多重固有頻率耦合設備的制作方法

本發明涉及一種用于驅動線的多重固有頻率耦合設備，并且具體而言涉及一種在驅動部件與被驅動部件之間延伸的耦合設備，其中耦合設備可以通過改變耦合設備的扭轉剛度且避免與驅動線的特定固有頻率相關聯的振動和諧振，來提供驅動線的多個固有頻率。

背景技術：

固有頻率是每個機器、結構和物體的特征。固有頻率是系統的自由振動的頻率，其中系統振動以耗散其能量。以孤度每秒表示的物體的角度固有頻率(w_n)是其剛度(k)及其質量(m)的函數，如通過以下等式所呈現：

如果更改物體的剛度(k)或質量(m)中的任一個，那么固有頻率將發生改變。

當固有頻率通過一些外力激發時，可以引起振動的幅值的增大。此類外力可以通過驅動驅動線的旋轉來形成。當激發驅動線的固有頻率時，系統的操作速度被定義為“臨界速度”。如果驅動線在臨界速度下操作并且并未呈現驅動線的抑制，那么通過固有頻率形成的振動可能損壞或毀壞驅動線。

當應用于旋轉裝置的各種測試設備時，在驅動線中通過此類固有頻率形成的振動可以具有負面的后果。例如，在當今的汽車行業中，發動機和變速器必須在它們在工廠地板上組裝之后且在它們被組裝到機動車輛中之前進行冷和熱測試。此類測試通常涉及將發動機或變速器連接到驅動線系統，該驅動線系統使發動機或變速器在耦合到測試機的同時旋轉或自旋。在測試發動機或變速器中，驅動線系統在各種操作速度或每分鐘轉速(rpms)下使發動機或變速器旋轉或自旋以便在各種條件下測試發動機和變速器。然而，當驅動或旋轉測試機的軸桿時，軸桿可以達到固有頻率，由此造成驅動線系統諧振和振動。當然，這將影響發動機或變速器的測試結果，由此關于發動機或變速器的測試性能提供可能錯誤的指示。在更糟的情況的情境中，來自固有頻率的所得的諧振和振動的發生可能影響或損壞發動機或變速器。雖然改變驅動線的旋轉速度可以避免實現驅動線的固有頻率，但是此類測試設備通常需要測試產物在特定的速率和時間處旋轉由此禁止改變驅動線速度的選擇。

期望的是提供可以有效地改變驅動線的固有頻率以便避免與驅動線的特定固有頻率相關聯的振動和諧振的耦合設備。

技術實現要素：

本發明提供多重固有頻率耦合設備以用于將旋轉驅動部件連接到驅動線的可旋轉被驅動部件。本發明的耦合設備提供基本上圓柱形的殼體，該殼體具有縱軸以及與縱軸同軸地對齊并且連接到殼體的基本上圓柱形的外部軸桿。基本上圓柱形的內部軸桿與縱軸同軸地對齊并且具有不同于外部軸桿的扭轉剛度。基本上圓柱形的流體卡盤殼體與縱軸同軸地對齊并且連接到內部軸桿。基本上圓柱形的可收縮套管與縱軸同軸地對齊并且安置在流體卡盤殼體與外部軸桿之間，其中可收縮套管可以在非致動位置與致動位置之間移動，在非致動位置中，可收縮套管不嚙合外部軸桿，由此提供對應于第一固有頻率的耦合設備的第一扭轉剛度，在致動位置中，可收縮套管嚙合外部軸桿，由此提供對應于第二固有頻率的耦合設備的第二扭轉剛度。基本上圓柱形的軸承可以與所述縱軸同軸地對齊并且位于殼體與流體卡盤殼體之間，其中承受連接到殼體以用于可旋轉地支撐流體卡盤殼體。

流體卡盤殼體包括環狀凹部以用于容納可收縮套管以及與凹部連通的通道，其中通道是可與經加壓流體源連通的以用于將經加壓流體傳送到凹部并且從凹部傳送經加壓流體。當流體卡盤殼體中的凹部和通道被經加壓流體加壓時，可收縮套管可以移動到致動位置，并且當凹部和通道沒有經加壓流體加壓時可收縮套管可以移動到非致動位置。

