CN105317925A - 一种基于凸轮机构的双质量飞轮 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于凸轮机构的双质量飞轮，包括第一质量飞轮、第二质量飞轮和扭转减振机构，扭转减振机构位于第一质量飞轮和第二质量飞轮之间的安装腔内。所述扭转减振机构包括弹性回位元件组和凸轮转子，弹性回位元件组包括弹簧套筒、直弹簧、滚轮、回位机构、连接件和直线导轨，直弹簧一端伸入弹簧套筒的一端，另一端与第一质量飞轮连接，弹簧套筒的另一端设有滚轮，滚轮可以在回位机构上滚动，回位机构固定在凸轮转子外壁；两个直线导轨设置在弹簧套筒两侧，使得弹簧套筒沿直线导轨滑动，直线导轨固定在连接件上，连接件固定在第一质量飞轮上。本发明解决了发动机处于怠速工况或高速运转工况下双质量飞轮的扭转减振效果变差，以及长弧形弹簧的磨损问题。
Description
技术领域
本发明涉及机械传动领域，具体涉及一种基于凸轮机构的双质量飞轮。
背景技术
在汽车传动系统中，常常使用双质量飞轮实现扭转减振功能，例如，在发动机和变速箱之间安装双质量飞轮。
在一些机械传动系统中，也可以使用双质量飞轮实现扭转减振功能。
双质量飞轮主要由三部分组成：设置于动力源例如发动机一侧的第一质量飞轮，设置于变速装置例如汽车变速器一侧的第二质量飞轮，以及第一质量飞轮和第二质量飞轮之间的扭转减振机构，扭转减振器一般配置为使双质量飞轮具有大转角的长弧形弹簧形式。
德国LUK公司的长弧形弹簧双质量飞轮结构是目前在用的双质量飞轮成熟的产品。双质量飞轮第一质量飞轮被动力源例如发动机驱动而转动时压缩弧形弹簧，被压缩的弧形弹簧驱动第二质量飞轮，从而将发动机的扭矩传递到第二质量飞轮。这种双质量飞轮的设置可以降低动力源例如发动机和变速器振动系统的固有频率，以避免在怠速转动时产生共振，以及改善正常工况下的振动。目前，许多研究者均研究、改进类似结构的双质量飞轮，例如2013年武汉理工大学赵光明的博士学位论文。
然而，动力源例如发动机在高速旋转工况下，双质量飞轮高速旋转，双质量飞轮中通过被压缩而传递扭矩的长弧形弹性元件由于离心力的作用被压在第一质量飞轮的导向槽上。双质量飞轮转速越高，长弧形弹簧受到的离心力越大，其被甩压在导向槽上的压紧力以及因此受到的摩擦阻力也越大。这导致长弧形弹性元件不能被进一步压缩，从而失去扭转减振效果，系统振动噪声大。并且长弧形弹簧的制造也比直弹簧要困难得多。
中国专利201310608654.8，公开了一种双质量飞轮，对LUK公司的长弧形弹簧式结构作了改进。双质量飞轮的两个质量之间为串联设置两个扭转减振器，外部减振器扭转刚度大于内部减振器，扭转时，刚度较大的外部减振器带动刚度较小的内部减振器扭转。由于采用了长弧形弹簧，这种双质量飞轮仍然面临着与LUK公司长弧形弹簧类似的问题。
《噪声与振动控制》期刊“双质量飞轮（DMF）的研究综述”描述了双质量飞轮的类型，其中的径向双质量飞轮是指弹簧径向或近似于径向布置的结构形式。第一质量飞轮与第二质量飞轮之间采用弹簧室安装弹簧，这种方案虽然解决了长弧形弹簧在高速旋转过程中与其他零件的摩擦问题，但其机构相对复杂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于凸轮机构的双质量飞轮，解决了发动机处于怠速工况或高速运转工况下，双质量飞轮的扭转减振效果变差，以及长弧形弹簧的磨损问题。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于凸轮机构的双质量飞轮，包括平行设置的第一质量飞轮和第二质量飞轮，第一质量飞轮和第二质量飞轮之间的腔体为安装腔，还包括扭转减振机构，扭转减振机构位于第一质量飞轮和第二质量飞轮之间的安装腔内。
