CN2888180Y

CN2888180Y - 扭转连接器

Info

Publication number: CN2888180Y
Application number: CNU2005201065813U
Authority: CN
Inventors: T.A.布洛索威斯克
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2004-08-27
Filing date: 2005-08-26
Publication date: 2007-04-11
Anticipated expiration: 2015-08-26
Also published as: US20060046859A1; US7335107B2; DE102005031138A1

Abstract

一扭转连接器包括一具有一圆周和形成一中心轴线的本体。本体可围绕该中心轴线转动。连接器还包括一环，该环包括一围绕该圆周设置的内直径。环包括一具有一第一半径的环接触表面，该环构造成可围绕中心轴线转动。一连接器元件与本体相连并构造成在本体转动时从本体的圆周施加一沿径向向外的离心力。连接器元件包括一具有一第二半径的连接元件接触表面，该第二半径不同于环接触表面的第一半径。连接元件接触表面与环接触表面接触并构造成施加一力作用在环接触表面上以使环相对于本体转动，并随着本体转速增加而增加扭转连接器的有效刚度。

Description

扭转连接器

技术领域

本实用新型涉及一扭转连接器。具体来说，本实用新型涉及一具有扭转连接器的发动机。

背景技术

由发动机谐波激励造成的扭转振动是很普遍的，并导致过度的噪音和缩短齿轮寿命，这又可造成发动机过早失效。在正常运行过程中，谐波激励由施加到发动机内各部件(诸如曲轴或凸轮轴)上的各种扭矩所产生。例如，一施加到曲轴上的扭矩恒定地从一高扭矩变化到一低扭矩，前者在活塞向下驱动曲轴时发生，而后者在曲轴驱动气缸体内的活塞向上时发生。施加到曲轴上扭矩的宽的范围诱发谐波激励和发动机内的扭转振动。

为减小扭转振动的某些系统包括惯性质量，它因离心力作用能以尽可能大的距离大致环绕连接器的转动轴线。施加到连接器上的扭转振动造成惯性质量在连接器内作摆状的相对运动。相对运动的频率可提供抵抗的惯性扭矩或提供有效的隔离以减小扭转振动。使用具有在这些装置内的摆状相对运动的惯性质量可提供一对速度敏感的转动能力，当发动机速度变化时，该转动能力允许装置跟从所要求的发动机谐振或避免谐振。

美国专利No.6,067,876揭示一系统，其使用滚动物体作为连接元件来阻尼扭转振动，连接元件相对于一毂盘、一主突缘以及一盖板可移动，所有这些零件大致地彼此平行。毂盘包括沿一径向方向延伸的切口。主突缘和盖板包括与各毂盘切口相关的匹配的凹陷。切口和凹陷起作连接体的导向路径，连接体可在切口和凹陷内移动，允许连接体因扭转振动发生挠曲，由此阻尼振动。然而，揭示在‘876专利内的大致平行的板不能定位得容易地抵制连接体的磨损，该磨损可因与制造相关的对齐不准而发生。这又可限制连接器和其后的发动机系统的寿命。

本实用新型涉及一系统，其衰减扭转振动同时可提高系统耐磨损的能力。

发明内容

本实用新型的目的在于，提供一种扭转连接器，其衰减扭转振动同时可提高系统耐磨损的能力。

在一个方面，本实用新型涉及一扭转连接器。该连接器包括一具有一圆周和形成一中心轴线的本体。本体可围绕该中心轴线转动。连接器还包括一环，该环包括一围绕该圆周设置的内直径。环包括一具有一第一半径的环接触表面，该环构造成可围绕中心轴线转动。一连接器元件与本体相连并构造成在本体转动时从本体的圆周施加一沿径向向外的离心力。连接器元件包括一具有一第二半径的连接元件接触表面，该第二半径不同于环接触表面的第一半径。连接元件接触表面与环接触表面接触并构造成施加一力作用在环接触表面上以使环相对于本体转动，并随着本体转速增加而增加扭转连接器的有效刚度。

