微型剪切毂双环隔离器的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求保护于2016年4月5日提交的美国非临时申请号15/091,210的优先权，该美国非临时申请要求保护于2015年8月11日提交的美国临时专利申请号62/203,659的权益，以上各个申请的全部披露内容通过引用结合于此。

本披露总体上涉及一种汽车排气系统隔离器。更具体地，本披露涉及一种隔离器，该隔离器被配置成用于提供非常软性的居中比率，但仍具有承受峰值耐久性荷载的能力。

背景技术：

此部分的陈述只提供与本披露相关的背景信息、并且可能不构成现有技术。

典型地，包括汽车和卡车的机动车辆具有内燃发动机，该内燃发动机至少被联接至变速器和差速器以用于向车辆的驱动轮提供动力。发动机排气系统(通常包括排气管、催化转换器和消声器)被附接至发动机以使燃烧过程安静、清洁排气、并且引导燃烧产物远离发动机通向通常在车辆后部处的期望位置。排气系统由定位在排气系统与车身的框架或一些其他的支撑结构之间的排气安装件支撑。为了防止发动机振动传递到车身，排气安装件结合有柔性构件或弹性悬挂构件以使车辆的排气系统与车身隔离。为了使车辆的排气系统与车辆的车身有效地隔离，优选的是，隔离器包括软性挠曲居中比率。

常见的现有技术的排气安装件或隔离器包括双孔摆式橡胶隔离器，这些双孔摆式橡胶隔离器包括实心橡胶部件或圆盘，该实心橡胶部件或该圆盘的厚度为至少四分之三英寸并且设置有穿过其延伸的至少一对孔口。这些孔口各自接纳一个长形的金属螺柱吊件。金属螺柱吊件通常具有扩大的锥形头部，扩大的锥形头部可以被迫使穿过隔离器中的孔口，但是不能容易地从隔离器上移除。吊件的相反端被焊接至或者以其他方式固定至车辆中的支撑点上或者排气系统的部件之一上。

用于隔离器的其他设计包括具有单孔轮辐设计的弹性体模制件，其中轮辐被加载以使其承受拉力和压缩，弹性体模制件具有单孔剪切支腿设计，该单孔剪切支腿设计包括在主要加载方向上经受剪切的一对模制支腿，并且弹性体模制件具有钟形设计。

用于排气隔离器组件中的大多数高温弹性体由于低撕裂强度特性而表现出较差的拉伸疲劳特性。因此，优选的是使弹性体材料加载以使其承受压缩或剪切。例如，如上所述，圆盘设计提供在弹性体元件的相反端处插入两个销，这允许在连接两端的弹性体绳索上加载以使其承受拉力。虽然这通常是最低成本的设计，但也是对材料的最大滥用。为了抵消故障风险，柔性带和/或刚性带通常被设计在弹性体圆盘的内部或其外部周围。

轮辐设计的隔离器将弹性体材料加载以使其承受压缩和拉力。拉伸荷载使得设计在超载条件下容易断裂。应力大小直接与最小的轮辐截面积与荷载之比成比例。轮辐设计的另外的要求是，在通过排气的重量静态预加载时，使得配对部件或吊件销在挠曲区域内居中。如果不是这样，则被设计到隔离器中的空隙将达到底部或者被定位处于触底状态。这导致不能利用软性居中比率，从而不能达到隔离器的目的。

剪切支腿设计的隔离器具有通常为竖直的主要加载方向和通常为侧向的次要加载方向。当剪切支腿设计在其主要加载方向上加载时，加载方法是优选的剪切式加载。剪切式加载能够被设计成具有令人期望的柔软。但是，次要加载方向会产生不利于耐久性的拉伸压缩应力。另外，次要加载方向具有的软性居中比率比主要加载方向的软性居中比率硬两倍至三倍，这也是不利的条件。

弹性体安装件的持续发展已经涉及这样的弹性体安装件：其包括软性居中比率，同时避免了弹性体衬套的不期望的拉力荷载，并且避免了脆弱的应力集中。虽然在现有技术的剪切毂设计中已经实现了这一点，但是在空隙端部处的应力集中仍然是一个问题。

