CN109072657A - 耦合器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种耦合器，用于扭力弹簧的耦合器具有同中心安装在管板周围的锁定板。管板具有与非圆形轴的形状相匹配的内部开口以致当管板被置于轴周围时，它们被限制一起转动。在一个实施例中，有若干形成于锁定板内部的逐渐变窄的挖槽。在每个挖槽内锁定元件在挖槽内自由移动，但是当管板在拧紧方向转动时，锁定元件被楔在挖槽和锁定板之间来阻止锁定板和管板之间的转动。本发明的耦合器也可被应用于其他需要单向离合器的应用中，例如变速器，起动机，超越型交流发电机滑轮等等。

Description

耦合器

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年3月10日提交的在先申请的美国临时专利申请US62/306,275的优先权，且通过引用并入本文。

背景技术

用于提升车库门的标准的扭力弹簧具有将弹簧固定于固定支架的固定端头(锥体)。因为这个支架被固定于位于车库门上方的墙上，固定端头，如它的名字所表示，不会移动。扭力弹簧的另一端被连接到转动端头。转动端头用于安装，调整，及拆卸该弹簧。当安装该扭力弹簧的时候，弹簧的螺圈段(线圈)被收紧，而产生所需求量值的扭力。

这个扭力之后会作用于扭力杆，该扭力杆是一根横穿扭力弹簧中心的金属杆体。该扭力杆的两端被分别支撑于两个端部轴承板。扭力杆的每一端并与一个缆绳卷轴连接，该卷轴可以容许缆绳绕其缠绕。该缆绳紧紧缠绕在该卷轴周围，然后下降到固定于底部支架的车库门的底部。在门的每一侧有一个缆绳卷轴。

因为该缆绳承载着车库门的全部重量，除非该弹簧松掉，否则该扭力弹簧的扭力不允许该扭力杆做危险的转动。通常车库门的重量略略大于扭力弹簧产生的提升力(该提升力是所述每个弹簧将车库门拉离开地面的重力值)，所以，用正确的弹簧、正确操作的车库门看起来将不会和车库门自身差不多一样重。(正常安的车库门弹簧提升力应该小于车库门本身的重量)当此原则在门的移动过程中保持正确时，门是平衡的。

安装车库门的最危险的步骤是拧紧(收紧)或用力转动该扭力弹簧。通常在所述转动端端头有四个调节孔(第一孔，第二孔，第三孔，和第四孔，四个孔的轴线全部都垂直于扭力杆的轴线)。当收紧该弹簧的时候，操作者需要用两根转动杆(棒)(第一杆和第二杆)完全插入两个相邻调节孔(第一孔和第二孔)，然后绕着扭力杆按一个方向(如图1中30A)将转动端端头转动90度，然后将第一杆移离第一孔，再完全插入第三孔，再按如30A所示转动另一个90度，之后用第二杆重复上述步骤，直到扭力弹簧已经扭至足够的扭力。通常来说，在正常操作下车库门扭力弹簧一般要被扭转7至8圈(7至8个完全的360度)。当弹簧被施加足够扭力后，几个紧固螺钉被用于将转动端端头固紧于扭力杆。

在转动上紧扭力过程中，当操作者用双手在插入，转动、移离，再插入该收紧杆时，该扭力被逐步加大。该逐步加大的扭力必须直接被操作者或通过车库门结构来平衡(抵抗)。通常需要大概30步来适当的平衡车库门系统(即建立对车库门的平衡力)。随着上述增加扭力的过程中，对人和/或结构的危险增加，如果该扭力被失误地松开，则操作者受到伤害的可能性将大大增加。

所以，有需要寻找一种耦合该扭力弹簧和转绕(转动)机构更安全的方法，允许操作者调节特别是在车库门开启中使用的扭力。

发明内容

用于扭力弹簧的耦合器有同心地固定在插管板(管板)周围的锁紧板(锁止板)。插管板有一个内部的开口(孔)，其形状与一个非圆轴的形状相吻合(匹配)，因此当插管板被放置于上述轴周边的时候，它们被约束至一起转动。在一个实施例中，有若干个形成于锁紧板的内部的逐渐变窄的的挖槽。在每个挖槽中，锁紧元件在挖槽中自由移动，但当插管板在拧紧(锁紧)方向转动时，所述锁止元件楔(紧)入于锁紧板和插管板之间。在另一个实施例中，挖槽被设于插管板，锁紧元件(锁止元件)楔于挖槽和锁紧板的内部之间。本发明耦合器也可以应用于其它需要单向离合器的案例中，例如变速器，起动机，超越型交流发电机滑轮等等。

