多重固有频率耦合设备的制作方法

本发明涉及一种用于驱动线的多重固有频率耦合设备，并且具体而言涉及一种在驱动部件与被驱动部件之间延伸的耦合设备，其中耦合设备可以通过改变耦合设备的扭转刚度且避免与驱动线的特定固有频率相关联的振动和谐振，来提供驱动线的多个固有频率。

背景技术：

固有频率是每个机器、结构和物体的特征。固有频率是系统的自由振动的频率，其中系统振动以耗散其能量。以孤度每秒表示的物体的角度固有频率(w_n)是其刚度(k)及其质量(m)的函数，如通过以下等式所呈现：

如果更改物体的刚度(k)或质量(m)中的任一个，那么固有频率将发生改变。

当固有频率通过一些外力激发时，可以引起振动的幅值的增大。此类外力可以通过驱动驱动线的旋转来形成。当激发驱动线的固有频率时，系统的操作速度被定义为“临界速度”。如果驱动线在临界速度下操作并且并未呈现驱动线的抑制，那么通过固有频率形成的振动可能损坏或毁坏驱动线。

当应用于旋转装置的各种测试设备时，在驱动线中通过此类固有频率形成的振动可以具有负面的后果。例如，在当今的汽车行业中，发动机和变速器必须在它们在工厂地板上组装之后且在它们被组装到机动车辆中之前进行冷和热测试。此类测试通常涉及将发动机或变速器连接到驱动线系统，该驱动线系统使发动机或变速器在耦合到测试机的同时旋转或自旋。在测试发动机或变速器中，驱动线系统在各种操作速度或每分钟转速(rpms)下使发动机或变速器旋转或自旋以便在各种条件下测试发动机和变速器。然而，当驱动或旋转测试机的轴杆时，轴杆可以达到固有频率，由此造成驱动线系统谐振和振动。当然，这将影响发动机或变速器的测试结果，由此关于发动机或变速器的测试性能提供可能错误的指示。在更糟的情况的情境中，来自固有频率的所得的谐振和振动的发生可能影响或损坏发动机或变速器。虽然改变驱动线的旋转速度可以避免实现驱动线的固有频率，但是此类测试设备通常需要测试产物在特定的速率和时间处旋转由此禁止改变驱动线速度的选择。

期望的是提供可以有效地改变驱动线的固有频率以便避免与驱动线的特定固有频率相关联的振动和谐振的耦合设备。

技术实现要素：

本发明提供多重固有频率耦合设备以用于将旋转驱动部件连接到驱动线的可旋转被驱动部件。本发明的耦合设备提供基本上圆柱形的壳体，该壳体具有纵轴以及与纵轴同轴地对齐并且连接到壳体的基本上圆柱形的外部轴杆。基本上圆柱形的内部轴杆与纵轴同轴地对齐并且具有不同于外部轴杆的扭转刚度。基本上圆柱形的流体卡盘壳体与纵轴同轴地对齐并且连接到内部轴杆。基本上圆柱形的可收缩套管与纵轴同轴地对齐并且安置在流体卡盘壳体与外部轴杆之间，其中可收缩套管可以在非致动位置与致动位置之间移动，在非致动位置中，可收缩套管不啮合外部轴杆，由此提供对应于第一固有频率的耦合设备的第一扭转刚度，在致动位置中，可收缩套管啮合外部轴杆，由此提供对应于第二固有频率的耦合设备的第二扭转刚度。基本上圆柱形的轴承可以与所述纵轴同轴地对齐并且位于壳体与流体卡盘壳体之间，其中承受连接到壳体以用于可旋转地支撑流体卡盘壳体。

流体卡盘壳体包括环状凹部以用于容纳可收缩套管以及与凹部连通的通道，其中通道是可与经加压流体源连通的以用于将经加压流体传送到凹部并且从凹部传送经加压流体。当流体卡盘壳体中的凹部和通道被经加压流体加压时，可收缩套管可以移动到致动位置，并且当凹部和通道没有经加压流体加压时可收缩套管可以移动到非致动位置。

