專利名稱：彈性聯(lián)軸器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種作為傳動(dòng)部件的彈性聯(lián)軸器，至少應(yīng)包括一個(gè)帶有可產(chǎn)生彈性變形彈性體的扭矩單元，軸向連接法蘭在主動(dòng)與從動(dòng)端固定裝配在該扭矩單元上。
這種彈性聯(lián)軸器，至少是一個(gè)作傳動(dòng)單元之用的橡膠體的軸向端面與連接法蘭硫化膠合。通過連接法蘭將彈性聯(lián)軸器接入主動(dòng)端，其中僅僅通過橡膠材料彈性體來(lái)達(dá)到傳遞扭矩的目的。因?yàn)橛袕椥裕@一扭矩單元在載荷作用下受到圍繞轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)剪切力。扭矩有波動(dòng)時(shí)，由于橡膠體的彈力，而與接合的主動(dòng)端斷聯(lián)。
在運(yùn)轉(zhuǎn)中載荷變化時(shí)，傳動(dòng)部件會(huì)產(chǎn)生明顯的動(dòng)載荷。這一方面表現(xiàn)為連接法蘭和彈性體的接合處承受很強(qiáng)的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。另一方面，由于存在粘連作用，即彈性材料的內(nèi)部摩擦作用，導(dǎo)致機(jī)械能向熱能的轉(zhuǎn)化。由于橡膠材料的導(dǎo)熱性相當(dāng)?shù)?，由此可能出現(xiàn)局部熱峰值，稱之為極熱點(diǎn)。原則上(極熱點(diǎn)的溫度)不應(yīng)超過材料特有的極限溫度，因?yàn)榉駝t的話局部就可能發(fā)生損壞。對(duì)于外殼面部位尤其是這樣，因?yàn)槟抢锍惺艿呐蛎浿底畲?。因此在橡膠-金屬接合過渡處產(chǎn)生一個(gè)特別高的應(yīng)力，所以外邊界也因?yàn)閼?yīng)力集中而必須重點(diǎn)考慮。其次，由于機(jī)械載荷在材料表面引起的溫升不可超過其極限值，因?yàn)榉駝t那里所發(fā)生的老化過程將非線性地急速加劇。
人們?cè)诂F(xiàn)有技術(shù)上通過作結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)安排而有效地解決了上述問題，因此一段時(shí)期以來(lái)橡膠聯(lián)軸器以其優(yōu)越的傳動(dòng)特性而作為高度可靠的部件得以應(yīng)用。特別的結(jié)構(gòu)型式設(shè)計(jì)將局部載荷減小到一個(gè)不會(huì)引起破壞的大小。為此，要么是直接限制局部機(jī)械或熱負(fù)載，要么/并考慮如何進(jìn)行有效地冷卻。例如DE3710390C2產(chǎn)品就采取了這樣的一些有利措施。其中連接法蘭設(shè)計(jì)為錐形殼體，因而橡膠體得到一由內(nèi)向外線性加寬的“V”形橫截面。彈性體的軸向?qū)挾妊貜较蛴蓛?nèi)向外明顯增大，這樣，外部彈性纖維就有一個(gè)更大的彈性變形長(zhǎng)度。由此得到的較小的局部膨脹對(duì)于(控制)橡膠-金屬界面的熱效應(yīng)和應(yīng)力是很有利的。
產(chǎn)生的熱量損失通過其他措施，如傳動(dòng)單元弓形的結(jié)構(gòu)型式以及貫通的冷卻窗口有效地排出。
但是在安裝空間減小的同時(shí)功率密度越來(lái)越高這種趨勢(shì)使得按現(xiàn)有技術(shù)的已知彈性聯(lián)軸器需要進(jìn)一步優(yōu)化。這里具體地提出了這樣的問題，減小或更合理地分配局部的機(jī)械和熱應(yīng)力。
