TWI476331B - 扭振減振器與主軸 - Google Patents

Description

扭振減振器與主軸

本發明係有關於一種扭振減振器及一種主軸。

扭振減振器用於抑制或減少扭振，以減小振幅，對諧振頻率施加影響。「扭振」在此尤指振動型繞軸旋轉運動。此種運動由週期性轉矩、衝擊轉矩、或偶然出現的轉矩所激發。扭振在一般情況下係為非期望的現象，會影響機器運行，引發故障。

本發明之目的在於提供一種結構特別簡單但十分有效的扭振減振器，及一種安裝上特別有利的主軸。

在扭振減振器方面，此目的藉由申請專利範圍第1項之特徵而達成。該扭振減振器之有利實施方式由申請專利範圍附屬項第2至13項給出。在馬達主軸方面，此目的藉由申請專利範圍第14項之特徵而達成。

本發明之扭振減振器用於連接兩個同軸布置的機件，特別是用於連接第一機件之第一圓柱形內表面與第二機件之圓柱形外表面，其具有多個夾緊件及多個中間元件，其中，該等中間元件之彈性大於該等夾緊件之彈性，且布置於相鄰的夾緊件之間。

此種結構之扭振減振器一方面具有可靠的傳遞轉矩能力，另一方面有一定程度之扭轉彈性。可根據所用中間元件之彈性及所用夾緊件之設計，對扭振減振器之扭轉彈性及最大可傳遞轉矩施加影響。

此外，藉由使中間元件之彈性大於夾緊件之彈性，可提高扭振減振器之變形能力，便於其在待連接機件間之安裝。

本發明之扭振減振器之扭振減振作用，特別是藉由中間元件之內摩擦而實現。為此，構成中間元件之一或多種材料較佳具有較高的本徵阻尼(eigen damping)。在此，可對(例如)橡膠或包含特定填料的塑膠之阻尼特性加以利用。尤佳是可於中間元件內部填充纖維質材料，以強化中間元件之本徵阻尼。

用於構建中間元件之一或多種材料，較佳具有50 Shore B至100 Shore B、特別是大於70 Shore B之蕭氏硬度(Shore hardness)。蕭氏硬度係廣泛用於檢驗塑膠及彈性體之參數，在DIN 53505、ISO 868、及ISO 7619等標準中有其相關說明。

該等夾緊件特別是設計成飛輪(即，一種於其中一方向上藉由力鎖合而傳遞或支承轉矩、於該方向之反向上允許空轉的定向耦合裝置)中所用之夾緊件。此外，該等夾緊件較佳由金屬材料(例如，鋼材)構成。該等中間元件之彈性則相應地大於金屬材料之彈性。

根據較佳實施方式，徑向上夾緊件之間所夾的區域(即，兩相鄰的夾緊件之間所夾的間隙)完全被中間元件所填滿。亦即，周向上夾緊件之間所夾的區域完全被中間元件所填滿。在此情況下，待連接機件之圓柱形內表面或圓柱形外表面，沿著其整個圓周均與中間元件相接觸。藉此，可使扭振減振器與待連接機件發生特別均勻及可靠的接觸。

根據另一較佳實施方式，每個夾緊件均具有與外側夾軌(尤指第一機件之圓柱形內表面)建立摩擦接觸的外側接觸面、及與內側夾軌(尤指第二機件之圓柱形外表面)建立摩擦接觸的內側接觸面。

根據另一較佳實施方式，周向上夾緊件之間所夾的區域(即，夾緊件之間的間隙)未被中間元件所全部填滿。藉此，可增加此等夾緊件可與待連接機件建立摩擦接觸的接觸面。在此情況下，此種扭振減振器可設計成飛輪，亦即，於其中一方向上藉由力鎖合而傳遞或支承轉矩，而於該方向之反向上允許空轉。

本發明之扭振減振器之中間元件，有利地採用一種將夾緊件固定於其位置上並為其提供彈性支承的設計。在夾緊件同時由中間元件固定並供以彈性支承之情況下，扭振減振器將具有特別緊密的結構。