在另一方面，本实用新型涉及一包括一汽缸体和一齿轮系列的发动机。齿轮系列的至少一个齿轮包括一具有一圆周和形成一中心轴线的本体。本体可围绕该中心轴线转动。齿轮还包括一环，该环具有一围绕该圆周设置的内直径和具有一具有第一半径的环接触表面。该环还构造成可围绕中心轴线转动。一连接器元件与本体相连并构造成在本体转动时从本体的圆周施加一沿径向向外的离心力。连接器元件包括一具有一第二半径的连接元件接触表面，该第二半径不同于环接触表面的第一半径。连接元件接触表面与环接触表面接触并构造成施加一力作用在环接触表面上以使环相对于本体转动，并随着本体转速增加而增加扭转连接器的有效刚度。

本实用新型的一个优点是，该连接器可以用作为一实际的扭矩传输连接器元件或用作为一可调节的简谐阻尼装置。作为一阻尼装置，外环起作一带有连接器部件的惯性质量，其提供随速度而调节变化的理想的刚度特性。另一个技术优点是，所述的连接器元件构造成随着本体转速的增加而增加扭转连接器的有效刚度。刚度随速度的增加允许齿轮系避免在运行速度范围内发生显著的扭转共振，同时有效地衰减发动机的大部分激振谐波。

另一个技术优点是，本实用新型的连接器可减小齿轮振动和发动机噪音，所以，它允许齿轮制成较松的规格和用不同的材料制成，由此，可提供具有较长寿命的成本低廉的零件。此外，固定阶的自然频率行为特征可以用于许多其它的特定的应用中，其中，需在一宽的速度范围内避免取决于速度激励谐波的共振频率。本实用新型的连接器不需仅用于一齿轮，而是可用于施加扭矩的任何的连接器，例如，包括一在驱动线上的连接器或发动机扭转振动阻尼器上的连接器。此外，该连接器可用于任何的交通工具上，包括路上的卡车、汽车、小艇或其它的移动交通工具，或者可以是一静止的发动机，例如，可用来发电。

附图说明

图1是一示范工作机器的视图。

图2是包括一齿轮系列的一示范发动机的一部分的视图。

图3是一示范曲轴齿轮的截面图。

图4是图3的示范曲轴齿轮的侧视图。

图5是图3的示范曲轴齿轮的齿轮环的视图。

图6是图3的示范曲轴齿轮的活塞的视图。

具体实施方式

现将详细参考示于附图中的示范的实施例。不管怎样，相同的标号将在全部附图中表示相同的或类似的零件。

一工作机器100的示范的实施例示于图1中。示范的工作机器100包括一前端102、一框架104以及一有效载荷的车斗106。前端102可包括一发动机室108和驾驶员室110。发动机室108可容纳一发动机、一传动机构，和/或用来驱动工作机器100的其它部件。驾驶员室110可包括用来操作和驱动工作机器100的控制装置。在发动机室108内的发动机可驱动以本技术领域内已知的方式附连到框架104上的车轮112。

有效载荷车斗106可通过一可枢转本体支承件114连接到框架104。本体支承件114可朝向有效载荷车斗106的后端定位。诸如一液压缸的致动器116可在框架104和有效载荷车斗106之间延伸，并可被致动来提升有效载荷车斗106的前端，以使有效载荷车斗106围绕本体支承件114枢转而倾倒一有效载荷。

图2示出一示范发动机200的一端部。发动机200可以是位于图1的工作机器100上的发动机室108内的发动机。发动机200包括一汽缸体202和一齿轮系列204。汽缸体202可以本技术领域内已知的方式构造成包含用于驱动一曲轴的活塞的气缸。齿轮系列204包括一曲轴齿轮206、一惰转齿轮串208，以及惰转齿轮210。惰转齿轮210可构造成驱动一位于汽缸体202顶上的凸轮轴齿轮(未示出)。

曲轴齿轮206较详细地示于图中，并将参照图3和4进行描述。图3示出一前视的局部截面图，而图4是曲轴齿轮206的侧视的局部截面图。曲轴齿轮206包括一围绕一载体222设置的齿轮环220，并构造成围绕轴线223转动。齿轮环220和载体222形成为根据扭转载荷能相对于彼此转动。

齿轮环220可包括齿224，其构造成啮合和驱动图2的齿轮系列204内的相邻齿轮208。齿轮环220的一部分示于图5中。参照图5，齿轮环220包括一内直径表面226，其构造成配装在载体222的周围。内直径表面226包括一形成在其中的键槽227。键槽227可包括一具有预设半径的弧形接触表面228。如图3所示，一位于键槽227内的销阻挡件231构造成限制齿轮环220围绕载体222转动(将在下文中解释)，键槽的至少一部分横贯接触表面228延伸。

