垫圈组件的制作方法
【专利摘要】一种垫圈组件(60)配置成将工件与紧固件和／或另一结构隔离开。所述垫圈组件包括具有至少一个突起(74)的橡胶隔离器(62)，其配置成直接地接触所述工件的表面，并且金属加强元件(40)永久固定至橡胶隔离器。突起(74)配置成在正常操作条件过程中被压缩。金属加强元件(40)配置成在峰值操作条件过程中被压缩，在峰值操作条件过程中，施加给垫圈组件(60)的力大于在正常操作条件过程中所施加的力。
【专利说明】垫圈组件
[0001]相关申请
[0002]本申请涉及并且要求2011年I月25日申请的题为“垫圈组件”的美国临时专利申请61 / 435,931的优先权，其通过引证以其全部内容合并在此。
[0003]实施例领域
[0004]本发明的实施例通常涉及垫圈组件，并且，尤其涉及一种包括结合至橡胶隔离器的金属垫圈的垫圈组件。
【背景技术】
[0005]图1示例了已知的隔离组件10的截面图。组件10分别包括上、下衬套12与14，以及上、下橡胶孔环16与18。衬套12、14以及孔环16、18彼此分开并且存在区别。也就是说，当组件10没有压缩地固定于紧固件与工件之间，孔环16与18可以从衬套12与14简单地分离。
[0006]每个衬套12与14均包括中空的圆柱形轴20，其与一般垂直于轴20的外翻平面卡圈22整体形成。每个孔环16与18均包括限定出中心开口的一般圆形主体24。主体24围绕轴20安装。
[0007]如图1中所示的，隔离组件10用于将例如螺栓的紧固件26和/或工件(未示出)与例如框架、面板等的工件28隔离开。工件28包括通孔30，紧固件26的轴32穿过该通孔30。此外，衬套12与14的轴20穿过通孔30，以及孔环16与18的部分。以这种方式，紧固件26以及衬套12与14与工件28隔离开。仅橡胶孔环16与18接触工件28，从而保护工件28不被刮伤、凿挖等。
[0008]孔环16、18压缩地夹在衬套12、14的卡圈22与工件28之间。当孔环16与18的橡胶根据标准载荷设置时，直接影响施加至孔环16与18的力的大小(也就是说，“载荷”)。随着时间过去，施加至孔环16与18的力可以使得孔环16与18变弱。而且，孔环16与18中的橡胶可以降解，并且变弱。
[0009]例如，通过与衬套12的卡圈22相连接的紧固件头部34压缩例如孔环16或18的典型橡胶孔环。当孔环16与18永久设置时，减少由孔环16与18经历的有效压缩量。因此，孔环16与18为工件28提供更少的保护与隔离载荷。
[0010]通常，施加至工件28的载荷的增加可以导致工件28自身和/或紧固件26的实质运动，例如位移。因此，孔环16与18可以永久地设置在不平坦位置，从而进一步减少适当的隔离。通常，随着时间的过去，将永久设置压缩状态的橡胶孔环16或18。典型地，橡胶的永久设置导致高度改变，并且减少载荷与隔离利益。
[0011]在峰值操作条件过程中，可以将500-1000%的力增加施加至孔环16与18中。在该时间过程中，孔环16与18典型地允许过多的系统运动，以致不能继续正常工作。
[0012]实施例概述
[0013]特定的实施例提供了一种垫圈组件，其配置成将工件与紧固件和/或另一结构隔离开。垫圈组件包括橡胶隔离器，其具有至少一个突起，该橡胶隔离器配置成直接地接触工件表面的，以及永久固定至橡胶隔离器的金属加强元件。突起配置成在正常操作条件过程中被压缩。金属加强元件配置成在峰值操作条件过程中被压缩，在峰值操作条件过程中，施加给垫圈组件的力大于在正常操作条件过程中所施加的力。
