用於緩衝驅動軸的扭轉激振的裝置的製作方法
2023-06-10 05:35:31
專利名稱：用於緩衝驅動軸的扭轉激振的裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於緩衝驅動軸的扭轉激振的裝置。
背景技術：
人們都知道設計驅動軸時應當使得它們的臨界轉速(它們發生共振的轉速)不與被驅動的裝置的運轉轉速相一致。這有助於避免驅動軸的扭轉激振。這一設計驅動軸的方法並不總是可行的。而且，驅動軸的扭轉激振可能會由於並非被該驅動軸驅動但是在其附近的裝置的運轉所引發。驅動軸的扭轉激振也可能會由於連接到被驅動裝置上的裝置的運轉所引發，例如通過電路連接。這一情況特別有可能發生，當使用矽可控整流器(thyristor)的大功率電子控制裝置出現後。
當驅動軸沒有穩健到足以應付它所承受的扭轉激振時，可以通過以下方法解決增加這一驅動軸的穩健性(robustness)；減少施加到驅動軸上的扭轉應力的大小；以及緩衝驅動軸本身的扭轉激振。本發明與這三種備選方案的最後一種有關。
發明內容
根據本發的第一方面，提供一種用於緩衝驅動軸的扭轉激振的裝置，所述裝置包括固緊於所述驅動軸一端的並沿著所述驅動軸延伸的部件；以及固緊於所述驅動軸另一端的緩衝裝置，用來緩衝所述部件的與將所述部件固緊於所述驅動軸的所述一端相遠離的端部的振動。
所述部件適合地包括與所述驅動軸同心的管。
所述管包括一對致動杆，所述致動杆從所述管的與固緊於所述驅動軸的端部相對的端部延伸，所述杆位於所述管的相對側上，所述緩衝裝置緩衝所述杆的振動。
所述管包括沿徑向向內延伸的支撐件，該支撐件位於所述管的與固緊於所述驅動軸的端部相對的端部處，所述支撐件抵靠所述驅動軸以保持所述管與所述驅動軸的同心度。
所述緩衝裝置適合地是液壓式的。
優選地，所述液壓緩衝裝置包括第一和第二對液壓缸；以及處於所述缸之間的流體流動通道，所述第一對液壓缸設置成使得所述缸的活塞的動作在一個所述致動杆的振動空間中彼此相對，所述活塞與所述一個致動杆相連通，所述第二對液壓缸設置成使得缸的活塞的動作在所述另一致動杆的振動空間中彼此相對，所述活塞與所述另一致動杆相連通，所述管的扭轉激振導致所述致動杆的振動，得到所述缸之間的流體流動從而緩衝振動。
優選地，位於所述缸之間的所述流體流動通道包括受壓蓄液器。
所述流體流動通道包括第一和第二段，每一段包括平行連接的第一和第二分支，一個分支包括限流器，另一分支包括只允許流體沿離開所述蓄液器的方向流動的單向閥，所述第一段連接在所述蓄液器和所述第一對缸中的一個缸以及所述第二對缸中的對角相對缸之間，所述第二段連接在所述蓄液器和所述第一對缸中的另一缸以及所述第二對缸中的對角相對缸之間。
根據本發明的第二方面，提供一種用於緩衝在第一空間中的部件的振動的液壓迴路，所述迴路包括一對液壓缸，設置成使得所述缸的活塞的動作在所述第一空間中彼此相對，所述活塞與所述部件連通；以及在所述缸之間的流體流動通道，在所述第一空間中的所述部件的振動致使所述缸之間的流體流動來緩衝所述振動。
優選地，位於所述缸之間的所述流體流動通道包括受壓蓄液器。
優選地，所述流體流動通道包括處於所述蓄液器與一個所述缸之間的第一段以及處於所述蓄液器和所述另一缸之間的第二段，每個所述段都包括平行連接的第一和第二分支，一個分支包括限流器，另一分支包括只允許流體沿離開所述蓄液器的方向流動的單向閥。
