CN102401085B

CN102401085B - 防振装置

Info

Publication number: CN102401085B
Application number: CN201110185648.7A
Authority: CN
Inventors: 和泉孝司
Original assignee: Kurashiki Kako Co Ltd
Current assignee: Kurashiki Kako Co Ltd
Priority date: 2010-09-10
Filing date: 2011-07-04
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2031-07-04
Also published as: CN102401085A; JP5525396B2; JP2012057743A

Abstract

本发明公开了一种防振装置。在包围内筒体(2)的外周的中心圆锥部(4b)的筒轴方向之一侧的端部设置相对于该内筒体(2)向该一侧突出的预压缩部(4c)，并且环绕中心圆锥部(4b)的外周面与外周环部(4a)的内周面之间一周而形成凹部空间(5)，设定所述凹部空间(5)与所述预压缩部(4c)的体积比至少在1.21以上。因此，在包括内筒体(2)、外筒体(3)及配置在该两个筒体(2、3)之间的橡胶弹性体(4)的发动机架(1)中，能够防止出现重复载荷作用于橡胶弹性体(4)而引起的龟裂等不良现象。

Description

防振装置

技术领域

本发明属于与一种防振装置有关的技术领域，该防振装置包括同轴配置的外筒体及内筒体、和设置在该外筒体与该内筒体之间且联结该外筒体和该内筒体的橡胶弹性体，在该外筒体的筒轴方向之一侧的端部形成有凸缘部和筒状竖立部，该凸缘部向径向外侧鼓起，该筒状竖立部从该凸缘部的外周缘部向该筒轴方向之一侧突出。

背景技术

迄今为止，用作汽车的发动机架(engine mount)等的防振装置中已众人皆知的有下述防振装置，即：该防振装置包括彼此同轴配置的金属制内筒体及金属制外筒体、和硫化粘着在该两个筒体之间的橡胶弹性体。在使用该防振装置时，将两个防振装置在内筒体筒轴方向的一端面彼此相向并接触的状态下固定在一起，橡胶弹性体在该状态下在该筒轴方向上被预压缩。

在这种防振装置中，通常设置用来在汽车反弹等时限制橡胶弹性体的变形量的阻挡部。例如，在日本公开特许公报特开2009-115282号公报中所公开的防振装置包括凸缘部、筒状竖立部及水平部，该凸缘部从外筒体的筒轴方向之一侧的端部向径向外侧鼓起，该筒状竖立部从该凸缘部的外周缘部向该筒轴方向之一侧延伸，该水平部从筒状竖立部的顶端周缘部分向径向外侧突出，在该水平部的表面上设置有橡胶阻挡部，由此保证即使发动机在汽车反弹等时产生较大的振动，也会通过使橡胶阻挡部接触车身骨架，尽早地吸收振动。

橡胶弹性体具有外周环部和中心圆锥部，该外周环部是沿筒状竖立部形成的，该中心圆锥部形成为该中心圆锥部与内筒体同轴且包围该内筒体的外周，该中心圆锥部的外周面呈锥状。在中心圆锥部的外周面与外周环部的内周面之间形成有口朝向所述筒轴方向之一侧且剖面呈近似V字形的凹部空间。

发明内容

-发明要解决的技术问题-

在所述防振装置中，与发动机的振动等同步的重复载荷作用于橡胶弹性体，橡胶弹性体便会由于该重复载荷而产生龟裂，或者橡胶弹性体会软化，因而弹簧常数(静态弹簧常数和动态弹簧常数)会下降。这是一个问题。

本发明正是鉴于上述问题而完成的。其目的在于：对包括内筒体、外筒体及配置在该两个筒体之间的橡胶弹性体的防振装置的结构进行改良，由此可靠地防止出现重复载荷作用于橡胶弹性体而产生龟裂等不良现象。

-用以解决技术问题的技术方案-

为达成所述目的，在本发明中，在包围内筒体的外周的中心圆锥部的筒轴方向之一侧的端部设置相对于该内筒体向该一侧突出的预压缩部，并环绕中心圆锥部的外周面与外周环部的内周面之间一周而形成凹部空间，设定凹部空间与预压缩部的体积比在1.21以上。