返回到图3和4，载体222可以刚性地连接到曲轴(未示出)并与其一体地形成，曲轴可延伸到图2的汽缸体202内。载体222可包括一本体229、一活塞组件230，以及一中心销232。载体222可以本技术领域内已知的方式形成，此外，可包括一中心孔234和径向延伸的活塞孔236。在所示的示范的实施例中，本体229包括三个活塞孔236。然而，任何数量的活塞孔236可被包括在本体229内。再者，在所示的实施例中，活塞孔236从本体229的外圆周237沿径向向内延伸并连接到中心孔234。在一所示的实施例中，活塞孔236形成为具有一从圆周237沿径向向内延伸的大的第一直径238，以及一连接到中心孔234的相对小直径的第二直径239。然而，应该指出的是，活塞孔236不需与中心孔234连接，可具有不同于所示的结构。

活塞组件230可设置在活塞孔236内。各个活塞组件230可包括一内衬240、一活塞242、一销244，以及一弹簧246。内衬240构造成配装在载体222内的活塞孔236内，并可构造成容纳活塞242、销244和弹簧246。在所示的示范的实施例中，内衬240是一中空的、在各端敞开的管状结构，并可设计成具有一跟踪相关活塞孔236的大的第一直径238和较小的第二直径239的外形。内衬240可具有一硬质表面，而内衬240的底部可旋入到本体229内的活塞孔236中。一唇形物260可提供一伸展部件的装置，以使螺纹部分不趋于松开。内衬240可固定在活塞孔236内，可采用任何已知的方法，例如，包括有压配合或过盈配合，和/或粘结剂。或者，内衬240可松弛地配装在活塞孔236内，被齿轮环220约束住，或完全地省去用于活塞的孔，直接地位于本体229内。

活塞242是一自由重物，其构造成在内衬240内沿径向向内和向外地移动，并可形成为具有一与内衬240紧的间隙。活塞242的质量可根据要求位移量、待传递的扭矩、期望的齿轮速度以及本体229的直径进行选择。活塞242设置在内衬240内，并构造成沿径向延伸超过本体229的外圆周237且进入到齿轮环220的键槽227内。因此，活塞242可作为一介于齿轮环220和本体229之间的连接器元件。活塞242包括一远端248和一近端250，近端具有一孔252其构造成接纳销244和弹簧246。

参照图6，活塞242的远端248可包括一接触表面254，其构造成与键槽227的接触表面228接触。应该指出的是，接触表面254的半径通常不同于键槽227的接触表面228。因此，活塞242的接触表面254构造成沿着接触线接触键槽227的接触表面228。此外，活塞254形成一活塞轴线256，并可围绕轴线转动。因此，活塞242可略微地在内衬240内转动，以与凹陷227大致地保持线接触，在两个接触表面228、254之间提供最大可能的面积。

在所示的示范的实施例中，一通道258从孔252通过活塞242的接触表面254延伸。通道258允许油从孔252流到接触表面254，其起到冷却和润滑接触表面254、228，由此，可减少凹陷和弄碎。此外，可选择通道258的尺寸，通过在动态振动过程中限制通过通道258或从键槽227流出的流动，以提供流体阻尼。

销244从活塞242内的孔252内部延伸到设置在活塞孔236的较小的第二直径239内的内衬的一部分。销244可包括一接触活塞242的内部的台肩262，并具有这样的长度，以通过接触中心销232而将活塞242保持在键槽227内，使销244限制活塞242沿向内方向的径向运动。

弹簧246构造成提供一作用于活塞242的偏置力，并设置在活塞242内的孔252内。因此，活塞242被偏置而相对于内衬240和本体229沿径向向外。这有助于偏置活塞242进入到键槽227内。

中心销232从本体229的前面264延伸到中心孔234内。中心销232构造成填充中心孔234并限制销232通过活塞孔236移动到中心孔234内。中心销232可构造成：当要求从载体222中移去齿轮环220时，即可从本体229移去。中心销232的移去使销244延伸到中心孔234内，由此，降低活塞组件230的全部高度。在一示范的实施例中，油可流过中心孔234到活塞孔236，以对活塞组件230和/或齿轮环220提供润滑和冷却。

