CN105464956B

CN105464956B - 摩擦配合的连接和用于提高转矩和/或横向力的方法

Info

Publication number: CN105464956B
Application number: CN201510360583.3A
Authority: CN
Inventors: W.布克哈特
Original assignee: MAN Truck and Bus SE
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 2014-09-27
Filing date: 2015-06-26
Publication date: 2019-11-05
Anticipated expiration: 2035-06-26
Also published as: BR102015015454B1; EP3006760A1; RU2015141013A3; RU2688537C2; RU2015141013A; CN105464956A; EP3006760B1; DE102014014413A1; BR102015015454A2

Abstract

本发明涉及一种摩擦配合的连接和用于提高转矩和/或横向力的方法。用于摩擦配合地、传递转矩和/或横向力地连接两个机械元件的装置包括第一机械元件、第二机械元件和至少一个第一固定件，利用其可产生预紧力，该预紧力将第一机械元件和第二机械元件的相对的且构造为摩擦面的分离面相互压紧以传递转矩。为了提高通过这样的现有的摩擦配合的连接可传递的转矩和/或横向力，设置有至少一个附加元件，其固定在第一构件处和在第二构件处。在此，该至少一个附加元件在第一构件处的固定在利用该至少一个第一固定件的预紧力的情况下摩擦配合地实现。

Description

摩擦配合的连接和用于提高转矩和/或横向力的方法

技术领域

本发明涉及一种用于摩擦配合地、传递转矩和/或横向力地连接两个机械元件的装置。此外，本发明涉及一种用于提高通过两个机械元件的摩擦配合的传递转矩和/或横向力的连接可传递的转矩和/或通过摩擦配合的连接可传递的横向力的方法。

背景技术

由现有技术已知机械元件的不同连接，其具有传递转矩或横向力负载的任务。除了形状配合的连接之外，在机械结构中常常运用摩擦配合的连接。可传递的扭转力矩在此取决于摩擦面的直径D、其与旋转轴线或扭转轴线的距离以及作用在那里的法向力F_N和在该部位处的摩擦值μ。

由实践已知，在现有结构中后来才可证实存在用于现有的用于传递转矩或横向力负载的摩擦配合的连接的应用情况，而现有结构未充分设计用于其。在此产生技术问题，如果改变摩擦面的直径D、作用在那里的法向力F_N和摩擦值(摩擦系数)μ同时不可能(因为不应改变现有结构)可如何提高通过摩擦配合的连接可传递的转矩或横向力负载。

接下来作为本发明的所强调的应用以商用车的传动系的两个借助于螺栓摩擦配合地连接的壳体件为例来阐述技术问题。

图1A显示了组件100的前视图，其包括作为可自由振动的变速器单元、也就是说仅支撑在发动机侧的变速器单元的部分的离合器罩(Kupplungsglocke)10和作为商用车的传动系的发动机单元的部分的飞轮壳体20。图1B以纵剖面显示了由现有技术已知的图1A的组件。

在离合器罩10的内腔14中布置有传动件而在飞轮壳体20的内腔24中布置飞轮，其然而为了简化图示且为了说明问题未被示出。在图1B的图示中，发动机单元(未示出)在左边联接到飞轮壳体20处。以虚线2表示曲轴2的中轴线，其在由箭头标记的方向上旋转。

在该示例中，这两个壳体件10、20通过八个螺栓1相互旋拧。对此，离合器罩10在连接区域中具有法兰区域，其构造为环形地围绕的凸缘11。飞轮壳体20具有与此对应的环形地围绕的凸缘21。在离合器罩10和飞轮壳体20的相对的且构造为摩擦面的分离面11a、21a处，这些摩擦面11a、21a被由螺栓1产生的预紧力相互压紧，从而在分离面处产生摩擦配合的连接。

以附图标记21b和11b表示壳体壁，其在离合器罩10和飞轮壳体20的连接的状态中相对而置、但是不直接相互接触。

在车辆运行中，由发动机和变速器构成的整个单元遭受非常高的扭转负荷，尤其因为10:1或15:1的变速器传动比是常见的。在此，以取决于发动机力矩与相应传动比的乘积的高的反应力矩来加载自由振动的变速器单元。