技术实现要素：

在一方面，本披露涉及一种用于从车辆的结构部分支撑排气部件的隔离器组件。该隔离器组件可以包括安装支架，该安装支架具有限定安装孔的一对间隔开的环。弹性体剪切毂部件可以被布置在该安装支架内。该弹性体剪切毂部件可以包括在该对间隔开的环之间延伸的外径(od)剪切毂、以及布置在该od剪切毂内的内径(id)剪切毂。该id剪切毂可以限定中央安装孔，该中央安装孔被适配成用于接纳外部吊件部件。

在另一方面，本披露涉及一种用于从车辆的结构部分支撑排气部件的隔离器组件。该隔离器组件可以包括安装支架，该安装支架具有一对间隔开的周向环，这些周向环限定圆形安装孔。可以包括布置在该安装支架内的弹性体剪切毂部件。该弹性体剪切毂部件可以包括在该对间隔开的环之间延伸的外径(od)剪切毂、以及布置在该od剪切毂内并且经由过渡部分连接至该od剪切毂的内径(id)剪切毂。该id剪切毂可以包括在总体上相反的方向上延伸的一对id剪切毂部分，这些剪切毂部分限定公共中央安装孔，该公共中央安装孔被适配成用于接纳外部吊件部件。

在又另一方面，本披露涉及一种用于从车辆的结构部分支撑排气部件的隔离器组件。该隔离器组件可以包括安装支架，该安装支架包括限定圆形安装孔的一对间隔开的周向环以及具有孔口的底壁。弹性体剪切毂部件可以被布置在该安装支架内。该弹性体剪切毂部件可以包括在该对间隔开的周向环之间延伸的外径(od)剪切毂、以及布置在该od剪切毂内并且经由过渡部分连接至该od剪切毂的内径(id)剪切毂。该id剪切毂可以包括在总体上相反的方向上延伸的一对镜像的id剪切毂部分，这些剪切毂部分限定共线中央安装孔，该共线中央安装孔被适配成用于接纳外部吊件部件。该对镜像的id剪切毂部分可以沿着其轴向长度在近似中点处通过该过渡部分被联接至该od剪切毂的近似中点。

从本文提供的说明中将清楚其他适用范围。应该理解，本说明和具体实例仅旨在用于例示的目的，而不是旨在限制本披露的范围。

附图说明

图1是车辆排气系统的等距视图；

图2包括根据本发明第一实施例的剪切毂隔离器的正视图和侧视图；

图3是图2的剪切毂隔离器的截面视图；

图4是图2的剪切毂隔离器的半透明的等距视图；

图5包括根据本发明第二实施例的剪切毂隔离器的两个等距视图；

图6是另一个实施例的隔离器安装支架的一部分的截面平面视图，示出了多个铆合肋，这些铆合肋用于接合紧固件并且用于从支架的压力配合紧固件释放在该支架上的应力；

图7是本披露另一个实施例的透视图，其中双环安装支架结合有外径(“od”)剪切毂和一对镜像的内径(“id”)剪切毂；

图8是根据图7中的截面线8-8截取的截面视图，更好地示出了该对镜像的id剪切毂；

图9是仅有双环安装支架和嵌入紧固件的透视图；

图10是本披露的另一个实施例的正视图，示出了具有od剪切毂和一对镜像的id剪切毂的双环安装支架，但是其中，剪切毂的压缩缓冲器延伸该对id剪切毂的整个轴向长度；

图11是图10的组件的透视图；

图12是根据图11中的截面线12-12截取的图11的组件的一部分的四分之一截面视图；

图13是根据本披露的双环隔离器组件的另一个实施例的正视立视图，其中，双环安装支架的夹紧面具有孔，该孔平行于安装支架的底面延伸穿过该夹紧面以提供贯穿螺栓支架的构型；

