可變剛度的撓性接頭的製作方法

2023-05-23 01:11:21

專利名稱：可變剛度的撓性接頭的製作方法
技術領域：
本發明涉及支撐件，且更具體而言，涉及用於旋轉軸的支撐件、夾具、及安 裝和定位裝置。本發明可用於(例如)支撐旋轉軸、定位互連的旋轉組件、及從 一個軸向另一個軸傳遞功率或旋轉。
背景技術：
支撐旋轉軸的支撐件和相關的結構可承受會使系統產生不必要的或有害的 運動或振動的力。與旋轉軸相關聯的力也可使支撐所述軸並將其固定就位的結構產生不必要的或有害的運動或振動。我們的共同待決的第10/348,036號美國專利 申請案的內容以引用的方式併入本文中。當需要從一個旋轉軸或軸段向另一個旋轉軸或軸段傳遞轉矩時，相鄰的軸或 軸段彼此之間可能會發生橫向或角位移，或這些位移的組合。這些位移可降低或 者甚至中斷所期望的旋轉運動從一個軸或軸段向另一個軸或軸段的傳遞。設計用於高扭轉負荷的傳統接頭包括"萬向"接頭，例如汽車驅動軸上的"U-接頭"，其可適應從動輪組合件相對於車輛變速裝置的斜度。這些萬向接頭通常 為不會自然地恢復至未扭曲狀態的被動障礙裝置。另一個實例是傳統機械的萬向 接頭，其允許驅動直軸無法接近的擁擠區域內的承窩。所述機械萬向接頭的主要 缺點是僅在用戶能夠用手定位所述組合件的端部時，所述"柔軟"的萬向接頭才 能將承窩定位在螺栓或螺母上，而此在擁擠區域內可能會非常困難。發明內容本發明提供一種用於支撐旋轉軸且不管軸端的橫向或角位移如何從一個軸 向相鄰軸傳遞旋轉運動的結構。接頭的固有剛度(其往往會回彈成未變形狀態) 可便於比傳統(例如萬向)接頭更容易地定位所述軸。本發明的可變剛度特徵還 允許定位諸如轉向柱等需要旋轉調節的組件，以減少中間軸和支撐件的振動。此 振動在某些共振頻率下或位移條件下可導致定位錯誤或者在軸或組件上導致非 期望的大負荷(而此又會導致軸或組件的過度磨損、故障、或不必要的保守設計， 以避免過度磨損或故障)。在一個較佳實施例中，本發明提供一種用於連結可旋轉軸的結構。所述結構
包括第一和第二軸端組合件和多個撓性構件。所述軸端組合件各自包括相對的外 板和內板，其中每一組合件中的板均界定用於接納對應的軸端的中心鏜孔和多個 用於支撐所述撓性構件的孔。所述撓性構件環繞待連結軸的端部從第一軸端組合 件的板延伸至第二軸端組合件的板。可通過以下方式或這些方式的組合改變軸端 之間的連結剛度提供具有不同組成的撓性構件；提供不同尺寸的撓性構件；改 變軸端組合件上的外板與內板之間的距離；改變第一與第二軸端組合件之間的距 離。在另一較佳實施例中，可在所述結構就位於軸端上的同時改變軸端之間的鏈 接剛度，以允許在軸正旋轉的同時對剛度進行調節。在此實施例中，可通過以下 方式或這些方式的組合改變剛度改變軸端組合件上的外板與內板之間的距離； 改變第一與第二軸端組合件之間的距離。所述結構還可包括自動化系統，所述自 動化系統用於監視連結的剛度，將其與預定值進行比較，並響應於所述比較調節 連結的剛度。在又一較佳實施例中，在將所述軸端組合件固定至對應的軸端時， 所述撓性構件從一個軸端向另一個軸端傳遞轉矩。如上所述，可通過以下方式或 這些方式的組合改變所述結構的剛度提供具有不同組成的撓性構件；提供不同 尺寸的撓性構件；改變軸端組合件上的外板與內板之間的距離；改變第一與第二 軸端組合件之間的距離。在又一較佳實施例中，以可重新閉合的方式將至少一個 軸端組合件分割為至少2個橫向區段。這種橫向分割可便於軸端組合件在對應軸 端上的置放。在另一較佳實施例中，本發明提供一種連結可旋轉軸的方法，所述方法包括 以下步驟提供第一和第二軸端組合件，其各自包括相對的外板和內板，所述外 板和內板界定用於接納對應的軸端的中心鏜孔和多個用於支撐撓性構件的孔；提 供多個撓性構件；將所述軸端組合件置於對應的軸端上；並環繞所述軸端穿過第 一和第二軸端組合件的板中的孔插入所述撓性構件。