CN112236605A - 衬套 - Google Patents

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彼得·西姆斯
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Abstract

各个实施例提供一种用于隔离振动的衬套，该衬套包括：第一锚部件，限定纵轴；第二锚部件，相对第一锚部件同轴设置；第一弹性体，在操作上与第一锚部件相接合；第二弹性体，在操作上与第二锚部件相接合；以及惯性质量元件，设置在第一锚部件与第二锚部件之间，其中惯性质量元件独立连接到第一弹性体和第二弹性体，其中第一弹性体、第二弹性体和惯性质量元件布置成隔离预定运行频率范围之内的第一锚部件与第二锚部件之间的振动，以及其中惯性质量元件布置成将第一锚部件和第二锚部件与动态刚度增加隔离，所述动态刚度增加与预定运行频率范围中的内弹性体和外弹性体的本征模式关联。

Description

衬套
技术领域
本发明涉及用于抑制两个组件(例如车辆的发动机和底盘)之间的振动的衬套。
背景技术
通常，用于抑制振动的衬套包括两个锚部件，所述锚部件通过弹性材料(例如橡胶)来连接。一个锚部件附连到振动机械的一个组件，而另一锚部件附连到另一个组件。随着两个组件彼此相对振动，弹性材料提供振动组件与锚之间的隔离。因此，这类衬套准许某个相对移动，但是起作用以防止组件之间的过度移动。
GB 2364558公开衬套的示例，其中用于振动机械的一个组件的锚部件采取空心套管的形式，而另一锚部件采取大致在套管中心并且与其同轴延伸的杆或管的形式。例如橡胶或其他适当弹性体材料的弹性体设置在套管与杆之间的环空体积内。弹性体能够例如通过套管朝杆的径向卷曲或者通过经由硫化过程进行接合来固定到位。
套管与杆之间的弹性体表示用于隔离振动的弹簧元件。这个弹簧元件的动态刚度随着取决于多个因素(包括所使用的弹性材料以及套管与杆之间的连接的形状和配置)的振动频率而改变。但是，在任何给定布置中，弹性体将呈现一个或多个本征模式，其中动态刚度增加并且互连组件之间的振动隔离降低。
期望弹性体的本征模式位于与待互连组件(例如车辆中的发动机和底盘)的正常运行关联的频率范围之外。
发明内容
最一般来说，本发明提供一种衬套，该衬套具有两个锚部件之间的弹性互连内的惯性质量，以便提供预定运行振动频率范围之内的平坦动态刚度剖面。预定运行振动频率范围可以是例如与可预计规则地或者对运行期间的延长周期发生的振动频率关联的敏感振动频率范围。例如，在车辆中连接衬套的情况下，预定运行振动频率范围可与发动机振动(所述发动机振动与跨常规速度的范围的巡航关联)关联。
锚部件通过两个独立弹簧元件(例如弹性体)来互连，所述弹簧元件通过惯性质量所分隔。惯性质量和弹簧元件的性质被选择成确保弹簧元件的任一个或者弹簧元件和惯性质量的组合关联的任何共振条件位于预定运行振动频率范围之外，例如位于非敏感运行振动频率范围中。
衬套可用于许多不同的应用或环境中，例如衬套可连接到内燃机、电发动机、混合发动机、电动机、电机、变速箱、分速器等。
按照本发明，提供一种用于隔离振动的衬套，该衬套包括：第一锚部件，限定纵轴；第二锚部件，相对第一锚部件同轴设置；第一弹性体，在操作上与第一锚部件相接合；第二弹性体，在操作上与第二锚部件相接合；以及惯性质量元件，设置在第一锚部件与第二锚部件之间，其中惯性质量元件独立连接到第一弹性体和第二弹性体，其中第一弹性体、第二弹性体和惯性质量元件布置成隔离预定运行频率范围之内的第一锚部件与第二锚部件之间的振动，以及其中惯性质量元件具有某个质量，该质量被选择成将第一锚部件和第二锚部件与动态刚度增加隔离，所述动态刚度增加与预定运行频率范围中的内弹性体和外弹性体的本征模式关联。在使用中，衬套因此可呈现跨预定运行频率范围的平坦或者一般均匀的动态刚度剖面。
术语“弹性”在本文中用来一般表示在变形力的施加之后弹回或回弹的能力。
优选地，惯性质量元件在预定运行频率范围中具备非共振条件。换言之，第一锚部件与第二锚部件之间的惯性质量元件的相对移动可位于跨预定运行频率范围基本上均匀的范围之内。惯性质量元件以及第一弹性体和第二弹性体的组合可形成呈现共振的系统。这个共振的特征可在于系统动态刚度的增加。这个共振条件(所述共振条件可被看作是惯性质量元件的振荡共振)可处于低于预定运行频率范围的频率，例如处于非敏感运行频率范围中的1000Hz或低于1000Hz。
例如，如果衬套用于车辆(例如具有电机的车辆)中，则低于1000Hz的阈值的非敏感运行频率范围能够是良好区域，因为电机通常在较低速度下以这个频率生成振动。由于通常不是对任何时间长度保持这类低速度，所以驾驶员不会感知这个非敏感范围中的任何噪声。相比之下，因共振条件引起的高动态刚度在高频范围下发生，存在它与对长时间周期以某个速度所花费的时间的巡航重合的风险，这是值得注意的。要理解，在另一个实施例中，可使用不同阈值，例如低于500Hz或者在200Hz与800Hz之间。