在实践中显示出，例如在建筑工程车辆中在油门全开的情况中且在满负载的状态中可出现峰值力矩，其导致由于产生的扭转力矩变速器相对于发动机滑转或者螺栓1可被高扭转负载损坏。

上面已提及，通过在分离面11a和21a处的摩擦配合可传递的扭转负载取决于摩擦面的直径D、其与曲轴2的平均距离、作用在那里的法向力F_N和在摩擦面处的摩擦值μ。在现有的不再能改变的结构中，这些参数不再能改变，从而产生该技术问题，即尽管如此可如何来改进现有装置100使得这两个壳体件10、20的摩擦配合的连接经受住更高的扭转负载。

发明内容

因此本发明的目的是提供一种用于摩擦配合地、传递转矩和/或横向力地连接两个机械元件的改进的装置，利用其可避免传统的摩擦配合的连接的缺点。本发明的目的尤其是将现有的用于摩擦配合地、传递转矩和/或横向力地连接两个机械元件的装置改进成使得可提高利用该装置可传递的横向力或转矩。本发明的另一目的是提供一种用于提高通过两个机械元件的摩擦配合的传递转矩和/或横向力的连接可传递的转矩和/或横向力的方法。

该目的通过根据本发明的装置和根据本发明的方法来实现。本发明的有利的实施形式和应用在接下来的说明中部分地参照附图来详细阐述。

根据本发明的用于摩擦配合地、传递转矩或者说扭转力矩和/或横向力地连接两个机械元件的装置具有第一机械元件和第二机械元件以及至少一个第一固定件，利用第一固定件可产生预紧力，该预紧力将第一机械元件和第二机械元件的相对的且构造为摩擦面的分离面相互压紧以传递转矩。该至少一个第一固定件可以是可松开的固定件、例如螺栓。

根据本发明的通常的方面，该装置此外具有用于提高可传递的转矩的至少一个附加元件，其固定在第一机械元件处和在第二机械元件处，其中，该至少一个附加元件在第一机械元件处的固定在利用该至少一个第一固定件的预紧力的情况下摩擦配合地实现。

优选地，附加元件在相对于旋转轴线的切向上刚性地来实施。因此，附加元件在第一机械元件处被固定成使得附加元件在第一机械元件处的摩擦配合的连接吸收转矩负荷或横向力负载的一部分。根据本发明，该至少一个固定件的预紧力、也就是说法向力因此不仅作用在第一构件与第二构件之间的分离面处、而且作用在第一机械元件与该至少一个附加元件之间的接触面或摩擦面处。

通过平行于扭转负载的作用路径引入一个或多个这样的附加元件，可多重地利用该至少一个第一固定件的预紧力并且提高可传递的扭转力矩。由此得到可传递的转矩的提升，即现在须克服这些附加的摩擦接触的总和直到实现第一机械元件相对于第二机械元件的不期望的旋转。

本发明的特别的优点因此在于，可提高通过在第一机械元件与第二机械元件之间的摩擦配合的连接可传递的转矩或横向力负载，而不必改变在第一机械元件与第二机械元件之间的摩擦配合的连接本身，也就是说在第一和第二机械元件之间的摩擦面的直径D保持不变、法向力F_N保持不变且摩擦面的摩擦值(摩擦系数)μ保持不变的情况下。

根据优选的第一设计形式，该至少一个附加元件借助于至少一个第二固定件摩擦配合地固定在第二机械元件处，其中，可由该至少一个第二固定件产生的预紧力大致垂直于可由该至少一个第一固定件产生的预紧力。这提供该优点，即能够平衡可能的公差。第二固定件可实施为螺栓。

根据该第一设计形式，该至少一个附加元件可具有L形的横截面。在此，该构造的较短的边腿用于与第一构件摩擦配合地连接而较长的边腿用于搭接第一机械元件和第二机械元件的分离面且用于固定在第二机械元件处。

此外，在本发明的范围中存在该可能性，即第一机械元件或第二机械元件的相对的且构造为摩擦面的分离面分别构造为第一或第二构件的法兰的部分。

根据第二设计形式，第一机械元件或第二机械元件的相对的且构造为摩擦面的分离面又分别构造为第一或第二构件的法兰的部分。根据第二设计形式，该至少一个附加元件构造成与法兰形状匹配并且至少在部分区域中夹子式地包围法兰。对此，为了夹子式地包围法兰区域，附加元件优选地可具有U形的横截面。