所述方法還可包括改變所述 軸端之間的連結剛度的步驟。在又一較佳實施例中，改變連結剛度的步驟可通過以下方式或這些方式的組 合實現提供具有不同組成的撓性構件；提供不同尺寸的撓性構件。或者，改變 連結剛度的步驟可通過以下方式或這些方式的組合實現改變軸端組合件上的外 板與內板之間的距離；改變第一與第二軸端組合件之間的距離。可在所述結構就 位於軸端上之後，即在將所述軸端組合件置於對應的軸端上並穿過所述板中的孔 插入撓性構件之後執行這個步驟。上述方法還可包括提供自動化系統的步驟，所 述自動化系統用於監視連結的剛度，將其與預定值進行比較，並響應於所述比較 調節連結的剛度。在又一較佳實施例中，所述方法還可包括將所述軸端組合件固定至其對應的 軸端的步驟。這允許所述撓性構件從一個旋轉軸向另一個軸傳遞轉矩。在另一較佳實施例中，所述方法還可包括以可重新閉合的方式將至少一個軸
端組合件分割為至少2個橫向區段的步驟，這可便於將所述軸端組合件置於對應 的軸端上。


根據以下詳細說明，本發明的這些和其它目的將變得顯而易見。 圖1描繪處於其未變形位置中的具有鉸鏈連接的本發明結構。圖2描繪處於變形位置中的圖1的結構。
圖3描繪不具有鉸鏈連接的本發明結構，所述結構支撐一對在角度上彼此位 移的軸。
圖4描繪圖3的結構，其支撐一對在橫向上彼此位移的軸。 圖5描繪在扭轉負荷下的圖4的結構。
具體實施例方式
本發明提供一種結構，所述結構定位旋轉軸且在需要連續傳遞旋轉運動時在 彼此不對齊或時常會變得不對齊的軸或軸段之間傳遞旋轉運動。本發明可降低轉 矩或扭轉瞬變對旋轉定位和旋轉運動的連續傳遞的不期望的影響。
在本發明的一個實施例中，所述結構通過鉸鏈連接支撐兩個軸段的相交點。 這個實施例可用於其中軸段相交但在軸線之間存在不同斜度的應用中。在本發明的另一個實施例中，所述結構支撐不相交的軸段。這個實施例可用 於其中軸段在平移(橫向偏移)及旋轉(斜度)兩者上均不對齊的應用中。
所述結構包括支撐多個撓性構件的第一和第二軸端組合件。每一軸端組合件 均包括相對的外板和內板。每一組合件中的板界定用於接納對應軸端的中心鏜孔 和多個用於支撐撓性構件的孔，所述撓性構件環繞軸端延伸穿過所述板。在將所 述軸端組合件固定至軸端時，所述結構可將轉矩從一個旋轉軸傳遞到另一個軸。
外板與內板間隔開一段距離。所述軸端組合件可包括間隔物以維持這個分 離。例如，所述間隔物可為從內板至少延伸至外板的管狀構件，所述管狀構件內 徑的尺寸經確定以含納軸端。如在我們的第10/348,036號共同待決的美國專利申 請案中更全面闡述的那樣，所述間隔物也可為一對伸縮管以便可改變內板與外板 之間的距離。
軸端可接納於設置在一對板中的鏜孔內，其中外板定位在其相應軸的端部處 或其附件。每一板均可沿所述軸的軸線調節。可通過定位螺絲、滑動花鍵或現有 技術中已知的允許在支撐件與軸之間傳遞轉矩的其他方法來固定所述板，以防止 其在相應的軸上旋轉。如在我們的共同待決的第10/348,036號美國專利申請案中所述的那樣，可將 所述板及相關聯的管狀構件在橫向上分割為兩個或兩個以上區段，以便於安裝和
維護。這些區段可(例如)包括上半圓柱形區段和下半圓柱形區段。所屬領域的 技術人員將認識到，其他形狀的區段(不是相等的半或不是圓柱體的部分)也可 用於本發明中。在將所述板和管狀構件分割為上半圓柱形區段和下半圓柱形區段 時，可通過使用任何傳統的緊固裝置(包括但不限於螺絲、螺栓、夾具、和帶箍) 將所述兩個半圓柱體緊固在一起來固定所述區段。經分割的板和管狀構件也可使 用鉸鏈和傳統的緊固件來固定，包括但不限於搭鎖夾、管夾、螺栓、和螺絲。外板和內板界定多個孔。外板中的孔的圖案對應於內板中的孔的圖案。在本 發明的一較佳實施例中，所述孔布置成距中心鏜孔固定距離的大體圓形圖案。所 述多個孔支撐撓性構件，所述撓性構件環繞軸端延伸穿過所述板。