JP2014085018A - ねじりたわみ継手 - Google Patents

Abstract

【課題】減衰の摩擦成分を低減することが可能な新規のねじりたわみ継手を提供する。
【解決手段】ねじりたわみ継手が、回転軸Ａを有する内側部分１１と、内側部分１１の周囲に延びかつ内側部分１１と同軸状に配置される外側部分１２と、内側部分１１と外側部分１２との間に配置されかつ円周方向に離間される複数のばね要素１６またはばねパックとを備え、各ばね要素１６またはばねパックは、半径方向外端１７で外側部分１２の締着用支持部１８内に締着され、半径方向内端２０で内側部分１１の対応する溝２１と柔軟に係合する。継手の休止位置で、ばね要素１６またはばねパックは、それぞれの締着用支持部１８を通る半径方向に対して角度を付けられかつ継手の主回転方向に逆らって傾斜している。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転軸を有する内側部分と、内側部分の周囲に延びかつ内側部分と同軸状に配置される外側部分と、内側部分と外側部分との間に配置されかつ円周方向に離間される複数のばね要素またはばねパックとを備えるねじりたわみ継手（torsionally flexible coupling）であって、各ばね要素またはばねパックは、ばね要素またはばねパックの半径方向外端において、外側部分の締着用支持部内に締着され（clamped）、ばね要素またはばねパックの半径方向内端において、内側部分の対応する溝と柔軟に係合する、ねじりたわみ継手に関する。

このタイプのねじりたわみ継手は、例えば独国特許出願公開第１２０２５９０号明細書から知られている。このような継手で、トルク伝達中に生じるねじり振動を減衰させることが可能である。この場合、減衰は液圧成分および摩擦成分を含む。液圧成分は、変形させられるばね要素またはばねパックによる、継手内に存在する減衰媒体の強制変位に起因する。ばね要素またはばねパックと内側部分の関連する溝との間に摩擦効果が生じる。

独国特許出願公開第１２０２５９０号明細書

ねじり振動の減衰の場合、いくつかの用途では、摩擦減衰に比べて液圧減衰の割合を大きくすることが望ましい。

冒頭に明記されているタイプの継手は、主に、以下では主回転方向とも呼ばれる好ましい回転方向のトルクの伝達に使用される。しかしながら、時には小さいトルクが逆の回転方向にも偶然伝達されることがある。

本発明の目的は、上記に明記されているタイプのねじりたわみ継手における減衰の摩擦成分を低減することである。

上記の目的は、特許請求項１に記載のねじりたわみ継手によって達成される。本発明による継手は、ねじりたわみ継手の休止位置で、ばね要素またはばねパックが、それぞれの締着用支持部を通る半径方向に対して角度を付けられかつねじりたわみ継手の主回転方向に逆らって傾斜していることを特徴とする。

ばね要素またはばねパックのこのような傾斜位置は、減衰の摩擦成分の低減を驚くほど簡単な方法で可能にし、したがって減衰の大部分が液圧になりうることが分かっている。

ばね要素またはばねパックの角度位置と内側部分の溝の幾何形状とを最適化することにより、継手の略線形のねじり特性、すなわち内側部分と外側部分との間のねじれ角度に関係する伝達トルクが達成されうる。

加えて、摩擦成分が低減されるため、溝における摩耗ならびにばね要素またはばねパックの半径方向内端における摩耗が大幅に低減されうる。このことは、継手の寿命の大幅な伸びを助長する。

本発明の好適な一実施形態によれば、各溝は、関連するばね要素またはばねパックを基準としてねじりたわみ継手の主回転方向に、対応するばね要素またはばねパック用の湾曲接触面を形成する前方溝側面を有する。動作中、ばね要素またはばねパックは、湾曲接触面によって関節態様で支持される。相対的なねじれに応じて、半径方向内端は、休止位置から大なり小なり関連する溝から離れ、そうすることで、湾曲接触面に沿って滑り、少なくとも部分的に丸まるもしくはロールする（roll；以下、ロールすると記す。）。反対側の溝側面は、対応するばね要素の半径方向内端の動きを妨げない。実際、反対側の溝側面は、ばね要素またはばねパックからわずかに離間される。