具体而言，本发明的第一方面的发明以下述防振装置为对象，即：该防振装置包括同轴配置的外筒体及内筒体、和设置在该外筒体与该内筒体之间且联结该外筒体和该内筒体的橡胶弹性体，在该外筒体的筒轴方向之一侧的端部形成有凸缘部和筒状竖立部，该凸缘部向径向外侧鼓起，该筒状竖立部从该凸缘部的外周缘部向该筒轴方向之一侧突出。

在所述橡胶弹性体的所述筒轴方向之一侧的面上形成有外周环部和中心圆锥部，该外周环部环绕所述筒状竖立部一周而形成，该中心圆锥部形成为该中心圆锥部与所述内筒体同轴且包围该内筒体的外周，该中心圆锥部呈外周面的直径越靠近所述筒轴方向之一侧就越小的锥状，在所述中心圆锥部的所述筒轴方向之一侧的端部相对于所述内筒体向该筒轴方向之一侧突出，该端部由此而成为构成为能够在该筒轴方向上被预压缩的预压缩部，在所述中心圆锥部的外周面与所述外周环部的内周面之间，环绕该中心圆锥部一周形成有口朝向所述筒轴方向之一侧的凹部空间，所述凹部空间与所述预压缩部的体积比设定在1.21以上。

根据所述结构，因为设定橡胶弹性体的凹部空间与预压缩部的体积比(以下，称其为凹部/预压缩部比率)在1.21以上，所以能够防止重复载荷作用于橡胶弹性体而产生龟裂。

也就是说，发明人们致力于研究，其结果是获得了下述见识，即：若凹部/预压缩部比率较小，在中心圆锥部的根基部分由于预压缩而沿径向产生鼓起变形后凹部空间就完全被填满，其结果是，无处可去的内筒体外周面附近的橡胶弹性体被较强地压缩，橡胶弹性体由于该部分的应力集中而产生龟裂。发明人们根据所述见识再致力于研究，其结果是发现，通过设定凹部/预压缩部比率在1.21以上，则能够防止橡胶弹性体上产生龟裂。由此，发明人们想到了本发明的结构。

本发明的第二方面的发明，是在第一方面的发明中，所述体积比设定在1.25以上且1.65以下。

根据所述结构，能够防止重复载荷作用于橡胶弹性体而产生龟裂，并能够抑制橡胶弹性体的弹簧常数下降。

更为详细地说，发明人们致力于研究，其结果是获得了下述见识，即：若所述凹部/预压缩部比率(凹部空间的体积)较小，凹部空间就在预压缩状态下完全被填满，在内筒体的外周面附近会发生较高的应力集中。因此，若橡胶弹性体在所述高应力状态下受到重复载荷，橡胶材料的疲劳恶化速度就易于加快，甚至弹簧常数(弹簧常数保持率)易于下降。而若所述凹部/预压缩部比率(凹部空间的体积B)较大，则即使中心圆锥部由于预压缩而变形，凹部空间也不会完全被填满，因此整个橡胶弹性体易于以该形成有凹部空间的部分为支点沿上下方向变位。其结果是，橡胶弹性体的疲劳恶化速度易于加快，甚至弹簧常数(弹簧常数保持率)易于下降。因此，不论凹部/预压缩部比率过大还是过小，弹簧常数保持率都为较低的值，因而应该存在能够使弹簧常数保持率成为最大的值的、中间的凹部/预压缩部比率。

发明人们根据所述见识再致力于研究，其结果是发现，通过设定凹部/预压缩部比率在1.25以上且1.65以下，则能够将使用规定期间后的橡胶弹性体的弹簧常数保持率减少幅度抑制到规定程度以下。由此，发明人们想到了该第二方面的发明的结构。

