CN104620016A - 改进的双质量飞轮 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种飞轮，包括：主飞轮质量(2)，其适于被连接至内燃机的曲轴；副飞轮质量(3)；隔绝弹簧单元(5)，其联结至所述主飞轮质量(2)；弹簧加载器(6)，其联结至所述隔绝弹簧单元(5)；和多个压缩弹簧(4)，其周向地设置以当所述弹簧加载器(6)和所述副质量(3)相对于彼此成角度地位移时被加载，所述压缩弹簧(4)的总扭转弹簧刚度系数高于所述隔绝弹簧单元(5)的扭转弹簧刚度系数。
Description
技术领域
本发明涉及双质量飞轮，其具有隔绝弹性构件并且适于阻尼车辆的内燃机的曲轴的扭转振动，也提供了隔绝功能。
背景技术
双质量飞轮包括连接至内燃机的曲轴的主飞轮质量、连接至车辆的变速箱的输入轴的副飞轮质量、和隔绝构件，该隔绝构件是扭转弹性的并且将主飞轮质量联结至副飞轮质量。
该隔绝构件可以包括将主飞轮质量与中间弹簧加载器扭转地连接的多个周向压缩弹簧，以及将弹簧加载器扭转地连接至副飞轮质量的另外的弹性构件，弹簧加载器关于第一和第二飞轮质量可旋转并且被配置成将扭转载荷从连接至主飞轮质量的弹簧传送至联结至副飞轮质量的弹簧。
另外，阻尼设备被设置成阻尼在扭转共振期间发生的振动，例如，在开始时当发动机速度爬升通过飞轮的第一固有频率，例如在200-400转每分。
设计飞轮的主要问题是有效地提供隔绝功能与在共振期间的阻尼功能振动之间的最好妥协，隔绝功能旨在避免来自曲轴的角波动被传输至驱动系的其他部件，例如离合器、变速箱、差速器等，该共振尤其是通过连接至副飞轮质量的构件的第一固有频率，例如变速箱的输入轴、副飞轮质量。
发明内容
本发明的范围是提供双质量飞轮，旨在至少部分地满足上述需求。
本发明的范围利用根据权利要求1所述的双质量飞轮来实现。
附图说明
为了更好地理解本发明，将参照所附图进一步公开本发明，其中：
-图1是根据本发明的双质量飞轮的示意功能图；
-图2是施加于图1内的阻尼扭矩的图；并且
图3是本发明第二实施例的示意功能图。
具体实施方式
在图1中，数字1指双质量飞轮，其包括优选连接至内燃气E的曲轴上的主飞轮质量2，优选经由离合器连接至车辆的变速箱G的输入轴的副飞轮质量3，周向地布置以获得副飞轮质量上的扭转作用的多个压缩弹簧4和在主质量飞轮与压缩弹簧4之间串联设置的另外的扭转弹性构件5。优选地，该变速箱是连续可变速度比变速箱并且内燃机E用于后轮驱动车辆。
具体地，扭转弹性构件5经由弹簧加载器6连接至压缩弹簧4，该弹簧加载器6具有与主和副质量飞轮相比不可忽略的质量。弹簧加载器6是配置成将扭矩从弹性构件5传送到补偿弹簧4的构件或结构。扭转弹性构件5设置成当主飞轮质量2驱动副飞轮质量3时经由弹簧加载器6将扭矩传递至补偿弹簧4。
根据本发明的优选实施例，弹性构件5包括非圆横截面金属线或带螺旋弹簧，其具有刚性连接至主飞轮质量2的第一端部7和刚性连接至弹簧加载器6的第二端部8。
根据本发明的优选实施例，弹性构件是螺旋弹簧，其具有由包括在250°和600°之间的角度和包括在0.4和0.8之间的横截面的高/宽比限定的一些涡形。在本描述和权利要求书中，螺旋弹簧包括具有变化曲率因此变化半径的尖顶或者部分的尖顶。这种变化可以是连续的或者不连续的。作为例子，至少部分的螺旋弹簧可以被成型为阿基米德螺旋。另外，尖顶提供了径向间隔以避免直接接触。替换地，可以有两个或更多个螺旋弹簧、设置成彼此之间轴向偏置。
