专利名称：用于缓冲驱动轴的扭转激振的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于缓冲驱动轴的扭转激振的装置。
背景技术：
人们都知道设计驱动轴时应当使得它们的临界转速(它们发生共振的转速)不与被驱动的装置的运转转速相一致。这有助于避免驱动轴的扭转激振。这一设计驱动轴的方法并不总是可行的。而且，驱动轴的扭转激振可能会由于并非被该驱动轴驱动但是在其附近的装置的运转所引发。驱动轴的扭转激振也可能会由于连接到被驱动装置上的装置的运转所引发，例如通过电路连接。这一情况特别有可能发生，当使用硅可控整流器(thyristor)的大功率电子控制装置出现后。
当驱动轴没有稳健到足以应付它所承受的扭转激振时，可以通过以下方法解决增加这一驱动轴的稳健性(robustness)；减少施加到驱动轴上的扭转应力的大小；以及缓冲驱动轴本身的扭转激振。本发明与这三种备选方案的最后一种有关。
发明内容
根据本发的第一方面，提供一种用于缓冲驱动轴的扭转激振的装置，所述装置包括固紧于所述驱动轴一端的并沿着所述驱动轴延伸的部件；以及固紧于所述驱动轴另一端的缓冲装置，用来缓冲所述部件的与将所述部件固紧于所述驱动轴的所述一端相远离的端部的振动。
所述部件适合地包括与所述驱动轴同心的管。
所述管包括一对致动杆，所述致动杆从所述管的与固紧于所述驱动轴的端部相对的端部延伸，所述杆位于所述管的相对侧上，所述缓冲装置缓冲所述杆的振动。
所述管包括沿径向向内延伸的支撑件，该支撑件位于所述管的与固紧于所述驱动轴的端部相对的端部处，所述支撑件抵靠所述驱动轴以保持所述管与所述驱动轴的同心度。
所述缓冲装置适合地是液压式的。
优选地，所述液压缓冲装置包括第一和第二对液压缸；以及处于所述缸之间的流体流动通道，所述第一对液压缸设置成使得所述缸的活塞的动作在一个所述致动杆的振动空间中彼此相对，所述活塞与所述一个致动杆相连通，所述第二对液压缸设置成使得缸的活塞的动作在所述另一致动杆的振动空间中彼此相对，所述活塞与所述另一致动杆相连通，所述管的扭转激振导致所述致动杆的振动，得到所述缸之间的流体流动从而缓冲振动。
优选地，位于所述缸之间的所述流体流动通道包括受压蓄液器。
所述流体流动通道包括第一和第二段，每一段包括平行连接的第一和第二分支，一个分支包括限流器，另一分支包括只允许流体沿离开所述蓄液器的方向流动的单向阀，所述第一段连接在所述蓄液器和所述第一对缸中的一个缸以及所述第二对缸中的对角相对缸之间，所述第二段连接在所述蓄液器和所述第一对缸中的另一缸以及所述第二对缸中的对角相对缸之间。
根据本发明的第二方面，提供一种用于缓冲在第一空间中的部件的振动的液压回路，所述回路包括一对液压缸，设置成使得所述缸的活塞的动作在所述第一空间中彼此相对，所述活塞与所述部件连通；以及在所述缸之间的流体流动通道，在所述第一空间中的所述部件的振动致使所述缸之间的流体流动来缓冲所述振动。
优选地，位于所述缸之间的所述流体流动通道包括受压蓄液器。
优选地，所述流体流动通道包括处于所述蓄液器与一个所述缸之间的第一段以及处于所述蓄液器和所述另一缸之间的第二段，每个所述段都包括平行连接的第一和第二分支，一个分支包括限流器，另一分支包括只允许流体沿离开所述蓄液器的方向流动的单向阀。
根据本发明的第三方面，提供一种用于缓冲在第一空间中的部件的振动的液压回路，所述回路包括与所述部件连通的第一和第二泵压装置；以及处于所述第一和第二泵压装置之间的流体流动通道，所述流体流动通道包括受压蓄液器；处于所述蓄液器和所述第一泵压装置之间的第一段；以及处于所述蓄液器和所述第二泵压装置之间的第二段，每个所述段包括平行连接的第一和第二分支，一个分支包括限流器，另一分支包括只允许流体沿离开所述蓄液器的方向流动的单向阀，所述部件在所述第一空间中的振动导致在所述第一和第二泵压装置之间的流体流动从而缓冲所述振动。
现在将采用举例的方式描述本发明，参见附图，其中图1是驱动轴以及依照本发明用于缓解驱动轴的扭转激振的装置的纵向剖面图；图1a是依照图1中所示的本发明的装置的一部分的俯视图；图2a是依照图1中所示的本发明的装置的液压扭转缓冲器的视图；图2b是沿图2a中A-A线的剖面图；图2c是沿图2b中B-B线的剖面图；图2d是图2b中E处的细节放大；图2e是图2c中F处的细节放大；图3示出图2中所示的液压扭转缓冲器的液压缓冲回路；图4示出对图3中回路的一种改进方案；图5示出对图4中回路的一种改进方案；以及图6示出对图4中回路的一中备选的改进方案。