[0014]橡胶隔离器可以包括橡胶隔离环。突起可以包括至少一个径向肋。
[0015]金属加强元件可以包括金属垫圈。金属垫圈可以包括规则间隔的压折。每个规则间隔的压折均可以包括在尖端处连接的插入梁。可选择地，金属加强元件可以包括波浪形垫圈。可替换地或额外地，金属加强元件可以包括固定于橡胶隔离器之上的金属杯。金属杯可以包括与封闭袖口整体形成的平面边缘。
[0016]金属加强元件可以永久固定至橡胶隔离器。进一步，金属加强元件可以嵌入橡胶隔离器中。
[0017]特定的实施例提供了一种系统，其包括具有通孔的工件，具有整体连接至头部的轴的紧固件，该轴穿过通孔，以及配置成将工件与紧固件和/或另一结构隔离开的垫圈组件，以使得紧固件不直接接触工件。垫圈组件包括橡胶隔离器，其具有至少一个突起，该橡胶隔离器配置成直接地接触工件表面，以及金属加强元件，其永久固定至橡胶隔离器。突起配置成在正常操作条件过程中被压缩。金属加强元件配置成在峰值操作条件过程中被压缩，在峰值操作条件过程中，施加给垫圈组件的力大于在正常操作条件过程中所施加的力。金属加强元件不直接地接触工件。
[0018]特定的实施例提供了一种垫圈组件，其配置成将工件与紧固件和/或例如另一工件的另一结构隔离开。垫圈组件包括橡胶隔离器环，其具有多个规则间隔的径向肋，该橡胶隔离器环配置成直接地接触工件表面，以及金属加强元件，其嵌入橡胶隔离器中。规则间隔的径向肋配置成在正常操作条件过程中被压缩。金属加强元件配置成在峰值操作条件过程中被压缩，在峰值操作条件过程中，施加给垫圈组件的力大于在正常操作条件过程中所施加的力。金属加强元件保持橡胶隔离器的形状。
[0019]附图简要说明
[0020]图1示例了已知的隔离组件的截面图。
[0021]图2示例了根据实施例的金属垫圈的等轴顶视图。
[0022]图3示例了根据实施例的垫圈组件的等轴顶视图。
[0023]图4示例了根据实施例的垫圈组件的等轴底视图。
[0024]图5示例了根据实施例的将工件与紧固件和另一工件隔离开的垫圈组件的等轴视图。
[0025]图6示例了根据实施例的将工件与紧固件和另一工件隔离开的垫圈组件的轴向截面图。
[0026]图1示例了根据实施例的在正常与峰值操作条件过程中的垫圈组件的弹簧刚度的图表。
[0027]图8示例了根据实施例的垫圈组件的等轴顶视图。
[0028]图9示例了根据实施例的垫圈组件的等轴底视图。
[0029]图10示例了根据实施例的垫圈组件的前视图。
[0030]图11示例了根据实施例的垫圈组件的轴向横截面视图。
[0031]图12示例了根据实施例的垫圈组件的前视图。[0032]图13示例了根据实施例的垫圈组件的轴向横截面视图。
[0033]图14示例了根据实施例的垫圈组件的等轴底视图。
[0034]在详细说明实施例之前，应该理解的是，本发明并不限于其在以下说明中提出的或在附图中示例的元件的详细结构与布置的应用。本发明能够是其他实施例或能够以各种方式实践或实施。而且，应该理解的是，此处使用的句式与术语是为了说明的目的，而并不作为限制。使用“包含”与“包括”以及其变形意味着包含了之后列举的项目以及其等同物，以及额外的项目及其额外的等同物。
[0035]优选实施例的详细说明
[0036]图2示例了根据实施例的金属垫圈40或加强元件的等轴顶视图。垫圈40可以由各种金属形成，例如铝、碳素钢、不锈钢等。垫圈40包括具有平坦平面44与规则间隔的压折46的一般圆形主体42。也就是说，压折46彼此间隔开相同的径向距离。每个压折46均为有波纹的、有凹痕的主体42的一部分，或不同于平坦平面44的平面的主体部分42的其他成型部分。垫圈40可以包括比那些示出的更多或更少的压折46。此外，压折46能够以非规则模式彼此间隔开。
