一种用于缓冲中空驱动轴的扭振激励的装置 【技术领域】
本发明涉及一种用于缓冲中空驱动轴的扭振激励的装置。
背景技术
已知的是设计驱动轴以使它们的临界转速(它们共振时的转速)不会与被驱动设备的运行转速相一致。这有助于避免驱动轴的扭振激励。这样设计驱动轴并不总是可行的。更进一步地，驱动轴的扭振激励可能会由于未通过驱动轴驱动但是在其附近的其他设备的运行而发生。驱动轴的扭振激励还可能会由于连接至被驱动设备例如通过电路相连的设备的运行而发生。由于使用可控硅的大功率电子控制设备的出现，这种情况更是特别常见。
当驱动轴未能坚固到足以应对其经历的扭振激励时，可以通过以下方法进行处理：增加驱动轴的坚固度；减小加至驱动轴的扭转应力的大小；以及缓冲驱动轴自身的扭振激励。本发明涉及这三种可选方法中的最后一种。
WO-2005/121594-A2公开了一种用于缓冲驱动轴的扭振激励的装置。
【发明内容】
根据本发明提供了一种用于缓冲中空驱动轴的扭振激励的装置，该装置包括：沿驱动轴的内部延伸的细长元件，元件的一端被固定至驱动轴的一端，元件的另一端被设置在驱动轴的另一端；以及固定至驱动轴的另一端用于缓冲元件另一端的振动的液压缓冲设备，该液压缓冲设备包括：具有第一和第二液压腔的活塞和液压缸装置；液压流体容器；以及液压管路，液压腔通过液压管路与液压流体容器相连通，其中液压缓冲设备被设置为使得从第一和第二液压腔通过活塞/液压缸接触面渗漏的任何液压流体都流至液压流体容器，其中液压流体容器围绕细长元件并沿着中空驱动轴的内部从元件的一端延伸至另一端。
在根据以上段落的装置中，优选的是活塞和液压缸装置包括设置在容器壁内的活塞。
在根据以上段落的装置中，优选的是致动杆在元件的另一端从细长元件径向向外延伸，该杆作用在活塞上。
在根据以上段落的装置中，优选的是一对致动杆在元件的另一端从细长元件径向向外延伸，这对杆被设置在元件的相对两侧，并且液压缓冲设备包括：第一与第二活塞和液压缸装置，一根杆作用在第一活塞和液压缸装置上，另一根杆作用在第二活塞和液压缸装置上，第一活塞和液压缸装置沿着一根杆的振动线路延伸，第二活塞和液压缸装置沿着另一根杆的振动线路延伸；以及液压管路，活塞和液压缸装置的第一和第二液压腔通过液压管路与液压流体容器相连通。
在根据以上段落的装置中，优选的是每一个活塞和液压缸装置都包括容纳单个活塞的单个液压缸，每个活塞都被沿其液压缸设置以在液压缸的两端构成活塞和液压缸装置的第一和第二液压腔。
在根据以上段落的装置中，优选的是液压管路包括第一和第二部分，每一部分都包括并行连接的第一和第二支路，一条支路包括限流器，另一条支路包括只允许沿着从容器离开的方向流动地单向阀，第一部分被连接在容器与第一活塞和液压缸装置的第一液压腔和对角相对的第二活塞和液压缸装置的第二液压腔之间，第二部分被连接在容器与第一活塞和液压缸装置的第二液压腔和对角相对的第二活塞和液压缸装置的第一液压腔之间。
在根据以上两段的装置中，优选的是第一活塞和液压缸装置包括沿着一根致动杆的振动线路彼此相对设置的第一对活塞和液压缸组件，第一对组件的活塞压在这一根杆的相对两侧，并且第二活塞和液压缸装置包括沿着另一根致动杆的振动线路彼此相对设置的第二对活塞和液压缸组件，第二对组件的活塞压在这另一根杆的相对两侧。
在根据以上段落的装置中，优选的是每一对活塞和液压缸组件都包含设置在其液压腔内将其活塞向致动杆偏置的弹簧，并且每一对组件的活塞都在其中包含并行连接的限流器和单向阀，其连通组件的液压腔和液压流体容器之间，单向阀只允许流体沿着从容器离开的方向流动。
