CN112096827A - n轨n针型扭矩吸吐器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种n轨n针型扭矩吸吐器，包括：轨道，其为同轴布置的多个；多个轨道以轨道的轨道面为参照，按照360°/n等转角排列，n为不小于2的自然数，为轨道的个数；轨道面为一变径旋转形成的柱面或其他曲面，且不具有旋转对称性；弹针，其对应于轨道数量设置，相邻轨道内的弹针按360°/n等转角排列，并同轴或同柱面安装；弹针为可伸缩式组件，且沿轨道的径向布置；弹针的针梢与轨道面相抵接；其中，轨道和弹针二者之一以与扭矩吸吐轴随动的方式固定在扭矩吸吐轴上，另一个固定不动。其通过弹针和轨道面配合来控制弹针伸缩，实现了通过弹针伸缩解决动力供应与负载需求之间的瞬时矛盾问题，即赋予了扭矩传递按需削峰填谷的能力。

Description

n轨n针型扭矩吸吐器

技术领域

本发明涉及机械节能技术领域，特别涉及一种n轨n针型扭矩吸吐器。

背景技术

扭矩（或转矩）传递是实现机械功传送的基本形式之一，动力、负载和转轴是扭矩传递的三个基本要素。通常而言，动力和负载各有自己的本征扭转特性，但它们的本征扭转特性往往并不匹配，从而产生了混合扭矩传递，并伴随着动力及负载的自身能量转换效率降低、扭震、扭转能量传递损失、装置寿命缩短和可靠性降低等多种负面效应。

对于负载和动力的扭矩匹配问题，传统技术已经给出了多种多样的解决方案，但简单且彻底的解决方案仍然缺乏。例如在汽车方面，已有的解决方案包括增加发动机的缸数、增设飞轮和扭矩减震器等。这些方案对扭矩匹配问题给予了一定程度的解决，但未能完全克服，而方案代价则是体系重量、体积、复杂性、精密性和生产成本的增加及可靠性的降低。

鉴于此，急需开发一种能够充分挖掘动力和负载各自的本征能量效率，并通过简单的方式彻底解决扭矩匹配问题的吸吐器。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种n轨n针型扭矩吸吐器，通过弹针和轨道面的配合来控制弹针的伸缩，实现了通过弹针的伸缩来解决动力供应与负载需求之间的瞬时矛盾问题，即赋予了扭矩传递按需削峰填谷的能力。

为了实现这些目的和其它优点，本发明提供了一种n轨n针型扭矩吸吐器，适用于扭矩变化周期为360°的扭矩传递系统，包括：

轨道，其为同轴异位布置的多个；多个所述轨道以轨道的轨道面为参照，按照360°/n等转角排列，其中，n为不小于2的自然数，为轨道的个数；所述轨道包括轨圈，所述轨圈为所述轨道面的载体；所述轨道面为一沿轨道轴线变径旋转形成的柱面或其他曲面，且不具有旋转对称性；

弹针，其对应于所述轨道数量设置，一个弹针对应一个轨道，以形成一个扭矩吸吐组；相邻所述轨道内的弹针按360°/n等转角排列，并同轴或同柱面安装；当以轨圈的内表面作为轨道面时，弹针同轴安装；当以轨圈的外表面作为轨道面时，弹针同柱面安装；所述弹针为可伸缩式组件，且沿所述轨道的径向布置；所述弹针的针梢与所述轨道面相抵接；

其中，所述轨道和弹针二者之一以与扭矩吸吐轴随动的方式固定在扭矩吸吐轴上，另一个固定不动；轨道的轴线与扭矩吸吐轴的轴线重合；弹针安装轴线或安装圆柱面的轴线与扭矩吸吐轴的轴线重合；不同扭矩吸吐组的轨道和弹针保持相同的运动方式；所述扭矩吸吐轴为扭矩吸吐器转动部分的转轴，同时也是扭矩传递系统中动力和负载之间的扭矩传递轴。

优选的是，所述的n轨n针型扭矩吸吐器中，所述轨道设置为同轴同位布置的两个；其中任一所述轨道的轨道面由相同但分离布置的两个分支轨道面组成；另一轨道的轨道面呈一整体的中间轨道面布置于两个所述分支轨道面之间；所述中间轨道面和分支轨道面按照180°等转角排列；

所述弹针的数量为两个；对应于所述中间轨道面的弹针的针梢与所述中间轨道面相抵接；对应于所述分支轨道面的弹针的针梢由分开且相同的两部分组成，以形成分别与所述分支轨道面抵接的两个分支针梢；两个所述弹针按照180°等转角排列，并同轴安装或同圆柱面安装；当以轨圈的内表面作为轨道面时，弹针同轴安装；当以轨圈的外表面作为轨道面时，弹针同柱面安装。

优选的是，所述的n轨n针型扭矩吸吐器中，所述轨道面的具体形状为：

所述轨道面的准线为一平面闭合曲线，母线为一直线段或平面弧线段；所述准线所在平面垂直于所述轨道的轴线，不具有旋转对称性；所述准线上各点到轴线的距离为各点处的轨道半径；

当所述母线为直线段时，母线平行于轴线，形成的轨道面为非圆直柱面；当所述母线为平面弧线段时，平面弧线段所在的平面经过轴线，所述平面弧线段的开口朝向或背向轴线；所述平面弧线段的顶点沿准线绕轴线旋转形成轨道面；其中，以直线段的中点或弧线段的顶点作为母线的特征点。