根據本發明的第三方面，提供一種用於緩衝在第一空間中的部件的振動的液壓迴路，所述迴路包括與所述部件連通的第一和第二泵壓裝置；以及處於所述第一和第二泵壓裝置之間的流體流動通道，所述流體流動通道包括受壓蓄液器；處於所述蓄液器和所述第一泵壓裝置之間的第一段；以及處於所述蓄液器和所述第二泵壓裝置之間的第二段，每個所述段包括平行連接的第一和第二分支，一個分支包括限流器，另一分支包括只允許流體沿離開所述蓄液器的方向流動的單向閥，所述部件在所述第一空間中的振動導致在所述第一和第二泵壓裝置之間的流體流動從而緩衝所述振動。
現在將採用舉例的方式描述本發明，參見附圖，其中圖1是驅動軸以及依照本發明用於緩解驅動軸的扭轉激振的裝置的縱向剖面圖；圖1a是依照圖1中所示的本發明的裝置的一部分的俯視圖；圖2a是依照圖1中所示的本發明的裝置的液壓扭轉緩衝器的視圖；圖2b是沿圖2a中A-A線的剖面圖；圖2c是沿圖2b中B-B線的剖面圖；圖2d是圖2b中E處的細節放大；圖2e是圖2c中F處的細節放大；圖3示出圖2中所示的液壓扭轉緩衝器的液壓緩衝迴路；圖4示出對圖3中迴路的一種改進方案；圖5示出對圖4中迴路的一種改進方案；以及圖6示出對圖4中迴路的一中備選的改進方案。
具體實施例方式
參見圖1和1a，驅動軸1被驅動器3驅動，並驅動受驅動單元5。驅動軸1通過柔性元件7和聯軸器盤9連接到驅動器3和受驅動單元5。依照本發明的用於緩衝驅動軸1的扭轉激振的裝置包括扭轉剛性傳遞管11，一對扭轉剛性致動杆13a、13b，支撐件15，以及液壓扭轉緩衝器17。緩衝器17被連接到驅動軸1和受驅動單元5之間。傳遞管11與驅動軸1同心延伸，並被固定到驅動軸1連接到驅動器3的那一端。致動杆13a和13b被安置到傳遞管11的相對端，並從管11的遠離管11與驅動軸1固定的端部延伸。杆13a和13b延伸從而與液壓扭轉緩衝器17相連通。這一連通的精確本質將在下面進行描述。支撐件15也位於管11遠離將管11固定於驅動軸1的端部。支撐件15徑向向內延伸從而抵靠驅動軸1以保持管11和驅動軸1之間的同心度(特別是在高轉速下)。支撐件15並不限制驅動軸1的扭轉捲曲。
由於軸1的扭轉激振造成的驅動軸1的振蕩扭轉導致致動杆13a、13b與液壓扭轉緩衝器17之間的相對旋轉運動。例如，假設驅動軸1的受驅動單元端發生順時針方向的扭轉，則軸1的驅動器端就會發生逆時針方向的扭轉。受驅動單元端的順時針扭轉導致連接到這一端的緩衝器17的對應順時針扭轉，驅動器端的逆時針扭轉導致對應的固定到這一端的傳遞管11的逆時針扭轉，因此杆13a和13b也發生對應的逆時針扭轉。緩衝器17和杆13a、13b之間的相對角位置與此時驅動軸1的扭轉相對應。
參見圖2和3，液壓扭轉緩衝器17包括第一對液壓缸21、23，第二對液壓缸25、27，受壓蓄液器29，限流器孔31、33，以及單向閥35、37。
第一對液壓缸21、23被彼此相對地安裝在致動杆13a的振動線路上。每個缸21、23包含活塞21a和23a，分別抵靠杆13a的相對側。與此相似，第二對液壓缸25、27被彼此相對地安裝在致動杆13b的振動線路上，每個缸25、27包含活塞25a和27a，抵靠杆13b的相對側。
