CN103790984B - 扭转弹性联轴器 - Google Patents

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Abstract

一种扭转弹性联轴器，包括：具有旋转轴（A）的内部部件（11），围绕内部部件（11）延伸且与内部部件（11）同轴设置的外部部件（12），多个弹簧元件（16）或弹簧组，所述多个弹簧元件（16）或弹簧组在内部部件和外部部件之间，沿圆周方向间隔设置，每个弹簧元件（12）或弹簧组的径向外部端（17）夹紧在外部部件（12）的夹固支架（18）上，径向内部端（20）与内部部件（11）上相应的沟槽（21）柔性接合，在扭转弹性联轴器（10）静止状态时，弹簧元件（16）或弹簧组与径向成一定角度通过各自的夹固支架（18），且倾向联轴器的主要旋转方向的反向。这种弹簧元件或弹簧组的倾斜位置导致摩擦减震部分的减少，因此阻尼中，液体减振成为主导地位。

Description

扭转弹性联轴器
技术领域
本发明涉及扭动弹性联轴器。
背景技术
这种类型的扭转弹性联轴器已经公开，如：在DE 1 202 590 A1中。使用此种联轴器，在扭矩传递的过程中可以减弱扭转振动。这里，阻尼包括液压部分和摩擦部分，通过弹簧元件或弹簧组发生变形，联轴器内的阻尼介质的被迫移动产生液压部分，摩擦效应发生在弹簧元件或弹簧组和内部部件相应的沟槽之间。
为了降低扭转振动，在一些应用中，提高液体阻尼相对于摩擦阻尼的部分是可取的。
开始讲述的联轴器主要用于在优选的旋转方向传递扭矩，所述下文也叫做主要的旋转方向，然而，有时候在相反的旋转方向上传递一些小的扭矩。
发明内容
本发明的目的是在上述扭转弹性联轴器中减少阻尼中的摩擦部分。所述扭转弹性联轴器包括具有旋转轴的内部部件，围绕内部部件延伸且与内部部件同轴设置的外部部件，多个在内部部件和外部部件之间沿圆周方向间隔设置的弹簧元件或弹簧组，其中，每个弹簧元件或弹簧组的径向外部端夹紧在外部部件的夹固支架上，径向内部端与内部部件上相应的沟槽柔性连接。
上述目的通过如下的扭转弹性联轴器的方式实现。
扭转弹性联轴器，包括：具有旋转轴的内部部件，围绕内部部件延伸且与内部部件同轴设置的外部部件，多个弹簧元件或弹簧组，所述多个弹簧元件或弹簧组设置在内部部件和外部部件之间，且沿圆周方向间隔开，其中，每个弹簧元件或弹簧组的径向外部端夹紧在外部部件的夹固支架上，径向内部端与内部部件上相应的沟槽柔性接合，在扭转弹性联轴器静止状态时，弹簧元件或弹簧组与穿过各自夹固支架的径向方向成一定角度，且倾向联轴器的主要旋转方向。
本发明所述的联轴器具体特征在于在扭转弹性联轴器的静止位置，弹簧元件或弹簧组与穿过各自夹固支架的径向方向成一定角度，且与联轴器的主要旋转方向反向倾斜。
可以看到，弹簧元件或弹簧组的这种倾斜位置使得阻尼摩擦部分在出乎意料的简单的方式降低，这样液压部分在阻尼中变为主导作用。
通过优化弹簧元件或弹簧组的角位、内部部件上沟槽的几何形状，会获得联轴器接近线性的扭转特性，即内部部件与外部部件之间传递的扭矩与扭转角。
此外，由于摩擦部分的减少，沟槽以及弹簧元件和弹簧组的径向内部端的磨损可以显著的降低，这样促使联轴器的寿命有相当大的增长。
根据本发明的优选实施方式，在联轴器的主要旋转方向上，关于相关弹簧元件或弹簧组，每个沟槽具有沟槽的前侧面，为了对应的弹簧元件或弹簧组相，沟槽的前侧面形成接触曲面。工作过程中，弹簧元件或弹簧组通过铰接(articulated)的方式被接触曲面支撑。随着相对的扭转，径向内部端由静止状态较大或较少程度的从相关的沟槽移出，这种情况下，径向内部端沿接触曲面滑动和至少部分滚动。在对面的沟槽侧面不阻碍相应的弹簧元件径向内部端的运动。实际上，在对面的沟槽侧面与弹簧或弹簧组略微分隔开了。