為解決這一問題，本發(fā)明提出，沿徑向從內(nèi)向外至少是分段地非線性增加彈性體的軸向?qū)挾取?br>
按照本發(fā)明，彈性體的橫截面至少有一個(gè)內(nèi)部的和一個(gè)外部的徑向區(qū)段，其中外部區(qū)段的軸向?qū)挾入S著半徑的增大要快于內(nèi)部區(qū)段。在現(xiàn)有技術(shù)中由于錐殼形連接法蘭在整個(gè)橫截面上，彈性體寬度僅僅是線性地，也即正比地增大的，而本發(fā)明中的有效彈性寬度至少是分段來(lái)看向外的增大更快一些。
本發(fā)明的一個(gè)重要的優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在于，彈性體橫截面在徑向由內(nèi)向外看呈鐘罩形張開的。這種鐘罩形結(jié)構(gòu)造型，亦可稱之為高腳杯或郁金香花形，每段區(qū)域之間是一種連續(xù)的、平滑的弧形過渡。連接法蘭避免采用折彎曲線，而使得橡膠-金屬界面的應(yīng)力均勻分布。同時(shí)最大程度地避免了突變的發(fā)生(非連續(xù)性)。
很顯然，本發(fā)明中的彈性體設(shè)計(jì)成完整的環(huán)形結(jié)構(gòu)亦或弓形結(jié)構(gòu)同樣都是可以的。
本發(fā)明所帶來(lái)的重要優(yōu)點(diǎn)是，(彈性體)在外部區(qū)域的彈性變形量，與該處所產(chǎn)生的隨半徑非線性增大的機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力更好地相符合一致。此外還在一定程度上增大了彈性體的外側(cè)面，使得局部膨脹減小，同時(shí)又能向周圍空氣更好地散熱。因此開頭所提及的老化效應(yīng)明顯減緩。在彈性體的橫截面積數(shù)值一定時(shí)，總體來(lái)說(shuō)得到更均勻的應(yīng)力分布。與以往的聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)型式相比，例如前面已經(jīng)例舉的DE 37 10 390 C2或是DE 33 10 693 C2，可傳遞的功率密度有所提高。這表明在一定扭矩下，聯(lián)軸器可做得更小，同時(shí)所需的安裝尺寸也更小。換句話說(shuō)，相同尺寸的情況下，這一聯(lián)軸器能夠相應(yīng)地傳遞更大的功率。
為解決開頭所提及的困難可選用一種特別有利的結(jié)構(gòu)型式，傳動(dòng)部件至少具有一個(gè)內(nèi)部彈性體和一個(gè)外部彈性體，彈性體在徑向按一定間隔分開排布，并與聯(lián)軸器共軸，同時(shí)主、從動(dòng)端有一共同的連接法蘭。
按照本發(fā)明的這種結(jié)構(gòu)，既能在開頭提及的按現(xiàn)有技術(shù)的聯(lián)軸器中實(shí)現(xiàn)，也可以結(jié)合按本發(fā)明的向外非線性加寬的彈性體實(shí)現(xiàn)。
已知的現(xiàn)有技術(shù)，只是在徑向有一塊彈性體，按照本發(fā)明設(shè)計(jì)的扭矩單元?jiǎng)t不同于此，至少有二個(gè)或多個(gè)環(huán)形或弓形的獨(dú)立彈性體，按一定的徑向距離分開排布，它們不管在從動(dòng)端還是主動(dòng)端，都各有一個(gè)徑向貫通的共同的連接法蘭。這就意味著，外彈性體在形成沿圓周方向貫通的冷卻通道的情況下包圍內(nèi)彈性體。