图14是图13的隔离器组件的透视图；并且

图15是根据本披露的隔离器组件的另一个实施例，其中，在od剪切毂与id剪切毂之间没有形成空隙以解除对螺栓头的橡胶拉力。

具体实施方式

以下对于优选实施例的说明实质上仅仅是示例性的，而决非旨在限制本披露、其应用或用途。

现在参照附图，在图1中示出了车辆排气系统10，该车辆排气系统包括根据本发明的排气系统隔离器100并且总体上用参考数字100指代。典型的车辆包括内燃发动机(未示出)、车身(未示出)、悬架系统(未示出)、和排气系统10，该排气系统附接至内燃发动机并且典型地被支撑在车辆下方。内燃发动机被设计成用于为车辆的一个或多个驱动轮提供动力，并且排气系统将燃烧产物引导至车辆外部周围的期望排气位置。

排气系统10包括消声器14、中间管12、催化转化器15、排气吊件销16、尾管18、和具有不同设计的多个隔离器组件100。中间管12通常连接至发动机或催化转化器15，该催化转化器然后附接至在发动机与催化转化器之间延伸的排气管。催化转化器15可以附接至通向单个排气歧管的单个排气管，或者该催化转化器可以附接至通向多个排气管的分支排气管，该多个排气管通向多个排气歧管。在一个替代性实施例中，中间管12可以附接至多个催化转化器，该多个催化转化器在消声器14上游连结在一起。在另一个替代方案中，车辆可以具有多个排气管、多个催化转化器、多个中间管、和连结在一起的多个消声器。应进一步理解的是，排气系统可以包括单个尾管或多个尾管。应该进一步理解，本发明的排气系统隔离器可以应用于任何类型的排气系统，包括但不限于具有从内燃系统延伸的两条平行排气路径的双排气系统。

排气系统10被用于将来自发动机的排气引导至车辆外部周围的期望位置。当穿过排气系统行进时，排气被催化转化器15清洁，并且消声器14使发动机中的燃烧过程中产生的噪声进行消音。本发明涉及排气系统隔离器100，该排气系统隔离器将排气系统10安装至车辆、同时隔离并且衰减排气系统10相对于车辆的运动。

现在参照图2至图4，排气系统隔离器组件100包括安装支架102和定位在安装支架内的弹性体本体104。安装支架102是限定用于弹性体本体104的支架安装孔112的金属或塑料部件。在支架安装孔112内，紧固件108(作t形螺栓在图3中最佳看出)被提供用于将排气系统隔离器组件100固定到车辆框架或者车辆的另一个结构部件上。虽然图2展示了支架安装面106总体上垂直于支架102的正面102a，但是将支架安装面106安排在需要使支架102与车辆的安装结构适当交界的任何定向上是在本披露的范围之内。

现在参照图3，隔离器支架102包括限定支架安装孔112的内圆周表面，该内圆周表面被粘结到弹性体本体104上。支架安装孔112包括螺栓头凹窝116(图4)，该螺栓头凹窝从隔离器支架102切出或者在隔离器支架中形成，以便为紧固件108的螺栓头118a提供空间。支架安装孔112包括邻近于螺栓头凹窝116的前缘114，该前缘在包括螺栓头凹窝116方向的所有方向上提供恒定的触底比率。螺栓头凹窝116的大体形状可以是方形或任何其他形状的，以防止紧固件108在组装过程中旋转。在螺栓头凹窝116与支架安装面106之间进一步设置有孔口118。在紧固件108的肩台(未示出)与孔口118之间以及螺栓头118a到螺栓头凹窝116的接触件119的紧密配合在弹性体本体104的模制期间用于使孔口118密封免于泄漏。将紧固件108的螺栓头120封装在隔离器组件100内提供更紧凑的设计。