[0037]每个压折46均包括具有近端49与远端的相反插入梁48，其中，近端49整体连接至平面44，远端在尖端50处彼此连接。因此，每个压折46均形成为V。然而，压折46能够以不同于平面44的平面的各种其他形状构成。例如，压折46可以是波浪形的部分。
[0038]图3示例了根据实施例的垫圈组件60的等轴顶视图。垫圈组件60包括固定至橡胶隔离器环62或基座的垫圈40。垫圈40可以例如通过粘合与固化而永久固定至橡胶隔离环62。例如，垫圈40可以通过粘合剂固定至橡胶隔离器环62，并且随后固化，以在金属垫圈40与隔离器环62的橡胶之间形成刚性粘结层。而且，垫圈40可以完全嵌入橡胶隔离器环62中。例如，垫圈40可以完全由橡胶隔离器环62包围。在该实施例中，为了清楚，图3简单地示出了垫圈40，但应该理解的是，垫圈40可以完全包围在橡胶隔离器环62中。
[0039]隔离器环62包括具有穿过其形成的中心开口 66的主环形体64。主体64包括平面68，其支撑垫圈40的主体42的平面44。互反的凹槽(divot) 70接收垫圈40的压折46。凹槽70可以通过或可以不通过主环形体64的整个宽度形成。如图3中所示，凹槽70不通过主环形体64的整个长度形成。相反，凹槽70通过外部形成，该外部与压折46的宽度相重合。以这种方式，主环形体64提供稳健的内环支撑物72，其提供增加的强度与刚度。
[0040]径向肋74、调整片、脊、突起等从环形体64的下部延伸。肋74通过均匀间隔的间隙76而间隔开。
[0041]图4示例了根据实施例的垫圈组件60的等轴底视图。如图4所示，径向肋74围绕内部凹进的边缘78，该边缘78围绕从其延伸的中空管80。管80配置成延伸进入工件的通孔，同时，肋74配置成紧靠工件的平面，尤其如图6中所示的。
[0042]图5示例了根据实施例的将工件82与紧固件84及另一工件隔离开的垫圈组件60的等轴视图。当示出了两个垫圈组件60时，可以使用更多或更少的垫圈组件。例如，可以仅使用一个垫圈组件60。
[0043]紧固件84包括固定凸缘86或接触垫圈40的平面44的压缩限制器。然而，紧固件84或金属垫圈40均不接触工件82的表面。相反，径向肋74接触工件82。接触工件82的径向肋74提供载荷阻尼的第一阶段，其中，在正常操作条件过程中，隔离环62的橡胶抑制振动，并且将工件82与紧固件84隔离开。
[0044]如图所示，可以将垫圈40定位于远离工件82定位的垫圈组件60的一半中。同样的，隔离器环62的橡胶能够吸收正常操作条件过程中施加至工件82的力。然而，将增加的施加至垫圈组件60的力最终转换为由垫圈40限定的刚性支柱。更坚硬与更强的垫圈40抵抗该力，并且为绝缘环62提供强度。压折46用于有弹性的吸收增加的载荷，并远离垫圈40的平面44而分散增加的力。也就是说，压折46加强垫圈40，并且降低垫圈40破碎或其他破坏的可能性(与平坦垫圈相比)。可替换地，垫圈40能够以各种水平定位于隔离器环62中。
[0045]图6示例了根据实施例的将工件82与紧固件84以及例如支架90的另一工件隔离开的垫圈组件60的轴向横截面。如上所述，隔离器环62的内管80夹在工件82的内径壁与围绕紧固件84的衬套87之间。进一步，径向肋74接触工件82的平面88。
