CN202646586U - 一种弹性缓冲装置 - Google Patents

Abstract

一种弹性缓冲装置，用于解决现有的齿轮传动所产生的顿挫问题，当用于汽车传动时，可以替代现有的离合器的半联动的功能，达到减少人工劳动的目的。该齿轮实现的办法为：区别于现有的传输齿轮，具有一种弹性缓冲的机构，能够让齿轮外缘的动力线性传输至传输轴，或者将传输轴的动力线性传输至齿轮外缘，外围的动力从中心轴传入，然后通过滚轴结构固定好外缘结构和中心轴的距离，让外缘结构围绕中心轴转动，缓冲结构起到缓冲的作用。

Description

一种弹性缓冲装置

技术领域

一种弹性缓冲装置，是一种在动力接合时进行缓冲并最终实现无损传递动力的装置。该装置适用于需要通过稳定输出的动力源获得一个无损且线性变化动力的领域，尤其是汽车发动机的动力传输领域，可以取代离合器半联动功能。 

背景技术

目前，大部分汽车的发动机的动力传输中，都需要经过一系列部件来对发动机输出的动力扭矩进行处理，从而避免发动机受到极大的阻力或者汽车受到极大的冲击力，达到减少甚至避免汽车在起步、换挡等过程中的发生的顿挫感、熄火等问题。在汽车的起步、换挡的过程中，现有大部分汽车，都是通过各种人工(MT)或者智能电脑(AMT)等方式来控制离合器的接合程度，使离合器的输入端与输出端之间产生不完全接触而打滑，从而产生速度差，然后让摩擦力逐渐增大逐渐减少速度差，最终实现同步船东，来达到平稳启动汽车或者平稳换挡的目的。 

这种动力传输的方式，在手动挡(MT)的汽车当中，主要通过人为的控制离合器的接合程度来实现，这种办法提高了驾驶员在驾驶汽车的过程中的劳动量；在电子控制手动档(AMT)中，因为电子控制的稳定性、技术性都不如优秀的驾驶员，而且增加了微电脑系统，所以存在着换挡冲击强、起步慢、成本较高等缺点。 

在自动挡(AT)中，则运用扭矩转换器来实现起步换挡等功能，扭矩转换器是一种液体耦合器，它能让引擎和变速箱各自独立旋转。如果汽车在等红灯发动机怠速，引擎的转速很低，它输入扭矩转换器的扭力就很小。所以只要轻踩煞车就可以让汽车保持静止。这种办法虽然相对于手动档的离合器来说无需手动控制离合的程度，优点是操作简单、舒适性好；但是因为液体耦合器存在着能量的损失，所以缺点是燃油效率不高、与此同时，还存在着成本高、维护复杂、起步速度慢等缺点。 

本发明提供了一种弹性缓冲齿轮，结构上和现有的齿轮有很大的不同，因为弹性齿轮本身具有弹性，可以承受一定范围内的弹性形变，所以加入本弹性齿轮后，一方面不需要驾驶员在汽车的起步、换挡过程中控制离合器的结合程度，另一方面，因为几乎没有滑动摩擦力，也不会造成汽车动力输出的损失，而且成本低廉，是一种既方面又经济的弹性缓冲齿轮。 

发明内容

一种弹性缓冲装置，用于解决现有的齿轮传动所产生的顿挫问题，当用于汽车传动时，可以替代现有的离合器的半联动的功能，达到减少人工劳动的目的。 

该齿轮实现的办法为：区别于现有的传输齿轮，具有一种弹性缓冲的机构，能够让齿轮外缘的动力线性传输至传输轴，或者将传输轴的动力线性传输至齿轮外缘，外围的动力从中心轴传入，然后通过滚轴结构固定好外缘结构和中心轴的距离，让外缘结构围绕中心轴转动，缓冲结构起到缓冲的作用。 

一种弹性缓冲装置，其中心轴和外缘传动的结构位置不固定，中间通过滚轴和弹性材料连接，其中，一侧为滚轴结构，用于支撑外缘结构围绕中心轴旋转，另一侧为缓冲结构，当中心轴输入传动力的时候，能够对传动力进行缓冲，让齿轮的外缘结构受到一个逐渐增大的传动力，同时让中心轴也受到一个逐渐增大的阻力。 

在一般实例中，中心轴和外缘结构的传动力位置可以反向调换，即：可以由中心轴作为输出部分，外缘结构作为直接输入传动力的部分，起缓冲作用相同，本弹性缓冲齿轮的结构特点如下： 

一、外缘结构：该结构包括多种形式，可以是齿轮，也可以是链轮，甚至于没有齿的摩擦传动的带轮结构等。 

二、滚轴结构：该结构主要用来固定齿轮外缘结构和中心轴的距离，能够让外缘结构始终围绕中心轴转动。 

三、中心轴：用于充当输入轴，在一定情况下可以反向连接，用于充当输出轴。 

四：缓冲结构：由缓冲材料制成，一般为涡卷弹簧，弹簧为一个，也可以为多个以上的弹簧组合，弹簧的受力点中心位于中心轴上，处于几何对称的位置，也可以为普通弹簧或者橡胶等具有高弹性的材料。 

