衬套

技术领域

本发明涉及一种用于抵抗诸如车辆的发动机和底盘的两个部件之间的振动的衬套。

背景技术

通常，用于抵抗振动的衬套包括两个锚固部分，所述两个锚固部分通过诸如橡胶的弹性材料连接。一个锚固部分附接到振动机器的一个部件，且另一锚固部分附接到另一部件。当两个部件相对于彼此振动时，弹性材料在振动部件和锚固件之间提供隔离。这种衬套因此允许部件之间一定的相对运动，但可作用以防止其间的过度运动。

GB 2 364 558公开了一种衬套的示例，其中用于振动机器的一个部件的一个锚固部分为中空套筒的形式，且另一锚固部分为杆或管的形式，其大致在套筒中心且同轴地延伸。在套筒和杆之间的环空体积内设置有例如由橡胶或其他合适的弹性体材料制成的弹性体。弹性体可以例如通过将套筒朝向杆径向压接来固定到位。

套筒和杆之间的弹性体代表用于隔离振动的弹簧元件。该弹簧元件的动态刚度随振动频率而变化，其取决于许多因素，包括所用的弹性材料以及套筒和杆之间连接的形状和配置。然而，在任何给定的布置中，弹性体将表现出一种或多种本征模式，其中动态刚度增加并且互连部件之间的振动隔离减小。

理想的是，在与要互连的两个部件(例如，车辆中的发动机和底盘)的正常操作相关联的频率范围内，由于弹性体的本征模式而导致的动态刚度增加被减小。

发明内容

最普遍的，本发明提供了一种调谐元件，其能够与衬套的弹性体一体地形成，并被配置为在预定的操作振动频率范围内减小与弹性体的本征模式相关联的动态刚度增加。所述调谐元件可以类似于弹性体的外表面上的直立壁或翼部。以这种方式配置的衬套可特别适于在操作振动频率范围包括高频的情况下使用，诸如用于电动车辆的发动机架。预定的操作频率范围可以是敏感的振动频率范围，例如与可能预期在操作期间规则地发生或长时段内发生的振动频率相关联。例如，在衬套连接在车辆中的情况下，预定的操作振动频率范围可能与和跨越常规速度范围的巡航相关联的马达振动相关联。

根据本发明，可以提供一种用于隔离振动的衬套，所述衬套包括：第一锚固部分，其限定纵向轴线；第二锚固部分，其与第一锚固部分间隔开；弹性体，其在第一锚固部分和第二锚固部分之间延伸并与第一锚固部分和第二锚固部分可操作地接合以隔离其间的振动；以及调谐元件，其可操作地联接到弹性体的外表面，其中调谐元件包括在弹性体的外表面上的直立壁，并且其中调谐元件被配置为在预定的操作振动频率范围内减小与弹性体的本征模式相关联的动态刚度增加。所述调谐元件优选地包括环绕纵向轴线并从弹性体的外表面突出的环形壁或翼部。

术语“弹性的”在本文中用于一般地表示在施加变形力之后例如以弹性方式弹回或回弹的能力。

所述调谐元件可与弹性体一体地形成。换言之，弹性体和调谐元件两者可以由相同的弹性可变形材料制成，例如天然橡胶等。然而，在其他示例中，调谐元件可以是被结合或以其他方式固定至弹性体的独立的实体。

所述调谐元件可以包括多个环形壁。每个环形壁可以与纵向轴线同轴。

弹性体的外表面可以是弹性体的任何裸露表面，调谐元件可以从裸露表面延伸而不会干扰衬套的操作。例如，调谐元件可包括在弹性体的轴向表面或径向表面上的突起。如上所述，调谐元件可以包括环形元件，例如以从弹性体的表面突出的壁或翼部的形式。环形壁或翼部可以相对于纵向轴线在任何方向上突出。例如，它可以在平行于或垂直于纵向轴线的方向上延伸。或者它可以相对于纵向轴线成角度。

在一个实施方案中，第二锚固部分可以相对于第一锚固部分同轴地设置。弹性体因此可以在第一锚固部分和第二锚固部分之间径向地延伸。在该示例中，直立壁可以在弹性体的轴向端面上。直立壁可以是具有沿轴向方向延伸的高度的环形壁。例如，调谐元件可以包括从弹性体的上轴向端面突出的上环形壁和从弹性体的下轴向端面突出的下环形壁。在一些示例中，在一个或两个轴向端面上可具有多个环形壁。

