JP3699043B2 - たわみ軸継手用減衰装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たわみ軸継手用減衰装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たわみ軸継手は、多くの実施形態のものが公知である。原動機付き車両では、トルク伝達をするときにねじり振動を減衰させるため、ないしはクランクシャフトで駆動される周辺ユニットを隔離するために、たわみ軸継手が用いられている。このときねじり振動に対する感受性は、長いベルト伝動装置によって増大する。近年、水ポンプ、パワーステアリングポンプ、空調用コンプレッサ、発電機といった数多くの周辺ユニットや補助ユニットによって、ほとんどのモータでベルト伝動装置が長くなる一方であるために、このようなシステムは、モータによって励起される共振の影響を受けやすくなっている。たわみ軸継手を介在させることで、クランクシャフトからベルト伝動装置を振動工学的にほぼ完全に隔離することが可能である。
【０００３】
たとえばドイツ特許明細書DE 40 18 596、DE 44 04 311、DE 44 00 564には、エラストマー材料からなる環状、リング状に形成された弾性体によって減衰能力が実質的に設定されるたわみ軸継手が記載されている。この高弾性のエラストマー部品は、クランクシャフトとベルト車、プーリとを接続し、全回転数領域で振動を隔離することができる。このようにクランクシャフトからプーリを「隔絶、隔離する」ことによって、ベルト伝動装置の共振回転数は、モータのアイドリング回転数よりも低いところに移る。周辺ユニットの振動振幅は小さくなる。駆動側と従動側のこのような振動工学的な隔離を達成するために、このたわみ軸継手は過臨界（overcritical）で動作するのが通例であり、すなわち動作状態を達成するためには、駆動装置と継手と駆動されるユニットとから構成される振動することのあるシステムの共振回転数を通過しなければならない。このときに、比較的大きな振動振幅が発生する。この振動振幅は、該当する部品の耐用寿命を損なうものであり、特にベルト伝動装置の使用期間を短くするばかりでなく、駆動装置の騒音発生が増える原因ともなる。そこで、特に共振回転数の領域で生じる振動振幅をできるだけ効果的に減衰することが求められている。
【０００４】
クランクシャフトにおけるねじり振動を減衰するために、DE-PS 937 319、DE-PS 751 165、DE-PS 742 778より、円板ダイヤフラムを軸方向に押し付けることによってもたらされるクランクシャフトのダンパマス間のばね作用による摩擦接合を利用することが公知である。原動機付き車両の速度を減速させるため、ブレーキライニングが半径方向外側に向かって、ホイールとともに回転するブレーキドラムの対向面に対して押圧される、押し付けられる拡張式ブレーキ、ドラムブレーキが利用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、継手の振動減衰特性、特に大きな振動振幅を減衰する能力が向上するとともに、高い動作信頼性と継手の高い利用性とがもたらされるように、たわみ軸継手用減衰装置を構成することである。この減衰装置は、環状のエラストマー弾性体を備える既存のたわみ軸継手にできるだけ簡単に組み込むことができ、それによって低コストでたわみ軸継手を構成できることが望ましい。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、本発明によれば、請求項１の技術的特徴を備えるたわみ軸継手用減衰装置によって解決される。従属請求項には有利な実施形態が記載されている。
【０００７】
本発明による装置は、外側リング及び内側リングから構成される装置であって、これらのリングが、環状隙間を形成するように互いに半径方向に間隔をおいて配置され、回転軸を中心として互いに相対的に回転可能なように支承されていることと、環状隙間内で一方のリングに固定され、外側リング及び内側リングの他方のリングとの距離が、円周方向で連続的に変化するように突出しているストッパ面を備えている少なくとも１つの押付部材と、弾性的で変形可能な壁部によって区切られ、減衰媒体が充填された少なくとも１つの作用室とによって構成されているものにおいて、作用室が他方のリングに固定され、前記一方のリングを向いている作用室の壁部の一部が摩擦ライニングで覆われ、摩擦ライニングは、装置が振動を減衰する状態にない場合に、環状隙間を画定する一方のリングの対向面に対して半径方向に間隔もって配置され、それにより、外側リングと内側リングが相対的にねじれた場合に、回転した場合に、ストッパ面が、少なくとも１つの作用室の壁面に、摩擦ライニングが対向面に作用室の変形によって当接可能となるように押し付けられる。
【０００８】
