CN101550977A - 在接合面上具有多个隆块的弹性振动隔离器 - Google Patents

在接合面上具有多个隆块的弹性振动隔离器 Download PDF

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Abstract

在接合面上具有多个隆块的弹性振动隔离器，多个隆块是凸起的、大致圆锥形隆块。隆块与弹性隔离器的主体相结合提供用来隔离CRFM噪声振动和/或其它振动(通过隆块的相对较软的弹性)以及隔离道路振动和冲击(通过主体的相对较硬的弹性)的双弹性率，即使隆块和主体由相同的弹性材料构成。

Description

在接合面上具有多个隆块的弹性振动隔离器
技术领域
【0001】本发明涉及弹性振动隔离器，尤其是用来隔离机动车的冷凝器、散热器和风扇模块(CRFM)的振动的弹性振动隔离器，更具体地，涉及具有相对的接合面的弹性振动隔离器，其中它的接合面上设置有多个凸起的隆块。
背景技术
【0002】在连接的物体遭受振动的情形下，可能期望将振动隔离以免从其中一个物体传递到另一个物体。这种情形的一个例子发生在机动车中，关于冷凝器、散热器和风扇模块(在本技术领域一般称作CRFM)的安装。
【0003】如作为实例的图1和图2所示，CRFM10的每侧包括一个安装足12(图1中仅示出了一侧)，其中，安装足歇靠在弹性隔离器14上，弹性隔离器14又转而歇靠在托架16上(见图2)。弹性隔离器14通常具有：垫圈状的隔离器主体14a；管状隔离器套筒14b以垂直关系整体地连接于隔离器主体；隔离器中心孔14c(见图2)贯穿隔离器主体和隔离器套筒。安装足12的对准柱头螺栓18被压装到隔离器中心孔14c中。隔离器主体14a的一个平坦接合面14e邻接安装足12。隔离器套筒14b穿过托架孔16a，且隔离器套筒具有与隔离器主体14a的横截面相比足够小的横截面，使得第二平坦接合面14f充分地、邻接地歇靠在托架上。
【0004】因此，可以看出，CRFM10的重量通过弹性隔离器被托架16支承着，由此，在托架和每个足之间轴向传递的振动在其经过相应的弹性隔离器14的主体时被减轻，横向(或径向)传递的振动则被隔离器套筒14b的弹性减轻。仅举例来说，弹性隔离器14是“压缩型”的单率弹性隔离器，由此，在托架和安装足之间提供单一弹性率。
【0005】工作时，CRFM可能产生风扇噪声振动和/或振动，其中，从噪声和振动的角度来说，期望弹性隔离器具有软弹性以减弱这些噪声和振动以免它们从CRFM传递到托架以及随后通过机动车的框架，由此确保车辆的乘坐者不受它们的干扰。机动车在路上运行时，路面的不规则会产生颠簸(或冲击)振动，其中，从行驶和操纵的角度来说，期望弹性隔离器具有硬弹性以阻止托架将能够致使CRFM相对于机动车体摇晃的振动传输给CRFM。
【0006】因此，为了适应噪声和振动隔离以及行驶和操纵隔离这两个角度，优先选择双弹性率隔离器而不是单率弹性隔离器(如图1所示)，双弹性率隔离器提供：软弹性，开始时，其隔离CRFM的噪声和振动以免它们传递到托架；以及硬弹性，随后，在路况引发的颠簸(冲击)振动期间，其将CRFM相对于托架保持在原位。
【0007】现有技术中优选的双弹性率隔离器公知为“剪切型”双弹性率隔离器14’，如图2中的实例所示。举例来说，“剪切型”双弹性率隔离器14’，可包括相对较硬的弹性插入材料14d，内嵌在隔离器主体14a’的相对较软的弹性材料中，其中隔离器主体和隔离器套筒14b’由相同的较软的弹性材料构成。
【0008】工作时，当小幅度的振动作用在(以压缩和释放的循环)安装足12和托架16之间的隔离器主体14a’上时，相对较软的弹性隔离器材料将这些幅度振动隔离以免从CRFM传递到托架。然而，在大幅度的振动(以压缩和释放的循环)中，隔离器主体的相对较软的弹性材料相对于插入件的相对较硬的弹性材料以受剪方式产生作用，由此，在CRFM和托架之间的硬弹性响应对向(subtend)并由此阻止了CRFM相对于机动车的主体/框架摇晃。