弹性体本体104还包括od剪切毂124、id剪切毂122、和触底毂126。弹性体本体104限定中央安装孔110，该中央安装孔被设计成用于接纳内管、螺栓、或吊件销16。吊件销16还可以包括用作吊件滑动限制器的头部和套环。吊件销16附接至排气系统10的部件。虽然支架102被披露为附接至车辆的结构部件，并且弹性体本体104被披露为使用吊件销16附接至排气系统10的部件，但是将支架102附接至排气系统10并且使用吊件销16将排气系统隔离器组件100附接至车辆的结构部件是在本披露的范围之内。因此，排气系统10通过一个或多个排气系统隔离器组件100被固定至车辆。

弹性体本体104包括位于安装孔110的一端处的倒角130。倒角130与吊件销16交界。在至少一个优选实施例中，倒角130是可调的、通常齐平地终止于隔离器支架102的前缘。在至少一个实施例中，倒角的直径被调整成使得od剪切毂124的壁厚等于id剪切毂122的壁厚。弹性体本体104限定周向环形空隙128。虽然环形空隙128被展示为相对于支架安装孔112不对称，但是具有与支架安装孔112对称的环形空隙128是在本披露的范围之内。用于环形空隙128的非对称设计允许中央安装孔110在排气系统隔离器组件100的已组装或静态加载状态期间被布置在支架安装孔112的中心线处或附近。这是通过竖直偏移地模制安装孔110来实现的。

空隙128和倒角130两者的设计、特别是空隙128的径向尺寸和倒角130的径向厚度将确定布置在安装孔110内的吊件销相对于支架安装孔112可以径向地平移的距离。直到空隙128和/或倒角130闭合，中央安装孔110的径向运动导致在弹性体本体104中的纯剪切，无论加载方向如何。如下面所讨论的，这个剪切荷载产生在弹性体本体104的被布置在结构支架安装面106与吊件销16之间的部分中。通过在选定方向上改变空隙128和倒角130或通过在弹性体本体104的特定周向位置处添加空隙，可以独立于其他方向来完成在选定方向上的比率和挠曲的调整。

如在附图中可以看到的，空隙128延伸超过支架102并且在轴向方向上与倒角130重叠以限定id剪切毂122。id剪切毂122由于弹性体本体104的挠曲而经受剪切荷载。在排气系统隔离器组件100承受较大荷载期间，空隙128和倒角130将闭合，并且通过将弹性体本体104的触底毂126夹在吊件销16与支架安装孔112之间而赋予弹性体本体104压缩应力。当隔离器组件100经受高的触底荷载时，在吊件销16、触底毂126以及支架安装孔112之间的这种接触消除了在od剪切毂124和id剪切毂122上的压缩以及由此的压缩应力。这改善了排气系统隔离器组件100的性能和可靠性。

排气系统隔离器组件100避免在径向荷载期间在弹性体本体104中的张应力荷载。在所有方向上的剪切式荷载使得排气系统隔离器组件100能够实现更低且更稳定的挠曲比率。这是因为剪切模量(剪切荷载)低于弹性模量(拉伸荷载)。同样地，弹性体材料承受剪切时的弹性比率比在承受拉力时更一致。弹性比率和挠曲能够关于中心轴线对称、或者可以使用环形空隙128和倒角130或者通过其他方式改变弹性体本体104或刚性结构的尺寸或形状来调整。另外的优点是，id剪切毂122的挠曲比率在整个挠曲过程中是线性的(直到空隙128闭合)，这增加了关于位置的设计的鲁棒性。这意味着来自位置公差的任何预加载不会使挠曲比率激增，并且使得车辆的噪声、振动和声振粗糙度(nvh)随着排气几何公差而变化。

图5展示了排气隔离器组件200的替代性实施例。这个组件200包括吊件支架202、弹性体本体208、以及紧固件206。在吊件支架202中形成“凹窝”226以防止紧固件206在组装到车辆的过程中的旋转。弹性体本体208包括中央安装孔210以容纳杆吊件(未示出)。在其他方面，隔离器组件200类似于隔离器组件100。虽然未示出，但应理解的是，隔离器组件200包括id剪切毂和od剪切毂以及在隔离器组件100上示出的触底毂、环形空隙和倒角。