基本上圆柱形的安装圆盘与纵轴同轴地对齐并且连接到壳体和内部轴杆，其中安装圆盘可连接到被驱动部件。壳体可以连接到驱动部件。

第一减震器与纵轴同轴地对齐并且连接到流体卡盘壳体以用于影响扭转刚度且吸收振动。减震器可以是可连接到驱动部件。第一减震器可以提供与纵轴同轴地对齐且连接到流体卡盘壳体的基本上圆柱形的凸缘。基本上圆柱形的扭转兼容耦合元件可以与纵轴同轴地对齐并且连接到凸缘。凸缘可连接到驱动部件。

第二减震器也可以与纵轴同轴地对齐并且连接到内部轴杆和壳体以用于影响扭转刚度且吸收振动。第二减震器可以包括与纵轴同轴地对齐且连接到流体卡盘壳体的基本上圆柱形的凸缘。基本上圆柱形的扭转兼容耦合元件可以与纵轴同轴地对齐并且连接到凸缘。基本上圆柱形的安装圆盘可以与纵轴同轴地对齐并且连接到凸缘，其中安装圆盘可连接到被驱动部件。

外部轴杆可具有与内部轴杆相比更大的扭转刚度。

附图说明

本发明的设备的各种特征、优点以及其它用途通过参考以下详细描述以及图式将变得更显而易见，在图式中：

图1是示出本发明的多重固有频率耦合设备的截面图；

图2是具有抑制模式和非抑制模式的本发明的多重固有频率耦合设备的截面图；

图3是具有双重抑制模式的本发明的多重固有频率耦合设备的截面图；以及

图4是具有用于供应经加压流体的旋转接头的本发明的多重固有频率耦合设备的截面图；

具体实施方式

参考图式，现在将参考所公开的实施例详细地描述本发明。

本发明提供多重固有频率耦合设备10以用于将旋转驱动部件(未示出)连接到驱动线(未示出)的可旋转被驱动部件(未示出)。本发明的耦合设备10可以用于各种驱动线应用，其中旋转系统对来自驱动线的固有频率的谐振和振动敏感。虽然以下内容并未是包含性列表，但是此类驱动线可以包括汽车发动机测试机、汽车变速器测试机、船舶推进驱动线、压缩机驱动线、泵送动作驱动线等。本发明的耦合设备10放置在驱动部件与驱动线或可旋转系统的被驱动部件之间并且连接到驱动部件和驱动线或可旋转系统的被驱动部件。为了阻止驱动线以固有频率旋转并由此造成驱动线中的振动和谐振，耦合设备10具有改变驱动线的固有频率的能力。如前文所述，固有频率是系统的刚度和质量的函数，并且由于耦合设备的质量保持相对恒定，所以耦合设备10的固有频率将在改变其扭转刚度之后发生改变。这是通过使耦合设备10提供这样的结构来实现的，这样的结构允许扭转通过具有不同扭转刚度的两个不同结构来传输。如在图1至图3中所见，耦合设备10提供可以在非致动位置与致动位置之间移动的可收缩套管50，在非致动位置中扭转通过具有第一扭转刚度的耦合设备10的内部轴杆38来传输，在致动位置中扭转通过具有第二扭转刚度的耦合设备10的外部轴杆34传输来。扭转刚度的差异允许耦合设备10在两个不同的固有频率下操作。不是由驱动线激发的固有频率是所利用的固有频率，因为这将是不会从固有频率中形成振动和谐振的应用。耦合设备10还可以包括减震器52、68，这些减震器可以有助于吸收驱动线中的任何振动，同时还通过改变耦合设备10的扭转刚度来影响固有频率。

如在图1中所见，耦合设备10提供基本上圆柱形的壳体12，该圆柱形壳体具有大体上U形的截面，该U形截面具有基本上圆形的底壁15和环形侧壁16、17，这些侧壁与底壁15的每一侧整合在一起并且从底壁15的每一侧延伸。环形侧壁16具有与环形侧壁17相比较小的直径且较长的长度。壳体12关于纵轴13基本上同心，其中壳体12具有延伸穿过底壁15并且与纵轴13同轴的孔口18。壳体12可由高强度材料制造，例如，钢、铝或金属合金。