湾曲接触面の曲率は、内側部分と外側部分との間に相対的なねじれがある場合、対応するばね要素またはばねパックが、対応するばね要素またはばねパックの変形により、湾曲接触面に沿って概ねまたは完全にロールするようなものであることが好ましい。ばね要素の半径方向内端が湾曲接触面に沿って正確にロールするという理想的なケースでは、摩擦効果は完全に回避されうる。事実上、摩擦成分の減少はもとより、少なくとも内側部分の溝とばね要素またはばねパックとの間のロール成分の著しい増加も達成される。

本発明の別の好適な実施形態によれば、湾曲接触面の曲率は一定半径を有し、したがって溝の逃げが製造しやすい。さらに、摩擦効果の最小化に関して、伸開線の形をとる実施形態は特に有効である。

さらに、別の好適な実施形態によれば、内側部分の溝は、半径方向に対して角度を付けられかつ主回転方向に逆らって傾斜し、これにより、継手の主回転方向に対して逆方向のトルク伝達に関して、内側部分の溝を特に狭くすることができる。第１に、このことは、前方溝側面での主回転方向の柔軟なブレーシングが妨げられないようにする。第２に、回転方向が逆転した場合、溝内でのばね要素またはばねパックの顕著な反転が回避される。

好ましくは、ばね要素は、締着用支持部から回転軸線Ａの方向に向く半径方向の線に対して、ばね要素の締着用支持部に関して数学的に正の入射角で角度を付けられる。加えて、内側部分の溝は、半径方向に対して傾斜した中心溝軸線を有することができ、したがってその場合、半径方向に対する中心溝軸線の傾斜角は、関連するばね要素またはばねパックの入射角と同じである。

好ましくは、ばね要素は、板ばねとして構成される。個別のばねが使用される場合、特に、ばね要素は、ばね要素の半径方向外端からばね要素の半径方向内端へ先細りになったくさび状のものが使用されうる。ばねパックはそれぞれ、互いに積み上げられた、少なくとも２つ以上の板ばねの形をとるばね要素を備える。

本発明の別の好適な実施形態では、ばね要素またはばねパックは、外側部分と内側部分との間に挿入される別々の構成要素として作られる。簡単で費用効率の高い組立体に関して、このような場合、隣接するばね要素またはばねパックの半径方向外端は中間片によって互いに離間される。ばね要素またはばねパックと中間片とは、ばね要素またはばねパックの半径方向外端が２つの隣接する中間片に押し付けられるような形で、円周方向に互いに押し付けられる。

本発明について、図面に示されている例示的な実施形態を用いて以下でより詳細に説明する。

本発明の例示的な実施形態によるねじりたわみ継手の概略縦断面図である。 図１による継手の断面図である。 継手の休止位置での、継手の主回転方向の前方溝側面でのばね要素またはばねパックのブレーシングの詳細図である。 継手の内側部分と外側部分との間に相対的なねじれ角度Δφがある状態での、継手の主回転方向の前方溝側面でのばね要素またはばねパックのブレーシングの詳細図である。

例示的な実施形態は、トルク伝達用のねじりたわみ継手１０を示す。継手１０は回転軸線Ａを有する内側部分１１を備え、内側部分１１は第１の回転部品に連結されうる。さらに、継手１０は、内側部分１１の周囲に放射状に延びかつ内側部分１１と同軸状に配置される外側部分１２を有する。外側部分１２は、第１のフランジ１２ａで別の回転部品に連結されることができ、軸線方向反対側の第２のフランジ１２ｂによって閉じられる。

内側部分１１と外側部分１２との間に環状空間が形成され、この環状空間は、複数の中間片１３によって、円周方向に配置された複数の連続的な室１４に分けられる。この構成では、外側部分１２のフランジは、内側部分１１を密封リング１２ｃで密封する。