在一示范的实施例中，加压油可提供到活塞孔236内，以供应一除了离心力之外的径向力。在此实施例中，中心孔234和活塞孔236可以与加压流体源流体地连通。加压流体可从一诸如汽缸体202(图2)或其它非转动的支承件之类的非转动部位并通过支承曲轴齿轮206的轴承(未示出)输送到中心孔234。流体压力可以控制和变化，以将一压力施加到活塞242。除了随曲轴齿轮206转动而产生的离心力之外，可施加该压力来控制径向力以及活塞242和键槽227的接触表面228之间的互相作用。

工业应用

活塞组件230和齿轮环220可有助于衰减发动机的简谐激振和其相随的振动和噪音，同时避免发动机的简谐共振。当曲轴齿轮206转动时，一离心力向外沿径向方向驱动具有预定质量的活塞242。活塞242的接触表面254接触齿轮环220内的键槽227的接触表面228。因为接触表面254、228的半径不同，所以接触是线接触，它可大致平行于本体229的转动轴线223。在图3中，该接触线显现为一接触点。从该立体图中可见，接触点发生在活塞接触表面254和键槽接触表面228相一致并彼此相切的地方。因此，接触点，活塞接触表面254的半径的中心点，以及键槽接触表面228的半径的中心点都落在同一直线上。键槽接触表面228的半径的中心点和活塞接触表面254的半径的中心点之间的任何相对运动则形成活塞表面半径的中心点围绕键槽表面半径的中心点的摆状的运动，接触点沿着通过两个中心点延伸的直线定位。通过该表面接触传递的总的力可基本上沿着该直线。因此，相对于转动轴线223，作用在活塞242和齿轮环220之间的力矢量由一径向分量和一切向分量组成，当两个分量组合时形成一合力，其随着上述的直线。

由活塞242施加的离心力随转速的平方而增加。该径向力可通过活塞242和齿轮环220内的键槽227的接触表面228之间的接触直线反作用。由于本体229内的活塞242和齿轮环220的相对的转动位置形成了总的力矢量的作用线，对于任何转速下给定的相对转动位置，切向力的值基本上正比于径向力矢量，大于相对位移，大于切向分量。因此，当一个接触表面的半径施加一力作用于另一接触表面时，不同的半径形成的切向力矢量也随转速平方而增加，并形成一传递的转矩。反过来，如果通过齿轮施加的转矩仍然大于产生的转矩，则超过的转矩造成齿轮环220进一步相对于本体229转动，变换接触表面228、254上的接触线的位置。当接触线的位置变换时，合力矢量的方向变换，增加切向力矢量的分量，并进一步增加施加到齿轮环220上的反作用转矩。当离心力增加时，接触表面254、228之间的切向力矢量增加，由此，增加齿轮环220和载体222之间连接器的有效高度。应该指出的是，通过有效地阻塞活塞242的反向运动，销阻挡231可沿反向限制齿轮环220的转动。

如上所述，因为离心力随转速平方而增加，所以，有效高度也随转速平方而增加。当连接器部件具有固定的质量惯性矩时，这导致自然频率基本上正比于转速。因为自然频率可随速度正比例变化，并因为发动机简谐激励也追随速度，所以，连接器可设计成在发动机的正常运行速度内基本上避免发动机发生简谐共振。

因为活塞242至少略微地在内衬240内围绕活塞轴线256转动，所以，活塞242的接触表面254和键槽227的接触表面228之间的接触线可以保持在一最大量上。通过沿接触线分配施加的载荷，这又可减小接触表面254、228的磨损。此外，因为活塞242可略微地在内衬240内转动，所以，接触表面可更加容易地适应接触表面内的不规则性或不完善性，而大致地仍保持线接触。

由于允许接触表面228、254浸没在流体内，通道258也可有助于延长齿轮和活塞的寿命。当活塞242和齿轮220转动时，离心力曳拉流体通过通道258到键槽227。流体润滑接触表面228、254，由此减少发生蚀损斑和碎裂的可能。此外，键槽227内的流体可在曲轴齿轮206的诸部件之间提供附加的阻尼。为此，可选择通道258的尺寸来限制流体的流动。因此，当环齿轮振动或碰撞时，键槽227内的流体不能从键槽227快速地流动。该限制的流动可阻止活塞242快速地运动以及由此的齿轮环220到载体222的快速的相对运动，因此提供阻尼。

