CN101427052A - 隔振器 - Google Patents

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M·R·卡达雷特
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Abstract

一种隔振器包括驱动元件(50)，从动元件(10)，保持元件，其固定地附连到所述驱动元件并且具有与所述从动元件的滑动接合以允许所述从动元件相对于所述驱动元件的预定旋转运动，布置在所述驱动元件和所述从动元件之间的能量吸收元件(20，21，22，23)，所述能量吸收元件沿着驱动方向在所述驱动元件和所述从动元件之间被压缩，并且通过解压所述能量吸收元件所述从动元件可暂时与所述驱动元件分离，由此在预定角范围内，基本没有扭矩从所述驱动元件传递到所述从动元件。

Description

隔振器
技术领域
本发明涉及隔振器，尤其涉及通过解压能量吸收元件可与驱动元件暂时分离的隔振器，由此在预定角度范围内基本没有扭矩从驱动元件传递到从动元件。
背景技术
振动缓冲装置常规地用于机动车辆的传动线路上，例如用于发动机曲柄上。为此已知的装置由橡胶状或挠性耦合器构成并且对应于套管弹簧耦合器，也被称为弹性弹簧。
在这样的装置的情况下，在所有情况下直接耦合在一个外和一个内扭转硬部分之间的圆柱形表面之间有圆盘状或环形弹性主体，通常是橡胶主体。在所有操作模式期间，(橡胶)弹性主体通常在切向连接下受到应力。也可以采用几个部分的形式的弹性主体吸收待缓冲的部件的扭转振动，在该情况下通常是传动线路上。
扭转振动的缓冲也由构造成环的缓冲质量和内驱动部分之间的旋转运动产生，缓冲质量和弹性主体的硬度必须彼此匹配以便在预期振动频率的情况下获得缓冲。
扭转振动例如由来自原动机的扭矩的周期波动激励，例如由于内燃机的点火事件。
Duncan(1982)的美国专利No.4,355,990是本技术领域的代表，其公开了一种扭转弹性动力传输装置，可围绕轴线旋转，并且具有带有至少两个凸耳的毂元件，布置在毂的外部带有以扭转驱动关系匹配接合所述凸耳的至少两个耳部的轮圈元件，和插入所述耳部和凸耳之间以在其间传递动力的弹性座垫弹簧装置。改进涉及毂和轮圈元件的使用，它们沿着其各自的径向外和内周边具有基本轴向尺寸的，并且彼此基本相互接触的多个并置径向支撑表面。在使用中，因此提供了一种大径向支撑表面，扭转弹性装置的毂和轮圈元件倾向于自动自对准和保持同心。
需要的是一种通过解压能量吸收元件可与驱动元件暂时分离的隔振器，由此在预定角度范围内基本没有扭矩从驱动元件传递到从动元件。
发明内容
本发明的主要方面提供了一种通过解压能量吸收元件可与驱动元件暂时分离的隔振器，由此在预定角度范围内基本没有扭矩从驱动元件传递到从动元件。
通过本发明的以下描述和附图将指出或显而易见本发明的其他方面。
本发明包括一种隔振器，其包括驱动元件，从动元件，保持元件，其固定地附连到所述驱动元件并且具有与所述从动元件的滑动接合以允许所述从动元件相对于所述驱动元件的预定旋转运动，布置在所述驱动元件和所述从动元件之间的能量吸收元件，所述能量吸收元件沿着驱动方向在所述驱动元件和所述从动元件之间被压缩，并且通过解压所述能量吸收元件所述从动元件可暂时与所述驱动元件分离，由此在预定角度范围内基本没有扭矩从所述驱动元件传递到所述从动元件。
附图说明
被包含并且形成说明书的一部分的附图示出了本发明的优选实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。
图1是皮带轮的前透视图。
图2是包括弹性体元件的皮带轮的前透视图。
图3是曲柄法兰的前透视图。
图4是包括弹性体元件的曲柄法兰的前透视图。
图5是组装后的隔振器的前透视剖视图。
图6是隔振器的前透视图。
图7是组装后的隔振器的侧向透视剖视图。
图8是与皮带接合的隔振器的前透视剖视图。
图9是图8中的本发明的缓冲隔离器的横截面图。
图10是用于隔振器的扭矩和角度位移之间的关系的图形。
图11是转速和时间之间的曲柄关系的图形。
图12是一个备选实施例的透视图。
