CN105443632B - 螺旋弹簧 - Google Patents

Abstract

本发明关于用于机动车辆的动力系中的转矩传递和用于扭转振动的振动去耦和/缓冲的螺旋弹簧(1)。该螺旋弹簧(1)具有至少部分地随长度增大的截面。本发明还包括具有根据本发明的至少一个螺旋弹簧(1)的动力系模块(10)。

Description

螺旋弹簧

技术领域

本发明关于一种用于机动车辆(尤其是卡车，尤其是重型货车或公共汽车)的动力系的螺旋弹簧。该螺旋弹簧尤其用于转矩传递和用于扭转振动的振动去耦和/或缓冲。

背景技术

现有技术描述了用于卡车的动力系中的转矩传递和用于扭转振动的振动去耦和缓冲的装置。目前，下列振动缓冲和/或去耦装置是常见的：振动可经由预张紧状态下的若干弹性体元件缓冲/去耦。首先，驱动力矩稳定地传递，例如，用于冷却剂泵，且其次，经由弹性体的刚性和内部缓冲效果，由运动过程引起的转矩峰值减小。在操作中，弹性体元件通过相对移动来压缩和释放，且另外经受不利的环境条件，例如油、油温等。因此，弹性体元件具有硬化和变形的倾向，使得缓冲效果丧失。在进一步的变型中，振动经由金属缓冲元件吸收。这些可为作用为去耦元件的压缩弹簧。存在具有额外的离心摆(称为吸收质量)的构造，其与现有的振动反相振动并因此补偿(吸收)振动。其它变型与弹簧片组一起工作，其效果引起弹簧曲线在弹簧片更弯曲时上升。由于通常有限的安装空间，这些弹簧片元件形成相对刚性设置的系统。去耦件的闭合构造经由缓冲流体实现额外的缓冲，缓冲流体由腔内的弹簧片压缩。

发明内容

本发明的目的在于提供机动车辆的动力系中的转矩传递和扭转振动的振动去耦和/或缓冲的备选方案和/或改善的可能性。

该目的可通过独立权利要求的特征实现。本发明的有利改进可从从属权利要求和本发明的优选实施例的以下描述中得到。

本发明创造了一种用于转矩传递和扭转振动的振动去耦和/或缓冲的螺旋弹簧，尤其用于超临界的至少几乎无缓冲的振动去耦。

螺旋弹簧适合用于在机动车辆(尤其是卡车，例如重型货车或公共汽车)的动力系(例如传动系、辅助传动系和/或动力输出系)中使用。

螺旋弹簧尤其区别在于其(轮廓)截面(例如高度和/或宽度)至少部分地随长度增加，尤其是升高，且因此有利地变化。

结果，可实现与负载有关和/或很低的弹簧刚度。这尤其导致振动系统中很低的固有频率，和/或容许至少几乎没有缓冲的超临界去耦。

"超临界"尤其指引入可振动系统中的振动具有显著高于该系统的固有频率的频率。激励器频率与固有频率之比对于此是决定性的，且对于超临界设计，将不会降到为

的值以下，因为在频率比为1时，所谓的临界共振灾难性地出现，此时激励器频率的振幅加到固有频率的振幅中。

在操作中或在加载状态下，螺旋弹簧卷绕(例如，在内环上)，由此其有效弹簧长度缩短且弹簧刚性变化。螺旋弹簧的卷绕部分适合没有进一步的弹簧效果。螺旋弹簧的仅尚未卷绕的剩余长度具有有效的弹簧性质。该卷绕尤其与引入的转矩以及螺旋弹簧的增大的截面有关。

螺旋弹簧优选为金属螺旋弹簧，以便转矩的安全传递可独立于螺旋弹簧经历的温度(例如，发动机温度、油温度等)和操作介质(例如，油)实现。

有可能的是，螺旋弹簧的截面(适合地，高度和/或宽度)构造成均匀且/或持续地增大，优选无级地。

截面(适合地，高度和/或宽度)优选从内螺旋部分(优选内螺旋端)尤其是连续地增大至外螺旋部分(优选外螺旋端)。

截面(适合地，高度和/或宽度)优选在内螺旋端处比在外螺旋端处更小，以便可实现内螺旋端处开始的特别的受控卷绕。作为备选或另外地，截面(适合地，高度和/或宽度)构造成从内螺旋端到外螺旋端均匀和/或持续地增大。