-发明的效果-

如上所述，根据本发明所涉及的防振装置，因为在包围内筒体的外周的中心圆锥部的筒轴方向之一侧的端部设置有相对于该内筒体向该一侧突出的预压缩部，并在中心圆锥部的外周面与外周环部的内周面之间形成有凹部空间，凹部空间与所述预压缩部的体积比设定在1.21以上，所以能够防止出现重复载荷作用于橡胶弹性体而产生龟裂等不良现象。

附图说明

图1是纵向剖视图，示出本发明的实施方式所涉及的作为防振装置的发动机架。

图2是示出发动机架的使用状态的纵向剖视图。

图3(a)和图3(b)是示出利用有限元法的非线性分析的结果的图，图3(a)示出类型I的发动机架模型的分析结果，图3(b)示出类型V的发动机架模型的分析结果。

图4是曲线图，示出凹部/预压缩部比率与耐久性试验前后的橡胶弹性体在筒轴方向上的弹簧常数保持率之间的关系。

-符号说明-

R凹部/预压缩部比率

1发动机架(防振装置)

2内筒体

3外筒体

3a凸缘部

3b筒状竖立部

4橡胶弹性体

4a外周环部

4b中心圆锥部

4c预压缩部

5凹部空间

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式加以详细的说明。

(第一实施方式)

图1示出本发明的实施方式所涉及的作为防振装置的发动机架1，该发动机架1包括彼此同轴配置的金属制内筒体2及金属制外筒体3、和设置在该内筒体2与该外筒体3之间且联结该内筒体2和该外筒体3的橡胶弹性体4。

在外筒体3的筒轴方向之一侧的端部设置有向径向外侧鼓起的凸缘部3a，环绕凸缘部3a的外周缘部一周形成有向筒轴方向之一侧突出的筒状竖立部3b。凸缘部3a和筒状竖立部3b是通过利用压制成形将外筒体3折弯而与外筒体3形成为一体的。

内筒体2主要由壁厚比外筒体厚的圆筒状部件构成，在内筒体2的筒轴方向之一侧的端部相对于外筒体3的筒状竖立部3b向该一侧突出。

所述橡胶弹性体4设置在内筒体2与外筒体3之间，硫化粘着在该两个筒体2、3上而与该两者成为一体。在橡胶弹性体4的筒轴方向之一侧的面上设置有外周环部4a和中心圆锥部4b，该外周环部4a呈环状，是环绕筒状竖立部3b一周而形成的，该中心圆锥部4b形成为该中心圆锥部4b与内筒体2同轴且包围该内筒体2的外周。

中心圆锥部4b呈外周面的直径越靠近筒轴方向之一侧就越小的锥状。在中心圆锥部4b的筒轴方向之一侧的端部相对于内筒体2向该筒轴方向之一侧突出，构成预压缩部4c。如在下文中所述的那样，在发动机架1的使用状态下，该预压缩部4c直接受到来自车身侧平板11的预压缩载荷。也就是说，预压缩部4c构成用来对橡胶弹性体施加预压缩载荷的载荷输入部。

在橡胶弹性体4上筒轴方向的另一侧的面上形成有凹部7，该凹部7包围内筒体2的外周绕一周，凹部7的底壁面7a与侧壁面7s之间的角部6形成为剖面呈圆弧形。该凹部7大致形成在从内筒体2的外周面附近到外筒体3的内周面附近这一整个范围内，所述角部6的半径设定在3～5mm。

外周环部4a形成为该外周环部4a包覆整个筒状竖立部3b，外周环部4a的高度比筒状竖立部3b略高。

在中心圆锥部4b与外周环部4a之间，环绕该中心圆锥部4b一周形成有口朝向所述筒轴方向之一侧的凹部空间5。凹部空间5沿所述筒轴方向看去形成为包围中心圆锥部4b的环状，而在沿该中心圆锥部4b的径向剖开的剖视图上呈近似梯形。凹部空间5的底壁面5a由成为形成中心圆锥部4b的根基的基部4d构成，设计为与内筒体2的筒轴垂直的平坦面。凹部空间5的位于外周侧的侧壁面5g由外周环部4a的内周面构成，形成为与底壁面5a大致垂直。凹部空间5的位于内周侧的侧壁面5n由中心圆锥部4b的外周面构成，相对于底壁面5a倾斜规定的角度(例如60°～65°)。