本發(fā)明的一個(gè)重大優(yōu)點(diǎn)就是，沿圓周方向貫通的空氣流冷卻通道在軸向以金屬連接法蘭形成邊界。因而導(dǎo)熱性差的橡膠彈性體在動(dòng)載荷時(shí)產(chǎn)生的熱量被很好地傳導(dǎo)，冷卻通道內(nèi)氣流吸收的熱量直接傳導(dǎo)到導(dǎo)熱性良好的連接法蘭上。
本發(fā)明還通過以下方法阻止橡膠材料局部臨界熱極限載荷的形成，特別是可減小受高負(fù)荷作用的外部彈性體的徑向尺寸。第一次使得局部的熱載荷與冷卻作用的最佳協(xié)調(diào)成為可能，從而非常有利于彈性材料所受的應(yīng)力均勻分布。由此得到，(本發(fā)明的)特別的優(yōu)點(diǎn)可傳遞的功率密度以及使用壽命都有所提高。
在本發(fā)明的一種實(shí)施形式中彈性體安裝在整塊連接法蘭上。就是說(shuō)多個(gè)內(nèi)部和外部彈性體都分別直接硫化膠合在徑向貫通的連接法蘭上。按聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)型式的不同，連接法蘭可以是完整的圓環(huán)形，也可以由環(huán)弓形組合形成。上述結(jié)構(gòu)型式中彈性體是整塊的，同樣也可以是環(huán)弓形的。
本發(fā)明的聯(lián)軸器的一種非常有利的變型方案設(shè)想，形成傳動(dòng)單元模塊的內(nèi)、外部彈性體設(shè)有沿徑向可互相逐個(gè)連接的獨(dú)立的連接法蘭模塊。這種結(jié)構(gòu)型式的主要優(yōu)點(diǎn)在于，不同結(jié)構(gòu)尺寸的聯(lián)軸器可由標(biāo)準(zhǔn)模塊以積木式組裝而成。為此這種連接法蘭模塊在圓周上設(shè)有相應(yīng)的連接方式，例如可螺栓連接的法蘭孔。傳動(dòng)單元模塊可以以這種方式徑向串接，各連接法蘭模塊互相連接形成總的連接法蘭。
模塊式結(jié)構(gòu)在制造中有這樣的優(yōu)點(diǎn)分段的傳動(dòng)單元模塊能組成各種半徑規(guī)格可供選擇。不同功率等級(jí)的聯(lián)軸器可進(jìn)行低成本的批量生產(chǎn)，而無(wú)須花費(fèi)人力物力進(jìn)行特別的加工制造。
還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是很少的花費(fèi)就可更換在運(yùn)轉(zhuǎn)中磨損的傳動(dòng)單元模塊，所以損壞的聯(lián)軸器短期內(nèi)即可重新修復(fù)投入使用。
傳動(dòng)單元模塊的連接法蘭模塊做得可以徑向相互插接是適宜的。對(duì)于這樣的結(jié)構(gòu)，各連接法蘭模塊應(yīng)在徑向突出于彈性體。內(nèi)部和外部模塊這樣地相互匹配，使一個(gè)模塊的連接法蘭可徑向插入向內(nèi)或向外連接的下一個(gè)模塊的連接法蘭之間。在各連接法蘭模塊的徑向邊緣處設(shè)有相匹配的用于螺栓連接的軸向法蘭孔以作可拆卸的連接之用，然后用法蘭螺栓緊固即可。
傳動(dòng)單元模塊可以有選擇地制成弓形或完整的環(huán)形。在斷開的結(jié)構(gòu)形式中外部模塊的弓形連接法蘭塊可以毫無(wú)困難地徑向級(jí)聯(lián)進(jìn)行裝配。但是如果連接法蘭模塊做成環(huán)形封閉的、必須先沿軸向組裝后同軸裝配，然后再用相應(yīng)的連接方式互相固定連接，例如用螺栓連接。為此可能還要額外用到一些緊固件，諸如法蘭環(huán)之類。有一種非常不錯(cuò)的變型方案，連接法蘭模塊做成卡口式的，不需這類附件而也可能達(dá)到一種對(duì)稱的插接式結(jié)構(gòu)。連接法蘭相應(yīng)地在內(nèi)部和外部接口(卡口)處有徑向的缺口和凸起，在裝配位置先將一個(gè)法蘭環(huán)沿軸向在相鄰的較小連接法蘭上套入，接著通過相對(duì)旋轉(zhuǎn)，可在共軸裝配位置軸向鎖住。然后將在鎖定位置面對(duì)面的凸起用螺栓相互連接。