在一示范的实施例中，加压流体馈送到活塞孔236，以提供作用在活塞242的近端250上的压力而增加径向力。通过变化流体压力，可控制径向力。当曲轴齿轮以相对低的速度转动时，这一点是有利的，其中，来自活塞242的离心力不会足够高而提供要求的转矩能力。因此，当径向力在给定的偏移下产生一正比的切向力时，通过控制作用在活塞242近端上的油压，可变化有效的扭转刚度。

本文所述的连接器可以用作为一实际的扭矩传输连接器元件或用作为一可调节的简谐阻尼装置。作为一阻尼装置，外环起作一带有连接器部件的惯性质量，其提供随速度而调节变化的理想的刚度特性。此外，本文所述的连接器元件构造成随着本体转速的增加而增加扭转连接器的有效刚度。刚度随速度的增加允许齿轮系避免在运行速度范围内发生显著的扭转共振，同时有效地衰减发动机的大部分激振谐波。

因为本文所揭示的连接器减小齿轮振动和发动机噪音，所以，它允许齿轮制成较松的规格和用不同的材料制成，由此，提供具有较长寿命的成本低廉的零件。此外，固定阶的自然频率行为特征可以用于许多其它的特定的应用中，其中，需在一宽的速度范围内避免取决于速度激励谐波的共振频率。然而，应该指出的是，所揭示的连接器不需仅用于一齿轮，而可用于施加扭矩的任何的连接器，例如，包括一在驱动线上的连接器或发动机扭转振动阻尼器上的连接器。

此外，尽管连接器揭示为用于工作机器的发动机上，但发动机可以用于任何的交通工具上，包括路上的卡车、汽车、小艇或其它的移动交通工具。此外，所揭示的发动机可不与工作机器相连，但可以是一静止的发动机，例如，可用来发电。

本技术领域内的技术人员将会认识到，在不脱离本实用新型范围的前提下，在所述的实施例中可以作出各种修改和变化。在考虑本说明书和实践这里所揭示的本实用新型之后，本技术领域内的技术人员显然会想到本实用新型的其它实施例。本说明书和其所述的实例的意图只是举例而已，本实用新型的真正范围由下面的权利要求书和其等价物予以指明。

Claims

1.一扭转连接器，其包括：

一具有一圆周和形成一中心轴线的本体，本体可围绕该中心轴线转动；

其特征在于，还包括：

一环，该环包括一围绕该圆周设置的内直径，环包括一具有一第一半径的环接触表面，该环构造成可围绕中心轴线转动；以及

一连接器元件，该连接器元件与本体相连并构造成在本体转动时从本体的圆周施加一沿径向向外的离心力，其中，连接器元件包括一具有一第二半径的连接元件接触表面，该第二半径不同于环接触表面的第一半径，连接元件接触表面与环接触表面接触并构造成施加一力作用在环接触表面上以使环相对于本体转动，并随着本体转速增加而增加扭转连接器的有效刚度。

2.如权利要求1所述的连接器，其特征在于，连接器元件形成一不平行于中心轴线的连接器元件轴线，连接器元件至少局部地围绕连接器元件轴线转动，以保持与环接触表面线性接触。

3.如权利要求1所述的连接器，其特征在于，本体包括至少一个形成在圆周内的径向孔，连接器元件至少部分地设置在该孔内。

4.如权利要求3所述的连接器，其特征在于，连接器元件是一活塞。

5.如权利要求3所述的连接器，其特征在于，本体构造成使流体流入至少一个径向孔内。

6.如权利要求1所述的连接器，其特征在于，环包括一形成在内直径内的键槽，环接触表面在键槽内。

7.如权利要求6所述的连接器，其特征在于，包括一至少部分地设置在键槽内的销阻挡，该销阻挡构造成接触连接器元件以限制环的相对转动。

8.如权利要求6所述的连接器，其特征在于，连接器元件包括一允许流体流入键槽内的通道。

9.如权利要求1所述的连接器，其特征在于，连接器元件是活塞组件的一活塞，该活塞组件包括一与活塞相连的弹簧，该弹簧设置成从中心轴线向外偏置活塞。

10.如权利要求1所述的连接器，其特征在于，环包括轮齿，该轮齿构造成从本体到邻近齿轮传递转动力。

11.如权利要求1所述的连接器，其特征在于，包括一流体，该流体提供对着连接器元件的近端的压力，该流体影响作用到环接触表面的力。

12.如权利要求11所述的连接器，其特征在于，流体压力可变化。