CN1670396A - 扭转杆 - Google Patents

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    • F16F2230/24—Detecting or preventing malfunction, e.g. fail safe

Abstract

扭转杆(10)包括：置于树脂扭转杆两端的第一和第二衬套(12，14)，每个衬套具有树脂外套管(18，28)和刚性内套管(20，30)以及插在内外套管之间的橡胶弹性体(22，32)，和用于连接第一和第二衬套的连接件(16)。连接件具有用于在碰撞期间一受到相当大的载荷作用时就断裂的预定断裂位置(X)，该预定断裂位置包括薄壁部分(42)和厚壁部分(44)，该薄壁部分(42)配备在一受到相当大的载荷作用时就受压发生断裂的位置上，该厚壁部分(44)配备在沿连接件中心轴的垂直方向上远离连接件的中心轴(P)的位置上。

Description

扭转杆
参考文献
于2004年3月19日提交的编号为2004-081183的日本专利申请的公开内容，包括说明书、附图和摘要，在此全部引入作为参考。
技术背景
1.技术领域
本发明涉及插入到发动机和车体之间用于控制发动机中沿滚动方向和纵向方向的位移并且衰减发动机和车体之间的振动的扭转杆。更具体地说，本发明涉及树脂扭转杆，其中第一和第二衬套的外套管以及在两端都与衬套连接的连接件都使用树脂形成。
2.相关技术说明
传统上，扭转杆安装在发动机和车体之间。这些扭转杆在两端处具有第一和第二衬套，其中每个具有内外套管，并且橡胶弹性体插入在到内外套管之间，以及用于连接第一和第二衬套的连接件，这样扭转杆可以吸收发动机的转矩从而控制发动机滚动方向和纵向方向上的位移。这种扭转杆还衰减发动机和车体之间的振动。
传统上使用的扭转杆包括其中第一和第二衬套沿相同方向布置的平行样式的扭转杆，还包括其中第一和第二衬套放置成彼此成直角地面对的垂直样式的扭转杆。
已经公开了前一种平行样式的扭转杆，例如在JP-U-50-3217、JP-B-4-74569、JP-B-5-14806、JP-A-6-109075和JP-A-7-197927中，而且在JP-A-8-233030和JP-A-2003-206991中也公开了后一种垂直样式的扭转杆。
为了保证车辆中乘客的安全，这类扭转杆应该允许当在车辆碰撞期间施加了相当大的载荷时，固定到发动机和车体侧的第一和第二衬套之间的位置上可以断裂。因此以前很希望有能够实现这一点的扭转杆。
发明内容
因此本发明的一个目的是提供一种扭转杆，它能实现两种相互矛盾的性能，其一是用于常规驱动的足够刚度和耐用性，另一方面是在车辆碰撞期间施加相当大的载荷时易于断裂(可靠的断裂性)的性能。
图7显示了由发明者提出的能够符合传统需要的扭转杆的实例。在图中，200是扭转杆(例如树脂扭转杆)。202是包括大衬套的第一衬套，并且204是包括小衬套的第二衬套，它们放置成彼此成直角地面对。具体地说，第一衬套202和第二衬套204放置成使它们的轴线彼此成直角。第一衬套202和第二衬套204彼此隔开地放置。
如所示出的那样，第一衬套202包括树脂外套管208、金属内套管210和插入在它们之间用于连接它们的橡胶弹性体212。在这种情形下，橡胶弹性体212由硫化作用整体地粘结到内套管210上，并且在树脂外套管208形成的同时固定到外套管208上。
类似地，第二衬套204包括树脂外套管214、金属内套管216和橡胶弹性体218。在第二衬套204中，橡胶弹性体218通过硫化作用整体地粘结到内套管体216上，并且在树脂外套管214形成的同时固定到外套管214上。
在扭转杆200中，第一衬套202的外套管208、第二衬套204的外套管214和连接件206为整体式树脂铸造的形式。
在如图7所示的扭转杆200中，连接件206形成得比较薄，并且具有需要在常规驱动(包括加速和减速)期间能够保证所需的刚度和耐用性的最小剖面面积，这样在车辆碰撞期间一受到相当大的冲击载荷时薄的连接件就会首先断裂。