可通過以下方式或這些方式的組合來改變撓性接頭的剛度改變撓性構件的 組成或尺寸；改變一個軸端組合件或兩個軸端組合件中的板之間的距離；改變軸 端組合件之間的距離。在將所述結構置於軸端上之前或之後，可(例如)以手動 方式或通過傳統的定位裝置來改變所述距離，傳統的定位裝置包括但不限於液壓 致動器、凸輪、和螺絲。由於可在軸端組合件和撓性構件保持在軸端上的適當位 置中的同時調節剛度，因此剛度調整不僅可在軸處於靜止狀態時進行，而且也可 在軸正旋轉時進行。本發明的結構可在運行中易於適應不斷改變的條件。所述結 構還可包括自動化系統，其用於監視連結的剛度，將其與預定值進行比較，並響 應於所述比較調節連結的剛度。所述撓性接頭可用作扭轉彈簧，以隔離負荷和旋轉瞬變，而負荷和旋轉瞬變 可不利地影響旋轉定位及/或旋轉運動的連續傳遞。可調節此扭轉彈簧的剛度，以 適應功率傳遞系統的隔離和負荷傳遞要求。所述撓性接頭可包括大量的負荷傳遞 撓性元件，由此在一個或一個以上元件受到損壞或發生故障的情況下提供高水平 的冗餘和可靠性。可改變所述撓性元件的剛度，且進而改變所述接頭的剛度，以增強對組件在 所述接頭任一側上的諸多位移改變所致振動的隔離。除提供扭轉剛度(即環繞所 述接頭任一側的旋轉軸線的相對角位移)以外，所述接頭還可隔離因以下情況發 生的振動(1)當所述接頭從所述接頭側的旋轉軸線的共線性條件發生改變時的 相對角位移，和(2)所述接頭的兩側的相對線性位移沿垂直於所述接頭任一側 的旋轉軸線的軸線或沿所述接頭任一側的旋轉軸線發生改變。同樣，如在我們的共同待決的第10/348,036號美國專利申請案中所述，本發 明的結構本身能夠相對於外殼運動。接觸裝置102附裝至板的外部或固定至板的 框架，以使所述結構可在外殼內自由地旋轉及/或滑動。接觸裝置102可為軸承、 自立輪、輪或其他適合結構，所述適合的結構以允許所述結構相對於外殼旋轉及 /或滑動的方式嚙合外殼的內徑。或者，外殼可具有以可滑動方式嚙合支撐結構的 外部的內軸承套。如圖1和2中所示，在本發明的一個實施例中，所述結構在兩個並非共線性 但具有相交軸線的旋轉軸(C)之間傳遞轉矩。
轉矩是通過撓性元件(E)傳遞的，撓性元件(E)是通過形成於外支撐板(A)和內支撐板(B)中的孔來支撐。
每一支撐板均可沿其相應軸(C)的軸線調節。可通過定位螺絲(如圖所示)、 滑動花鍵或現有技術中已知的允許在支撐件與軸之間傳遞轉矩的其他方法來固 定支撐板，以防止其在相應的軸上旋轉。可通過鉸鏈連接(D)使所述結構對齊，以確保軸線相交。鉸鏈連接(D) 提供對齊，且如果需要，則沿所述軸提供軸向負荷。
如圖3-5中所示，在本發明的另一實施例中，所述結構通過在兩個並非共線 性且不具有相交軸線的旋轉軸(c)之間的連接傳遞轉矩。轉矩是通過撓性元件 (E)傳遞的，而撓性元件(E)通過外支撐板(A)和內支撐板(B)中的孔來 支持。
每一支撐板均可沿其相應軸(C)的軸線調節。可通過定位螺絲(如圖所示)、 滑動花鍵或現有技術中已知的允許在支撐件與軸之間傳遞轉矩的其他方法來固 定支撐板，以防止其在相應的軸上旋轉。
可通過所屬領域的技術人員已知的多種技術和方法來實現本發明的較佳實 施例。對於與本發明有關的所屬領域的技術人員而言，上述說明將建議多種差別 懸殊的實施例，此並不違背本發明的意圖和範圍。
本文中的說明和揭示內容僅出於說明的目的，且不應理解為限制本發明的範圍。
權利要求
1、一種用於連結可旋轉軸的結構，其包括第一和第二軸端組合件，每一組合件均包括相對的外板和內板，每一組合件中的所述板界定用於接納對應的軸端的中心鏜孔和多個用於支撐述撓性構件的孔；及多個撓性構件，所述撓性構件環繞所述軸端從所述第一軸端組合件的所述板延伸至所述第二軸端組合件的所述板。