所述扭转减振机构包括弹性回位元件组和凸轮转子，凸轮转子固定在第二质量飞轮的中心，若干个弹性回位元件组均匀分布在凸轮转子周围，且与凸轮转子连接，每个弹性回位元件组包括弹簧套筒、直弹簧、滚轮、回位机构、两个连接件和两个直线导轨，直弹簧沿径向设置，直弹簧一端伸入弹簧套筒的一端，另一端与第一质量飞轮连接，弹簧套筒的另一端设有滚轮，滚轮在回位机构上滚动，回位机构固定在凸轮转子外壁；两个直线导轨设置在弹簧套筒两侧，使得弹簧套筒沿直线导轨滑动，直线导轨分别固定在连接件上，连接件固定在第一质量飞轮上。
进一步地，所述凸轮转子为三角形，三角形的三条边为圆弧形，曲率半径的中心朝向凸轮转子中心。
进一步地，上述弹性回位元件组为三组，回位机构为弧形，其曲率半径中心与凸轮转子的中心反向，回位机构与凸轮转子的圆弧形边固连。
进一步地，所述回位机构与凸轮转子的圆弧形边中部固连。
进一步地，还包括三个止位销，止位销均匀分布在第二质量飞轮上，当第一质量飞轮和第二质量飞轮的相对转角为50°-65°时，止位销与连接件接触。
进一步地，所述连接件为中空构件，朝向凸轮转子中心的侧面无挡板，止位销的高度低于连接件高度，当第一质量飞轮和第二质量飞轮的相对转角为50°-65°时，止位销转入连接件的空腔，碰到连接件的侧壁，限制第一质量飞轮和第二质量飞轮的相对转动。
进一步地，还包括凸轮转子中心盘、一轴支承轴承、轴承和中心垫片，凸轮转子中心盘设置在凸轮转子的中心，凸轮转子中心盘与凸轮转子之间设有轴承，一轴支承轴承设置在凸轮转子中心盘中心，凸轮转子中心盘靠近第二质量飞轮的端面设有中心垫片，凸轮转子中心盘和中心垫片固定在第一质量飞轮上。
进一步地，还包括凸轮垫片，凸轮垫片设置在凸轮转子与第二质量飞轮之间。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：（1）由于增加了扭转减振机构，当动力源例如发动机处于各种工况下，都能够获得更好的扭转减振效果。
（2）采用直弹簧更加方便制造，且使用寿命延长。
（3）转角转矩为非线性关系，即非线性刚度，小扭转角时为低刚度，大扭转角度时为高刚度，更加符合车辆传动隔振的需求。
（4）避免了高速旋转工况下由于离心力造成长弧形弹簧的变形而引起的摩擦、磨损。
附图说明
图1为本发明的基于凸轮机构的双质量飞轮的自发动机端观察的轴侧图（图中隐去了第一质量飞轮）。
图2为本发明的基于凸轮机构的双质量飞轮的自变速器端观察的轴侧图（图中隐去了第二质量飞轮）。
图3为本发明的基于凸轮机构的双质量飞轮的剖视图。
图4为本发明的基于凸轮机构的双质量飞轮的连接件示意图。
图5为本发明的基于凸轮机构的双质量飞轮的弹性回位元件组的局部示意图。
图6为本发明的基于凸轮机构的双质量飞轮的凸轮转子和回位机构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
结合图1-图6，一种基于凸轮机构的双质量飞轮，包括平行设置的第一质量飞轮1和第二质量飞轮17，第一质量飞轮1和第二质量飞轮17之间的腔体为安装腔，还包括扭转减振机构，扭转减振机构位于第一质量飞轮1和第二质量飞轮17之间的安装腔内。
所述扭转减振机构包括弹性回位元件组和凸轮转子18，凸轮转子18固定在第二质量飞轮17的中心，若干个弹性回位元件组均匀分布在凸轮转子18周围，且与凸轮转子18连接，弹性回位元件组包括弹簧套筒3、直弹簧4、滚轮7、回位机构5、两个连接件2和两个直线导轨6，直弹簧4沿径向设置，直弹簧4一端伸入弹簧套筒3的一端，另一端与第一质量飞轮1连接，弹簧套筒3的另一端设有滚轮7，滚轮7可以在回位机构5上滚动，回位机构5固定在凸轮转子18外壁；两个直线导轨6设置在弹簧套筒3两侧，使得弹簧套筒3沿直线导轨6滑动，直线导轨6固定在连接件2上，连接件2固定在第一质量飞轮1上。