【0009】从车辆性能的角度来说，双弹性率隔离器要高于单率弹性隔离器；然而，更高的成本和投资以及降低的耐用性则是双弹性率隔离器的不利之处。
【0010】因此，本技术领域仍然需要的是具有低成本和投资、高耐用性和优秀的车辆性能的双弹性率隔离器。
发明内容
【0011】本发明是一种双弹性率隔离器，其具有形成在它的接合面上的多个凸起的、大致圆锥形的隆块，由此，隆块与弹性隔离器的主体相结合提供用来隔离小幅度CRFM振动(通过隆块的相对较软的弹性)和隔离大幅度道路振动(通过主体的相对硬的弹性)的双弹性率，即使隆块和主体由相同的弹性材料构成；该弹性隔离器具有低成本和投资、高耐用性和优秀的车辆性能。
【0012】在接合面上方，每一个隆块在轴向方向上凸起了预先选定的高度。优选的是，每个隆块为截头圆锥形，以或者平坦顶部或者大致钝圆的顶部为特征，顶部位于隆块的最高处。弹性隔离器由具有预先选定弹性的弹性材料构成，其中，由于与主体的厚度及相对大的面积相比而言的隆块的高度和相对小的圆锥面积，隆块提供软弹性，即使主体和隆块是整体的且由一种相同弹性材料构成。
【0013】隆块设置在弹性隔离器的接合面上优选地面向CRFM的安装足。隆块在接合面上的分布是预定的，使得任何施加在安装足和托架之间的振动负载大致平均地分布在接合面上。
【0014】因此，本发明的目的是提供由单一弹性材料构成的双弹性率隔离器，其中形成在其接合面上的多个大致圆锥形的隆块与弹性隔离器的主体相结合提供针对某一幅度范围内的振动响应的双弹性率，其中，该弹性隔离器具有低成本和投资、高耐用性和优秀的车辆性能。
【0015】从下面的对优选实施例的具体阐述，本发明的这个以及另外的目的、特征和优点将变得更加清晰。
附图说明
【0016】图1是CRFM及其安装足、以及现有技术中压缩型的单率弹性隔离器的剖开透视图；
【0017】图2是现有技术中剪切型双弹性率隔离器的透视图，示出了其相对于CRFM的安装足和托架的工作状态；
【0018】图3是根据本发明的双弹性率隔离器的透视图，示出了其相对于CRFM的安装足和托架的工作状态；
【0019】图4是根据本发明的双弹性率隔离器的顶部透视图；
【0020】图5是图4中双弹性率隔离器的顶部平面图；
【0021】图6是沿图5中线6-6截取的横断面视图；
【0022】图7是图4中双弹性率隔离器的单个隆块的横截面侧视图；
【0023】图8是根据本发明的可替代的双弹性率隔离器的顶部平面图；
【0024】图9是现有技术中的弹性隔离器和根据本发明的双弹性率隔离器的时间与噪声振动幅度的关系曲线图；
【0025】图10A-10C是响应于振动而处于工作状态的根据本发明的双弹性率隔离器的按顺序排列的一系列横截面侧视图，第一幅图示出了该弹性隔离器在第一弹性率内遭受第一振动压缩负载，第二幅图示出了其在相对于第一弹性率和第二弹性率而言的中间范围内遭受第二振动压缩负载，以及第三幅图示出了其以在第一弹性率之上的第二弹性率遭受第三振动压缩负载。
具体实施方式
【0026】现在参照附图，图3到图10C，描述了根据本发明的双弹性率隔离器的不同方面。
【0027】首先关注图3到图7，示出了根据本发明的优选的双弹性率隔离器100，其具有相互对立的第一接合面102a和第二接合面102b，其中第一接合面具有设置在其上的多个凸起的、大致圆锥形的隆块104。如可从图3中看出的，工作状态的实例是将双弹性率隔离器100邻接地安放在CRFM(根据图1中的10)的安装足12和托架16之间(也见图2)，其中优选的是，隆块104邻接安装足。
【0028】根据图3中工作状态的实例，CRFM在其下末端处被一对双弹性率隔离器100支承和定位，由此，在托架和安装足之间传递的小幅度振动和大幅度振动，当它们通过弹性隔离器100的主体轴向传递时将被减轻。隔离器套筒100b将在横向(或径向)方向上减轻托架和安装足(经由其对准套筒)之间的振动。