位於成對角線相對的缸23、25和受壓蓄液器29之間的流體流動通道包括平行連接的第一和第二分支。一個分支包含限流器孔33，另一個分支包含單向閥37。與此相似，位於成對角線相對的缸21、27和受壓蓄液器29之間的流體通道包括平行連接的第一和第二分支。一個分支包含限流器孔31，另一個分支包含單向閥35。單向閥35、37隻允許流體沿離開受壓蓄液器29的方向流出。
受壓蓄液器29採用彈性加載的液壓缸的形式。緩衝器17還包括液壓流體注入口(沒有顯示)以及按計劃安置的逸流閥(只示出其中一個，見圖2d)。注入口/逸流閥使得所有的來自外部源的氣體/空氣被受壓流體排出。液壓缸21、23、25、27、29以及單向閥35、37被設計成在工作中幾乎不會洩漏。對於缸21、23、25、27、29，這是通過使用所謂的「滾動隔膜」密封來實現的，見圖2d和2e。這種密封也是低摩擦的，從而保持緩衝器17的線性黏性緩衝特性，見下文。限流器孔31、33被設計成從此處通過的流動是層流。單向閥35、37被設計成低壓降和快速響應。
液壓扭轉緩衝器17的運轉見下文。
特別參見圖3，如果，由於驅動軸1的扭轉激振，致動杆13a、13b沿順時針方向轉動，則這將推動缸23、25的活塞23a、25a向內運動。液壓流體離開缸23、25，穿過限流器孔33(注意單向閥37隻允許沿離開受壓蓄液器29的方向流動)，並進入蓄液器29。由於流入蓄液器29以及蓄液器29的加壓操作，流體也離開蓄液器29。其穿過單向閥35到達缸21、27，向外推動活塞21a、27a，從而保持與杆13a、13b鄰接。第一對缸21、23和第二對缸25、27之間的壓差等於限流器孔33兩邊的壓差，並正比於克服驅動軸1角度扭轉的扭矩。由於穿過限流器孔33的流體依賴驅動軸1的角向扭轉速度，所以產生正比於角向扭轉速度的真實的緩衝扭矩。假設保持層流流動穿過限流器孔33，則緩衝是純線性的並在本質上是黏性的。
如果驅動軸1的扭轉激振導致杆13a、13b沿逆時針方向旋轉，則液壓緩衝迴路的操作與上面相同，只是反方向的。因此，流體離開缸21、27，穿過限流器孔31，進入並離開蓄液器29，穿過單向閥37，並進入缸23、25。在這種情況下，第一對缸21、23和第二對缸25、27之間的壓差等於限流器孔31兩邊的壓差。
如果整個系統的動態特性是明確限定的，那麼限流器孔31、33必須進行固定限流，即不可能改變它們的限流。這節約了成本。然而，在不是很明確限定的系統內，可變的層流孔可能被使用來提供可調的緩衝。則緩衝的程度可以被調節來適應實際的工作條件。
液壓系統在它們的使用壽命過程中會由於氣體/空氣氣泡的形成而損失不可壓縮性。這在許多液壓系統中沒有什麼後果，但是在上述系統情況下，可能會導致無法操作，因為需要瞬時的緩衝扭矩來響應非常小的角向位移。氣體/空氣氣泡由於液壓流體中的氣穴作用形成，即液壓流體中的負壓導致正常情況下存在於液壓流體中的氣體/空氣析出溶液形成氣體/空氣氣泡。氣穴現象一般出現於當液壓流體因為空腔的膨脹而被吸入空腔的情況下。在上述的系統中，氣穴現象通過利用以下手段被防止(i)受壓蓄液器29；以及(ii)平行於限流器孔31、33的單向閥35、37(單向閥允許液壓流體當流入缸21、23、25、27時不經過限流器孔，從而確保對於膨脹缸21、23、25、27的快速響應)。