进一步地，所述凸轮转子18为三角形，三角形的三条边为圆弧形，曲率半径的中心朝向凸轮转子18中心。
进一步地，上述弹性回位元件组为三组，回位机构5为弧形，其曲率半径中心与凸轮转子18的中心反向，回位机构5与凸轮转子18的圆弧形边固连。
进一步地，所述回位机构5与凸轮转子18的圆弧形边的中部固连。
进一步地，还包括三个止位销16，止位销16均匀分布在第二质量飞轮17上，当第一质量飞轮1和第二质量飞轮17的相对转角为50°-65°时，止位销16与连接件2接触。
进一步地，所述连接件2为中空构件，朝向凸轮转子18中心的侧面，无挡板，止位销16的高度低于连接件2高度，当第一质量飞轮1和第二质量飞轮17的相对转角为50°-65°时，止位销16转入连接件2的空腔，碰到连接件2的侧壁，限制第一质量飞轮1和第二质量飞轮17的相对转动。
进一步地，还包括凸轮转子中心盘22、一轴支承轴承11、轴承20和中心垫片10，凸轮转子中心盘22设置在凸轮转子18的中心，凸轮转子中心盘22与凸轮转子18之间设有轴承20，一轴支承轴承11设置在凸轮转子中心盘22中心，凸轮转子中心盘22靠近第二质量飞轮17的端面设有中心垫片10，凸轮转子中心盘22和中心垫片10固定在第一质量飞轮1上。
进一步地，还包括凸轮垫片8，凸轮垫片8设置在凸轮转子18与第二质量飞轮17之间。
实施例1
以设置于汽车的发动机和变速器之间为例，实现降低发动机、传动系统扭转振动的固有频率以及避免在怠速转速时产生共振的功能，并在汽车行驶工况实现减振的功能。
结合图1-图6，一种基于凸轮机构的双质量飞轮，包括平行设置的第一质量飞轮1和第二质量飞轮17，第一质量飞轮1和第二质量飞轮17之间的腔体为安装腔，还包括扭转减振机构，扭转减振机构位于第一质量飞轮1和第二质量飞轮17之间的安装腔内。第一质量飞轮1与动力源汽车发动机输出轴连接，即主动飞轮，第二质量飞轮17与汽车离合器连接，即从动飞轮17。
所述扭转减振机构包括弹性回位元件组和凸轮转子18，凸轮转子18通过铆钉固定在第二质量飞轮17的中心，三个弹性回位元件组均匀分布在凸轮转子18周围，且与凸轮转子18连接，弹性回位元件组包括弹簧套筒3、直弹簧4、滚轮7、回位机构5、两个连接件2和两个直线导轨6，直弹簧4沿径向设置，直弹簧4一端伸入弹簧套筒3的一端，另一端通过导向柱23与第一质量飞轮1固连。弹簧套筒3的另一端通过销轴28与滚轮7连接，轴销28的一端采用开口销27锁住，避免轴销脱落。滚轮7可以在回位机构5上滚动，回位机构5通过铆钉固定在凸轮转子18外壁。两个直线导轨6设置在弹簧套筒3两侧，弹簧套筒3通过轴销26与直线导轨6的滑块固连，使得弹簧套筒3沿直线导轨6滑动，且约束直弹簧4只沿径向方向变形。直线导轨6通过铆钉固定在连接件2上，连接件2通过铆钉固定在第一质量飞轮1上。
所述凸轮转子18为三角形，三角形的三条边为圆弧形，曲率半径的中心朝向凸轮转子18中心。
上述弹性回位元件组为三组，回位机构5为弧形，其曲率半径中心与凸轮转子18的中心反向，回位机构5固定在凸轮转子18的圆弧形边的中部。滚轮7通过回位机构5间接作用在凸轮转子18上，通过在凸轮转子18上滚动改变其径向位置，从而也决定了直弹簧4的压缩行程。
还包括三个止位销16，止位销16均匀分布在第二质量飞轮17上，当第一质量飞轮1和第二质量飞轮17的相对转角为50°-65°时，止位销16与连接件2接触。所述连接件2为中空构件，朝向凸轮转子18中心的侧面无挡板，止位销16的高度低于连接件2高度，当第一质量飞轮1和第二质量飞轮17的相对转角为50°-65°时，止位销16转入连接件2的空腔，碰到连接件2的侧壁，限制第一质量飞轮1和第二质量飞轮17的相对转动。