衬套可呈现在低于预定运行频率范围的共振频率下具有单峰值的动态刚度特性。动态刚度特性可包括跨预定运行频率范围的平坦区。平坦区的特征可在于小于1000N/mm、优选地小于500N/mm的动态刚度的变化。
预定运行频率范围可以是500至2500Hz或者它们的任何子范围。衬套可布置成在预定运行频率范围的全部或部分之内(例如在从1000至2000Hz的范围之内)呈现低动态刚度(例如小于100N/mm)。
在一个示例中，第一锚部件可以是沿纵轴延伸的杆。第二锚部件可包括围绕杆并且限定其之间的环形间距。在这个示例中，惯性质量元件可包括例如相对杆和套管同轴地设置在环形间距中的一段材料(例如刚性管状体)。惯性质量元件可通过第一弹性体和第二弹性体来保持在这个位置。例如，第一弹性体可在杆的外表面与惯性质量元件的内表面之间径向延伸。第二弹性体可在惯性质量元件的外表面与套管的内表面之间径向延伸。
第一弹性体可以是固体弹性构件，该固体弹性构件填充杆与刚性管状体之间的环空体积。备选地，第一弹性体可以是模制弹性构件，该模制弹性构件具有轴向贯穿其中的通道，以促进加载期间(例如在运行期间加载第一和/或第二锚部件时)的第一锚部件与第二锚部件之间的相对移动。
第二弹性体可以是模制弹性构件，该模制弹性构件具有轴向贯穿其中的通道，以促进加载期间(例如在运行期间加载第一和/或第二锚部件时)的第一锚部件与第二锚部件之间的相对移动。
衬套可包括一个或多个缓冲部分，以便在物理上限制第一锚部件与第二锚部件之间的相对径向移动的程度。例如，第一弹性体可包括在其轴向延伸通道内形成的缓冲部分，以便在物理上限制第一锚部件与第二锚部件之间的相对径向移动的程度。作为补充或替代，第二弹性体可包括在其轴向延伸通道内形成的缓冲部分，以便在物理上限制第一锚部件与第二锚部件之间的相对径向移动的程度。作为补充或替代，第一锚部件和第二锚部件的至少一个可包括缓冲部分，该缓冲部分在物理上限制第一锚部件与第二锚部件之间的相对径向移动的程度。例如，第一锚部件可包括突出体，该突出体布置成当第一锚部件与第二锚部件之间的间距(即，距离)下降到低于通过突出体的形状/尺寸(例如径向长度)所定义的预定义量时邻接或碰撞第二锚部件。备选地，第二锚部件可包括突出体。此外，第一锚部件可包括第一突出体，而第二锚部件可包括第二突出体，以及第一突出体和第二突出体可布置成当第一锚部件与第二锚部件之间的间距(即，距离)下降到低于通过第一突出体和第二突出体的组合尺寸(例如径向长度)所定义的预定义量时相互邻接或碰撞。
在另一个示例中，第一锚部件可以是凸形元件，而第二锚部件可以是布置成在其中接纳凸形元件的凹形元件。凸形元件可以是沿衬套的纵轴延伸的延长(例如杆状)结构。凹形元件可以是一般圆筒结构，该结构限定其中可接纳凸形元件的空腔。在这个示例中，第一弹性体、第二弹性体和惯性质量元件可共同形成凸形元件与凹形元件之间的截头圆锥互连。惯性质量元件可包括例如采取平板等形式的刚性分离部分，该刚性分离部分在物理上将第一弹性体与第二弹性体分离。刚性分离部分可以是围绕衬套圆周地延伸的环形平面元件。平面元件的平面的法线可向纵轴倾斜。
惯性质量元件可包括缓冲部分，以用于限制凸形元件与凹形元件之间的相对轴向移动。缓冲部分可包括径向延伸表面(例如平板)，该表面布置成在其之间的相对移动超过阈值时邻接凹形元件或者凸形元件。例如，凹形元件可包括顶部凸缘，该顶部凸缘布置成邻接缓冲部分，以限制凸形元件可移动到凹形元件中的轴向距离。
在使用中，第一锚部件可连接到第一机器组件，而第二锚部件可连接到第二机器组件，由此衬套可操作以隔离第一机器组件与第二机器组件之间的振动。在实施例中，第一机器组件和第二机器组件均可振动；但是在至少一些其他实施例中，第一或者第二机器组件可以是固定的(即，不能振动)。衬套可配置成供任何适当领域中使用。例如，第一机器组件和第二机器组件是车辆的发动机和底盘。
附图说明
参照附图详细描述本发明的实施例，附图包括：
图1是作为本发明的实施例的衬套的透视图；
图2A和图2B示出图1的衬套的截面图；
图3是示出已知衬套以及作为本发明的实施例的衬套针对频率的动态刚度的图表；
图4是已知垂直安装衬套的截面图；
图5是作为本发明的另一个实施例的垂直安装衬套的截面图；
图6是作为本发明的另一个实施例的垂直安装衬套的截面图；
图7是作为本发明的另一实施例的衬套的透视图；
图8A和图8B示出图7的衬套的截面图；
图9是示出图7的衬套针对频率的动态刚度的图表；
图10A是作为本发明的另一个实施例的衬套的第一端的透视图；
图10B是图10A的衬套的第二端的透视图；
图10C和图10D示出图10A的衬套的截面图；