若該等中間元件由本徵阻尼較高的彈性材料(例如，橡膠)所構成，則夾緊件扭曲時所產生的傾斜運動會使布置於該等夾緊件之間的中間元件之阻尼材料發生變形，藉此消除振動能，從而使扭振減振器具有特別明顯的減振作用。

根據有利實施方式，該等中間元件與該等夾緊件為相連。特定言之，中間元件可以用材料接合之方式與夾緊件相連，藉此，可使中間元件與夾緊件形成特別可靠、穩定的複合體，從而改良扭振減振器之可操縱性。其中，材料接合連接可實施成為(例如)膠合黏接。該等中間元件亦可設計為一或多種澆鑄材料，而材料接合連接則藉由澆鑄法而建立，其中，夾緊件(至少部分)被一或多種澆鑄材料所包圍。此等中間元件亦可用一或多種射出成形材料製成，且藉由射出成形法與夾緊件相連。

根據另一有利實施方式，該等中間元件之輪廓與相鄰夾緊件之輪廓相一致。藉由此種輪廓設計，可在中間元件及與之鄰接的夾緊件間建立特別可靠的連接。

根據有利實施方式，至少一個夾緊件相對於徑向而傾斜地布置在相鄰的中間元件之間。藉此，可使扭振減振器之減振作用及最大可傳遞轉矩，與待連接機件之間的相對運動之方向產生關聯。

根據另一有利實施方式，每兩個相鄰的夾緊件相對於徑向而相向傾斜地嵌在中間元件內。藉此，亦可使扭振減振器之減振作用及最大可傳遞轉矩，與待連接機件之間的相對運動之方向產生關聯。

該等中間元件可有利地由多種不同的材料所構成。其含義有二：其一，相鄰的中間元件可由不同材料構成；其二，一個中間元件自身亦可由多數不同的材料構成。此措施整體上可提高扭振減振器之可變性、及其對不同應用領域之適應性。

根據另一有利實施方式，至少一個中間元件之彈性係沿著徑向發生變化。舉例而言，此種彈性變化可藉由用不同材料構建中間元件、或透過所用材料之彈性分級變化而實現。彈性之變化同樣可提高扭振減振器之適應性。

根據較佳實施方式，該等中間元件可視具體應用領域及所需彈性，至少部分用有機矽材料、熱塑性聚合物、硫化橡膠、熱固性聚合物(例如，合成樹脂)、或上述材料之混合物製成。其中，所有中間元件可具有相同的材料組成。但亦可使此等中間元件各具有不同的材料組成。藉此，可提高扭振減振器之可變性、及其對不同應用領域之適應性。

根據另一有利實施方式，扭振減振器設計成帶狀。藉此，可將扭振減振器製成環帶。製成後，可將其分割成所需的環繞長度，並嵌在兩個同軸布置的機件之間，特別是嵌在第一機件之圓柱形內表面與第二機件之圓柱形外表面之間。

根據另一有利實施方式，扭振減振器設計為環形。藉此，可以用特別簡單的方式，將扭振減振器布置於兩個同軸布置的機件之間。

本發明之主軸特別是設計成馬達主軸，且具有本發明之扭振減振器。

圖1展示一個包括多個夾緊件2及多個中間元件3的扭振減振器1，其中，各圖式一般僅為其中一個夾緊件2及其中一個中間元件3標註元件符號。扭振減振器1設計為環形，夾緊件2等距分布於圓周上。扭振減振器1布置在機件4之圓柱形外表面與機件5之圓柱形內表面之間。此二機件4及5為同心定向。夾緊件2相對於徑向而傾斜地布置在相鄰的中間元件3之間。確切而言，夾緊件2係按逆時針方向嵌在中間元件3內，故可沿順時針方向傳遞轉矩。

圖2展示另一個包括多個夾緊件2及多個中間元件3的扭振減振器1。圖2所示之扭振減振器1同樣設計為環形，夾緊件2等距分布於圓周上。扭振減振器1同樣布置在機件4之圓柱形外表面與機件5之圓柱形內表面之間。其中，每兩個相鄰的夾緊件2相向傾斜地嵌在中間元件內。藉此，可朝兩個旋轉方向傳遞較大的轉矩。