2、 如權利要求l所述的結構，其中可通過選自以下各種方法中的方法及這 些方法的組合來改變所述軸端之間的所述連結的剛度提供具有不同組成的撓性 構件；提供不同尺寸的撓性構件；改變軸端組合件上的外板與內板之間的距離； 改變所述第一與第二軸端組合件之間的距離。
3、 如權利要求1所述的結構，其中可在所述結構就位於所述軸端上的同時 改變所述軸端之間的所述連結的剛度。
4、 如權利要求3所述的結構，其中可通過選自以下各種方法中的方法及這 些方法的組合來改變所述連結的剛度改變軸端組合件上的外板與內板之間的距 離；改變所述第一與第二軸端組合件之間的距離。
5、 如權利要求4所述的結構，其進一步包括自動化系統，其用於監視所述連結的剛度，將其與預定值進行比較，並響應 於所述比較調節所述連結的剛度。
6、 如權利要求1所述的結構，其中在將所述軸端組合件固定至所述對應軸 端時，所述撓性構件將轉矩從一個軸端傳遞到另一個軸端。
7、 如權利要求6所述的結構，其中可通過選自以下各種方法中的方法及這 些方法的組合來改變所述結構的剛度提供具有不同組成的撓性構件；提供不同 尺寸的撓性構件；改變軸端組合件上的外板與內板之間的距離；改變所述第一與 第二軸端組合件之間的距離。
8、 如權利要求l所述的結構，其中將所述軸端組合件中的至少一者以可重 新閉合的方式分割為至少2個橫向區段，以便於所述軸端組合件置放於所述對應 軸端上。
9、 一種連結可旋轉軸的方法，其包括提供第一和第二軸端組合件，每一組合件均包括相對的外板和內板，所述板 的每一者界定用於接納對應軸端的中心鏜孔和多個用於支撐撓性構件的孔； 提供多個撓性構件；且將所述第一和第二軸端組合件置於對應的軸端上；及環繞所述軸端穿過所述第一軸端組合件的所述板中的孔和所述第二軸端組 合件的所述板中的孔插入所述撓性構件。
10、 如權利要求9所述的方法，其進一步包括改變所述軸端之間的所述連結 的剛度的步驟。
11、 如權利要求IO所述的方法，其中改變所述連結的剛度的所述步驟是通 過選自以下各種方法中的方法及這些方法的組合來完成的提供具有不同組成的 撓性構件；提供不同尺寸的撓性構件。
12、 如權利要求10所述的方法，其中改變所述連結的剛度的所述步驟是通 過選自以下各種方法中的方法及這些方法的組合來完成的改變軸端組合件上的 外板與內板之間的距離；改變所述第一與第二軸端組合件之間的距離。
13、 如權利要求12所述的方法，其中改變所述連結的剛度的所述步驟是在 以下步驟之後執行將所述軸端組合件置於所述對應軸端上及穿過所述軸端組合件的所述板中的所述孔插入所述撓性構件。
14、 如權利要求13所述的方法，其進一步包括提供自動化系統，其用於監視所述連結的剛度；將其與預定值進行比較；及 響應於所述比較調節所述連結的剛度。
15、 如權利要求9所述的方法，其進一步包括以下步驟 將所述軸端組合件固定至其對應的軸端上，以使所述撓性構件將轉矩從一個旋轉軸傳遞到另一個軸。
16、 如權利要求9所述的方法，其進一步包括以下步驟 以可重新閉合的方式將所述軸端組合件中的至少一者分割為至少2個橫向區段，以便於所述軸端組合件置放於所述對應軸端上。
全文摘要
本發明提供一種定位旋轉軸且允許在彼此不對齊或時常會變得不對齊的軸或軸段之間連續傳遞旋轉運動的結構。本發明可降低轉矩或扭轉瞬變對旋轉定位和旋轉運動的連續傳遞的不期望的影響，以及可降低因接頭任一側上的線性或其他角位移而導致的振動。所述結構包括相對的外板和內板，其各自嚙合對應的軸或軸段。所述板界定多個支撐撓性構件的孔。所述撓性構件環繞軸端延伸穿過相鄰的軸或軸段上的板。通過所述撓性構件可將轉矩從一個軸傳遞至另一個軸。
文檔編號F16D3/50GK101120181SQ200580045802
公開日2008年2月6日 申請日期2005年11月16日 優先權日2004年11月16日
發明者約翰·坎寧安, 羅伯特·C·鮑瑙希克, 羅伯特·E·勒默爾 申請人:賽康有限公司