图11A是作为本发明的又一个实施例的衬套的第一端的透视图；
图11B是图11A的衬套的第二端的透视图；以及
图11C和图11D示出图11A的衬套的截面图。
具体实施方式
图1是作为本发明的第一实施例的衬套100的透视图。衬套100是限定纵轴的一般圆筒结构。图2A示出与纵轴垂直的衬套100的截面。图2B示出与纵轴平行的衬套100的截面。
衬套100包括围绕纵轴同轴布置的一系列组件。组件包括第一锚部件110，该第一锚部件110被内弹性体114所包围并且在操作上与其接合。内弹性体114被惯性质量元件118所包围并且在操作上与其接合。惯性质量元件118被外弹性体116所包围并且在操作上与其接合，该外弹性体116又被第二锚部件112所包围并且在操作上与其接合。下面将更详细描述每个部件的功能。衬套100可如图1所示具有开口端面，或者衬套100的端面可部分或完全被覆盖。衬套可在弹性体之一或两者中限定的空隙内包含流体(例如液压流体)。
第一锚部件110包括刚性杆，该刚性杆可以是由例如金属(例如钢)等的任何适当材料所制成的空心管。第一锚部件110配置成按照任何常规方式来附连到振动机械(未示出)的第一组件。在一个示例中，第一锚部件110可具有12mm的内径和25mm的外径，但是本发明可以可适用于具有任何尺寸的衬套。
第二锚部件112包括刚性套管，该刚性套管例如由金属等所形成，与第一锚部件110同轴地设置，以限定其之间的环形空间。第二锚部件112配置成附连到振动机械(未示出)的第二组件。在一个示例中，第二锚部件112可具有105mm的内径和110mm的外径。衬套100由此可用作两个组件之间的安装装置。例如，第一组件可以是发动机或电动机，而第二组件可以是车辆的底盘。衬套100可特别适合于在电动车辆中的驱动单元与底盘之间使用。
在第一锚部件110与第二锚部件112之间的环形空间中与其同中心地提供内弹性体114和外弹性体116。内弹性体114和外弹性体116各自可由弹性变形材料(例如橡胶)来组成。内弹性体114和外弹性体116可由相同或不同的材料来形成。在一个示例中，弹性材料可以是硬度在45与50(如采用肖氏A硬度计所测量)之间的橡胶。
内弹性体114和外弹性体116通过惯性质量元件118相互分隔，该惯性质量元件118在这个示例中是安装在内弹性体114的外表面与外弹性体116的内表面之间的刚性环形元件。
内弹性体114、惯性质量元件118和外弹性体116可共同工作，以隔离第一锚部件110与第二锚部件112之间的振动。按照这种方式，通过使用衬套110来互连两个组件，第一组件可与第二组件的振动隔离，反过来也是一样。
内弹性体114和外弹性体116可作为惯性质量元件118的任一侧上的独立弹簧来工作。内弹性体114的形状、材料和配置可被选择成使得衬套100呈现预期动态刚度特性，如以下所述。外弹性体116可配置为移动限制器，以便为第一锚部件与第二锚部件110、112之间例如因加速负荷、坑洞事件、转弯、碰撞等引起的显著相对移动事件提供某个等级的控制。组合地，与缓冲装置120相组合的外弹性体116限定静态刚度曲线，该静态刚度曲线被调谐成对所施加的给定力给予某个刚度。
内弹性体114可包括填充第一锚部件110与惯性质量元件118之间的环空体积的固体橡胶元件。内弹性体114可在这两个组件之间直接模制。
在一些示例中，内弹性体114可接合到第一锚部件110和惯性质量元件118其中之一或两者。例如，通过接合到内弹性体114的第一锚部件110所形成的内衬套可被推进装入惯性质量元件118，以增加耐用性。类似地，可期望将第一锚部件110推进装入通过接合到外弹性体116的惯性质量元件118所形成的衬套子组合件，以增加耐用性。耐用性的增加来自预压橡胶以去除橡胶在模制之后收缩所引起的残余应力。
内弹性体114和外弹性体116其中之一或两者可具有空隙/通道或者是固体橡胶，如根据预期刚度特性所要求。
所制成的外弹性体116具有贯穿其中的一个或多个轴向通道或空隙。换言之，它无需完全填充惯性质量元件118的外表面与第二锚部件112的内表面之间的环空体积。外弹性体116中的通道或空隙可作为布置成减缓第一组件和/或第二组件的大相对移动的缓冲器或缓冲装置120、122来工作。
在这个实施例中，惯性质量元件118是例如由金属(例如钢)制成的刚性圆筒。惯性质量元件118的材料和/或尺寸可结合内和外弹性体114、116的弹簧性质来选择，使得惯性质量在衬套的预计使用范围之外(例如低于)的振动频率下呈现共振条件。在衬套的正常使用下，惯性质量元件118因此具备非共振条件，其中它隔离与内和外弹性体114、116的本征模式关联的动态刚度增加。也就是说，内弹性体114和外弹性体116的每个具有其动态刚度增加的独立共振频率或本征模式。在与这些本征模式对应的振动频率下，通过内弹性体114或外弹性体166所提供的隔离作用通常降低。但是，惯性质量元件118的存在起作用以降低或消除来自衬套100的总体动态刚度特性的这些刚度增加，以整体上为衬套提供基本上平坦的动态刚度特性。因此，惯性质量元件118确保衬套100跨每个组件的运行频率范围将振动机械的第一组件与振动机械的第二组件的振动有效地隔离。
