旋转轴的弹性联轴节 【技术领域】
本发明总的来讲涉及一种用来把力从驱动轴连接到从动轴上的弹性联轴节。更加具体地说，本发明涉及一种具有高度轴向适应性的弹性联轴节，该联轴节包括内部缠绕着纤维或者金属丝的张紧件，这些张紧件在进行有角度的工作期间保持张紧状态，并且尤其涉及一种弹性联轴节，该联轴节可以用于车辆的驱动轴中。
背景技术
在大多数的后轮驱动车辆中，旋转能量源如内燃机或者柴油机设置成靠近车辆的前部。该发动机借助传动系来连接，以使一个或者多个从动轮进行旋转，而这些从动轮设置成靠近车辆的后部。传动系典型地在变速箱和差速器之间进行延伸，其中变速箱连接到发动机上，而差速器连接到轴组件和从动轮上。在一些车辆中，变速箱和差速器的分开距离相对较短。在这些车辆中，传动系包括整体式的接合组件，该组件常常称为驱动轴。在其它车辆中，变速箱和差速器的分开距离相对较长，从而不能利用整体式驱动轴。在这些车辆中，传动系包括驱动轴和一个或者多个连接轴。这些连接轴借助联轴节连接到驱动轴(并且相互连接起来)上。
驱动轴的联轴节需要一定程度的弹性，以处理在旋转期间、尤其在高速时和驱动情况下产生在连接轴之间的轴向移动。这些万向节通常用来适应产生在相交轴的轴线之间的角度误差。许多其它种类的联轴节在现有技术中也是公知的，如环卡联轴器、十字联轴节和它的变形。但是，这些联轴节具有刚性元件，因此在扭力负荷较大的情况下只能提供有限的减震性能。因此，在驱动期间，这些联轴节伴随着产生了更大程度的扭力扰动，例如产生了不良的振动或者噪声。
最近，提出弹性柔性联轴节来改善减震性能和吸收扭力负荷。一些弹性联轴节具有内部纤维，以在旋转工作期间有助于吸收扭力负荷。这些联轴节设置在金属盘之间，这些金属盘固定到两个邻接的连接轴的端部上，类似于在两个金属地半法兰之间设置橡胶垫。但是，衬垫形法兰只能有限地适应相交轴之间的角度误差。此外，扭力负荷不能很好地分布在联轴节中，因为在旋转期间，内部纤维产生了弯曲。
希望提供一种具有内部张紧件的弹性联轴节，其中，在进行有角度的工作期间，该联轴节提供了较大的角度适应性，同时使内部张紧件保持在张紧状态中，从而使扭力减震效果最佳化。
【发明内容】
上面目的及没有具体列举的其它目的借助一种用于旋转轴的弹性联轴节来实现，该弹性联轴节包括驱动叉、从动叉和基本上是圆形的弹性体，该弹性体具有圆周面及位于弹性体内的第一组衬套和第二组衬套。这些衬套具有螺纹孔，这些孔露出在圆周面上。若干固定器把驱动叉固定到第一组衬套上并且把从动叉固定到第二组衬套上。若干张紧件设置在弹性体内，这些张紧件把第一组衬套连接到第二组衬套上。根据本发明，还提供了一种弹性体，该弹性体适合用在旋转轴的弹性联轴节上，该弹性体基本上是圆形，并且具有圆周面及位于弹性体内的第一组衬套和第二组衬套。这些衬套具有螺纹孔，这些孔露出在圆周面上。弹性体具有足够大的弹性，以通过来自第一组衬套中的一些衬套和第二组衬套中的一些衬套使弹性体绕着中心轴线进行旋转，其中第一组衬套在一个平面上进行旋转，而第二组衬套在不同的平面上进行旋转。
对于本领域的普通技术人员讲，根据附图，优选实施例的下面详细描述使得本发明的各种目的和优点变得更加清楚。
【附图说明】
图1是车辆传动系的横剖视图，该传动系包括本发明的弹性联轴节，该联轴节把驱动轴连接到连接轴上。
图2是图1所示弹性联轴节的分解透视图，它示出了若干叉(yoke)，这些叉通过弹性体把驱动轴连接到连接轴上并且把负荷从驱动轴传递到连接轴上。
图3是图2所示的弹性体的横剖视侧视图，它示出了缠绕在若干驱动和从动衬套上的若干张紧件，所有衬套封装在弹性体中。
图4是本发明第一实施例的、图3所示的一个衬套的侧正视图。
图5是本发明第二实施例的、图3所示一个衬套的侧正视图。
【具体实施方式】