具体实施例方式
参见图1和1a，驱动轴1被驱动器3驱动，并驱动受驱动单元5。驱动轴1通过柔性元件7和联轴器盘9连接到驱动器3和受驱动单元5。依照本发明的用于缓冲驱动轴1的扭转激振的装置包括扭转刚性传递管11，一对扭转刚性致动杆13a、13b，支撑件15，以及液压扭转缓冲器17。缓冲器17被连接到驱动轴1和受驱动单元5之间。传递管11与驱动轴1同心延伸，并被固定到驱动轴1连接到驱动器3的那一端。致动杆13a和13b被安置到传递管11的相对端，并从管11的远离管11与驱动轴1固定的端部延伸。杆13a和13b延伸从而与液压扭转缓冲器17相连通。这一连通的精确本质将在下面进行描述。支撑件15也位于管11远离将管11固定于驱动轴1的端部。支撑件15径向向内延伸从而抵靠驱动轴1以保持管11和驱动轴1之间的同心度(特别是在高转速下)。支撑件15并不限制驱动轴1的扭转卷曲。
由于轴1的扭转激振造成的驱动轴1的振荡扭转导致致动杆13a、13b与液压扭转缓冲器17之间的相对旋转运动。例如，假设驱动轴1的受驱动单元端发生顺时针方向的扭转，则轴1的驱动器端就会发生逆时针方向的扭转。受驱动单元端的顺时针扭转导致连接到这一端的缓冲器17的对应顺时针扭转，驱动器端的逆时针扭转导致对应的固定到这一端的传递管11的逆时针扭转，因此杆13a和13b也发生对应的逆时针扭转。缓冲器17和杆13a、13b之间的相对角位置与此时驱动轴1的扭转相对应。
参见图2和3，液压扭转缓冲器17包括第一对液压缸21、23，第二对液压缸25、27，受压蓄液器29，限流器孔31、33，以及单向阀35、37。
第一对液压缸21、23被彼此相对地安装在致动杆13a的振动线路上。每个缸21、23包含活塞21a和23a，分别抵靠杆13a的相对侧。与此相似，第二对液压缸25、27被彼此相对地安装在致动杆13b的振动线路上，每个缸25、27包含活塞25a和27a，抵靠杆13b的相对侧。
位于成对角线相对的缸23、25和受压蓄液器29之间的流体流动通道包括平行连接的第一和第二分支。一个分支包含限流器孔33，另一个分支包含单向阀37。与此相似，位于成对角线相对的缸21、27和受压蓄液器29之间的流体通道包括平行连接的第一和第二分支。一个分支包含限流器孔31，另一个分支包含单向阀35。单向阀35、37只允许流体沿离开受压蓄液器29的方向流出。
受压蓄液器29采用弹性加载的液压缸的形式。缓冲器17还包括液压流体注入口(没有显示)以及按计划安置的逸流阀(只示出其中一个，见图2d)。注入口/逸流阀使得所有的来自外部源的气体/空气被受压流体排出。液压缸21、23、25、27、29以及单向阀35、37被设计成在工作中几乎不会泄漏。对于缸21、23、25、27、29，这是通过使用所谓的“滚动隔膜”密封来实现的，见图2d和2e。这种密封也是低摩擦的，从而保持缓冲器17的线性黏性缓冲特性，见下文。限流器孔31、33被设计成从此处通过的流动是层流。单向阀35、37被设计成低压降和快速响应。
液压扭转缓冲器17的运转见下文。
特别参见图3，如果，由于驱动轴1的扭转激振，致动杆13a、13b沿顺时针方向转动，则这将推动缸23、25的活塞23a、25a向内运动。液压流体离开缸23、25，穿过限流器孔33(注意单向阀37只允许沿离开受压蓄液器29的方向流动)，并进入蓄液器29。由于流入蓄液器29以及蓄液器29的加压操作，流体也离开蓄液器29。其穿过单向阀35到达缸21、27，向外推动活塞21a、27a，从而保持与杆13a、13b邻接。第一对缸21、23和第二对缸25、27之间的压差等于限流器孔33两边的压差，并正比于克服驱动轴1角度扭转的扭矩。由于穿过限流器孔33的流体依赖驱动轴1的角向扭转速度，所以产生正比于角向扭转速度的真实的缓冲扭矩。假设保持层流流动穿过限流器孔33，则缓冲是纯线性的并在本质上是黏性的。