在一个非限制性示例中，惯性质量元件可具有大约400g的质量。例如，惯性质量元件118的内径可以为55mm，并且外径可以为65mm。
图3示出已知衬套以及按照本发明的衬套(例如图1和图2A-2B所示的衬套100)针对频率的动态刚度的图表。
如在图3中能够看到，已知衬套的动态刚度特性140在大约1000Hz和2000Hz下呈现与本征模式对应的刚度峰值150、152。这些峰值表示通过衬套所互连的两个组件之间的降低振动隔离。在衬套用来将发动机或电动机安装到车辆的底盘的情况下，在一个示例中，这可引起乘客的不舒适乘坐。因此期望降低或消除这些频率下的衬套中的刚度增加，并且提供一种衬套，该衬套具有位于与互连组件的正常运行关联的频率范围之外的本征模式。
例如图1和图2A-2B所示衬套等的衬套可具有动态刚度特性142，该动态刚度特性142在低频率(例如小于500Hz)下呈现单个峰值154。优选地，这个峰值在低于400Hz的频率下出现。这个峰值是内弹性体与外弹性体之间的惯性质量的本征模式或共振峰值。优选地，这个本征模式处于低于通过衬套所互连的第一组件或第二组件的运行频率范围的频率。惯性质量元件的共振频率取决于那个元件的质量，并且还取决于内弹性体和外弹性体的大小或材料。通过调整这些参数，惯性质量元件的本征模式可‘被调谐’到预期频率。
衬套中的惯性质量元件的存在降低或消除高于惯性质量元件本身的共振频率的增加动态刚度。也就是说，不存在因内弹性体或外弹性体所引起的衬套的动态刚度中的峰值。因此，通过按照本发明的衬套跨振动频率的大范围有效地隔离振动。优选地，这个大范围覆盖将要互连的第一组件和第二组件的运行频率范围。例如，在衬套用来互连车辆的发动机或电动机和底盘的情况下，按照本发明的衬套的使用确保乘客舒适性。
图4示出已知垂直安装衬套200的截面图。衬套200一般为圆筒形，并且包括第一锚部件210和第二锚部件212。第一锚部件210包括刚性凸形元件，该凸形元件配置用于到振动机械的第一组件的附连，以及第二锚部件212包括凹形元件，以用于接纳凸形元件。第二锚部件212具有附连区(例如凸缘213)，该附连区配置用于到振动机械的第二组件的附连。第二锚部件212与第一锚部件210同心并且分隔开，以限定第一锚部件210与第二锚部件212之间的一般环形区。弹性变形材料214(例如橡胶)的环形被设置在这个环形区内，以连接第一锚部件210和第二锚部件212。
由于固定到衬套200的两个组件相互之间振动，所以弹性材料214的环形变形，以隔离振动。但是，弹性材料214具有弹性材料214的动态刚度增加的一个或多个本征模式，从而降低互连组件之间的振动隔离。
两个互连组件之间的相对移动通过上缓冲板216和下缓冲板218来限制在垂直(Z)方向，如在图4中所示。
上缓冲板216连接到第一锚部件210的上端，并且限制第一锚部件210沿第一方向(如在图4中所示的向下)相对第二锚部件212的移动范围。上缓冲板216被确定大小成在沿第一方向的相对移动超过阈值时邻接第二锚部件212上的缓冲表面220。
下缓冲板218连接到第一锚部件210的底端，并且限制第一锚部件210沿与第一方向相反的第二方向(如在图4中所示的向上)相对第二锚部件212的移动范围。下缓冲板218在第一锚部件210与第二锚部件212之间沿第二方向的相对移动超过阈值时邻接第二锚部件212的内壁。
图5示出作为本发明的另一个实施例的垂直安装衬套300的截面图。
与以上参照图1至图3所述的实施例相似，衬套300中的锚元件经由第一弹性体314和第二弹性体316相互连接，其中惯性质量元件318设置在第一弹性体314与第二弹性体316之间。在这个示例中，第一弹性体314是环形元件，该环形元件围绕(例如接合到)第一锚部件310的表面来形成。第一弹性体314可接合到第一锚部件310的倾斜表面。倾斜表面可采取截头圆锥体形式。第二弹性体316是环形元件，该环形元件在第二锚部件312的表面上形成(例如与其接合)。第二弹性体316可接合到第二锚部件312的倾斜表面。倾斜表面可按照与第一锚部件310的截头圆锥表面相似的方式成一角度，由此第一弹性体314和第二弹性体316进行协作，以桥接第一锚部件310与第二锚部件312之间的间隙。第一弹性体和第二弹性体的成角度性质可使衬套能够隔离具有径向和轴向分量的振动。
这个示例中的惯性质量元件318包括刚性环形板部分320，该刚性环形板部分320将第一弹性体314与第二弹性体316分隔。刚性环形板部分可倾斜，使得其平面的法线保持在与衬套300的轴成锐角，并且与第一弹性体314和第二弹性体316桥接第一锚部件310与第二锚部件312之间的间隙的方向一致。