参见图6，示出了另一个实施例的吊件支架102’。除了支架安装面106’包括间隙配合开口118’而不是压力配合孔口118、并且开口118’包括多个间隔开的过盈配合铆合肋118a’之外，吊件支架102’在其他方面与吊件支架102相同。在铆合肋118a’使紧固件头部固定直至橡胶包覆模制时，开口118’有助于减轻支架孔上的任何过量的环向应力。

现在参照图7至图9，根据本披露的另一个实施例示出了双环隔离器组件300(在此简称为“隔离器”300)。隔离器300提供了紧凑尺寸的隔离器组件100，但是所结合的弹性体材料的量基本上是双倍的，以便甚至更好地将荷载分散在隔离器的更大部分的弹性体材料上，并且因此在弹性体处于全行程应变时使得在弹性体材料上能够产生更低的应力。这允许预加载能力达到更高的刚度，但是在全行程应变下应力更低。

隔离器300包括具有由轴向对齐的孔302a1和302a2构成的圆形安装孔302a的安装支架302、以及可以插入模制到安装支架302上的弹性体剪切毂部件304。安装支架302可以由铝或者抵抗这些元件的任何其他强度合适的材料制成。在这个实施例中，安装支架302具有独特的构型，其包括有助于形成安装孔302a的间隔开的双周向环306。环306从侧壁部分308延伸并且合并到端壁310中。安装支架302的底壁312包括孔口314，紧固件316的螺纹轴318被定位成穿过该孔口。紧固件316使隔离器300能够被固定至与车辆的排气部件或结构部分相关联的外部安装元件上。紧固件316还包括头部部分320，该头部部分的形状和尺寸被确定成使得其驻留在安装支架302的凹窝322中，如图9中最佳所见。凹窝322可以由间隔开的、平行的直立肩台部分或肋322a(在图9中仅可见一个)形成，这些直立肩台部分或肋从底壁312的内表面向上突出。可替代地，凹窝322可以通过仅使用一个壁或肩台部分而有效地形成，该一个壁或肩台部分防止定位在其中的螺栓头发生旋转。在任一实施方式中，当螺纹螺母被拧紧到螺纹轴318上时，凹窝322防止紧固件316转动。在弹性体剪切毂部件304的模制过程中，紧固件316可以在凹窝322内被包覆模制(即，被捕获)。可选地，可以使用粘合剂来帮助将头部部分320固定到位于头部部分上方的弹性体材料的一部分上。

进一步参照图7和图8，弹性体剪切毂部件304包括独特镜像的串联的外径(“od”)剪切毂和内径(“id”)剪切毂的构型。通过在两个周向环306之间延伸的od剪切毂324和由空隙328形成的一对id剪切毂326(或“id剪切毂部分”326)，促进了这种构型，这些空隙通过过渡部分325联接至od剪切毂324。在这个实例中，id剪切毂326和空隙328是彼此的镜像，尽管在实践中它们不一定必须具有精确的镜像构型。同样地，虽然在图7和图8中示出了过渡部分325被布置在od剪切毂324的轴向中点处，但是如果期望的话，该过渡部分可以从od剪切毂的轴向中心偏移。

还将理解的是，虽然图7至图9中示出了环306形成完整的圆形，但是这种构型可以被修改。例如，环306可以形成一对平行的拱形件。更进一步地，环306不必是圆形形状的，而是可以被修改成非圆形的，并且因此实际上采用任何其他形状，以更好地满足特定应用的需要。

od剪切毂324和这两个id剪切毂326位于安装支架302的端壁310之间，并且因此不像隔离器100那样从端壁310轴向向外延伸。然而，od剪切毂324和id剪切毂326可以可替代地形成为使得一者或两者从端壁310轴向向外延伸以进一步限制滑动。id剪切毂326从安装孔302a的径向中心进一步径向地偏移。中央安装孔330共线地延伸穿过id剪切毂326，以允许将外部吊件的一部分接纳在其中。中央安装孔330因此也从安装孔302a的径向中心径向地偏移，以便为预加载下陷提供竖直偏移。