如果驱动轴1的扭转激振导致杆13a、13b沿逆时针方向旋转，则液压缓冲回路的操作与上面相同，只是反方向的。因此，流体离开缸21、27，穿过限流器孔31，进入并离开蓄液器29，穿过单向阀37，并进入缸23、25。在这种情况下，第一对缸21、23和第二对缸25、27之间的压差等于限流器孔31两边的压差。
如果整个系统的动态特性是明确限定的，那么限流器孔31、33必须进行固定限流，即不可能改变它们的限流。这节约了成本。然而，在不是很明确限定的系统内，可变的层流孔可能被使用来提供可调的缓冲。则缓冲的程度可以被调节来适应实际的工作条件。
液压系统在它们的使用寿命过程中会由于气体/空气气泡的形成而损失不可压缩性。这在许多液压系统中没有什么后果，但是在上述系统情况下，可能会导致无法操作，因为需要瞬时的缓冲扭矩来响应非常小的角向位移。气体/空气气泡由于液压流体中的气穴作用形成，即液压流体中的负压导致正常情况下存在于液压流体中的气体/空气析出溶液形成气体/空气气泡。气穴现象一般出现于当液压流体因为空腔的膨胀而被吸入空腔的情况下。在上述的系统中，气穴现象通过利用以下手段被防止(i)受压蓄液器29；以及(ii)平行于限流器孔31、33的单向阀35、37(单向阀允许液压流体当流入缸21、23、25、27时不经过限流器孔，从而确保对于膨胀缸21、23、25、27的快速响应)。
需要指出的是，受压蓄液器29补偿液压回路中的容积波动。这样的波动可能是由于磨损(例如在致动杆13a、13b与活塞21a、23a、25a、27a的接触表面上)，温度变化，以及液压流体泄漏。
图4中的液压缓冲回路与图3中相同，但省略图3中液压缸25、27。应该理解，图4中的回路可以用于缓冲任何部件41在缸21、23的活塞21a、23a的动作彼此相对的空间中的振动。因此，部件41在图4中向右的运动导致液压流体离开缸23，穿过限流器孔33，进入并离开受压蓄液器29，穿过单向阀35，并且进入缸21。横跨缸21、23的压差等于限流器孔33两端的压差。部件41在图4中向左的运动导致相反的操作，横跨缸21、23的压差然后等于限流器孔31两端的压差。
图5中的液压缓冲回路与图4中的相同，但是与部件41的连通方式不同。部件41，不再是直接与相反的缸21、23成一条直线，而是位于其先前的位置上方。一个单独部件43将活塞21a和23a连接起来，另一个部件45与部件43刚性固紧于部件43并从部件43垂直延伸至部件41。部件45被刚性固紧于部件41。如先前的方案，部件41在活塞21a、23a彼此相对的空间中振动。这导致活塞21a、23a的进/出运动，引起了相应的在缸21、23之间的液压流体流动来缓冲振动。
在图6中的液压缓冲回路中，缸21、23和它们的活塞21a、23a由一个单独的液压腔47和一个单独的部件49组成，该单独部件49在图6的腔47内向左右运动。槽51在单独部件49中切出并且容纳部件41。如先前的方案，部件41在活塞21a、23a彼此相对的空间中振动。这导致活塞21a、23a的进/出运动，引起缸21、23之间的对应流体流动从而缓冲振动。
图5和6中的改进方案当然可以应用于图3中的液压缓冲回路，在考虑活塞21a、23a、25a、27a与致动杆13a、13b之间的连通的情况下。
在图3至6的液压缓冲回路中，液压缸对有待缓冲的振动产生反应，通过在液压回路中首先沿一个方向泵压流体然后再沿另一个方向。应该理解，这也可以通过其它适合的泵压装置来实现，例如叶片式的或齿轮式的。
在上述的用于缓解驱动轴的扭转激振的装置中，与轴同心、环绕着轴并被固定到轴的一端的传递管将这一端的角向扭转传递到固紧于轴的另一端的缓冲器。应该理解，这一传递也可以通过其它的合适的装置实现，即，将该装置固定于轴的一端并沿着轴延伸到固定于轴的另一端的缓冲器，例如，这种其它装置可以包括与一空心驱动轴同心的并设置在该空心驱动轴中的固体圆柱部件。
权利要求
