一个影响调节元件的作用元件，其中，由于联轴节主体的旋转运动，具有主要优点的是，作用元件无接触地影响调节元件。 
为主动调整弹性联轴节，设有一个它检测联轴节的运行状态特别是扭转振动的传感器元件，其中在本发明的一种特别优选的实施形式中设定，调节元件、作用元件和传感器都是一个调整回路的部分，该调整回路借助比较联轴节的扭转振动的一个额定值和一个实际值影响复位弹性的联轴节主体的弹性。 
在一个具体的实施形式中可以设定，复位弹性的联轴节主体是一种磁流变弹性体，调节元件以磁性粒子的形式被置入该弹性体内。 
在一种磁流变弹性体情况下，磁性粒子直接置入弹性体材料内。鉴于联轴节主体的生产，这具有极大的优点。为了制造一种这样的弹性体，仅需将磁性粒子混入硫化物质内，而必设定联轴节主体的专门的设计方案。此外磁流变弹性体顺利地适用于传递高扭矩，例如在船舶驱动装置范围内。 
与非均匀的现有技术的联轴节相比，这也具有重要的优点。由US2,417,850和US 2,661,825已知一些联轴节，它们利用电流变液体。由于要设置流体室，所以这里联轴节元件在各种情况下都构造得很复杂。 
由非均匀的现有技术特别是由德累斯顿技术大学的Dietrich Lampe博士先生的博士论文已知磁流变流体在联轴节中的应用。如在电流变流体的应用中那样，这里联轴节主体的结构也由于设置液体室而大大地被复杂化。此外磁流变流体还存在离析(Entmischung)的危险。最后，使用磁流变或电流变流体的联轴节迄今没有能力足以大规模使用。 
如果复位弹性的联轴节主体是一种磁流变弹性体，那么就需要作用元件是一个用于产生磁场的装置，其中优选设定，作用元件是一个电磁铁，特别是电磁铁的磁场强度是可调的。 
作为备选方案，作用元件可以是一个永久磁铁。 
在本发明的一种备选实施形式中设定，调节元件是压电元件，其中特别考虑压电元件作为调节元件置入复位弹性的联轴节主体内。 
除了在弹性体中的磁性粒子之外，使用压电元件还具有重要的优点，即这些可以直接置入复位弹性的主体特别是一种弹性体内。这里利用的效应是，确定的晶体、石英或工业生产的烧结陶瓷在变形时在两极之间产生电磁场，或者在逆向压电效应情况下由于一个附上的电压而自身变形。由于这些，通过施加一个电压可以使在复位弹性的联轴节主体之内的压电元件实现变形，这种变形与扭转振动脉冲方向相反并且在最佳情 况下完全平衡(tilgen)该扭转振动脉冲。 
为了提高调节行程和调节力，设定，压电元件组装成一些堆(叠)。 
在一种特别优选的实施形式中设定，在一个堆中相互靠紧排列的压电元件的一部分用作传感器并且检测扭转振动实际值，而其余的压电元件作为执行器用于平衡扭转振动。在这种情况下，本发明既使用压电效应又使用逆向的压电效应。 
本实施形式的主要优点在于，调节元件将传感器和执行器合二为一。一个检测联轴节的扭转振动-实际状态的外部传感器因此变成多余的。 
这种联轴节结构形式还利用这样的事实，即在第一扭转振动脉冲出现和其机械作用之间存在一段时间延迟。在该时间延迟之内可以检测实际值，用实际该值与额定值进行比较并且触发用于振动平衡所需的反向脉冲。 
在一种第三实施形式中可以设想，复位弹性的联轴节主体经由一个连接元件与一个平衡扭转振动的质量联接。 
在此特别设定，连接元件是一个复位弹性的第二联轴节主体，在其刚度方面借助调节元件可影响该第二联轴节主体，特别是调节元件是压电元件。也可设想使用磁流变弹性体。 
在这种情况下也可以放弃将调节元件置入复位弹性的联轴节主体内，且取而代之的是通过连接元件的相应影响控制刚度继而控制平衡质量(Tilgermasse)的作用。这里仅通过平衡质量实现扭转振动补偿。当然，也称作复位弹性的第二联轴节主体的连接元件可以构成为磁流变弹性体或具有置入的压电元件。 
一种实施形式是十分普遍优选的，在该实施形式中，联轴节主体构成为弹性体。 
附图说明
本发明的其它优点由下面对不同的实施例的说明给出。其中： 
图1一种已知的联轴节元件的局部示意图； 
图2在图1中的联轴节元件的取决于频率的谐振位置的图形图； 