外部的彈性體在軸向最好是寬于內(nèi)部彈性體，這樣，理論上沿徑向從里向外，剪應(yīng)力會(huì)保持恒定。
內(nèi)、外部彈性體的軸向?qū)挾扔蓛?nèi)向外至少是分段地非線性增大，這對(duì)于更好地適應(yīng)實(shí)際載荷工況是非常有利的。因此彈性體的徑向橫截面沿徑向從內(nèi)向外呈鐘罩或郁金香形。這不僅僅是指每一單個(gè)的彈性體，對(duì)聯(lián)軸器內(nèi)的彈性體整體來(lái)說(shuō)也是如此。這樣，局部應(yīng)力就較為均勻，相應(yīng)地使用壽命也提高。
每個(gè)傳動(dòng)單元可在軸向設(shè)置貫通的冷卻窗口以改善其冷卻條件。
可附加地在彈性體內(nèi)不可拆卸地埋放冷卻單元。這涉及到在彈性體內(nèi)裝入用導(dǎo)熱性好的材料制成的部件，它穿過發(fā)熱最大的核心區(qū)域和相對(duì)較冷的外部區(qū)域。因此它使熱量有效地從邊界區(qū)域散發(fā)。在扭矩單元里，這種冷卻單元最好制成軸向的冷卻板，并至少要延伸到相應(yīng)彈性體的外表面。如果它向外伸出，在制造工藝上就有利了，它可以在硫化期間加入(注入)橡膠時(shí)可靠和牢固地夾緊在突起的區(qū)域內(nèi)。
為了使彈性體和連接法蘭的接合最為理想地承受最大的負(fù)載，連接法蘭具有軸向和/或徑向突起止動(dòng)凸肩，彈性體將其環(huán)箍。該止動(dòng)凸肩最好制成橫截面倒圓了的環(huán)形凸肩。這樣在受載特別大的邊緣區(qū)域就可以硫化膠合得更好。
下面以附圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例，分述如下
圖1按本發(fā)明的第一種傳動(dòng)單元橫截面；圖2按本發(fā)明的第二種傳動(dòng)單元橫截面；圖3按本發(fā)明的傳動(dòng)單元模塊組裝的聯(lián)軸器橫截面。
圖1所示為本發(fā)明的扭矩單元徑向橫截面，這里其整體以圖形標(biāo)記/表示。在所示視圖中聯(lián)軸器軸線K位于圖面的下部。
扭矩單元1既可以是圓環(huán)形的，也可以是弓形結(jié)構(gòu)。
扭矩單元1的軸向有鋼制的連接法蘭2，它與橡膠體3a、3b、3c和3d在軸向硫化膠合。
連接法蘭2在徑向伸出橡膠體3a、3b、3c、3d，在這一伸出區(qū)域設(shè)有軸向的法蘭孔4。借助于穿過這些法蘭孔4的本圖未詳細(xì)畫出的螺栓可將傳動(dòng)部件1接入驅(qū)動(dòng)端，或者可以將多個(gè)這樣的傳動(dòng)單元1進(jìn)行徑向級(jí)聯(lián)。
在內(nèi)部區(qū)域，連接法蘭2相互之間形成“V”形。位于這些法蘭之間的橡膠體3a、3b、3c、3d的軸向?qū)挾扔蓛?nèi)向外遞增。在外部區(qū)域，連接法蘭2相互之間成曲線向外擴(kuò)展，使得橡膠體3在這一區(qū)段的軸向?qū)挾确蔷€性增大。因而由橡膠體3a、3b、3c、3d所組成的彈性聯(lián)軸器整體上表現(xiàn)出本發(fā)明所具有的郁金香或鐘罩形。
橡膠體3a、3b、3c和3d之間分布著沿圓周方向貫通的冷卻通道5。連接法蘭2上開有冷卻窗口6。
圖2中表示本發(fā)明的扭矩單元1，其視圖與圖1相同，并使用相同的標(biāo)號(hào)。所示結(jié)構(gòu)與圖1不同的是，每一個(gè)橡膠體3a、3b、3c和3d在徑向由內(nèi)向外均呈郁金香或鐘罩形，也就是說(shuō)其軸向?qū)挾确侄蔚叵蛲夥蔷€性增大。另外，橡膠體的徑向厚度向外是遞減的，以達(dá)到冷卻作用更好地與各局部載荷相符合一致的目的。
