多级扭转联轴器.pdf

本发明公开了一种多级扭转联轴器(20)，其特征在于，在输入部件(24)与输出部件(22)之间具有并行的第一传动连接部分(82)和第二传动连接部分(84)。所述第一传动连接部分(82)穿过第一弹性连接器(38)延伸，并且所述第二传动连接部分(84)穿过第二弹性连接器(40)延伸。角运动连接器(70)在特定的扭矩载荷下接合所述第二传动连接部分(84)，从而通过所述扭转联轴器(20)以更高的弹簧刚度传递额外的扭矩。

1.  一种多级扭转联轴器，其在输入部件与输出部件之间具有并行的连接部分，包括：
第一传动连接部分，其穿过所述输入部件与输出部件之间的第一弹性连接器；
第二传动连接部分，其穿过所述输入部件与输出部件之间的第二弹性连接器；以及
沿着所述第二传动连接部分的角运动连接器，所述角运动连接器允许所述第二传动连接部分保持至少部分地脱离与所述第一传动连接部分一起在所述输入部件与输出部件之间传递扭矩，直到所述输入部件与输出部件相对角位移通过运动阈角为止。

2.  如权利要求1所述的多级联轴器，其中，
在所述输入部件与输出部件之间的角位移小于所述运动阈角时，所述第一传动连接部分可接合以便在所述输入部件与输出部件之间传递扭矩，并且在所述输入部件与输出部件之间的角位移大于所述运动阈角时，所述第一传动连接部分和所述第二传动连接部分可并行接合以便在所述输入部件与输出部件之间传递扭矩。

3.  如权利要求2所述的多级联轴器，其中，
所述运动阈角在10度至30度之间。

4.  如权利要求2所述的多级联轴器，其中，
所述运动阈角在15度至25度之间。

5.  如权利要求2所述的多级联轴器，其中，
所述运动阈角在18度至22度之间。

6.  如权利要求2所述的多级联轴器，其中，
所述第一弹性连接器和所述第二弹性连接器各自表现出与作为角位移的函数的特定扭矩量对应的弹簧刚度，并且当所述第一传动连接部分和所述第二传动连接部分并行接合时，所述输入部件与输出部件之间作为角位移的函数的扭矩量与所述第一弹性连接器和所述第二弹性连接器的弹簧刚度之和相关。

7.  如权利要求6所述的多级联轴器，其中，
在所述第二传动连接部分与所述第一传动连接部分并行接合之前，所述输入部件与输出部件之间每单位角位移的扭矩量与所述第一弹性连接器的弹簧刚度相关。

8.  如权利要求1所述的多级联轴器，其中，
所述第一弹性连接器和所述第二弹性连接器分别由第一弹性体和第二弹性体形成。

9.  如权利要求8所述的多级联轴器，其中，
复合传动毂与所述输入部件和输出部件中之一连接，并形成所述第一传动连接部分和所述第二传动连接部分的公共部分，所述复合传动毂包括与所述第一弹性体接合的第一接触面和与所述第二弹性体接合的第二接触面。

10.  如权利要求9所述的多级联轴器，其中，
a)直接传动毂形成所述第一传动连接部分的一部分，并包括与所述第一弹性体接合的第一相对接触面，并且
b)间接传动毂与所述角运动连接器一起形成所述第二传动连接部分的一部分，并且所述间接传动毂包括与所述第二弹性体接合的第二相对接触面。

11.  如权利要求10所述的多级联轴器，其中，
所述复合传动毂、所述直接传动毂以及所述间接传动毂与所述输入部件和输出部件共用公共旋转轴线，并且所述第一弹性体和所述第二弹性体在公共径向平面内位于距所述公共旋转轴线不同的距离处。

12.  如权利要求10所述的多级联轴器，其中，
所述第一接触面和所述第一相对接触面中的一个与所述第一弹性体结合，并且所述第一接触面和所述第一相对接触面中的另一个不是同样也与所述第一弹性体结合，以便限制在所述复合传动毂与所述直接传动毂之间传递的扭矩载荷。

13.  如权利要求12所述的多级联轴器，其中，
所述第二接触面和所述第二相对接触面中的一个与所述第二弹性体结合，并且所述第二接触面和所述第二相对接触面中的另一个不是同样也与所述第二弹性体结合，以便限制在所述复合传动毂与所述间接传动毂之间传递的扭矩载荷。

14.  如权利要求1所述的多级联轴器，还包括：
第三传动连接部分，其穿过所述输入部件与输出部件之间的第三弹性连接器，并且所述角运动连接器是两个或更多个角运动连接器中的第一角运动连接器，所述运动阈角是两个或更多个运动阈角中的第一运动阈角；并且所述角运动连接器中的第二角运动连接器形成所述第三传动连接部分的一部分，并且所述第二角运动连接器允许所述第三传动连接部分保持至少部分地脱离在所述输入部件与输出部件之间与所述第一传动连接部分和所述第二传动连接部分一起传递扭矩，直到所述输入部件与输出部件相对角位移通过第二运动阈角为止。