然而，当连接件206形成得比较薄而具有所需的最小剖面面积时，得到的刚度和耐用性对于常规驱动是不够的。另一方面当尝试使它在常规驱动期间保证令人满意的刚度和耐用性时，连接件206的剖面面积将不可避免地增大并且变得过大，这样它就更难保证在车辆碰撞期间一受到相当大的冲击载荷作用时就断裂。相反地，当尝试保证连接件206在车辆碰撞期间一受到相当大的冲击载荷作用就断裂时，又不能保证用于常规驱动的足够刚度和耐用性，如上面所指出的一样。因此，这类扭转杆不能充分地满足传统的需要。考虑到上面这一点，本文的发明者已经研发了根据本发明即能够达到本发明的目的的扭转杆。
本发明的上述和/或其它可选的目的可以通过本发明的如下方式中的至少一种来实现。本发明的每个方式都像所附权利要求一样编号，并在适当的情况下从属于其他方式，以示出本发明的元件或技术特征的可能组合。应当可以理解，本发明的原理不仅局限于本发明的这些方式和技术特征的组合，而是可以在整个说明书和附图中所公开的本发明的启示基础上另外认识到，或者本领域普通技术人员在整个公开的本发明的启示下认识到。
本发明的第一种方式提供了一种扭转杆，它包括：置于树脂扭转杆两端的第一和第二衬套，每个衬套具有树脂外套管和刚性内套管以及插在内外套管之间的橡胶弹性体，和用于连接第一和第二衬套的连接件，其特征在于，连接件具有用于在碰撞期间一受到相当大的载荷作用时就断裂的预定断裂位置，该预定断裂位置包括薄壁部分和厚壁部分，该薄壁部分配备在一受到相当大的载荷作用时就受压发生断裂的位置上，该厚壁部分配备在沿连接件中心轴的垂直方向上远离连接件的中心轴的位置上。
本发明的第二种方式根据上述的第一种方式提供了一种扭转杆，其特征在于，薄壁部分包括第一桥，该第一桥配备在垂直方向上远离连接件中心轴的一侧上并且沿垂直方向上的壁比较薄，并且厚壁部分包括第二桥，该第二桥配备在垂直方向上的另一侧上并且在垂直方向上具有比第一桥厚的壁；以及第一和第二桥之间的空腔。
本发明的第三种方式根据上述的第一种或第二种方式提供了一种扭转杆，其特征在于连接件是使用树脂做的。
本发明的第四种方式根据上述的第一种至第三种方式中的任一种提供了一种扭转杆，其特征在于第一和第二衬套放置成彼此成直角地面对，并且第一和第二桥在第二衬套的轴向方向上分别位于两端。
本发明的第五种方式根据上述的第四种方式提供了一种扭转杆，第一衬套具有比第二衬套大的直径，并且第二衬套比较小。
本发明的第六种方式根据上述的第五种方式提供了一种扭转杆，其特征在于，预定断裂位置在与第二衬套邻接的部分上形成。
本发明的第七种方式根据上述的第四种至第六种方式中的任一种提供了一种扭转杆，其特征在于，连接件配设有从第一衬套向第一桥延伸的肋板，该肋板优先地将从第一衬套输入的相当大的载荷传递到第一桥而不是第二桥，其中第一衬套为载荷输入位置。
本发明的第八种方式根据上述的第七种方式提供了一种扭转杆，其中连接件包括一对相互面对的侧板，侧板沿连接第一和第二衬套的方向上延伸，还包括连接侧板的连接部，侧板对和连接部具有U形或者H形横截面，开口与第一衬套的轴向方向相同，并且还包括位于侧板对内部的空间中的肋板。
如上所述，本发明包括：包括薄壁部分的预定断裂位置，该薄壁部分配备在一受到相当大的载荷作用时就受压发生断裂的位置上，该薄壁部分容易首先断裂。因为厚壁部分配备在沿连接件中心轴的垂直方向上远离连接件的中心轴(P)的位置上，所以然后厚壁部分经历剪切变形从而导致它主要因为弯曲而断裂。薄壁部分可以配备在只要受压缩就能够发生断裂的任何位置上。此外，本发明包括扭转杆，其中预定断裂位置包括多个厚壁部分，每个配备成位于在垂直方向上远离连接件的中心轴的任一侧上。