[0046]在正常操作条件过程中(加载的第一阶段过程中)，将径向肋74压缩在工件82与隔离器环62的环形体64之间。在该正常加载阶段过程中，垫圈40的金属压折46 (图2_6中所示)保持未压缩。然而，当在峰值操作条件过程中，将载荷应用于连接至工件82的支架90时(也就是说，当应用增加的力时)，工件82将趋于更多地压缩顶部或底部隔离器环62。因为金属压折46在隔离器环46中的定位，然而，抵抗隔离器环62运动的力急剧增加。直至增加的峰值载荷的点，仅压缩橡胶肋74。通过增加的加载，防止橡胶隔离器环62的整体被整个金属垫圈40压缩。同样地，当与标准橡胶隔离器相比较(例如图1中所示)，由于金属垫圈40的加强支撑物而使得运动与永久设置最小化。而且，已经发现的是，橡胶隔离器环62中的金属压折46大量增加对隔离器环62的运动与压缩的抵抗力。
[0047]图7示例了根据实施例的在正常与峰值操作条件过程中垫圈组件60的弹簧刚度的图表。在正常操作条件92过程中(阶段I)，压缩隔离器环62的径向肋74。然而，在峰值操作条件94过程中(阶段2)，金属垫圈40压缩，但向垫圈组件60提供大量力，以允许其在高载荷条件下操作，同时，控制位移。可以看出，随着垫圈组件60的增加的压缩，弹簧刚度急剧增加。
[0048]参照图2-7，每个垫圈组件60均提供两个不同的加载条件。第一阶段92用于低载荷(正常)操作条件。当隔离开的工件82在高载荷条件下(峰值操作)开始将更多力施加至隔离器环62时，隔离器环62转换到第二加载阶段94，第二加载阶段比第一阶段明显更硬，并且用于控制这些条件下的运动。
[0049]将径向肋74用于预加载与正常操作条件。在峰值加载条件过程中，激活具有压折46的垫圈40。也就是说，在正常操作过程中，橡胶隔离器环62隔离工件82与紧固件84。然而，随着载荷的增加，金属垫圈40提供加强支撑物或支柱，其加强组件60，并且防止橡胶隔离器环62永久设置在不希望的位置中。
[0050]垫圈组件60提供工件82与紧固件84以及例如支架90的另一工件之间的阻尼与隔振。垫圈组件60以正常操作条件下橡胶隔离器环62的已知的与可信的隔离效果结合刚性弹簧刚度，其典型地需要在峰值载荷条件过程中(通过金属垫圈40)限制系统运动。
[0051]如上所述，垫圈组件60包括形成的金属垫圈40，其永久固定至或固定于橡胶隔离器环62中。垫圈组件60提供持久的橡胶隔离。因为将橡胶直接地固定至形成的垫圈40，所以隔离器环62的橡胶处于相比于压缩载荷的剪切载荷状态中。自动地，相比于压缩加载，当以剪切力加载时，橡胶具有更长的寿命，并且经历最小量的永久设置时间。通过附加的金属垫圈40支柱，组件60相比于典型的橡胶隔离器经历更少的永久设置时间，例如图1所示。
[0052]进一步，因为仅橡胶隔离器环62直接与工件82相接触，所以垫圈组件60能够以较少甚至没有腐蚀的机会隔离工件82的金属或塑料。因为仅橡胶接触，所以除去任意可能的原电池。当不同的金属彼此接触时，产生原电池。一旦金属作为阳极，则其他金属作为阴极。电子从阳极移动至阴极。例如，当碳素钢与不锈钢接触水分时，碳素钢作为阳极，并且缓慢腐蚀。然而，防止金属与工件82相接触的垫圈组件60的橡胶接触破坏任意可能的原电池，从而防止腐蚀。
[0053]图8示例了根据实施例的垫圈组件96的等轴顶视图。图9示例了垫圈组件96的等轴底视图。图10示例了垫圈组件96的前视图。图11示例了垫圈组件96的轴向横截面视图。
[0054]参照图8-11，垫圈组件96与垫圈组件60相似，除了替换具有V型压折的垫圈，垫圈组件96包括橡胶隔离器环100中的波浪形垫圈98。波浪形垫圈98可以嵌入垫圈组件60中。垫圈98以虚线形式示出，以明晰其在垫圈组件60中的位置。然而，可以形成橡胶隔离器环100，以使得顶面配置成容纳与保持波浪形垫圈98。波浪形垫圈98可以永久固定至橡胶隔离器环100。