根据下述结合附图的本发明的说明，本发明的其它性能和优点是显然易见的。

附图说明

图1是根据先有技术(现有技术)安装于车库门上方的车库门扭力弹簧的剖面等距视图(三维图)；

图2是本发明实施例的车库门开启机构中扭力弹簧的耦合器等距视图；

图3是图2所示耦合器左侧的详细(放大)的等距视图；

图4是图2所示耦合器右侧的详细的等距视图；

图5是图2的沿扭力轴的轴线做剖切的剖面图；

图6是根据本发明实施例的锁紧板的等距视图；

图7是是根据本发明实施例的插管板的等距视图；

图8是如图2所示的扭力弹簧，转绕端头和固定端头的剖面图；

图9是本发明使用的扭力弹簧的等距视图；

图10是先有技术的固定端头的等距视图；

图11是根据本发明的转绕端头和固定端头的等距视图；

图12是根据本发明实施例中锁紧板，插管板和锁紧元件的等距视图；

图13是根据本发明实施例中锁紧板，插管板和锁紧元件的等距视图；

图14是根据本发明实施例中锁紧板，插管板和锁紧元件的等距视图；

图15是根据本发明的实施例的耦合器的等距视图；

图16是图15所示的耦合器的剖面图；

图17是根据本发明的实施例的耦合器的等距视图；

图18是图17所示的耦合器的剖面图；

图19是图17所示的耦合器的另一个剖面图；

图20是图17所示的耦合器的展开图(透视图)；

图21是图17所示的耦合器的另一个展开图；

具体实施方式

在如下对本发明的详细说明中，图中的编号是指想同类零件，其目的是展示一个具体的实施案例，显然，其它的实施案例可以根据本发明的精神对本案例做改动而获得。

为了对本发明做更清晰的说明，在图2和图3中建立和显示坐标系。

参见图1，所示在先技术的扭力弹簧总成100有扭力弹簧44，该弹簧连接于一个固定端头40和一个转绕(转动、卷绕)端头50。扭力轴30贯穿扭力弹簧44，之后通过固定框架20被放置合适的位置。固定框架20两端有法兰部分22。该法兰部分22有将扭力轴30固在其中的孔24。固定框架20被连接到房子结构(没有显示)。扭力轴30被横向布置，或平行于车库(门安装)墙和地面。一个缆绳卷轴34被连接于扭力轴30(它们被固定在一起及一起转动)。当缆绳卷轴34被转动时，它会通过牵引缠绕在缆绳卷轴的缆绳(图中没有显示)提升车库门。固定端头40用法兰部分22固定。扭力弹簧44环绕扭力轴30扭动，而它的一端被紧固于固定端头40。转绕端头50(也被称为调节环)被固定于固定端头44的相反端。在先技术的扭力弹簧总成100的安装和调整的过程已在本发明申请的背景描述中描述过。其安装和调整过程可能对操作者有很大危险。

现在参看图2，其所示扭力弹簧总成400有轴430。该轴430可以是管状。轴430可以被一个如上所述的固定框架(如图1所示)支撑。一个固定端头440(也可称为固定支架)的一端被固定于固定框架，另一端与扭力弹簧444的固定端442相连接。所述扭力弹簧444的转绕端445与耦合器10相连接。通过使用定位螺钉304，耦合器10可调节地与轴430相连接。

参见图3‐8，该耦合器10有固定的部分10B和可转绕部分10A。固定的部分10B有六角轴210。一个管板220有与六角轴210的几何结构相匹配的内部222。当沿着六角轴210的中心线移动时，管板220可以沿着Y方向滑动。因为管板220的几何结构与六角轴210相匹配，所以管板220随着六角轴210一起转动。当然，如果其它几何结构可被使用，例如椭圆，方形，星型等，只要管板和轴锁在一起转动。管板220也可以是部分或者210的法兰，在这，管板实际是轴的一部分(作为210的延伸部分或称法兰部分)。当然在此实施例中，管板就不可以沿Y方向移动。

锁定板260有若干个锁定板突耳262，该突耳通常有一段圆形内边(内部圆曲率)。锁定板260内同时形成了若干个逐渐变窄的锁定板挖槽264，且通过具有锁定板挖槽有长边265和锁定板挖槽短边263形成锁定板挖槽264的边界(及形成角度)。锁定板挖槽的任何边可以是弧面形(弯曲的)，平形或其它合适的形状。