因此，螺旋弹簧有利地在内侧上比在外侧上具有较小的截面(适合地，高度和/或宽度)，由此，由于由小的截面(适合地，高度和/或宽度)引起低弹簧刚度，尤其可实现相对较低的固有频率。因此，可振动系统可至少几乎没有缓冲地超临界去耦。

具有例如结构相对较小的截面的螺旋弹簧在可振动系统中由于其低弹簧刚度而具有对应的相对较低的固有频率。

螺旋弹簧优选地构造为平螺旋弹簧，使得优选地其可在正交或横穿负载的方向上具有大致恒定的值。

有可能的是，螺旋弹簧优选地在其整个长度上具有恒定的宽度。

有可能的是，螺旋弹簧优选地在其整个长度上具有恒定的高度。

有可能的是，截面(适合地，高度和/或宽度)几乎在螺旋弹簧的整个长度上增大，优选地在螺旋弹簧的长度的至少90%、94%或96%上。因此，例如，这样的实施例是可能的，其中螺旋弹簧的高度和/或宽度在螺旋弹簧的整个长度上增大，优选地除了下面提到的保持器件(例如保持凸缘)之外，其高度和/或宽度例如可不同地构造。

螺旋弹簧可具有用于固定至第一部分的适合的内保持器件(例如，向内突出的保持凸缘)，和/或用于固定至第二部分的适合的外保持器件(例如，向外突出的保持凸缘)。

第一部分和/或第二部分例如可包括环和/或杆，例如，外环和内环，但还例如包括环-杆或杆-杆的组合。

有可能的是，螺旋弹簧的截面从内保持器件到外保持器件连续地增大。

如上文提到的螺旋弹簧优选地由金属制成。

本发明不限于螺旋弹簧，而是还包括用于机动车辆的动力系(例如传动系、辅助传动系和/或动力输出系)的模块。该模块包括第一部分(例如，环、内环或杆)和第二部分(例如，环、外环或杆)，以及如这里公开的至少一个螺旋弹簧，其布置在第一部分与第二部分之间。