优选的，接触曲面的弯曲部分是这样的，如果内部部件和外部部件有相对转动，对应的弹簧元件或弹簧组由于自身的变形，在接触曲面上几乎全部或完全的滚动。在弹簧元件沿着接触面的径向内部端精确的滚动的理想状态下，摩擦效应可以完全避免。实际上，至少在内部部件的沟槽和弹簧元件或弹簧组之间滚动部分有了显著的增加，同时减少摩擦部分的效果也达到了。
根据本发明的又一实施例，接触曲面的弯曲部分具有恒定的半径，这样沟槽的跳动(runout)容易加工，此外，针对摩擦效应的最小化，本实施例中渐开线形式是特别的优势。
此外，根据本发明的又一实施例，内部部件的沟槽与径向方向成一定角度，且倾斜于主要旋转方向的反向，因为这样，关于向联轴器旋转方向相反的方向传递扭矩，这些沟槽可以做的特别窄。首先，这确保了在主要旋转方向的沟槽前侧面的柔性固定(bracing)不被限制，其次，如果有反向的旋转方向，还可以避免弹簧元件或弹簧组在凹槽内明显的反转。
优选的，弹簧元件关于他们的夹固(clamping)与径向射线有一个数学上的正的倾角(angle of incidence)的角度，正的倾角的径向射线是在旋转轴A的方向上从夹固支架处开始。此外，内部部件的沟槽具有倾向径向方向的沟槽中心轴，这样，沟槽中心轴与径向方向的斜角和弹簧元件或弹簧组的倾角相同。
弹簧元件优选由片簧组成，如果使用单独的弹簧，尤其是，可以使用从径向外部端向径向内部端具有逐渐变细的楔形形状的弹簧。每个弹簧组包括至少两个或者更多片簧形式的弹簧元件，所述片簧形式的弹簧元件一个叠在另一个上。
在本发明的另一个优选的实施例中，弹簧元件或弹簧组被做成单独的零件，插入外部部件和内部部件之间，关于简单和低成本的组件，在这种情况下，相邻弹簧元件或弹簧组的径向外部端通过中间片彼此分隔开。弹簧元件或弹簧组和中间片在圆周方向上彼此偏离，采用如下方式：弹簧元件或弹簧组的径向外部端和与其相邻的两个中间片偏离。
附图说明
图1：本发明的一个实施方式的扭转弹性联轴器的纵向断面剖视图
图2：图1中联轴器的断面剖视图
图3：弹簧元件或弹簧组在联轴器主要旋转方向的沟槽前侧面的夹固装置在联轴器静置状态下的详细视图
图4：弹簧元件或弹簧组在联轴器主要旋转向的沟槽前侧面的夹固装置在联轴器的内部部件和外部部件之间具有的相对扭转角状态下的详细视图
具体实施方式
下面通过附图的具体实施方式对本发明作进一步详细的解释。
本具体实施方式所示的用于传递扭矩的扭转弹性联轴器10，联轴器10包括具有旋转轴A的内部部件11，所述内部部件11能够与第一旋转部件连接。此外，联轴器10还有外部部件12，围绕内部部件11径向延伸，且与内部部件11同轴设置。外部部件12与其他旋转部件通过第一法兰12a连接，用轴向相对的第二法兰12b使其靠紧。
内部部件11和外部部件12之间形成环形空间，该环形空间被多个中间片13分隔成多个沿圆周方向设置的连续的空腔14。在这样设置方式中，外部部件12的法兰通过密封圈12c与内部部件11密封。
所述环形空间或空腔14充满液体阻尼介质，如：高压油。此外，空腔14之间通过流通道15连通。优选的，所述的流通道15由中间片13和内部部件圆柱形的外边缘之间的豁口形成。阻尼介质通过豁口形状的流通道15推进空腔14内，降低扭转旋转的阻尼效果就达到了。
此外，联轴器10还包括多个弹簧元件16，所述弹簧元件16沿圆周方向设置，分布在内部部件11和外部部件12之间，所述弹簧元件16通过弹性扭转的方式连接内部部件11和外部部件12。弹簧元件16设置在空腔14内，将其分隔开。当由于扭转振动内部部件11和外部部件12之间有相对的扭矩时，弹簧元件16发生变形，这样，在旋转方向上，每个弹簧元件16的前后的空腔的体积减小或增大。正如前所述，动态的体积通过流通道15形成平衡。当然静态负荷，也导致弹簧元件16的变形，但不产生阻尼作用。
