带冷却件的联轴器 本发明涉及一种至少有一个整体式弹性的用于传递扭矩的传动件的联轴器,在传动件的主动和从动侧固定安装连接件。
此类布置在发动机与传动装置之间的驱动轴内典型地用于传递扭矩的联轴器,在先有技术中已知有各种实施形式。有时按它们具体的技术设计彼此有明显差别的结构形式,其共同点是,在主动和从动之间的扭矩仅仅通过可弹性变形的传动件例如橡胶件传递。为了在联轴器两半之间进行装配,它们通常在两侧设金属的连接件,如连接法兰等。
除了传递平均的驱动扭矩外,这种弹性联轴器的重要任务之一在于,使驱动轴遭遇驱动装置有害的扭矩峰值时脱开。这种扭矩的波动例如由扭转振动引起,尤其在飞轮质量不足的大型柴油机地曲轴内会引发这种扭转振动。弹性传动件的弹性和减振效果按这样的要求设计,即,它能吸收掉这种动态干扰的大部分,并因而使从动侧的扭矩具有一种均匀的过程。
由于上述动态负荷在弹性体缩合时转变成热,因而产生了一个基本问题,即由此导致局部过热,因为所采用的弹性体材料例如橡胶只有非常低的热导率。若由于此热负荷而超过了弹性材料允许的极限温度,则会出现导致联轴器提前磨损的伤害。
在扭矩变得更大时存在的发热问题,随着弹性传动件尺寸越来越大,使承热负荷能力与承机械负荷能力相比越来越低而变得更加严重。尤其在芯部存在局部热过载的危险并由此造成损伤。
为了达到能承更大的热负荷,在DE 3710390C2已经建议,弹性橡胶件包括连接板设贯通的孔口。这些孔口通过原先受最大热负荷的芯部延伸。通过空气经这些孔口循环,橡胶件得到附加的冷却,所以联轴器总体上可承更大的负荷。
虽然与整体式实心的橡胶件相比上述方案具有明显的优点,但同样受取决于基本原理的极限值的限制。也就是说,孔口的横截面不能设计得任意地大,因为要不然会按孔口相同的尺寸减小承受全部动载荷的弹性体横截面。所以进一步增大孔口至超过最佳值,会重新导致降低负荷能力。
然而就是在最合理地设计孔口时也已表明留有一些小的芯区,所谓最热点。尽管与实心的结构形式相比这些区域空间位置被转移并只在高负荷时才出现,但仍然存在一个极限值,超过这个极限值还是会导致损伤。
一个根本性的问题来自于存在着一种在结构体积尽可能小的情况下功率密度越来越大的趋势,然而采取按先有技术已知的措施解决不了这个问题,由于弹性传动件的热负荷,因而不可能提高联轴器的负荷能力。
为了解决此问题,本发明针对前言所述类型的联轴器建议,在传动件内埋入至少一个用良好导热的材料制的冷却件,此冷却件通过传动件的一个生热量最大的芯部和比芯部冷的外部区延伸。
按本发明的冷却件涉及一种可弹性变形的构件,这种构件用导热良好的材料制造,也就是说这种材料至少具有比弹性传动件的材料例如橡胶更好的热导率。按本发明此冷却件这样设置在传动件内,即,它在传动件芯部与外部区之间构成一个热桥,在芯部由于高的动载荷产生了最大的热负荷,也就是最热点,而外部区合乎自然规律地通过向外散热而比较冷。
本发明突出的优点在于,通过冷却件或热导体的布设,有目的地将热量从危险区导入较冷的区。在这种情况下,冷却件的机械性质和热力学性质与传动件的弹性材料相匹配,使联轴器弹性的传动特性不发生显著的变化,也就是说不出现不希望的变弱或变硬。可以采取下列措施达到这一点,即,使此冷却件能弹性变形到能跟随着传动件变形的程度。