環状空間または室１４は、液圧減衰媒体、例えば加圧された油で満たされる。さらに、室１４は、流路１５により互いに連通される。流路１５は、好ましくは、中間片１３と内側部分１１の円筒外周縁との間の間隙によって形成される。減衰媒体を間隙形状の流路１５を通じて室１４内へ強制的に送り込むことにより、ねじり回転を減衰させるための減衰効果が達成される。

さらに、継手１０は多数のばね要素１６を備え、これらのばね要素１６は、円周方向に、内側部分１１と外側部分１２との間に分散して配置され、内側部分１１および外側部分１２を互いにねじりたわみ態様で連結する。ばね要素１６は室１４内に配置されかつ室１４を仕切る。ねじり振動により内側部分１１と外側部分１２との間に相対的なねじれがあると、ばね要素１６は変形させられ、その結果、それぞれのばね要素１６の前後の回転方向の室容積はそれぞれ縮小または拡大する。動的な容積均等化は、既述したように、流路１５を通じて起こる。もちろん静荷重もまたばね要素１６の変形を引き起こすが、減衰効果を引き起こすことはない。

各ばね要素１６は、半径方向外端１７において、外側部分１２に設けられた締着用支持部１８内に締着される。締着用支持部１８により、継手の動作中にばね要素１６に生じる曲げモーメントは、外側部分１２で受けられる。

ばね要素１６の半径方向外端１７の固定した締着が、好ましくは、中間片１３と中間片１３を放射状に囲む締付リング１９とによって達成される。その目的のために、ばね要素１６および中間片１３は、外側部分１２内に交互に置かれ、締付リング１９を押圧または収縮することにより定位置に固定される。したがって、図示の例示的な実施形態では、隣接するばね要素１６は中間片１３によって互いに離間される。円周方向にジョイント締着するので、それによって各ばね要素１６の各径方向外端１７は、それぞれ２つの隣接する中間片１３によって締着される。

さらに、各ばね要素１６は、半径方向内端２０において、内側部分１１の対応する溝２１内へ関節態様で延びる。溝２１は回転軸線Ａと平行に延びる。外側部分１２で半径方向外端１７を締着するのとは対照的に、ばね要素１６の半径方向内端２０は移動可能な態様で受容される。特に、半径方向内端２０は、図２に描かれている継手１０の休止位置に比べて、溝２１からさらに移動することができる。溝２１内の支持は関節ジョイント態様であり、したがって、摩擦効果を無視すれば、対応するばね要素１６の曲げモーメントは溝２１内の支点でゼロである。

溝の幾何形状は、図２に矢印Ｈで示されている主回転方向では、ばね要素１６が主回転方向前方に配置された溝側面２２にのみ接触し、それに比べて、後方の溝側面２３からわずかな間隙で離間されるように選定される。主回転方向Ｈのトルクの伝達中、ばね要素１６の半径方向内端２０は、明瞭さのために不釣り合いに大きくではあるが、図４に詳細に示されているように、溝２１からいくらか引き出される。次いで、ばね要素１６の接触線は溝の縁部に沿って移動する。この目的のために、溝の縁部は湾曲接触面２４として構成される。溝２１およびばね要素１６の幾何形状に応じて、一定の滑り効果およびローリング効果がここで生じうる。滑り構成要素は、流路１５を通る減衰媒体の流れのように、減衰効果も生じる。減衰効果は、減衰効果の原因となる摩擦に起因する。

本発明は、減衰のこの摩擦成分を低減することを想定している。

したがって、図に示されている継手１０では、ばね要素１６は、通常と同様に半径方向に一直線をなすことなく、半径方向に対して傾斜している。特に、ねじりたわみ継手１０の休止位置でのばね要素１６は、それぞれの締着用支持部１８を通る半径方向に対して、継手１０の主回転方向の反対側に角度を付けられる。言い換えると、ばね要素１６はそれぞれ、締着用支持部１８から回転軸線Ａの方向に向く半径方向の線Ｒに対して、ばね要素１６の締着用支持部１８に関して数学的に正の入射角α、すなわち０°より大きい入射角αで傾斜している。入射角αの特に適した値は、１．５°〜１２°の範囲内、好ましくは２°〜８°の範囲内である。したがって、それぞれのばね要素の半径方向内端２０は、主回転方向Ｈに、半径方向外端１７にいくらか先行する。