每个环形壁具有的最大径向厚度可小于轴向端面的径向长度的一半，优选地小于轴向端面的径向长度的三分之一或四分之一。每个环形壁可沿其轴向长度具有基本均匀的径向厚度。

弹性体可以包括围绕纵向轴线间隔开的多个径向臂，并且其中每对相邻的臂通过纵向延伸的通道隔开。直立壁可以仅形成在径向臂上，即，它可以围绕纵向轴线在独立的离散元件中延伸。然而，优选地，直立壁跨过每个纵向延伸的通道桥接，使得其以连续的方式环绕纵向轴线。

在一个示例中，第一锚固部分可以是沿着纵向轴线延伸的杆。第二锚固部分可以包括套筒，所述套筒围绕杆并且在其间限定环形空间。弹性体可以在杆的外表面和套筒的内表面之间径向延伸。弹性体可以是填充杆和套筒之间的环形体积的实心弹性构件，或者可以是其中具有通道或空腔以在振动期间促进第一锚固部分和第二锚固部分之间的相对运动的模制弹性构件。

弹性体可包括在第一锚固部分和第二锚固部分之间径向延伸的上凸角以及在第一锚固部分和第二锚固部分之间径向延伸的下凸角。上凸角和下凸角可通过环形空间隔开。上轴向端面可以在上凸角上，且下轴向端面可以在下凸角上。

弹性体可以在环形空间中包括止住(snub)部分。所述止住部分可被配置为限制第一锚固部分相对于第二锚固部分的径向行进。

优选地，弹性体通过注射成型形成。

优选地，第一锚固部分可连接至第一机器部件，并且第二锚固部分可连接至第二机器部件，由此衬套可操作以隔离第一机器部件和第二机器部件之间的振动。例如，第一机器部件可以是电动马达。替代地，第一机器部件和第二机器部件是车辆的发动机和底盘。

附图说明

以下参考附图详细描述了本发明的实施方案，在附图中：

图1是已知类型衬套的截面侧视图；

图2是作为本发明的实施方案的衬套的截面侧视图；

图3是图2的衬套的剖视透视图；

图4是示出图1的常规衬套和图2的衬套的动态刚度相对于频率的曲线图；

图5A是作为本发明的另一实施方案的衬套的平面视图；

图5B是图5A的衬套沿线B-B截取的纵向截面视图；

图5C是图5A的衬套沿线D-D截取的纵向截面视图；

图6A是作为本发明的又一实施方案的衬套的平面视图；

图6B是图6A的衬套沿线B-B截取的纵向截面视图；

图6C是图6A的衬套沿线D-D截取的纵向截面视图；

图7A是作为本发明的又一实施方案的衬套的平面视图；

图7B是图7A的衬套沿线B-B截取的纵向截面视图；以及

图7C是图7A的衬套沿线D-D截取的纵向截面视图。

具体实施方式

图1是已知类型衬套100的截面视图，在此为便于理解本发明而对其进行描述。衬套100具有大体上圆柱形的配置，其表现出围关于向轴线的旋转对称性。图1所示的截面侧视图平行于纵向轴线101截取。

衬套100包括第一锚固部分110和第二锚固部分112。第二锚固部分112通过在第一锚固部分110和第二锚固部分112之间延伸的弹性体114与第一锚固部分110间隔开。

第一锚固部分110包括刚性杆，所述刚性杆可以是由任何合适的材料(例如像铝或钢的金属)制成的中空管。在一些实施方案中，第一锚固部分110可以由两个或更多个部件形成。例如，第一锚固部分110可具有被环形塑料部件(例如，通过注射成型形成)环绕的芯部件，诸如中空金属管，所述环形塑料部件将芯连接至弹性体114。

第一锚固部分110被配置为以任何常规方式附接到振动机器(未示出)的第一部件。

第二锚固部分112包括刚性套筒，所述刚性套筒例如由塑料或金属形成，并与第一锚固部分110同轴地设置以在其间限定环形空间。第二锚固部分112可被配置为附接到振动机器(未示出)的第二部件。第二锚固部分112可以包括容纳弹性体114的金属(例如，挤压铝)壳体或罐。所述金属壳体在其外表面上可以具有例如由硫化橡胶等制成的保护涂层(未示出)。