15.  如权利要求14所述的多级联轴器，其中，
所述第二运动阈角大于所述第一运动阈角。

16.  如权利要求15所述的多级联轴器，其中，
在所述输入部件与输出部件之间的角位移小于所述第一运动阈角时，所述第一传动连接部分可接合以便在所述输入部件与输出部件之间传递扭矩；在所述输入部件与输出部件之间的角位移大于所述第一运动阈角时，所述第一传动连接部分和所述第二传动连接部分可并行接合以便在所述输入部件与输出部件之间传递扭矩；并且在所述输入部件与输出部件之间的角位移大于所述第二运动阈角时，所述第一传动连接部分、所述第二传动连接部分以及所述第三传动连接部分可并行接合以便在所述输入部件与输出部件之间传递扭矩。

17.  一种扭转联轴器，其用于抑制传动系统振动，包括：
第一传动系统连接器和第二传动系统连接器；
第一弹性体和第二弹性体，其分别用于连接所述第一传动系统连接器和所述第二传动系统连接器；
复合传动毂，其连接为与所述第一传动系统连接器一起旋转，并且具有与所述第一弹性体接合的第一接触面和与所述第二弹性体接合的第二接触面；
直接传动毂，其连接为与所述第二传动系统连接器一起旋转，并且具有与所述第一弹性体接合的第一相对接触面；
间接传动毂，其通过角运动连接器连接为与所述第二传动系统连接器一起旋转，并且具有与所述第二弹性体接合的第二相对接触面；以及
所述角运动连接器，其具有：
a)第一耦合位置，在该位置基本上独立于所述第二弹性体通过所述第一弹性体在所述第一传动系统连接器与所述第二传动系统连接器之间传递第一范围的扭矩；以及
b)第二耦合位置，在该位置通过所述第一弹性体和所述第二弹性体这两者在所述第一传动系统连接器与所述第二传动系统连接器之间传递更高的第二范围的扭矩。

18.  如权利要求17所述的扭转联轴器，其中，
随着所述第一传动系统连接器和所述第二传动系统连接器绕公共旋转轴线发生相对角位移，所述角运动连接器逐渐地从所述第一耦合位置移动到所述第二耦合位置。

19.  如权利要求18所述的扭转联轴器，其中，
所述角运动连接器允许所述第二弹性体在所述第一传动系统连接器与所述第二传动系统连接器之间保持至少部分地脱离扭矩传递，直到所述第一传动系统连接器与所述第二传动系统连接器相对角位移通过运动阈角为止。

20.  如权利要求19所述的扭转联轴器，其中，
在所述第二弹性体完全接合以在所述第一传动系统连接器与所述第二传动系统连接器之间传递扭矩之前，所述第一弹性体以特定的角度量角切变。

21.  如权利要求19所述的扭转联轴器，其中，
所述运动阈角在10度至30度之间。

22.  如权利要求19所述的扭转联轴器，其中，
所述运动阈角在15度至25度之间。

23.  如权利要求19所述的扭转联轴器，其中，
所述运动阈角在18度至22度之间。

24.  如权利要求17所述的扭转联轴器，其中，
所述第一弹性体和所述第二弹性体各自表现出与作为角位移的函数的特定扭矩量对应的弹簧刚度，并且当所述角运动连接器位于所述第二耦合位置时，所述第一传动系统连接器与所述第二传动系统连接器之间作为角位移的函数的扭矩量与所述第一弹性体和所述第二弹性体的弹簧刚度之和相关。

25.  如权利要求24所述的扭转联轴器，其中，
当所述角运动连接器位于所述第一耦合位置时，所述第一传动系统连接器与所述第二传动系统连接器之间每单位角位移的扭矩量与所述第一弹性体的弹簧刚度相关。

26.  如权利要求17所述的扭转联轴器，其中，
所述复合传动毂、所述直接传动毂以及所述间接传动毂与所述第一传动系统连接器和所述第二传动系统连接器共用公共旋转轴线，并且所述第一弹性体和所述第二弹性体在公共径向平面内位于距所述公共旋转轴线不同的距离处。

27.  如权利要求26所述的扭转联轴器，其中，
所述复合传动毂的第一接触面和第二接触面与所述直接传动毂的第一相对接触面和所述间接传动毂的第二相对接触面沿径向交错。

28.  如权利要求26所述的扭转联轴器，其中，
所述复合传动毂的第一接触面沿径向位于所述直接传动毂的第一相对接触面之内，所述复合传动毂的第二接触面沿径向位于所述间接传动毂的第二相对接触面之内，并且所述直接传动毂的第一相对接触面位于所述复合传动毂的第二接触面之内。

29.  如权利要求17所述的扭转联轴器，其中，
所述第一接触面和所述第一相对接触面中的一个与所述第一弹性体结合，并且所述第一接触面和所述第一相对接触面中的另一个不是同样也与所述第一弹性体结合，以便限制在所述复合传动毂与所述直接传动毂之间传递的扭矩载荷。

30.  如权利要求29所述的扭转联轴器，其中，
所述第二接触面和所述第二相对接触面中的一个与所述第二弹性体结合，并且所述第二接触面和所述第二相对接触面中的另一个不是同样也与所述第二弹性体结合，以便限制在所述复合传动毂与所述间接传动毂之间传递的扭矩载荷。