基本上圓柱形的安裝圓盤與縱軸同軸地對齊并且連接到殼體和內部軸桿，其中安裝圓盤可連接到被驅動部件。殼體可以連接到驅動部件。

第一減震器與縱軸同軸地對齊并且連接到流體卡盤殼體以用于影響扭轉剛度且吸收振動。減震器可以是可連接到驅動部件。第一減震器可以提供與縱軸同軸地對齊且連接到流體卡盤殼體的基本上圓柱形的凸緣。基本上圓柱形的扭轉兼容耦合元件可以與縱軸同軸地對齊并且連接到凸緣。凸緣可連接到驅動部件。

第二減震器也可以與縱軸同軸地對齊并且連接到內部軸桿和殼體以用于影響扭轉剛度且吸收振動。第二減震器可以包括與縱軸同軸地對齊且連接到流體卡盤殼體的基本上圓柱形的凸緣。基本上圓柱形的扭轉兼容耦合元件可以與縱軸同軸地對齊并且連接到凸緣。基本上圓柱形的安裝圓盤可以與縱軸同軸地對齊并且連接到凸緣，其中安裝圓盤可連接到被驅動部件。

外部軸桿可具有與內部軸桿相比更大的扭轉剛度。

附圖說明

本發明的設備的各種特征、優點以及其它用途通過參考以下詳細描述以及圖式將變得更顯而易見，在圖式中：

圖1是示出本發明的多重固有頻率耦合設備的截面圖；

圖2是具有抑制模式和非抑制模式的本發明的多重固有頻率耦合設備的截面圖；

圖3是具有雙重抑制模式的本發明的多重固有頻率耦合設備的截面圖；以及

圖4是具有用于供應經加壓流體的旋轉接頭的本發明的多重固有頻率耦合設備的截面圖；

具體實施方式

參考圖式，現在將參考所公開的實施例詳細地描述本發明。

本發明提供多重固有頻率耦合設備10以用于將旋轉驅動部件(未示出)連接到驅動線(未示出)的可旋轉被驅動部件(未示出)。本發明的耦合設備10可以用于各種驅動線應用，其中旋轉系統對來自驅動線的固有頻率的諧振和振動敏感。雖然以下內容并未是包含性列表，但是此類驅動線可以包括汽車發動機測試機、汽車變速器測試機、船舶推進驅動線、壓縮機驅動線、泵送動作驅動線等。本發明的耦合設備10放置在驅動部件與驅動線或可旋轉系統的被驅動部件之間并且連接到驅動部件和驅動線或可旋轉系統的被驅動部件。為了阻止驅動線以固有頻率旋轉并由此造成驅動線中的振動和諧振，耦合設備10具有改變驅動線的固有頻率的能力。如前文所述，固有頻率是系統的剛度和質量的函數，并且由于耦合設備的質量保持相對恒定，所以耦合設備10的固有頻率將在改變其扭轉剛度之后發生改變。這是通過使耦合設備10提供這樣的結構來實現的，這樣的結構允許扭轉通過具有不同扭轉剛度的兩個不同結構來傳輸。如在圖1至圖3中所見，耦合設備10提供可以在非致動位置與致動位置之間移動的可收縮套管50，在非致動位置中扭轉通過具有第一扭轉剛度的耦合設備10的內部軸桿38來傳輸，在致動位置中扭轉通過具有第二扭轉剛度的耦合設備10的外部軸桿34傳輸來。扭轉剛度的差異允許耦合設備10在兩個不同的固有頻率下操作。不是由驅動線激發的固有頻率是所利用的固有頻率，因為這將是不會從固有頻率中形成振動和諧振的應用。耦合設備10還可以包括減震器52、68，這些減震器可以有助于吸收驅動線中的任何振動，同時還通過改變耦合設備10的扭轉剛度來影響固有頻率。

如在圖1中所見，耦合設備10提供基本上圓柱形的殼體12，該圓柱形殼體具有大體上U形的截面，該U形截面具有基本上圓形的底壁15和環形側壁16、17，這些側壁與底壁15的每一側整合在一起并且從底壁15的每一側延伸。環形側壁16具有與環形側壁17相比較小的直徑且較長的長度。殼體12關于縱軸13基本上同心，其中殼體12具有延伸穿過底壁15并且與縱軸13同軸的孔口18。殼體12可由高強度材料制造，例如，鋼、鋁或金屬合金。