根据第二设计形式，连接元件在第二机械元件处的固定可在利用该至少一个第一固定件的预紧力的情况下摩擦配合地实现。这意味着，在利用相同的固定件的预紧力的情况下附加元件不仅在第一机械元件处而且在第二机械元件处摩擦配合地布置，由此双重地利用了预紧力。

假如该至少一个第一固定件实施为螺栓，此外对此可设置有螺母，或者该至少一个附加元件可具有螺母螺纹(Muttergewinde)。

在该第二设计形式的有利的变体中，该至少一个附加元件在预紧力的方向上柔性地而在相对于待传递的转矩和/或扭转负载的旋转轴线的切向上刚性地来实施。由此可平衡在螺栓的法向力的方向上或在预紧力的方向上的公差，由此使夹子形的附加元件易于安装并且同时可保证，附加元件能够可靠地吸收出现的扭转负载。

此外存在该可能性，即法兰构造为环形地围绕的凸缘。

附加元件可以是板件。板件可成本有利地且灵活地以不同的形式来制造，以便由此能够使附加元件与现有结构相匹配。

上面已提及，第一固定件和第二固定件可实施为螺栓。当螺栓具有尽可能大的拧紧长度比例时，在此是有利的。这实现螺栓相对于工作负载以及相对于进行旋拧稳定的实施，从而可忽略在螺栓头部之下转矩的传递。在此应提及的是，在具有l_kl<2d(其中，d是螺栓直径)的拧紧长度l_kl的非常短的螺栓中，在螺栓头部支承与螺栓之间的接触也作为摩擦配合起作用。因此将拧紧长度选择成l_kl>2d是有利的。那么可忽略在螺栓头部之下转矩的传递。

此外，附加元件可具有多个通孔，其布置成使得其分别与设置在第一机械元件和第二机械元件的相对的且构造为摩擦面的分离面中且被用于借助于螺栓摩擦配合地连接的通孔对准。这实现被用于在第一机械元件与第二机械元件之间的摩擦配合的连接的螺栓的预紧力的简单的多重的利用。

此外，该至少一个附加元件在第一机械元件处的摩擦配合的固定可在第一构件的面向螺栓的螺栓头部的侧面上和第一构件的背对第二构件的侧面上实现，其中，该至少一个附加元件被螺栓头部压到第一构件上。

如开头已提及的那样，本发明的所强调的应用涉及第一机械元件构造为商用车的变速器的壳体件、优选地为离合器罩而第二机械元件构造为商用车的发动机的壳体件、优选地为飞轮壳体的情况。由此，现有的发动机变速器连结部位此后还可被设计用于更高的扭转负载，而不必改变原始的基本结构。优选地，变速器在此是自由振动的变速器。

本发明的基本构思不仅可应用于静止的构件(如上述离合器罩和飞轮壳体)而且可应用于旋转的构件。在最后提及的实施变体的一变体中，第一机械元件例如将是可围绕旋转轴线旋转的用于导出转矩的输出装置而第二机械元件将是可围绕旋转轴线旋转的用于导入转矩的驱动装置。

然而要强调，本发明不限于本发明的所强调的应用情况，而是可通用于两个构件、尤其两个机械元件的摩擦配合的、传递转矩和/或横向力的连接，从而代替术语第一机械元件或第二机械元件在本文件的公开的意义中也可使用第一构件或第二构件。

在第一设计形式的有利的变体(在其中第二机械元件实施为飞轮壳体)中，在飞轮壳体处可模制有带有平的支承面的装配块(Montageblock)。在商用车中通常在飞轮壳体处模制这样的装配块，在其处来悬挂用于装配发动机的壳体件。之后，该装配块不再起作用。

然而根据本发明，该装配块有利地可在发动机装配之后被用于固定附加元件，因为其具有平的支承面并且因此适合于将附加元件摩擦配合地连结在第二机械元件处。在此，附加元件可利用端部区域置于平的支承面上并且在支承区域中固定在装配块处，例如借助于前述的通过一个或多个产生预紧力的螺栓的旋拧，该预紧力不仅垂直于在第一机械元件与第二机械元件之间的摩擦面处作用的预紧力而且垂直于用于将附加元件摩擦配合地连结在第一机械元件处的预紧力。