31.  如权利要求17所述的扭转联轴器，其中，
所述第一传动系统连接器适用于与传动系统的传动轴连接，并且所述第二传动系统连接器适用于与发动机飞轮连接。

32.  如权利要求17所述的扭转联轴器，还包括：
第三弹性体，其用于将所述第一传动系统连接器和所述第二传动系统连接器连接在一起，并且所述复合传动毂具有与所述第三弹性体接合的第三接触面，所述间接传动毂是多个间接传动毂中的第一间接传动毂；第二间接传动毂通过第二角运动连接器连接为与所述第二传动系统连接器一起旋转，并且具有与所述第三弹性体接合的第三相对接触面。

33.  如权利要求32所述的扭转联轴器，其中，
所述第二角运动连接器具有：
c)第一耦合位置，在该位置通过所述第一弹性体和所述第二弹性体中的一个或两个在所述第一传动系统连接器与所述第二传动系统连接器之间传递所述第一范围和第二范围的扭矩；以及
d)第二耦合位置，在该位置通过所述第一弹性体、所述第二弹性体以及所述第三弹性体在所述第一传动系统连接器与所述第二传动系统连接器之间传递更高的第三范围的扭矩。

34.  一种多级扭转联轴器，其用于抑制传动系统振动，包括：
多个并行的传动连接部分，其位于输入部件与输出部件之间，所述多个并行传动连接部分中的每一个具有弹性部件，所述弹性部件响应沿着与所述弹性部件关联的传动连接部分的扭矩传递而按照特定的弹簧刚度进行角偏转；以及
驱动装置，其控制所述输入部件与输出部件之间的所述并行传动连接部分的不同组合的接合，从而使得所述输入部件与输出部件之间的有效弹簧刚度作为所述并行传动连接部分的不同组合中的弹性部件的弹簧刚度之和而变化。

35.  如权利要求34所述的多级联轴器，其中，
所述并行传动连接部分的不同组合既包括单个传动连接部分，也包括多个传动连接部分。

36.  如权利要求35所述的多级联轴器，其中，
所述驱动装置响应所述输入部件与输出部件之间的额外扭矩的传递从而接合一个或多个附加传动连接部分。

37.  如权利要求34所述的多级联轴器，其中，
所述弹性部件包括切变连接器，所述切变连接器与所述输入部件和输出部件中的一个直接连接。

38.  如权利要求37所述的多级联轴器，其中，
至少所述切变连接器中的一个与所述输入部件和输出部件中的另一个直接连接，并且至少所述切变连接器中的另一个通过所述驱动装置与所述输入部件和输出部件中的另一个间接连接。

39.  如权利要求38所述的多级联轴器，其中，
所述驱动装置包括沿着所述并行传动连接部分中的至少之一的角运动连接器，所述角运动连接器允许所述一个传动连接部分保持至少部分地脱离扭矩传递，直到所述输入部件和输出部件相对角位移通过运动阈角为止。

40.  一种抑制传动系统振动的方法，包括以下步骤：
在输入部件与输出部件之间沿着传动系统连接多级扭转联轴器；
所述多级扭转联轴器具有并行的第一传动连接部分和第二传动连接部分，通过所述多级扭转联轴器使所述输入部件与输出部件相互连接；
布置所述第一传动连接部分以便通过第一弹性部件在所述输入部件与输出部件之间传递扭矩，其中所述第一弹性部件允许在所述输入部件与输出部件之间发生相对角偏转，该相对角偏转为所传递的扭矩的函数；
至少部分地限制所述第二传动连接部分通过第二弹性部件在所述输入部件与输出部件之间传递扭矩，直到所述输入部件与输出部件相对角位移通过运动阈角为止；以及
在所述输入部件与输出部件相对角位移至少通过运动阈角之后，使所述第二传动连接部分接合以通过所述第二弹性部件在所述输入部件与输出部件之间传递扭矩。

41.  如权利要求40所述的方法，其中，
所述第一弹性部件对于不超过所述运动阈角的角位移提供阻尼效果，并且所述第一弹性部件和所述第二弹性部件对于超过所述运动阈角的角位移提供组合的阻尼效果。

42.  如权利要求41所述的方法，其中，
使所述第二传动连接部分接合的步骤包括：使所述第二传动连接部分逐渐地接合，从而使相对角位移接近所述运动阈角。

43.  一种利用多级扭转联轴器提供过载保护的方法，包括以下步骤：
在所述多级扭转联轴器的输入部件与输出部件之间传递扭矩，所述多级扭转联轴器具有沿着所述输入部件与输出部件之间的并行的第一传动连接部分和第二传动连接部分安装的第一弹性部件和第二弹性部件；
在对准位置使所述第一弹性部件和所述第二弹性部件与其各自的第一传动连接部分和第二传动连接部分摩擦连接，在所述对准位置上，允许所述第二传动连接部分保持脱离直到所述输入部件与输出部件相对角位移通过运动阈角为止；
通过允许所述第一弹性部件和所述第二弹性部件的至少之一暂时与所述第一传动连接部分和所述第二传动连接部分分离并且相对于所述第一弹性部件和所述第二弹性部件中的另一个相对移动离开对准位置，从而容许过载扭矩；以及
在所述第一传动连接部分和所述第二传动连接部分内使所述弹性部件相对于彼此重新对准从而恢复这样的关系：即，允许所述第二传动连接部分保持脱离直到所述输入部件与输出部件相对角位移通过运动阈角为止。

