CN101245816A - 用于减小环形盘状的构件的振动的方法及环形盘状的构件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种环形盘状的构件、例如双质量飞轮的摩擦环，该环形盘状的构件具有至少一个相对于该构件的轴线垂直地指向的圆环盘状的摩擦面，为了避免当所述摩擦面与配合面处于滑动接触时形成尖锐噪声，该环形盘状的构件被构造得圆周方向上的循环对称性受到干扰，其方式是例如所述摩擦面设置有一个或多个凹陷部。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于减小总体上环形盘状的构件的振动的方法，该总体上环形盘状的构件具有至少一个相对于该构件的轴线垂直地指向的圆环盘状的摩擦面。本发明还涉及一种具有这种摩擦面的环形盘状的构件。
背景技术
当在两个构件之间存在滑动摩擦接触时，振动、尤其是在声频范围中令人感到不舒适的振动是广为流传的问题。这种可听到的振动的一个典型例子是在制动器、离合器等上出现的尖锐噪声。
发明内容
本发明的任务在于，提供一种用于在总体上环形盘状的构件上出现的尤其是处于声频范围中的振动的补救措施，该环形盘状的构件具有至少一个相对于该构件的轴线垂直地指向的、与另一个构件处于滑动摩擦接触的圆环盘状的摩擦面。
上述任务的第一个解决方案通过根据本发明的方法来实现，该方法根据本发明以有利的方式被进一步构造。
本发明任务的另一个解决方案通过根据本发明的环形盘状的构件来实现。根据本发明的环形盘状的构件根据本发明以有利的方式被进一步构造。
根据本发明存在一种用于减小总体上环形盘状的构件的振动的本发明方法，该总体上环形盘状的构件具有至少一个相对于该构件的轴线垂直地指向的圆环盘状的摩擦面，所述圆环盘状的摩擦面由于相对于一个配合构件的相对扭转而与该配合构件处于滑动摩擦接触，所述方法在于，这样构造该盘状的构件，使得绕该盘状的构件的轴线存在的循环对称性受到干扰。
当配合构件的圆环盘状的摩擦面与环形盘状的构件的圆环盘状的摩擦面处于摩擦接触时，根据本发明的方法是特别有利的。
一种环形盘状的构件，具有至少一个相对于该构件的轴线垂直地指向的圆环盘状的摩擦面，所述圆环盘状的摩擦面在安装位置中由于相对于一个配合构件的相对扭转而可与该配合构件形成滑动摩擦接触，根据本发明，该环形盘状的构件被构造得绕其轴线的循环对称性受到干扰。
有利地，圆环盘状的摩擦面构造有至少一个凹陷部，所述凹陷部的深度是这样的：在所述凹陷部的基底中不与相应的配合构件发生摩擦接触。
优选构造有多个在圆周方向上间隔开的凹陷部。
这些凹陷部延伸经过的圆周角度的总和有利地处于45度与180度之间。
尤其合乎要求的是，这些凹陷部延伸经过的圆周角度的总和处于120度与180度之间。
这些凹陷部的不对称性尤其是通过下面的特征来实现：
m是凹陷部的数量，i是凹陷部i(i＝1，…，m)在圆周方向上的宽度，ψi(i＝1，…，m)是相邻的凹陷部之间在圆周方向上的距离，并且
max＝max{i}，min＝min{i}，i＝1，…，m，
ψmax＝max{ψi}，ψmin＝min{ψi}，i＝1，…，m，
则应满足下面的条件：
-凹陷部的宽度的不对称max-min＞10°，
-凹陷部之间的距离的不对称ψmax-ψmin＞10°。
优选根据本发明的构件构造有两个在轴向上间隔开的、相对于所述轴线垂直地指向的摩擦面，这些摩擦面中的每一个在该构件的安装位置中与一个相应的配合构件处于滑动摩擦接触，在相互之间压紧的情况下所述配合构件接收所述构件的至少一个部分区域，其中，这些摩擦面中的至少一个构造有至少一个凹陷部。
本发明尤其适用于一个环形盘状的构件，该环形盘状的构件是一个在双质量飞轮的飞轮之间促成摩擦接触的摩擦环。
附图说明
下面借助于示意性附图示例性地并且通过其它细节来描述本发明。附图表示：
图1如在往复式活塞内燃机上使用的一个公知的双质量飞轮的半剖面，
图2图1在一个变换的实施形式中的细节视图，
图3一个摩擦环的立体视图，
图4用于说明一个摩擦盘的振动激励的不同视图，
图5一个摩擦盘的成对出现的振动固有模态，
图6构造在摩擦盘上的凹陷部的立体视图，
