CN106662198A - 具有双弹性体构件的扭转振动减振器 - Google Patents

Abstract

公开了扭转振动减振器，其包括：整体式主体，该整体式主体具有旋转轴线、限定贯通其中的用于接收轴的孔的最内环状壁以及关于所述旋转轴线同心且相对于最内环状壁径向向外间隔的外环状壁；惯性构件，其关于所述旋转轴线同心且相对于外环状壁径向向内定位，该惯性构件具有朝向旋转轴线的内表面和朝向最外环状壁的外表面；第一弹性体构件，其抵靠惯性构件的内表面安置；以及第二弹性体构件，其抵靠惯性构件的外表面安置且位于惯性构件与外环状壁之间。第一弹性体构件和第二弹性体构件将惯性构件可操作地耦接至整体式主体以与其共同旋转。

Description

具有双弹性体构件的扭转振动减振器

相关申请

本申请要求于2014年9月2日提交的美国临时申请第62/044,532号的权益，该申请全文通过引用方式合并于本文中。

技术领域

本发明涉及扭转振动减振器，并且更特别地涉及具有双轴向取向弹性体的扭转振动减振器，双轴向取向弹性体例如用于直接驱动式曲轴减振器和驱动系减振器。

背景技术

传统的扭转振动减振器(TVD)具有用于单质量弹簧系统，该单质量弹簧系统用于抑制由将TVD的毂和环同时相对于彼此保持的弹性体的条带或环所提供的振动。最近，随着带式启动发电(BSG)系统的出现，对于这样的TVD具有需求：具有惯性环与毂为一体的TVD，使得从曲轴到带的驱动是直接的(不通过弹性体)。然而，在要求TVD高频的情况下，该直接驱动TVD遇到三个主要的局限性：

(1)用于弹簧/减振器系统的弹性体化合物需要非常硬。这是通过添加炭黑(结合剂)来实现的，炭黑帮助提高所使用的化合物的剪切模量。然而，炭黑的添加导致两个额外的问题：

(a)TVD的组装变得困难，并且例如高-低弹性体等的制造问题导致废料增加；以及

(b)TVD的减震增加到在操作期间设备所产生的内部热引起对弹簧/减振器(弹性体)系统的过早疲劳故障的担忧的水平。

(2)惯性环的相关联的惯性矩变为担心的问题，尤其是期望大的惯性矩的情况下。惯性I越大，频率f越低，基于以下等式：

f＝1/2π√(kt/I) (I)

其中f＝自然频率，kt＝扭转刚度，I＝惯性矩。

(3)对于具有单弹簧/减振器系统的TVD缺乏轴向可用的封装空间导致问题，因为其限制了弹性体的宽度并且因此限制了其扭转刚度kt，基于以下等式：

其中G＝剪切模量，W＝弹性体的宽度，Rid＝环内径；Hod＝毂外径。

本文所公开的扭转振动减振器致力于通过改变问题的噪声、振动和粗糙度(NVH)结构来缓解或减少这些问题的可能。

发明概述

在一个方面，公开了扭转振动减振器，其具有：整体式主体，该整体式主体具有旋转轴线、限定了贯通其中用于接收轴的孔的最内环状壁以及关于所述旋转轴线同心且相对于最内环状壁径向向外间隔的外环状壁；以及惯性构件，其关于旋转轴线同心且相对于外环状壁径向向内定位。该惯性构件具有朝向旋转轴线的内表面和朝向最外环状壁的外表面；以及抵靠惯性构件的内表面安置的第一弹性体构件和抵靠惯性构件的外表面安置的第二弹性体构件且位于惯性构件与外环状壁之间。第一弹性体构件和第二弹性体构件将惯性构件操作地耦接至整体式主体以用于与其共同旋转。

在另一方面中，扭转振动减振器具有整体式主体的外环状壁，其与最内环状壁同心且与最内环状壁径向向外间隔，从而在它们之间限定环状空腔，环状空腔中安装有惯性构件，第一弹性体构件压缩在惯性构件与最内环状壁之间。扭转振动减振器的这些方面适合于抑止驱动系中的振动。

在另一方面，扭转振动减振器的整体式主体具有与最内环状壁同心且位于最内环状壁与外环状壁之间的中间环状壁。惯性构件安置在中间环状壁与外环状壁之间，第一弹性体构件压缩在惯性构件与中间环状件之间，第二弹性体构件压缩在惯性构件与外环状壁之间。扭转振动减振器的这些方面适合于抑止前端附件驱动器中的振动，尤其是曲轴的振动。