44.  如权利要求43所述的方法，其中，
容许过载扭矩的步骤包括：允许所述第一弹性部件和所述第二弹性部件这两者与所述第一传动连接部分和所述第二传动连接部分分离。

多级扭转联轴器
技术领域
本发明涉及用于沿着传动系统传递扭矩的扭转联轴器，具体地，本发明涉及将车辆传动系统与发动机扰动隔离的扭转联轴器。
背景技术
传动系统中的扭转扰动可能包括连续的角振荡，因而会危害传动系统组件的性能和可靠性。例如，扭转振动可能在传动系统组件中产生损坏、过度磨损以及噪声。
传动系统的驱动部件与从动部件之间的挠性扭转联轴器可以消除来自发动机扰动(诸如发动机点火脉冲)的扭矩变化，并且可以减少加载的传动系统中的相关共振和其他扭转振动。挠性扭转联轴器可以包括在驱动部件与从动部件之间提供挠性联接的弹性体或其他弹性元件。通过使驱动部件与从动部件之间的角偏转成为对弹性体施加的扭矩的函数，弹性体表现出特定的弹簧刚度性能(函数)。
为了抑制振动，特别是在诸如拖拉机和工程车辆等重型车辆的传动系统中，对于不同的扭矩载荷和速度而言，不同的弹簧刚度性能是更有效的。在本发明的受让人洛德公司(Lord Corporation)的Sweeney等人的美国专利No.5,573,462中所披露的挠性双级联轴器包括串联的弹性体联轴器，以便为不同的扭矩范围提供不同的阻尼弹簧刚度。第一弹性体呈现出相对低的弹簧刚度，对于在第一扭矩值范围内传递扭矩同时抑制振动而言是有效的；而第二弹性体呈现出相对高的弹簧刚度，对于在第二扭矩值范围内传递扭矩同时抑制振动而言是有效的。上述第一扭矩值范围和第二扭矩值范围由限制角偏转的止动装置限定，通过该角偏转允许其中一个弹性体起作用，而另一个弹性体继续用于传递扭矩。Sweeney等人的专利在此通过引用的方式并入本文。
发明内容
在优选实施例中，本发明的特征在于一种扭转联轴器，其能够利用驱动部件与从动部件之间的多个并行的弹性连接器对不同的扭矩范围表现不同的弹簧刚度性能。在所述驱动部件与从动部件之间扭矩传递的较低的第一范围中，第一弹性连接器可以布置成独立于所述第二弹性连接器来传递扭矩，并且在所述驱动部件与从动部件之间扭矩传递的较高的第二范围中，所述第一弹性连接器和第二弹性连接器可以布置成一起传递扭矩。
所述弹性连接器对相对运动既不进行止动也不以其他方式进行机械地限制。然而，所述第二弹性连接器保持脱离扭矩传递，直到所述第一弹性连接器偏转预定的角度量(即在所述驱动部件与从动部件之间已经发生预定的角偏转量)为止。单个弹性连接器表现出与传动系统扭矩载荷的较低的第一范围相关的用于抑制振动的相对低的弹簧刚度。两个弹性连接器的组合表现出与传动系统扭矩载荷的较高的第二范围相关的用于抑制振动的相对高的弹簧刚度。通过在较高的扭矩载荷下组合两个弹性连接器的扭矩传递能力，任何一个弹性连接器都不要求表现出格外高的弹簧刚度或传递全部范围的扭矩载荷。
本发明作为多级扭转联轴器的一种形式在输入部件与输出部件之间具有并行的连接部分。所述输入部件与输出部件之间的第一传动连接部分穿过第一弹性连接器延伸。所述输入部件与输出部件之间的第二传动连接部分穿过第二弹性连接器延伸。沿着所述第二传动连接部分的角运动连接器允许所述第二传动连接部分保持至少部分地脱离与所述第一传动连接部分一起在所述输入部件与输出部件之间传递扭矩，直到所述输入部件与输出部件相对角位移通过运动阈角为止。
优选地，在所述输入部件与输出部件之间的角位移小于所述运动阈角时，所述第一传动连接部分单独操作以在所述输入部件与输出部件之间传递扭矩。然而，在所述角位移大于所述运动阈角时，所述第一传动连接部分与所述第二传动连接部分并行接合以便在所述输入部件与输出部件之间传递扭矩。对于某些优选实施例，此运动阈角可以在10度至30度之间，更优选在15度至25度之间，进一步优选在18度至22度之间。
所述第一弹性连接器和第二弹性连接器各自表现出与每单位角位移的特定扭矩量对应的弹簧刚度性能。当所述第一传动连接部分和第二传动连接部分并行接合时，所述输入部件与输出部件之间每单位角位移的扭矩量与所述第一弹性连接器和第二弹性连接器的弹簧刚度之和相关。然而，在所述第二传动连接部分与第一传动连接部分并行接合之前，所述输入部件与输出部件之间每单位角位移的扭矩量与所述第一个弹性连接器的弹簧刚度更紧密相关。
所述多级联轴器可以包括附加传动连接部分，所述附加传动连接部分包括穿过位于所述输入部件与输出部件之间的第三弹性连接器的第三传动连接部分。第二角运动连接器形成所述第三传动连接部分的一部分，所述第二角运动连接器允许所述第三传动连接部分保持至少部分地脱离与所述第一传动连接部分和第二传动连接部分一起传递扭矩，直到所述输入部件与输出部件相对角位移通过第二运动阈角为止。优选地，所述第二运动阈角大于所述第一运动阈角。