图13是图12中的备选实施例的横截面图。
图14是一个备选实施例的分解透视图。
图15是图14中的备选实施例的分解透视图。
图16是图14中的实施例的横截面图。
图17是一个备选实施例的分解透视图。
具体实施方式
本发明的隔振器调整发动机皮带传动系统以在它的空转速度下使它的第一谐振频率低于发动机点火频率。所以，在发动机操作的整个rpm范围内没有皮带传动的角度振动的谐振。然而，在发动机的起动期间，当发动机从0rpm加速并且通过减小(调谐)系统频率时，将有皮带传动的瞬时谐振，这会生成皮带滑动噪声“喳喳声”。在现有技术的情况下，必须使用分离装置例如交替单向离合器(OWC)。在本发明中必须在每对弹性体元件之间获得预定间隙。
图1是皮带轮的前透视图。本发明的隔振器包括皮带轮10。皮带轮10包括外皮带接合表面11。皮带接合表面11包括多楔轮廓。皮带轮10进一步包括内环形空间12。环形空间12由外部分15和内部分16和径向辐板部分14限定。基本平面突舌13a，13b，13c，13d附连到径向辐板部分14并且突出到环形空间12中。内部分16限定孔17。
图2是包括弹性体元件的皮带轮的前透视图。弹性体元件20，21，22，23布置在环形空间14内。弹性体元件20，21，22，23具有基本匹配环形空间14的曲率的弧形形状。
弹性体元件20，21，22，23包括本领域中已知的材料，包括EPDM，HNBR，CR，天然和合成橡胶以及两种或以上前述材料的组合。每个弹性体元件是可压缩的。每个弹性体元件包括基本线性弹簧刚度。每个弹性体元件也具有本领域中已知的缓冲特性或缓冲度μ。
每个弹性体元件20，21，22，23分别具有端部200，210，220，230，所述端部又分别接合各自的突舌13a，13b，13c和13d。在该实施例中，每个弹性体元件20，21，22，23的长度小于每个突舌13a，13b，13c，13d之间的间隔。
每个弹性体元件20，21，22，23具有大约70°的弧形、圆周长度。该圆周长度并非限制并且仅仅作为例子被提供。突舌13a，13b，13c，13d之间的圆周间隔为大约90°。因此，在每个突舌和相邻弹性体元件的端部之间存在大约20°的间隙130，131，132，133。例如，间隙130布置在端部221和突舌13a之间。类似地，间隙131布置在端部201和突舌113b之间。间隙132布置在端部231和突舌13c之间。间隙133布置在端部211和突舌13d之间。
在驱动曲柄法兰50的减速期间，每个间隙允许从动皮带轮10从驱动曲柄法兰50暂时分离。该分离由每个间隙所允许的10和50之间的相对运动部分地实现。即，当曲柄法兰50正在将动力传递到皮带轮10时，每个弹性体元件被压缩，导致长度的相应稍稍减小。当曲柄法兰50没有将动力传递到皮带轮10时，当压缩力释放时，每个弹性体元件膨胀或解压到稍稍更长的未压缩长度。允许皮带轮10相对于曲柄法兰50的相对旋转运动发生的每个间隙130，131，132，133有利于该膨胀。被完全解压的每个能量吸收元件被卸载，以便实现分离，即，在操作期间每个能量吸收元件不会经历拉伸负荷。请注意分离并不在驱动元件减速的所有幅度发生。当沿相反方向的惯性扭矩等于正被传递的扭矩时，发生从动元件附属部件的自由超程(分离)。换句话说，分离取决于两个因素，1)正被传递从动元件负荷扭矩，和2)所有从动元件部件的惯性力矩。如果从动元件部件扭矩负荷低并且从动元件惯性高，分离可以在低速减速下发生，反之亦然。
在这里提供的数值、尺寸信息仅仅是为了举例说明目的，并且在提供用于特定应用的隔振器所需的尺寸方面不应当限制。
图3是曲柄法兰的前透视图。曲柄法兰50通常连接到发动机曲柄(未显示)。曲柄法兰50包括径向辐板部分51和外部分52。基本平面突舌1300a，1300b，1300c，1300d附连到径向辐板部分51并且突出到环形空间120中。孔53布置在辐板部分51中。突舌1300a，1300b，1300c，1300d之间的间隔为大约90°。
下摩擦表面54布置在外部分52的径向向内部分上。下摩擦表面54允许弹性体元件20，21，22，23的滑动运动。表面54的摩擦系数可以被调节以改变或调节皮带轮10和曲柄法兰50之间的相对运动的缓冲。