圖3以與圖1和圖2相同的視圖表示按本發(fā)明設(shè)計(jì)的聯(lián)軸器剖面，也使用相同的標(biāo)號(hào)。所示結(jié)構(gòu)與圖1、圖2的不同之處在于，每一個(gè)橡膠體3a、3b和3c都分別對(duì)應(yīng)有單獨(dú)的連接法蘭模塊2a、2b和2c，這樣就形成了傳動(dòng)單元模塊1a、1b以及1c。
各徑向外部的傳動(dòng)單元模塊1a、1b和1c分別級(jí)聯(lián)式地插入內(nèi)部的模塊，其中連接法蘭2a、2b和2c分別在法蘭孔4處重疊搭接，并可通過法蘭螺栓(未繪出)互相連接。
每個(gè)傳動(dòng)單元1a、1b、1c的橡膠體3a、3b、3c在橫截面內(nèi)各自做成郁金香或鐘罩形。
以積木方式可拆卸地互相接合的傳動(dòng)單元模塊1a、1b、1c之間分布著沿圓周方向貫通的冷卻通道5。
根據(jù)所要傳遞功率的不同，如圖所示，可以串接三個(gè)傳動(dòng)單元模塊1a、1b、1c，或者只有三個(gè)或者更多。這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)聯(lián)軸器和要傳遞扭矩載荷的最佳匹配。通過傳動(dòng)元件模塊1a、1b、1c的標(biāo)準(zhǔn)化，人們能夠非常合理地安排生產(chǎn)。
傳動(dòng)單元模塊1a、1b、1c可以有選擇地做成封閉的環(huán)形，也可以為弓形，連接法蘭2a、2b、2c和彈性體3a、3b、3c也要相應(yīng)地采用單塊或分體式結(jié)構(gòu)。采用圓環(huán)形結(jié)構(gòu)時(shí)，連接法蘭2a、2b、2c最好是采用徑向帶有相應(yīng)的凸起和缺口的卡口形。
同樣地，圖3所示傳動(dòng)單元1a、1b、1c也可以象圖1和圖2所示(結(jié)構(gòu))一樣，帶有冷卻窗口6或附加設(shè)置冷卻通道5。
此外，橡膠體中還可以置入冷卻單元(這里未繪出)。
權(quán)利要求
1．作為傳動(dòng)元件的彈性聯(lián)軸器，至少包括一個(gè)扭矩單元，該扭矩單元帶有至少一個(gè)可產(chǎn)生彈性變形的彈性體，軸向連接法蘭在主、從動(dòng)端牢固安裝在該彈性體上，其中彈性體的軸向?qū)挾妊貜较驈膬?nèi)向外遞增，其特征在于彈性體(3)的軸向?qū)挾妊貜较驈膬?nèi)向外，至少是分段非線性遞增的。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的聯(lián)軸器，其特征是，彈性體(3)的橫截面沿徑向由里向外呈鐘罩形。
3．特別是按權(quán)利要求1的作為傳動(dòng)部件的彈性聯(lián)軸器，至少包括一個(gè)扭矩單元，該扭矩單元帶有至少一個(gè)可產(chǎn)生彈性變形的彈性體，軸向連接法蘭在主、從動(dòng)端牢固安裝在該彈性體上，其特征在于傳遞單元(1/1a,1b,1c)至少有一個(gè)內(nèi)部彈性體(3a)和一個(gè)外部彈性體，彈性體(3a,3b,3c,3d)與聯(lián)軸器軸(K)共軸，在徑向互相間隔排布，同時(shí)在主、從動(dòng)端有一個(gè)共同的連接法蘭(2/2a,2b,2c)。
4．根據(jù)權(quán)利要求3的聯(lián)軸器，其特征是，彈性體(3a,3b,3c,3d)裝配在共同的一體式連接法蘭(2)上。