内側部分１１の溝２１もまた半径方向に対して角度を付けられ、この傾きは継手１０の主回転方向の反対側である。図示の例示的な実施形態では、内側部分１１の溝２１はそれぞれ、半径方向に対して傾斜した溝中心軸線Ｂを有し、半径方向に対する溝中心軸線Ｂの傾斜角βは関連するばね要素１６の入射角αに等しいことが好ましい。しかしながら、最大で２°のわずかな偏向も可能である。

図２から分かるように、継手の休止位置でのばね要素１６の中心軸線Ｍと溝中心軸線Ｂとは一致する。

動作中、すなわち既存のトルクがあるときに、ばね要素１６は、図４に例として示されているように、内側部分１１と外側部分１２との間の相対的なねじれΔφの結果として変形させられる。こうする間、それぞれのばね要素１６の半径方向内端２０の接触線は、湾曲接触面２４に沿って移動する。

湾曲接触面２４の曲率は、それぞれのばね要素１６が、そのばね要素１６の変形により、湾曲接触面に沿って概ねまたは完全にロールし、その結果、ばね要素１６と溝２１との間の摩擦が低減されるように選定されている。湾曲接触面２４の曲率は、一定半径ｒを有することができる。しかしながら、溝に向かって外へ増大する曲率半径を与えることも可能である。さらに、湾曲接触面２４は伸開線として設計することもできる。

湾曲接触面２４は、回転方向Ｈに逆らう荷重のために後方溝側面２３に対向して位置する、湾曲接触面２６の幾何形状とは異なる回転方向Ｈの幾何形状を有することができる。

この場合のばね要素１６は、ばね鋼などの個々の板ばねとして構成され、ばね要素１６は、ばね要素１６の半径方向外端１７からばね要素１６の半径方向内端２０へくさび状に次第に細くすることもできる。図示されているばね要素１６の代わりに、ばねパックを設けることもでき、ばねパックはそれぞれ、積層配置の２つ以上の板ばねを有する。

上述した継手１０の構成で、ばね要素１６と内側部分１１の溝２１との間のロール成分の増大ならびに摩擦成分の減少が達成される。その結果、総減衰を基準として、摩擦減衰に比べて液圧減衰の割合が増加する。

ばね要素の角度位置と内側部分の溝の形状とを最適化することにより、継手のほぼ線形のねじり特性（ねじれ角に関係する伝達トルク）が追加的に達成されうる。

ばね要素１６と溝２１との間の摩擦が減少すると摩耗が減少し、その結果、寿命を延ばすことができる。

ばね要素１６の傾斜位置のおかげで、継手の主回転方向Ｈに、逆方向のねじり特性とは異なるねじり特性が達成されうる。

本発明について、例示的な実施形態およびその他の変更形態を用いてより詳細に上述してきた。しかしながら、本発明は上記説明に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって規定されるすべての実施形態を網羅する。特に、上記の個々の技術的特徴は、これがそれほど明確に記述されていない場合でも、本発明が技術的に実現可能である限り、互いに組み合わせることもできる。

１０…ねじりたわみ継手、１１…内側部分、１２…外側部分、１２ａ…第１のフランジ、１２ｂ…軸線方向反対側の第２のフランジ、１２ｃ…密封リング、１３…中間片、１４…環状空間または室、１５…流路、１６…ばね要素、１７…半径方向外端、１８…締着用支持部、１９…締付リング、２０…半径方向内端、２１…溝、２２…前方溝側面、２３…後方溝側面、２４…湾曲接触面、２６…湾曲接触面、Ａ…回転軸線、Ｂ…溝中心軸線、Ｈ…主回転方向、Ｍ…中心軸線、Ｒ…半径方向の線、α…入射角、β…傾斜角。

Claims (9)