图4是包括弹性体元件的曲柄法兰的前透视图。每个突舌1300a，1300b，1300c，1300d布置在各自的间隙130，131，132，133中。每个弹性体元件进一步包括在弹性体元件20上的肋，例如，肋20a，20b，20c，20d，从而减小下摩擦表面54和弹性体元件之间的总表面接触。肋也允许弹性体元件在压缩下在环形空间14中稍微膨胀。
图5是组装后的隔振器的前透视剖视图。皮带轮10接合在曲柄法兰50上。曲柄法兰50嵌套在皮带轮10的环形空间12内。
帽1400d接合在突舌1300d上。帽1400c接合在突舌1300c上。帽1400b接合在突舌1300b上。帽1400a(未显示)接合在突舌1300a(未显示)上。
一旦被组装，弹性体元件20被俘获在突舌13a和帽1400b之间。弹性体元件22被俘获在突舌13c和帽1400a之间。没有间隙布置在任何弹性体元件的两端。因此，每个间隙布置在从皮带轮10和曲柄法兰50突出的相邻突舌之间。即，间隙130布置在突舌13a和突舌1300a之间。间隙131布置在突舌13b和突舌1300b之间。间隙132布置在突舌13c和突舌1300c之间。间隙133布置在突舌13d和突舌1300d之间。
帽1400a，1400b，1400c，1400d包括本领域中已知的任何合适的弹性体材料，包括EPDM，HNBR，CR，天然和合成橡胶以及两种或以上前述材料的组合。每个间隙130，131，132，133的宽度分别由每个帽1400a，1400b，1400c，1400d的厚度减小。例如，间隙130布置在突舌13a和弹性体元件22的端部221之间，所述间隙的弧形长度(即，宽度)被在突舌1300a上的帽1400a的弧形长度(即，厚度)减小。因此，由于都具有基本相同的尺寸，间隙130的弧形长度和间隙131，132，133的弧形长度在大约5°至大约10°的范围内。可以理解间隙130，131，132，133的宽度仅仅需要足以允许皮带轮10相对于法兰50的大约3°至大约5°的相对旋转，以便吸收操作期间的瞬时角度减速。
皮带B接合皮带接合表面11。皮带B可以是均在本领域中已知的V形楔式皮带或V形皮带。
图6是隔振器的前透视图。曲柄法兰50嵌套在皮带轮10的环形空间12内。下摩擦条带71允许皮带轮10相对于帽70的相对旋转运动，参见图9。
图7是组装后的隔振器的侧向透视剖视图。帽1400b，1400c和1400d被显示成不带有弹性体元件20，22。毂60接合发动机曲柄轴(未显示)。帽70保持曲柄法兰50内的皮带轮10。
图8是接合有皮带的隔振器的前透视剖视图。皮带B被显示成与皮带轮10接合。突舌13d和帽1400d之间的间隙133被清楚地显示。弹性体元件21与帽1400d布置在突舌13b和突舌1300d之间。弹性体元件23与帽1400c布置在突舌13d和突舌1300c之间。
图9是图8中的本发明的缓冲隔离器的横截面图。帽70点焊到法兰50，以便相对于法兰50正确地固定皮带轮10，即，皮带轮10被俘获在帽70和法兰50之间。帽70与皮带轮10滑动地接合以允许皮带轮10相对于法兰50的相对旋转运动。通过减小部分之间的摩擦，下摩擦条带71便于帽70和皮带轮10之间的相对旋转运动，也参见图6。
图10是用于隔振器的扭矩和角度位移之间的关系的图形。在坐标(0，0)处，弹性体元件20，21，22，23的每一端与帽1400b，1400d，1400a，1400c和突舌13a，13d，13c，13d完全接合。隔振器沿着如图4中所示的方向“R”被驱动。当传递的扭矩在皮带传动系统中增加时，皮带轮10相对于法兰50的角度位移或相对角位置增加，即，弹性体元件20，21，22，23被稍稍压缩，从而允许曲柄法兰50相对于皮带轮10成角度地前进。这由象限“A”中的曲线描绘。
当发动机的曲柄轴具有高幅度的瞬时角减速度时，所述间隙从突舌分离弹性体元件，由此从曲柄分离所有被驱动的皮带传动发动机附件的惯性，因此减小系统振动。在象限“B”中显示了间隙的影响以及扭矩反转。所述间隙表示在曲柄法兰50的瞬时角减速期间皮带轮10相对于曲柄法兰50的相对无限制的相对旋转。即，所述间隙包括运动的预定角度范围，其中基本没有扭矩在曲柄法兰50和皮带轮10之间传递，因此暂时分离从动元件和驱动元件。如果角减速度具有足够的幅度，皮带轮的突舌以一种方式接合弹性体帽，所述方式缓冲过度旋转以减小或消除无限制甩动的任何影响。