优选地，薄壁部分包括第一桥，该第一桥配备在垂直方向上远离连接件中心轴的一侧上并且在垂直方向上壁比较薄，并且厚壁部分还包括第二桥，该第二桥配备在垂直方向上的另一侧上并且在垂直方向上具有比第一桥厚的壁；以及第一和第二桥之间的空腔。这可以促使在第一桥在压缩作用下断裂之后第二桥由于弯曲而断裂。即，在本发明的扭转杆中，当在车辆碰撞期间施加大冲击载荷时，具有薄壁的第一桥会首先变弯并断裂。当具有薄壁的第一桥因此断裂时，相当大的弯矩施加在剩下的第二桥上，这样第二桥就易于断裂，从而使整个连接件在预定断裂位置处断裂。
当碰撞期间施加相当大的载荷时，本发明的扭转杆将不会一下子在预定断裂位置处断裂，而是会相继地并且分阶段地断裂，这样连接件将会整个断裂。
在本发明的扭转杆中，第一和第二桥提供了在常规驱动期间具有足够刚度和耐用性的连接件，然而当在碰撞期间施加大载荷时，连接件会首先从薄弱部位相继地并且分阶段地断裂，而没有使预定断裂位置一下子断裂。因此当施加大载荷时预定断裂位置会很容易地断裂。即，本发明能够实现两种相互矛盾的性能，即用于常规驱动的足够刚度和耐用性，以及在车辆碰撞期间施加相当大的载荷时可靠的断裂性能。
当应用于具有树脂连接件的树脂扭转杆(第三种方式)时，本发明的效果特别地有效。优选树脂材料从纤维增强树脂中选取，例如其中含有50％重量的玻璃纤维的尼龙66(PA66)。
在本发明中，第一和第二衬套可以彼此成直角地放置，并且第一和第二桥可以分别沿轴向方向配备在第二衬套的一端和另一端(第四种方式)。在这种情形下，第一衬套可以是较大的衬套并且第二衬套可以是较小的衬套(第五种方式)。因为预定断裂位置(X)位于邻近小衬套的位置上，所以一输入相当大的载荷，与其中预定断裂位置(X)位于邻近较大的衬套的情形(第六种方式)相比，此情形中的预定断裂位置(X)就更易于断裂。
在这些情形下，可以配备由第一衬套向第一薄壁桥延伸的肋板。这使在碰撞时大载荷优先地从第一衬套传递到第一桥(而不是第二桥)，从而促进了第一薄壁桥的受压断裂，其中第一衬套为载荷输入位置。
根据第八种方式，连接件包括一对沿着连接第一和第二衬套的方向延伸的一对侧板和连接侧板的连接部。侧板对和连接部具有U形或H形侧剖面，并且肋板位于侧板对内部的空间上。这使力更易于传递到第一薄壁桥。通过这种方式来构造连接件可以向连接件提供更好扭转刚度和更高的刚度。
附图说明
通过阅读下面参照附图对优选实施例进行的说明，本发明的上述和/或其他目的特征以及优点将会变得更加显而易见，附图中同样的参考数字指的是同样的元件，其中：
图1A和1B是根据本发明的第一实施例构造的扭转杆的透视图；
图2A是图1A和1B中的扭转杆的局部竖剖面的前视图，图2B是图1A和1B中的树脂扭转杆的水平剖视图；
图3A是沿图2B的线a-a剖开的剖视图，并且图3B是沿图2B的线b-b剖开的剖视图；
图4A-4C是显示了在扭转杆断裂时预定断裂位置的状态的示意图；
图5是显示了图1A和1B的扭转杆的操作状态的视图；
图6是显示了在根据本发明的另一个实施例构造的扭转杆中使用的连接部的剖视图；并且
图7A和7B是本发明者研发的另一种样式的扭转杆的透视图。
优选实施例的详细说明
首先参照图1和图2，10表示扭转杆，它包括位于一端的由圆柱形大衬套(具有比下面描述的第二套管14大的内径)构成的第一衬套12，和位于另一端的由圆柱形小衬套构成的第二衬套14。它们通过树脂连接部件16彼此连接。第一衬套12和第二衬套14放置为成直角地面向彼此。具体地说，它们的轴线放置成直角。
扭转杆10的第二衬套14和第一衬套12分别弹性地连接(固定)到发动机侧和车体侧上，例如用于接收发动机的转矩以便控制发动机滚动方向上和发动机纵向上的位移。扭转杆10还衰减发动机和车体侧之间的振动。
第一衬套12包括与树脂连接件16形成整体的树脂外套管18、金属内套管20和橡胶弹性体22，该橡胶弹性体22插入到壳体之间从而将两个壳体分别在内部和外部连接到彼此上。橡胶弹性体22通过硫化作用整体地粘结到内套管20上。它还在树脂外套管18形成的同时固定到外套管18上。橡胶弹性体22还被配备了空隙24和26，它们在位于直径上彼此对置的各自位置上沿轴向方向穿通，其中内套管20插入在它们之间。