现有的机动车上面安装本装置以后，当起步或者换挡时，将无需控制半联动，只需要一脚离合器踩到底或者松到底即可，极大的提高了驾驶员的便利性，尤其是在市区停停走走的路况上。 

附图说明

图1是弹性缓冲装置去掉外壳的缓冲侧45度视图； 

图2是弹性缓冲装置去掉外壳的滚轴侧45度视图； 

图3是弹性缓冲装置不包含外壳的部件组成视图； 

图4是弹性缓冲装置包括外壳的45度俯视图； 

图5是一般传动装置动力传输过程中的扭矩变化图； 

图6是弹性缓冲装置动力传输过程中的扭矩变化图。 

具体实施方式

图1是弹性缓冲齿轮去掉外壳的缓冲侧45度视图，在图1中，中轴结构是101和102；101是中轴凹槽，涡卷弹簧可以通过插入凹槽将一端固定，102是花键，与传动载体上的花键轴可以啮合(此形式也可以为直接焊接于传动载体的输出轴上等)，缓冲结构为201和202，涡卷弹簧201和涡卷弹簧202相互缠绕，里侧和外侧均有挂钩，挂钩用于插入中轴凹槽，外缘结构为301、302和303，301为链轮(此形式可以为其他的形状，如齿轮，带轮等)，，302为外圈固定槽，303为外缘凹槽，可以将涡卷弹簧201和涡卷弹簧202固定。 

按照如图所示的安装好以后，涡卷弹簧为一个可以产生较大形变的部件，可以让整个外缘结构的部件围绕中轴结构旋转，但是这个旋转是必须要有一定条件的，该条件为：克服涡卷弹簧的弹力，因为涡卷弹簧的弹力是随着形变的增加而增加，所以当外缘结构围绕中轴结构旋转的角度越大，涡卷弹簧的弹力就越大，此时外缘结构继续旋转所获得的阻力也越大。如果将作用力施加于中轴结构，此过程仍然成立。 

众所周知，现有的机动车手动挡，起步和换挡时，需要借助离合器，并且驾驶员在操作离合器的时候，不仅仅是直接踏入或者松开，而是需要缓缓踏入，知道汽车进入半联动，然后再缓缓松开，这种缓缓踏入和缓缓松开的操作，对于一个新手来说，非常难以控制，因为新手对于离合器的接入点的把握并不好，极有可能造成汽车的发动机因为负载汽车的动力时转速低于发动机的最低转速而导致熄火；对于一个富有经验的驾驶员来说，在进行半联动操作的时候虽然可以很好的把握好接入点，但是在市区停停走走的道路上，频繁地重复半联动操作也是一件非常耗费体力的劳动。 

本发明的作用，在于减少一方面减少对驾驶员的经验需求，另一方面减少驾驶员的劳动，在本图中，当汽车起步时，驾驶员直接完全松开离合器，汽车发动机的动力通过离合器传入至汽车花键轴，再通过花键102传输至整个中轴结构，此时中轴结构具有了和花键轴相同的转速和扭矩，此时的转速和扭矩，通过缓冲结构中的弹簧201和弹簧202缓冲，再传输至外缘结构，外缘结构承载着来自于汽车本身惯性和摩擦所产生的阻力，因为弹簧201和弹簧202可以产生形变，所以当汽车的转速和扭矩传递过来的时候，会首先让弹簧201和弹簧202发生一个卷曲性的形变，因为弹簧传递的扭矩是随着形变程度的变大也逐渐变大的，所以外缘结构会得到一个逐渐变大的扭矩，同时力的作用是相互的，中轴结构也会获得一个逐渐变大的扭矩阻力，因为此扭矩阻力是随着时间的推移而逐渐变大的，所以汽车发动机在此过程中，不会因为汽车的巨大惯性而导致熄火。当扭矩大到可以让汽车保持匀速行驶时，汽车输出扭 矩和外缘结构所获得的扭矩相等，此时弹簧压缩到一个承载此时扭矩的程度。当汽车加速或者减速的时候，弹簧的会进行相应的形变，来平衡发动机输出的扭矩。 

图2是弹性缓冲齿轮去掉外壳的滚轴侧45度视图，在图2中，链轮301负责将发动机的扭矩和转速传递至车轮，转换为机动车的驱动力，此种形式仅为一种动力传输的形式，根据不同的机动车，有不同的方式，如：大型车主要采用的是传动轴的方式；小汽车采用的一遍都是直接用齿轮传动；摩托车等小型车辆采用的是链条传动，所以此部件为链轮；部分农用机械采用的是皮带，所以此地方可以设计为皮带轮。以上传动的形式的改变均不改变本发明的整体原理。302为外圈固定槽，用以形成一条滚珠运动的轨道，让滚珠204可以紧贴着轨道运行，滚珠的数量可以为多个，不同的滚珠之间相对的位置固定，固定的方法为滚珠套203，滚珠套的结构为一条形，一侧有缺口，可以允许滚轴在缺口中间转动。 