惯性质量元件318还可包括缓冲部分322，以用于限制第一锚部件310与第二锚部件312之间的相对轴向移动的程度。在这个示例中，缓冲部分是环形凸缘，该环形凸缘沿径向从刚性环形板部分的外圆周边缘远离第一弹性体和第二弹性体延伸。第二锚部件312可具有顶部凸缘324，该顶部凸缘324沿径向延伸。环形凸缘可邻接顶部凸缘，以限制第一锚部件310能够移入第二锚部件312的距离。
在这个示例中，惯性质量元件318因此可执行两个功能。首先，它能够按照与以上针对图1至图3所述的衬套100的惯性质量元件118相似的方式工作以降低或去除衬套300中因第一弹性体314和第二弹性体316的本征模式引起的动态刚度增加。其次，它能够按照与以上针对图4所述的上缓冲部件216相似的方式工作以限制第一锚部件与第二锚部件310、312之间的相对轴向移动。
图6示出作为本发明的另一个实施例的垂直安装衬套400的截面图。
在这个实施例中，第一锚部件402连接到振动元件(例如电动机)，而第二锚部件404连接到底盘。第二锚部件404是液压阻尼垂直行程限制器的中央杆构件。第二锚部件404通过第一弹性体408来固定在壳体410中，第一弹性体408设置在第二锚部件404与刚性环形412、414(所述刚性环形412、414固定在壳体410内)之间。
壳体410通过第二弹性体406(例如橡胶套管等)来固定到第一锚部件402。
这个示例中的惯性质量元件包括设置在第一弹性体408与第二弹性体406之间的液压阻尼垂直行程限制器的组件的组合，即，壳体410、壳体410内的刚性环形412和414以及液压流体416。因此，除了执行限制垂直行程的正常功能之外，图6中的液压阻尼装置还提供惯性质量，以便将发动机与底盘隔离。
图7是作为本发明的另一实施例的衬套500的透视图。衬套500是限定纵轴的一般圆筒结构。图8A示出与纵轴垂直的衬套500的截面。图8B示出与纵轴平行的衬套500的截面。
衬套500是图1所示衬套100的修改版本。因此，下面提供衬套500的描述，该描述集中于衬套500与图1的衬套100有所不同的方面。除非另加说明，否则要理解，衬套500的结构和运行与图1的衬套100的结构和运行是相同的。
衬套500具有内弹性体514，该内弹性体514包括贯穿其中的一个或多个轴向通道或空隙。换言之，内弹性体514的材料可以不完全填充惯性质量元件118的内表面与第一锚部件110的外表面之间的环空体积。周向处于通道中间的内弹性体514的部分可称作“分支”。通道促进第一锚部件与第二锚部件之间在加载期间的相对移动。
内弹性体514中的通道可包括缓冲器或缓冲装置，以便在物理上限制第一锚部件与第二锚部件之间的相对径向移动的程度。具体来说，缓冲装置520布置成限制和减缓第一组件(耦合到第一锚110)和/或第二组件(耦合到第二锚112)的大相对移动(例如径向移动)。例如，缓冲装置520限制和减缓移动，以便防止分支被过度压缩和/或过度延伸，这原本降低衬套500的使用期限。在图7所示的实施例中，缓冲装置520具有基本上“u”或“n”形截面。另外，通道的截面是基本上“u”或“n”。但是要理解，在一些其他实施例中，缓冲装置或通道可具有不同形状的截面。
鉴于上述结构，内弹性体514可配置为移动限制器，以便为第一锚部件与第二锚部件110、112之间例如因加速负荷、坑洞事件、转弯、碰撞等引起的显著相对移动(例如径向移动)事件提供某个等级的控制。组合地，与缓冲装置520相组合的内弹性体514限定静态刚度曲线，该静态刚度曲线被调谐成对所施加的给定力给予某个刚度。
内弹性体514和外弹性体116可作为独立弹簧工作。由于内和外弹性体具有对应结构，例如它们均包括具有缓冲部分的通道，所以衬套500被平衡，并且提供平衡振动隔离，因为内和外弹性体具有基本上相同的弹簧特性。例如，具有缓冲部分的通道意味着，与图1的实施例(其中外弹性体116(具有通道)比较软，而内弹性体114(没有通道)比较硬)相比，内和外弹性体(514、116)均具有较软弹簧特性。
要理解，弹性体的弹簧特性将取决于弹性体所具有的通道的数量和缓冲部分的数量。因此，为了衬套500保持为平衡，内和外弹性体可具有相同数量的通道和缓冲部分。另外，通道和缓冲部分的一般形状在内弹性体514和外弹性体116中可以是相同的，但是内弹性体514的尺寸将比外弹性体116要小。