在所述输入部件与输出部件之间的角位移小于所述第一运动阈角时，所述第一传动连接部分接合以便在所述输入部件与输出部件之间传递扭矩。在所述角位移大于所述第一运动阈角时，所述第一传动连接部分与第二传动连接部分并行接合以便在所述输入部件与输出部件之间传递扭矩。在所述角位移大于所述第二运动阈角时，所述第一传动连接部分、第二传动连接部分以及第三传动连接部分全部并行接合以便在所述输入部件与输出部件之间传递扭矩。
本发明作为用于抑制传动系统振动的扭转联轴器的另一种形式包括第一传动系统连接器和第二传动系统连接器、以及分别用于连接所述第一传动系统连接器和第二传动系统连接器的第一弹性体和第二弹性体。连接为与所述第一传动系统连接器一起旋转的复合传动毂具有与所述第一弹性体接合的第一接触面和与所述第二弹性体接合的第二接触面。连接为与所述第二传动系统连接器一起旋转的直接传动毂具有与所述第一弹性体接合的第一相对接触面。通过角运动连接器连接为与所述第二传动系统连接器一起旋转的间接传动毂具有与所述第二弹性体接合的第二相对接触面。所述角运动连接器具有：(a)第一耦合位置，在该位置基本上独立于所述第二弹性体通过所述第一弹性体在所述第一传动系统连接器与第二传动系统连接器之间传递第一个范围的扭矩；以及(b)第二耦合位置，在该位置通过所述第一弹性体和第二弹性体这两者在所述第一传动系统连接器与第二传动系统连接器之间传递更高的第二范围的扭矩。
随着所述第一传动系统连接器和第二传动系统连接器绕公共旋转轴线发生相对角位移，所述角运动连接器可以逐渐地从所述第一耦合位置移动到所述第二耦合位置。所述角运动连接器允许所述第二弹性体保持至少部分地脱离在所述第一传动系统连接器和第二传动系统连接器之间扭矩传递，直到所述第一传动系统连接器和第二传动系统连接器相对角位移通过运动阈角为止。优选地，在所述第二弹性体完全接合以在所述第一传动系统连接器和第二传动系统连接器之间传递扭矩之前，所述第一弹性体以特定的角度量角切变。
所述复合传动毂、直接传动毂以及间接传动毂优选与所述第一传动系统连接器和第二传动系统连接器共用公共旋转轴线，并且所述第一弹性体和第二弹性体优选在公共径向平面内位于距所述公共旋转轴线不同的距离处。所述复合传动毂的所述第一接触面和第二接触面可以与所述直接传动毂的第一相对接触面和所述间接传动毂的第二相对接触面沿径向交错。例如，所述复合传动毂的第一接触面可以沿径向位于所述直接传动毂的第一相对接触面之内，所述复合传动毂的第二接触面可以沿径向位于所述间接传动毂的第二相对接触面之内，并且所述直接传动毂的第一相对接触面位于所述复合传动毂的第二接触面之内。
为了提供例如扭矩过载保护，所述第一接触面和第一相对接触面中的一个与所述第一弹性体结合，并且所述第一接触面和第一相对接触面中的另一个不是同样也与所述第一弹性体结合，以便限制在所述复合传动毂与所述直接传动毂之间传递的扭矩载荷。类似地，所述第二接触面和第二相对接触面中的一个与所述第二弹性体结合，并且所述第二接触面和第二相对接触面中的另一个不是同样也与所述第二弹性体结合，以便限制在所述复合传动毂与所述间接传动毂之间传递的扭矩载荷。所述第一传动系统连接器可以适用于与传动系统的传动轴连接，并且所述第二传动系统连接器适用于与发动机飞轮连接。
另外，所述扭转联轴器可以包括第三弹性体，所述第三弹性体用于将所述第一传动系统连接器和第二传动系统连接器连接在一起。所述复合传动毂具有与所述第三弹性体接合的第三接触面。第二间接传动毂可以通过第二角运动连接器与所述第二传动系统连接器连接而一起旋转，并且可以具有与所述第三弹性体接合的第三相对接触面。所述第二角运动连接器可以具有：(a)第一耦合位置，在该位置通过所述第一弹性体和第二弹性体中的一个或两个在所述第一传动系统连接器与第二传动系统连接器之间传递所述第一范围和第二范围的扭矩；以及(b)第二耦合位置，在该位置通过所述第一弹性体、第二弹性体以及第三弹性体在所述第一传动系统连接器与第二传动系统连接器之间传递更高的第三范围的扭矩。
本发明作为用于抑制传动系统振动的多级扭转联轴器的另一种形式包括在输入部件与输出部件之间的多个并行的传动连接部分。所述多个传动连接部分中的每一个具有弹性构件，所述弹性部件响应沿着与所述弹性部件关联的传动连接部分的扭矩传递而按照特定的弹簧刚度性能进行角偏转。驱动装置控制所述输入部件与输出部件之间的所述并行传动连接部分的不同组合的接合，从而使得有效弹簧刚度作为所述并行传动连接部分的不同组合中的弹性部件的弹簧刚度之和而变化。