整个滚珠204和滚珠套203的作用，在于减少外缘结构和中轴结构之间的摩擦力，同时保持外缘结构可以围绕中轴结构旋转，而不发生偏移。因为机动车在行驶的过程中大部分时间都不是匀速运动，会有频繁的加速和加速运动，所以在这个过程中，需要有一个东西来保持这种中轴结构和外缘结构相对旋转运动的姿态。 

图3是弹性缓冲装置的部件组成视图，在图3中，201和202均为弹簧，此部分在部分实例中可以替换为普通弹簧，204为滚珠，滚珠的数量不限制，可以多也可以少，滚轴的作用在于保持外缘结构和中轴结构的相对旋转运动，203为滚珠套，与滚珠的数量相匹配，作用在于固定不同滚珠之间的距离，301为链轮，本形式除此之外还可以为其他的包括齿轮、传动轴在内的各种形式，302为外圈固定槽，用于固定滚珠的运行轨道，303为外缘凹槽，用于固定弹簧的的外端在外圈固定槽302上面的位置，此形式在实例中还可以为螺丝固定、焊接固定等不用创造性劳动即可使用的固定技术。101为中轴凹槽，用于固定弹簧的内段在中轴结构上面的位置，此形式在实例中还可以为螺丝固定、焊接固定等不需要创造性的劳动即可使用的固定技术。102为花键，用于传导来自发动机的动力。 

图4是弹性缓冲装置包括外壳的视图，在图4中，205为盖子，盖子的形状为圆饼形，用于阻止外面包括灰尘、水等影响装置稳定性和灵活性的物质，起到保护内部结构的作用。 

图5是一般传动装置动力传输过程中的扭矩变化图，在图5中，t表示的是时间，s表示的是扭矩，发动机输出的扭矩为a，因为一般传动装置，本身都是有固体制成，且固体的形变及其微小，我们可以忽略不计，所以动力的动力传输是完全直接地传输，即发动机传输多少动力，汽车同样具有相同的动力，所以在这个过程中，只要发动机传输的扭矩保持在a不便，其传动装置末端获得的扭矩同样保持为a，而且这个扭矩随着时间的推移，并不发生变化，当发动机的输出的扭矩变化，传动装置末端获得的扭矩同样保持变化，且变化的范围和 时间与发动机的扭矩变化相同。 

图6是弹性缓冲装置动力传输过程中的扭矩变化图，在图6中，t表示的是时间，s表示的是扭矩，发动机输出的扭矩为a，因为本弹簧缓冲装置，本身中间有一个缓冲结构，该结构由弹簧制成，所以当发动机的扭矩输出为a时，汽车因为静止到运动需要加速度，这个加速度需要消耗动力，所以在此过程中，弹簧会发生形变，发动机的扭矩传输会首先克服弹簧的弹性形变，知道弹簧的弹性形变到达一定程度，可以不需要继续形变而传动发动机的扭矩时为止，在这样一个过程中，缓冲装置的外缘结构获得扭矩，是发动机的扭矩减去让弹簧形变所消耗的扭矩，因为弹簧的形变具有一个弹性系数，发动机让弹簧形变的所消耗的扭矩为一个逐渐变大的变量，所以发动机传输扭矩为a时，最开始的一瞬间，输出端获得的扭矩为0，直接随着时间的推移，弹簧的形变越来越大，最终形变程度匹配发动机的扭矩，此时弹簧保持形状相对固定，缓冲装置的末端获得一个和发动机完全相同的扭矩a。 

在本过程中，缓冲装置的末端获得一个和发动机完全相同的扭矩所需要的时间，取决于中间弹簧的弹性系数，以及驱动整个机动车的整备质量所需要的平衡点时的扭矩。 

Claims (6)

1.一种弹性缓冲装置，有齿轮结构和传动轴结构，其特征是：在外缘结构和中轴结构中间加入了弹性缓冲结构，中间用滚轴和弹性材料连接。

2.根据权利要求1所述的一种弹性缓冲装置，其特征是：中间的缓冲结构为弹性材料，可以为普通弹簧，也可以为涡卷弹簧，还可以是其他具有一定弹性的材料；弹簧的数量可以为一个，也可以为多个，多个弹簧的几何中心位于中间轴。

3.根据权利要求1所述的一种弹性缓冲装置，其特征是：动力的传输可以是从中轴结构传入，再从外缘结构传出，也可以是从外缘结构传入，从中轴结构传出。

4.根据权利要求1所述的一种弹性缓冲装置，其特征是：中轴结构可以是花键，也可以是传动轴，或者是直接用包括焊接、铸模在内的其他直接将中轴结构连接于动力的输出或者输出端的结构。

5.根据权利要求1所述的一种弹性缓冲装置，其特征是：外缘结构可以是链轮，也可以是齿轮、带轮或者用于传动的现有技术结构。

6.根据权利要求1所述的一种弹性缓冲装置，其特征是：滚轴结构可以为滚珠，或者可以让外缘结构相对于中轴转动的现有技术结构。

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