例如，在正常运行条件下，第一锚部件和第二锚部件处的衬套500上的负荷使通道失真，以准许第一锚部件与第二锚部件之间的相对径向移动，以便隔离振动。在这些正常条件下，通道的失真可能不足以使缓冲装置520在物理上限制第一锚与第二锚之间的相对径向移动的程度。例如，通道和/或缓冲装置的数量和/或通道和/或缓冲装置的尺寸/形状可选择成使得在正常运行条件下，通道在没有使用缓冲装置520的情况下失真。但是，在异常运行条件下，第一锚部件和第二锚部件处的衬套500上的负荷使通道失真到使得缓冲装置520在物理上限制第一锚部件与第二锚部件之间的相对径向移动的程度的程度。在这些异常条件下，缓冲装置520保护弹性体免受过度压缩和过度延伸，以延长衬套500的运行寿命。缓冲装置520控制第一锚部件和第二锚部件的最大位移，以降低它们(以及它们所固定到的组件)将撞击相邻组件并且导致损坏的机会。例如，通道和/或缓冲装置的数量和/或通道和/或缓冲装置的尺寸/形状可选择成使得在异常运行条件下，通道失真到使得使用缓冲装置520的程度。在示例中，衬套500可用于电动车辆(例如汽车)中，以及正常运行条件可包括保持高速公路上的巡航速度(例如50km/h至100km/h)。另一方面，异常运行条件可包括：以最大加速度从静止启动加速汽车；执行紧急停止；或者通过粗糙表面(例如坑洞、鹅卵石)行驶。
图9示出图7和图8A-8B所示衬套500针对频率的动态刚度的图表。图9的图表与图3对应。
如在图9看到，衬套500可具有动态刚度特性550，该动态刚度特性550在低频率(例如小于500Hz)下呈现单个峰值552。优选地，这个峰值在低于400Hz的频率下出现。这个峰值是内弹性体与外弹性体之间的惯性质量的本征模式或共振峰值。优选地，这个本征模式处于低于通过衬套所互连的第一组件或第二组件的运行频率范围的频率。惯性质量元件的共振频率取决于那个元件的质量，并且还取决于内弹性体和外弹性体的大小、形状或材料。通过调整这些参数，惯性质量元件的本征模式可‘被调谐’到预期频率。
衬套中的惯性质量元件的存在降低或消除高于惯性质量元件本身的共振频率的动态刚度的增加。也就是说，不存在因内弹性体或外弹性体所引起的衬套的动态刚度中的峰值。更具体来说，对衬套500的修改(即，具有缓冲部分520的通道到内弹性体514中的引入)改进了振动隔离性能，如能够通过将图9的动态刚度特性550的高频部分与图3的动态刚度特性142的高频部分进行比较所看到。显而易见，与特性142相比，特性550对高频保持更一致和降低的动态刚度。例如，参见通过参考标号554所突出显示的特性550的区域。
鉴于以上所述，因此通过衬套500跨振动频率的大范围有效地隔离振动。优选地，这个大范围覆盖将要互连的第一组件和第二组件的运行频率范围。例如，在衬套500用来互连车辆的发动机或电动机和底盘的情况下，衬套500的使用确保乘客舒适性。
图10A是作为本发明的另一实施例的衬套600的透视图。衬套600是限定纵轴的一般圆筒结构。图10A示出衬套600的第一端，而图10B示出衬套600的第二相对端。图10C示出与纵轴垂直的衬套600的截面。图10D示出与纵轴平行的衬套600的截面。
衬套600是图1所示衬套100的修改版本。因此，下面提供衬套600的描述，该描述集中于衬套600与图1的衬套100有所不同的方面。除非另加说明，否则要理解，衬套600的结构和运行与图1的衬套100的结构和运行是相同的。
衬套600具有内弹性体614，该内弹性体514包括贯穿其中的一个或多个轴向通道或空隙。换言之，内弹性体614的材料可以不完全填充惯性质量元件118的内表面与第一锚部件110的外表面之间的环空体积。周向处于通道中间的内弹性体614的部分可称作“分支”。通道促进第一锚部件与第二锚部件之间在加载期间的相对移动。
衬套600具有外弹性体616，该外弹性体616具有与内弹性体614相似的结构。也就是说，外弹性体616具有贯穿其中的一个或多个轴向通道或空隙。
与衬套500形成对照，衬套600的通道或空隙可以不包括任何缓冲器或缓冲装置。而是更特别如在图10A和图10D所看到，第二锚部件112包括缓冲部分620，该缓冲部分620布置成在物理上限制第一锚部件110与第二锚部件112之间的相对径向移动的程度。具体来说，缓冲部分620可由朝第一锚部件110径向延伸的突出体来形成。缓冲部分620可具有基本上环形或环状形式，如在图10A最清楚地看到。突出体仅部分地朝第一锚部件110延伸，以便准许第一锚部件与第二锚部件之间的某个径向移动。也就是说，缓冲装置620的径向长度可选择成以便准许总共预定量的径向移动。如在图10D所看到，突出体的尖部可由除了缓冲装置620的其余部分之外的不同材料来构成。例如，尖部可由弹性材料(例如橡胶)来制成，而缓冲装置620的其余部分可由刚性材料(例如金属)来制成。备选地，整个缓冲装置620可由例如弹性材料(例如橡胶)等的单个材料来制成。
在使用中，缓冲装置620布置成限制和减缓第一组件(耦合到第一锚110)和/或第二组件(耦合到第二锚112)的大相对移动(例如径向移动)。例如，缓冲装置620限制和减缓移动，以便防止第一弹性体和第二弹性体的分支被过度压缩和/或过度延伸，这原本降低衬套600的使用期限。