つまり本発明は、たわみ軸継手における振動を減衰するために、ドラムブレーキの作用原理を応用するものである。振動減衰させる摩擦作用を生じさせるために、ねじり振動の振幅が、リング摩擦面に対する摩擦ライニングの押し付け力に変換される。
【０００９】
非常に優れた減衰作用は、少なくとも１つの押付部材の両側に隣接するそれぞれの作用室が、環状隙間の中で、他方のリングに固定されている構成によって達成される。環状隙間の中で、少なくとも１つ又は各々の押付部材の両側に隣接して、２つ又はそれぞれ２つの作用室が他方のリングに固定されている。このようにして作用室を交互に作動させ、それによって動作点、作用点、回転軸を中心として振動を減衰する。駆動系の共振を通過する際、騒音発生が著しく低下する。当然ながら、環状隙間にはこのような機構を複数設けることができる。その際に決定的に重要なのは、それぞれの押付部材と、これと協働する作用室とがそれぞれ異なるリングに取り付けられ、それによって、ねじり振動が導入されたときに、少なくとも２つの作用室の一方が形状変化し、摩擦ライニングが対向面に押し付けられるという点である。
【００１０】
２つのリングの環状隙間に減衰部品を配置したことによって、公知のたわみ軸継手の設計に減衰装置を簡単に組み込むことが可能となる。製造の際には、作用室を環状ホース、断面が円形の管によって形成し、摩擦ライニングを、隣接する２つの作用室の間で互いに移行、延伸するように構成するとともに他方のリングに固定することが好ましい。環状ホースをさまざまな材料から形成することができる。環状ホースは、たとえば金属又はプラスチックから形成することができる。
【００１１】
この減衰装置は、たわみ軸継手の追加部品となるので、たわみ軸継手の動作信頼性を損なうことがない。押付部材の連続的に突出するストッパ面は、減衰動作のとき、壁部の変形及びこれに伴って起こる環状隙間の作用室内での形状の変化が、急激に起きないことを保証する。このことは、減衰装置の耐用寿命にとって好都合である。圧縮性のある、又は非圧縮性の減衰媒体で作用室を充填することにより、減衰挙動を最適化することができる。希望する減衰作用によっては、回転軸の方向で見て並列につながれた複数の装置によって減衰装置を構成することができる。
【００１２】
外側リングと内側リングの相対回転、相対的なねじれの回転角の制限は、たわみ軸継手又はストッパによって行うことができる。
【００１３】
希望する減衰作用に応じて、各々の押付部材のストッパ面が、減衰をしていない状態のとき、装置が振動を減衰する状態にない場合に、作用室の隣接する対向面との間に円周方向に間隔を有しているのが有利なときと、当該対向面と接触しているのが有利なときとがある。前者の実施形態では、ある一定の限界振幅を越えた後に初めて、すなわち自由経路、円周方向の間隔を通過した後で初めて、減衰作用がもたらされる。この場合、ストッパ面とそれに隣接する作用室との円周方向の間隔は、それぞれ等しい大きさに設定することも、又は異なる大きさに設定することもできる。後者の実施形態では、減衰作用がすぐに開始される。
【００１４】
押付部材がカムによって構成され、それぞれのカム側面が作用室の壁部の対向面にそれぞれ押し付けられることが好ましい。それによって摩擦ライニングの押し付け、圧着、及びこれに伴う減衰作用を、カム側面の曲面、曲がり形に依存する振幅の関数として設定することができる。連続的に変化、推移させることが好ましい。
【００１５】
動作に起因する弾性的な壁部の磨耗を減らすために、押付部材を転がり部材、転動体によって構成することが好ましい。
【００１６】
さらに、作用室が、減衰媒体を充填又は放出するための閉止可能な開口部を有することが好ましい。これによって、減衰装置の製造と作動が容易になる。
【００１７】
圧縮可能な、圧縮性減衰媒体として、さまざまな工業用ガスを挙げることができる。圧縮可能ではない、非圧縮性減衰媒体は、たとえば液体、格別に好ましくは作動油によって構成することができる。潤滑剤や、細かい粒子の固体を含む潤滑剤も使用可能である。
【００１８】
たわみ軸継手において、少なくとも１つの減衰装置を、弾性体、バネ体に対して並列に配置することが好ましい。振動を減衰させる摩擦作用を生じる本発明の減衰装置は、継手のエラストマー体と関連して、共振領域において駆動システムの最適な減衰と騒音抑制とをもたらす。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明をさらに詳しく説明するために図面を参照する。各々の図面には、異なる実施形態、ならびにたわみ軸継手用減衰装置の配置が模式的に描かれている。
【００２０】