环(尤其是外环)例如可构造为或联接至齿轮、皮带轮、链轮或轴。

模块例如可构造成在结构上布置在曲轴与冷却剂泵之间。

模块优选地包括多个同轴地布置的螺旋弹簧。

螺旋弹簧可连续地和/或共面地布置。

还可构想出的是置于一个平面中的螺旋弹簧到构件的结构联接，使得其是关联的且连接多个螺旋弹簧，例如经由内环和外环。

该至少一个螺旋弹簧例如可附接至第一部分和/或第二部分，且因此有利地安装以便形成模块。然而，该至少一个螺旋弹簧、第一部分和第二部分也可由单件制成以便形成模块。

本发明还包括用于机动车辆的具有如本文所公开的至少一个模块的动力系(例如传动系、辅助动力系和/或动力输出系)。

动力系优选地包括可串联和/或并联连接布置的多个模块。

还应当指出的是，螺旋弹簧尤其用于机动车辆的动力系中的转矩传递且有利地用于第一部件(例如，环或杆)与第二部件(例如，环或杆)之间的扭转振动的振动去耦和/或缓冲。

还应当指出的是，本文提到的机动车辆优选为卡车，尤其是重型货车或公共汽车。

附图说明

上文所述的优选实施例和本发明的特征可组合。本发明的其它有利改进在从属权利要求中公开，或从结合附图对本发明的优选实施例的以下描述中得出。

图1示出了根据本发明的一个实施例的螺旋弹簧的顶视图，

图2示出了沿图1中的线A-A的截面视图，

图3示出了根据本发明的一个实施例的处于未加载状态的模块的顶视图，

图4示出了处于加载状态的图3中的模块的顶视图，

图5示出了根据本发明的一个实施例的两个模块的分解透视图，

图6示出了根据本发明的另一个实施例的模块的透视图，

图7示出了根据本发明的一个实施例的模块的图解视图，

图8示出了根据本发明的另一个实施例的模块的图解视图，

图9示出了图示根据本发明的一个实施例的螺旋弹簧的可传递转矩随转角变化而增加的图表，

图10示出了图示根据本发明的一个实施例的螺旋弹簧的频率与转速的关系的理想坎贝尔(Campbell)图表，以及

图11示出了根据本发明的一个实施例的模块的顶视图。

参考标号列表

1 螺旋弹簧

2 内螺旋部分

3 外螺旋部分

4 适合的内保持器件，例如用于固定至内环的保持凸缘

5 适合的外保持器件，例如用于固定至外环的保持凸缘

10 模块

11 第一部件，例如(内)环或杆

12 第二部件，例如(外)环或杆

h 螺旋弹簧的高度

b 螺旋弹簧的宽度。

具体实施方式

参照附图描述的实施例部分地相关，以便类似或等同的部分带有相同的参考数字，且对于其阐释参照了其它实施例的描述，以避免重复。

图1示出了根据本发明的一个实施例的螺旋弹簧1的顶视图。

螺旋弹簧1由金属制成且用于机动车辆的动力系中的转矩传递以及用于扭转振动的振动去耦和/或缓冲。

螺旋弹簧1由高度h区别，高度h在螺旋弹簧1的大致整个长度上随长度均匀且持续地增大且因此升高。高度h自内螺旋部分(螺旋端)2开始到外螺旋部分(螺旋端)3从内到外均匀并持续地增大。螺旋弹簧1因此由随长度增大的轮廓区段区别。在一个实施例(未示出)中，作为备选或除高度h之外，螺旋弹簧1的宽度b可随长度增大。

螺旋弹簧1具有用于固定至内环(第一部件)11(例如图3和图4)的向内突出的保持凸缘(保持器件)4，以及用于固定至外环(第二部件)12(例如图3和图4)的向外突出的保持凸缘(保持器件)5。向内突出的保持凸缘4在内螺旋端2处形成，而向外突出的保持凸缘5在外螺旋端3处形成。高度h适合地从保持凸缘4到保持凸缘5连续地增大。

图2示出了沿图1的线A-A的截面视图。

图2特别示出螺旋弹簧1构造为平螺旋弹簧1，且具有优选在其整个长度上的恒定宽度b。

图3示出了处于未加载状态的用于机动车辆的动力系的模块10的顶视图。

模块10包括内环11和外环12，三个螺旋弹簧1同轴地安装在其间。

图4示出了图3的模块10，但处于加载操作状态。

在操作中或加载状态下，待传递的转矩导致螺旋弹簧1卷绕在内环11上，由此有效弹簧长度变化且螺旋弹簧1的最小有效高度h增大。因此，在操作中，弹簧刚度随引入的增加的力矩而增大。螺旋弹簧1的卷绕部分实际上不再有弹簧效果。螺旋弹簧1的仅尚未卷绕的剩余长度具有有效的弹簧性质。卷绕与引入的转矩和螺旋弹簧1的上升高度h有关。

图5示出了根据本发明的一个实施例的两个模块10的分解透视图。

图5特别示出了在本发明的情形下，可能将串联连接的若干模块10联接在一起。作为备选或另外地，模块10可并联连接地联接在一起。单独的模块10可具有多个螺旋弹簧1。

图6示出了根据本发明的另一个实施例的模块10的透视图。

例如图6可得到，外环10例如可构造为齿轮。

图7示出了根据本发明的一个实施例的联接在一起的两个模块的图解视图。图7因此示出了具有两个弹簧组的模块布置。

图8示出了根据本发明的一个实施例的联接在一起的四个模块的图解视图。图8因此示出了具有四个弹簧组的模块布置。

图9示出了根据本发明的一个实施例的螺旋弹簧1的x轴上的扭转角[°]和y轴上的可传递转矩[Nm]的图表。

图10示出了根据本发明的一个实施例的螺旋弹簧1的x轴上的(发动机)转速[rpm]和y轴上的频率[Hz]的理想坎贝尔(Campbell)图表。

应当提到的是，模块10可串联和/或并联连接使用以便实现最佳的(特别是增加的)总弹簧刚度。一个模块10或多个模块10的固有频率也可增加，但适合地保持显著低于运动过程的激励器频率(例如，0.5阶；一阶和二阶)。因此，振动系统可超临界地去耦，适合地至少几乎无缓冲。