优选的是，所述的n轨n针型扭矩吸吐器中，所述轨道还包括用于对所述轨圈进行径向支撑的轨辐，所述轨圈和轨辐为一体成型设置或通过连接部件进行连接。

优选的是，所述的n轨n针型扭矩吸吐器中，当所述轨道与扭矩吸吐轴随动，弹针固定不动时，所述轨道通过轨辐与扭矩吸吐轴的连接，使所述轨道与扭矩吸吐轴随动。

优选的是，所述的n轨n针型扭矩吸吐器中，所述弹针包括定托、动托和压簧；所述定托和动托的托身相嵌，并通过所述压簧的连接形成所述动托相对于所述定托可沿所述压簧中心线仅做一维移动的可伸缩部件，或形成所述动托相对于所述定托既可沿所述压簧中心线做一维移动、同时又可沿所述压簧中心线做转动的可伸缩部件；所述定托的托尾构成所述弹针的针尾，所述动托的托尾构成所述弹针的梢部；所述针梢设置在所述梢部的顶端；且所述针梢的几何特征与轨道面几何特征相匹配。

优选的是，所述的n轨n针型扭矩吸吐器中，对于具有两个分支针梢的弹针，所述弹针的近轨道面部位为整体弹针的梢部或除了针尾之外的其余部位；其中，所述弹针的近轨道面部位为整体弹针的梢部的构造方式是两个相同的动托的托尾共享一个动托的托身，所述弹针的近轨道面部位为除了针尾之外的其余部位的构造方式是两个相同的动托共享一个定托的托尾。

优选的是，所述的n轨n针型扭矩吸吐器中，还包括：

针毂，其具有轴线，但不具有旋转对称性；所述针毂包括针圈和用于对所述针圈或弹针进行径向支撑的针辐；所述针圈和针辐为一体成型设置或通过连接部件进行连接；所述针圈或针辐为所述弹针提供定位和支撑；所述弹针沿所述针圈的径向设置，所述针尾与所述针圈相连接，或所述弹针定托与所述针辐相连接；当所述弹针与扭矩吸吐轴随动，所述轨道固定不动时，所述弹针通过针毂与扭矩吸吐轴的连接实现与扭矩吸吐轴随动；

其中，经过所述压簧中心线且垂直于所述针毂的轴线的平面与经过所述轨道母线特征点且垂直于所述轨道的轴线的平面重合；所述针毂的轴线、轨道的轴线和扭矩吸吐轴的轴线三线重合，重合的轴线称为共享轴线，所述轨道或针毂沿所述共享轴线旋转，所述针梢沿所述轨道面滑动或滚动。

优选的是，所述的n轨n针型扭矩吸吐器中，规定所述n轨n针型扭矩吸吐器吸功时扭矩为正、吐功时扭矩为负时，所述n轨n针型扭矩吸吐器的扭矩特性方程为：

公式1；

公式2；

公式1为针梢与设置为轨圈内表面的轨道面相抵接时的n轨n针型扭矩吸吐器的扭矩特性方程；公式2为针梢与设置为轨圈外表面的轨道面相抵接时的n轨n针型扭矩吸吐器的扭矩特性方程；

其中，T为扭矩，n为轨道的个数，l为压簧长度，ρ为轨道半径，θ为转角，F为压簧的弹力；所述压簧的弹力为压簧长度或轨道半径的函数，并由公式3和公式4进行表示：

F = f(ρ) = f(l+b) 公式3；

F = f(ρ) = f(c-l) 公式4；

公式3为针梢与设置为轨圈内表面的轨道面相抵接时压簧长度或轨道半径的函数；公式4为针梢与设置为轨圈外表面的轨道面相抵接时压簧长度或轨道半径的函数；

其中，b和c均为一常数，b具体指轨道半径与压簧长度的差值，c具体指轨道半径与压簧长度的和。

优选的是，n轨n针型扭矩吸吐器中，由所述扭矩特性方程积分分别得到所述压簧长度方程公式5和轨道半径方程公式6和7：

公式5；

公式6；

公式7；

公式6为针梢与设置为轨圈内表面的轨道面相抵接时的轨道半径方程；公式7为针梢与设置为轨圈外表面的轨道面相抵接时的轨道半径方程；

其中，k为所述压簧的倔强系数，l₀为压簧的自然长度，L₀为针梢与设置为轨圈内表面的轨道面相抵接时最大轨道半径处的压簧压缩量，或为针梢与设置为轨圈外表面的轨道面相抵接时最小轨道半径处的压簧压缩量，即压簧的最小压缩量。

本发明至少包括以下有益效果：

本发明的n轨n针型扭矩吸吐器中，通过弹针和轨道面的配合，实现弹针的伸缩，并通过弹针的伸缩来解决动力供应与负载需求之间的瞬时矛盾问题，且可以正时和等额执行，实现了通过一个简单结构的新装置，从理论上和实践上彻底解决具有特定扭转周期的扭矩震动问题。

通过轨道和弹针组成的扭矩吸吐器结构在彻底解决扭矩消震问题的同时，在装置重量、体积、寿命、可靠性和成本等均较之现有装置有了较大的优势，且通过弹针和轨道面的配合来控制弹针的伸缩的n轨n针型扭矩吸吐器的设置还充分挖掘了动力和负载各自的能量效率，提高了潜力，使动力和负载的能量转换效率均能达到或充分接近自己原有的本征效率，使得存在于气体压缩或膨胀速度与压缩或膨胀能量效率之间的矛盾问题有望得以解决。

当仅采用一个轨道中配置一个弹针的单轨单针型扭矩吸吐器进行扭转功的吸吐时，其轨道和弹针不具有旋转对称性，故在转速较高时单轨单针型将出现显著的动平衡问题。为此，通过采用n轨n针型，即将多个扭矩吸吐组按照360°/n等转角排列，并同轴安装，不仅有效的避免了动平衡问题的发生，还使得扭矩抵消补偿和扭转功吸吐任务实现了由n个扭矩吸吐组平均承担的效果。