図１は、押付部材４がカム18として形成されている本発明の好適な実施形態を示している。この減衰装置は、外側リング３及び内側リング２を含み、これらのリングは、環状隙間13を形成するように、互いに半径方向に間隔をおいて配置されている。リング２、３は、回転軸１を中心として同心状に配置され、互いに相対的に回転可能である。図１に示す実施形態では、押付部材４は外側リング３の一部を形成している。この押付部材の両側のそれぞれには、作用室５、５’が環状隙間内に配置され、他方のリング、すなわち内側リング２に固定されている。作用室５、５’は、環状ホース12によって具現化される弾性的な壁部７によって取り囲まれている。フランジ６は、環状ホースを内側リングとの間に挟み付け、固定している。作用室５、５’の各々は、リングの一方（図１の実施例では外側リング３）の方を向いている区域、部分が摩擦層、摩擦ライニング８で覆われている。図３から明らかにわかるように、摩擦ライニング８は、隣接する２つの作用室５と５’’’、又は５’と５’’の間に連続するように構成され、フランジ６によって他方のリング、すなわち内側リング２に固定されている。回転振動が始まると、図１に両方向矢印27によって示すように、リングの相対回転が引き起こされる。円周方向の間隔15を越える十分に大きな相対的なねじれ、回転が生じることにより、振動方向に応じて、作用室５、５’の一方の弾性的な壁部７が押し付けられて形状変化することになる（図１から図４では変形していない状態が図示されている）。作用室は内側リングとしっかり結合されており、減衰媒体で満たされている。弾性的な壁部７、環状ホース12が押し付けられることによって、環状隙間13の中で、作用室の膨張が引き起こされる。作用室の膨張に伴って、摩擦ライニングが外側に変位し、摩擦ライニング８と外側リング３の対向面９の間の半径方向の間隔16が狭くなり、内側リングと外側リングの相対なねじれが十分に大きくなると、最終的に、摩擦ライニング８と外側リング３の対向面９は当接する。減衰媒体、壁部の弾性、ねじり振動の振幅などに応じて、ライニング８と対向面９の間の摩擦がねじり振動の減衰を引き起こす。
【００２１】
本装置の動作信頼性と耐用寿命のために、ストッパ面14と弾性的な壁部７との間の滑り摩擦を、図２に示すように転がり摩擦に置き換えることが好ましい。このときの押付部材４は、支持部材11によって外側リング３に取り付けられた転がり部材、転動体19である。押付部材４と作用室５、５’の配置は、環状隙間の中で置換可能である。たとえば押付部材４を内側リング２に固定し、作用室を外側リング３に固定することが可能である。このような実施形態の場合、内側リング２の外周面が対向面９を形成し、これに摩擦ライニングが当接する。図１と図２に示すように、作用室は開口部22を有し、この開口部を介して減衰媒体を作用室に充填、作用室から放出することができる。
【００２２】
図４には、たわみ軸継手20に本願発明の減衰装置10を取り付けた部分断面図が示されている。弾性ゴムバネ体21、21’を加硫接合することによって、内側に位置するハブリング25からプーリ24が隔置される。図４の断面図で示されているたわみ軸継手のすべてのリングは、回転軸１に対して同心状に配置されている。略Ｚ字型の中央リング30は、滑り軸受によってプーリ24を支持する。本発明による減衰装置は、プーリ24とＺ字型の中央リング30の内側に位置する支持部31との間で支持される。図４から非常に良くわかるように、減衰装置10は、たわみバネ体21に対して並列接続されて作用する。このバネ体21は、図示した実施例では、減衰装置のリング２、３の相対回転、相対的なねじれを制限している。当然ながら、たわみ軸継手20において軸方向で複数の減衰装置10を設けることも可能である。そのときには、こうした並列アセンブリから、全体的な減衰作用が得られる。ハブリング25とプーリ24の間のトルク伝達は、弾性体21、21’が弾性的に撓むことにより行われる。減衰装置10はトルク伝達に関与しない。
【００２３】
【発明の効果】
本発明は、たわみ軸継手用減衰装置であって、環状隙間（13）を形成するように互いに半径方向に間隔をおいて配置され、回転軸（１）を中心として互いに対して回転可能に支承されている外側リング（３）及び内側リング（２）と、環状隙間内で外側リング（３）及び内側リング（２）の一方のリングに固定され、外側リング（３）及び内側リング（２）の他方のリングとの距離が、円周方向で連続的に変化するように突出するストッパ面（14）を有する少なくとも１つの押付部材（４）と、弾性的で変形可能な壁部（７）によって画定され、減衰媒体が充填され、外側リング（３）及び内側リング（２）の他方のリングに固定され、一方のリングに対向する壁部の一部が摩擦ライニング（８）で覆われている少なくとも１つの作用室（５；５’；５’’；５’’’）とからなり、摩擦ライニングが、装置が振動を減衰する状態にない場合に、環状隙間を画定する一方のリングの対向面（９）に対して半径方向に間隔（16）をもって配置され、外側リング（３）及び内側リング（２）が互いに対して回転した場合に、ストッパ面（14）が、少なくとも１つの作用室（５、５’；５’’；５’’’）の壁部に、摩擦ライニング（８）が対向面（９）に当該作用室の変形によって当接可能となるように押し付けられる減衰装置に関する。このような構成であることによって、継手の振動減衰特性、特に大きな振動振幅を減衰する能力が向上するとともに、高い動作信頼性と継手の利用性とがもたらされる。加えて、環状のエラストマー弾性体を備える既存のたわみ軸継手にできるだけ簡単に組み込むことができ、それによって低コストでたわみ軸継手を構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の有利な実施形態を示す側面図である。