若干个锁定元件280被放置在锁定板挖槽264当中。锁定元件280的直径大于锁定板挖槽短边263，且小于锁定板挖槽长边265。因此，锁定元件280将楔(牢)进264，并迫使锁定板260和管板220一起沿着锁定方向转动，但是当管板220沿反方向转动时，则做自由飞轮般的相互滑动(锁定板260可自由滚动)。

虽然锁定元件280显示具有圆盘(碟)形状，它也可以采用其它形状，其中可以采用但不限于此的包括弧(曲)状楔形(如图14)，滚柱形(没有显示)，直线楔形，带齿楔形(如图12)圆球形，等等。只要这些形状可以将管板220和锁定板260捆绑(约束)在一起就可以。但管板220和锁定元件280通常比锁定板260的厚度略略薄一些。锁定板260的外部形状通常是圆形的，但也可以采用其它形状。

锁定板260，锁定元件280，和管板220这三个组件被夹在基座板230和盖板270中间。它们通过紧固件232穿过基座板孔231，锁紧板孔261和盖板孔271而被固定在一起。转绕支架240也可以通过使用紧固件232与基座板230固定(连)在一起。四个设置(排列)于转绕支架240的转绕杆通道244可以被用来插进转绕杆(图中没有显示)来转动耦合器10的可转绕部分10A。在转绕杆通道244的顶部，有(若干)开口或孔246。

连接支架(或板)250具有窄槽252和连接支架孔251。通过螺栓或铆钉穿过孔251和246，使得连接支架250与转绕支架240固定连接在一起。

通过至少一个螺栓或铆钉，扭力弹簧444的转绕端445被连接于连接支架250。使用其它的公知的连接方法也可以。六角轴210通过锁定螺钉(定位螺钉)304与螺母板212的配合可拆卸地固定到扭力轴430(图2)，螺母板212通过铆钉或焊接或其它连接方式与六角轴210固紧。六角轴210开有一个孔214以令锁定螺钉304穿过。

六角轴210可以具有一个，但通常具有若干个横向凸起216，横向凸起216阻止锁定元件280和可转绕部分10A的其他连接件沿Y方向滑动离开六角轴210。

装配步骤如下所述：

通过紧固件310，扭力弹簧444被与耦合器10固定(连接)在一起，然后一起宽松地套进扭力轴430(或者二者滑动以啮合扭力轴430。扭力轴430的两端通过固定框架放置在合适位置(如现有已知的方式)，扭力弹簧444被如上图1所述连接到固定框架。扭力弹簧444的固定端442和固定端头40被螺栓(没被显示)固定于固定框架。

耦合器10的固定的部分10B被锁定螺钉304稳固的固定于扭力轴430。转绕(卷绕)棒(没有显示)被插入到一个转绕棒通道244，之后被沿收紧方向30A转动大约90度。

当转绕棒被移离转绕棒通道244，可转绕部分10A会开始转动来释放弹簧所储存的扭力，但当锁定元件280楔插进锁定挖槽264之后，可转绕部分10A被锁定而不能退回原来的位置，因而将能量储存进扭力弹簧444的扭力形变中(即对扭力弹簧444储存了变形能量)。假如没有锁定功能，该储存的扭转(扭力)能量将会被快速释放而导致很大的危险。

之后该转绕棒被插入另外一个转绕棒通道244，重复上述步骤，直至扭力弹簧444被储存足够的扭转能量来平衡车库门的重量。一般来说，对于当前被使用的大多数的车库门(或现有的普通车库门)，一个使用者(操作者)需要转动7‐8圈来为系统储存足够的能量。

为了提供高性价比的应用于车库门打开工具的耦合器系统，耦合器10的大部分零件可以使用可以降低生产成本的冲压(印)工艺而制造。

图10显示了先有技术中使用的典型的固定端头40。它通常有法兰部分41，较大端42，和较小端43。在扭力弹簧44和固定端头40之间典型的连接依赖于扭力弹簧44的端部与固定端头40的端头形状的摩擦力。固定端头44的较大端42要足够大，以令扭力弹簧44的端部足够大的变形来可摩擦地固紧扭力弹簧44。因而，将端头与弹簧端部做接合是一个困难的任务，特别是由于使用者不能在将固定端头和弹簧44的端部接合(engaging)时使用转绕棒、而是使用一对钳子固紧固定端头。

参见图9‐11，本发明提供的固定端头440(它也可以被用作转绕端头，因而不需要像先有技术中要求两种不同的端头)，该固定端头440有一个固定端头柄部452和孔441。固定端头440比普通端头小而薄，也可以用非常经济的冲压工艺制造。