鉴于上述结构，缓冲装置620配置为移动限制器，以便为第一锚部件与第二锚部件110、112之间例如因加速负荷、坑洞事件、转弯、碰撞等引起的显著相对移动(例如径向移动)事件提供某个等级的控制。组合地，缓冲装置620、内弹性体614和外弹性体616限定静态刚度曲线，该静态刚度曲线被调谐成对所施加的给定力给予某个刚度。
内弹性体614和外弹性体616可作为独立弹簧工作。由于内和外弹性体具有对应结构，例如它们均包括没有缓冲部分的通道，所以衬套600被平衡，并且提供平衡振动隔离，因为内和外弹性体具有基本上相同的弹簧特性。
要理解，弹性体的弹簧特性将取决于弹性体所具有的通道的数量。因此，为了衬套600保持为平衡，内和外弹性体可具有相同数量的通道。另外，通道的一般形状在内弹性体614和外弹性体616中可以是相同的，但是内弹性体614的尺寸将比外弹性体616要小。
例如，在正常运行条件下，第一锚部件和第二锚部件处的衬套600上的负荷使通道失真，以准许第一锚部件与第二锚部件之间的相对径向移动，以便隔离振动。在这些正常条件下，通道的失真可能不足以使缓冲装置620碰撞第一锚部件110。因此，缓冲装置620没有在物理上限制第一锚与第二锚之间的相对径向移动的程度。例如，通道的数量和/或通道和缓冲装置620的尺寸/形状可选择成使得在正常运行条件下，通道在没有使用缓冲装置620的情况下失真。但是，在异常运行条件下，第一锚部件和第二锚部件处的衬套600上的负荷使通道失真到使得缓冲装置620在物理上限制第一锚部件与第二锚部件之间的相对径向移动的程度(即，缓冲装置620撞击第一锚110)的程度。在这些异常条件下，缓冲装置620保护弹性体免受过度压缩和过度延伸，以延长衬套600的运行寿命。另外，缓冲装置620控制第一锚部件和第二锚部件的最大位移，以降低它们(以及它们所固定到的组件)将撞击相邻组件并且导致损坏的机会。例如，通道的数量和/或通道和缓冲装置620的尺寸/形状可选择成使得在异常运行条件下，通道失真到使得使用缓冲装置620的程度。在示例中，衬套600可用于电动车辆(例如汽车)中，以及正常运行条件可包括保持高速公路上的巡航速度(例如50km/h至100km/h)。另一方面，异常运行条件可包括：以最大加速度从静止启动加速汽车；执行紧急停止；或者通过粗糙表面(例如坑洞、鹅卵石)行驶。
缓冲装置620与缓冲装置120和520相比的优点在于，缓冲装置620直接对锚部件起作用，因为缓冲装置620直接附连到第二锚部件112并且直接碰撞第一锚部件110。另一方面，缓冲装置120和520位于弹性体的通道中，并且因此其缓冲作用是间接的，因为这些缓冲装置没有直接附连到或者碰撞锚部件。另外，缓冲装置120和520经过惯性质量元件118来执行其缓冲作用。相反，缓冲装置620的缓冲作用与惯性质量元件118无关。相应地，当使用缓冲装置620时，惯性质量元件118具有最小或者没有显著刚度上升(如在图1、图2A和图2B中)，从而允许频率峰值在正常以及异常运行条件下保持为稳定。
图11A是作为本发明的另一实施例的衬套700的透视图。衬套700是限定纵轴的一般圆筒结构。图11A示出衬套700的第一端，而图11B示出衬套700的第二相对端。图11C示出与纵轴垂直的衬套700的截面。图11D示出与纵轴平行的衬套700的截面。
衬套700是图10A-D所示衬套600的修改版本。因此，下面提供衬套700的描述，该描述集中于衬套700与图10A-D的衬套600有所不同的方面。除非另加说明，否则要理解，衬套700的结构和运行与图10A-D的衬套600的结构和运行是相同的。
如在图11A和图11D所看到，第一锚部件110包括缓冲部分720，该缓冲部分620布置成在物理上限制第一锚部件110与第二锚部件112之间的相对径向移动的程度。具体来说，缓冲部分720可由朝第二锚部件112径向延伸的突出体来形成。缓冲部分720可具有基本上环形或环状形式，如在图11A最清楚地看到。突出体仅部分地朝第二锚部件112延伸，以便准许第一锚部件与第二锚部件之间的某个径向移动。也就是说，缓冲装置720的径向长度可选择成以便准许总共预定量的径向移动。如在图11D所看到，突出体的尖部可由与缓冲装置720的其余部分不同的材料来构成。例如，尖部可由弹性材料(例如橡胶)来制成，而缓冲装置720的其余部分可由刚性材料(例如金属)来制成。备选地，整个缓冲装置720可由例如弹性材料(例如橡胶)等的单个材料来制成。
在使用中，缓冲装置720布置成限制和减缓第一组件(耦合到第一锚110)和/或第二组件(耦合到第二锚112)的大相对移动(例如径向移动)。例如，缓冲装置720限制和减缓移动，以便防止第一锚部件和第二弹性体的分支被过度压缩和/或过度延伸，这原本降低衬套700的使用期限。
要理解，在一些其他实施例中，衬套可包括按照图2A或图8A的通道内的缓冲装置以及按照图10D或图11D的通道外部的缓冲装置。