例如，第一部件可以是发动机或马达，且第二部件可以是车辆的底盘。衬套100可特别适于在电动车辆中的驱动单元(诸如马达)和底盘之间使用。

在第一锚固部分110和第二锚固部分112之间的环形空间中，设置有弹性体114。所述弹性体114可以由诸如橡胶的可弹性变形的材料形成。例如，弹性材料可以是具有用邵氏A硬度计测量的在45和50之间的硬度的橡胶。根据期望的刚度特性的要求，弹性体114可以具有空隙/通道或者可以是实心橡胶。

在一些示例中，弹性体114可以结合到第一锚固部分110和第二锚固部分112中的一者或两者。例如，弹性体114可以结合到第一锚固部分110，并且该布置可被推入配合到第二锚固部分112中以增加耐用性。耐用性的提高来自于对橡胶进行预压缩以消除在成型期间由于橡胶收缩而引起的残余应力。

弹性体114在第一锚固部分110的外表面和第二锚固部分112的内表面之间径向延伸。第二锚固部分112可包括上环元件116和下环元件118，所述上环元件和下环元件附连到弹性体114的相应的上凸角115和下凸角117。上环元件116和下环元件118可以例如通过注射成型由适当的刚塑性材料形成。可以选择材料以提供与弹性可变形材料的材料的稳固连接。

第二锚固部分112可包括设置在上环元件116和下环元件118之间的径向向内突出部分120。径向向内突出部分120可以布置成限制止住部分122在弹性体上的径向行进。在该示例中，止住部分122是从第一锚固部分110的外表面向外突出的周向肋。径向向内突出部分120可以与第二锚固部分112一体地形成，或者可以是通过第二锚固部分112保持的例如注射模制的独立的模制部件。上环元件116和下环元件可以例如环绕其轴向端部固定到径向向内突出部分120。

图2是作为本发明的实施方案的衬套200的截面视图。与图1的衬套100相同的特征被赋予相同的附图标记，并且不再描述。

本发明的衬套200与图1的衬套100的不同之处在于提供了可操作地连接至弹性体114的调谐元件202、204。在该示例中，调谐元件202、204分别联接到弹性体的上凸角115的上表面206和弹性体的下凸角117的下表面208。原则上，调谐元件202、204可以联接到弹性体114的其他区域，但这些位置可能是有利的，因为它们不干扰由止住部分122和径向向内突出表面120形成的运动限制器的操作。

可能希望在上表面206和下表面208两者上提供调谐元件202、204，如图2所示。其中，衬套是对称的(即，上凸角115和下凸角117相同)，调谐元件202、204可具有相同的配置。更一般地，可以在上表面206和下表面208上提供任何数量的调谐元件，以跨整个操作振动频率范围提供平滑的动态刚度响应。

在该示例中，调谐元件202、204各自包括呈轴向延伸的环形壁或翼部的形式的弹性体114的延伸部，所述环形壁或翼部环绕纵向轴线101(例如，与其同轴)。调谐元件202、204可以与弹性体114一体地形成，即，可以由相同的弹性可变形材料形成。然而，在其他实施方案中，调谐元件可以独立形成并结合至或以其他方式固定至弹性体114。

在图2的实施方案中，每个调谐元件202、204包括在轴向方向上延伸的单一直立环形翼部。在其他示例中，每个调谐元件可以包括多个间隔开的环形翼部，和/或每个翼部可以相对于纵向轴线以一定角度延伸。每个翼部的径向厚度可以远小于弹性体的径向范围(例如，宽度)。在调谐元件的附加质量有效的情况下，这具有控制弹性体上的位置的作用。

调谐元件202、204用作质量阻尼器以抑制衬套的共振，使得衬套跨期望的振动频率范围表现出低的动态刚度。在这种情况下，已经发现，调谐元件202、204在跨与例如电动车辆或混合动力车辆中的电动马达的正常操作相关联的振动频率范围的抑制共振方面特别有用。该振动频率范围可能高于与常规内燃发动机相关联的振动频率范围。调谐元件202、204引起阻尼的期望振动频率范围可为例如500Hz-2500Hz。

在使用中，弹性体114和调谐元件202、204一起操作以隔离第一锚固部分110和第二锚固部分112之间的振动。以这种方式，通过使用衬套200将两个部件互连，可以使第一部件与第二部件的振动隔离，反之亦然。当附连到衬套200的两个部件相对于彼此振动时，弹性体114和调谐元件202、204变形以隔离振动。弹性体114可具有一个或多个本征模式，在所述一个或多个本征模式下弹性材料的动态刚度增加，从而趋于减小两个互连部件之间的振动隔离。如上所阐释，调谐元件202、204的提供用于减小在本征模式下的这些刚度增加，以确保在所有操作频率下使两个部件对于相对振动隔离开。