在圖1及圖2所示之扭振減振器1中，徑向上夾緊件2間所夾的區域完全被中間元件3所填滿。在此情況下，夾緊件2及中間元件3均與機件4或5之相應的圓柱形表面發生接觸，而機件4之圓柱形外表面、及機件5之圓柱形內表面，係沿著其整個圓周交替地被夾緊件2及中間元件3所接觸。

圖3展示包括多個等距分布的夾緊件2及中間元件3的扭振減振器1之另一實施方式。不同於圖1及圖2所示之實施方式之處在於，徑向上夾緊件2間所夾的區域未被中間元件3所全部填滿。在此情況下，機件4之圓柱形外表面、及機件5之圓柱形內表面僅與夾緊件2發生接觸，而扭振減振器1可同時作為飛輪之用。此種同時亦可用作為飛輪的扭振減振器1，在下文中亦稱「單向扭振減振器」。

圖4展示扭振減振器1之另一實施方式之局部圖。圖4所示之扭振減振器1設計成帶狀，可分割成所需的環繞長度，並嵌在機件4之圓柱形外表面與機件5之圓柱形內表面之間。在圖4所示之實施方式中，周向上兩個相鄰的夾緊件12之間所夾的空間基本上完全被中間元件3所填滿，而在此情況下，夾緊件12之整個輪廓，除外側接觸面12a及內側接觸面12b外，均與中間元件3a及3b相接觸。外側接觸面12a及內側接觸面12b構成夾緊接觸面，而此等夾緊接觸面則分別與機件5之圓柱形內表面及機件4之圓柱形外表面建立夾緊接觸。

圖4同時對夾緊件12之第一位置及(部分覆蓋住第一位置的)第二位置進行了圖示。當外側接觸面12a藉由摩擦接觸之建立而朝扭轉方向V發生相對於內側接觸面12b之扭轉時，夾緊件12便處於第二位置。相應的夾緊件12之相鄰的中間元件3(例如，圖4中標以元件符號12的夾緊件之相鄰的中間元件3a及3b)與該夾緊件固定相連，且因其材料具彈性，而於夾緊件12在此二位置間位移時相應地發生變形。中間元件3a、3b發生此種變形之同時，其內摩擦會對所出現的扭振產生減振作用。

此外，相鄰的中間元件3a及3b亦可用不同材料，特別是不同彈性的材料製成。

圖5展示扭振減振器1之另一實施方式。相鄰的夾緊件22及32相向傾斜地嵌在中間元件3內。在夾緊件22及32相對於徑向而相向傾斜地布置的情況下，圖5所示之扭振減振器可朝兩個旋轉方向傳遞較大的轉矩。

與圖4相同，圖5亦同時對夾緊件22及32之第一位置及(部分覆蓋住第一位置的)第二位置進行了圖示，夾緊件22及32藉由朝向扭轉方向V進行位移，即可到達該第二位置。圖5所示之中間元件3相應地隨夾緊件22發生變形，藉此，可使所出現的扭振受到減振作用。

圖6及圖7所示者係為扭振減振器1之應用實例。皮帶輪6藉由滑座而固定在軸7上。皮帶輪6之圓柱形內表面與軸7之圓柱形外表面之間裝有扭振減振器1。藉此，可確保皮帶輪6之平衡及精確安裝。此外，扭振減振器1亦可在皮帶輪6與軸7間傳遞轉矩。與此同時，扭振減振器1亦會對可能出現的扭振產生減振作用。

圖8展示另一安裝實例之局部剖視圖，其中，兩個扭振減振器1以其應用於馬達主軸之方式安裝在電動馬達8中。電動馬達8之定子9藉由滑座而固定在軸7上，而非以緊配合之方式安裝在軸7上。電動馬達8所產生的轉矩由扭振減振器1傳遞到軸7上。