还包括凸轮转子中心盘22、一轴支承轴承11、轴承20和中心垫片10，凸轮转子中心盘22设置在凸轮转子18的中心，凸轮转子中心盘22上设有若干个曲轴螺栓孔，用于与曲轴连接，凸轮转子中心盘22与凸轮转子18之间设有轴承20，一轴支承轴承11设置在凸轮转子中心盘22中心，凸轮转子中心盘22和第二质量飞轮17之间设有中心垫片10，约束轴承20的轴向位置，通过铆钉将凸轮转子中心盘22和中心垫片10固定在第一质量飞轮1上。
还包括凸轮垫片8，凸轮垫片8设置在凸轮转子18与第二质量飞轮17之间，约束轴承20的轴向位置。
Claims (8)
1.一种基于凸轮机构的双质量飞轮，其特征在于：包括平行设置的第一质量飞轮（1）和第二质量飞轮（17），第一质量飞轮（1）和第二质量飞轮（17）之间的腔体为安装腔，还包括扭转减振机构，扭转减振机构位于第一质量飞轮（1）和第二质量飞轮（17）之间的安装腔内；
所述扭转减振机构包括弹性回位元件组和凸轮转子（18），凸轮转子（18）固定在第二质量飞轮（17）的中心，若干个弹性回位元件组均匀分布在凸轮转子（18）周围，且与凸轮转子（18）连接，每个弹性回位元件组包括弹簧套筒（3）、直弹簧（4）、滚轮（7）、回位机构（5）、两个连接件（2）和两个直线导轨（6），直弹簧（4）沿径向设置，直弹簧（4）一端伸入弹簧套筒（3）的一端，另一端与第一质量飞轮（1）连接，弹簧套筒（3）的另一端设有滚轮（7），滚轮（7）在回位机构（5）上滚动，回位机构（5）固定在凸轮转子（18）外壁；两个直线导轨（6）设置在弹簧套筒（3）两侧，使得弹簧套筒（3）沿直线导轨（6）滑动，直线导轨（6）分别固定在连接件（2）上，连接件（2）固定在第一质量飞轮（1）上。
2.根据权利要求1所述的基于凸轮机构的双质量飞轮，其特征在于：所述凸轮转子（18）为三角形，三角形的三条边为圆弧形，曲率半径的中心朝向凸轮转子（18）中心。
3.根据权利要求2所述的基于凸轮机构的双质量飞轮，其特征在于：上述弹性回位元件组为三组，回位机构（5）为弧形，其曲率半径中心与凸轮转子（18）的中心反向，回位机构（5）与凸轮转子（18）的圆弧形边固连。
4.根据权利要求3所述的基于凸轮机构的双质量飞轮，其特征在于：所述回位机构（5）与凸轮转子（18）的圆弧形边的中部固连。
5.根据权利要求2所述的基于凸轮机构的双质量飞轮，其特征在于：还包括三个止位销（16），止位销（16）均匀分布在第二质量飞轮（17）上，当第一质量飞轮（1）和第二质量飞轮（17）的相对转角为50°-65°时，止位销（16）与连接件（2）接触。
6.根据权利要求5所述的基于凸轮机构的双质量飞轮，其特征在于：所述连接件（2）为中空构件，朝向凸轮转子（18）中心的侧面无挡板，止位销（16）的高度低于连接件（2）高度，当第一质量飞轮（1）和第二质量飞轮（17）的相对转角为50°-65°时，止位销（16）转入连接件（2）的空腔，碰到连接件（2）的侧壁，限制第一质量飞轮（1）和第二质量飞轮（17）的相对转动。
7.根据权利要求1所述的基于凸轮机构的双质量飞轮，其特征在于：还包括凸轮转子中心盘（22）、一轴支承轴承（11）、轴承（20）和中心垫片（10），凸轮转子中心盘（22）设置在凸轮转子（18）的中心，凸轮转子中心盘（22）与凸轮转子（18）之间设有轴承（20），一轴支承轴承（11）设置在凸轮转子中心盘（22）中心，凸轮转子中心盘（22）靠近第二质量飞轮（17）的端面设有中心垫片（10），凸轮转子中心盘（22）和中心垫片（10）固定在第一质量飞轮（1）上。
8.根据权利要求1所述的基于凸轮机构的双质量飞轮，其特征在于：还包括凸轮垫片（8），凸轮垫片（8）设置在凸轮转子（18）与第二质量飞轮（17）之间。
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