需要指出的是，受壓蓄液器29補償液壓迴路中的容積波動。這樣的波動可能是由於磨損(例如在致動杆13a、13b與活塞21a、23a、25a、27a的接觸表面上)，溫度變化，以及液壓流體洩漏。
圖4中的液壓緩衝迴路與圖3中相同，但省略圖3中液壓缸25、27。應該理解，圖4中的迴路可以用於緩衝任何部件41在缸21、23的活塞21a、23a的動作彼此相對的空間中的振動。因此，部件41在圖4中向右的運動導致液壓流體離開缸23，穿過限流器孔33，進入並離開受壓蓄液器29，穿過單向閥35，並且進入缸21。橫跨缸21、23的壓差等於限流器孔33兩端的壓差。部件41在圖4中向左的運動導致相反的操作，橫跨缸21、23的壓差然後等於限流器孔31兩端的壓差。
圖5中的液壓緩衝迴路與圖4中的相同，但是與部件41的連通方式不同。部件41，不再是直接與相反的缸21、23成一條直線，而是位於其先前的位置上方。一個單獨部件43將活塞21a和23a連接起來，另一個部件45與部件43剛性固緊於部件43並從部件43垂直延伸至部件41。部件45被剛性固緊於部件41。如先前的方案，部件41在活塞21a、23a彼此相對的空間中振動。這導致活塞21a、23a的進/出運動，引起了相應的在缸21、23之間的液壓流體流動來緩衝振動。
在圖6中的液壓緩衝迴路中，缸21、23和它們的活塞21a、23a由一個單獨的液壓腔47和一個單獨的部件49組成，該單獨部件49在圖6的腔47內向左右運動。槽51在單獨部件49中切出並且容納部件41。如先前的方案，部件41在活塞21a、23a彼此相對的空間中振動。這導致活塞21a、23a的進/出運動，引起缸21、23之間的對應流體流動從而緩衝振動。
圖5和6中的改進方案當然可以應用於圖3中的液壓緩衝迴路，在考慮活塞21a、23a、25a、27a與致動杆13a、13b之間的連通的情況下。
在圖3至6的液壓緩衝迴路中，液壓缸對有待緩衝的振動產生反應，通過在液壓迴路中首先沿一個方向泵壓流體然後再沿另一個方向。應該理解，這也可以通過其它適合的泵壓裝置來實現，例如葉片式的或齒輪式的。
在上述的用於緩解驅動軸的扭轉激振的裝置中，與軸同心、環繞著軸並被固定到軸的一端的傳遞管將這一端的角向扭轉傳遞到固緊於軸的另一端的緩衝器。應該理解，這一傳遞也可以通過其它的合適的裝置實現，即，將該裝置固定於軸的一端並沿著軸延伸到固定於軸的另一端的緩衝器，例如，這種其它裝置可以包括與一空心驅動軸同心的並設置在該空心驅動軸中的固體圓柱部件。
權利要求
1.一種用於緩衝驅動軸的扭轉激振的裝置，所述裝置包括固緊於所述驅動軸一端的並沿著所述驅動軸延伸的部件；以及固緊於所述驅動軸另一端的緩衝裝置，用來緩衝所述部件的與將所述部件固緊於所述驅動軸的所述一端相遠離的端部的振動。
2.根據權利要求1所述的裝置，其中，所述部件包括與所述驅動軸同心的管。
3.根據權利要求2所述的裝置，其中，所述管包括一對致動杆，所述致動杆從所述管的與固緊於所述驅動軸的端部相對的端部延伸，所述杆位於所述管的相對側上，所述緩衝裝置緩衝所述杆的振動。
4.根據權利要求3所述的裝置，其中，所述管包括沿徑向向內延伸的支撐件，該支撐件位於所述管的與固緊於所述驅動軸的端部相對的端部處，所述支撐件抵靠所述驅動軸以保持所述管與所述驅動軸的同心度。