所述并行传动连接部分的不同组合既可以包括单个传动连接部分也可以包括多个传动连接部分。所述驱动装置可布置成响应所述输入部件与输出部件之间的额外扭矩的传递从而接合一个或多个附加传动连接部分。所述弹性部件优选包括与所述输入部件和输出部件中的一个直接连接的切变连接器。优选至少切变连接器中的一个与所述输入部件和输出部件中的另一个直接连接，并且优选至少切变连接器中的另一个通过所述驱动装置与所述输入部件和输出部件中的另一个间接连接。所述驱动装置可以包括沿着并行传动连接部分中的至少之一的角运动连接器，所述角运动连接器允许所述一个传动连接部分保持至少部分地脱离扭矩传递，直到所述输入部件与输出部件相对角位移通过运动阈角为止。
本发明作为抑制传动系统振动的方法的另一种形式在输入部件与输出部件之间沿着传动系统连接多级扭转联轴器。所述多级扭转联轴器具有并行的第一传动连接部分和第二传动连接部分，通过所述多级扭转联轴器使所述输入部件与输出部件相互连接。所述第一传动连接部分通过第一弹性部件在所述输入部件与输出部件之间传递扭矩，所述第一弹性部件允许在所述输入部件与输出部件之间发生相对角偏转，该相对角偏转为所传递的扭矩的函数。至少部分地限制所述第二传动连接部分通过第二弹性部件在所述输入部件与输出部件之间传递扭矩，直到所述输入部件与输出部件相对角位移通过运动阈角为止。在所述输入部件与输出部件相对角位移至少通过运动阈角之后，所述第二传动连接部分通过所述第二弹性部件在所述输入部件与输出部件之间传递扭矩。
所述第一弹性部件对于不超过所述运动阈角的角位移提供阻尼效果，并且所述第一弹性体和第二弹性构件对于超过所述运动阈角的角位移提供组合的阻尼效果。所述第二传动连接部分可以逐渐地接合，以接近所述运动阈角。
本发明作为利用多级扭转联轴器提供过载保护的方法的另外一种形式包括：在所述多级扭转联轴器的输入部件与输出部件之间传递扭矩，所述多级扭转联轴器具有沿着所述输入部件与输出部件之间的并行的第一传动连接部分和第二传动连接部分安装的第一弹性部件和第二弹性部件。在对准位置使所述第一弹性部件和第二弹性部件与其各自的第一传动连接部分和第二传动连接部分摩擦连接，在所述对准位置上，允许所述第二传动连接部分保持脱离直到所述输入部件与输出部件相对角位移通过运动阈角为止。通过允许所述第一弹性部件和第二弹性部件中的至少之一暂时与第一传动连接部分和第二传动连接部分分离并且相对于所述第一弹性部件和第二弹性部件中的另一个相对移动离开对准位置，从而容许过载扭矩。然而，在所述第一传动连接部分和第二传动连接部分内，所述弹性部件可以相对于彼此重新对准从而恢复这样的关系：即，允许所述第二传动连接部分保持脱离直到所述输入部件与输出部件相对角位移通过运动阈角为止。
附图说明
图1是包括根据本发明的扭转联轴器的动力传动系统的截面的放大示意图。
图2是根据本发明的具有两个并行的传动连接部分的多级扭转联轴器的正视图。
图3是沿图2中的线3-3截取的多级联轴器的侧面剖视图。
图4是由多级联轴器传递的扭矩范围关于联轴器的输入部件与输出部件之间的角偏转范围的变化曲线。
图5是根据本发明的具有三个传动连接部分的多级扭转联轴器的示意剖视图。
图6是图5的示意性扭转联轴器的局部正视图，示出了在不同的扭矩载荷下接合第二传动连接部分和第三传动连接部分的两个角运动(angular play)连接器。
具体实施方式
图1示出了传动系统10的有限的一部分。图1中示出了本发明所设计类型的扭转联轴器12，该扭转联轴器将传动轴14连接到诸如内燃机等动力装置的飞轮16上。传动系统10代表多种车辆传动系统，包括本发明尤为适用的拖拉机或施工车辆的传动系统。
图2和图3示出了根据本发明的多级扭转联轴器20的更为详细的视图。多级联轴器20包括作为常规特征的用于连接传动轴14的花键连接器22和用于连接飞轮16的法兰24。花键连接器22和法兰24都用作传动系统连接器。在沿着传动系统10传递动力的通常方向上，可将法兰24视作输入部件，并且可将花键连接器22视作输出部件。然而，可以在花键连接器22与法兰24之间沿着任一方向进行扭矩传递。其他传动系统连接器也可以用于将多级联轴器20与传动系统10连接，包括键槽、卡箍、轴套或者法兰与花键连接器的组合件。
将花键连接器22用铆钉26铆接或用其他方法固定到复合传动毂28上(见图3)，该复合传动毂具有用于与内弹性圈38的内表面34和外弹性圈40的内表面36接合的内外同轴毂30和32。同轴毂30的接触面42和同轴毂32的接触面44分别与弹性圈38的内表面34和弹性圈40的内表面36接合。作为法兰24的延伸部分，直接传动毂46包括与内弹性圈38的外表面50摩擦接合的相对接触面48。开口52用于将内弹性圈38安装到内同轴毂30的接触面42与直接传动毂46的相对接触面48之间的适当位置。间接传动毂56包括与外弹性圈40的外表面60摩擦接合的相对接触面58，并通过角运动连接器70间接与法兰24连接。开口62用于将外弹性圈40安装到外同轴毂32的接触面44与间接传动毂56的相对接触面58之间的适当位置。