本发明对所提出的新装置是按照工作原理来命名的。从其功能或其他不同角度上看，扭矩吸吐器自身，或者再辅以其他部件，或者再进行功能加强，还可以命名为扭矩消震器、扭矩适配器、扭矩变换器、扭矩耦合器、万能扭弹器、扭转节能器等。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明所述的一种转针-简联式双轨双针型扭矩吸吐器的结构图；

图2为本发明所述的一种内针型、转针-夹联式双轨双针型扭矩吸吐器的结构图；

图3为本发明所述的一种外针型、转轨-夹联式双轨双针型扭矩吸吐器的结构图；

图4为本发明所述的弹针的结构图；

图5为本发明所述的带有分支针梢的动托的结构图；

图6为本发明所述的不含分支针稍的动托的结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加，且各种近似、非理想修改、或非关键元件的构型改变均在本申请保护范围之内。

如图1所示，本发明提供一种n轨n针型扭矩吸吐器，适用于扭矩变化周期为360°的扭矩传递系统，其中，n为≥2的自然数，包括：

轨道100，其为同轴异位布置的多个；多个所述轨道100以轨道100的轨道面120为参照，按照360°/n等转角排列，其中，n为轨道100的个数，并等于n；所述轨道100包括轨圈110，所述轨圈110为所述轨道面120的载体；所述轨道面120为一沿轨道100轴线变径旋转形成的柱面或其他曲面，且不具有旋转对称性；

弹针200，其对应于所述轨道100数量设置，一个弹针200对应一个轨道100，以形成一个扭矩吸吐组；相邻所述轨道100内的弹针200按360°/n等转角排列，并同轴或同柱面安装；当以轨圈110的内表面作为轨道面120时，弹针200同轴安装；当以轨圈110的外表面作为轨道面120时，弹针200同柱面安装；所述弹针200为可伸缩式组件，且沿所述轨道100的径向布置；所述弹针200的针梢与所述轨道面120相抵接；

其中，所述轨道100和弹针200二者之一以与扭矩吸吐轴随动的方式固定在扭矩吸吐轴上，另一个固定不动；轨道100的轴线与扭矩吸吐轴的轴线重合；弹针200安装轴线或安装圆柱面的轴线与扭矩吸吐轴的轴线重合；不同扭矩吸吐组的轨道100和弹针200保持相同的运动方式；所述扭矩吸吐轴为扭矩吸吐器转动部分的转轴，同时也是扭矩传递系统中动力和负载之间的扭矩传递轴。

在上述方案中，轨道和弹针二者之一固定在扭矩吸吐轴上随同扭矩吸吐轴一块儿转动，而另一个则固定不动，不随同扭矩吸吐轴转动。轨道固定称为转针型，弹针固定则称为转轨型；弹针可在轨圈内部，也可在轨圈外部，前者称为内针型，后者称为外针型。对内针型而言，轨圈内表面为轨道面；对外针型而言，轨圈外表面为轨道面。然而，无论轨道布局如何，各轨道可有自己的独立轨圈，也可共享一个轨圈；当采用独立轨圈方式时，各独立轨圈固定在一起。且对于同轴异位布置的多个轨道而言，不考虑轨道的轴向位置，所述n个轨道的轨道面相互之间具有n次旋转对称性。同时，不必考虑弹针的轴向位置，所述n个弹针相互之间具有n次旋转对称性；弹针针梢抵接轨道面，抵接几何可以为直线，也可以为弧线顶点，工作时轨道或弹针在扭矩吸吐轴带动下转动，弹针针梢沿轨道面滑动或滚动。轨道实质上为一变径轮毂，即轨道的轨道面变径随转角的变化而变化，而弹针仅能伸缩，不能弯曲或扭曲，由于受到变径的轨道面的约束，弹针长度随同扭矩吸吐轴转动而伸缩，即通过弹针和轨道面的配合实现弹针的伸缩，弹针长度缩短时，弹针吸功，弹针长度伸长时，弹针放功。弹针长度保持不变时，既不吸功也不放功，实现了在径向上对扭矩功进行吸吐。在任一扭转周期中，弹针的累计吸功量与累计放功量相等，周期结束时弹针长度恢复至周期开始时的数值，实现了通过弹针的伸缩来解决动力供应与负载需求之间的瞬时矛盾问题，且可以正时和等额执行，达到了通过一个简单结构的新装置，从理论上和实践上彻底解决具有特定扭转周期的扭矩震动问题。

通过轨道和弹针组成的扭矩吸吐器结构在彻底解决扭矩消震问题的同时，在装置重量、体积、寿命、可靠性和成本等均较之现有装置有了较大的优势，且通过弹针和轨道面的配合来控制弹针的伸缩的n轨n针型扭矩吸吐器的设置还充分挖掘了动力和负载各自的能量效率，提高了潜力，使动力和负载的能量转换效率均能达到或充分接近自己原有的本征效率，使得存在于气体压缩或膨胀速度与压缩或膨胀能量效率之间的矛盾问题有望得以解决。

当仅采用一个轨道中配置一个弹针的单轨单针型扭矩吸吐器进行扭转功的吸吐时，其轨道和弹针不具有旋转对称性，故在转速较高时单轨单针型将出现显著的动平衡问题。为此，通过采用n轨n针型，即将多个扭矩吸吐组按照360°/n等转角排列，并同轴安装，不仅有效的避免了动平衡问题的发生，还使得扭矩抵消补偿和扭转功吸吐任务实现了由n个扭矩吸吐组平均承担的效果。