一特别有利的实施变体设置成，设置有刚好两个附加元件。其优选地相对地例如在上侧和下侧处被固定在由第一机械元件和第二机械元件构成的组件处。这实现有利的力分布。

此外，本发明涉及一种机动车、优选地商用车，其具有如其中所公开的装置。

此外，本发明涉及一种用于提高通过两个机械元件的摩擦配合的传递转矩和/或横向力的连接可传递的转矩和/或横向力的方法。

在此，该连接包括第一机械元件、第二机械元件和至少一个第一固定件，利用该第一固定件可产生预紧力，其将第一机械元件和第二机械元件的相对的且构造为摩擦面的分离面相互压紧以传递转矩。

该方法特征在于，通过将至少一个附加元件固定在第一机械元件处和在第二机械元件处提高可传递的转矩和/或横向力，其中，该至少一个附加元件在第一机械元件处的固定在利用该至少一个第一固定件的预紧力的情况下摩擦配合地实现。该方法因此说明了之后为了提高可传递的转矩和/或横向力负载可如何修改现有结构，而不必改变摩擦面的直径D、作用在那里的法向力F_N和在第一机械元件与第二机械元件之间的摩擦配合的连接部位处的摩擦值μ。

为了避免重复，仅在装置方面公开的特征也应适用为在方法方面公开并且可要求保护。上述方面涉及附加元件及其到第一机械元件和/或第二机械元件处的连结并且因此也适用于方法。

附图说明

接下来参照附图来说明本发明的另外的细节和优点。其中：

图1A以前视图显示了由现有技术已知的飞轮壳体与离合器罩的摩擦配合的连接；

图1B显示了图1A中的组件的纵剖面；

图2A显示了根据本发明的第一设计形式的装置的前视图；

图2B显示了图2A中的装置的纵剖面；

图3A显示了本发明的第二设计形式的前视图；以及

图3B显示了图3A的设计形式的纵剖面。

附图标记清单

1,1a-1e 螺栓

2 曲轴的中轴线

3 螺栓

4 螺母

10 离合器罩

11 凸缘

11a 分离面、摩擦面

11b 内分离面

14 内腔

20 飞轮壳体

21 凸缘

21a 分离面、摩擦面

21b 内分离面

22 装配块

24 内腔

30 附加元件

31 第一区段

32 第二区段

32a 分离面、摩擦面

33 固定区域

40 附加元件

41 中间区段

42,43 侧面区段

100 现有技术中的组件

200 第一设计形式

300 第二设计形式

320 飞轮壳体

321 凸缘

321a 分离面、摩擦面。

具体实施方式

相同的或功能等同的元件在所有附图中以相同的附图标记来表示，从而由此也可理解在图中所示的装置的不同视图。尤其地，具有相同附图标记的图2A、2B、3A和3B的部件相应于图1A和1B的部件且不特别来说明。螺栓1a-1e相应于图1A和1B的螺栓1。

图2A和2B显示了本发明的第一设计形式200。

装置200与在图1A和1B中所示的装置100区别主要在于，各以具有L形横截面的板件的形式的两个结构相同的附加元件30固定在离合器罩10处和在飞轮壳体20处。在此，板件30在利用螺栓1a、1b和1c的预紧力的情况下摩擦配合地固定在离合器罩10处。在此，板件30由平的、矩形的第一区段31(其搭接在环形地围绕的凸缘11、21处的摩擦配合的连接部位并且被固定在飞轮壳体20处)和模制在其处的端部区段32(其垂直于此向下延伸)构成。

端部区段32具有部分弓形的凹口34，以使端部区段的形状与离合器罩10的环形凸缘11相匹配。此外，端部区段32具有三个通孔，其布置成使得其分别与设置在凸缘11中的通孔(螺栓1a、1b和1c中的一个为了构造摩擦配合的连接分别接合到其中)对准。

通过拧紧螺栓1a、1b和1c，由此将端部区段32和因此板件30摩擦配合地压向离合器罩10的凸缘11的面向螺栓1a、1b和1c的螺栓头部的侧面。附加元件30的在此摩擦配合地固定在离合器罩10的凸缘11处的摩擦面以附图标记32a表示。