為了可旋轉地支撐耦合設備10的內部機構，套筒軸承14沿著殼體12的環形側壁16的內徑或表面安放。套筒軸承14是基本上圓柱形的，并具有從套筒軸承14的一端徑向向外延伸的環形輪緣19。套筒軸承14的輪緣19安放在形成于殼體12的環形側壁16的端部中的配對凹陷21內，并且套筒軸承14的相對端安放在提供于殼體12的環形側壁16的內徑中的配對凹陷22內。套筒軸承14通過使用常規的緊固件24被連接到殼體12，該緊固件延伸穿過提供于套筒軸承14的輪緣19的帶螺紋的孔口以及殼體12的環形側壁16的端部。套筒軸承14與縱軸13和殼體12同軸地對齊。

為了將來自驅動部件的扭轉傳輸到被驅動部件，耦合設備10提供基本上圓柱形的流體卡盤殼體26，該流體卡盤殼體鄰近套筒軸承14定位且與縱軸13、套筒軸承14和殼體12呈同軸關系。流體卡盤殼體26具有基本上U形的截面，且具有基本上圓形的底壁27以及延伸遠離底壁27的一體式環形側壁29。環形側壁29的外徑鄰近套筒軸承14的內徑定位，并且流體卡盤殼體26的底壁27閉合殼體12的一端。流體卡盤殼體26具有通道20，該通道通向并且穿過流體卡盤殼體26的底壁27和環形側壁29。通道20通向凹部32并且與凹部32連通，該凹部32形成于流體卡盤殼體26的環形側壁29的內徑中。從流體卡盤殼體26的底壁27引導出的通道20的入口可具有連接到其上的管30，該管通向經加壓流體源(未示出)并且與經加壓流體源連通。流體卡盤殼體26可通過高強度材料制造，例如，鋼、鋁或金屬合金。

為了提供具有不同固有頻率的耦合設備，外部軸桿34基本上是圓柱形的并且使其外徑在流體卡盤殼體26的內徑內并且鄰近流體卡盤殼體26的內徑延伸。外部軸桿與縱軸13、流體卡盤殼體26、套筒軸承14和殼體12同軸地對齊。通過鄰近流體卡盤殼體26的內徑，外部軸桿34的外徑限定形成于流體卡盤殼體26中的凹部32的部分。外部軸桿34穿過常規的緊固件36連接到殼體12的底壁15，該緊固件36延伸穿過殼體12的底壁15并且進入到外部軸桿34的端部中。外部軸桿34可以由高強度材料制造，例如，鋼、鋁或金屬合金，其中外部軸桿34具有預定的第一扭轉剛度。

在外部軸桿34內的是內部軸桿38，該內部軸桿基本上是圓柱形的并且沿著縱軸13、外部軸桿34、流體卡盤殼體26、套筒軸承14和殼體12同軸地延伸。內部軸桿38的外徑與外部軸桿34的內徑徑向間隔開并且從流體卡盤殼體26的底壁27延伸穿過殼體12中的孔口18。內部軸桿38通過使用常規的緊固件40而被連接到流體卡盤殼體26的底壁27，該緊固件延伸穿過流體卡盤殼體26的底壁27并且進入到內部軸桿38的端部中。內部軸桿38具有從內部軸桿38的一端徑向向外延伸的一體式輪緣39。內部軸桿38通過使用常規的緊固件44而連接到安裝圓盤42，該緊固件延伸穿過內部軸桿38的輪緣39并且進入到安裝圓盤42中。內部軸桿38可以由高強度材料制造，例如，鋼、鋁或金屬合金，其中內部軸桿38具有不同于外部軸桿34的第二扭轉剛度。

為了將耦合設備10連接到被驅動部件，安裝圓盤42具有與縱軸13同軸地對齊的基本上圓柱形的配置。安裝圓盤42具有基本上圓形的底壁43，該底壁具有遠離底壁43延伸的一體式環形側壁45。然而，安裝圓盤42不僅如先前描述地連接到內部軸桿38，而且安裝圓盤42還通過使用常規的緊固件46而被連接到殼體12的環形側壁17，該緊固件延伸穿過安裝圓盤42的環形側壁45和殼體12的環形側壁17。安裝圓盤42提供延伸穿過底壁43的帶螺紋的孔口48以用于接收帶螺紋的緊固件(未示出)，以用于將被驅動部件連接到其上。安裝圓盤42可由高強度材料制造，例如，鋼、鋁或金屬合金。