在操作期间，即，在法兰正在驱动皮带轮时的加速期间，弹性体元件20，21，22，23充当能量吸收元件，以缓冲由点火事件导致的脉冲，由此最小化破坏脉冲传递到发动机附件。在减速期间也是这种情况，即，弹性体元件依靠它们的可压缩性吸收脉冲以最小化将否则通过皮带传动系统被传递的脉冲的幅度和持续时间。
图11是转速和时间之间的曲柄关系的图形。由于本发明用于内燃机上，每个点火事件导致脉冲，所述脉冲通过曲柄轴传递到由皮带传动驱动的附件。每个脉冲导致曲柄轴加速并且然后减速。这些脉冲由本发明的隔振器吸收以最小化正被传递到附属传动皮带附件的脉冲的幅度和持续时间。这增强了皮带以及附件的工作寿命。
图12是备选实施例的透视图。在内燃机的情况下，曲柄轴的端部将动力传递到附属皮带传动系统。曲柄轴通常经历由发动机汽缸点火事件导致的大约250赫兹至500赫兹的扭转振动。如果扭转振动的幅度高(高于大约0.5度)，曲柄阻尼器可以用于吸收曲柄轴的扭转振动的振动能量。否则，曲柄轴可能由于疲劳而出故障。也可能生成噪声。另外，由于汽缸的点火是不连续的、间歇的过程的事实，在曲柄轴中也生成角度振动。角度振动在低发动机rpm下更显著并且在大约20-30赫兹的更低的频率下幅度大约为1度或更大。尽管该振动可以被缓冲，缓冲需要非常高质量的惯性元件，从发动机设计的观点来看所述质量要求是不实际的。因此，为了防止角度振动对发动机附件的负面影响，通过使用曲柄轴阻尼器从附件传动隔离角度振动。
阻尼器毂80通过已知装置连接到法兰50，所述已知装置包括通过孔85安装的螺栓83。阻尼器毂80也可以点焊到法兰50。阻尼器毂80包括外圆周表面81。表面81具有沿着轴向方向延伸的宽度。
弹性体元件84布置在表面81和惯性元件82之间。弹性体元件84在表面84和惯性元件82之间以被压缩到压缩厚度，该压缩厚度是未压缩厚度的大约70％至大约95％。惯性元件82包括质量，当与弹性体元件84组合时，所述质量足以缓冲扭转和侧向曲柄振动。本发明的隔振器可以使用有或没有图12中所述的惯性质量82和弹性体元件84。
弹性体元件84包括阻尼特性μ。为元件84选择阻尼特性μ以缓冲振动、振荡和毂80与惯性元件82之间的任何其他相对运动，这是服务所需要的。螺栓83也可以用于将装置附连到发动机曲柄轴(未显示)。
弹性体元件84包括本领域中已知的材料，包括EPDM，HNBR，CR，天然和合成橡胶以及两种或以上前述材料的组合。
图13是图12的备选实施例的横截面图。图13描绘了图9中的装置，区别在于图12中所述的缓冲部分附连到曲柄法兰50。
图14是一个备选实施例的分解透视图。在该备选实施例中弹性体元件20，21，22，23用相应的弹簧元件对替换。弹簧元件是2001，2002，2101，2102，2201，2202，2301，2302，并且均以基本恒定的半径布置在环形空间14中。弹簧元件对是2001，2002；2101，2102；2201，2202；2301，2302。
元件1502，1505，1508，1511分别布置在每对弹簧元件之间。每个元件操作1502，1505，1508，1511操作以正确地对准和固定就位环形空间14内每个相邻弹簧的端部。例如，弹簧2101和1202的端部与元件1502接合。该交替“堆叠”结构允许使用并不具有过大长度的弹簧，否则将会导致弹簧在压缩负荷下在环形空间中翘曲或变形。
因此，包括2101，2102，1501，1502，1503的组件在该实施例中用于代替弹性体元件21。包括2001，2002，1504，1505，1506的组件在该实施例中用于代替弹性体元件20。包括2201，2202，1507，1508，1509的组件在该实施例中用于代替弹性体元件22。包括2301，2302，1510，1511，1512的组件在该实施例中用于代替弹性体元件23。