通过冷却件在总体上保证弹性件内部有较均匀的温度分布,亦即产生较小的温度梯度,显著减少随温度的上升超比例地增加的热磨损,并因而明显延长了传动件的使用寿命。
按本发明设计的传动件原则上可以是用任何弹性材料制的构件,然而按先有技术已知了一些工作能力特别强的传动件,它们用硫化橡胶件构成,金属连接件硫化在橡胶件上。例如由已引用的DE 3710390C2已知这种橡胶件,以及一般而言其特点是工作非常可靠。按本发明,冷却件最好一起硫化在橡胶内,因而获得可靠的固定以及从最热点实现良好传热。
一种有利的实施形式规定,冷却件是一块弯曲弹性的冷却板。它最好是一块薄的良好导热的金属板,以及由于其机械性能和尺寸可以良好地组合在传动件内成为一体。
另一种可供选择的实施形式规定,冷却件有多根导热纤维。其中冷却件可以是一个平行排列的导热纤维或导热指例如金属丝、带、扁型材、杆等的平面束或立体束,也可以是梳状排齐的薄片以及席、编织物等。这种设计的优点是,它们在机械上有特别好的柔性。
本发明有利的发展规定,冷却件的侧边与传动件表面齐平,也就是在此表面齐平地结束,或从表面向外伸出。由此达到被冷却件从芯部传出的热量直接散发给周围环境,所以产生一种特别有效的冷却效果。
若使用冷却板作为冷却件,那么冷却板最好用高强度弹簧钢制造。也就是说,是一种弯曲弹性特别好并有良好导热能力的薄的弹簧钢板。与此同时,在材料厚度较小时便已有足够高的强度,以便能经受住有时在传动件中比较大的内力。
本发明的一种有利的发展规定,冷却板制有至少一个通孔。通过使冷却板例如打有多个孔,导致例如在硫化到橡胶件内时与弹性件的材料有特别紧密的连接。通孔的另一个功能是设置作为弹性传动件贯通的冷却孔口,在这种情况下冷却孔口在形状和大小方面与传动件相对应,并因而热量也可散发给经孔口流动的空气。
原则上所有已知的弹性传动件的结构形式均可按本发明设计以体现上述优点。在这种情况下,传动件同样可以是一个承扭件,扭矩通过轴向连接板或连接法兰传入,或也可设计为承剪件,它基本上有圆柱环的形状,并通过内和外径向面加扭矩。
若使用冷却板作为冷却件,则它的形状和结构最好与弹性传动件的类型和形状协调一致,所以在它变形时主要产生板的弯曲应力。鉴于这些考虑,有利的是,在轴向承扭件处的冷却板相对于联轴器轴处于一个轴向平面内,也就是说基本上有一个扁平环形盘的形状。反之,冷却板装在承剪件处时,它位于一个与联轴器轴线同轴的圆柱面上,亦即是圆柱形弯曲的。
按本发明的思想无论是使用于那些具有唯一的一个整体式传动件的弹性联轴器,还是使用于那些安置有多个沿周向彼此相继的分别为整体式扇形块状传动件的弹性联轴器,都同样可以是有利的。按本发明的冷却件,例如冷却板在这种情况下同样是径向分段的。
为了从弹性传动件最佳地散热,有利的是,附加地设贯通的冷却孔口,它们既穿过连接件又穿过在连接件之间的弹性件。采用这种组合获得一种特别有利的冷却效果的协同增强。
按本发明的一项有利的尤其在工作可靠性方面带来优点的发展规定,传动件有保险装置,它们不接触地箍住冷却件。这些保险装置可涉及锚固件或夹头,它们或固定在传动件的体内,或箍住它的连接件并沿径向围绕冷却件。因此,在例如基于极度地过负荷使传动件与弹性传动件的材料脱开和基于离心力而面临向外飞出的危险的情况下,可以得到附加的保险。在这种紧急情况下,传动件被保险装置沿径向拦截,并由此防止向外从传动件逸出并造成损坏或伤害。