如图2-图6所示，一个优选方案中，所述轨道100设置为同轴同位布置的两个；其中任一所述轨道100的轨道面120由相同但分离布置的两个分支轨道面122组成；另一轨道100的轨道面120呈一整体的中间轨道面121布置于两个所述分支轨道面122之间；所述中间轨道面121和分支轨道面122按照180°等转角排列；

所述弹针200的数量为两个；对应于所述中间轨道面121的弹针200的针梢与所述中间轨道面121相抵接；对应于所述分支轨道面122的弹针200的针梢由分开且相同的两部分组成，以形成分别与所述分支轨道面122抵接的两个分支针梢210；两个所述弹针200按照180°等转角排列，并同轴安装或同圆柱面安装；当以轨圈110的内表面作为轨道面120时，弹针200同轴安装；当以轨圈110的外表面作为轨道面120时，弹针200同柱面安装。

在上述方案中，对同轴同位布置而言，不考虑轨道面的构成情况，所述中间轨道和双支轨道的轨道面相互之间具有2次旋转对称性。无论轨道布局如何，各轨道可有自己的独立轨圈，也可共享一个轨圈；当采用独立轨圈方式时，各独立轨圈固定在一起。在此种轨道布置的扭矩吸吐器中，不考虑弹针的形体状况，所述具有分支针稍的弹针和另一弹针相互之间具有2次旋转对称性。

同时，在两个轨道同轴同位布置时，一个弹针对应一个轨道，分支轨道对应的弹针具有分支针梢，也可将此种弹针称为双杈弹针，它是一个弹针在近轨道面的局部上均分为相同的两个部分，这两个部分分别对应双支轨道的两个轨道面；中间轨道面对应的弹针也可称为中间弹针，它保持整体物理形体，为一常规弹针结构；所述中间弹针与双杈弹针在扭矩吸吐功能上和转动惯量上相同。

优选两个弹针以所述轨道的任一中轴线对称布置，工作时轨道或弹针在扭矩吸吐轴带动下转动，弹针针梢沿轨道面滑动或滚动。通过将轨道面设置为中间轨道面和位于中间轨道面两侧的分支轨道面，同时设置具有分支针稍的弹针和普通弹针相对布置，使得在轨道或弹针随扭矩吸吐轴旋转的过程中，针稍沿轨道面的滑动或滚动不仅能够解决动力供应与负载需求之间的瞬时矛盾问题，同时也能避免在旋转过程中出现的动平衡问题以及径向承力具有的脉动行为。

一个优选方案中，所述轨道面120的具体形状为：

所述轨道面120的准线为一平面闭合曲线，母线为一直线段或平面弧线段；所述准线所在平面垂直于所述轨道100的轴线，不具有旋转对称性；所述准线上各点到轴线的距离为各点处的轨道半径；

当所述母线为直线段时，母线平行于轴线，形成的轨道面120为非圆直柱面；当所述母线为平面弧线段时，平面弧线段所在的平面经过轴线，所述平面弧线段的开口朝向或背向轴线；所述平面弧线段的顶点沿准线绕轴线旋转形成轨道面120；其中，以直线段的中点或弧线段的顶点作为母线的特征点。

一个优选方案中，所述轨道100还包括用于对所述轨圈110进行径向支撑的轨辐130，所述轨圈110和轨辐130为一体成型设置或通过连接部件进行连接。

在上述方案中，轨道面设置在轨圈的内表面或外表面上，轨圈的另一表面可为圆形、椭圆形等常规形状，便于轨圈的加工和安装，轨辐的作用类似于车轮的辐条或者为盘状结构，可以贴合在轨圈的侧壁上，或者连接在轨圈的内部，以对轨圈进行支撑和加固，而当轨道面设置在轨圈内表面，且轨道为固定不动时，轨辐是可以根据轨圈的强度需求进行选用或不用。

一个优选方案中，当所述轨道100与扭矩吸吐轴随动，弹针200固定不动时，所述轨道100通过轨辐130与扭矩吸吐轴的连接，使所述轨道100与扭矩吸吐轴随动。

在上述方案中，为有效的避免动平衡问题，扭矩吸吐轴优选由轨道的中心点处通过，而轨道大部分为中空的环状结构，因而需要通过轨辐将轨道和扭矩吸吐轴进行连接，以使得轨道与扭矩吸吐轴随动。

一个优选方案中，所述弹针200包括定托220、动托230和压簧240；所述定托220和动托230的托身相嵌，并通过所述压簧240的连接形成所述动托230相对于所述定托220可沿所述压簧240中心线仅做一维移动的可伸缩部件，或形成所述动托230相对于所述定托220既可沿所述压簧240中心线做一维移动、同时又可沿所述压簧240中心线做转动的可伸缩部件；所述定托220的托尾构成所述弹针200的针尾，所述动托230的托尾构成所述弹针200的梢部；所述针梢210设置在所述梢部的顶端；且所述针梢210的几何特征与轨道面120几何特征相匹配。

在上述方案中，所述轨道同轴异位布局中的弹针及轨道同轴同位布局中的整体弹针均包括定托、动托和压簧；所述定托和动托的托身相嵌，并通过所述压簧连接形成可沿径向伸缩，或可沿径向伸缩并以压簧中心线为中线兼具小角度转动的可伸缩部件；所述定托的托尾构成所述弹针的针尾，所述动托的托尾构成所述弹针的梢部；所述针梢为所述梢部的顶端；且所述针梢的几何特征与轨道面几何特征相匹配。