在另一方面，整体式主体具有最内环状壁和外环状壁，它们在相反方向从其板部径向向外延伸。此处，第一弹性体构件压缩在惯性构件与轴之间。

对于那些旨在接收曲轴以使曲轴振动减幅的扭转振动减振器，外环状壁的径向最外表面可以限定带接合表面。带接合表面可以是平坦的或者可以包括肋件。肋件可以是V形肋件。对于那些旨在抑止驱动系中的振动的扭转振动减振器，可能无需带接合表面。

在段[0005]至[0009]中阐述的全部方面中，第一弹性体构件和第二弹性体构件中的至少一个可以与惯性构件粘合剂结合或可替代地模制结合，并且惯性构件可以为大体I形的截面，该截面是平行于旋转轴线截取的。当惯性构件为大体I形截面时，第一和第二弹性体构件安置在由大体I形截面限定的对置凹部内。

附图说明

参考以下附图可以更好地理解本公开的许多方面。附图中的部件不一定是按比例的，重点在于清楚地示出本公开的原理。此外，在多幅附图中，相同的附图标记表示多个视图中的相应部分。

图1是前端附件驱动器中的部件的立体图。

图2是用于NVH结构的现有技术的和公开的双轴向弹性体系统的示意图表示。

图3是平行于能安装到诸如曲轴的轴上的扭转振动减振器的旋转轴线所取的立体分解剖视图。

图4是图3的扭转振动减振器的立体组装后视图。

图5是平行于用于驱动系的扭转振动减振器的旋转轴线所取的立体分解剖视图。

图6是图5的扭转振动减振器的立体组装后视图。

图7是平行于用于驱动系的扭转振动减振器的旋转轴线所取的立体分解剖视图。

图8是在轴上的图7的组装后的扭转振动减振器的部分剖面平面图。

发明详述

现在详细参考如附图中所示的实施例的描述。尽管结合这些附图描述了若干实施例，但是并不意图将本公开限制为本文公开的实施例或多个实施例。相反，意图是覆盖所有替代、修改和等同方式。

现在参考图1，示出了FEAD系统18的一个实施例的示例，仅为了示例说明的目的，其包括一体式壳体15，具有前表面30和后表面27。一体式壳体15的后表面27优选地安装到发动机上。FEAD系统18可与任何发动机一起使用，包括车辆、海运和固定式发动机。一体式壳体15的形状和构造取决于其所要安装到的车辆发动机。因此，一体式壳体15以及更具体地FEAD系统18可以随着发动机驱动附件9的位置而变化并且仍实现本发明的目的。应当理解，发动机驱动附件9的位置和数量可以变化。例如，真空泵、燃料喷射泵、油泵、水泵、动力转向泵、空气调节泵和凸轮驱动装置都是可安装到一体式壳体15上以用于并入FEAD系统18中的其它发动机驱动附件9的示例。发动机驱动附件9优选地在沿着工具可接近以易于安装且维修可接近的表面的位置处通过螺栓或类似物安装到一体式壳体15上。在图1中，一体式壳体15具有包括交流发电机12和带张紧器21的多个发动机驱动附件9。

发动机驱动附件9由至少一个环形驱动带6驱动，其可以是平坦带、圆角带、V形带、多槽带、有肋条的带等，或者是上述带的组合，是单面或双面的。环形驱动带6可以是蛇形带，并且环绕发动机驱动附件9、交流发电机12和扭转振动减振器3，扭转振动减振器3与曲轴8的鼻部10连接。曲轴驱动扭转振动减振器3并且因此驱动环形驱动带6，环形驱动带6进而驱动其余的发动机驱动附件9和交流发电机12。带张紧器21自动地调节环形驱动带9的张力以保持其在操作期间拉紧且还防止磨损。

在此对FEAD系统18的改进是扭转振动减振器，通常由在图3和图4中例示的附图标记100指代，其是具有双弹性体构件的直接驱动TVD。整体式构件101提供了“直接”驱动系统，即环形带跨越在毂的带结合表面112、最内环状壁102、其自身上的驱动系统。该构造的益处在于，与“间接”驱动系统相比，带接合表面112将以降低的幅度振荡，“间接”驱动系统即为环形带跨越与毂间接耦接的惯性构件且经调谐而以相对于毂/曲轴的振动的角振幅为异相的增强的幅度进行振荡的驱动系统。该构造是有益的，因为其消除或减少了在现有的扭转振动减振器中启动-停止场景期间发生的弹性体-带轮主体界面和/或弹性体-惯性环界面中/处的可能的滑移。