图3按照本发明的联轴节元件的局部示意图； 
图4按照本发明调节元件对按照图3的联轴节元件的取决于频率的谐振位置的作用的图形图； 
图5在联轴节主体之内的调节元件的配置的示意图； 
图6通过一个在其作用内可调节的平衡质量影响扭转振动的示意图。 
具体实施方式
在附图中，一个弹性联轴节的联轴节主体总体上设有标记10。 
在图1中示出的现有技术的联轴节主体10由一种复位弹性的材料优选由一种弹性体构成。根据其组成，该弹性体具有一种固定的弹性c和一种固定的阻尼d。 
图2的频率简图示出在图1中的联轴节元件的取决于频率的可能的扭转振动变化曲线。在X轴线上可规定频率或转数，在Y轴线上可规定放大功能，也就是，一般为转矩、力或行程。在11处存在振幅的一个最大激增值，它在实际设备中是要避免的。通常相对于这种谐振选择运行范围的一种超过临界的或低于临界的位置。频率位置对于一个按照图1的联轴节是固定的。 
在图3的按照本发明的联轴节主体中置入一个调节件Fa。该调节件可以激活和控制。通过受控地激活调节件Fa可以影响谐振位置。按照图4，这导致对弹性和/或阻尼d的影响。谐振位置由此可以可变地根据目前的运行范围进行移动。如果一个谐振位置不能避免，通过匹配阻尼可以降低幅度激增值。 
在图4中示出，在谐振情况11下的激增值通过激活调节件Fa降低数值b到减小的激增值12。这就意味着，调节件Fa通过激活提高联轴节主体10的阻尼d。此外，在图4还示出，取代提高阻尼，弹性是可变的。这里调节件Fa引起谐振11的频率位置沿X轴线向新的位置13转移。关于图4要注意的是，这里涉及一个静态图，而在一个带有弹性联轴节的动态驱动系统中，通常在频谱中出现混合状态。根据情形，对弹性和/或阻尼的影响可以匹配于应用情况。 
为了能够借助一个调节件改变联轴节主体10的阻尼或弹性，联轴节 主体10按照本发明还要如下地构成： 
在本发明的第一实施例中，磁性粒子被置入弹性体材料中，这里特别设定橡胶。在联轴节主体的硫化期间设立一个磁场，以至于粒子被整流，并且因此弹性通过一个基值1预定至少朝一个方向。在结束硫化之后，取消磁场。与此同时也取消粒子的整流，并且弹性通过阻止滑移面而变化到一个提高的值2。人们得到一种磁流变弹性体，该弹性体通过重新设立磁场关于其刚性可以成比例地和可逆地变化。 
在弹性联轴节的运行中，置入弹性体中的调节件暂时没有继续产生作用。为了针对性地影响联轴节主体10的弹性和/或阻尼，需要将其集成到一个调整回路中。设置一个检测系统的扭转振动的传感器、一个作用元件特别是一个激活磁性粒子的可调的电磁铁和一个中央控制单元，该中央控制单元将实际值与预定的额定值进行比较并且借助电磁铁确定磁场强度并且这样确定磁性粒子的激励或定向强度。 
通过将磁性粒子集成到联轴节主体中并因此通过形成一种磁流变弹性体和将其并入一个相应调整回路中，提供了一种适应的联轴节，它通过影响弹性体的弹性和阻尼可以在与现有技术相比更宽的运行范围内有效地平衡扭转振动。 
在一种备选的实施形式中设定，调节件以压电元件的形式置入由一种弹性体构成的联轴节主体10内。这样的压电元件在施加电压时发生变形或在变形时产生电压。已知一些具有压电特性的不同的晶体、石英或工业可生产的烧结陶瓷。 
理想的是，多个压电元件相互层叠在一起并且组装成一个堆或叠。这样的堆允许大的调节行程和特别大的调节力。在这种实施形式中用作调节件的压电元件关于其作用方向必须在弹性体之内定向。可以设想，关系到联轴节主体10的变形，以拉力或压力模式运行一种这样的结构单元。同样也可以设想一种推进模式。目标是，在弹性体之内这样使压电元件定向，以至于可以直接或间接抵制动态运行力。 
一个带有置入联轴节主体10的压电元件的弹性联轴节也是一个调整回路的部分。如先前所述那样，扭转振动由一个适当的传感器检测，一 个中央控制装置将该值与一个额定值进行比较并且通过施加一个电压以一个在最佳情况下完全平衡扭转振动的标准激活压电元件。在这种实施形式中，几个必要时组合在一个叠中的压电元件可以用作传感器。这些压电元件通过扭转振动脉冲发生变形，其中，产生的电压是一个用于振动脉冲的强度的量度。为了振动平衡，经由调整回路可以控制用作执行器的压电元件。 