【0029】双弹性率隔离器100具有垫圈状隔离器主体100a，管状隔离器套筒100b以垂直关系整体地连接于隔离器主体的第二接合面102b且具有比主体的横截面小得多的横截面，隔离器中心孔100c通过隔离器主体100a和隔离套筒100b中的每一个。
【0030】在图3中所示的、大体与图1和图2的本技术领域所熟悉的工作状态相一致的工作环境中，安装足12的对准柱头螺栓18(见图1和图2)被压装到隔离器中心孔100c中，第一接合面的隆块104邻接安装足。隔离器套筒100b通过托架孔16a，隔离器套筒具有相对于隔离器主体100a的横截面来说足够小的横截面，使得第二接合面102b充分地、邻接地歇靠在托架上。
【0031】如在图7中最佳可视的，每一个隆块104具有在第一接合面上方的凸起的高度H，以及隆块底部横截面CB，它比隔离器主体的横截面CM(见图6)小得多。尽管为了特定应用可以选择隆块的形状为大致圆锥形的，但优选的形状是截头圆锥形，以或者平坦或者大致钝圆的顶部104a为特征，顶部104a具有隆块顶部横截面CA，它比第一接合面102a上的隆块底部横截面CB小得多。双弹性率隔离器100由具有根据特定应用的预定弹性的弹性材料构成，其中，隆块104、隔离器主体100a以及隔离器套筒100b整体成形为单块件。
【0032】即使整体上由与主体相同的材料构成，因为与隔离器主体的厚度T相比而言的高度H，以及与隔离器主体100a的面积相比而言非常小的隆块面积，在隆块104处所经受的相对较软弹性提供第一弹性率；相反，隔离器主体100a的相对非常大的面积和厚度T提供第二弹性率，它比第一弹性率的刚度更大。
【0033】仅举例来说，所述材料可以是具有50计示硬度(durometer)的氯丁二烯橡胶，主体100a的横截面CM可为大约48毫米，隔离器主体100a的厚度T可为大约8毫米，隔离器中心孔100c的横截面Cc可为大约15毫米，隆块104的隆块底部横截面CB可为大约5毫米，隆块的隆块顶部横截面CA可为大约0.5毫米，隆块的高度H可为大约3毫米，隆块的圆锥面S相对于第一接合面102a的的倾斜角α可为大约60度。
【0034】隆块104以预定的图案设置在双弹性率隔离器100的接合面102上，使得施加在安装足和托架之间的任何负载大致平均地分布在接合面上。
【0035】图8中示出了可替代的双弹性率隔离器100’的隆块图案104a的实例。在隆块图案104a中，隆块104布置成：外环R0，其具有在圆周上等距间隔(相隔20度)的18个隆块，这些隆块与主体100a’的周边P相邻设置；内环Ri，其具有在圆周上等距间隔(相隔40度)的9个隆块，这些隆块与隔离器中心孔100c相邻设置；以及中环Rm，其具有在圆周上等距间隔(相隔40度)的9个隆块，这些隆块以同心关系嵌套地设置在外环和内环之间。
【0036】为了导出隆块104的最佳分布，可以改变隆块104的数量使之不同于图8中所描绘的。这样做有助于将所有隆块的总的弹簧刚度考虑成在第一接合面上的每一个单个隆块的弹簧刚度之和。因此，通过选择性地去掉隆块(图8中虚线所示的)104’，可从隆块图案104a(图8中的)导出优选的隆块图案104b(图5中的)，按照如下方式进行：分别对于每一排(环)，去掉一个隆块104’，之后两个隆块104顺次在圆周上保持连续。这样，在图5中，优选的隆块图案104b具有有12个隆块(与周边P’相邻设置)的外环R0’、有6个隆块(与隔离器中心孔100c相邻设置)的内环Ri’和有6个隆块(以同心关系嵌套地设置在外环和内环之间)的中环Rm’。可以看出，通过对下列中的任何一个的选择，来实现第一(较软的)弹性率的调节：隆块的数量；改变隆块的整体图案；改变隆块的高度和/或横截面和/或表面倾斜度；以及改变材料的弹性刚度。