為了改變與耦合設備10相關聯的固有頻率，可收縮套管50安置在提供于流體卡盤殼體26與外部軸桿34之間的凹部32內。可收縮套管50具有基本上環形的配置并且與縱軸13、流體卡盤殼體26和外部軸桿34同軸地對齊。可收縮套管50具有在非致動位置與致動位置之間移動的能力，在非致動位置中在凹部32內不提供經加壓流體并且流體卡盤殼體26的通道28由此允許可收縮套管50松弛且并不嚙合外部軸桿34，在致動位置中流體卡盤殼體26的凹部32和通道28通過經加壓流體被加壓，由此迫使可收縮套管50嚙合外部軸桿34。當可收縮套管50處于致動位置時，當流體卡盤殼體26被驅動部件驅動時，與可收縮套管50結合的流體卡盤殼體26驅動外部軸桿34的旋轉。當可收縮套管50處于非致動位置時，流體卡盤殼體26并不直接地驅動外部軸桿34而是通過內部軸桿38來傳輸扭轉，這是由于內部軸桿與流體卡盤殼體26直接連接，其中流體卡盤殼體26直接地被驅動部件驅動。

如前文所述，耦合設備10的固有頻率受外部軸桿34和內部軸桿38的扭轉剛度的影響。外部軸桿34具有高于內部軸桿38的扭轉剛度，盡管內部軸桿38可具有高于外部軸桿34的扭轉剛度，前提是內部軸桿38和外部軸桿34的扭轉剛度是不同的。由于耦合設備10的固有頻率是基于其扭轉剛度和質量的，所以耦合設備10的扭轉剛度將影響驅動線的固有頻率。耦合設備10的質量保持相對相同，因為進入并離開流體卡盤殼體26的經加壓流體的質量相對于耦合設備10的質量是可忽略的。當可收縮套管50沒有被致動時，扭轉從驅動部件被傳輸到流體卡盤殼體26并且穿過內部軸桿38。這基于內部軸桿38的扭轉剛度而形成了對應于耦合設備10的第一扭轉剛度的耦合設備10的第一固有頻率。當可收縮套管50被致動時，扭轉從驅動部件直接地傳輸到流體卡盤殼體26并且穿過具有與內部軸桿38不同的扭轉剛度的外部軸桿34。這基于耦合設備10的外部軸桿34的第二扭轉剛度而形成了耦合設備10的第二固有頻率。通過用經加壓流體對可收縮套管50進行致動和去致動，耦合設備10可以提供驅動線的兩個固有頻率的選擇，由此確保驅動線將不經歷固有頻率以及與此類固有頻率相關聯的振動和諧振中的至少一個。

在替代實施例中，經加壓流體可以通過使用不同結構而被供應到耦合設備10的凹部32。如在圖4中所見，旋轉接頭90可被連接到殼體12的外徑。旋轉接頭90提供延伸穿過殼體12、套筒軸承14以及流體卡盤殼體26并且與凹部32連通的通道92。軟管94連接到旋轉接頭90，由此將經加壓流體從經加壓流體源傳送到通道92，該通道繼而與凹部32連通。旋轉接頭90消除了在其它實施例中的對通過管30所呈現的中心饋送的需要。

在本發明的另一個實施例中，減震器52可以結合耦合設備10使用以吸收驅動線中的振動，同時還提供影響扭轉剛度的構件，并且因此影響耦合設備10的固有頻率。減震器52是常規的并且可以提供不同配置和安裝結構。如在圖2中所見，減震器52具有通過使用常規的緊固件56而被連接到內部軸桿38的一端的基本上圓柱形的內部凸緣54，該緊固件延伸穿過內部軸桿38的輪緣39并且進入到內部凸緣54中。減震器52的內部凸緣54與縱軸13同軸地對齊并且可以由高強度材料制造，例如，鋼、鋁或金屬合金。由柔性抑制材料制造的基本上環形的扭轉兼容耦合元件58被連接到內部凸緣54的外周并且與縱軸13同軸地對齊。基本上環形的外部凸緣60通過使用常規的緊固件62而被連接到內部凸緣54。外部凸緣60也與縱軸13同軸地對齊并且由高強度材料制造，例如，鋼、鋁或金屬合金。扭轉兼容耦合元件58具有沿著耦合元件58的兩側延伸的支撐側面64，其中耦合元件58的支撐側面64通過使用常規的緊固件66而被連接到外部凸緣60。外部凸緣60的外周通過使用常規的緊固件67而被連接到殼體12和安裝圓盤42。安裝圓盤42提供延伸穿過底壁43的帶螺紋的孔口48，以用常規的緊固件來將安裝圓盤42連接到被驅動部件，如先前所描述。

