CN106499771B - 具有独立旋转的惯性质量的扭转阻尼器及其曲柄轴 - Google Patents

Abstract

一种具有独立旋转的惯性质量的扭转阻尼器以及包括该扭转阻尼器的曲柄轴，其中，在通过外壳与盖的耦接而限定的内室中，内惯性环位于外惯性环的内径部分处，使得内惯性环和外惯性环形成双重同心圆，通过外壳形成有轴向孔，内惯性环相对于壳体的旋转而移动，并且然后，外惯性环相对于内惯性环而移动。

Description

具有独立旋转的惯性质量的扭转阻尼器及其曲柄轴

相关申请的交叉引证

本申请要求于2015年9月3日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2015-0125118号的优先权的权益，将该韩国专利申请的内容整体通过引证结合到本文中。

技术领域

本公开的示例性实施方式涉及一种扭转阻尼器(torsional damper)，更具体地，涉及一种即使在发动机前方的有限空间内仍具有高的惯性质量与重量比的扭转阻尼器，并且涉及一种应用该扭转阻尼器的曲柄轴。

背景技术

通常，扭转阻尼器减轻了在发动机的每个汽缸中因在爆发过程中产生的燃烧压力而施加于曲柄轴的扭转载荷。因此，扭转阻尼器防止了曲柄轴的扭转位移增加，并且由此降低了曲柄轴因老化而损坏的风险。

作为这些扭转阻尼器的一实例，应用于商用发动机的曲柄轴的粘性阻尼器因发动机的特性而需要高阻尼性能。为此，必须通过增大惯性质量及其尺寸来改善粘性阻尼器的扭转阻尼性能。

例如，粘性阻尼器包括：外壳和盖，用作容纳全部部件的壳体；惯性环，惯性环用作将振动能转换成热能的介质；硅油，内间隙填充有硅油，占据整个容积的80％，以具有空的容积，硅油用于吸收热能并且将热能排放至外部；以及轴承，用于平稳地保持惯性质量相对于外壳的运动。因此，通过增大惯性环的惯性质量以及内径和外径，可容易地改善粘性阻尼器的阻尼性能。

然而，为了增大粘性阻尼器的惯性质量以及内径和外径，必须首先解决因发动机舱的布局而造成的对发动机前方的环绕部件的干扰。

因此，通过增大散热面积而增大粘性阻尼器的热发射率，由此允许改善粘性阻尼器的阻尼性能。然而，与增大粘性阻尼器的惯性质量以及内径和外径的方法相比，这种方法对阻尼性能的改善作用很小，并且粘性阻尼器因盖或外壳的结构或形状的变化而制造成本高。

发明内容

本公开的一实施方式针对这样一种具有独立旋转的惯性质量的扭转阻尼器以及应用该扭转阻尼器的曲柄轴，即，即使在发动机前方的有限空间的情况下，通过双重构成的独立旋转的惯性环，该扭转阻尼器仍具有高的惯性质量与重量比，并且具体地，即使在重量减轻的情况下，通过改善惯性质量与重量比，该扭转阻尼器仍具有改善的阻尼性能。

通过以下描述可理解本公开的其他目的和优点，并且参考本公开的实施方式，本公开的其他目的和优点将变得显而易见。此外，对于本公开所属领域的技术人员来说显而易见的是，本公开的目的和优点可通过如要求保护的装置及其组合实现。

根据本公开的一实施方式，上述目的和其他目的可通过提供具有独立旋转的惯性质量的扭转阻尼器实现，该扭转阻尼器包括：内惯性环，由铸铁材料制成；外惯性环，由具有高比重的材料制成；以及附加外轴承，被构造为获得两个分离的惯性环之间的振动的最大衰减。通过直接连接至曲柄轴的外壳与通过硅油而在外壳中浮动的惯性环之间的相对运动而吸收的振动能转换成热能，并且排放转换的热能。因此，通过两个惯性环的相对运动来减小曲柄轴的扭转位移。

在扭转阻尼器中，在通过外壳与盖的耦接而限定的内室中，内惯性环位于外惯性环的内径部分处，使得内惯性环和外惯性环形成双重同心圆，穿过该外壳形成有轴向孔，内惯性环相对于外壳的旋转而移动，并且然后，外惯性环相对于内惯性环移动。