由此在摩擦面32a处构造摩擦配合的连接，从而相应双重地利用螺栓1a、1b和1c的预紧力。由此，在离合器罩10与飞轮壳体20之间的摩擦配合的连接21a和11a处可传递的扭转力矩也提高，因为为了使这两个部件旋转须克服所有摩擦接触的总和。

在该示例中，八个螺栓中的六个被用于借助于附加元件30构造附加的摩擦配合的连接部位。由此，与图1A和1B的示例相比，在假设螺栓的预紧力相同且摩擦值相同的情况下，可传递的转矩大致提高了原来值的3/4到7/4。

如果在备选的(未示出的)实施例中附加元件将被实施成使得该或多个附加元件30的前侧32将在凸缘11的整个环形面上延伸并且将借助于所有八个螺栓摩擦配合地被固定在其处，又与图1A和1B的示例相比在假设螺栓的预紧力相同且摩擦值相同的情况下可传递的扭转力矩将大致翻倍。

为了将板件30固定在飞轮壳体20处，利用了，在该实施例中在飞轮壳体20处在后部区域中已模制有装配块22，其不仅设置在飞轮壳体20的上侧处而且设置在飞轮壳体20的下侧处并且其向上和向下构造平的支承面。如上面已提及的那样，在装配发动机期间这样的装配块22被用于悬挂飞轮壳体20。板件30借助于通过螺栓3的附加的旋拧被与装配块22相旋拧，其中，通过螺栓3的预紧力在此垂直于通过螺栓1产生的预紧力。

图3A和3B显示了本发明的第二实施形式。

装置300又包括由飞轮壳体320与离合器罩10摩擦配合的连接。飞轮壳体320与飞轮壳体20区别主要在于，未模制有装配块。

在飞轮壳体320与离合器罩10之间的摩擦配合的连接又通过环形地围绕的凸缘321和11实现，为了构造摩擦配合的连接这两个构件10、320通过在使用螺栓1a至1e的情况下的旋拧被旋拧在凸缘321和11处。

该设计形式的特点在于，这两个结构相同的附加元件40分别具有U形的横截面并且在部分圆区域中夹子式地包围凸缘321、11。

又实施为板件的附加元件40中的每个在利用分别三个螺栓1a、1b、1c的预紧力的情况下被固定在凸缘321、11处。

由此三重地利用螺栓1a、1b、1c的预紧力：一方面用于构造在分离面321a、11a处的摩擦配合的连接而另一方面用于在附加元件40的侧向区段42在离合器罩的凸缘11处的接触面处和在附加元件40的相对的侧面在飞轮壳体320的凸缘321处的接触面处构造摩擦配合的连接。

对此，为了固定附加元件40中的每个，在飞轮壳体320的侧面上分别设置有附加的螺母4。

对于由于这两个接触面321a和11a的扭转负载的扭转，由此不仅须克服在这些接触面之间的摩擦力，而且须附加地克服在接触面42a和43a处的摩擦力，由此可显著提高可传递的扭转力矩。

本发明不限于上述优选的实施例。而是，同样使用本发明构思且因此落到保护范围中的多个变体和变型是可能的。

Claims

1.一种用于摩擦配合地、传递转矩和/或横向力地连接两个机械元件的装置(200;300)，其包括：

第一机械元件(10)；

第二机械元件(20;320)；以及

至少一个第一固定件(1a,1b,1c)，利用所述第一固定件能够产生预紧力，所述预紧力将所述第一机械元件(10)和第二机械元件(20;320)的相对的且构造为摩擦面的分离面(11a,21a;321a)相互压紧以传递转矩；

其特征在于

至少一个附加元件(30;40)，其固定在所述第一机械元件(10)处和在所述第二机械元件(20;320)处，其中，至少一个所述附加元件(30;40)在所述第一机械元件(10)处的固定在利用至少一个所述第一固定件(1a,1b,1c)的预紧力的情况下摩擦配合地实现。

2.根据权利要求1所述的装置(200; 300)，其特征在于，

(a)至少一个所述附加元件(30;40)借助于至少一个第二固定件(3)摩擦配合地固定在所述第二机械元件(20;320)处，其中，能够由至少一个所述第二固定件(3)产生的预紧力大致垂直于能够由至少一个所述第一固定件(1a,1b,1c)产生的预紧力；并且/或者