【0037】进一步借助尺寸示例，对于图8中的实施例而言，第一接合面102a’可具有大约1,632.9平方毫米的面积，假定CM＝48毫米且CC＝15毫米；多个隆块104的底部面积合计为大约706.9平方毫米，假定CB＝5毫米且隆块数量为36，这产生了大约为2.3的第一接合面的面积与隆块总面积的面积比；类似地，对于图5，这里现在有24个隆块，所述面积比为大约3.5。因此，接合面的面积与隆块总面积的面积比的范围可以为，例如，在大约1到5之间。再举例来说，高度比T/H为大约2.6，假定T＝8毫米且H＝3毫米。因此，隔离器主体的厚度T与隆块的高度H的高度比的范围可在，例如，从大约1到5的范围内。
实例
【0038】采用通用汽车的统一测试等级(GMUTS)进行了机动车内部噪声的主观感觉评价，其中：
序号   性能    干扰    噪音                      由谁感知
10     优秀    无      无，被遮盖                无人
9      优秀    无      只可探测到                受过训练的观察员
8      良好    少许    微弱                      苛刻的观察员
7      良好    少许    温和                      苛刻的观察员
6      不错    轻度    中等                      苛刻的观察员
5      不错    轻度    抱怨                      大众观察员
4      差劲    烦人    令人反对                  所有观察员
3      差劲    烦人    强烈反对                  所有观察员
2      坏      严重    需要改正                  所有观察员
【0039】根据GMUTS测试和评估了不同的弹性隔离器，比较了现有技术中的非剪切型弹性隔离器、现有技术中的剪切型弹性隔离器以及如图5和图8所示的根据本发明的双弹性率隔离器的不同形式，如下表所表示的：
表
隔离器    方向盘振动     内部噪声   评估
A         5.0-5.5        5.0        不可接受
B         5.5            6.0        不可接受
C         6.0            6.0-6.5    不可接受
D         6.5            6.5        临界的
E         6.5            6.5-7.0    临界的
F         6.5-7.0        7.0-7.5    可接受
G         6.5-7.0        7.0-7.5    可接受
H         6.5-7.0        7.0-7.5    可接受
I         9.0            9.5        可接受
其中：隔离器A是现有技术中的压缩型单率弹性隔离器(与图1大致相似)，Winchester KY的Ainak公司的零件号为25728136；隔离器B是如图8中的根据本发明的60计示硬度双弹性率隔离器；隔离器C是如图8中的根据本发明的55计示硬度双弹性率隔离器；隔离器D是如图5中的根据本发明的55计示硬度双弹性率隔离器；隔离器E是如图8中的根据本发明的50计示硬度双弹性率隔离器；隔离器F是如图5中的根据本发明的50计示硬度双弹性率隔离器；隔离器G是如图8中的根据本发明的45计示硬度双弹性率隔离器；隔离器H是如图5中的根据本发明的45计示硬度双弹性率隔离器；以及隔离器I是现有技术中的剪切型双弹性率隔离器(与图2大致相似)，Baltic OH的Allied Baltic Rubber公司的零件号为25727687。
【0040】图9是对于选定的冷却风扇在时间上的选定机动车的内部噪声(在乘客前座位置处的麦克风)的曲线图200，其中曲线202针对隔离器A，曲线204针对隔离器F，其中发动机(3.6L，V6)处于600RPM空转、高风扇速度设置(2400RPM)下。可以很容易地看出，隔离器F在噪声和振动的隔离方面远高于隔离器A。