5.根據上述權利要求任一項所述的裝置，其中，所述緩衝裝置是液壓式的。
6.根據從屬於權利要求3或4的權利要求5所述的裝置，其中，所述液壓緩衝裝置包括第一和第二對液壓缸；以及處於所述缸之間的流體流動通道，所述第一對液壓缸設置成使得所述缸的活塞的動作在一個所述致動杆的振動空間中彼此相對，所述活塞與所述一個致動杆相連通，所述第二對液壓缸設置成使得缸的活塞的動作在所述另一致動杆的振動空間中彼此相對，所述活塞與所述另一致動杆相連通，所述管的扭轉激振導致所述致動杆的振動，得到所述缸之間的流體流動從而緩衝振動。
7.根據權利要求6所述的裝置，其中，位於所述缸之間的所述流體流動通道包括受壓蓄液器。
8.根據權利要求7所述的裝置，其中，所述流體流動通道包括第一和第二段，每一段包括平行連接的第一和第二分支，一個分支包括限流器，另一分支包括只允許流體沿離開所述蓄液器的方向流動的單向閥，所述第一段連接在所述蓄液器和所述第一對缸中的一個缸以及所述第二對缸中的對角相對缸之間，所述第二段連接在所述蓄液器和所述第一對缸中的另一缸以及所述第二對缸中的對角相對缸之間。
9.一種用於緩衝在第一空間中的部件的振動的液壓迴路，所述迴路包括一對液壓缸，設置成使得所述缸的活塞的動作在所述第一空間中彼此相對，所述活塞與所述部件連通；以及在所述缸之間的流體流動通道，在所述第一空間中的所述部件的振動致使所述缸之間的流體流動來緩衝所述振動。
10.根據權利要求9所述的裝置，其中，位於所述缸之間的所述流體流動通道包括受壓蓄液器。
11.根據權利要求10所述的裝置，其中，所述流體流動通道包括處於所述蓄液器與一個所述缸之間的第一段以及處於所述蓄液器和所述另一缸之間的第二段，每個所述段都包括平行連接的第一和第二分支，一個分支包括限流器，另一分支包括只允許流體沿離開所述蓄液器的方向流動的單向閥。
12.一種用於緩衝在第一空間中的部件的振動的液壓迴路，所述迴路包括與所述部件連通的第一和第二泵壓裝置；以及處於所述第一和第二泵壓裝置之間的流體流動通道，所述流體流動通道包括受壓蓄液器；處於所述蓄液器和所述第一泵壓裝置之間的第一段；以及處於所述蓄液器和所述第二泵壓裝置之間的第二段，每個所述段包括平行連接的第一和第二分支，一個分支包括限流器，另一分支包括只允許流體沿離開所述蓄液器的方向流動的單向閥，所述部件在所述第一空間中的振動導致在所述第一和第二泵壓裝置之間的流體流動從而緩衝所述振動。
全文摘要
一種用於緩衝驅動軸的扭轉激振的裝置，所述裝置包括固定於驅動軸一端的並沿著所述驅動軸(1)延伸的部件(11)；以及固緊於所述驅動軸另一端的緩衝裝置(17)，用來緩衝所述部件的遠離將所述部件固緊於所述驅動軸的所述一端的端部的振動。一種用於在一個空間中緩衝部件振動的液壓迴路，所述迴路包括一對液壓缸(21、23)，設置成使得在所述第一空間中的缸的活塞的動作彼此相反，所述活塞與所述部件連通；以及處於所述缸之間的流體流動通道，所述部件在所述第一空間維度上中的振動使得在所述缸之間進行流體流動從而緩衝振動。
文檔編號F16F9/26GK1969140SQ200580019291
公開日2007年5月23日 申請日期2005年6月9日 優先權日2004年6月12日
發明者詹姆斯·G·諾爾斯 申請人:西門子公司