图7一个摩擦盘的具有正实部的特征值，
图8一个摩擦盘的具有正实部的特征值的另一个例子，
图9设置有一个凹陷部的摩擦环的立体视图及俯视图，
图10设置有一个凹陷部的摩擦环的具有正实部的特征值，
图11设置有两个凹陷部的摩擦环的立体视图及俯视图，
图12设置有两个凹陷部的摩擦环的具有正实部的特征值，
图13设置有三个凹陷部的摩擦环的立体视图及俯视图，
图14设置有三个凹陷部的摩擦环的具有正实部的特征值。
具体实施方式
下面在其可用于减小或消除在双质量飞轮上形成的噪声、尤其是尖锐噪声方面来对本发明进行描述。
在图1中以半剖面示出了一个在其结构方面公知的双质量飞轮。
根据该图，一个也被称为扭转振动减振器的双质量飞轮1具有一个通常无相对转动地与内燃机的曲轴相连接的初级飞轮4及一个次级飞轮5。这两个也被称为飞轮质量的飞轮4及5通过一个能量储存装置7彼此相耦合，该能量储存装置包括多个在圆周方向上分布地设置的能量储存元件8、优选螺旋压簧。次级飞轮5通过一个铆接连接装置12与一个环形法兰10相连接。
初级飞轮4基本上具有一个圆环盘的构型，从该圆环盘在径向外部伸出一个轴向突缘13。一个尾缘(Auslufer)14从该轴向突缘13的自由端部径向向内延伸，该尾缘基本上具有一个在能量储存元件8的区域中向外拱曲的圆环盘的构型。在初级飞轮的尾缘14的径向内部区段15上固定有一个环形盘18，一个弹性的密封膜片20靠置在该环形盘的朝向法兰10的表面上。该密封膜片例如通过一个金属碟形弹簧构成。
密封膜片20包括一个径向内部区段21，该径向内部区段具有多个通孔，这些通孔用于将密封膜片定位及固定在次级飞轮5上。径向内部区段21一体地与一个径向外部区段22相连接，该径向外部区段靠置在环形盘18上并且用于避免设置在能量储存元件8的区域中的润滑剂穿过到一个与次级飞轮5相耦合的离合器装置。
优选由塑料构成的环形盘18主要用于避免密封膜片20与尾缘14或初级飞轮4之间的直接金属接触。
如从图1中还可看出，在初级飞轮4的一个径向内部区域上例如通过铆接或螺纹连接而固定有一个环形板26，该环形板朝次级飞轮5弯曲并且终止在一个径向指向的环形突缘26中。在环形突缘26的径向外部在次级飞轮5上借助于一些轴向伸出的突缘28固定有一个摩擦环30。摩擦环30在次级飞轮5上的固定可以是这样的：摩擦环30无相对转动地被保持在该飞轮上或在圆周方向上带有间隙地被保持在该飞轮上。
摩擦环30的径向指向的环形盘部分32被一个支撑环34压着靠置在初级飞轮4上，其中，在支撑环34与环形突缘26之间设置有一个施加压紧力的碟形弹簧环35。摩擦环30用于阻尼初级飞轮4与次级飞轮5之间的相对扭转，这种相对扭转在初级飞轮与次级飞轮之间起作用的转矩波动的影响下形成并且导致能量储存元件8变形。视碟形弹簧环35的预压紧力、相互靠置的面的类型和尺寸及摩擦环30在次级飞轮5上固定的形式(在圆周方向上有间隙或无间隙)而定，相对扭转可以以符合目的的方式被阻尼。
图2以放大的视图并且以相对于图1稍微变型的布置示出了图1的摩擦环30。对于相对应的部分使用与图1中相同的参考标号。
根据图2的布置与图1相比较区别在于：环形板24固定在一个与初级飞轮4刚性地连接的环形法兰241上，支撑环34及碟形弹簧环35设置在摩擦环30与初级飞轮4之间，由此，摩擦环30的环形盘部分32靠置在环形突缘26上。
不言而喻，也可以有摩擦环30的其它布置，在这些布置中，摩擦环30通过由它促成的摩擦力抵抗初级飞轮与次级飞轮之间的相对扭转。
图3示出了摩擦环30的一个立体视图，该摩擦环具有突缘28及环形盘部分32，通过这些突缘进行摩擦环30与次级飞轮的无相对转动的连接，该环形盘部分具有一些相对于环形盘部分32的轴线垂直地指向的圆环盘状的摩擦面36、38，这些摩擦面与环形突缘26及支撑环34的相应摩擦面相靠置。
下面借助于图4来说明导致振动的不稳定性的形成，其中假设：所示的环形盘部分在圆周方向上保持循环对称并且从两个轴向侧由本身刚性的表面在压紧的情况下接触，由此在接触区域中存在一个法向力，该法向力在相对扭转时引起切向方向上的摩擦力。厚度增加导致法向力增大，法向力增大又导致切向力增大，通过切向力增大使环形盘在径向方向上变形。环形盘的厚度减小导致切向力减小，切向力减小也导致环形盘在径向方向上变形。