在根据以上两段中的任意一段的装置中，优选的是每一对活塞和液压缸组件的活塞都包括从活塞基本径向向外延伸的致动臂，每个致动臂的径向外端都压在致动杆的一侧。
在根据以上六段中的任意一段的装置中，优选的是液压流体容器围绕一对致动杆延伸。
在根据以上段落的装置中，优选的是弹簧加载的活塞被设置为紧接液压缓冲设备并且设置在给液压流体容器加压的驱动轴的旋转轴线上。
附图简要说明
现在将参照附图通过示例对本发明进行介绍，在附图中：
图1是贯穿根据本发明的中空驱动轴和装置的纵向截面图；
图2是图1中的II-II线上的截面图；
图3示出了图2中所示部分的一种可选形式；
图4更加详细地示出了图3中使用的活塞和液压缸组件；以及
图5示出了图3中所示部分的一种变形。
【具体实施方式】
参照图1，中空的驱动轴1由驱动器3驱动，从而驱动被驱动单元5。根据本发明的装置包括与轴1同心的硬实心圆柱形扭振传输元件7，一对致动杆9a、9b和液压缓冲设备11。缓冲设备11被连接在轴1和被驱动单元5之间。驱动器3通过固定件13被连接至轴1，缓冲设备11通过固定件15被连接在轴1和被驱动单元5之间，而致动杆9a、9b通过固定件17被连接至传输元件7。固定件13还将元件7的一端固定至连接到驱动器3的轴1的端部部。元件7沿中空轴1的内部延伸。杆9a、9b被设置在元件7的远离元件7固定到轴1的位置的端部部，并且从元件7间隔分开180度地径向向外延伸。杆9a、9b延伸以与液压缓冲设备11连通。以下将介绍该连通的准确用途。加压的液压流体容器19被保持为围绕元件7和杆9a、9b。通过位于被驱动单元5内的弹簧加载的活塞21对流体加压。活塞21与容器19通过滚动薄膜23连通。
轴1内由于轴1的扭振激励导致的振动扭曲造成杆9a、9b和缓冲设备11之间的对应的相对转动。例如，假设轴1的被驱动单元端被顺时针方向扭曲，则轴1的驱动器端因此被逆时针方向扭曲。被驱动单元端的顺时针方向扭曲造成连接至该端的缓冲设备11对应的顺时针方向扭曲，而驱动器端的逆时针方向扭曲造成固定至该端的传输元件7对应的逆时针方向扭曲，并因此造成杆9a、9b对应的逆时针方向扭曲。缓冲设备11和杆9a、9b的相对角位置对应于轴1在该时刻的扭曲。
继续参照图2，液压缓冲设备11包括第一与第二活塞和液压缸装置25、27，加压的液压流体容器19，第一和第二限流孔29、31，以及第一和第二单向阀33、35。
第一与第二活塞和液压缸装置25、27中的每一个都由包括容纳单个活塞41、43的单个液压缸37、39。每个活塞41、43都被沿其液压缸37、39大致居中地设置以在液压缸37、39的两端构成第一和第二液压腔45a、45b、47a、47b。沿每个活塞41、43居中地切出槽49a、49b以容纳对应的致动杆9a、9b的端部51a、51b。每个活塞和液压缸装置25、27都沿着其对应的杆9a、9b的端部51a、51b的振动线路延伸。
对角相对的液压腔45a、47b和加压容器19之间的流体流动路径包括并行连接的第一和第二支路，一条支路包括限流孔31，另一条支路包括单向阀35。类似地，对角相对的腔47a、45b和容器19之间的流体流动路径包括并行连接的第一和第二支路，一条支路包括限流孔29，另一条支路包括单向阀33。限流孔29、31被设计为使得从中通过的流动是层流的。单向阀33、35只允许流体沿着从容器19离开的方向流动。单向阀33、35被设计为使其具有低压降和快速响应。
液压缓冲设备11的操作如下所述。