弹针由定托、动托通过压簧的连接形成以可沿所述定托或动托轴向相对运动并沿所述定托或动托径向相对转动的连接部件，轨道的轨道面变径随转角的变化而变化，而压簧仅能伸缩，不能弯曲或扭曲，由于受到变径的轨道面的约束，弹针长度、压簧长度随同扭矩吸吐轴转动而伸缩，即通过弹针和轨道面的配合来控制压簧的伸缩，压簧长度缩短时，压簧吸功，压簧长度伸长时，压簧放功。压簧长度保持不变时，既不吸功也不放功，实现了在径向上对扭矩功进行吸吐。在任一扭转周期中，压簧的累计吸功量与累计放功量相等，周期结束时压簧长度恢复至周期开始时的数值，实现了通过压簧的伸缩来解决动力供应与负载需求之间的瞬时矛盾问题，且可以正时和等额执行，实现了通过一个简单结构的新装置，从理论上和实践上彻底解决具有特定扭转周期的扭矩震动问题。

另外，对于同轴同位布置的轨道内的两个弹针来说，其动托托尾不一样，两个弹针的动托托尾所在区域均被两个平行于弹针第二对称面的平面按近似1:2:1的比例划分为三个部分。其中一个弹针动托的托尾仅有一个组成部分，处于所划分的中间区域，自身沿弹针对称面对称。而另一个弹针动托的托尾由分开且相同的两个部分组成，占据所划分的两边两个区域，两个部分沿弹针对称面对称。在结构、功能、在扭矩吸吐轴径向尺寸及在弹针对称面上的投影尺寸上，中间托尾的所有部件均与两边托尾完全相同，但在重量及扭矩吸吐轴轴向尺寸上，中间托尾的所有组成部件则为两边托尾的一个组成部分的所有对应组成部件的近似两倍，即在结构上具有对称的两小夹一大的特点，故称为夹联式。具有中间动托托尾的弹针所对应的轨道面仅有一个组成部分且沿弹针对称面对称，轨道面的母线长度与动托托尾的扭矩吸吐轴轴向长度相同或略大，等于或略小于另一个弹针的两个动托托尾部分之间的内沿间距。具有两边动托托尾的弹针所对应的轨道面由分离的两个部分组成，两个部分相同且沿弹针对称面对称，两个部分之间的内沿间距等于另一弹针所对应的轨道面的母线长度，两个部分之间的外沿间距等于或略大于两个动托托尾部分之间的外沿间距。两个轨道面沿共享轴线旋转对称，两个轨道面共享一个轨圈和两个轨辐，两个轨辐分布在具有两边动托托尾的弹针所对应的轨道面的两个组成部分的外侧，并沿弹针对称面对称。工作时两个弹针或轨道随着扭矩吸吐轴转动，具有中间动托托尾的弹针的梢部顶端沿其轨道面滑动或滚动，而具有两边动托托尾的弹针的梢部则跨着具有中间动托托尾的弹针的轨道面，梢部顶端沿着自己的两部分轨道面滑动或滚动，该结构的扭矩吸吐器能够有效避免由多个扭矩吸吐单元构成的n轨n针型扭矩吸吐器的扭矩吸吐轴及固定虚轴在不同吸吐单元部位的径向承力具有的脉动行为。

一个优选方案中，对于具有两个分支针梢210的弹针200，所述弹针200的近轨道面120部位为整体弹针200的梢部或除了针尾之外的其余部位；其中，所述弹针200的近轨道面120部位为整体弹针200的梢部的构造方式是两个相同的动托230的托尾共享一个动托230的托身，所述弹针200的近轨道面120部位为除了针尾之外的其余部位的构造方式是两个相同的动托230共享一个定托220的托尾。

一个优选方案中，还包括：

针毂300，其具有轴线，但不具有旋转对称性；所述针毂300包括针圈和用于对所述针圈或弹针进行径向支撑的针辐；所述针圈和针辐为一体成型设置或通过连接部件进行连接；所述针圈或针辐为所述弹针200提供定位和支撑；所述弹针200沿所述针圈的径向设置，所述针尾与所述针圈相连接，或所述弹针200定托220与所述针辐相连接；当所述弹针200与扭矩吸吐轴随动，所述轨道100固定不动时，所述弹针200通过针毂300与扭矩吸吐轴的连接实现与扭矩吸吐轴随动。

其中，经过所述压簧240中心线且垂直于所述针毂300的轴线的平面与经过所述轨道100母线特征点且垂直于所述轨道100的轴线的平面重合；所述针毂300的轴线、轨道100的轴线和扭矩吸吐轴的轴线三线重合，重合的轴线称为共享轴线，所述轨道100或针毂300沿所述共享轴线旋转，所述针梢210沿所述轨道面120滑动或滚动。

在上述方案中，针毂实质上为弹针的固定托架，为一完整或不完整的等径轮毂，由针圈和针辐两部分组成，针圈针辐均为可选。针圈和针辐可以是一个整体，也可以是能安装在一起的两个部件。针圈数量为一个，针辐数量为一个或多个。弹针沿针毂径向放置，围绕针毂轴线均匀排列，弹针针梢可以朝内，也可以朝外。针梢朝内时，弹针根植于针圈内表面上，或/和弹针定托托身一侧贴定在针辐上。针梢朝外时，弹针根植于针圈外表面上，针毂可以缩为仅剩下针圈。

另外，当弹针根植于针圈外表面上，针毂可以缩为仅剩下针圈。当针毂不用转动且外界可以提供弹针的固定位置和条件时，针毂可以采用虚拟形式，即针毂为可选设置，目的在于便于弹针的连接和固定。