这在图4中阐明。在分图a)中，暗的区域表示就径向方向上的振动而言所述盘的振动波腹，其中，在圆周方向上由于横向收缩而总是一个变厚接着一个变薄，这导致根据分图b)法向力变化。法向力的变化导致切向力变化，如分图c)中所示，由此总地得到根据d)所述盘动态变形。
环形盘具有无限数量的固有模态，这些固有模态各具有一个特定的形状。在这样的振动模态时环形盘的径向位移在圆周方向上具有m个最大值和最小值及2m个波节线。任何模态都成对地出现，其中有：
其中，θ是一个在环形盘的圆周方向上测量的角度。在成对地出现的模态之间存在一个反馈。在所考察的情况中，这些模态具有相同的固有频率。例如借助于具有Q-R阻尼法模态分析的程序ANSYS 10.0进行的分析表明：成对地以相同固有频率出现的无限数量的固有模态在无阻尼时是不稳定的。不稳定性的根源是环形盘的轴向对称性及横向收缩，由于该轴向对称性而存在大量成对地出现的具有相同频率的模态，该横向收缩引起环形盘的平面中的振动与法向力和切向力的变化之间的联系或耦合。
图5示出了环形盘或摩擦环的在垂直方向上相继的、具有四个、六个及八个波腹的、三个不同的固有模态并且各在右侧相邻地示出了在在左侧的模态中为波腹的位置处具有波节的成对模态。
根据本发明，为了使耦合的模态的固有频率彼此分离，对摩擦环30的或其环形盘部分32的在圆周方向上存在的对称性进行干扰，由此也削弱了通过横向收缩进行的力传递。对圆周方向上的循环对称性的干扰可用不同的方式来进行，例如通过改变环形盘部分的宽度、通过构造一些孔等来进行。这样获得良好的结果：在环形盘部分32上构造一些凹陷部40，如图6中所示，这些凹陷部沿一个圆周角度i延伸并且这些凹陷部在圆周方向上的距离取值为ψi。凹陷部40例如可以是轴向的铣入部，这些铣入部的深度有利地是这样的：凹陷部的基底不靠置在支撑环34或环形突缘26上。凹陷部可在单侧或在两侧构造在环形盘部分32上。
为了实现噪声的显著降低，原则上一个凹陷部就已经足够。用两个或三个凹陷部实际上可以完全消除不稳定性或振动的形成，其中，用三个凹陷部可更好地消除可能的不平衡。
凹陷部延伸经过的总圆周角度、即i的总和有利地取值大于45度，其中，在角度总和为120度至180度时获得了良好的结果。
为了形成圆周方向上的不对称性，下面的方案是有利的：
假设：m是凹陷部的数量，i是每个凹陷部i(i＝1，…，m)在圆周方向上的宽度，ψi(i＝1，…，m)是相邻的凹陷部之间在圆周方向上的角度距离，及
max＝max{i}，min＝min{i}，i＝1，…，m，
ψmax＝max{ψi}，ψmin＝min{ψi}，i＝1，…，m，
在上述前提下应满足下面的条件：
关于凹陷部在圆周方向上的宽度有：max-min＞10°。
关于凹陷部之间的圆周距离的不对称性有：ψmax-ψmin＞10°。
凹陷部在圆周方向上的宽度及凹陷部之间在圆周方向上的距离可被这样优化，使得例如在使用程序ANSYS 10.0进行Q-R阻尼法模态分析时使具有正实部的特征值的数量及实部最大值降低到最小程度。
下面描述根据图6的凹陷部40对环形盘的振动特性的影响的例子：
图7示出了一个无凹陷部的摩擦环的结果，该摩擦环在车辆中及在试验台上明显地趋向于产生尖锐噪声。计算表明，在0与15000赫兹的频率范围中根据图7具有十二个具有正实部的特征值，其中，实部最大值约为2565[1/秒]。为了分析横向收缩的影响，用具有零收缩系数的摩擦环虚拟材料来进行计算。在此情况下，该摩擦环根据图8具有十个具有正实部且实部最大值仅为82[1/秒]的特征值。在摩擦环由具有零收缩系数的虚拟材料构成的情况下正实部的值相对于根据图7的值以因子30降低，这表明了在所考察的情况中横向收缩对不稳定性的大的影响。
借助于其它附图来描述摩擦环的在图7中所示的振动特性如何借助于凹陷部40可在噪声发生较少的意义上得到改善。
图9示出了构造有一个凹陷部40的摩擦环30的立体视图及俯视图。从俯视图可看到该凹陷部的延伸范围。当摩擦环30的厚度在摩擦面的区域中为2mm时凹陷部40的深度取值为0.5mm。