在本发明的实施例中，扭力弹簧444有扭力弹簧环端448和U‐环端450。与传统(普通)的端头(固定端头或转绕端头)不同，本发明可以使得固定端头与转绕端头完全相同，而且尺寸都小于传统的端头。

当扭力弹簧444刚开始被扭转动时，扭力载荷主要被施加于两端的U‐形环段，但随着扭力弹簧444被转绕的越来越多，扭力弹簧444的内部直径显著减小，因而夹紧固定端头柄部452而产生更大的摩擦力将445的转绕端和可转绕部分10A捆绑在一起。

这大大地减少普通的端头和扭力弹簧端部接合所需的作用力。

参看图12，所示单向离合器500有锁止板560(也被称为外圈)，插管板520(也被称为内圈)，以及至少一个但一般有几个的锁止元件580。在此实施例中，插管板520和锁止元件580都开有啮合齿，这些齿令它们向着锁紧方向转动时啮合在一起，通过楔进多个锁板挖槽565(即这是因为锁板挖槽565的形状所产生了楔紧作用)。

如图13所示，单向离合器600有锁止板660，一个插管板620，和若干个插管板挖槽665。在实际应用中，这个实施例中，当以上零件向锁止方向转动时，锁止元件680楔入插管板挖槽665而阻止以上零件之间的相互转动(即这个实施例的运作如上所述为当锁止元件680楔入插管板挖槽665时阻止在缩紧方向的转动)。

参见图14，所示单向离合器700有锁止板760，一个插管板720，和若干个锁止元件780。这个实施例中，插管板720有若干个插管板挖槽765。当以上零件向锁止方向转动时，本实施例的运行如上所述一样，为当锁止元件780楔入插管板挖槽765时而阻止在拧紧方向地转动。

图15和16显示了单向离合器的普通应用，其显示为与轴820相耦合(engaging)的耦合器800。所示轴820是具有相对平面的边(两对边带有平面的)圆棒。外环830有至少一个但通常是几个如上述描述逐渐变窄的啮合挖槽865。内环850有一个与上述轴820横截面几何结构相吻合的内孔。至少一个但通常是几个锁止元件840被用于阻止如上所述地在收紧或锁紧方向地转动(即锁止元件840令上述零件沿锁紧方向转动时锁紧在一起)，而在反方向转动时可以令外环830和内环850的转动分离开(即在反方向转动时允许外环830绕着内环850自由转动。在此实施例中，厚盖板825被配以常规轴承860(即厚盖板825沿着常规轴承860被使用)以使得外环830和内环850做相对分离式转动时更平顺(即使得外环830和内环850之间地自由转动更平顺)。在此案例中，轴820被用作输入部分(或输出部分)，而厚盖板825被用作输出部分(或输入部分)。

如图17至21所示，耦合器1000有内环单元，该单元有一个内环延伸部分1020，内环台肩部分1010和内环部分1060。孔1030被用于耦合器1000连接相关机械机构(图中没有显示)。外环单元有外环延伸部分1040，外环台肩部分1050。该外环台肩部分有法兰部分1070和内环部分1060。法兰部分1070在内环台肩部分1010周边做变形以用于防止上述两单元相互之间的分离。内环部分1060有至少一个但通常是几个挖槽部分1065来提供如上描述的单向离合器的功能(即操作、运作)。至少一个但通常是几个锁止元件1080被布置于挖槽部分1065，这样，在锁紧方向转动时，至少一个但通常是几个锁止元件1080被布置于挖槽部分1065和楔在外环台肩部分和内环部分之间(即当1050和内环部分向锁紧方向转动时，1080就楔紧在它们之间)。无论是台肩部分或相关部分可以被删除，也就是说，盖板270，825可以被删除。在这种情况下，连接物可直接连接于外环部分和内环部分。

当然，应该知道虽然本发明是基于应用于车库门的扭力弹簧而做说明，而本发明是可以被应用于任何需要单向离合器的场合。即本发明可以应用于在一个方向一起转动，而在反方向做分离式转动的场合(即可安装于任何旋转在一个方向被限制而允许而在相反方向自由转动的合适场合)。

尽管本发明仅对上述几个具体实施例做了说明，但是许多其它的变化、改进和其他使用对本领域技术人员是明显的。

Claims (17)