作为更优选的实施例，弹性构件5的横截面具有包括在10毫米与30毫米之间的宽度和包括在4毫米与12毫米之间的高度。优选地，弹性弹簧构件5由平坦金属丝弹簧制成。
已经证实，包括在1毫米和3毫米之间以连接弹性构件5的平面表面的圆角与提高疲劳寿命的性能有关联。优选地，弹性构件5的横截面是实质上矩形的。上述特征用于单独和优选地结合来获得理想的刚度或弹簧刚性系数的范围，以隔绝来自主飞轮质量2的振动，和同时理想的疲劳寿命。另外，上述几何范围单独或者更好的结合来获得准备制造的弹簧并且因此对于制造成本有积极影响。
弹性构件5和多个压缩弹簧4被在主飞轮质量2和副飞轮质量3之间串联设置，弹簧加载器6被插设在弹性构件5和压缩弹簧4之间。根据本发明，当弹簧加载器6关于副飞轮质量3的有角度地位移测量的压缩弹簧4的做大扭转刚度高于弹性构件5的扭转刚度。压缩弹簧的扭转刚度是弹簧的线性弹簧刚性系数的转换并且还基于飞轮内的弹簧的径向位置。
优选地，压缩弹簧4被连接在弹簧加载器6与副飞轮质量3之间，从而提供了周向间隔G1。因此，当弹簧加载器6与副飞轮质量3相对成角度地位移时，在压缩弹簧4被沿着周向方向被压缩之前周向间隔G1应被关闭。
另外，双质量飞轮1包括具有第一单元T1和第二单元T2的阻尼设备。优选地，阻尼单元T1和T2是干阻尼单元。
阻尼单元被设置在弹簧加载器6与副飞轮质量3之间，并且阻尼单元T1、T2关于弹簧加载器6被并联连接。
优选地，阻尼单元T1被配置成提供轴向间隔G2。因此，当弹簧加载器6与副飞轮质量3相对成角度地位移时，在阻尼单元T1提供其角度阻尼作用之前周向间隔G2应被关闭。
相反，阻尼单元T2被配置成，提供T2的角度阻尼作用，以用于弹簧加载器6与副飞轮质量3的任何相对角位移。优选地，阻尼单元T2包括装配在弹簧加载器6与副飞轮质量3之间的轴套过盈部，以提供摩擦联接。重要的是，应注意，阻尼单元T2的摩擦扭矩并不基于角速度，并且可以提供并不基于旋转速度的阻尼设备的另外的实施例，即，通过一个或多个弹性构件沿着轴向加载摩擦表面，该轴向方向平行于副飞轮质量3关于主飞轮质量2的旋转轴线。
因此，当弹簧加载器6与副飞轮质量3相对角位移时发生扭转阻尼作用。优选地，G1在高于或等于需要来关闭间隔G2的扭矩的扭矩下关闭，从而在加载弹簧4之前或之时启动阻尼单元T2。因此，能够提供起作用的条件，当弹簧加载器6与副飞轮质量3之间的相对角位移低于G1时，如果阻尼水平T2是有效的并且压缩弹簧未被加载。具体地，阻尼单元T1和T2提供了相应恒定水平的阻尼，从而当间隔G2被关闭时，弹簧加载器6与副飞轮质量3之间的总阻尼扭矩从第一水平增加至大于第一水平的第二水平(见图2)。
重要的是，注意，由施加于靠着相应座部的壁的压缩弹簧4的离心加速度所产生的总摩擦扭矩低于对于IC发动机的所有旋转速度至少阻尼单元T1的值。这能通过使用短压缩弹簧4来获得。根据解释性实施例，每个压缩弹簧4具有10-50克的质量。另外，压缩弹簧足够短已被容纳在相应座部中并且维持实质上直轴线。该座部被配置成，当副飞轮质量3和弹簧加载器6被关闭间隔G1的扭矩加载时，克服离心加速度将压缩弹簧4保持在合适位置并且设置成压下弹簧。在本发明的优选实施例中，由离心加速度施加于压缩弹簧4所产生的最大阻尼扭矩低于阻尼单元T1和/或T2的阻尼扭矩。
因此，根据第一解释性实施例，提供了总阻尼作用，其在至少两个值之间在弹簧加载器6与副飞轮质量3之间不连续地改变阻尼率。该不连续的阻尼率特别由提供间隔G2来获得。