可以选择弹性体114和调谐元件202、204的性质以隔离跨两个部件的操作频率范围的振动。特别地，可以选择调谐元件202、204的性质和尺寸，以使第一锚固部分110和第二锚固部分112与和弹性体114的本征模式相关联的动态刚度增加隔离。可以选择调谐元件202、204的形状、材料和配置，使得衬套表现出期望的动态刚度特性，如下所论述。例如，调谐元件202、204、116b可以由具有期望刚度和/或硬度或任何其他材料性质的弹性材料制成。调谐元件202、204也可以被调谐以确保它们隔离在弹性体114的本征模式下的动态刚度增加。

图3是被提供以更详细地示出特征的三维性质的衬套200的剖视透视图。上文讨论的特征被赋予相同的附图标记，并且不再讨论。

图4示出诸如图1所示的衬套100的已知衬套和诸如图2所示的衬套200的根据本发明的衬套的动态刚度相对于频率的曲线图。

如图4可见，已知衬套的动态刚度特性300表现出刚度峰值302、304，其对应于在大约600Hz和1200Hz下的本征模式。这些峰值表示通过衬套互连的两个部件之间的隔振性降低。例如，在衬套用于将发动机或马达安装到车辆的底盘的情况下，这可能导致不想要的噪声。因此，期望减小或消除在这些频率下的衬套中的刚度增加。

诸如图2所示的衬套可以具有动态刚度特性310，其中减小或消除了在约600Hz和1200Hz下的动态刚度峰值。衬套的本征模式取决于弹性体114的尺寸或材料。因此，通过调谐元件202、204的适当配置，可以调节在这些频率下的阻尼效果，并且可以“调谐”阻尼效果的频率以更紧密地匹配弹性体114的本征模式。通过以这种方式提供调谐元件202、204，在图4中可以看出，动态刚度峰值大大降低，这意味着通过衬套连接的两个部件跨期望的操作频率范围从相对振动隔离。

图5A、图5B和图5C示出作为本发明的另一实施方案的衬套400的各种视图。与图1和图2所示的衬套100、200相同的特征被赋予相同的附图标记，并且不再描述。

图5A示出衬套400的俯视图。类似于图2所示的衬套200，衬套400包括联接到弹性体404的上表面的调谐元件402。在该示例中，弹性体404形成有穿过其中的多个轴向通道408，使得其包括在锚固部分110、112之间延伸的多个径向臂。通道408围绕衬套的轴线101规则地设置。在该示例中，存在四个通道408，但本发明不必限于该数量的配置。

每个通道408由穿过弹性体404的上表面的孔406限定。通道408优选地在轴向方向上完全延伸穿过弹性体。在图5A中，当通过孔406向下看时，止住部分122和衬套内的径向向内突出表面120是可见的。然而，在其他示例中，通道508可以例如在上凸角410的下表面和/或下凸角412的上表面处关闭。在这样的示例中，通道408可以类似于形成在弹性体404的各个凸角中的凹腔或盲通道。通道408可以通过横跨弹性体404内的通道408的弹性材料的腹板或蒙皮封闭。腹板可以与弹性体404一体地形成。

通道408在弹性体404的周向范围内提供间隙。与具有不间断的周向弹性体的配置相比，这样的间隙可以改善衬套在用于抑制锚固部分110、112之间的高频振动方面的性能。

如图5B和图5C所示，衬套400中的弹性体404具有上凸角410和下凸角412两者。通道408以对准的方式设置在上凸角410和下凸角412两者中，即，其中上凸角中的每个通道在下凸角中具有沿轴向方向与之对准的相应通道。

在图5A、图5B和图5C所示的衬套400中，调谐元件402联接到弹性体404的在相邻通道408之间延伸的每个部分。类似于图2所示的衬套200，每个调谐元件402是在轴向方向上延伸的直立翼部。相应的调谐元件414设置在下凸角412的下表面上，使得衬套关于侧向中间平面对称。

图6A、图6B和图6C示出作为本发明的另一实施方案的衬套500的各种视图。与图1和图2所示的衬套100、200相同的特征被赋予相同的附图标记，并且不再描述。

图6A示出衬套500的俯视图。类似于图5A、图5B和图5C所示的衬套400，衬套500具有弹性体504，所述弹性体形成有穿过其中的多个轴向通道508。通道508围绕衬套的轴线101规则地设置。在该示例中，存在四个通道508，但本发明不必限于该数量的配置。