雙向運行的電動馬達8可使用兩個作用相反的單向扭振減振器。

1．．．扭振減振器

2．．．夾緊件

3、3a、3b．．．中間元件

4．．．(第二)機件

5．．．(第一)機件

6．．．皮帶輪

7．．．軸

8．．．電動馬達

9．．．定子

12．．．夾緊件

12a．．．(外側)接觸面

12b．．．(內側)接觸面

22．．．夾緊件

22a．．．(外側)接觸面

22b．．．(內側)接觸面

32．．．夾緊件

V．．．扭轉方向

圖1為扭振減振器之第一實施方式。

圖2為扭振減振器之第二實施方式。

圖3為扭振減振器之第三實施方式。

圖4為扭振減振器之第四實施方式之局部圖。

圖5為扭振減振器之第五實施方式之局部圖。

圖6為安裝於皮帶輪中的扭振減振器。

圖7為安裝於電動馬達中的扭振減振器。

圖8為另一安裝實例之局部剖視圖。

1‧‧‧扭振減振器

2‧‧‧夾緊件

3‧‧‧中間元件

4‧‧‧(第二)機件

5‧‧‧(第一)機件

Claims (13)

1. 一種扭振減振器(1)，用於連接兩個同軸布置的機件，特別是用於連接第一機件(5)之圓柱形內表面與第二機件(4)之圓柱形外表面，其特徵在於：此扭振減振器(1)具有多個夾緊件(2，12，22，32)及多個中間元件(3，3a，3b)，其中，該等中間元件(3，3a，3b)之彈性大於該等夾緊件(2，12，22，32)之彈性，且布置於相鄰的夾緊件(2，12，22，32)之間；以及徑向上該等夾緊件之間所夾的區域完全被該等中間元件(3，3a，3b)所填滿。
2. 如申請專利範圍第1項之扭振減振器(1)，其中，每個夾緊件(2，12，22，32)均具有與尤其是指第一機件(5)之圓柱形內表面的外側夾軌建立摩擦接觸的外側接觸面(12a，22a)、及與尤其是指第二機件(4)之圓柱形外表面的內側夾軌建立摩擦接觸的內側接觸面(12b，22b)。
3. 如申請專利範圍第1項之扭振減振器(1)，其中，該等中間元件(3，3a，3b)採用將該等夾緊件(2，12，22，32)固定於其位置上、並為其提供彈性支承的設計。
4. 如申請專利範圍第1項之扭振減振器(1)，其中，該等中間元件(3，3a，3b)與該等夾緊件(2，12，22，32)相連，特別是以材料接合之方式與該等夾緊件(2，12，22，32)相連。
5. 如申請專利範圍第1項之扭振減振器(1)，其中，該等中 間元件(3，3a，3b)之輪廓與相鄰的夾緊件(2，12，22，32)之輪廓相一致。
6. 如申請專利範圍第1項之扭振減振器(1)，其中，至少一個夾緊件(2，12，22，32)相對於徑向而傾斜地布置於相鄰的中間元件(3，3a，3b)之間。
7. 如申請專利範圍第1項之扭振減振器(1)，其中，每兩個相鄰的夾緊件(22，32)相對於徑向而相向傾斜地嵌在該等中間元件(3，3a，3b)內。
8. 如申請專利範圍第1項之扭振減振器(1)，其中，該等中間元件(3，3a，3b)由多種不同的材料所構成。
9. 如申請專利範圍第1項之扭振減振器(1)，其中，至少一個中間元件(3，3a，3b)之彈性沿著徑向而發生變化。
10. 如申請專利範圍第1項之扭振減振器(1)，其中，該等中間元件(3，3a，3b)至少部分由有機矽、彈性體、熱塑性聚合物、及/或熱固性聚合物所構成。
11. 如申請專利範圍第1項之扭振減振器(1)，其中，此扭振減振器(1)係設計成帶狀。
12. 如申請專利範圍第1項之扭振減振器(1)，其中，此扭振減振器(1)係設計為環形。
13. 一種主軸，尤其是指馬達主軸，包括有申請專利範圍第1至12項中任一項之扭振減振器(1)。