图11示出了根据本发明的一个实施例的模块10的顶视图。

图11示出了模块10，其包括经由第一部件11(内环)和第二部件12(外环)在共同平面中组合成一个构件的多个螺旋弹簧1。螺旋弹簧1布置在第一部件11与第二部件12之间。

相比于图4的模块10(其中螺旋弹簧1附接且因此安装到第一部件11和第二部件12上)，图11的螺旋弹簧1、第一部件11和第二部件12以及因此图11的模块10由单件制成。

该一个或多个螺旋弹簧1尤其具有以下优点：

－通过优选的金属构造的纯去耦，替代通过弹性体中的内部摩擦的缓冲。结果，较少热从缓冲和/或联接产生；

－不需维护或至少较低维护，因为金属螺旋弹簧1对温度和介质有抗力(例如抗油)；

－简单安装，因为驱动侧和输出侧可等同地构成，并且例如仅需要相互推入配合，

－有利的制造，因为螺旋弹簧1可从弹簧钢板冲压、激光切割或喷水切割，

－由于模块化改型能力，螺旋弹簧1可变地用于不同应用，例如通过改变弹簧数目、弹簧组和/或弹簧尺寸。

本发明不限于上文所述的优选实施例。相反，许多修改和变型是可能的，它们也利用了本发明的构想且因此落入保护范围内。此外，本发明请求独立于它们提到的特征和权利要求保护从属权利要求的主题和特征。

Claims (10)

1.一种用于机动车辆的动力系的模块(10)，具有第一部件(11)和第二部件(12)，其中，至少一个螺旋弹簧(1)布置在所述第一部件(11)与所述第二部件(12)之间，其中所述螺旋弹簧(1)构造成用于所述动力系中的转矩传递和用于扭转振动的振动去耦和/或缓冲，其中所述螺旋弹簧(1)具有随长度增大的截面，其特征在于：

a)所述螺旋弹簧(1)的高度(h)从内保持器件(4)到外保持器件(5)在所述螺旋弹簧(1)的整个长度上连续地增大，和/或

b)所述螺旋弹簧(1)的宽度(b)从内保持器件(4)到外保持器件(5)在所述螺旋弹簧(1)的整个长度上连续地增大。

2.根据权利要求1所述的模块(10)，其特征在于，所述模块(10)包括多个同轴地布置的螺旋弹簧(1)。

3.根据权利要求1所述的模块(10)，其特征在于，所述模块(10)包括连续地布置的多个螺旋弹簧(1)和/或布置在共同平面中的多个螺旋弹簧(1)。

4.根据权利要求1所述的模块(10)，其特征在于，所述第一部件(11)和/或所述第二部件(12)包括环和/或杆。

5.根据权利要求1所述的模块(10)，其特征在于，所述截面均匀地增大。

6.根据权利要求1所述的模块(10)，其特征在于，所述螺旋弹簧(1)构造为平构件。

7.根据权利要求1所述的模块(10)，其特征在于，所述螺旋弹簧(1)具有在其整个长度上的恒定宽度(b)或在其整个长度上的恒定高度(h)。

8.根据权利要求1所述的模块(10)，其特征在于，所述螺旋弹簧(1)包括用于固定至第一部件(11)的所述内保持器件(4)，和/或用于固定至第二部件(12)的所述外保持器件(5)。

9.根据前述权利要求中任一项所述的模块(10)，其特征在于，所述螺旋弹簧(1)由金属制成。

10.一种用于机动车辆的动力系，具有至少一个根据权利要求1至9中任一项所述的模块(10)。

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