如图2所示，在使用发动机架1时，将上下成一对的发动机架1配置为内筒体的端面彼此接触，用一对车身侧平板11从上下两侧夹住所述一对发动机架1。各个发动机架1的内筒体2嵌入发动机侧支架12的安装孔12f内，车身侧平板11由此经发动机侧支架12和发动机架1联结并支撑未图示的发动机。一对车身侧平板11由螺栓13和螺母14固定成该车身侧平板11接触内筒体2的端面的状态。在该固定状态下，橡胶弹性体4的预压缩部由于来自车身侧平板11的压缩载荷而被压扁，使得预压缩部4c的上表面和内筒体2的上表面成为大致齐平的状态。如上所述，在发动机架1的使用状态下，橡胶弹性体4经预压缩部4c受到规定的预压缩载荷。

发动机架1由于行驶振动等而在筒轴方向上受到重复载荷。其结果是，会在橡胶弹性体上产生龟裂，或者弹簧常数会下降，因而不能得到所希望的防振性能。这是一个问题。

发明人们致力于研究，结果发现，所述问题受到上述凹部空间5与预压缩部4c的体积比R(＝凹部空间5的体积B/预压缩部4c的体积A。以下称其为凹部/预压缩部比率R)的影响。于是，对凹部/预压缩部比率R互不相同的五种类型的试样I～V进行规定的耐久性试验，其结果是成功地开发出了不会出现所述问题的发动机架1。

以下，参照图3、图4以及以下表1～表3对该耐久性试验的结果加以详细的说明。

<耐久性试验的详细内容>

本耐久性试验的目的在于：检查在耐久性试验后是否有龟裂，并对耐久性试验前后的筒轴方向的静态弹簧常数和动态弹簧常数进行测量，由此发现不会出现所述问题的、适当的凹部/预压缩部比率R。

按照下述方法进行耐久性试验，即：对耐久性试验机(株式会社鹭宫制作所(SAGINOMIYA SEISAKUSHO，INC.)的油压式耐久性试验机)安装上下成一对的发动机架1，再在表1所示的条件下沿筒轴方向(上下方向)施加振动。

【表1】

	泵侧试验	风扇侧试验
			载荷	1G_P±5G_P	1G_F±5G_F
频率	2Hz	2Hz
			次数	10⁶以上	10⁶以上
温度	90℃	90℃

在表1中，泵侧试验指的是设想对发动机的油泵侧进行支撑的发动机架1所受到的振动的试验；风扇侧试验指的是设想对发动机的冷却风扇侧进行支撑的发动机架1所受到的振动的试验。G_P是在泵侧试验中在已将发动机架1安装于耐久性试验机上的状态下该发动机架1所受到的基准载荷(N)；G_F是在风扇侧试验中在已将发动机架1安装于耐久性试验机上的状态下该发动机架1所受到的基准载荷(N)。“1G_P±5G_P”指以基准载荷G_P为基准，施加振幅为该基准载荷G_P的五倍的振动载荷；“1G_F±5G_F”指以基准载荷G_F为基准，施加振幅为该基准载荷G_F的五倍的振动载荷。在本实施方式中，设定为G_P＞G_F。

进行耐久性试验的类型I～类型V的各个发动机架1的形状特性如表2所示。

【表2】

在此，H、D及T分别对应于在图1中所示的代表性尺寸H、D及T。A表示预压缩部4c的体积；B表示凹部空间5的体积。由表2可见，类型I的凹部/预压缩部比率R设定为最小的值，为0.78；类型V的凹部/预压缩部比率R设定为最大的值，为1.95。凹部/预压缩部比率R设定为：该凹部/预压缩部比率R按类型I→类型II→类型III→类型IV→类型V的顺序逐渐变大。