[0055]如图所示，波浪形垫圈98可以定位成靠近垫圈组件60的顶部。相似于垫圈组件60，在正常操作条件过程中，首先压缩组件60的底部处的橡胶。然而，在峰值操作条件过程中，当压缩波浪形垫圈时，组件96的弹簧刚度急剧增加。垫圈98的波浪形状确保了垫圈98的部分不同于彼此的平面。
[0056]图12示例了根据实施例的垫圈组件102的前视图。图13示例了垫圈组件102的轴向横截面视图。图14示例了垫圈组件102的等轴底视图。
[0057]参照图12-14，垫圈组件102包括相似于以上描述的那些橡胶隔离器环104，以及固定在隔离器环104的顶部之上的金属杯106。金属杯106包括重叠隔离器环104的顶面的顶部边缘108。顶部边缘108与封闭袖口 110整体形成，其形成于隔离器环104的上外侧部之上。杯106可以永久固定在隔离器环104之上。可选择地，杯106可以嵌入隔离器环104中，以使得橡胶层包覆杯106。
[0058]封闭袖口 110提供一种包含橡胶隔离器环104的顶部的障碍物。此外，已经发现，当将更大的强制压缩力施加至垫圈组件102时，杯106能够包含并且稳定橡胶隔离器环104。不同于重叠金属杯106，垫圈组件102可以配置成与以上描述相同的那些垫圈组件。此外，例如垫圈40或垫圈98的内部垫圈，可以嵌入隔离器环104中，从而提供增加的强度与耐久性。
[0059]因此，实施例提供了以宽范围的力控制运动，并且将工件与紧固件和/或另一工件隔离开的垫圈组件。实施例提供了固定至金属垫圈的橡胶隔离器环，其提供增加的强度，并且限制不希望的永久设置。实施例提供垫圈组件，其配置成提供两级承载隔离:在第一级中，压缩橡胶隔离器环的一部分，并且在第二级中，金属垫圈压缩。不像之前已知的橡胶隔离器，例如图1中所示的，实施例限制了峰值操作条件过程中的系统运动。
[0060]同时，各种空间与方向术语，例如顶、上、底、下、中、横向、水平、垂直、前等可以用于描述本发明的实施例，应该理解的是，这些术语仅根据附图中所示的方向使用。方向可以反向、旋转或其他改变，以使得上部为下部，反之亦然，水平变为垂直等。
[0061]前述的变形与修改落入本发明的范围中。应该理解的是，此处公开并且限定的本发明延伸至提及的单个特征的两个或多个的所有可替换的组合或从文字和/或附图中显而易见的。所有这些不同的组合构成了本发明的各种可替换的方面。此处描述的本实施例说明了公知的用于实现本发明的最佳模式，并且将使得本领域技术人员能够实现本发明。权利要求构建成包括现有技术允许的范围内的可替换实施例。
[0062]本发明的各种特征在以下权利要求中提出。
【权利要求】
1.一种垫圈组件，其配置成将工件与紧固件和/或另一结构隔离开，所述垫圈组件包括: 橡胶隔离器，其具有至少一个突起，所述橡胶隔离器配置成直接地接触所述工件的表面；以及 金属加强元件，其永久固定至所述橡胶隔离器，其中，所述至少一个突起配置成在正常操作条件过程中被压缩，并且其中，所述金属加强元件配置成在峰值操作条件过程中被压缩，在所述峰值操作条件过程中，施加给所述垫圈组件的力大于在所述正常操作条件过程中所施加的力。
2.根据权利要求1所述的垫圈组件，其中，所述橡胶隔离器包括橡胶隔离器环，并且其中，所述至少一个突起包括至少一个径向肋。
3.根据权利要求1所述的垫圈组件，其中，所述金属加强元件包括金属垫圈。