每个弹簧元件16的径向外部端17夹紧在外部部件12的夹固支架18上，在联轴器工作时，依靠夹固支架18，弹簧元件16支撑在外部部件12上发生弯矩。
更好的，弹簧元件16的径向外部端17的夹固定可通过中间片13和径向将其围住的外部件12的压圈19的方式实现。最后，弹簧元件16和中间片13交替放置在外部部件12内，通过挤压或收缩压圈19完成固定。因此本实施方式中，相邻的弹簧元件16被中间片13分隔开。由于夹固接头在圆周方向，因此每弹簧元件16的径向外部端17分别被两个相邻的中间片13夹紧。
此外，每个弹簧元件16的径向内部端20以铰接(articulated)的方式延伸到相应的内部部件11的沟槽21内。沟槽21平行于旋转轴A延伸。与外部部件12上的径向外部端17的夹紧连接相比，弹簧元件16的径向内部端20通过可活动的方式连接。特别是，径向内部端20能够移动到与图2所示的联轴器10静止状态的位置相比远离沟槽21的位置。由于沟槽21的支撑处的活动连接的方式，如果忽略摩擦作用，相应的弹簧元件16在沟槽21的支撑处的弯矩为零。
在主要旋转方向上，沟槽的几何形状的选择是这样的，在图2中如箭头H所示，弹簧元件16只与沟槽侧面22接触，所述沟槽侧面22位于主要旋转方向的前方，相反的，沟槽后侧面23与沟槽侧面22由小间隙分隔开。在主要旋转方向H下传递扭矩时，弹簧元件16的径向内部端20被稍微的拉出沟槽21，如图4详细所示，放大的比例是为了达到清晰的目的。弹簧元件16的接触线沿着沟槽的边缘移动。为了这个目的，沟槽的边缘由弯曲的接触面24构成。依赖沟槽21和弹簧元件16的几何形状，一定的滑动或滚动效果在这里产生。滑动部分像阻尼介质在流通道15中流动一样，也能产生阻尼效果，这是由于摩擦产生的结果。
本发明设想减少阻尼的摩擦部分。
因此，如图所示的联轴器10中，弹簧元件16没有径向对齐，通常情况下，是倾斜于径向方向。特别是，弹簧元件16在扭转弹性联轴器10静止状态时与通过各自夹固支架18的径向方向成一定角度，与联轴器的主要旋转方向相反。换言之，弹簧元件16关于夹固支架18是各自倾斜的，与径向射线R有一个数学上的正的倾角(angle of incidence)α，如，一个大于0°的倾角，所述径向射线R是在旋转轴A方向上的从夹固支架18处开始。特别是，倾角α的恰当的角度范围是从1.5°到12°，优选的，在2°到8°的范围内。因此，各弹簧元件16的径向内部端21在主要旋转方向H上比径向外部端17稍微的靠前。
内部部件11的沟槽21倾向于径向方向同样也有一角度，倾向于联轴器10主要旋转方向的反向。本实施例所述，内部部件11的每个沟槽21均有沟槽的中心轴B，所述沟槽的中心轴B倾向于径向方向，优选的，沟槽的中心轴B向径方向的倾斜角β等于弹簧元件16的倾角α。然而，达到2°的较小的偏差也是可以的。
如图2所示，弹簧元件16的中心轴M与沟槽的中心轴B在联轴器的静止状态是一致的。
工作过程中，如：当存有扭矩时，弹簧元件16发生变形，其结果是内部部件11与外部部件12之间有相对的扭转角如图4所示。上述过程中，各弹簧元件16的径向内部端20的接触线沿接触曲面24移动。
接触曲面24的弯曲部分选择如下：各弹簧元件16由于自身的变形，由于弹簧元件16与沟槽21之间的摩擦的减小，在接触曲面上几乎全部或完全的滚动。接触曲面的弯曲部分可能具有恒定的半径r。然而，也可能提供向外朝向沟槽逐渐增大的曲率半径，进一步，接触曲面24还可以设计成渐开线。
在旋转方向H，接触曲面24也可以具有与用于承受旋转方向H相反的负荷的对面的接触曲面26不同的几何形状，所述对面的接触曲面26在沟槽的后侧面23上。
在本案中，弹簧元件16由单独的片簧组成，所述片簧由弹簧钢或类似的材料制成，所述片簧从径向外部端17到径向内部端20呈楔形形状逐渐变细。上述弹簧元件16可以用弹簧组代替，所述每个弹簧组由两个或者更多片簧叠加设置。