具体参照图2，如果由于驱动轴1的扭振激励，致动杆9a、9b沿顺时针方向旋转，那么这就向活塞和液压缸装置25的右活塞41以及活塞和液压缸装置27的左活塞43施加压力。这会减小液压腔47a、45b的尺寸，将流体排出腔47a、45b。排出的流体通过限流孔29流入加压容器19内(要注意单向阀33只允许沿着从容器19离开的方向流动)。由于流体流入容器19内从而容器19被加压，因此流体也会离开容器19。其经过单向阀35到达液压腔45a、47b。第一对腔室45a、47a以及第二对腔室45b、47b两端的压差等于限流孔29两端的压差，并且与对抗轴1角度的扭转的扭矩成比例。由于流过限流孔29的流量取决于轴1的扭转角速度，因此产生的真实缓冲扭矩与扭转角速度成比例。如果保持层流穿过限流孔29，那么缓冲本质上就是完全线性和粘性的。
如果轴1的扭振激励造成杆9a、9b沿逆时针方向旋转，那么液压缓冲回路的运行就如前所述但是方向相反。因此，流体离开腔室45a、47b，经过限流孔31，进入和离开容器19，经过单向阀33，并进入腔室47a、45b。在此情况下，第一对腔室45a、47a以及第二对腔室45b、47b两端的压差都等于限流孔31两端的压差。
如果整个系统的动态性能被很好地确定，那么限流孔29、31可以是固定的限流能力，也就是说它们的限流能力不能改变。这样节约了成本。但是，在确定得不太好的系统中，即可使用可变的层流孔来提供可调节的缓冲。这样就可以调节缓冲水平来适应实际的运行状态。
液压系统在其工作寿命的过程中可能会由于气泡/空气泡的形成而遭受不可压缩的损失。这在很多液压系统中可能后果不明显，但是在上述系统的情况下很可能导致不可操作性，原因在于需要瞬时的缓冲扭矩来响应非常小的角位移。由于液压流体内的气穴现象而形成气泡/空气泡，也就是液压流体内的负压导致通常存在于液压流体内的气体/空气从溶液中逸出以形成气泡/空气泡。气穴现象通常会在液压流体由于腔室扩大而被引入腔室内时出现。在上述的系统中，通过使用以下措施防止气穴现象：(i)加压容器19；和(ii)与节流孔29、31并行的单向阀33、35(单向阀允许液压流体在流动到腔室45a、47a、45b、47b时绕开限流孔，由此使得能够对膨胀的腔室45a、47a、45b、47b快速响应)。
要注意的是加压容器19补偿了液压回路内的容量波动。这样的波动可能由于以下因素而发生：磨损(例如致动杆9a、9b的端部51a、51b接触活塞41、43的接触面)、温度改变和液压流体渗漏。
要注意的是从腔室45a、47a、45b、47b通过活塞41、43和液压缸37、39之间的接触面渗漏的任何液压流体都会流至液压流体容器19，从而保留在封闭的液压回路内并且不会破坏运行。
图3中示出的可选的液压缓冲设备53包括第一与第二活塞和液压缸装置55、57，以及加压的液压流体容器19(与图2中的容器19相同)。第一装置55包括沿着致动杆9a的端部51a的振动线路彼此相对设置的一对活塞和液压缸组件59a、59b，活塞组件59a、59b压在端部51a的相对两侧。类似地，第二活塞和液压缸装置57包括沿着致动杆9b的端部51b的振动线路彼此相对设置的一对活塞和液压缸组件61a、61b，活塞组件61a、61b压在端部51b的相对两侧。每一对活塞和液压缸组件59a、59b、61a、61b都包括活塞63a、63b、63c、63d，液压腔65a、65b、65c、65d，弹簧67a、67b、67c、67d，限流孔69a、69b、69c、69d和单向阀71a、71b、71c、71d。