第二衬套14包括与树脂连接件16形成整体的树脂外套管28、金属内套管30和橡胶弹性体32，该橡胶弹性体32插入到壳体之间从而将两个壳体分别在内部和外部连接到彼此上。同样，在第二衬套14中橡胶弹性体32通过硫化作用整体地粘结到内套管30上，而且在树脂外套管28形成的同时还固定到外套管28上。
橡胶弹性体32具有沿着外套管28的轴向上的全长填满外套管28和内套管30之间的空间的实心形状。具体地说，橡胶弹性体32不同于第一衬套12的橡胶弹性体22，它具有实心形状，而没有在外套管28和内套管30之间的中间区域中沿轴向垂直方向从外套管28的端面沿轴向方向向内延伸的任何凹口。
如图2B所示，第二衬套14中的橡胶弹性体32的整个轴向长度比树脂外套管28(第二衬套14的轴向长度)长。橡胶弹性体32的两个轴向端面都向外凸出并超过了外套管28的轴向方向上的端面。
另外如图2A所示，第一衬套12中的橡胶弹性体22的整个轴向长度比树脂外套管18(第一衬套12的轴向长度)长。橡胶弹性体22的两个轴向端面都向外凸出并且超过外套管18。
树脂连接件16包括一对相互面对的沿着连接第一衬套12和第二衬套14的方向延伸的侧板34和36；以及将侧板彼此连接的连接板形式的连接部38。这些零件具有在与第一衬套12的轴向相同方向上开口的U形横截面(参见图3(B))。
在这个实施例中，当碰撞期间施加了相当大的载荷时，连接件16中位于第二衬套14一侧的这端确立为预定断裂位置X。在这个实施例中，连接件16的预定断裂位置X具有下面的结构。
在图2B中，42表示第一桥，它配备在沿垂直方向离开连接件16的中心轴P一侧的位置上，用于将第一衬套12的中心和第二衬套14的中心连接起来。第一桥42在垂直于中心轴P的方向上形成有薄壁。
44表示第二桥，它位于垂直于中心轴P的方向上，在与第一桥42相对的一侧上朝着另一个方向远离中心轴P。在垂直于中心轴P的方向上，第二桥44的壁形成得比第一桥42相对厚一些。
第一桥42和第二桥44沿第二衬套14的轴向方向分别位于一侧和另一侧上，并且空间46在它们之间穿通(在图3A中从左往右)。连接件16中的预定断裂位置X包括第一薄壁桥42、具有相对较厚的壁的第二桥44和它们之间的空间46。
连接件16还配备了板形式的肋板40，它在侧板对34和36内部的空间中倾斜地从第一衬套12向第一桥42延伸。肋板40从临近中心轴P的点处沿在图2(B)中向上的斜面向第一桥42延伸。
在这个实施例中，第一桥42和第二桥44可以为连接件提供常规驱动所需的刚度和耐用性。然而当车辆碰撞期间施加了大的冲击载荷时，连接件16仍然会很容易地在预定断裂位置处发生断裂。
图4和5示意地表示了这一点。图4A显示了在断裂之前的状态，其中第一桥42和第二桥44保持着它们的初始形式。在这种状态下当车辆发生碰撞的期间施加了大冲击载荷时，第一桥42不能抵抗大载荷并且首先变弯并且断裂。在这个时候，沿斜面向第一桥42延伸的肋板40促进了第一桥42的受压断裂。图5详细地显示了这一点。
经过第一衬套12的内套管20沿图5中的箭头方向施加的大载荷，连同第一衬套12中的橡胶弹性体22的压缩断裂一起，具体地说是连同沿着橡胶弹性体22的中心轴P的压缩方向的弹性变形一起，从第一桥12传递到连接件16。
传递到连接件16的载荷优先从第一衬套12的中心即靠近连接件16的中心轴P的位置经过肋板40传递到第一桥42(而不是第二桥44)。图4B显示了首先变弯并且断裂的第一桥42。
当第一桥42以这种方式变弯并且断裂时，由于沿连接件16中心轴P的方向施加大的载荷，结果导致相当大的结合矩施加在第二桥44上，如图4C所示。由于弯矩的作用，第二桥44就很容易地发生断裂，并且整个连接件16在预定断裂位置上沿着垂直于中心轴P的方向断裂。