角运动连接器70包括突起部72，该突起部72从间接传动毂56突出到贯穿法兰24形成的弓形切槽或沟槽74(也见图2)中。突起部72连同间接传动毂56一起绕着公共轴线76相对于法兰24通过沿相反方向的有限角度量(即，通过运动阈角α)而旋转，直到突起部72触碰到沟槽74的端壁78和80为止。一旦与端壁78或80接合，突起部72就可以在间接传动毂56与法兰24之间传递扭矩。
在花键连接器22与法兰24之间设置有两个不同的传动连接部分82和84。这两个传动连接部分共用复合传动毂28的一些部分。从常规输出端开始并且朝向常规输入端运转，传动连接部分82从复合传动毂28通过内同轴毂30和内弹性圈38而到达直接传动毂46，该直接传动毂46形成为法兰24的延伸部分。传动连接部分84从复合传动毂28通过外同轴毂32和外弹性圈40而到达间接传动毂56，该间接传动毂通过角运动连接器70间接与法兰24连接。
初始地，间接传动毂56的突起部72不与法兰24中的沟槽74的端壁78和80接合，从而只有传动连接部分82到位以便在花键连接器22与法兰24之间传递扭矩。内弹性圈38用作切变连接器，并决定于外加扭矩而在其内外表面34与50之间发生角偏转(切变)。切变量可以与所传递的扭矩成比例，或者与所传递的扭矩呈其他确定关系，该切变量可以称为“弹簧刚度”，以每切变角度的扭矩为单位。内弹性圈38的内表面34与外表面50之间的角偏转显然也与花键连接器22与法兰24之间的角偏转对应。
假定外弹性圈40和间接传动毂56与复合传动毂28直接连接，则间接传动毂56的突起部72连同花键连接器22一起相对于法兰24偏转。内弹性圈38的进一步偏转使得突起部72旋转到与沟槽74的一个端壁78或另一端壁80接合，由此偏转达到运动阈角α并且使花键连接器22与法兰24之间的另一传动连接部分84接合。通过传动连接部分82和84可以传递额外量的扭矩。
传动连接部分84通过外弹性圈40的接合不限制内弹性圈38沿着传动连接部分82作进一步偏转，但是花键连接器22与法兰24之间的进一步偏转受到内弹性圈38和外弹性圈40的组合弹簧刚度的制约。外弹性圈40的弹簧刚度可能高于或低于内弹性圈38的弹簧刚度，但是伴随着传动连接部分84的接合，组合弹簧刚度必然更高。由于传动连接部分82和84通过弹性圈38和40并行运转，因此使得弹性圈38和40的弹簧刚度相加起来。
图4中的曲线图标绘出了花键连接器22与法兰24之间的扭矩(单位为Nm)范围关于花键连接器22与法兰24之间的偏转角度(单位为度)范围的变化情况。将运动阈角α设定为20度。因此，传动连接部分82通过内弹性圈38承受花键连接器22与法兰24之间的全部扭矩载荷直到达到20度的偏转为止，此后，额外的扭矩在传动连接部分82和传动连接部分84之间按照弹性圈38和40各自的弹簧刚度来分布。
从该曲线图中显而易见，偏转角在0度到20度之间的有效弹簧刚度大约等于5Nm每偏转度数，而偏转角在20度到40度之间的有效弹簧刚度大约等于20Nm每偏转度数。通过第一个20度偏转的5Nm每度的弹簧刚度可归因于弹性圈38的单独作用，而第二个20度偏转的20Nm每度的弹簧刚度可归因于弹性圈38的5Nm每度的弹簧刚度与弹性圈40的显然为15Nm每度的弹簧刚度的组合。
尽管在本实例中将运动阈角α设定为20度以接合第二传动连接部分84，但也可以使用其他运动阈角α来调节扭矩载荷，期望在该扭矩载荷处获得附加刚度来达到例如减振的目的。例如，运动阈角α的优选范围在10度到30度，更优选的范围在15度到25度，进一步优选的范围在18度到22度。
在相反的扭矩加载方向之间(诸如正向与反向之间或者传动与惯性滑行之间)，运动阈角α可以不同。在图2中，所示为在无载荷情况下突起部72位于沟槽74内与端壁78和80等距离的位置上。因此，对于相反的扭矩加载方向而言，运动阈角α相等。然而，通过使突起部72在沟槽74内角向移动或者通过相对于突起部72的瞬时位置加长或缩短沟槽74的任一端，可使运动阈角α在相反的扭矩传递方向之间不同。
利用法兰24内位于突起部72与端壁78和80之间的弹性分界面或其他缓冲分界面，可以提供与第二传动连接部分84的更缓和接合相关的过渡弹簧刚度。例如，可以将弹性垫(未示出)置于突起部72与端壁78和80之间，从而对于接近运动阈角α的有限角偏转范围提供与弹性圈40串联的另一弹性体。弹性垫和弹性圈40的组合弹簧刚度优选处在弹性圈38的弹簧刚度与弹性圈38和40的总和弹簧刚度之间的范围内，其中上述组合弹簧刚度的倒数等于弹性垫和弹性圈40的弹簧刚度倒数之和。