在表3中分别对类型I～类型V示出了在耐久性试验后龟裂之有无、和耐久性试验前后的弹簧常数保持率。

【表3】

在表3中所示的“是否有龟裂”，是靠目测来判断在橡胶弹性体上是否产生有龟裂的。

图3示出为找到产生所述龟裂的主要原因而进行的结构分析的结果。在进行分析时使用的是利用有限元法的通用软件(例如，MSC软件(MSC.Software)公司制造的商品名称为MARC的软件)。图3(a)示出对类型I的发动机架模型沿筒轴方向施加规定的压缩载荷时的分析结果；图3(b)示出对类型V的发动机架模型沿筒轴方向施加规定的压缩载荷时的分析结果。在该附图中，颜色的浓淡示出各个部位的应力值大小，带尖角的方框中尖角指出应变量(％)最大的部位，方框内的数字为其应变量。类型I和类型V都在内筒体2的外周面附近的部位S观测到了局部性的应力集中，但可见与类型V相比类型I的应力集中部位的应力值更高，而且应变量(％)也更大。可以推测为其原因如下：因为类型I的凹部/预压缩部比率R较小(凹部空间5的体积B较小)，所以中心圆锥部4b的根基部分由于预压缩而向径向外侧产生鼓起变形，凹部空间5由此完全被填满(参照图3(a)中的区域W)，其结果是无处可去的内筒体2外周面附近的橡胶弹性体被较强地压缩。与此相对，在类型V中，因为凹部/预压缩部比率R较大(凹部空间5的体积B较大)，所以即使中心圆锥部4b的根基部分在预压缩时产生变形，凹部空间5也不会完全被填满(参照图3(b)中的区域W)。因此，与类型I相比类型V中的内筒外周面附近的应力值更低，而且最大应变量也更小。综上所述，可以说凹部/预压缩部比率R越小，内筒体2外周面附近的部位S的应力值就越高，越易于在橡胶弹性体上产生龟裂。

鉴于上述结果看表3所示的试验结果可知，为防止橡胶弹性体的龟裂，需要设定凹部/预压缩部比率R至少在1.21以上，优选在1.25以上。

在表3中所示的弹簧常数保持率指的是耐久性试验后的弹簧常数与耐久性试验前的弹簧常数的百分比(％)。应予说明，在类型IV中，风扇侧试验时的静态弹簧常数保持率超过100％，为107.5％，可以认为这是因为弹簧常数由于橡胶弹性体的硬化(恶化)而增加之故。

图4是在以凹部/预压缩部比率R为横轴且以弹簧常数保持率为纵轴的图上用表3中的弹簧常数保持率进行点绘(plotting)而制成的图表。在图4中用粗线示出的曲线是根据各个点绘制出的二次近似曲线。应予说明，与风扇侧试验相比泵侧试验的弹簧常数保持率更低，可以认为这是因为与风扇侧试验相比泵侧试验的振动施加力更强之故(参照表1)。

在此，对如上所述用二次曲线作近似曲线的适当性加以说明。如上所述，若凹部/预压缩部比率R(凹部空间5的体积B)较小，凹部空间5就由于预压缩而完全被填满，在内筒体2外周面附近的部位S(参照图3)发生较高的应力集中。因此，若在所述高应力状态下重复施加载荷，橡胶材料的疲劳恶化速度就易于加快，甚至弹簧常数易于下降。而若所述凹部/预压缩部比率R(凹部空间5的体积B)较大，则即使中心圆锥部4b由于预压缩而变形，凹部空间5也不会完全被填满，因此整个橡胶弹性体4易于以该形成有凹部空间5的部分为支点沿上下方向变位。其结果是，橡胶弹性体的疲劳恶化速度易于加快，甚至弹簧常数易于下降。如上所述，不论凹部/预压缩部比率R过大还是过小，弹簧常数保持率都为较低的值，因而可以认为应该存在能够使弹簧常数保持率成为最大的值的、中间的凹部/预压缩部比率R。在这种情况下，用朝上凸出的二次曲线对在图4中所示的各个点求近似曲线，以让弹簧常数保持率在类型I与类型V的中间的凹部/预压缩部比率R范围内达到最大值，这可以说是一种适当性充分高的近似计算。