现在参照附图，在图1中示出了车辆传动系统，该传动系统总体上用10来表示。传动系统10包括变速箱12，该变速箱12通过驱动轴组件16连接到轴组件14上。如在车辆传动系统10中的典型情况一样，变速箱输出轴(未示出)和轴组件输入轴(未示出)不总是共轴线对准。因此，万向节18设置在驱动轴组件16的每端20上，从而可旋转地把驱动轴组件16连接到变速箱输出轴和轴组件输入轴上。驱动轴组件16的端部20和万向节18之间的连接常常通过端部附件22如管形叉(tube yoke)或者万向节滑动叉(slip yoke)来实现。
在一些车辆中，使变速箱12和轴组件14分开的距离相对较大，这使得不能使用整体式驱动轴组件。在这些车辆中，驱动轴组件16包括较短的驱动轴24和一个或者多个连接轴26，该驱动轴和该连接轴26借助柔性弹性联轴节28连接在一起。图1所示的该柔性弹性联轴节28包括：驱动叉30；从动叉32；及弹性体34。所示出的柔性弹性联轴节28具有各自连接到驱动轴24和连接轴26的花键端上的驱动叉30和从动叉32。但是，这些叉可以借助其它方法固定到驱动轴和连接轴上，并且可以固定到现有技术中公知的其它位置上。此外，柔性弹性联轴节28可以处于其它位置上。
图2示出了柔性弹性联轴节28，该联轴节包括驱动叉30、从动叉32和弹性体34。弹性体34由弹性材料如像胶或者具有类似弹性的其它人造橡胶形成。如前面所描述的那样，驱动叉30和从动叉32可以借助花键端或者图2未示出的其它装置而固定到驱动轴24和连接轴26上。把这些叉30、32连接到驱动轴和连接轴上的这些方法在现有技术中是公知的。驱动叉30具有若干臂36a，在每个臂中设置了螺栓孔38a。同样地，从动叉32具有若干臂36b，在每个臂中设置了螺栓孔38b。在图2所示的优选实施例中，驱动叉30具有三个臂36a，而从动叉32具有三个臂36b。
柔性联轴节28的弹性体34基本上是圆形并且绕着旋转中心轴线39进行延伸。优选实施例具有敞开或者中空的中心40，以适应角度误差，并且安装任选的驱动轴对中机构(centering mechanism)(未示出)。若干螺纹开口41露出在弹性体34的外部或者圆周表面43上，或者绕着它们进行设置。优选地，螺纹开口41绕着弹性体34以相等的圆周距离隔开，优选的是，螺纹开口41距离中心轴线39以相等的径向距离进行设置。
图3是弹性体34的横剖视图，它示出了螺纹开口41与两组衬套42a、42b相结合，这些衬套42a、42b嵌入到弹性体34中。一组衬套包括驱动衬套42a，一组衬套包括从动衬套42b。衬套42a、42b如此取向，以致每个衬套42a与弹性体34内的邻近衬套42b隔开一个相等的距离，驱动衬套42a在圆周上与从动衬套42b交替分布。如图2所示，第一若干固定器44a用来沿径向把驱动叉30的这些臂36a固定到驱动衬套42a上，第二若干固定器44b用来沿径向把从动叉32的这些臂36b固定到从动衬套42b上。衬套42a、42b中的螺纹开口41沿径向向外或者垂直于旋转轴线39。因此，衬套42a和42b的端部通过固定器44a、44b各自与法兰或者臂36a、36b相配合，这些固定器接合开口或者螺栓孔38a、38b并且插入到螺纹孔41中。
弹性体34还包括若干张紧件46，这些张紧件46缠绕在驱动和从动衬套42a、42b的周围上并且还被封装在弹性体34内。根据施加在张紧件46上的预定扭力负荷，张紧件46可以由任何理想的材料或者多种材料形成。在优选实施例中，这些张紧件46由缠绕的金属纤维或者牢固的有机纤维如Kevlararamid fibers形成。每个张紧件46缠绕在或者环绕在一个驱动衬套42a和一个从动衬套42b上，以产生缠绕组或者对，如所示出的48，该缠绕组或者对包括两个衬套42a、42b和一个张紧件46。如上所述，衬套42a、42b中的这些螺纹孔41垂直于旋转轴线39。固定器44a和44b与衬套42a、42b之间的连接的垂直取向非常重要，因为它允许与旋转弹性体34相对准地施加扭矩，而不会绞缠张紧件46，如下面所述。