另外，弹性构件5的角旋转优选由两个止动部20、21限制，两个止动部20、21有利地但不排他地分别关于主飞轮质量2和弹簧加载器6固定。止动部20、21可以是硬止动部或者扭转弹性止动部以便消散至少部分的冲击能量。具体地，止动部20、21被设计成限制去耦弹簧单元5上的扭矩载荷。优选地，这种最大扭矩设置成IC发动机E的最大设计扭矩的140％或低于140％，这由较大敞开节流条件来指明。甚至更优选地，加载去耦弹簧单元5的最大扭矩设置成IC发动机E的最大设计扭矩的115％或低于115％。另外，能加载压缩弹簧4的全部最大扭矩高于加载去耦弹簧单元5的最大扭矩。优选地，加载压缩弹簧4的最大扭矩甚至是IC发动机E的最大扭矩的1.5至4倍。
在图3中示出的本发明的进一步实施例中，上面描述的飞轮1的结构被修改，压缩弹簧4被设置成基于副飞轮质量3关于弹簧加载器6的角位移提供变化的刚度。在优选实施例中，第一和第二组压缩弹簧4a和4b并联设置并且具有不同的弹簧刚度系数。具体地，转换为扭转刚度的弹簧组4a的弹簧刚度系数高于弹簧组4b的转换为扭转刚度的弹簧刚度系数。获得这种效果的优选方法是将弹簧组4b提供为一系列压缩弹簧4b’和4b”，它们中的每个具有不同的线性弹簧刚度系数，从而总扭转刚度低于弹簧组4a扭转刚度。
另外，设置周向间隔G3以加载压缩弹簧组4a并且设置周向间隔G1以加载压缩弹簧组4b。优选地，间隔G1被配置成在低于关闭间隔G3所需扭矩的扭矩下被关闭。另外，止动部20、21被配置成至少间隔G1在低于所需扭矩的扭矩下被关闭，从而止动部20邻接止动部21。
仅作为解释性实施例，弹簧组4b包括两个轴向对称系列的弹簧，分别具有20牛/毫米和60牛/毫米的线性刚度，每组被间隔G2间隔开并且在安装后提供大约3牛米/°的扭转刚度。
另外，弹簧组4a包括由间隔G3成角度地间隔开的两个轴向对称弹簧并且各具有220牛/米的线性刚度，这意味着在安装和与弹簧组4b结合后，即当间隔G2和G3被关闭后，大约80牛米/°的扭转刚度。
另外，根据两个实施例的飞轮可以包括与弹性构件5并联的另外的阻尼设备T3。由阻尼设备T3施加的阻尼扭矩低于由阻尼单元T1和T2施加的扭矩。优选地，阻尼设备T3的阻尼扭矩在1-5牛米的范围内，阻尼单元T2的阻尼扭矩大于30牛米。
在使用中，当发动机E从中-低范围加速到较高速度范围，弹性构件5的螺旋弹簧隔绝了曲轴的角波动，因为其具有相对低的扭转刚度并且对于低于50°的角度止动部20、21并不邻接。在这种条件下，阻尼设备T1、T2并不起作用或对有限范围起作用，从而提高了隔绝。这意味着，当止动部20、21并不邻接时阻尼设备T1、T2施加了摩擦扭矩，从而弹簧加载器6被角度地固定或者关于副飞轮质量3具有有限的动力特性。
驱动系还可能遭遇扭转共振条件，即在发动机E启动或在负载变化期间。负载变化通常在高速时，由于下面的组合而发生：IC发动机几乎空转，由于高速所以驱动系的惯性力很高并且趋于克服主飞轮质量2，飞轮上的扭矩为负(当主质量2驱动副质量3时是正扭矩)，并且用户重下压加速踏板，从而飞轮上的扭矩切换到正和较高值。在这种条件下，驱动系由于齿轮的后冲而振动以及驱动系通过从负到正扭矩的突然切换所产生的扭矩冲击而被激励。