4.根据权利要求3所述的垫圈组件，其中，所述金属垫圈包括规则间隔的压折。
5.根据权利要求4所述的垫圈组件，其中，每个所述规则间隔的压折均包括在尖端处连接的插入梁。
6.根据权利要求1所述的垫圈组件，其中，所述金属加强元件包括波浪形垫圈。
7.根据权利要求1所述的垫圈组件，其中，所述金属加强元件包括固定在所述橡胶隔离器之上的金属杯。
8.根据权利要求7所述的垫圈 组件，其中，所述金属杯包括与封闭袖口整体成型的平面边缘。
9.根据权利要求1所述的垫圈组件，其中，所述金属加强元件永久地固定至所述橡胶隔离器。
10.根据权利要求1所述的垫圈组件，其中，将所述金属加强元件嵌入在所述橡胶隔离器中。
11.一种系统,包括: 工件，其具有通孔； 紧固件，其具有整体连接至头部的轴，其中，所述轴穿过所述通孔；以及垫圈组件，其配置成将所述工件与所述紧固件和/或另一工件隔离开，以使得所述紧固件不直接地接触所述工件，所述垫圈组件包括: 橡胶隔离器，其具有至少一个突起，所述橡胶隔离器配置成直接地接触所述工件的表面；以及 金属加强元件，其永久固定至所述橡胶隔离器，其中，所示至少一个突起配置成在正常操作条件过程中被压缩，并且其中，所述金属加强元件配置成在峰值操作条件过程中被压缩，在所述峰值操作条件过程中，施加给所述垫圈组件的力大于在所述正常操作条件过程中所施加的力，并且其中，所述金属加强元件不直接地接触所述工件。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述橡胶隔离器包括橡胶隔离器环，并且其中，所述至少一个突起包括至少一个径向肋。
13.根据权利要求11所述的系统，其中，所述金属加强元件包括具有压折的金属垫圈，其中，每个压折均包括在尖端处连接的插入梁。
14.根据权利要求11所述的系统，其中，所述金属加强元件包括波浪形垫圈。
15.根据权利要求11所述的系统，其中，所述金属加强元件包括固定在所述橡胶隔离器底座之上的金属杯，其中，所述金属杯包括与封闭袖口整体成型的平面边缘。
16.根据权利要求11所述的系统，其中，所述金属加强元件永久固定至所述橡胶隔离器。
17.根据权利要求11所述的系统，其中，将所述金属加强元件嵌入在所述橡胶隔离器中。
18.—种垫圈组件，其配置成将工件与紧固件和/或另一结构隔离开，所述垫圈组件包括: 橡胶隔离器环，其具有多个规则间隔的径向肋，所述橡胶隔离器环配置成直接地接触所述工件的表面；以及 金属加强元件，其嵌入在所述橡胶隔离器中，其中，所述多个规则间隔的径向肋配置成在正常操作条件过程中被压缩，其中，所述金属加强元件配置成在峰值操作条件过程中被压缩，在所述峰值操作条件过程中，施加给所述垫圈组件的力大于在所述正常操作条件过程中所施加的力，并且其中，所述金属加强元件保持所述橡胶隔离器的形状。
19.根据权利要求18所述的垫圈组件，其中，所述金属加强元件包括具有规则间隔的压折的金属垫圈，并且其中，每个规则间隔的压折均包括在尖端处连接的插入梁。
20.根据权利要求18所述的垫圈组件，其中，所述金属加强元件包括固定在所述橡胶隔离器底座之上的金属杯，并`且其中，所述金属杯包括与封闭袖口整体成型的平面边缘。
【文档编号】F16F3/12GK103534506SQ201280013457
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2012年1月24日 优先权日:2011年1月25日
【发明者】罗伯特·R·沙斯尔, 詹森·D·霍尔特 申请人:伊利诺斯工具制品有限公司