在凹陷部40的圆周角度优化后根据图10的计算提供了九个具有正实部且最大值为794[1/秒]的特征值。
图11示出了具有两个凹陷部40的摩擦环30的构型，在俯视图可看到这些凹陷部的周向延伸范围及位置。计算得到四个具有正实部且实部最大值为255[1/秒]的特征值。
图13示出了具有三个凹陷部40的变型方案，在俯视图示出了这些凹陷部的延伸范围及位置。计算得到六个具有正实部且实部最大值为324[1/秒]的特征值。
这些计算是在未考虑阻尼的情况下进行的。在实践中尤其是当摩擦环30由塑料构成并且邻接的面由钢构成时存在高阻尼，因此在实践中在具有两个或三个凹陷部的方案中完全实现正实部的值相对于根据图7的值以因子8至10降低，这使得尖锐噪声显著减小。
对本发明已借助于一个例子进行了描述，在该例子中一个圆环盘状的构件在其圆环盘状的端面或摩擦面上与相应的配合面处于滑动摩擦接触。本发明也可有利地用于环形盘，这些环形盘仅在单侧与配合构件处于摩擦接触，其中，配合构件不必强制地在圆环盘的整个圆周上靠置在该圆环盘上。
参考标号清单
1双质量飞轮 15径向内部区段
4初级飞轮 18环形盘
5次级飞轮 20密封膜片
7能量储存装置 21径向内部区段
8能量储存元件 22径向外部区段
10法兰 24环形板
12铆接连接装置 241环形法兰
13轴向突缘 26环形突缘
14尾缘 30摩擦环
32环形盘部分 36摩擦面
34支撑环 38摩擦面
35碟形弹簧环 40凹陷部
Claims (10)
1.用于减小总体上环形盘状的构件(30)的振动的方法，该总体上环形盘状的构件具有至少一个相对于该构件的轴线垂直地指向的圆环盘状的摩擦面，所述圆环盘状的摩擦面由于相对于一个配合构件的相对扭转而与该配合构件(26，34)处于滑动摩擦接触，在所述方法中，这样构造该盘状的构件，使得绕该盘状的构件的轴线存在的循环对称性受到干扰。
2.根据权利要求1的方法，在所述方法中，该配合构件(26，34)的圆环盘状的摩擦面与该环形盘状的构件(30)的圆环盘状的摩擦面处于摩擦接触。
3.环形盘状的构件(30)，具有至少一个相对于该构件(30)的轴线垂直地指向的圆环盘状的摩擦面，所述圆环盘状的摩擦面在安装位置中由于相对于一个配合构件(26，34)的相对扭转而可与该配合构件形成滑动摩擦接触，该环形盘状的构件被构造得绕其轴线的循环对称性受到干扰。
4.根据权利要求3的构件，其中，所述圆环盘状的摩擦面构造有至少一个凹陷部(40)，所述凹陷部的深度是这样的：在所述凹陷部的基底中不与相应的配合构件发生接触。
5.根据权利要求3或4的构件，其中，构造有多个在圆周方向上间隔开的凹陷部(40)。
6.根据权利要求5的构件，其中，这些凹陷部(40)延伸经过的圆周角度的总和在45°与180°之间取值。
7.根据权利要求5的构件，其中，这些凹陷部(40)延伸经过的圆周角度的总和在120°与180°之间取值。
8.根据权利要求3至7中一项的构件，其中，所述凹陷部(40)的不对称性如下：
m是凹陷部的数量，i是凹陷部i(i＝1，…，m)在圆周方向上的宽度，ψi(i＝1，…，m)是相邻的凹陷部之间在圆周方向上的距离，并且
max＝max{i}，min＝min{i}，i＝1，…，m，
ψmax＝max{ψi}，ψmin＝min{ψi}，i＝1，…，m，
则应满足下面的条件：
·凹陷部的宽度的不对称max-min＞10°，
·凹陷部之间的距离的不对称ψmax-ψmin＞10°。
9.根据权利要求3至8中一项的构件，该构件(18)构造有两个在轴向上间隔开的、相对于所述轴线垂直地指向的摩擦面，这些摩擦面中的每一个在该构件的安装位置中与一个相应的配合构件(26，34)处于滑动摩擦接触，在相互之间压紧的情况下所述配合构件接收所述构件的至少一个部分区域，其中，这些摩擦面中的至少一个构造有至少一个凹陷部。
10.根据权利要求3至9中一项的构件，其中，该环形盘状的构件是一个在双质量飞轮(1)的飞轮之间促成摩擦接触的摩擦环(30)。
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