为了可旋转地支撑耦合设备10的内部机构，套筒轴承14沿着壳体12的环形侧壁16的内径或表面安放。套筒轴承14是基本上圆柱形的，并具有从套筒轴承14的一端径向向外延伸的环形轮缘19。套筒轴承14的轮缘19安放在形成于壳体12的环形侧壁16的端部中的配对凹陷21内，并且套筒轴承14的相对端安放在提供于壳体12的环形侧壁16的内径中的配对凹陷22内。套筒轴承14通过使用常规的紧固件24被连接到壳体12，该紧固件延伸穿过提供于套筒轴承14的轮缘19的带螺纹的孔口以及壳体12的环形侧壁16的端部。套筒轴承14与纵轴13和壳体12同轴地对齐。

为了将来自驱动部件的扭转传输到被驱动部件，耦合设备10提供基本上圆柱形的流体卡盘壳体26，该流体卡盘壳体邻近套筒轴承14定位且与纵轴13、套筒轴承14和壳体12呈同轴关系。流体卡盘壳体26具有基本上U形的截面，且具有基本上圆形的底壁27以及延伸远离底壁27的一体式环形侧壁29。环形侧壁29的外径邻近套筒轴承14的内径定位，并且流体卡盘壳体26的底壁27闭合壳体12的一端。流体卡盘壳体26具有通道20，该通道通向并且穿过流体卡盘壳体26的底壁27和环形侧壁29。通道20通向凹部32并且与凹部32连通，该凹部32形成于流体卡盘壳体26的环形侧壁29的内径中。从流体卡盘壳体26的底壁27引导出的通道20的入口可具有连接到其上的管30，该管通向经加压流体源(未示出)并且与经加压流体源连通。流体卡盘壳体26可通过高强度材料制造，例如，钢、铝或金属合金。

为了提供具有不同固有频率的耦合设备，外部轴杆34基本上是圆柱形的并且使其外径在流体卡盘壳体26的内径内并且邻近流体卡盘壳体26的内径延伸。外部轴杆与纵轴13、流体卡盘壳体26、套筒轴承14和壳体12同轴地对齐。通过邻近流体卡盘壳体26的内径，外部轴杆34的外径限定形成于流体卡盘壳体26中的凹部32的部分。外部轴杆34穿过常规的紧固件36连接到壳体12的底壁15，该紧固件36延伸穿过壳体12的底壁15并且进入到外部轴杆34的端部中。外部轴杆34可以由高强度材料制造，例如，钢、铝或金属合金，其中外部轴杆34具有预定的第一扭转刚度。

在外部轴杆34内的是内部轴杆38，该内部轴杆基本上是圆柱形的并且沿着纵轴13、外部轴杆34、流体卡盘壳体26、套筒轴承14和壳体12同轴地延伸。内部轴杆38的外径与外部轴杆34的内径径向间隔开并且从流体卡盘壳体26的底壁27延伸穿过壳体12中的孔口18。内部轴杆38通过使用常规的紧固件40而被连接到流体卡盘壳体26的底壁27，该紧固件延伸穿过流体卡盘壳体26的底壁27并且进入到内部轴杆38的端部中。内部轴杆38具有从内部轴杆38的一端径向向外延伸的一体式轮缘39。内部轴杆38通过使用常规的紧固件44而连接到安装圆盘42，该紧固件延伸穿过内部轴杆38的轮缘39并且进入到安装圆盘42中。内部轴杆38可以由高强度材料制造，例如，钢、铝或金属合金，其中内部轴杆38具有不同于外部轴杆34的第二扭转刚度。

为了将耦合设备10连接到被驱动部件，安装圆盘42具有与纵轴13同轴地对齐的基本上圆柱形的配置。安装圆盘42具有基本上圆形的底壁43，该底壁具有远离底壁43延伸的一体式环形侧壁45。然而，安装圆盘42不仅如先前描述地连接到内部轴杆38，而且安装圆盘42还通过使用常规的紧固件46而被连接到壳体12的环形侧壁17，该紧固件延伸穿过安装圆盘42的环形侧壁45和壳体12的环形侧壁17。安装圆盘42提供延伸穿过底壁43的带螺纹的孔口48以用于接收带螺纹的紧固件(未示出)，以用于将被驱动部件连接到其上。安装圆盘42可由高强度材料制造，例如，钢、铝或金属合金。