另外，在一些其他实施例中，衬套可包括图10D的缓冲装置620以及图11D的缓冲装置720。具体来说，每个缓冲装置620、720可彼此相向延伸，但是确定尺寸成使得在正常运行条件下，在缓冲装置620、720之间保持间隙或空间。然后在异常运行条件下，缓冲装置620可碰撞缓冲装置720，以便在物理上限制第一锚部件与第二锚部件之间的相对径向移动的程度。当然，缓冲装置620、720可具有相同或不同的径向长度。
此外，在一些其他实施例中，缓冲装置620或720可定位在衬套的中间上或附近。例如，以图11D为例，缓冲装置620可沿其长度的一半来附连到第一锚110。另外，内弹性体614、惯性质量元件118和外弹性体616可分为两半(例如经由与第一锚110的纵轴垂直的切口)，其中第一半定位在缓冲装置620的左侧，而第二半定位在缓冲装置620的右侧。可对图10D的示例进行类似修改。

Claims (20)

1.一种用于隔离振动的衬套，所述衬套包括：
第一锚部件，限定纵轴；
第二锚部件，相对所述第一锚部件同轴地设置；
第一弹性体，在操作上与所述第一锚部件接合；
第二弹性体，在操作上与所述第二锚部件接合；以及
惯性质量元件，设置在所述第一锚部件与所述第二锚部件之间，
其中所述惯性质量元件独立连接到所述第一弹性体和所述第二弹性体，
其中所述第一弹性体、第二弹性体和惯性质量元件布置成隔离预定运行频率范围之内的所述第一锚部件与所述第二锚部件之间的振动，以及
其中所述惯性质量元件布置成将所述第一锚部件和第二锚部件与动态刚度增加隔离，所述动态刚度增加与所述预定运行频率范围中的内弹性体和外弹性体的本征模式关联。
2.如权利要求1所述的衬套，其中所述惯性质量元件在所述预定运行频率范围中具备非共振条件。
3.如权利要求1或2所述的衬套，其中所述惯性质量元件在低于所述预定运行频率范围的频率下具备共振条件。
4.如以上权利要求中的任一项所述的衬套，具有在低于所述预定运行频率范围的共振频率下呈现单峰值的动态刚度特性。
5.如权利要求4所述的衬套，其中所述共振频率小于1000Hz。
6.如以上权利要求中的任一项所述的衬套，其中所述第一弹性体和第二弹性体之一包括穿过其轴向延伸的通道，以促进所述第一锚部件与第二锚部件之间在加载期间的相对移动。
7.如权利要求6所述的衬套，其中所述第一弹性体和第二弹性体均包括穿过其轴向延伸的通道，以促进所述第一锚部件与第二锚部件之间在加载期间的相对移动。
8.如权利要求6或7所述的衬套，其中所述衬套包括一个或多个缓冲部分，以便在物理上限制所述第一锚部件与第二锚部件之间的相对径向移动的程度。
9.如权利要求8所述的衬套，其中所述轴向延伸通道包括所述缓冲部分，所述缓冲部分在物理上限制所述第一锚部件与第二锚部件之间的相对径向移动的程度。
10.如权利要求8或9所述的衬套，其中所述第一锚部件和第二锚部件的至少一个包括所述缓冲部分，所述缓冲部分在物理上限制所述第一锚部件与第二锚部件之间的相对径向移动的程度。
11.如以上权利要求中的任一项所述的衬套，其中所述第一锚部件是沿所述纵轴延伸的杆，并且其中所述第二锚部件是围绕所述杆的套管。
12.如权利要求11所述的衬套，其中所述惯性质量元件是刚性管状体，所述刚性管状体相对所述杆同轴地设置在所述杆与所述套管之间。
13.如权利要求12所述的衬套，其中所述第一弹性体在所述杆的外表面与所述刚性管状体的内表面之间径向延伸，以及所述第二弹性体在所述刚性管状体的外表面与所述套管的内表面之间径向延伸。
14.如权利要求12或13所述的衬套，其中所述第一弹性体是固体弹性构件，所述固体弹性构件填充所述杆与所述刚性管状体之间的环空体积。
15.如权利要求1至5中的任一项所述的衬套，其中所述第一锚部件是凸形元件，而所述第二锚部件是布置成在其中接纳所述凸形元件的凹形元件，并且其中所述第一弹性体、第二弹性体和惯性质量元件共同形成所述凸形元件与所述凹形元件之间的截头圆锥互连。
16.如权利要求15所述的衬套，其中所述惯性质量元件包括缓冲部分，以用于限制所述凸形元件与所述凹形元件之间的相对轴向移动。
17.如权利要求16所述的衬套，其中所述缓冲部分包括径向延伸板。
18.如权利要求16或17所述的衬套，其中所述凹形元件包括顶部凸缘，所述顶部凸缘布置成邻接所述缓冲部分，以限制所述凸形元件可移动到所述凹形元件中的轴向距离。
19.如以上权利要求中的任一项所述的衬套，其中所述第一锚部件可连接到第一机器组件，而所述第二锚部件可连接到第二机器组件，由此所述衬套可操作以隔离所述第一机器组件与第二机器组件之间的振动。
20.如权利要求19所述的衬套，其中所述第一机器组件和第二机器组件是车辆的发动机和底盘。
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