5．根據(jù)權(quán)利要求3的聯(lián)軸器，其特征是，形成傳遞單元模塊(1a,1b,1c)的彈性體(3a,3b,3c)設(shè)有獨(dú)立的連接法蘭模塊(2a,2b,2c)在徑向可不可拆卸地依次互相連接。
6．根據(jù)權(quán)利要求5的聯(lián)軸器，其特征是，傳遞單元模塊(1a,1b,1c)的連接法蘭模塊(2a,2b,2c)在徑向可互相插接。
7．根據(jù)權(quán)利要求5的聯(lián)軸器，其特征是，連接法蘭模塊(2a,2b,2c)在其徑向邊緣區(qū)域設(shè)有軸向法蘭孔(4)，使其可用螺栓相互連接。
8．根據(jù)權(quán)利要求5的聯(lián)軸器，其特征是，連接法蘭模塊(2a,2b,2c)分割成弓形。
9．根據(jù)權(quán)利要求5的聯(lián)軸器，其特征是，連接法蘭模塊(2a,2b,2c)分割成圓環(huán)形的。
10．根據(jù)權(quán)利要求9的聯(lián)軸器，其特征是，連接法蘭模塊(2a,2b,2c)制成卡口形結(jié)構(gòu)。
11．根據(jù)權(quán)利要求3的聯(lián)軸器，其特征是，外部彈性體(3b)在軸向?qū)捰趦?nèi)部彈性體(3a)。
12．根據(jù)權(quán)利要求3的聯(lián)軸器，其特征是，內(nèi)部和外部的彈性體(3a,3b,3c)的軸向?qū)挾戎辽偈欠侄畏蔷€性遞增的。
13．根據(jù)權(quán)利要求12的聯(lián)軸器，其特征是，內(nèi)部和外部的彈性體(3a,3b,3c)的橫截面都是從內(nèi)向外呈鐘罩形擴(kuò)展。
14．根據(jù)權(quán)利要求1或3的聯(lián)軸器，其特征是，內(nèi)部和外部的彈性體(3a,3b,3c)做成圓環(huán)形。
15．根據(jù)權(quán)利要求1或3的聯(lián)軸器，其特征是，內(nèi)部和外部的彈性體(3a,3b,3c)分割成弓形。
16．根據(jù)權(quán)利要求1或3的聯(lián)軸器，其特征是，傳遞單元(1)有軸向貫通的冷卻窗口。
17．根據(jù)權(quán)利要求1或3的聯(lián)軸器，其特征是，在彈性體(3a,3b,3c)內(nèi)不可拆卸地裝入冷卻單元。
18．根據(jù)權(quán)利要求17的聯(lián)軸器，其特征是，冷卻單元做成軸向的冷卻板。
19．根據(jù)權(quán)利要求17的聯(lián)軸器，其特征是，冷卻單元至少要延伸到彈性體的外表面。
20．根據(jù)權(quán)利要求1或3的聯(lián)軸器，其特征是，連接法蘭(2a,2b,2c)設(shè)有在軸向和/或徑向突起的止動(dòng)凸肩，該凸肩由彈性體(3a,3b,3c)箍住。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種作為傳動(dòng)元件的彈性聯(lián)軸器,至少包括一個(gè)帶有可產(chǎn)生彈性變形彈性體(3)的扭矩單元(1),軸向連接法蘭(2)在主、從動(dòng)端牢固裝在該彈性體上,彈性體(3)的軸向?qū)挾妊貜较驈膬?nèi)向外看逐漸遞增。為了減小或合理分配彈性體(3)上由于動(dòng)載荷作用而產(chǎn)生的局部機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力,本發(fā)明建議,彈性體(3)的軸向?qū)挾妊貜较驈膬?nèi)向外至少分段非線性遞增。
文檔編號(hào)F16D3/50GK1305567SQ99807415
公開日2001年7月25日 申請(qǐng)日期1999年5月17日 優(yōu)先權(quán)日1998年5月15日
發(fā)明者于爾根·沃爾特, 烏爾里奇·法爾茲 申請(qǐng)人:哈克福斯有限公司