所述针圈和针辐或者覆盖整个360°转角，或者是仅覆盖一个单个局部转角区域，或者是覆盖两个或多个具有旋转对称性的局部转角区域；所述弹针沿所述针圈的径向设置，所述针尾与所述针圈相连接或所述弹针定托与针辐相连接；当所述弹针与扭矩吸吐轴随动、所述轨道固定不动、且以轨道外表面作为轨道面时，所述弹针通过针毂与扭矩吸吐轴的连接实现与扭矩吸吐轴随动；当所述弹针与扭矩吸吐轴随动、所述轨道固定不动、且以轨道内表面作为轨道面时，所述弹针通过与缩减得只剩下针圈的针毂的连接实现与扭矩吸吐轴随动，或者说是以弹针自己的针尾来完成针毂的功能。对同轴异位轨道布局而言，不同弹针所在的针毂相互之间具有n次旋转对称性，各弹针可有自己的独立针毂，也可共享一个针毂；对同轴同位轨道布局而言，中间弹针和分杈弹针共享一个针毂。

对于轨道面设置在轨圈内表面的内轨型n轨n针型扭矩吸吐器来说，两个弹针及两个轨道面共享一个扭矩吸吐轴部位或固定虚轴（非转动部件的虚拟轴，如对转轨型而言，针毂轴为虚轴，对转针型而言，轨毂轴为虚轴）部位，扭矩吸吐轴与固定虚轴亦共享一个部位，轨辐或轨圈共享、针辐或针圈共享，两个弹针可以尾对尾植根在一个缩得仅剩下针圈的针毂上，而针毂固定在扭矩吸吐轴上。

对于轨道面设置在轨圈外表面的外轨型n轨n针型扭矩吸吐器来说，轨辐可以缩减为1个，其自身沿弹针经过弹针压簧中心线且垂直于针毂轴线的平面对称，两个弹针根植在针圈的内表面上，针梢朝向共享轴线。针毂增设两个针辐，两个针辐沿弹针对称面对称地分布在两个轨辐的外侧或轨圈的外侧。工作时轨道或针圈随着主轴转动，两个轨道面或针圈带动所述弹针的梢部顶端滑动或滚动。

当所述弹针随所述扭矩吸吐轴转动、所述轨道固定不动时，所述针梢主动沿沿所述轨道面滑动或滚动；当所述轨道随所述扭矩吸吐轴转动、所述弹针固定不动时，所述针梢被动沿所述轨道面滑动或滚动。经过所述压簧中心线且垂直于所述针毂的轴线的平面与经过所述轨道母线特征点且垂直于所述轨道的轴线的平面重合，或者可以近似重合。

一个优选方案中，规定所述n轨n针型扭矩吸吐器吸功时扭矩为正、吐功时扭矩为负时，所述n轨n针型扭矩吸吐器的扭矩吸吐单元的扭矩特性方程为：

公式1；

公式2；

公式1为针梢210与设置为轨圈110内表面的轨道面120相抵接时的扭矩吸吐单元的扭矩特性方程；公式2为针梢210与设置为轨圈110外表面的轨道面120相抵接时的扭矩吸吐单元的扭矩特性方程；

其中，T为扭矩，n为轨道的个数，l为压簧长度，ρ为轨道半径，θ为转角，F为压簧的弹力；所述压簧的弹力为压簧长度或轨道半径的函数，并由公式3和公式4进行表示：

F = f(ρ) = f(l+b) 公式3；

F = f(ρ) = f(c-l) 公式4；

公式3为针梢与设置为轨圈内表面的轨道面相抵接时压簧长度或轨道半径的函数；公式4为针梢与设置为轨圈外表面的轨道面相抵接时压簧长度或轨道半径的函数；

其中，b和c均为一常数，b具体指轨道半径与压簧长度的差值，c具体指轨道半径与压簧长度的和。

在上述方案中，扭矩特性方程是在忽略针梢几何的影响，并以所述轨道半径变化量作为压簧长度的变化量，忽略转动引起的摩擦损失和运动部件的惯性对扭矩及扭转功的影响下而得出的，因而当考虑各种非理想因素对公式的各种修正，以及基于不同规定对公式的修改，均为本发明的权利要求保护范围。

一个优选方案中，由所述扭矩特性方程积分分别得到所述压簧长度方程公式5和轨道半径方程公式6和7：

公式5；

公式6；

公式7；

公式6为针梢210与设置为轨圈110内表面的轨道面120相抵接时的轨道半径方程；公式7为针梢210与设置为轨圈110外表面的轨道面120相抵接时的轨道半径方程；

其中，k为所述压簧的倔强系数，l ₀为压簧的自然长度，L ₀为针梢与设置为轨圈内表面的轨道面相抵接时最大轨道半径处的压簧压缩量，或为针梢与设置为轨圈外表面的轨道面相抵接时最小轨道半径处的压簧压缩量，即压簧的最小压缩量。

在上述方案中，根据扭矩特性方程并结合压簧特性和弹针几何等可以获得如公式5和公式6、7所示的扭矩吸吐器的轨道半径方程及压簧长度方程。具体为：在任一个从动力到负载的扭矩传递周期中，至少存在一个扭矩供应从不足到过剩的转换点或过渡点，它对应着一个压簧长度最大值点和一个压簧累计放功最大值点，一个内针型轨道半径最大值点，一个外针型轨道半径最小值点或内针型轨道半径最大值点。任取这样一个转换点或过渡点，将其作为扭矩吸吐器扭转周期的起点（θ = 0），并假定压簧的弹力与其伸缩量呈正比关系，则对公式1和2进行积分可得压簧长度方程和轨道半径方程，其中，在公式5和公式6、7中，l₀和L₀均为常数，且一般要求压簧的最小压缩量不等于0，除非在最大轨道半径处或最小半径处扭矩相对于转角的变化率（扭矩对转角的导数）为0，否则，在这些位置处的轨道面将不平滑。