当扭转共振发生时，该扭矩可以达到非常高的值、甚至比发动机E的最大扭矩更高，并且压缩弹簧4和阻尼设备T1、T2开始起作用，因为止动部20、21邻接：较高的扭矩通过止动部20、21被传递至压缩弹簧4并且扭转振动通过阻尼设备T1、T2被抑制。另外，压缩弹簧4具有扭转刚度，以最小角位移来抵抗发生在上述起作用条件下的高扭矩峰值。
当压缩弹簧的扭转刚度是可变的时，弹簧组4b的初始较低刚度，甚至比螺旋弹簧的刚度更低，旨在将扭矩从弹性构件5传送至具有较高刚度的弹簧组4a并且避免重冲击。为此，间隔G2可以在比所需的扭矩更低的扭矩下关闭，从而止动部20邻接止动部21。
根据本发明的双质量飞轮的优点如下。
根据本发明的飞轮在低于预定转矩界限作为隔绝器起作用，并且在高于这样的界限作为阻尼器起作用，在该驱动系的整个工作范围显示了很好的性能。具体地，能够通过调整止动部20、21、间隔G2、G3以及弹性构件5和压缩弹簧4的刚度来优化每个阶段的设计。
具体地，止动部20、21限制施加于隔绝弹簧构件5的最大扭矩，从而在正扭矩存在或增加的IC发动机E的正常运行期间能够就隔绝功能优化该去耦弹簧构件5。的确，隔绝弹簧单元5具有与压缩弹簧4的弹簧刚度系数相比更低的弹簧刚度系数，并且能够储存相应于IC发动机C的最大转矩加上最小安全系数的最大弹性能量。以该方式，限制了存储的弹性能量，以便减小与在载荷变化后发生共振或振动特征相关联的振动幅度和能量。
为了减小振动条件下引入的能量，飞轮1还能提供有效的阻尼作用。阻尼设备T1、T2的作用能被调整为在载荷变化后抑制扭转振动，当弹簧加载器6和副飞轮质量3相对旋转时该阻尼设备T1、T2的作用总是存在。此外，施加于飞轮1的转矩比IC发动机E的最大转矩更高，因为IC发动机E处于最大功率，并且此外，惯性趋于使驱动系过载，从而鉴于较高弹簧刚度系数和来自阻尼设备T1、T2的阻尼作用的结合，压缩弹簧4有效地减小了振动幅度。
此外，压缩弹簧4能设计成优化过扭矩(overtorque)条件，即，启动IC发动机E或者负载变化，从而较高的弹簧刚度系数和由阻尼设备T1、T2的预定阻尼水平能降低振动幅度和减小扭转振动在驱动系上的负面冲击。由于驱动系的惯性或在IC发动机E的曲轴扭转共振期间，作用在飞轮1上的扭矩可以高于IC发动机E的最大扭矩。
当双质量飞轮设有串联的两个弹性阶段时，连接至主飞轮质量的一个具有低于连接至该副飞轮质量的弹性阶段的最大一个的总扭转弹簧刚度系数，提高了隔绝性能，以避免较大扭转波动沿着驱动系被传送至曲轴下游、即变速箱。尤其是，不将这种较大扭转传送至压缩弹簧4提高了压缩弹簧4的功效和工作寿命。
另外，阻尼设备T1、T2被设计成实质上独立于旋转速度，即，附加于由于离心加速度压缩弹簧4在相应壳体盒上的摩擦，从而较低的(即来自阻尼设备T2的阻尼)与扭转弹性构件5结合来作用，以优化该隔绝功能。具体地，较低弹簧刚度系数与作用在弹性构件5上的较低阻尼结合是重要的，以实现良好的隔绝功能，例如当该IC发动机以恒定速度运转或加速时。较低的阻尼水平必须在整个可能的最大旋转速度范围被维持，从而阻尼单元T2几乎独立于旋转速度。具体地，在启动IC发动机E时，旋转速度非常低，从而压缩弹簧4不被离心加速度很大地影响，并且相对性能实质上没有被压缩弹簧4在相对壳体盒上的径向摩擦影响。另外，在较高转速发生的载荷变化以及阻尼单元T1的作用基本上对旋转速度不敏感的事实确保了在整个IC发动机E的其作用范围的优化阻尼性能。