上述讲述的联轴器10的结构，弹簧元件16和内部部件11的沟槽21之间滚动部分增加，摩擦部分减少的效果就达到了。因此，关于总的阻尼，液体阻尼相对于摩擦阻尼的比例增加。
通过优化弹簧元件的角度位置和内部部件上沟槽的几何形状，能够额外得到联轴器接近线性扭转特性(关于扭转角的传递扭转)。
弹簧元件16和沟槽21之间的摩擦越小可以导致减小磨损，因此得到更长的使用寿命。
由于弹簧元件16的倾斜位置，在联轴器主要旋转方向H上可以实现一个不同于在相反方向的扭转特性。
本发明已经在具体实施例和其他变形方式的帮助下详细描述了。然而，并不局限于以上描述，要涵盖权利要求中定义的所有实施例。尤其是，上述单独技术特征相互之间的组合，即使这里没有明确说明的，只要技术上可行。

Claims (19)

1.扭转弹性联轴器，包括：
具有旋转轴(A)的内部部件(11)，
围绕内部部件(11)延伸且与内部部件(11)同轴设置的外部部件(12)，
多个弹簧元件(16)或弹簧组，所述多个弹簧元件(16)或弹簧组设置在内部部件和外部部件之间，且沿圆周方向间隔开，
其中，每个弹簧元件(16)或弹簧组的径向外部端(17)夹紧在外部部件(12)的夹固支架(18)上，径向内部端(20)与内部部件(11)上相应的沟槽(21)柔性接合，
其特征在于：
在扭转弹性联轴器(10)静止状态时，所述扭转弹性联轴器的所有弹簧元件(16)或弹簧组与穿过各自夹固支架(18)的径向方向成一定角度，且倾向联轴器的主要旋转方向，使得在主要旋转方向和相反方向提供不同的扭转特性。
2.根据权利要求1所述的扭转弹性联轴器，其特征在于：每个沟槽(21)关于对应的弹簧元件(16)或弹簧组，在联轴器的主要旋转方向上有一个沟槽前侧面(22)，所述沟槽前侧面(22)形成弹簧元件(16)或弹簧组的接触曲面(24)。
3.根据权利要求2所述的扭转弹性联轴器，其特征在于：接触曲面(24)的弯曲部分是这样的，如果内部部件(11)和外部部件(12)有相对转动，对应的弹簧元件(16)或弹簧组由于自身的变形，在接触曲面(24)上几乎完全或完全的滚动。
4.根据权利要求2所述的扭转弹性联轴器，其特征在于：接触曲面(24)的弯曲部分有恒定的半径，或者形成渐开线。
5.根据权利要求1-4任一所述的扭转弹性联轴器，其特征在于：内部部件(11)的沟槽(21)与径向方向形成角度，倾向于联轴器(10)主要旋转方向的反向。
6.根据权利要求1-4任一所述的扭转弹性联轴器，其特征在于：弹簧元件(16)关于它们的夹固支架(18)是均为倾斜的，与径向射线(R)有数学上的正的倾角α，所述径向射线(R)是指在旋转轴(A)方向上由夹固支架(18)处开始，内部部件(11)的每个沟槽(21)在径向方向有沟槽的中心轴(B)，沟槽的中心轴(B)与径向方向形成的倾斜角β等于相应的弹簧元件(16)或弹簧组的倾角α。
7.根据权利要求1-4任一所述的扭转弹性联轴器，其特征在于：所述弹簧元件(16)由径向外部端(17)向径向内部端(20)呈楔形形式逐渐变细。
8.根据权利要求1-4任一所述的 扭转弹性联轴器，其特征在于：相邻弹簧元件(16)或弹簧组的径向内部端(20 )被中间片(13)彼此相分隔开，弹簧元件(16)或弹簧组和中间片(13)在圆周方向上彼此偏离，采用如下方式：弹簧元件(16)或弹簧组的径向外部端(17)和与其相邻的两个中间片(13)偏离。
9.根据权利要求2-4任一所述的扭转弹性联轴器，其特征在于：每个沟槽(21)关于对应的弹簧元件(16)或弹簧组，在联轴器的主要旋转方向(H)上，有一个沟槽后侧面(23)，所述沟槽后侧面(23)形成弹簧元件(16)或弹簧组的接触曲面(26)，沟槽前侧面(22)的接触曲面(24)与沟槽后侧面(23)的接触曲面(26)具有不同的曲率，所述沟槽后侧面(23)的接触曲面(26)在联轴器的主要旋转方向(H)上对立设置。