第三种实施形式利用一个主动可控的平衡质量，以避免在传动链中的扭转振动。 
在旋转的系统中原则上已知，一个旋转的主体设有一个平衡质量，也叫做反向振动质量，由于其固有振动，它在一个确定的运行状态下或在一个确定的运行范围上以一定的标准消除旋转主体的扭转振动。这样一些刚性地与旋转主体连接的平衡质量例如处在马达飞轮上。 
在本发明的第三实施形式中，一个联轴节主体10由现有技术经由一个连接元件围绕一个这样的平衡质量得到补充完善。现在，在弹性联轴节和平衡质量的其耦合的固有特性意义上，连接元件可被看作复位弹性的联轴节主体。这种连接元件可以或是构成为磁流变弹性体继而如上所述那样具有磁性粒子形式的调节件，或是具有压电元件形式的调节件。在两种情况下，连接元件的弹性和/或阻尼可以受到影响，以至于根据在传动链中的扭转振动，平衡质量的为了平衡所需的反向振动是可调节的。 
图5和6示意示出调节件Fa关于基本弹性c和基本阻尼d的可能的配置。在图5中示意示出一些实施形式，其中调节件被置入构成联轴节主体的弹性体内。在此，如上已述那样，这可以涉及压电元件或磁性粒子。 
Fa相对于弹性c可以按序排列，这在图5中通过弹性Cr和串联连接的调节件Fa象征性表示。然而，同样也可以放弃Cr并且调节件Fa与弹性Cp并联地起作用。也可以组合。 
在图6中示意示出第三种实施形式，其中一个平衡质量mT与联轴节主体10通过一个连接元件联接。该连接元件又是一个弹性体，其内置入调节件FT。这些影响复位弹性的连接元件的阻尼d和/或弹性c，以便影 响平衡质量的振动频率，以致它消除或减小传动链中的扭转振动。 
总之，本发明涉及一种继续改进的弹性联轴节，它根据在传动链的一个确定的运行状态中平衡扭转振动进行设计。弹性联轴节通过加上置入弹性体内或与其组合的调节件而被进一步改进成一种适应的联轴节，这种联轴节通过将调节件并入一个调整回路，可以平衡在联轴节的不同运行状态中的扭转振动。在此通过一个相应的调整逻辑电路，理论上对每一振动频率都能实现一种消除振动的弹性或阻尼。借此在传动链中的振动可以在一个宽的转数范围上可靠地被抑制，这对例如经由弹性联轴节与柴油机连接的传动装置的使用寿命产生有利影响。 
附图标记一览表 
10     联轴节主体 
11     扭转振动最大值 
12     扭转振动最大值 
13     扭转振动最大值 
20     金属盘 
21     金属盘 
c      弹性 
d      阻尼 
Fa     调节件 
FT     调节件 
b      数值 

Claims (6)

1.弹性联轴节，具有一个复位弹性的联轴节主体(10)、一个用于将联轴节配置在一个马达飞轮上的固定法兰(20)和一个从动侧的固定机构，其中联轴节主体经由一个连接元件与一个主动可控的平衡扭转振动的平衡质量联接，连接元件具有一些调节件，借助这些调节件可影响用于联轴节的扭转振动补偿的能力，并且借助于这些调节件，根据在传动链中的扭转振动可调节平衡质量的为了平衡所需的反向振动。
2.按照权利要求1所述的弹性联轴节，其特征在于，设置一个影响调节件的作用元件。
3.按照权利要求2所述的弹性联轴节，其特征在于，作用元件无接触地影响调节件。
4.按照权利要求2或3所述的弹性联轴节，其特征在于，设置一个检测联轴节的运行状态的传感器元件。
5.按照权利要求4所述的弹性联轴节，其特征在于，调节件、作用元件和传感器元件都是一个调整回路的部分，该调整回路借助比较联轴节的扭转振动的一个额定值和一个实际值影响复位弹性的联轴节主体的弹性。
6.按照权利要求1、2、3或5所述的弹性联轴节，其特征在于，从动侧的固定机构是用于将联轴节配置在一个轴套上的固定法兰(21)。
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