进一步参照图8，id剪切毂326的压缩缓冲器部分332朝向底壁312突出。在图7和图8中可见的部分周向空隙334通过移除形成邻近底壁312的过渡部分325的一部分材料而形成。这解除了远离底壁312的行程所用的张应力。

参照图10至图12，示出了根据本披露的另一个实施例的隔离器组件400。隔离器组件400在某些方面类似于隔离器300，并且结合有双环安装支架402，在这个实例中，除了与端壁410的大融合部411和去除了肋322a之外，该双环安装支架与安装支架302相同。包括与弹性体剪切毂部件304类似的弹性体剪切毂部件404，后者包括od剪切毂部分424和一对镜像的id剪切毂部分426。中央安装孔430延伸穿过这些id剪切毂部分426。紧固件416以与紧固件316相同的方式被包覆模制在安装支架402内。然而，在这个实施例中，包括部分地由空隙434形成的压缩缓冲器部分432，该空隙沿着这些id剪切毂部分426的整个轴向长度延伸。在这个实例中，压缩缓冲器部分432的曲率半径与弹性体剪切毂部件404的下壁部分404a的曲率半径相同，尽管这两个表面的曲率半径不需要完全相同。由整个轴向长度的压缩缓冲器部分432提供的增加的表面积和弹性体材料更进一步地有助于在发生触底状况时减小压缩应力。空隙434在其相反端处优选地还结合有半径增大的应力释放部分434a。空隙434的宽度以及其周向长度可以显著变化。然而，在大多数情况下，空隙434的宽度可以在约2mm至弹性体剪切毂部件404的全厚度之间。空隙434能够使拉力元件与弹性体剪切毂部件404的邻近侧部分脱离联接。

图10至图12的隔离器400的另外的益处是由在id剪切毂426中的一个的外端处形成小脊部430a的材料的增加量引起的。如图12所示，脊部430a用作id剪切毂426的内径上的过盈区段。脊部426a更进一步地帮助隔离器组件400避免由于与定位在中央安装孔430中的外部吊件的端部位置的不完美联接而导致的任何可能的噪声和/或污染问题。

参照图13和图14，示出了根据本披露的另一个实施例的隔离器组件500。隔离器组件500类似于隔离器组件400、并且包括容纳弹性隔离器部件504的安装支架502。除了安装支架502形成有螺纹紧固件516被插入穿过的通孔514之外，弹性隔离器部件504与图10至图12中所示的部件404相同。夹紧面540可以是具有防旋转特征的常规平坦表面。可替代地，夹紧面540可以是挤压的拱形接头(如图13和图14所示)、或者可能甚至可以具有v形块构型。这允许安装支架502以精确的时钟定向(即，精确的角定向)夹紧附接至优化的小面。

参照图15，示出了根据本披露的另一个实施例的隔离器组件600。隔离器组件600与隔离器300类似并且包括安装支架602，弹性体剪切毂部件604被模制在该安装支架内，并且该安装支架封装螺纹紧固件616的头部部分。弹性体剪切毂部件604包括od剪切毂624、id剪切毂626、以及延伸穿过id剪切毂的孔630。然而，隔离器组件600的不同之处在于，在弹性体剪切毂部件604中不包括空隙。缺乏空隙334或434为隔离器组件600提供了更高的触底比率。另外，安装支架602具有被去除的支架肋602a，并且端壁610也具有降低的高度。这些修改更进一步地降低了在弹性体材料上的应力。由于使位于紧固件的螺栓头上方的od剪切毂624区段更厚，所以又另一个实施例可以具有总高度更高的隔离器组件600。

虽然已经描述了多种不同的实施例，但本领域技术人员将认识到可以做出修改或变化而不背离本披露。这些实例展示了多种不同的实施例，但并不旨在限制本披露。因此，应仅以考虑相关现有技术时所必须的限制来自由地理解本说明书和权利要求书。