内惯性环和外惯性环可由具有不同比重的材料制成。外惯性环的比重可大于内惯性环的比重。

内惯性环可由内轴承支撑，以耦接至外壳的内部，并且外惯性环可由外轴承支撑，以耦接至内惯性环。内惯性环和外惯性环可分别通过推力轴承支撑在其轴向方向上，或者可分别通过推力轴承支撑在其轴向方向和周向方向上。推力轴承可具有“L”形状或分离的形状。

此外，油可注入到内室中，并且由内惯性环和外惯性环以及内室限定的间隙可填充有油。油可以是硅油。

根据本公开的另一实施方式，一种曲柄轴包括扭转阻尼器和曲柄鼻状件，该扭转阻尼器包括：外壳和盖，彼此耦接，以限定内室；内惯性环和外惯性环，在内室中形成双重同心圆，并且被构造成使得，当外壳旋转时，相应的内惯性环和外惯性环相对于外壳的旋转而移动；以及硅油，由内惯性环和外惯性环以及内室限定的间隙填充有硅油，该曲柄鼻状件装配并栓接至穿过外壳和盖而形成的轴向孔。

附图说明

图1是示出了根据本公开的一实施方式的具有被分成内惯性环和外惯性环的独立旋转的惯性质量的扭转阻尼器的构造的分解图。

图2和图2A是示出了根据本公开的一实施方式的具有内惯性环和外惯性环的扭转阻尼器的组件的横截面图。

图3和图3A是示出了根据本公开的一实施方式的内惯性环和外惯性环的相对旋转的视图。

图4是示出了根据本公开的该实施方式的应用具有独立旋转的内惯性环和外惯性环的扭转阻尼器的曲柄轴的构造的视图。

图5、图5A以及图5B是示出了根据本公开的该实施方式的具有通过曲柄轴的旋转而独立旋转的内惯性环和外惯性环的扭转阻尼器的操作的状态的视图。

图6是示出了根据本公开的该实施方式的应用具有内惯性环和外惯性环的扭转阻尼器的曲柄轴的扭转性能的图表。

具体实施方式

下面将参考附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。然而，本公开可以不同的形式体现并且不应被视为限于本文中所阐述的实施方式。更确切地说，提供了这些实施方式，使得本公开将是全面且完整的，并且将本公开的范围充分地传递给本领域技术人员。在本公开中，贯穿本公开的各个图和实施方式，相似的参考标号指代相似的部件。

图1是示出了根据本公开的一实施方式的具有被分成内惯性环和外惯性环的独立旋转的惯性质量的扭转阻尼器的构造的分解图。

如附图中示出的，用参考标号1指出的扭转阻尼器可包括外壳10、盖20、内惯性环30、外惯性环40、内轴承50、外轴承60、内推力轴承70-1、以及外推力轴承70-2。

具体地，外壳10和盖20彼此耦接以限定内室13，该内室为空的空间。内室13容纳内惯性环30和外惯性环40、内轴承50和外轴承60、内推力轴承70-1和外推力轴承70-2、以及油80中的全部。此外，相应的外壳10和盖20具有以圆形形式间隔地形成的多个外壳紧固孔11a和多个盖紧固孔20a。盖紧固孔20a的位置和数量与外壳紧固孔11a的位置和数量相等。具体地，外壳10进一步形成有直接连接凸缘11，外壳紧固孔11a穿过该直接连接凸缘而形成。直接连接凸缘11连接至旋转轴，从而减轻并抑制旋转轴的扭转载荷。在该实施方式中，外壳10和盖20可通过焊接固定并结合。