最好如图4所示一样，每个衬套42a、42b具有形成在它的外表面中的一对槽50a、50b。当它们环绕衬套42a、42b时，这些槽50a、50b被提供来各自安装第一和第二张紧件46。每个槽50a、50b通常是半圆形的横截面，但这不是必须的，并且每个槽绕着结合的一个衬套42a、42b进行延伸。这些槽50a、50b各自限定出相应的平面或者轴54a、54b，这些平行或者轴相对于中心轴线58以角度56a、56b进行延伸，该轴线58由螺纹孔41来限定出，螺纹孔41通过结合的衬套42a、42b来形成。在所示出的实施例中，六个衬套42a、42b设置在弹性体34中，由槽50a、50b所限定出的角度56a、56b全部等于大约60度。但是，各个角度56a、56b可以不相同，如当设置在弹性体34内的衬套42a、42b的数目更多或者更少时，各个角度可以不相同。
尽管张紧件46环绕着衬套42a、42b，但是每个张紧件46具有一定量的自由度从而可以槽50内进行滑动或者移动，以适应在弹性联轴节28工作期间施加到张紧件46中的力。在使用期间借助弯曲来扭转弹性体34时，槽50内的这种滑动或者移动可以防止张紧件46进行绞缠。
如上所述，固定器44a、44b把衬套42a、42b各自连接到叉30、32的臂36a、36b上，以致这些衬套42a、42b相对于旋转中心轴线39是垂直的。在驱动叉30和从动叉32之间未对准、即进行角度铰接的情况下，在驱动轴组件16进行旋转期间，当弹性体34弯曲或者扭曲时，这种布置允许张紧件46保持环绕着衬套42a、42b，而不会扭曲。在图3中，可以看到，六个张紧件46在弹性件34内形成总体上为六角形的形状，其中邻近多对张紧件46被对准以形成大约120度的共同内部角度59。每个张紧件46沿着负荷轨道(load path)对准，该负荷轨道位于从一个衬套42a、42b到邻近衬套42a、42b的直线上。当张紧件46设置成张紧状态时，来自驱动叉30的负荷通过负荷通道中的张紧件46传递到从动叉32中，该负荷通道与绕着旋转中心轴线39的角度接合相对准。这减少了张紧件46的弯曲，或者减少张紧件46的绞缠，因此在张紧件46中减少了摩擦热量的形成。当具有角度铰接即连接轴26相对于驱动轴24不是直线对准时，张紧件46在弹性体34内的这种取向也提供了更大的额定扭矩。此外，连接轴26和驱动轴24之间具有更大的总角度能力或者铰接，因为，在产生铰接时，在张紧件46上的弯曲力减少了。
所示出的弹性体34还包括衬套安装部分60，以保持住每个衬套42a、42b。衬套安装部分60是弹性体34的区域，这些区域被加固或者相对较硬或者厚，以给衬套42a、42b提供了较好的支撑。在每对衬套安装部分60之间是连接腹板部分62。每个连接腹板部分62可以以这样的方式形成，以致与邻近的衬套安装部分60相比弹性更好。提高连接腹板部分62的弹性可以通过下面方法来实现：例如，由这样的材料来形成连接腹板部分62，该材料不同于用来形成衬套安装部分60的材料。此外，提高连接腹板部分62的弹性可以通过下面方法来实现：使连接腹板部分62形成得更薄，或者使该连接腹板部分62所具有的材料量小于衬套安装部分60的材料量。此外，连接腹板部分62可以形成有径向向内的弓形部分或者弯曲形状，以提高邻近衬套42a、42b之间的连接的适应性。