(b)至少一个所述附加元件(30;40)具有L形的横截面。

3.根据权利要求1所述的装置(200; 300)，其特征在于，

(a)所述第一机械元件(10)和所述第二机械元件(20;320)的相对的且构造为摩擦面的分离面(11a,21a;321a)分别是所述第一机械元件(10)和第二机械元件(20;320)的法兰的部分；并且

(b)至少一个所述附加元件(30;40)与所述法兰形状匹配地来构造并且至少在部分区域中夹子式地包围所述法兰；并且

(c)所述附加元件(30;40)在所述第二机械元件(20;320)处的固定在利用至少一个所述第一固定件(1a,1b,1c)的预紧力的情况下摩擦配合地实现，其中，此外设置有螺母(4)，或者其中，至少一个所述附加元件(30;40)具有螺母螺纹。

4.根据权利要求3所述的装置(200; 300)，其特征在于，

(a)至少一个所述附加元件(30;40)在预紧力的方向上柔性地而在相对于待传递的转矩和/或横向力负载的旋转轴线(2)的切向上刚性地来实施；并且/或者

(b)所述法兰构造为环形地围绕的凸缘。

5.根据前述权利要求1至4中任一项所述的装置(200;300)，其特征在于，所述附加元件(30;40)是板件。

6.根据前述权利要求1至4中任一项所述的装置(200;300)，其特征在于，所述第一固定件(1a,1b,1c)是螺栓。

7.根据权利要求6所述的装置(200;300)，其特征在于，至少一个所述附加元件具有多个通孔，其布置成使得其分别与设置在所述第一机械元件(10)和所述第二机械元件(20;320)的相对的且构造为摩擦面的分离面(11a,21a;321a)中的且被用于借助于所述螺栓(1a,1b,1c)摩擦配合地连接的通孔对准。

8.根据权利要求6所述的装置(200;300)，其特征在于，至少一个所述附加元件(30;40)在所述第一机械元件(10)处的摩擦配合的固定在所述第一机械元件的面向所述螺栓(1a,1b,1c)的螺栓头部的侧面和所述第一机械元件的背对所述第二机械元件的侧面处实现，其中，至少一个所述附加元件(30;40)被螺栓头部压到所述第一机械元件(10)上。

9.根据前述权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述第一机械元件(10)构造为商用车的发动机的壳体件，而所述第二机械元件(20;320)构造为商用车的变速器的壳体件。

10.根据前述权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述第一机械元件(10)构造为商用车的离合器罩，而所述第二机械元件(20;320)构造为商用车的飞轮壳体。

11.根据权利要求10所述的装置(200; 300)，当引用权利要求2时，其特征在于，在所述飞轮壳体处模制有带有平的支承面(22a)的装配块(22)，其中，所述附加元件(30;40)以端部区域(33)置于平的所述支承面(22a)上且在支承区域中固定在所述装配块(22)处。

12.根据前述权利要求1至4中任一项所述的装置(200;300)，其特征在于，设置有刚好两个附加元件(30;40)。

13.一种机动车，其具有根据权利要求1至12中任一项所述的装置(200;300)。

14.根据权利要求13所述的机动车，其特征在于，所述机动车为商用车。

15.一种用于提高经由两个机械元件的摩擦配合的传递转矩和/或扭转力矩的连接能够传递的转矩和/或横向力的方法，其中，所述连接包括：第一机械元件(10)；第二机械元件(20;320)；以及至少一个第一固定件(1a,1b,1c)，利用所述第一固定件能够产生预紧力，其将所述第一机械元件(10)和所述第二机械元件(20;320)的相对的且构造为摩擦面的分离面(11a,21a;321a)相互压紧以传递转矩，其特征在于，

由此来提高能够传递的转矩和/或能够传递的横向力，即，将至少一个附加元件(30;40)固定在所述第一机械元件(10)处和在所述第二机械元件(20;320)处，其中，至少一个所述附加元件(30;40)在所述第一机械元件(10)处的固定在利用至少一个所述第一固定件(1a,1b,1c)的预紧力的情况下摩擦配合地实现。