为了改变与耦合设备10相关联的固有频率，可收缩套管50安置在提供于流体卡盘壳体26与外部轴杆34之间的凹部32内。可收缩套管50具有基本上环形的配置并且与纵轴13、流体卡盘壳体26和外部轴杆34同轴地对齐。可收缩套管50具有在非致动位置与致动位置之间移动的能力，在非致动位置中在凹部32内不提供经加压流体并且流体卡盘壳体26的通道28由此允许可收缩套管50松弛且并不啮合外部轴杆34，在致动位置中流体卡盘壳体26的凹部32和通道28通过经加压流体被加压，由此迫使可收缩套管50啮合外部轴杆34。当可收缩套管50处于致动位置时，当流体卡盘壳体26被驱动部件驱动时，与可收缩套管50结合的流体卡盘壳体26驱动外部轴杆34的旋转。当可收缩套管50处于非致动位置时，流体卡盘壳体26并不直接地驱动外部轴杆34而是通过内部轴杆38来传输扭转，这是由于内部轴杆与流体卡盘壳体26直接连接，其中流体卡盘壳体26直接地被驱动部件驱动。

如前文所述，耦合设备10的固有频率受外部轴杆34和内部轴杆38的扭转刚度的影响。外部轴杆34具有高于内部轴杆38的扭转刚度，尽管内部轴杆38可具有高于外部轴杆34的扭转刚度，前提是内部轴杆38和外部轴杆34的扭转刚度是不同的。由于耦合设备10的固有频率是基于其扭转刚度和质量的，所以耦合设备10的扭转刚度将影响驱动线的固有频率。耦合设备10的质量保持相对相同，因为进入并离开流体卡盘壳体26的经加压流体的质量相对于耦合设备10的质量是可忽略的。当可收缩套管50没有被致动时，扭转从驱动部件被传输到流体卡盘壳体26并且穿过内部轴杆38。这基于内部轴杆38的扭转刚度而形成了对应于耦合设备10的第一扭转刚度的耦合设备10的第一固有频率。当可收缩套管50被致动时，扭转从驱动部件直接地传输到流体卡盘壳体26并且穿过具有与内部轴杆38不同的扭转刚度的外部轴杆34。这基于耦合设备10的外部轴杆34的第二扭转刚度而形成了耦合设备10的第二固有频率。通过用经加压流体对可收缩套管50进行致动和去致动，耦合设备10可以提供驱动线的两个固有频率的选择，由此确保驱动线将不经历固有频率以及与此类固有频率相关联的振动和谐振中的至少一个。

在替代实施例中，经加压流体可以通过使用不同结构而被供应到耦合设备10的凹部32。如在图4中所见，旋转接头90可被连接到壳体12的外径。旋转接头90提供延伸穿过壳体12、套筒轴承14以及流体卡盘壳体26并且与凹部32连通的通道92。软管94连接到旋转接头90，由此将经加压流体从经加压流体源传送到通道92，该通道继而与凹部32连通。旋转接头90消除了在其它实施例中的对通过管30所呈现的中心馈送的需要。

在本发明的另一个实施例中，减震器52可以结合耦合设备10使用以吸收驱动线中的振动，同时还提供影响扭转刚度的构件，并且因此影响耦合设备10的固有频率。减震器52是常规的并且可以提供不同配置和安装结构。如在图2中所见，减震器52具有通过使用常规的紧固件56而被连接到内部轴杆38的一端的基本上圆柱形的内部凸缘54，该紧固件延伸穿过内部轴杆38的轮缘39并且进入到内部凸缘54中。减震器52的内部凸缘54与纵轴13同轴地对齐并且可以由高强度材料制造，例如，钢、铝或金属合金。由柔性抑制材料制造的基本上环形的扭转兼容耦合元件58被连接到内部凸缘54的外周并且与纵轴13同轴地对齐。基本上环形的外部凸缘60通过使用常规的紧固件62而被连接到内部凸缘54。外部凸缘60也与纵轴13同轴地对齐并且由高强度材料制造，例如，钢、铝或金属合金。扭转兼容耦合元件58具有沿着耦合元件58的两侧延伸的支撑侧面64，其中耦合元件58的支撑侧面64通过使用常规的紧固件66而被连接到外部凸缘60。外部凸缘60的外周通过使用常规的紧固件67而被连接到壳体12和安装圆盘42。安装圆盘42提供延伸穿过底壁43的带螺纹的孔口48，以用常规的紧固件来将安装圆盘42连接到被驱动部件，如先前所描述。