可见，公式1和2的扭矩特性方程将扭矩和两个因子（压簧弹力和压簧长度对转角的变化率）联系在了一起，故可以从扭矩特性和压簧特性获得轨道半径特性，反过来，也可以通过更改轨道半径特性和压簧特性来获得任意扭矩特性。由于压簧弹力的保守性和两个因子的作用，扭矩吸吐器可以胜任对任何扭矩震动特性的正时等额抵消和等额补偿任务。

公式5和公式6、7均是在特定假设下得到的公式，因而，基于这两个公式所做的任何近似性或精确性或其他修改均属本发明的权利保护范围。

公式1、2、5、6和7给出了存在于轨道半径、扭矩、压簧特性和转角等参数之间的内在定量关系，从而解决了扭矩特性和轨道特性之间的内在关联问题，使得新的扭矩消震方法具有了普适性。

另外，对于从针尾开始分杈的双杈弹针来说，其具有两个压簧，这两个压簧等效为一个压簧，也即这两个压簧中任一个的倔强系数为k的一半。

公式5-7中的扭矩T等于扭矩传递系统中动力与负载之间的瞬时扭矩差，规定动力放功时扭矩为正，负载吸功时扭矩为正；扭矩吸吐器扭转周期的起点（θ = 0）为在一个从动力到负载的扭矩传递周期中扭矩供应从不足到过剩的任一个转换点或过渡点；压簧的弹力与其伸缩量被假定为呈正比关系。

实施例1

提供了一种如图1所示的适用于扭矩变化周期为360°的扭矩传递系统的双轨双针型扭矩吸吐器，轨道面为轨圈的内表面，两个弹针的针尾通过针毂与轨道同轴设置，且两个弹针的针梢分别与两个轨道的轨道面相抵接；扭矩吸吐轴连接针毂，带动弹针转动的过程中，使得两个弹针的针梢分别沿各自的轨道面主动滑动或滚动，并因轨道的变径设置，实现弹针的伸缩，进而实现在径向上对扭矩功进行吸吐。

实施例2

提供了一种如图2所示的适用于扭矩变化周期为360°的扭矩传递系统的双轨双针型扭矩吸吐器，轨道面为轨圈的内表面，两个弹针的针尾相对并通过缩小到仅剩针圈的针毂连接在一起，针毂与轨道同轴布置，且具有分支针梢的弹针的针梢分别与位于两侧的分支轨道面相抵接，而不具有分支针梢的弹针的针梢与位于中部的中间轨道面相抵接；扭矩吸吐轴通过与针圈的连接，带动针圈转动的过程中，使得弹针的针梢沿轨道面主动滑动或滚动，并因轨道的变径设置，实现弹针的伸缩，进而实现在径向上对扭矩功进行吸吐。

实施例3

提供了一种如图3所示的适用于扭矩变化周期为360°的扭矩传递系统的双轨双针型扭矩吸吐器，轨道面为轨圈的外表面，两个弹针的针尾分别固定连接于位于轨道外部，且与轨道同轴布置的针圈的内表面上，两个弹针相对布置，具有分支针梢的弹针的针梢分别与位于两侧的分支轨道面相抵接，而不具有分支针梢的弹针的针梢与位于中部的中间轨道面相抵接；扭矩吸吐轴通过与轨道的连接，带动轨道转动的过程中，使得弹针的针梢沿轨道面被动滑动或滚动，并因轨道的变径设置，实现弹针的伸缩，进而实现在径向上对扭矩功进行吸吐。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种n轨n针型扭矩吸吐器，适用于扭矩变化周期为360°的扭矩传递系统，其特征在于，包括：

轨道，其为同轴异位布置的多个；多个所述轨道以轨道的轨道面为参照，按照360°/n等转角排列，其中，n为不小于2的自然数，为轨道的个数；所述轨道包括轨圈，所述轨圈为所述轨道面的载体；所述轨道面为一沿轨道轴线变径旋转形成的柱面或其他曲面，且不具有旋转对称性；

弹针，其对应于所述轨道数量设置，一个弹针对应一个轨道，以形成一个扭矩吸吐组；相邻所述轨道内的弹针按360°/n等转角排列，并同轴或同柱面安装；当以轨圈的内表面作为轨道面时，弹针同轴安装；当以轨圈的外表面作为轨道面时，弹针同柱面安装；所述弹针为可伸缩式组件，且沿所述轨道的径向布置；所述弹针的针梢与所述轨道面相抵接；

其中，所述轨道和弹针二者之一以与扭矩吸吐轴随动的方式固定在扭矩吸吐轴上，另一个固定不动；轨道的轴线与扭矩吸吐轴的轴线重合；弹针安装轴线或安装圆柱面的轴线与扭矩吸吐轴的轴线重合；不同扭矩吸吐组的轨道和弹针保持相同的运动方式；所述扭矩吸吐轴为扭矩吸吐器转动部分的转轴，同时也是扭矩传递系统中动力和负载之间的扭矩传递轴。

2.如权利要求1所述的n轨n针型扭矩吸吐器，其特征在于，所述轨道设置为同轴同位布置的两个；其中任一所述轨道的轨道面由相同但分离布置的两个分支轨道面组成；另一轨道的轨道面呈一整体的中间轨道面布置于两个所述分支轨道面之间；所述中间轨道面和分支轨道面按照180°等转角排列；

所述弹针的数量为两个；对应于所述中间轨道面的弹针的针梢与所述中间轨道面相抵接；对应于所述分支轨道面的弹针的针梢由分开且相同的两部分组成，以形成分别与所述分支轨道面抵接的两个分支针梢；两个所述弹针按照180°等转角排列，并同轴安装或同圆柱面安装；当以轨圈的内表面作为轨道面时，弹针同轴安装；当以轨圈的外表面作为轨道面时，弹针同柱面安装。