保险装置的一种有利的设计规定它有一些止动件,止动件穿过冷却件。在这种情况下例如是销子,它们布置在冷却孔口内。
下面借助于附图说明本发明的实施例。附图具体表示:
图1具有分段式传动件的联轴器局部轴向视图;
图2沿图1剖切线1-1的剖视图。
图1表示半个联轴器1的轴向视图,它由1/4扇形块2组成。
各扇形块2在主动和从动侧有作为连接件的连接法兰3,它们通常用钢制造以及沿其周边制有许多法兰孔。
在连接法兰3之间沿轴向硫化有作为弹性传动件的设计为橡胶件4的承扭件,它们同样是分段的。一个这样的橡胶件4的尺寸,在图1中用画在左边的扇形块2通过虚线画的边界表示。
无论连接法兰3还是橡胶件4都设有沿轴向贯通的冷却孔口5。
画在左边的扇形块2通过阴影线表示按本发明的冷却板6。冷却板用例如2-3mm厚的高强度弹簧钢板制成并硫化在橡胶件4内。它基本上平地或略呈锥筒形拱起地位于橡胶件4内的一个轴向平面中,按本发明的规定其结构选择为,冷却板与在冷却孔口和外部区之间形成的最热点相交。
冷却板6的尺寸这样确定,即它的内边缘沿径向在与橡胶件4内表面有一定距离处开始,也就是完全埋入橡胶内。冷却板6以其外边缘与橡胶件4的外表面齐平地结束。与橡胶件一样,它同样被冷却孔口5贯穿。
由图2可非常清楚地看出各构件的结构,图2表示沿图1中的线1-1通过联轴器1的一个径向剖面,其中采用与图1相同的标号。由此图可见,在此类联轴器中,通常按扭矩流亦即沿轴向用法兰前后连接两个由同样的扇形块构成的联轴器部分。
由此图可以特别清楚地看出,截面大体为V形的橡胶件4和硫化在两侧的连接法兰3的结构。此外,由此图还可看出硫化在橡胶件4内按本发明的冷却板6的浮动式支承。在这里,“浮动式支承(schwimmendeLagerung)”的含意是,冷却板6在橡胶件4内只是通过硫化造成的附着力固定。
在此图中,冷却板6的外边缘与橡胶件4的外表面齐平地结束;但同样也可以的是,冷却板6从橡胶件的周边向外和/或向内伸出,为的是必要时能更好地散热。
原则上按本发明的冷却板6的形状总是与橡胶件4的形状相匹配,使它们在由于扭矩波动而受扭转负荷时仅仅产生弯曲应力,例如用高强度弹簧钢板制的冷却板完全可以承受这种弯曲应力。尽管如此,板的厚度应选择为使冷却板6保持有弹性以及不会导致橡胶件4不希望地变硬。否则尤其会在冷却板与橡胶的界面处产生很大的力,这种力会促使它们分离。
图2中还表示了保险销7,作为防止冷却板6万一从橡胶件4脱出的保险装置,在正常情况下它们无接触地穿过冷却孔口5并与连接法兰固定连接。在冷却板6脱开并面临在离心力作用下沿径向向外飞出的危险时,冷却板被保险销7沿径向挡住。
用良好导热材料制的按本发明的结构的冷却板6或纤维状冷却指或冷却片,原则上不限于硫化在图中所表示的设计为承扭件的橡胶件4内。它们同样可以硫化在承剪件内,在那里扭矩通过内或外表面传入或导出。
按照本发明的理论,在有关冷却板6的形状、尺寸及其在橡胶件4内的结构方面对冷却板6进行设计时,只需考虑此冷却件应穿过生热量最大的区域,亦即所谓的最热点,并构成一个热桥,用于将损耗热导向较冷的区域或散给外界空气。
基于按本发明的设计,在橡胶件4的内部达到较低的温度或平缓的温度梯度,从而相应地延长了橡胶件4的使用寿命。