另外，通过适当地设计阻尼单元T1的间隔G2，而阻尼单元T1的间隔G2(如果存在的话)有助于扭转波动的预定水平，这能被优化以仅在共振和负载变化的条件下有效地抑制振动，从而在其他条件下普遍有弹簧构件5的隔绝功能。具体地，在共振或负载变化时，需要优选独立于旋转速度、结合有较高弹簧刚度系数的阻尼。重要的是，注意与施加于压缩弹簧4视为离心加速度相关联的摩擦转矩总是低于对于IC发动机E的整个速度工作范围的至少阻尼单元T1的阻尼水平。与施加于压缩弹簧4的离心加速度相关联的摩擦转矩可以通过飞轮1的数字模拟来计算。
另外，通过适当地调整间隔G1，能够降低与压缩弹簧4结合的弹簧构件5的总弹簧刚度系数，从而获得了飞轮的较低第一固有频率。以该方式，共振在较低能量范围发生并且波动幅度减小。
几何结构的范围旨在当弹性构件5是螺旋弹簧时获得理想的较低刚度或弹簧刚度系数，以抑制振动同时有较长的疲劳寿命。
另外，总阻尼率在两个离散水平之间是可变的和可调整的，以获得当弹簧加载器6扭转共振时弹簧加载器6与副飞轮质量3之间的特定阻尼效果。
最后，很清楚可以对此处所公开和示出的滑轮组件进行修改和变形，而不偏离由所附权利要求所限定的保护范围。
另外，弹性构件能包括多于一个螺旋弹簧，其在所述主飞轮质量2和弹簧加载器6之间并联连接。优选地，螺旋弹簧具有相同的弹簧刚度系数和/或形状，并且被成角度地等距间隔以获得提高的旋转平衡。具体地，螺旋弹簧被认为是实质上对旋转速度不敏感，由于除了端部分之外，线圈并不沿着径向方向在表面上滑动并且离心力并不转换成摩擦。
Claims (21)
1.一种飞轮，包括：主飞轮质量(2)，其适于被连接至内燃机的曲轴；副飞轮质量(3)，其关于所述主飞轮质量(3)可旋转；隔绝弹簧单元(5)，其联结至所述主飞轮质量(2)；弹簧加载器(6)，其联结至所述隔绝弹簧单元(5)，以便关于所述主飞轮质量(2)成角度地位移；和多个压缩弹簧(4)，其周向地设置以当所述弹簧加载器(6)和所述副质量(3)相对于彼此成角度地位移时被加载/卸载，以便与所述隔绝弹簧单元(5)串联，其中所述隔绝弹簧单元(5)至少包括螺旋弹簧，该螺旋弹簧通过所述主飞轮质量(2)与所述弹簧加载器(6)的相对旋转被加载/卸载，所述多个弹簧(4)中的至少一个当所述弹簧加载器(6)关于所述第二飞轮质量(3)位移时是可压缩的，以提供高于所述螺旋弹簧的第二扭转刚度的第一扭转刚度。
2.根据权利要求1所述的飞轮，其特征在于，所述多个弹簧(4)中的至少另一个当所述弹簧加载器(6)关于所述第二飞轮质量(3)位移时是可压缩的，以提供低于所述第一扭转刚度的第三扭转刚度，从而所述弹簧(4)提供了可变的扭转刚度。
3.根据权利要求2所述的飞轮，其特征在于，所述多个弹簧(4)中的所述另一个包括一系列弹簧。
4.根据权利要求2或3所述的飞轮，其特征在于，所述至少一个和所述至少另一个弹簧(4)是并联的，在压缩所述至少一个弹簧之前提供第一间隔(G3)，并且在压缩所述至少另一个弹簧(4)之前提供第二间隔(G1)，其中所述第一间隔(G3)在第一扭矩下可关闭并且所述第二间隔(G1)在第二扭矩下可关闭，所述第一扭矩高于所述第二扭矩。
5.根据前述权利要求中任何一项所述的飞轮，其特征在于，包括所述主飞轮质量(2)和弹簧加载器(6)之间的止动部(20、21)，以成角度地限定可传送至所述隔绝弹簧单元(5)的最大扭矩，所述最大扭矩低于可由所述压缩弹簧(4)传送的另一最大扭矩。
6.根据权利要求4和5所述的飞轮，其特征在于，所述止动部(20、21)限定了可在第三扭矩下关闭的第三间隔，所述第三扭矩至少高于所述第二扭矩。