本发明的可选择特征部分地示出在图4中，衬套42a示成具有由台肩68所限定出的凸起表面或者头部66。在平面视图中，该头部66具有非圆形横截面形状，该形状可以与相应成形的非圆形螺栓孔38a和38b相配合，这些螺栓孔各自通过驱动叉和从动叉30和32的臂36a和36b来形成。衬套42a、42b的头部66的形状可以是适合防止衬套42a、42b各自相对于驱动叉和从动叉30和32的臂36a和36b进行旋转的任何形状，例如可以是方形或六角形。这种防止旋转的结构的一个优点是，在弹性联轴节28各自装配到驱动叉和从动叉30、32上时，它有利于螺栓44a、44b的紧固过程。
现在，参照图2和3所示的本发明实施例来解释本发明的工作。如上面所讨论的一样，弹性体34具有分成两组的六个衬套，一组衬套是驱动衬套42a的那组衬套，而另一组衬套是从动衬套42b的那组衬套。驱动衬套42a连接到驱动叉30上，从动衬套42b连接到从动叉32上。在装配时，驱动叉30的这些臂36a和从动叉32的这些臂36b以大约60度的角度相互分开。叉形臂36a中的螺栓孔38a与弹性体34内的衬套42a对准，使用固定器44a、44b把叉形臂36a、36b连接到弹性体34上，而这些固定器延伸到螺纹孔41中。
如在驱动轴应用中所公知的一样，驱动叉30和从动叉32可以不是共轴线对准，因此铰接在两个不同的旋转轴线上。因此，弹性体34由这样的材料形成：该材料具有足够大的弹性，从而在旋转期间使该组驱动衬套42a离开具有该组从动衬套42b的平面，而不会撕裂或者损坏弹性体34的弹性材料。此外，优选实施例中的弹性体34的连接腹板62的弹性大于衬套安装部分60的弹性，因此，当驱动叉30和从动叉32在不同平面上进行旋转时，通过最小的弯曲力就可以使弹性体34进行弯曲。减少弯曲力就可以使弹性体34内的热量形成最小化，因此延长了它的寿命。
使具有内部张紧件46的弹性联轴节28适应高度的轴向弹性，即适应连接轴26和驱动轴24之间的铰接，同时使内部张紧件46保持张紧状态，并且通过角度铰接来进行工作以得到最佳的扭力减震作用。把张紧件46缠绕在衬套42a、42b上，这就允许张紧件46通过角度铰接绕着衬套42a、42b进行旋转。当张紧件46处于张紧状态时，来自驱动叉30的负荷被传递到从动叉32上，而不会使张紧件46进行弯曲或者绞缠。其结果是，通过减少张紧件46中的热量产生，使来自驱动叉30的负荷可以有效地传递到从动叉32上，同时在连接轴26和驱动轴24之间进行铰接期间还提供了更大的额定扭矩，并且提供了更大的总的铰接角度能力。
图5示出了改进过的衬套142，该衬套142可以取代上述衬套42a、42b来使用。如这里所示，改进过的衬套142具有第一槽154a，该第一槽154a形成在它的外表面上，以安装这些张紧件46中的第一个。第一槽154a的宽度相对较窄并且深度较深。改进过的衬套142具有第二槽154b，它形成在它的外表面上，以安装这些张紧件46中的第二个。与第一槽154a相比，第二槽154b的宽度相对较宽，但是深度较浅。在这个实施例中，这些张紧件46中的第一个取向成接受或者承受沿着驱动轴组件16的主旋转方向的、即车辆运动的向前方向的张紧负荷。反向旋转方向在正常情况下不会受到相同的负荷。因此，沿着车辆的反向旋转方向的张紧负荷可以通过辅助张紧件46来处理，该辅助张紧件46小于主张紧件46。改进过的衬套142可以形成为具有一个或者多个用170来表示的凸出部分，这些凸出部分有助于把改进过的衬套142的负荷分布在具有弹性体34的弹性材料的接触面上，因此减少了接触面处的应力聚中。
本发明的工作原理和方式描述在它的优选实施例中。但是，应该注意的是，在没有脱离它范围的情况下，本发明可以用不是具体描述和示出过的方式来实现。例如，尽管优选实施例中的这些叉示成具有三个臂以把六个衬套安装在弹性体中，但是，如果每个叉具有更多或者更少的臂、衬套和缠绕的衬套组，那么也仍然是本发明的优点和精神实质。