在此实施例中，减震器52被连接到内部轴杆38，并且因此当可收缩的套管50处于非致动位置时耦合设备10的扭转刚度受到影响，这是因为当可收缩套管50没有被致动时流体卡盘壳体26直接地驱动内部轴杆38。当可收缩套管50被致动时，流体卡盘壳体26直接地驱动外部轴杆34，如在先前实施例中所描述的。同样地，耦合设备10配备有两个可能的固有频率，其中固有频率中的一个将受减震器52的扭转刚度的影响。

在本发明的另一实施例中，与第一减震器52相比，第二减震器68放置在耦合设备10的相对端处。第二减震器68也是常规的并且可以提供不同配置和安装结构。如在图3中所见，第二减震器68提供基本上圆柱形的内部凸缘70，该内部凸缘具有基本上圆形的底壁71以及从底壁71延伸的环形侧壁73。内部凸缘70通过使用常规的紧固件72而被连接到流体卡盘壳体26，该紧固件延伸穿过内部凸缘70的底壁71并且进入到流体卡盘壳体26的底壁中。孔口74可以提供于内部凸缘70的底壁71中以用于允许管30从流体卡盘壳体26延伸并且穿过内部凸缘70到达经加压流体源。内部凸缘70与纵轴13同轴地对齐并且由高强度材料制造，例如，钢、铝或金属合金。具有基本上圆柱形配置的扭转兼容耦合元件76被连接到内部凸缘70的外围。扭转兼容耦合元件76由柔性抑制材料制造，该材料具有一对支撑侧面78以用于紧固和支撐扭转兼容耦合元件76。扭转兼容耦合元件76的支撑侧面78中的一个通过使用常规的紧固件82而被连接到内部凸缘70。扭转兼容耦合元件76的相对支撑侧面78通过常规的紧固件86被连接到第二减震器68的外部凸缘84。外部凸缘84是基本上圆柱形的且与纵轴13同轴地对齐，并且由高强度材料制造，例如，钢、铝或金属合金。外部凸缘84通过使用常规的紧固件82而被连接到内部凸缘70。外部凸缘84可以被连接到驱动部件。

通过在耦合设备10的两端处添加减震器52、68，减震器52、68可以应用于耦合设备10的非被致动位置和被致动位置。无论是通过内部轴杆38或者是通过外部轴杆34来传输扭转，耦合设备10都将实现抑制效应。减震器52、68还将吸收驱动线中的一定量的振动，同时当可收缩套管50处于非被致动位置或被致动位置中的任一者时还影响耦合设备10的扭转刚度。

本发明还预测串联连接的多个耦合设备的使用，使得可以在单个驱动线中建立多重扭转刚度。这将提供可以针对驱动线建立的众多固有频率，由此使得驱动线在固有频率下旋转的可能性更小。

在操作中，耦合设备10的一端连接到驱动部件并且相对端连接到被驱动部件。耦合设备10的管30连接到经加压流体源。取决于驱动线的旋转速度，耦合设备10可以在非致动位置中开始，其中可收缩套管50并不啮合外部轴杆34，由此允许直接地穿过内部轴杆38来传输扭转。如果驱动线达到造成驱动线中的振动和谐振的固有频率，那么耦合设备10可以移动到致动位置，由此经加压流体穿过通道28被提供并且进入到凹部32中。经加压流体将可收缩套管50移动到致动位置中，其中可收缩套管50啮合外部轴杆34，由此允许扭转穿过耦合设备10的外部轴杆34来传输。由于外部轴杆34具有与内部轴杆38相比不同的扭转刚度，所以将建立不同的固有频率。假定驱动线在相同旋转速度下被驱动，那么将不会达到不同的固有频率，并且因此，驱动线将不会经历第一固有频率的振动或谐振。

虽然已结合目前所认为的最实用和优选的实施例描述本发明，但应理解，本发明并不限于所公开的实施例，而是相反，意图涵盖包括在所附权利要求书的精神和范围内的各种修改以及等效布置，所附权利要求书的范围应被赋予最广泛的解释，以便使其涵盖如法律所允许的所有此类修改以及等效结构。