10.根据权利要求5所述的扭转弹性联轴器，其特征在于：弹簧元件(16)关于它们的夹固支架(18)是均为倾斜的，与径向射线(R)有数学上的正的倾角α，所述径向射线(R)是指在旋转轴( A) 方向上由夹固支架(18)处开始，内部部件(11)的每个沟槽(21)在径向方向有沟槽的中心轴(B)，沟槽的中心轴(B)与径向方向形成的倾斜角β等于相应的弹簧元件(16)或弹簧组的倾角α。
11.根据权利要求5所述的扭转弹性联轴器，其特征在于：所述弹簧元件(16)由径向外部端(17)向径向内部端(20)呈楔形形式逐渐变细。
12.根据权利要求6所述的扭转弹性联轴器，其特征在于：所述弹簧元件(16)由径向外部端(17)向径向内部端(20)呈楔形形式逐渐变细。
13.根据权利要求5所述的扭转弹性联轴器，其特征在于：相邻弹簧元件(16)或弹簧组的径向内部端(20 )被中间片(13)彼此相分隔开，弹簧元件(16)或弹簧组和中间片(13)在圆周方向上彼此偏离，采用如下方式：弹簧元件(16)或弹簧组的径向外部端(17)和与其相邻的两个中间片(13)偏离。
14.根据权利要求6所述的扭转弹性联轴器，其特征在于：相邻弹簧元件(16)或弹簧组的径向内部端(20 )被中间片(13)彼此相分隔开，弹簧元件(16)或弹簧组和中间片(13)在圆周方向上彼此偏离，采用如下方式：弹簧元件(16)或弹簧组的径向外部端(17)和与其相邻的两个中间片(13)偏离。
15.根据权利要求7所述的扭转弹性联轴器，其特征在于：相邻弹簧元件(16)或弹簧组的径向内部端(20 )被中间片(13)彼此相分隔开，弹簧元件(16)或弹簧组和中间片(13)在圆周方向上彼此偏离，采用如下方式：弹簧元件(16)或弹簧组的径向外部端(17)和与其相邻的两个中间片(13)偏离。
16.根据权利要求5所述的扭转弹性联轴器，其特征在于：每个沟槽(21)关于对应的弹簧元件(16)或弹簧组，在联轴器的主要旋转方向(H)上，有一个沟槽后侧面(23)，所述沟槽后侧面(23)形成弹簧元件(16)或弹簧组的接触曲面(26)，沟槽前侧面(22)的接触曲面(24)与沟槽后侧面(23)的接触曲面(26)具有不同的曲率，所述沟槽后侧面(23)的接触曲面(26)在联轴器的主要旋转方向(H)上对立设置。
17.根据权利要求6所述的扭转弹性联轴器，其特征在于：每个沟槽(21)关于对应的弹簧元件(16)或弹簧组，在联轴器的主要旋转方向(H)上，有一个沟槽后侧面(23)，所述沟槽后侧面(23)形成弹簧元件(16)或弹簧组的接触曲面(26)，沟槽前侧面(22)的接触曲面(24)与沟槽后侧面(23)的接触曲面(26)具有不同的曲率，所述沟槽后侧面(23)的接触曲面(26)在联轴器的主要旋转方向(H)上对立设置。
18.根据权利要求7所述的扭转弹性联轴器，其特征在于：每个沟槽(21)关于对应的弹簧元件(16)或弹簧组，在联轴器的主要旋转方向(H)上，有一个沟槽后侧面(23)，所述沟槽后侧面(23)形成弹簧元件(16)或弹簧组的接触曲面(26)，沟槽前侧面(22)的接触曲面(24)与沟槽后侧面(23)的接触曲面(26)具有不同的曲率，所述沟槽后侧面(23)的接触曲面(26)在联轴器的主要旋转方向(H)上对立设置。
19.根据权利要求8所述的扭转弹性联轴器，其特征在于：每个沟槽(21)关于对应的弹簧元件(16)或弹簧组，在联轴器的主要旋转方向(H)上，有一个沟槽后侧面(23)，所述沟槽后侧面(23)形成弹簧元件(16)或弹簧组的接触曲面(26)，沟槽前侧面(22)的接触曲面(24)与沟槽后侧面(23)的接触曲面(26)具有不同的曲率，所述沟槽后侧面(23)的接触曲面(26)在联轴器的主要旋转方向(H)上对立设置。
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