图15是图14中的备选实施例的分解透视图。每个弹簧是包括弹簧刚度k的圆柱形螺旋线圈弹簧。在本领域中可知，每个弹簧的弹簧刚度可以是基本线性的或可变的。每个弹簧组件包括所述的两个弹簧，所述弹簧串联布置，其中总弹簧刚度例如为：
k1(total)＝(1/k2001+1/k2002)-1
阻尼器的总弹簧刚度作为并联布置的四个弹簧的每一个的函数被确定，其中总弹簧刚度为：
kTotal＝k1(total)+k2(total)+k3(total)+k4(total)
每个弹簧的尺寸和弹簧刚度基于待阻尼的脉冲的幅度和频率被选择。
每对弹簧中的每个弹簧的长度被选择成允许每个弹簧组件(如这里所述)占据如别处所述的用于弹性体元件的皮带轮10和曲柄法兰50上的突舌之间的空间，参见图8。
图16是图14中的实施例的横截面图。弹簧2001和2202被显示成布置在环形空间14内。所有弹簧的直径稍小于环形空间的宽度，以便当每个弹簧受到压缩时最小化每个弹簧的一侧到另一侧(side toside)位移。
图17是一个备选实施例的分解透视图。除了以下区别之外图17中的实施例与图14和15中所述的相同。在该实施例中，单个弹簧用于代替如图15中的弹簧对。例如，弹簧2102和元件1501用单个元件1502a代替。类似地，弹簧2001和元件1504用单个元件1505a代替。弹簧2201和元件1507用单个元件1508a代替。弹簧2302和元件1510用单个元件1511a代替。弹簧2101，2002，2202和2301均包括根据操作条件的预定弹簧刚度。
在又一备选实施例中，并且为了获得可变总弹簧刚度，每个弹簧可以被给予与其他弹簧的弹簧刚度不同的弹簧刚度。该备选实施例可用于任何前述实施例。在该实施例中所述弹簧施加与施加扭矩有关的弹簧力，但是以可变方式导致皮带轮10和曲柄法兰50之间的预定角旋转，所述角旋转根据正由驱动元件施加的扭矩是可变的。
通过允许弹簧和由此的弹簧刚度的又一组合，该实施例为装置提供了可调性的另一水平。
尽管在这里描述了本发明的形式，本领域的技术人员将显而易见可以在部分的构造和关系上进行变化而不脱离这里描述的本发明的精神和范围。

Claims (11)

1.一种隔振器，其包括：
驱动元件；
从动元件；
保持元件，其固定地附连到所述驱动元件，并且与所述从动元件滑动接合，以允许所述从动元件相对于所述驱动元件的预定旋转运动；
布置在所述驱动元件和所述从动元件之间的能量吸收元件，所述能量吸收元件沿着驱动方向在所述驱动元件和所述从动元件之间被压缩；
通过解压所述能量吸收元件，所述从动元件暂时与所述驱动元件分离，由此基本没有扭矩从所述驱动元件传递到所述从动元件；和
布置在所述驱动元件和所述从动元件之间的间隙，其用于当驱动元件减速时允许所述驱动元件和所述从动元件之间的相对旋转运动。
2.根据权利要求1所述的隔振器，其进一步包括布置在所述从动元件和所述保持元件之间的摩擦元件。
3.根据权利要求1所述的隔振器，其中：
所述能量吸收元件包括弹性体材料；以及
所述能量吸收元件布置在所述从动元件中的环形空间中。
4.根据权利要求1所述的隔振器，其中所述能量吸收元件包括围绕所述能量吸收元件的外表面布置的肋。
5.根据权利要求1所述的隔振器，其中：
所述驱动元件沿着第一旋转方向将扭矩传递到所述从动元件；以及
其中当所述驱动元件暂时减速时，基本没有扭矩在所述驱动元件和所述从动元件之间传递。
6.根据权利要求1所述的隔振器，其进一步包括：
与所述驱动元件接合的惯性元件；和
布置在所述惯性元件和所述驱动元件之间的弹性体元件。
7.根据权利要求6所述的隔振器，其中所述惯性元件通过毂接合到所述驱动元件。
8.根据权利要求1所述的隔振器，其中所述能量吸收元件包括弹簧。
9.根据权利要求1所述的隔振器，其中所述能量吸收元件包括并行的多个弹簧。
10.根据权利要求1所述的隔振器，其中所述能量吸收元件包括串联连接的至少一对弹簧。
11.根据权利要求1所述的隔振器，其中所述从动元件包括带肋的轮廓。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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