1.用于扭力弹簧的耦合器，其特征在于，包括：

扭力弹簧；

所述扭力弹簧有自由端和固定端；

扭力轴；

所述扭力轴有选定的横截面几何结构；

被放置于所述扭力轴上的所述扭力弹簧；

被连接于所述自由端的单向离合器；

所述单向离合器包括：

具有外径和内径的锁定板；

所述锁定板沿着所述内径具有若干个逐渐变窄的挖槽；

同中心地设置在所述内径内的管板；

所述管板有一个被选定的内部开口来吻合所述横截面几何结构；其中所述管板与所述扭力轴相配合且被锁定；

若干锁定元件被放置在所述若干逐渐变窄的挖槽中，其中当所述扭力轴在被选定方向旋转时所述若干锁定元件限制所述锁定元件转动。

2.根据权利要求1所述的用于扭力弹簧的耦合器，其特征在于，所述锁定元件是圆盘。

3.根据权利要求1所述的用于扭力弹簧的耦合器，其特征在于，所述锁定元件是楔形形状。

4.根据权利要求1所述的用于扭力弹簧的耦合器，其特征在于，所述若干锁定元件和所述管板比所述锁定板薄。

5.根据权利要求1所述的用于扭力弹簧的耦合器，其特征在于，还包括：

若干锁定元件齿被设置在每个所述若干锁止元件的向内面；和

若干锁止元件齿沿着所述管板的外径被设置，当在选定方向转动时，所述若干锁止元件齿与所述管板齿锁在一起。

6.用于扭力弹簧的耦合器，其特征在于，包括：

扭力弹簧；

所述扭力弹簧具有固定端和自由端；

扭力轴；

所述扭力轴有选定的横截面几何结构；

布置于所述扭力轴上的所述扭力弹簧

被连接于所述自由端的单向离合器；

所述单向离合器包括：

有外径和内径的锁定板；

同中心地设置在所述内径内的管板；

所述管板有若干沿着所述管板的外沿的逐渐变窄的挖槽；

所述管板有被选定的中心开口来匹配所述选定的横截面几何结构，其中，所述管板与所述扭力轴配合并被锁定；和

放置于所述若干逐渐变窄的挖槽内的若干锁定元件，其中当所述扭力轴在被选定方向旋转时所述若干锁定元件摩擦限制所述锁定板转动。

7.根据权利要求6所述的用于扭力弹簧的耦合器，其特征在于，所述锁定元件是圆盘。

8.根据权利要求6所述的用于扭力弹簧的耦合器，其特征在于，所述锁定元件是楔形状。

9.根据权利要求6所述的用于扭力弹簧的耦合器，其特征在于，所述若干锁定元件和所述管板比所述锁定板薄。

10.用于扭力弹簧的耦合器，其特征在于，包括：

扭力弹簧；

所述扭力弹簧有自由端和一个固定端；

扭力轴；

所述扭力轴有选定的横截面几何结构；

被放置于所述扭力轴上的扭力弹簧；

与所述自由端相连的单向离合器；

所述单向离合器包括；

内环；

所述内环包括：

内环台肩部分；

内环延伸部分；

所述内环延伸部分与所述内环台肩部分相对应；

所述内环台肩部分有具有外径的圆盘形状；

外环；

所述外环包括；

外环台肩部分；

外环延伸部分；

所述外环延伸部分与所述外环台肩部分相对应；

所述外环台肩部分有内径；

所述内环台肩部分外径与所述内径同中心配合；

所述外环台肩部分有一个约束所述内环台肩部分的法兰；

一个内环部分同中心地被放置于所述内环台肩部分；

所述内环部分沿其外沿有若干个逐渐变窄的挖槽部分；

若干个锁止元件被放置于所述若干个逐渐变窄的挖槽部分，当在选定方向转动时，所述若干个锁止元件摩擦性地锁住外环。

11.用于连接输入旋转单元和外部旋转单元的单向离合器，其特征在于，所述单向离合器包括：

内环，

外环，和

锁定元件。

12.根据权利要求11所述的用于连接输入旋转单元和外部旋转单元的单向离合器，其特征在于，还包括至少一个沿着所述内环外侧设置的约束所述锁定元件的挖槽。

13.根据权利要求11所述的用于连接输入旋转单元和外部旋转单元的单向离合器，其特征在于，还包括至少一个沿着所述外环内侧设置的约束所述锁定元件的挖槽。

14.根据权利要求11所述的用于连接输入旋转单元和外部旋转单元的单向离合器，其特征在于，所述锁定元件是圆盘。

15.根据权利要求13所述的用于连接输入旋转单元和外部旋转单元的单向离合器，其特征在于，所述锁定元件是一个楔形薄板。

16.根据权利要求12所述的用于连接输入旋转单元和外部旋转单元的单向离合器，其特征在于，所述锁定元件有齿形边缘。

17.用于平衡车库门重量的弹簧系统，其特征在于，所述弹簧系统包括：

扭力弹簧，和

单向离合器。