每个通道508由穿过弹性体504的上表面的孔506限定。通道508优选地在轴向方向上完全延伸穿过弹性体。在图6A中，当通过孔506向下看时，止住部分122和衬套内的径向向内突出表面120是可见的。然而，在其他示例中，通道508可以例如在上凸角510的下表面和/或下凸角512的上表面处关闭，如以上所讨论。

通道508在弹性体504的周向范围内提供间隙。与具有不间断的周向弹性体的配置相比，这样的间隙可以改善衬套在用于抑制锚固部分110、112之间的高频振动方面的性能。

如图6B和图6C所示，衬套500中的弹性体504具有上凸角510和下凸角512两者。通道508以对准的方式设置在上凸角510和下凸角512两者中，即，其中上凸角中的每个通道在下凸角中具有沿轴向方向与之对准的相应通道。

在图6A、图6B和图6C所示的衬套500中，调谐元件502联接到弹性体504的在相邻通道508之间延伸的每个部分。类似于图2所示的衬套200，每个调谐元件502是在轴向方向上延伸的直立翼部。相应的调谐元件514设置在下凸角512的下表面上，使得衬套关于侧向中间平面对称。

然而，与其中调谐元件402、414被限制在弹性体404的表面的衬套400不同，在衬套500中，每个调谐元件502具有在孔506的边界上方延伸以突出到通道508中的部分516。可以选择部分516突出到通道508中的程度和方向，以帮助调谐衬套的性能。图6B示出部分516沿着弹性体的各个凸角的整个长度突出，但这不是必须的。

图7A、图7B和图7C示出作为本发明的另一实施方案的衬套600的各种视图。与图1和图2所示的衬套100、200相同的特征被赋予相同的附图标记，并且不再描述。

图7A示出衬套600的俯视图。类似于图5A、图5B和图5C所示的衬套400，衬套600具有弹性体604，所述弹性体形成有穿过其中的多个轴向通道608。通道608围绕衬套的轴线101规则地设置。在该示例中，存在四个通道608，但本发明不必限于该数量的配置。

每个通道608由穿过弹性体604的上表面的孔606限定。通道608优选地在轴向方向上完全延伸穿过弹性体。在图7A中，当通过孔606向下看时，止住部分122和衬套内的径向向内突出表面120是可见的。然而，在其他示例中，通道608可以例如在上凸角610的下表面和/或下凸角612的上表面处关闭，如以上所讨论。

通道608在弹性体604的周向范围内提供间隙。与具有不间断的周向弹性体的配置相比，这样的间隙可以改善衬套在用于抑制锚固部分110、112之间的高频振动方面的性能。

如图7B和图7C所示，衬套600中的弹性体604具有上凸角610和下凸角612两者。通道608以对准的方式设置在上凸角610和下凸角612两者中，即，其中上凸角中的每个通道在下凸角中具有沿轴向方向与之对准的相应通道。

在图7A、图7B和图7C所示的衬套600中，调谐元件602联接至弹性体604的上凸角610的顶表面。然而，与上面讨论的在通道之间的弹性体的每个部分上设置独立的调谐元件的布置不同，在该实施方案中，调谐元件602是环绕轴线101的连续实体。调谐元件602联接到弹性体604的在相邻通道608之间延伸的每个部分。但是，调谐元件602不是在通道608处或在通道608中终止，而是在通道608的相对侧之间桥接。图7B示出桥接部分(即，调谐元件在通道内的部分)在弹性体的各个凸角的整个轴向长度上向下延伸。然而，这种布置不是必须的。例如，桥接部分可以仅经过通道608的顶部。

如图7A所示，调谐元件602呈以轴线101为中心的圆的形式。然而，可以使用其他几何形状(例如椭圆形或不规则形状)。类似于图2所示的衬套200，调谐元件602是在轴向方向上延伸的直立环形翼部。相应的调谐元件614设置在下凸角612的下表面上，使得衬套关于侧向中间平面对称。

发明人已经发现，穿过弹性体的通道与连接通过该通道分开的弹性体的“支腿”的连续翼部或叶片形调谐元件相结合的组合可导致高频性能(特别是在500Hz-2500Hz的频率范围内)得到改善的衬套。不希望受到理论的束缚，而认为连续调谐元件与独立的调谐结构相比具有不同的振动模式，从而确保整个系统在高频范围内不表现出振动本征模式。