出于过载保护的目的，弹性圈38和40优选与毂28、46或56中与弹性圈38和40相接合的一个具有摩擦配合。对于可能损坏传动系统10的扭矩载荷，可使弹性圈38和40滑动以限制过大扭矩的传递。通常情况下，弹性圈38和40在对准(registration)位置与其毂28、46或56摩擦连接，在该对准位置上允许传动连接部分84保持脱离，直到花键连接器22与法兰24相对角位移通过运动阈角α为止。通过允许两弹性圈38和40中至少之一与第一和第二传动连接部分暂时分离并且相对地移动至与第一和第二弹性部件中的另一个不对准，可以容许过载扭矩(即，会损坏扭转联轴器12或其中安装有扭转联轴器12的传动系统10的扭矩量)。然而，弹性部件可以在第一和第二传动连接部分中相对于彼此重新对准以恢复这样的关系：即，允许第二传动连接部分保持脱离，直到输入部件和输出部件相对角位移通过运动阈角为止。
重新对准操作可以包括从传动系统10中取下扭转联轴器12并且将扭转联轴器12返回到工厂或经销处。在将扭转联轴器12重新安装到传动系统中之前，可以修复对扭转联轴器12中的弹性圈38和40或其配件的任何损坏。
以示意形式在图5和图6中示出的多级扭转联轴90示出了使用三个传动连接部分92、94以及96，以在花键连接器98与法兰100之间的扭矩传递范围内提供三个不同的弹簧刚度。传动连接部分92、94以及96中的每一个沿其长度方向包括弹性圈102、104或106，并且传动连接部分92、94以及96可以以不同组合接合，从而按照不同的弹簧刚度在花键连接器98与法兰100之间传递扭矩。
将复合传动毂110固定为与花键连接器98一起绕着公共轴线108旋转，该复合传动毂110包括：与弹性圈102的内表面118结合的内传动毂112、与弹性圈104的内表面120结合的中间传动毂114以及与弹性圈106的内表面122结合的外传动毂116。直接传动毂132被固定为与法兰100一起绕着公共轴线108旋转，并与弹性圈102的外表面124摩擦接合。间接传动毂134通过角运动连接器138与法兰100间接连接，并与弹性圈104的外表面126摩擦接合。类似地，间接传动毂136通过角运动连接器140与法兰100间接连接，并与弹性圈106的外表面128摩擦接合。
角运动连接器138(也见图6)包括突起部142，该突起部从间接传动毂134突出到贯穿法兰100形成的弓形沟槽144中。在与花键连接器98连接的间接传动毂134与法兰100相对角偏转通过运动阈角α₁之前，传动连接部分94基本不传递花键连接器98与法兰100之间的扭矩。然而，传动连接部分94一旦通过角运动连接器138而接合，就在花键连接器98与法兰100之间提供第二并行连接。
类似地，角运动连接器140包括突起部146，该突起部从间接传动毂136突出到贯穿法兰100形成的弓形沟槽148中。在与花键连接器98连接的间接传动毂136与法兰100相对角偏转通过运动阈角α₂之前，传动连接部分96基本不传递花键连接器98与法兰100之间的扭矩。然而，传动连接部分96一旦通过角运动连接器140而接合，就在花键连接器98与法兰100之间提供第三并行连接。
无论花键连接器98与法兰100之间的扭矩载荷是多少，传动连接部分92都保持接合以通过其弹性圈102传递扭矩。在初始的扭矩载荷范围内，传动连接部分92提供花键连接器98与法兰100之间的唯一连接，从而根据传动连接部分92的弹性圈102的弹簧刚度来抑制振动。在致使弹性圈102至少偏转过运动阈角α₁的更高的第二扭矩载荷范围内，传动连接部分94在花键连接器98与法兰100之间增加第二个连接，从而根据弹性圈102和104的组合弹簧刚度来抑制振动。在致使弹性圈102和104至少偏转过运动阈角α₂的更高的第三扭矩载荷范围内，传动连接部分96在花键连接器98与法兰100之间增加第三个连接，从而根据弹性圈102、104以及106的组合弹簧刚度来抑制振动。
在虽然本实施例和前述实施例中使用角运动连接器138和140来选择性地使间接传动毂与法兰耦合，但是也可以使用相似功能的角运动连接器将间接传动毂连接到花键连接器98的延伸部分或其他传动系统连接器上。在具有三个或更多个传动连接部分的设计中，其中一个角运动连接器可以与输入传动连接部分连接，而另一个角运动连接器可以与输出传动连接部分连接。另外，可以将弹性传递机构与起作用的弹性圈串联地加入角运动连接器中，从而按照中等弹簧刚度接合不同的传动连接部分。也可以使用其他已知类型的耦合机构来响应偏转、扭矩或旋转速度的预定水平逐渐地接合附加传动连接部分。
本发明在更一般的背景中描述了有限数量的实施例，从而为本领域的技术人员提供足够的指导使其根据自身更具体的目的来实施本发明。因此，在不背离本发明预期的精神和范围的情况下，可以进行对于本领的技术人员来说很明显的多种修改和变型。
本申请要求2006年6月27日提交的美国临时专利申请No.60/816,690的优先权，该申请通过引用的方式并入本文。