在此實施例中，減震器52被連接到內部軸桿38，并且因此當可收縮的套管50處于非致動位置時耦合設備10的扭轉剛度受到影響，這是因為當可收縮套管50沒有被致動時流體卡盤殼體26直接地驅動內部軸桿38。當可收縮套管50被致動時，流體卡盤殼體26直接地驅動外部軸桿34，如在先前實施例中所描述的。同樣地，耦合設備10配備有兩個可能的固有頻率，其中固有頻率中的一個將受減震器52的扭轉剛度的影響。

在本發明的另一實施例中，與第一減震器52相比，第二減震器68放置在耦合設備10的相對端處。第二減震器68也是常規的并且可以提供不同配置和安裝結構。如在圖3中所見，第二減震器68提供基本上圓柱形的內部凸緣70，該內部凸緣具有基本上圓形的底壁71以及從底壁71延伸的環形側壁73。內部凸緣70通過使用常規的緊固件72而被連接到流體卡盤殼體26，該緊固件延伸穿過內部凸緣70的底壁71并且進入到流體卡盤殼體26的底壁中。孔口74可以提供于內部凸緣70的底壁71中以用于允許管30從流體卡盤殼體26延伸并且穿過內部凸緣70到達經加壓流體源。內部凸緣70與縱軸13同軸地對齊并且由高強度材料制造，例如，鋼、鋁或金屬合金。具有基本上圓柱形配置的扭轉兼容耦合元件76被連接到內部凸緣70的外圍。扭轉兼容耦合元件76由柔性抑制材料制造，該材料具有一對支撐側面78以用于緊固和支撐扭轉兼容耦合元件76。扭轉兼容耦合元件76的支撐側面78中的一個通過使用常規的緊固件82而被連接到內部凸緣70。扭轉兼容耦合元件76的相對支撐側面78通過常規的緊固件86被連接到第二減震器68的外部凸緣84。外部凸緣84是基本上圓柱形的且與縱軸13同軸地對齊，并且由高強度材料制造，例如，鋼、鋁或金屬合金。外部凸緣84通過使用常規的緊固件82而被連接到內部凸緣70。外部凸緣84可以被連接到驅動部件。

通過在耦合設備10的兩端處添加減震器52、68，減震器52、68可以應用于耦合設備10的非被致動位置和被致動位置。無論是通過內部軸桿38或者是通過外部軸桿34來傳輸扭轉，耦合設備10都將實現抑制效應。減震器52、68還將吸收驅動線中的一定量的振動，同時當可收縮套管50處于非被致動位置或被致動位置中的任一者時還影響耦合設備10的扭轉剛度。

本發明還預測串聯連接的多個耦合設備的使用，使得可以在單個驅動線中建立多重扭轉剛度。這將提供可以針對驅動線建立的眾多固有頻率，由此使得驅動線在固有頻率下旋轉的可能性更小。

在操作中，耦合設備10的一端連接到驅動部件并且相對端連接到被驅動部件。耦合設備10的管30連接到經加壓流體源。取決于驅動線的旋轉速度，耦合設備10可以在非致動位置中開始，其中可收縮套管50并不嚙合外部軸桿34，由此允許直接地穿過內部軸桿38來傳輸扭轉。如果驅動線達到造成驅動線中的振動和諧振的固有頻率，那么耦合設備10可以移動到致動位置，由此經加壓流體穿過通道28被提供并且進入到凹部32中。經加壓流體將可收縮套管50移動到致動位置中，其中可收縮套管50嚙合外部軸桿34，由此允許扭轉穿過耦合設備10的外部軸桿34來傳輸。由于外部軸桿34具有與內部軸桿38相比不同的扭轉剛度，所以將建立不同的固有頻率。假定驅動線在相同旋轉速度下被驅動，那么將不會達到不同的固有頻率，并且因此，驅動線將不會經歷第一固有頻率的振動或諧振。

雖然已結合目前所認為的最實用和優選的實施例描述本發明，但應理解，本發明并不限于所公開的實施例，而是相反，意圖涵蓋包括在所附權利要求書的精神和范圍內的各種修改以及等效布置，所附權利要求書的范圍應被賦予最廣泛的解釋，以便使其涵蓋如法律所允許的所有此類修改以及等效結構。