1. 回転軸（Ａ）を有する内側部分（１１）と、
   前記内側部分（１１）の周囲に延びかつ前記内側部分（１１）と同軸状に配置される外側部分（１２）と、
   前記内側部分（１１）と前記外側部分（１２）との間に配置されかつ円周方向に離間される複数のばね要素（１６）またはばねパックと、
   を備えるねじりたわみ継手であって、
   前記ばね要素（１６）またはばねパックがそれぞれ、前記ばね要素（１６）またはばねパックの半径方向外端（１７）で、前記外側部分（１２）の締着用支持部（１８）内に締着され、前記ばね要素（１６）またはばねパックの半径方向内端（２０）で、前記内側部分（１１）の対応する溝（２１）と柔軟に係合する、ねじりたわみ継手において、
   当該ねじりたわみ継手（１０）の休止位置で、前記ばね要素（１６）またはばねパックが、それぞれの前記締着用支持部（１８）を通る半径方向に対して角度を付けられかつ当該ねじりたわみ継手（１０）の主回転方向に逆らって傾斜していることを特徴とする、ねじりたわみ継手。
2. 前記溝（２１）がそれぞれ、対応する関連する前記ばね要素（１６）またはばねパックを基準として当該ねじりたわみ継手の前記主回転方向に、前記対応するばね要素（１６）またはばねパック用の湾曲接触面（２４）を形成する前方溝側面（２２）を有することを特徴とする、請求項１に記載のねじりたわみ継手。
3. 前記湾曲接触面（２４）の曲率は、前記内側部分（１１）と前記外側部分（１２）との間に相対的なねじれがある場合、前記対応するばね要素（１６）またはばねパックが、前記対応するばね要素（１６）またはばねパックの変形により、前記湾曲接触面（２４）に沿って概ねまたは完全にロールするようなものであることを特徴とする、請求項２に記載のねじりたわみ継手。
4. 前記湾曲接触面（２４）の曲率が一定半径を有しまたは伸開線として形成されることを特徴とする、請求項２または３に記載のねじりたわみ継手。
5. 前記内側部分の前記溝（２１）が、前記半径方向に対して角度を付けられかつ当該ねじりたわみ継手（１０）の前記主回転方向に逆らって傾斜していることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のねじりたわみ継手。
6. 前記ばね要素（１６）がそれぞれ、前記締着用支持部（１８）から前記回転軸線Ａの方向に向く半径方向の線（Ｒ）に対して、前記ばね要素（１６）の前記締着用支持部（１８）に関して数学的に正の入射角αで傾斜し、前記内側部分（１１）の前記溝（２１）がそれぞれ、前記半径方向に対して傾斜した溝中心軸線（Ｂ）を有し、前記半径方向に対する前記溝中心軸線（Ｂ）の傾斜角βが、前記対応するばね要素（１６）またはばねパックの前記入射角αに等しいことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のたわみ継手。
7. 前記ばね要素（１６）が、前記ばね要素（１６）の半径方向外端（１７）から前記ばね要素（１６）の半径方向内端（２０）へくさび状に次第に細くなっていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のねじりたわみ継手。
8. 隣接する前記ばね要素（１６）またはばねパックの前記半径方向外端（１７）が中間片（１３）によって互いに離間され、前記ばね要素（１６）またはばねパックと前記中間片（１３）とは、前記ばね要素（１６）またはばねパックの前記半径方向外端（１７）が２つの隣接する前記中間片（１３）に押し付けられるような形で、前記円周方向に互いに押し付けられることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のねじりたわみ継手。
9. 前記溝（２１）が、前記対応する関連ばね要素（１６）またはばねパックを基準として前記継手の前記主回転方向（Ｈ）に、前記対応するばね要素（１６）またはばねパック用の湾曲接触面（２６）を形成する後方溝側面（２３）を有し、前記前方溝側面（２２）の前記湾曲接触面（２４）が、当該ねじりたわみ継手の前記主回転方向（Ｈ）と反対側に配置された前記後方溝側面（２３）の前記湾曲接触面（２６）の曲率とは異なる曲率を有することを特徴とする、請求項２〜８のいずれか一項に記載のねじりたわみ継手。

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