3.如权利要求1或2所述的n轨n针型扭矩吸吐器，其特征在于，所述轨道面的具体形状为：

所述轨道面的准线为一平面闭合曲线，母线为一直线段或平面弧线段；所述准线所在平面垂直于所述轨道的轴线，不具有旋转对称性；所述准线上各点到轴线的距离为各点处的轨道半径；

当所述母线为直线段时，母线平行于轴线，形成的轨道面为非圆直柱面；当所述母线为平面弧线段时，平面弧线段所在的平面经过轴线，所述平面弧线段的开口朝向或背向轴线；所述平面弧线段的顶点沿准线绕轴线旋转形成轨道面；其中，以直线段的中点或弧线段的顶点作为母线的特征点。

4.如权利要求1或2所述的n轨n针型扭矩吸吐器，其特征在于，所述轨道还包括用于对所述轨圈进行径向支撑的轨辐，所述轨圈和轨辐为一体成型设置或通过连接部件进行连接。

5.如权利要求1或2所述的n轨n针型扭矩吸吐器，其特征在于，当所述轨道与扭矩吸吐轴随动，弹针固定不动时，所述轨道通过轨辐与扭矩吸吐轴的连接，使所述轨道与扭矩吸吐轴随动。

6.如权利要求1或2所述的n轨n针型扭矩吸吐器，其特征在于，所述弹针包括定托、动托和压簧；所述定托和动托的托身相嵌，并通过所述压簧的连接形成所述动托相对于所述定托可沿所述压簧中心线仅做一维移动的可伸缩部件，或形成所述动托相对于所述定托既可沿所述压簧中心线做一维移动、同时又可沿所述压簧中心线做转动的可伸缩部件；所述定托的托尾构成所述弹针的针尾，所述动托的托尾构成所述弹针的梢部；所述针梢设置在所述梢部的顶端；且所述针梢的几何特征与轨道面几何特征相匹配。

7.如权利要求6所述的n轨n针型扭矩吸吐器，其特征在于，对于具有两个分支针梢的弹针，所述弹针的近轨道面部位为整体弹针的梢部或除了针尾之外的其余部位；其中，所述弹针的近轨道面部位为整体弹针的梢部的构造方式是两个相同的动托的托尾共享一个动托的托身，所述弹针的近轨道面部位为除了针尾之外的其余部位的构造方式是两个相同的动托共享一个定托的托尾。

8.如权利要求6所述的n轨n针型扭矩吸吐器，其特征在于，还包括：

针毂，其具有轴线，但不具有旋转对称性；所述针毂包括针圈和用于对所述针圈或弹针进行径向支撑的针辐；所述针圈和针辐为一体成型设置或通过连接部件进行连接；所述针圈或针辐为所述弹针提供定位和支撑；所述弹针沿所述针圈的径向设置，所述针尾与所述针圈相连接，或所述弹针定托与所述针辐相连接；当所述弹针与扭矩吸吐轴随动，所述轨道固定不动时，所述弹针通过针毂与扭矩吸吐轴的连接实现与扭矩吸吐轴随动；

其中，经过所述压簧中心线且垂直于所述针毂的轴线的平面与经过所述轨道母线特征点且垂直于所述轨道的轴线的平面重合；所述针毂的轴线、轨道的轴线和扭矩吸吐轴的轴线三线重合，重合的轴线称为共享轴线，所述轨道或针毂沿所述共享轴线旋转，所述针梢沿所述轨道面滑动或滚动。

9.如权利要求6所述的n轨n针型扭矩吸吐器，其特征在于，规定所述n轨n针型扭矩吸吐器吸功时扭矩为正、吐功时扭矩为负时，所述n轨n针型扭矩吸吐器的扭矩特性方程为：

公式1；

公式2；

公式1为针梢与设置为轨圈内表面的轨道面相抵接时的n轨n针型扭矩吸吐器的扭矩特性方程；公式2为针梢与设置为轨圈外表面的轨道面相抵接时的n轨n针型扭矩吸吐器的扭矩特性方程；

其中，T为扭矩，n为轨道的个数，l为压簧长度，ρ为轨道半径，θ为转角，F为压簧的弹力；所述压簧的弹力为压簧长度或轨道半径的函数，并由公式3和公式4进行表示：

F = f(ρ) = f(l+b) 公式3；

F = f(ρ) = f(c-l) 公式4；

公式3为针梢与设置为轨圈内表面的轨道面相抵接时压簧长度或轨道半径的函数；公式4为针梢与设置为轨圈外表面的轨道面相抵接时压簧长度或轨道半径的函数；

其中，b和c均为一常数，b具体指轨道半径与压簧长度的差值，c具体指轨道半径与压簧长度的和。

10.如权利要求9所述的n轨n针型扭矩吸吐器，其特征在于，由所述扭矩特性方程积分分别得到所述压簧长度方程公式5和轨道半径方程公式6和7：

公式5；

公式6；

公式7；

公式6为针梢与设置为轨圈内表面的轨道面相抵接时的轨道半径方程；公式7为针梢与设置为轨圈外表面的轨道面相抵接时的轨道半径方程；

其中，k为所述压簧的倔强系数，l₀为压簧的自然长度，L₀为针梢与设置为轨圈内表面的轨道面相抵接时最大轨道半径处的压簧压缩量，或为针梢与设置为轨圈外表面的轨道面相抵接时最小轨道半径处的压簧压缩量，即压簧的最小压缩量。

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