【図２】本発明の有利な実施形態を示す側面図である。
【図３】本発明の有利な実施形態を示す側面図である。
【図４】たわみ軸継手における本発明の減衰装置の配置を示す図である。
【符号の説明】
１ 回転軸
２ 内側リング
３ 外側リング
４ 押付部材
５ 作用室
６ フランジ
７ 壁部
８ 摩擦ライニング
９ 対向面
１２ 環状ホース
１３ 環状隙間
１４ ストッパ面
１５ 円周方向の間隔
１６ 間隔
１８ カム
２０ たわみ軸継手
２１ バネ体
２２ 開口部
２４ プーリ
２５ ハブリング
３０ 中央リング
３１ 支持体

Claims (16)

1. たわみ軸継手用減衰装置であって、
   環状隙間（13）を形成するように互いに半径方向に間隔をおいて配置され、回転軸（１）を中心として互いに対して回転可能に支承されている外側リング（３）及び内側リング（２）と、
   前記環状隙間内で前記外側リング（３）及び内側リング（２）の一方のリングに固定され、前記外側リング（３）及び内側リング（２）の他方のリングとの距離が、円周方向で連続的に変化するように突出するストッパ面（ 14 ）を有する少なくとも１つの押付部材（４）と、
   弾性的で変形可能な壁部（７）によって画定され、減衰媒体が充填され、前記外側リング（３）及び内側リング（２）の他方のリングに固定され、前記一方のリングに対向する前記壁部の一部が摩擦ライニング（８）で覆われている少なくとも１つの作用室（５；５’；５’’；５’’’）とからなり、
   前記摩擦ライニングが、前記装置が振動を減衰する状態にない場合に、前記環状隙間を画定する前記一方のリングの対向面（９）に対して半径方向に間隔（16）をもって配置され、
   前記外側リング（３）及び内側リング（２）が互いに対して回転した場合に、前記ストッパ面（14）が、少なくとも１つの前記作用室（５、５’；５’’；５’’’）の前記壁部に、前記摩擦ライニング（８）が前記対向面（９）に当該作用室の変形によって当接可能となるように押し付けられる減衰装置。
2. 前記環状隙間（13）の中で、少なくとも１つ又は各々の押付部材（４）の両側に隣接して、２つ又はそれぞれ２つの前記作用室（５、５’；５’’、５’’’）が前記他方のリングに固定されている請求項１に記載の減衰装置。
3. 前記作用室（５；５’；５’’；５’’’）の前記壁部（７）が環状ホース（12）から形成されている請求項１又は２に記載の減衰装置。
4. 前記摩擦ライニング（８）が、隣接する２つの前記作用室（５、５’；５’’、５’’’）の間に延伸するよう構成され、前記他方のリングに固定されている請求項２に記載の減衰装置。
5. 前記装置が振動を減衰する状態にない場合に、前記ストッパ面（14）が前記作用室（５、５’；５’’、５’’’）の前記壁部（７）との間に円周方向に間隙（15）をもって配置されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の減衰装置。
6. 前記装置が振動を減衰する状態にない場合に、前記ストッパ面（14）がそれぞれの前記作用室（５、５’；５’’、５’’’）の前記壁部（７）と接触している請求項１〜４のいずれか１項に記載の減衰装置。
7. 前記押付部材（４）がカム（18）として構成されている請求項１〜６のいずれか１項に記載の減衰装置。
8. 前記押付部材（４）が転動体（19）として構成されている請求項１〜６のいずれか１項に記載の減衰装置。
9. それぞれの前記作用室（５、５’；５’’、５’’’）が、前記減衰媒体を充填又は放出するための閉止可能な開口部（22）を有する請求項１〜８のいずれか１項に記載の減衰装置。
10. 前記減衰媒体がガスである請求項１〜９のいずれか１項に記載の減衰装置。
11. 前記減衰媒体が液体である請求項１〜９のいずれか１項に記載の減衰装置。
12. 前記減衰媒体が潤滑剤、好ましくは作動油である請求項１〜８のいずれか１項に記載の減衰装置。
13. 前記潤滑剤が細かい粒子の固体を含む請求項１２に記載の減衰装置。
14. 請求項１〜１３のいずれか１項に記載の減衰装置（10）が少なくとも１つ設けられているたわみ軸継手。
15. 少なくとも１つの前記減衰装置（10）が、弾性体（21）に対して並列接続されて配置されている請求項１５に記載のたわみ軸継手。
16. 前記弾性体（21）がエラストマーから形成されている請求項１５に記載のたわみ軸継手。

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