7.根据前述权利要求中任何一项所述的飞轮，其特征在于，包括阻尼设备(T1、T2)，该阻尼设备(T1、T2)安装在所述弹簧加载器(6)与副飞轮质量(3)之间并且配置成至少具有第一水平的阻尼(T2)，该第一水平的阻尼(T2)实质上独立于旋转速度并且当所述弹簧加载器(6)与副飞轮质量(3)分别旋转时起作用。
8.根据权利要求7所述的飞轮，其特征在于，由施加于所述压缩弹簧(4)的离心加速度所产生的摩擦转矩附加于该阻尼设备(T1、T2)的摩擦转矩。
9.根据权利要求7或8中任何一项所述的飞轮，其特征在于，所述阻尼设备(T1、T2)包括过盈装配的轴套和/或摩擦构件，其沿着平行于所述副飞轮质量(3)关于所述第一飞轮质量(2)的旋转轴线的方向被加载。
10.根据权利要求7至9中任何一项所述的飞轮，其特征在于，由可施加于所述弹簧(4)的离心加速度的最大摩擦转矩小于所述第一水平(T2)或所述摩擦设备的最大摩擦转矩(T1)中的一个。
11.根据权利要求10所述的飞轮，其特征在于，所述另外的最大摩擦转矩高于所述阻尼的至少第一水平。
12.根据权利要求10或11中任何一项所述的飞轮，其特征在于，所述阻尼设备(T1、T2)被配置成，所述阻尼的至少第一水平和所述另一最大摩擦转矩基于所述弹簧加载器(6)与副飞轮质量(3)之间的预定的各角度位置。
13.根据前述权利要求中任何一项所述的飞轮，其特征在于，压缩弹簧(4)、弹簧加载器(6)和副飞轮质量(3)被设置成，当所述弹簧加载器(6)与副飞轮质量(3)之间的相对旋转到达预定水平(G1)时，所述压缩弹簧(4)被加载。
14.根据前述权利要求中任何一项所述的飞轮，其特征在于，所述阻尼设备包括彼此之间并联的第一阻尼单元(T1)和第二阻尼单元(T2)，间隔(G2)被插设在所述弹簧加载器(6)与所述第一阻尼单元(T1)之间，以限定所述预定的各角度位置。
15.根据前述权利要求中任何一项所述的飞轮，其特征在于，所述螺旋弹簧具有涡形，该涡形限定了包括在270°和600°之间的角度.
16.根据前述权利要求中任何一项所述的飞轮，其特征在于，所述隔绝弹簧单元(5)包括螺旋弹簧，该螺旋弹簧具有包括在0.4和0.8之间的横截面的高/宽比。
17.根据前述权利要求中任何一项所述的飞轮，其特征在于，所述隔绝弹簧单元(5)包括螺旋弹簧，该螺旋弹簧具有平坦表面和包括在1毫米和3毫米之间的平坦表面之间的圆角半径。
18.根据前述权利要求中任何一项所述的飞轮，其特征在于，包括第二阻尼设备，该第二阻尼设备由所述第一飞轮质量(2)与弹簧保持件(6)之间的相对角位移启动。
19.发动机单元，包括根据前述权利要求中任何一项所述的内燃机(E)飞轮和变速箱(G)，其中所述主飞轮质量(2)被连接至所述内燃机(E)并且被所述内燃机(E)驱动旋转，并且所述第二飞轮质量(3)可被选择性地连接到所述变速箱(G)。
20.根据权利要求19所述的发动机单元，其特征在于，所述止动部(20、21)被配置成，至少在所述内燃机的启动期间，所述主飞轮质量(2)将较高的载荷传递至所述簧加载器(6)，该较高的载荷是比所述隔绝弹簧单元(5)中的一个的高。
21.根据权利要求18或19中任何一项所述的飞轮，其特征在于，可施加于所述隔绝弹簧单元(5)的最大扭矩低于可施加于所述压缩弹簧(4)的最大扭矩。
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