在这个实施例的扭转杆10中，第一桥42和第二桥44可以为连接件16提供在常规驱动期间足够的刚度和耐用性，然而当在碰撞期间施加大冲击载荷时，预定断裂位置X会分阶段地相继断裂从而使整个连接件16易于断裂。具体地说，这个实施例能够实现两种相互矛盾的性能，其一是用于常规驱动的足够刚度和耐用性，另一方面是在车辆碰撞期间施加相当大的载荷时易于断裂(可靠的断裂性)的性能。
在这个实施例中，肋板40将载荷从第一衬套12传递到第一桥42，其中在碰撞期间载荷施加到第一衬套12上，这样就使得预定断裂位置X在碰撞期间一受到大的载荷作用时更容易断裂。
上面的详细实施例只不过就是实例而已。例如，上面实施例中的预定断裂位置X确立在连接件16的第二衬套14这一侧上，但是预定断裂位置X可以为第一衬套12和第二衬套14之间的任何位置，并且可以确立在合适的位置上。
上面的实施例是本发明应用到垂直样式的扭转杆上的实例，其中第一衬套12和第二衬套14成直角关系，但是本发明也可以应用到平行样式的扭转杆上，其中第一衬套12和第二衬套14位于平行的方向上。
在上面的实施例中，形成连接件16的侧板对34和36和连接部38具有U形的剖面，但是它们可以具有多种形状例如H形的横截面，如图6所示。本发明可以采取这种形式并且在不脱离本发明的精神的前提下可以进行其它的修改。
在上面的实施例中，第一桥42和第二桥44沿第二衬套14的轴向方向位于一侧和另一侧，但是第一桥42可以形成在任何部分上，只要在车辆的碰撞期间一受到相当大的载荷作用时这个部分立即受压断裂即可。第二桥44也可以在轴线的垂直方向上在中心轴P的任一侧的多个位置上形成。
应当理解，本发明可以在不脱离在下面的权利要求书中所界定的本发明的精神和范围的前提下，通过多种其它的变化、修改和改进来具体化。

Claims (8)

1.一种扭转杆(10)，包括：
置于树脂扭转杆两端的第一和第二衬套(12，14)，每个衬套具有树脂外套管(18，28)和刚性内套管(20，30)以及插在内外套管之间的橡胶弹性体(22，32)，和
用于连接第一和第二衬套的连接件(16)，
其特征在于，该连接件具有用于在碰撞期间受到相当大的载荷作用时就断裂的预定断裂位置(X)，该预定断裂位置包括薄壁部分(42)和厚壁部分(44)，该薄壁部分(42)配备在受到相当大的载荷作用时就受压发生断裂的位置上，该厚壁部分(44)配备在沿连接件中心轴的垂直方向上远离连接件的中心轴线(P)的位置上。
2.如权利要求1所述的扭转杆(10)，其特征在于，在连接件中，薄壁部分包括第一桥(42)，该第一桥(42)配备在垂直方向上远离连接件中心轴的一侧上并且在垂直方向上的壁比较薄，并且厚壁部分包括第二桥(44)，该第二桥(44)配备在垂直方向上的另一侧上并且在垂直方向上具有比第一桥厚的壁；以及第一和第二桥之间的空腔(46)。
3.如权利要求1或者2所述的扭转杆，其特征在于连接件(16)是由树脂做的。
4.如权利要求1所述的扭转杆，其特征在于，第一和第二衬套(12，14)放置成彼此成直角地面对，并且第一和第二桥(42，44)在第二衬套的轴向方向上分别位于两端。
5.如权利要求4所述的扭转杆，其特征在于，第一衬套(12)具有比第二衬套(14)大的直径，并且第二衬套比较小。
6.如权利要求5所述的扭转杆，其特征在于，预定断裂位置(X)形成在与第二衬套(14)邻接的部分上。
7.如权利要求4或者5所述的扭转杆，其特征在于，连接件(16)配设有从第一衬套向第一桥(42)延伸的肋板(40)，优先地将从第一衬套(12)输入的相当大的载荷传递到第一桥(42)而不是第二桥(44)，其中第一衬套(12)为载荷输入位置。
8.如权利要求7所述的扭转杆，其特征在于，连接件(16)包括一对相互面对的侧板(34，36)，侧板(34，36)沿连接第一和第二衬套(12，14)的方向上延伸，还包括连接侧板的连接部(38)，侧板对和连接部具有在与第一衬套的轴向方向相同的方向上开口的U形或者H形横截面，并且还包括位于侧板对内部的空间中的肋板(40)。
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