扭转振动减振器不限于作为曲轴减振器的FEAD系统，而是还可以是如图5和图6所描绘的驱动系减振器或其它类型的减振器。

现在参考图3和图4，扭转振动减振器100具有整体式构件101，其具有限定了穿过扭转振动减振器的孔的最内环状壁102、与最内环状壁102同心且与最内环状壁径向向外间隔的最外环状壁103。孔117被构造成接收轴且与轴耦接，例如曲轴，用于随其一起旋转运动，最外环状壁103限定了外部的带接合表面112。整体式构件101还包括布置在最内环状壁102与最外环状壁103之间的中间环状壁104。中间环状壁104与最内环状壁102同心且与最内环状壁102径向向外间隔，并且与最外环状壁103径向向内间隔。带轮主体-毂整体式构件101的这三个环状壁102，103，104通过板118相对于彼此稳固，板118从最内环状壁102径向向外延伸直至其终止于最外环状壁103处。板118可以包括：多个开口148多个通孔152，开口148轴向地延伸贯通，从而在最内环状壁102之间限定多个辐条150，通孔152在中间环状壁104与最外环状壁103之间。开口148和通孔152减轻了扭转振动减振器100的总重量。

如图3和图4所看到的，三个环状壁102，103和104可以各自仅沿一个方向从板118轴向延伸，从而限定扭转振动减振器100的后面BF。与其相反，板118自身新限定了扭转振动减振器100的前面FF。

带接合表面112可以是平坦的，轮廓适合接收圆角带，或者具有用于与多楔带的V形肋配合的V形槽或者任何其它所需的波形槽配合以与环形带配合。

惯性构件108安置安置在中间环状壁104与最外环状壁104之间，在它们之间限定的空腔120中，空腔120朝向后面BF开口且通常由朝向TVD的前面FF的板118关闭。惯性构件108具有朝向中间环状壁104的内表面122和朝向最外环状壁103的外表面124。第一弹性体构件114布置在惯性构件108的内表面122与中间环状壁104之间，第二弹性体构件116布置在惯性构件108的外表面124与最外环状壁103之间。第一弹性体构件114和第二弹性体构件116可以抵靠惯性构件108安置并且随后插入空腔120中，或者替代地，在惯性构件108安置在空腔120中之后，压配合或注入到惯性构件108和整体式构件101的各自壁之间的间隙中。无论组装方式如何，第一弹性体构件114和第二弹性体构件116通常受压抵靠整体式构件101的各自的壁103，104。因此，第一弹性体构件114和第二弹性体构件116将惯性构件108与整体式构件101非刚性耦接以随其旋转从而抑制和/或吸收例如轴的旋转构件的振动频率。一般地，在扭转振动减振器100中，不存在任何部件的相对旋转，也不存在任何部件相对于另一部件的平移。

为了有助于保持第一弹性体构件114和第二弹性体构件116抵靠惯性构件108，惯性构件108可以包括朝向前面的凸缘126和朝向后面的凸缘128，其赋予惯性构件I形梁形状的截面轮廓，如图3所示，但是这些不是必需的，并且在本文公开的所有构造中是可选的。该构造是单凹部结构，具有出现在惯性构件108中接收第一弹性体构件114和第二弹性体构件116的凹部。此外，中间环状壁104的朝向惯性构件108的表面可以包括尺寸和形状适合接收第一弹性体构件114的凹部(未示出)，且最外环状壁103的朝向惯性构件108的表面可以包括尺寸和形状适合接收第二弹性体构件116的凹部(未示出)。该替代的构造是双凹部结构。这些凹部保持第一弹性体构件和第二弹性体构件以防止滑动，并且是为了部件对齐的目的。可替代地，仅各自的壁103，104可以包括用于接收第一和第二弹性体构件的凹部。

整体式构件101可以利用已知的或后来开发的技术而铸造、旋压、锻造、机加工或模制。用于带轮主体-毂整体式构件101的合适材料包括铁、钢、铝、其它合适的金属、塑料或其组合，包括复合材料。惯性构件142可以由具有足够惯性的任何材料制成，通常为铸铁、钢或类似的致密材料。

第一性体构件114和第二弹性体构件116可以是任何合适的弹性体，以吸收和/或抑制由将在其上安装TVD 100的旋转轴线产生的扭转振动。弹性体优选为适于汽车发动机应用的弹性体，即适合于承受发动机中经历的温度和道路温度和条件。在一个实施例中，弹性体构件可以由下列中的一种或多种制成或者包括下列中的一种或多种：苯乙烯-丁二烯橡胶，天然橡胶，丁腈橡胶，乙烯丙烯二烯橡胶(EPDM)，乙烯丙烯酸弹性体，氢化丁腈橡胶橡胶和聚氯丁二烯橡胶。乙烯丙烯酸弹性体的一个实例是来自E.I.du Pont de Nemours andCompany的乙烯丙烯酸弹性体。弹性体构件可以是任选地包括分散在其中的多个纤维的复合材料。纤维可以是连续的或碎片(短切)芳族聚酰胺纤维，如以名称纤维销售的纤维。