【0041】现在参照图10A-10C，将讨论双弹性率隔离器100的工作情况。
【0042】任何由CRFM产生的风扇噪声振动和/或其它振动，被隆块104的软弹性隔离，使得这些振动被减弱以免从CRFM传递到托架以及随后穿过机动车的框架；以及路面的不规则所产生的颠簸振动被弹性隔离器的主体100a的硬弹性隔离，从而阻止托架将能引起CRFM相对于机动车体摇晃的振动传输给CRFM。
【0043】在图3中，双弹性率隔离器100上没有施加振动压缩负载，经由隔离器主体100a的厚度和隆块104的高度，安装足12与托架隔开标称距离Y。
【0044】在图10A中，由例如小幅度CRFM噪声振动和/或其它振动引起的压缩力F1的第一振动幅度，施加在双弹性率隔离器100上，使得隆块104被弹性压缩了相对小的量，其中该压缩牵涉到多个隆块的相对软的弹性响应，在第一弹性率的极限内。
【0045】在图10B中，由例如大幅度CRFM振动或小幅度道路振动引起的压缩力F2的第二振动幅度，施加在双弹性率隔离器100上，使得隆块104被弹性压缩了比图10A中的相对更大的量，其中该压缩是在第一弹性率和第二弹性率之间的大致中间范围内。
【0046】在图10C中，由例如颠簸道路振动引起的压缩力F3的第三振动幅度，施加在双弹性率隔离器100上，使得隆块104被弹性压缩了比图10B中的相对更大的量，且主体也额外压缩，这提供了与在第一弹性率下所提供的较软的弹性响应相比的硬弹性响应。
【0047】因此，可以看出，通过对多个隆块和隔离器主体的调节，根据本发明提供了弹性响应的双重弹性率。
【0048】对于本发明所属领域的技术人员而言，上面描述的优选实施例可以进行变化或修改。这样的变化或修改可以在不偏离本发明的范围的情况下实施，本发明的范围仅仅受所附权利要求的范围的限制。

Claims (20)

1.一种双弹性率隔离器，包括：
主体，其具有第一接合面和相对设置的第二接合面；以及
设置在第一接合面上的多个凸起的、大致圆锥形的隆块；
其中，所述主体由预定的弹性材料构成，以及其中，所述多个凸起的隆块相对于所述主体的预定的弹性材料整体形成。
2.权利要求1的双弹性率隔离器，其中，所述多个凸起的隆块中的每一个包括：
大致截头圆锥的形状，具有与第一接合面隔开的顶部。
3.权利要求1的双弹性率隔离器，其中，所述主体具有周边；以及其中，所述多个凸起的隆块以隆块图案布置在第一接合面上，其中，所述隆块图案包括：
与所述周边大致相邻设置的外环隆块；
相对所述外环同心且径向向内设置的内环隆块；以及
相对所述外环和内环同心设置的、且设置在它们中间的中环隆块。
4.权利要求3的双弹性率隔离器，还包括和所述主体的第二接合面整体形成、并以垂直于第二接合面的关系定向的套筒；其中，中心孔贯穿所述主体和所述套筒，所述中心孔相对于所述周边居中设置并相对第一接合面和第二接合面以轴向垂直关系定向；以及其中，所述内环设置成与所述中心孔大致相邻。
5.权利要求4的双弹性率隔离器，其中：
所述外环包括所述多个凸起的隆块中的多个外环隆块，它们在圆周上相对于彼此大致等距间隔；
所述内环包括所述多个凸起的隆块中的多个内环隆块，它们在圆周上相对于彼此大致等距间隔；以及
所述中环包括所述多个凸起的隆块中的多个中环隆块，它们在圆周上相对于彼此大致等距间隔。
6.权利要求5的双弹性率隔离器，其中，所述多个凸起的隆块中的每一个隆块包括：
大致截头圆锥的形状，具有与第一接合面隔开的顶部。
7.权利要求5的双弹性率隔离器，其中，每一个所述隆块具有高度，所述主体具有厚度，其中，所述厚度与所述高度的高度比大致在大约1和5之间的范围内；以及其中，所述多个隆块具有隆块合计面积，所述第一接合面具有接合面面积，其中，所述接合面面积与所述隆块合计面积的面积比大致在大约1和5之间的范围内。