在本实施方式中，根据该近似曲线设定能够实现所希望的弹簧常数保持率的凹部/预压缩部比率R。具体而言，在本实施方式中，设定凹部/预压缩部比率R在1.25以上且1.65以下，以保证弹簧常数保持率在为维持发动机架1的防振性能所需的值即75％以上(参照图4)。若凹部/预压缩部比率R在该范围内，就还满足从防止产生龟裂的角度来要求的凹部/预压缩部比率R≥1.21的必要条件，因而能够谋求防止橡胶弹性体产生龟裂，并防止弹簧常数保持率下降。

如上所述，在所述实施方式中，使中心圆锥部4b的所述筒轴方向之一侧的端部相对于所述内筒体2向该筒轴方向之一侧突出而形成预压缩部4c，并在中心圆锥部4b的外周面与外周环部4a的内周面之间，环绕该中心圆锥部4b一周而形成口朝向所述筒轴方向之一侧的凹部空间5，而且设定凹部空间5与预压缩部4c的体积的体积比R(凹部/预压缩部比率)在1.25以上且1.65以下。因此，能够谋求防止重复载荷作用于橡胶弹性体4而产生龟裂，并防止弹簧常数保持率下降。

(其它实施方式)

本发明的结构并不限于所述实施方式，本发明中还包括除此之外的各种结构。也就是说，虽然在所述实施方式中设定凹部/预压缩部比率R在1.25以上且1.65以下，但从防止产生龟裂的观点来看，凹部/预压缩部比率R只要在1.21以上即可。

还有，在所述实施方式中，以发动机架1为防振装置之一例进行了说明。防振装置并不限于此，例如也可以是用来支撑机床或建筑物等的防振装置。

还有，在所述实施方式中，凹部空间5形成为剖面呈近似梯形(参照图1)，但并不限于此。凹部空间5也可以形成为剖面呈例如近似V字形。

-产业实用性-

本发明对以下防振装置很有用，该防振装置包括同轴配置的外筒体及内筒体、和设置在该外筒体与该内筒体之间且联结该外筒体和该内筒体的橡胶弹性体，在该外筒体的筒轴方向之一侧的端部形成有凸缘部和筒状竖立部，该凸缘部向径向外侧鼓起，该筒状竖立部从该凸缘部的外周缘部向该筒轴方向之一侧突出。本发明对上述防振装置中的下述防振装置特别有用，该防振装置具有外周环部和中心圆锥部，该外周环部环绕该筒状竖立部一周而形成，该中心圆锥部形成为该中心圆锥部与所述内筒体同轴且包围该内筒体的外周，该中心圆锥部呈外周面的直径越靠近所述筒轴方向之一侧就越小的锥状。

Claims

1.一种防振装置，包括同轴配置的外筒体及内筒体、和设置在该外筒体与该内筒体之间且联结该外筒体和该内筒体的橡胶弹性体，在该外筒体的筒轴方向之一侧的端部形成有凸缘部和筒状竖立部，该凸缘部向径向外侧鼓起，该筒状竖立部从该凸缘部的外周缘部向该筒轴方向之一侧突出，在所述橡胶弹性体的所述筒轴方向之一侧的面上形成有外周环部和中心圆锥部，该外周环部环绕所述筒状竖立部一周而形成，该中心圆锥部形成为该中心圆锥部与所述内筒体同轴且包围该内筒体的外周，在所述中心圆锥部的外周面与所述外周环部的内周面之间，环绕该中心圆锥部一周形成有口朝向所述筒轴方向之一侧的凹部空间，其特征在于：

该中心圆锥部呈外周面的直径越靠近所述筒轴方向之一侧就越小的锥状，同时在所述中心圆锥部的所述筒轴方向之一侧的端部相对于所述内筒体向该筒轴方向之一侧突出，该端部由此而成为构成为能够在该筒轴方向上被预压缩的预压缩部；

所述凹部空间与所述预压缩部的体积比设定在1.21以上。

2.根据权利要求1所述的防振装置，其特征在于：

所述体积比设定在1.25以上且1.65以下。