具体地，内惯性环30可以是具有内径和外径以及宽度的惯性质量。内惯性环30在发动机的爆发冲程期间通过相对于结合成一体的外壳10和盖20的运动而用作将振动能转换成热能的介质，以实现扭转位移(其与扭转阻尼器有关)的减小。此外，内惯性环30具有环形凹槽31，该环形凹槽同心地形成在内惯性环的面向盖20的一个表面上。如果需要，内惯性环30的外径部分可被处理成，使得内惯性环30栓接至外惯性环40。具体地，内惯性环30可由具有比外惯性环40相对更小的比重的材料制成。例如，内惯性环30可由铸铁制成。同时，外惯性环40是具有内径和外径以及宽度的惯性环，并且位于内惯性环30外部。具体地，外惯性环40由具有比内惯性环30相对更大的比重的材料制成。例如，外惯性环40可由铜制成。照此，因为具有比内惯性环30更大的比重的外惯性环40设置在内惯性环30的外径部分处，所以即使在难以增大内径和外径以及宽度的布局的有限条件下，仍可最大程度地确保惯性质量，并且可实现重量和成本的降低以及最佳形状。例如，如果内惯性环30和外惯性环40两者均由具有高比重的材料制成，则内惯性环30具有不必要地增加的重量，并且去除了惯性质量的增强的效果。

具体地，内轴承50具有形成在外壳10与内惯性环30之间的间隙，从而允许平稳地保持内惯性环30相对于结合成一体的外壳10和盖20的运动。外轴承60具有形成在外壳10与外惯性环40之间的间隙，从而允许平稳地保持外惯性环40相对于结合成一体的外壳10和盖20的运动。

具体地，内推力轴承70-1安装在内惯性环30的轴向方向上，外推力轴承70-2安装在外惯性环40的轴向方向上，使得平稳地保持内惯性环30和外惯性环40相对于外壳10的运动。具体地，内推力轴承70-1和外推力轴承70-2可具有各种形状，诸如，“L”形状或分离的形状，以同时在周向方向和推力方向上接触。

同时，图2和图2A示出了扭转阻尼器1的组件和横截面。

扭转阻尼器1具有特定直径和宽度厚度的圆形外部形状。外壳10的一个表面被盖20覆盖，并且从外部堵塞的内室13填充有油80。此外，扭转阻尼器1具有轴向孔，使得对应部件可通过轴向孔连接至外壳10和盖20的中心，外壳和盖可通过焊接固定并结合。通过螺栓紧固利用外壳紧固孔11a和盖紧固孔20a装配至轴向孔的对应物部件，外壳紧固孔和盖紧固孔与轴向孔同心地形成。此外，油80可以是硅油。具体地，因为扭转阻尼器1的尺寸、以及外壳10的内径d和外径D根据发动机的规格通过具有不同尺寸的曲柄轴确定，所以上述尺寸不限于特定值。

扭转阻尼器1具有这样一种内部结构，即，向内定位的内惯性环30和向外定位的外惯性环40在外壳10与盖20之间的内室13中形成双重惯性质量。具体地，装配至直接连接凸缘11的外径部分的内轴承50设置在内惯性环30的内径部分处，并且与外壳10的内壁接触的内推力轴承70-1设置在轴向方向上，从而允许平稳地执行相对于结合成一体的外壳10和盖20的运动。装配至内轴承50的外径部分的外轴承60设置在外惯性环40的内径部分处，并且与外壳10的内壁接触的外推力轴承70-2设置在轴向方向上，从而允许平稳地执行相对于结合成一体的外壳10和盖20的运动。具体地，内惯性环30和外惯性环40的尺寸允许相对于内室13的宽度厚度形成间隙t，结果，限定了填充有注入的油80的空间。

在该实施方式中，油80注入到外壳10与盖20之间的内室13中，并吸收因内惯性环30和外惯性环40相对于结合成一体的外壳10和盖20的运动而产生的热能。被油80吸收的热能排放至外壳10和盖20。