8.权利要求7的双弹性率隔离器，其中，所述多个凸起的隆块中的每一个隆块包括：
大致截头圆锥的形状，具有与第一接合面隔开的顶部。
9.权利要求8的双弹性率隔离器，其中，所述外环具有所述多个凸起的隆块中的大致18个隆块，且所述内环和中环各具有所述多个凸起的隆块中的大致9个隆块。
10.权利要求4的双弹性率隔离器，其中：
所述外环包括所述多个凸起的隆块中的多个外环隆块，它们在圆周上设置，给定彼此大致等距间隔的设置，在圆周上顺次地每隔两个隆块缺失一个隆块；
所述内环包括所述多个凸起的隆块中的多个内环隆块，它们在圆周上设置，给定彼此大致等距间隔的设置，在圆周上顺次地每隔两个隆块缺失一个隆块；以及
所述中环包括所述多个凸起的隆块中的多个中环隆块，它们在圆周上设置，给定彼此大致等距间隔的设置，在圆周上顺次地每隔两个隆块缺失一个隆块。
11.权利要求10的双弹性率隔离器，其中，所述多个凸起的隆块中的每一个包括：
大致截头圆锥的形状，具有与第一接合面隔开的顶部。
12.权利要求10的双弹性率隔离器，其中，每一个所述隆块具有高度，所述主体具有厚度，其中，所述厚度与所述高度的高度比大致在大约1和5之间的范围内；以及其中，所述多个隆块具有隆块合计面积，所述第一接合面具有接合面面积，其中，所述接合面面积与所述隆块合计面积的面积比大致在大于1和5之间的范围内。
13.权利要求12的双弹性率隔离器，其中，所述多个凸起的隆块中的每一个隆块包括：
大致截头圆锥的形状，具有与第一接合面隔开的顶部。
14.权利要求13的双弹性率隔离器，其中，所述外环具有所述多个凸起的隆块中的大致12个隆块，以及所述内环和中环各具有所述多个凸起的隆块中的大致6个隆块。
15.一种双弹性率隔离器，包括：
主体，其具有第一接合面和相对设置的第二接合面；以及
以预定图案设置在第一接合面上的多个大致圆锥形的隆块，所述多个隆块中的每一个隆块在垂直于第一接合面的轴向方向上凸起；
其中，所述主体由预定的弹性材料构成，以及其中，所述多个隆块相对于所述主体的预定的弹性材料整体形成；以及
其中，当所述双弹性率隔离器在轴向方向遭受振动时，所述多个隆块向该振动提供第一弹性率响应，所述主体向该振动提供第二弹性率响应，其中第一弹性率比第二弹性率更软。
16.权利要求15的双弹性率隔离器，其中，所述预定图案被预先选择以将振动的负载分布到大致第一接合面上。
17.权利要求16的双弹性率隔离器，其中，所述多个凸起的隆块中的每一个隆块包括：
大致截头圆锥的形状，具有与第一接合面隔开的顶部。
18.一种用于机动车的冷凝器、散热器、风扇模块(CRFM)的安装系统，包括：
至少一个与CRFM连接的安装足；
连接于机动车的框架的托架；以及
以邻接关系设置在相应的所述安装足和所述托架之间的双弹性率隔离器，所述双弹性率隔离器包括：
主体，其具有第一接合面和相对设置的第二接合面；以及
以预定图案设置在第一接合面上的多个隆块，所述多个隆块中的每一个隆块在垂直于第一接合面的轴向方向上凸起；
其中，所述主体由预定的弹性材料构成，以及其中，所述多个凸起的隆块相对于所述主体的预定的弹性材料整体形成；以及
其中，当源于所述托架或者CRFM的振动在轴向方向施加到双弹性率隔离器上时，所述多个隆块向该振动提供第一弹性率响应，所述主体向该振动提供第二弹性率响应，其中第一弹性率比第二弹性率更软，使得源于托架和CRFM之一的振动相对于另一个在所述双弹性率隔离器处被减轻。
19.权利要求18的安装系统，其中，所述预定图案被预先选择以将振动的负载分布到大致第一接合面上。
20.权利要求19的安装系统，还包括：
和所述主体的第二接合面整体形成的套筒，所述套筒定向于轴向方向；
其中，中心孔贯穿所述主体和所述套筒，所述中心孔相对于所述周边居中设置并定向于轴向方向；以及
和每个相应的安装足连接的对准柱头螺栓；
其中，各个安装足的对准柱头螺栓被所述中心孔接收。
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