每一个弹簧67a、67b、67c、67d都被设置在各自的腔室65a、65b、65c、65d内，并将各自的活塞63a、63b、63c、63d向致动杆9a、9b的端部51a、51b侧偏置(要注意的是这种设置可以自我调节端部51a、51b的任何磨损)。每一个活塞63a、63b、63c、63d都包含并行连接的限流孔69a、69b、69c、69d和单向阀71a、71b、71c、71d。限流孔69a、69b、69c、69d和单向阀71a、71b、71c、71d连通腔室65a、65b、65c、65d和加压容器19之间。每个单向阀71a、71b、71c、71d都只允许流体沿着从容器19离开的方向流动。
液压缓冲设备53的操作如下所述。
如果由于驱动轴1的扭振激励，致动杆9a、9b沿顺时针方向旋转，那么这就向活塞和液压缸组件59b的右活塞63b以及活塞和液压缸装组件59c的左活塞63c施加压力。这会减小液压腔65b、65c的尺寸，将流体排出腔65b、65c。排出的流体通过限流孔69b、69c流入加压容器19内(要注意单向阀71b、71c只允许沿着从容器19离开的方向流动)。由于流体流入容器19内并且容器19被加压，因此流体也会离开容器19。其经过单向阀71a、71d到达液压腔65a、65d。成对的腔室65a、65b和成对的腔室65c、65d两端的压差都等于限流孔69b、69c两端的压差，并且与对抗轴1角度的扭转的扭矩成比例。由于流过限流孔69b、69c的流量取决于轴1的扭转角速度，因此产生的真实缓冲扭矩与扭转角速度成比例。如果保持层流穿过限流孔69b、69c，那么缓冲本质上就是完全线性和粘性的。
如果轴1的扭振激励造成杆9a、9b沿逆时针方向旋转，那么液压缓冲回路的运行就如前所述但是方向相反。因此，流体离开腔室65a、65d，经过限流孔69a、69d，进入再离开容器19，经过单向阀71b、17c，并进入腔室65b、65c。在此情况下，成对的腔室65a、65b和成对的腔室65c、65d两端的压差都等于限流孔69a、69d两端的压差。
类似于图2中的液压缓冲设备，从腔室65a、65b、65c、65d通过活塞63a、63b、63d、63d和其液压缸之间的接触面渗漏的任何液压流体都会流至容器19，从而保留在封闭的液压回路内并且不会破坏运行。
在图3的液压缓冲设备中，所需的限流孔和单向阀都位于第一与第二活塞和液压缸装置55、57内部。这是为了简化加工，并且是为了与图2中限流孔和单向阀都位于第一与第二活塞和液压缸装置25、27外部的液压缓冲设备相区别。
图4更加详细地示出了活塞和液压缸组件59a的结构。活塞和液压缸组件59b、61a、61b的结构是相同的。如果致动杆9a的端部51a向右移动，这就允许活塞63a在弹簧67a的作用下向右移动。这会在容器19和向左移动的腔室65a之间形成压降，克服单向阀71a的弹簧73、单向阀71a的锥形端75的作用。这就使锥形端75从活塞63a的配合环面77脱离，打开阀71a，并允许流体流动至腔室65a。如果致动杆9a的端部51a向左移动，这就会压缩弹簧67a和73，减小腔室65a的尺寸，并促使流体从腔室65a通过限流孔69a流动至容器19。要注意的是无论端部51a是向右还是向左移动，活塞63a的头部总是由于弹簧67a的作用而保持被偏置在端部51a。
图5中的液压缓冲设备与图3中的相同，只是致动臂79已被加至活塞63a、63b、63c、63d，并且加压容器19已被重新成形成大致为矩形。这就使得活塞和液压缸组件59a、59b、61a、61b能够向内移动，提供更为紧凑的整体为圆形的液压缓冲设备。