因此，扭转阻尼器1是应用于商用发动机的粘性阻尼器。

同时，图3和图3A示出了扭转阻尼器1的操作。

如附图中示出的，当扭转阻尼器1不操作(停止)时，与盖20结合的外壳10的停止位置A、内惯性环30的停止位置B、以及外惯性环40的停止位置C成一行地对齐。

然而，当通过从外部传递的旋转力操作(旋转)扭转阻尼器1时，与盖20结合的外壳10旋转，并且因此最初通过摩擦力和由硅油的粘性产生的惯性使因油80而浮动的内惯性环30旋转。接着，在内惯性环30的旋转之后，通过内环形环30与外惯性环40之间的油80使外惯性环40旋转。在这种情况下，与盖20结合的外壳10的停止位置A变至旋转位置A-1，内惯性环30的停止位置B变至旋转位置B-1，并且内惯性环30的停止位置C变至旋转位置C-1。结果，在扭转阻尼器1的360度旋转中，当旋转位置A-1位于180度处时，旋转位置B-1位于90度处，并且旋转位置C-1位于45度处。因此，内惯性环30相对于外壳10移动，并且外惯性环40相对于外壳10和内惯性环30移动。在这种情况下，油80吸收由相对于彼此移动的外壳10、内惯性环30、以及外惯性环40产生的热，并且然后，将热排放至外部。

因此，当旋转构件连接至扭转阻尼器1以使从外部传递旋转力时，扭转阻尼器1的相对运动减轻旋转构件的扭转，以使扭转位移不增大。

同时，图4示出了应用扭转阻尼器1的曲柄轴100。

如附图中示出的，曲柄轴100具有安装扭转阻尼器1的曲柄鼻状件100-1。

扭转阻尼器1可包括外壳10、盖20、内惯性环30和外惯性环40、内轴承50和外轴承60、内推力轴承70-1和外推力轴承70-2、以及注入到结合成一体的外壳10和盖20的内室中的硅油(未示出)。因此，扭转阻尼器1与参考图1至图3A描述的扭转阻尼器1相似。

扭转阻尼器1通过结合成一体的外壳10和盖20的轴向孔装配至曲柄鼻状件100-1。扭转阻尼器1通过外壳紧固孔11a和盖紧固孔20a栓接至曲柄鼻状件100-1，并且固定至曲柄鼻状件100-1，以与曲柄鼻状件结合成一体。

在该实施方式中，曲柄轴100是应用于商用发动机的曲柄轴。

同时，图5、图5A以及图5B示出了曲柄轴100的旋转和扭转阻尼器1的操作。

如附图中示出的，固定至曲柄鼻状件100-1的外壳10通过曲柄轴100的旋转而旋转。当外壳10旋转时，通过结合成一体的外壳10和盖20的内室中填充的硅油而浮动的内惯性环30首先旋转，并且然后，外惯性环40旋转。

通过外壳10以及内惯性环30和外惯性环40的旋转，在曲柄轴100的360度旋转中，当外壳10的旋转位置A-1位于180度时，内惯性环30的旋转位置B-1位于90度处，并且外惯性环40的旋转位置C-1位于45度处。因此，外壳10、内惯性环30、以及外惯性环40以相对速度顺次旋转，并且因此吸收在发动机的爆发冲程期间产生的振动能，并且使能量转换(振动能->热能)。

此外，外壳10、内惯性环30、以及外惯性环40之间的相对速度之差低于仅当外壳10和内惯性环30相对于彼此移动时的相对速度之差。因此，传递至硅油的热也减少。结果，硅油中的热的减少防止了硅油劣化，使得扭转阻尼器1具有改进的耐久性，并且有利于增大最佳重量/形状的性能裕量。

图6示出了应用扭转阻尼器1的曲柄轴100的扭转性能的试验实例，在扭转阻尼器1中，外壳10、内惯性环30、以及外惯性环40之间的相对速度之差较低。

如附图中示出的，纵轴指代曲柄鼻状件100-1的振动角，并且横轴指代曲柄鼻状件100-1的速度(RPM；每分钟转数)。在这种情况下，可以看出，曲柄轴100的扭转位移减小的区段延长至曲柄鼻状件100-1的速度为1,800RPM至2,600RPM的区段。扭转位移的减小区段延长的这种效果在试验实例中得到了例证，与由一个惯性环30构成的单个惯性质量相比，在该试验实例中，由内惯性环30和外惯性环40构成的双重惯性质量产生了约5％至6％的重量增加以及约7％至7.5％的惯性质量增加。