1.一种用于缓冲驱动轴的扭转激振的装置，所述装置包括固紧于所述驱动轴一端的并沿着所述驱动轴延伸的部件；以及固紧于所述驱动轴另一端的缓冲装置，用来缓冲所述部件的与将所述部件固紧于所述驱动轴的所述一端相远离的端部的振动。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述部件包括与所述驱动轴同心的管。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述管包括一对致动杆，所述致动杆从所述管的与固紧于所述驱动轴的端部相对的端部延伸，所述杆位于所述管的相对侧上，所述缓冲装置缓冲所述杆的振动。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述管包括沿径向向内延伸的支撑件，该支撑件位于所述管的与固紧于所述驱动轴的端部相对的端部处，所述支撑件抵靠所述驱动轴以保持所述管与所述驱动轴的同心度。
5.根据上述权利要求任一项所述的装置，其中，所述缓冲装置是液压式的。
6.根据从属于权利要求3或4的权利要求5所述的装置，其中，所述液压缓冲装置包括第一和第二对液压缸；以及处于所述缸之间的流体流动通道，所述第一对液压缸设置成使得所述缸的活塞的动作在一个所述致动杆的振动空间中彼此相对，所述活塞与所述一个致动杆相连通，所述第二对液压缸设置成使得缸的活塞的动作在所述另一致动杆的振动空间中彼此相对，所述活塞与所述另一致动杆相连通，所述管的扭转激振导致所述致动杆的振动，得到所述缸之间的流体流动从而缓冲振动。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，位于所述缸之间的所述流体流动通道包括受压蓄液器。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述流体流动通道包括第一和第二段，每一段包括平行连接的第一和第二分支，一个分支包括限流器，另一分支包括只允许流体沿离开所述蓄液器的方向流动的单向阀，所述第一段连接在所述蓄液器和所述第一对缸中的一个缸以及所述第二对缸中的对角相对缸之间，所述第二段连接在所述蓄液器和所述第一对缸中的另一缸以及所述第二对缸中的对角相对缸之间。
9.一种用于缓冲在第一空间中的部件的振动的液压回路，所述回路包括一对液压缸，设置成使得所述缸的活塞的动作在所述第一空间中彼此相对，所述活塞与所述部件连通；以及在所述缸之间的流体流动通道，在所述第一空间中的所述部件的振动致使所述缸之间的流体流动来缓冲所述振动。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，位于所述缸之间的所述流体流动通道包括受压蓄液器。
11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述流体流动通道包括处于所述蓄液器与一个所述缸之间的第一段以及处于所述蓄液器和所述另一缸之间的第二段，每个所述段都包括平行连接的第一和第二分支，一个分支包括限流器，另一分支包括只允许流体沿离开所述蓄液器的方向流动的单向阀。
12.一种用于缓冲在第一空间中的部件的振动的液压回路，所述回路包括与所述部件连通的第一和第二泵压装置；以及处于所述第一和第二泵压装置之间的流体流动通道，所述流体流动通道包括受压蓄液器；处于所述蓄液器和所述第一泵压装置之间的第一段；以及处于所述蓄液器和所述第二泵压装置之间的第二段，每个所述段包括平行连接的第一和第二分支，一个分支包括限流器，另一分支包括只允许流体沿离开所述蓄液器的方向流动的单向阀，所述部件在所述第一空间中的振动导致在所述第一和第二泵压装置之间的流体流动从而缓冲所述振动。
全文摘要
一种用于缓冲驱动轴的扭转激振的装置，所述装置包括固定于驱动轴一端的并沿着所述驱动轴(1)延伸的部件(11)；以及固紧于所述驱动轴另一端的缓冲装置(17)，用来缓冲所述部件的远离将所述部件固紧于所述驱动轴的所述一端的端部的振动。一种用于在一个空间中缓冲部件振动的液压回路，所述回路包括一对液压缸(21、23)，设置成使得在所述第一空间中的缸的活塞的动作彼此相反，所述活塞与所述部件连通；以及处于所述缸之间的流体流动通道，所述部件在所述第一空间维度上中的振动使得在所述缸之间进行流体流动从而缓冲振动。
文档编号F16F9/26GK1969140SQ200580019291
公开日2007年5月23日 申请日期2005年6月9日 优先权日2004年6月12日
发明者詹姆斯·G·诺尔斯 申请人:西门子公司