因此，扭转位移的减小区段可根据重量增加和惯性质量增加通过适当地改变来进一步改善。

如上所述，本公开的曲柄轴设置有具有独立旋转的惯性环的扭转阻尼器1。扭转阻尼器1包括内惯性环30和外惯性环40，该内惯性环被构造成使得，内惯性环30首先相对于外壳10的旋转在通过耦接外壳10和盖20而限定的内室13中移动，轴向孔穿过外壳而形成，该外惯性环与内惯性环30同心地形成，外惯性环40其次相对于内惯性环而移动。结果，即使发动机前方的空间有限，惯性质量与重量比仍可明显地提高，并且特别地，即使在重量减轻的情况下，仍可通过提高惯性质量与重量比来改善阻尼性能。

与单个惯性环相比，根据本公开的示例性实施方式，因为将不同的材料和双重惯性环应用于扭转阻尼器，所以在相同的布局设计条件下，惯性质量与重量比可提高约30％以上。

此外，与引起低阻尼性能和高成本的销方式相比，即使发动机室的布局有限，粘性阻尼器仍可以增加惯性环的重量的方式设计，从而具有高阻尼性能。

此外，因为包括不同材料的两个惯性质量的部件的尺寸可调整，从而保持相同的阻尼性能并且在粘性阻尼器的设计期间满足布局或重量的条件，所以即使在任何发动机舱的结构下，仍可实现性能的改善以及重量和成本的减少。

此外，因为将通过不同材料的两个独立旋转的惯性质量来实现高阻尼性能的粘性阻尼器应用于曲柄轴，所以即使在商用发动机的扭转条件下，仍可防止曲柄轴因老化而损坏，从而具有改进的安全性。

尽管已关于特定实施方式描述了本公开，但对本领域技术人员来说将显而易见的是，在不背离如由以下权利要求所限定的本公开的实质和范围的情况下，可做出各种改变和修改。

Claims (9)

1.一种具有独立旋转的惯性质量的扭转阻尼器，

其中，在通过外壳与盖的耦接而限定的内室中，内惯性环位于外惯性环的内径部分处，使得所述内惯性环和所述外惯性环形成双重同心圆，穿过所述外壳形成有轴向孔，所述内惯性环相对于所述外壳的旋转而移动，并且然后，所述外惯性环相对于所述内惯性环而移动，所述内惯性环由内轴承支撑，以耦接至所述外壳的内部，并且所述外惯性环由外轴承支撑，以耦接至所述内惯性环，所述内惯性环和所述外惯性环通过推力轴承支撑在它们的轴向方向和周向方向上，所述推力轴承具有“L”形状或分离的形状。

2.根据权利要求1所述的扭转阻尼器，其中，所述内惯性环和所述外惯性环由具有不同比重的材料制成。

3.根据权利要求2所述的扭转阻尼器，其中，所述外惯性环的比重大于所述内惯性环的比重。

4.根据权利要求1所述的扭转阻尼器，其中，所述内惯性环和所述外惯性环通过推力轴承支撑在它们的轴向方向上。

5.根据权利要求1所述的扭转阻尼器，其中，油注入到所述内室中，并且由所述内惯性环和所述外惯性环以及所述内室限定的间隙填充有所述油。

6.根据权利要求5所述的扭转阻尼器，其中，所述油是硅油。

7.一种曲柄轴，其中，所述曲柄轴包括：

扭转阻尼器，所述扭转阻尼器包括：外壳和盖，彼此耦接，以限定内室；内惯性环和外惯性环，在所述内室中形成双重同心圆，使得当所述外壳旋转时，相应的内惯性环和外惯性环相对于所述外壳的旋转而移动，所述内惯性环由内轴承支撑，以耦接至所述外壳的内部，并且所述外惯性环由外轴承支撑，以耦接至所述内惯性环，所述内惯性环和所述外惯性环通过推力轴承支撑在它们的轴向方向和周向方向上，所述推力轴承具有“L”形状或分离的形状；以及硅油，由所述内惯性环和所述外惯性环以及所述内室限定的间隙填充有所述硅油；以及

曲柄鼻状件，连接至所述扭转阻尼器，以传递在发动机运转时产生的所述曲柄轴的旋转力。

8.根据权利要求7所述的曲柄轴，其中，所述曲柄鼻状件栓接至所述扭转阻尼器。

9.根据权利要求7所述的曲柄轴，其中，所述发动机是商用发动机。