在本文公开的所有构造中，第一弹性体构件114或第二弹性体构件116中的一个或两个可以使用已知用于振动减震系统的常规粘合剂附接到惯性构件108和/或整体式构件101。合适的粘合剂的一些实例包括由Lord Corporation，Henkel AG&Co.，或MortonInternational Incorporated Adhesives&Specialty Company出售的橡胶粘合粘合剂。粘合剂的使用可以是除了如上所述的单凹部结构或双凹部结构之外的构造，或者排除它们。此外，第一弹性体构件中的一个可以是单凹部或双凹部结构，并且第二弹性体构件可以仅由粘合剂保持。

在本文公开的所有构造中，不使用粘合剂，第一弹性体构件114和第二弹性体构件116中的一个或两个可以模制结合到惯性构件108。模制结合的使用可以是除了如上所述的单凹部结构或双凹部结构的构造，或者排除它们。此外，第一弹性体构件中的一个可以是单凹部或双凹部结构，并且第二弹性体构件可以仅仅被保持，因为它是模制结合的。

如图3和图4所示，惯性构件108具有用于内表面122和外表面124的直轮廓几何形状，第一弹性体构件114和第二116抵靠着该内表面122和外表面124安置。在另一方面，惯性构件108可以具有如美国公开申请2013/0291677和美国共同未决申请号14/303,074中所教导的弯曲轮廓几何形状。

现在参考图5和图6，示出了用于驱动系的扭转振动减振器200，其包括整体式主体201，整体式主体201具有限定穿过其中的孔217的最内环状壁202，以及与最内环状壁202同心并且与最内环状壁202径向向外间隔从而在其间限定环状空腔220的外环状壁203。

惯性构件208安置在最内环状壁202与外环状壁203之间，在它们之间所限定的空腔220中，该空腔220朝向后面BF开口且通常由朝向TVD的前面FF的板218关闭。惯性构件208具有朝向最内环状壁202的内表面222和朝向外环状壁203的外表面224。第一弹性体构件214布置在惯性构件208的内表面222与最内环状壁202之间，并且第二弹性体构件216布置在惯性构件208的外表面224与外环状壁203之间。第一弹性体构件214和第二弹性体构件216可以抵靠惯性构件208安置且然后插入空腔220中，或者可替代地，在惯性构件208安置在空腔220中之后，压配合或注入到惯性构件208与各自的壁202，203之间的间隙中。无论组装方式如何，第一弹性体构件214和第二弹性体构件216通常压缩抵靠整体式构件210的相应的壁。因此，第一弹性体构件214和第二弹性体构件216将惯性构件208与整体式构件210非刚性地耦接，以与其一起旋转从而抑制和/或吸收旋转构件的振动频率。通常，在扭转振动减振器200中，不存在任何部件的相对旋转，不存在任何部件相对于另一部件的平移。

为了有助于保持第一弹性体构件214和第二弹性体构件216抵靠惯性构件208，惯性构件208可以包括朝前面的凸缘226和朝后面的凸缘228，这赋予惯性构件I型梁形状的截面轮廓，如图5所示，但是这些不不是必需的，并且在本文公开的所有构造中是可选的。该构造是单凹部结构，具有出现在惯性构件208中接收第一弹性体构件214和第二弹性体构件216的凹部。此外，最内环状壁202的朝向惯性构件208的表面可以包括尺寸和形状适合接收第一弹性体构件214的凹部(未示出)，并且外环状壁203的朝向惯性构件208的表面可以包括尺寸和形状适合接收第二弹性体构件216的凹部(未示出)。该替代构造是双凹部结构。这些凹部保持第一和第二弹性体构件以防止滑动，并且还提供了部件的对齐。可替代地，仅各自的壁202，203可以包括用于接收第一弹性体构件和第二弹性体构件的凹部。

板218可以包括多个通孔252以减轻TVD 200的重量。

TVD 200的部件可以由上文结合TVD 100所描述的相同类型的材料制成，并且如上文所述可以混合和匹配用于保持弹性体构件的各种手段，例如使用单凹部结构、双凹部结构、粘合剂和模制结合。

现在参考图7和图8，示出了用于驱动系的扭转振动减振器300，其包括：整体式主体301，具有限定了穿过其中的用于接收轴的孔317的最内环状壁302和关于旋转轴线C同心且相对于最内环状壁302径向向外间隔的外环状壁303；以及惯性构件308，其关于旋转轴线C同心且相对于外环状壁303径向向内定位。此处，最内环状壁302和外环状壁303沿相反方向从整体式主体301的板318径向向外延伸。惯性构件308具有朝向旋转轴线的内表面和朝向最外环状壁的外表面，抵靠惯性构件308的内表面322安置的第一弹性体构件314以及抵靠惯性构件308的外表面224安置且位于惯性构件308与外环状壁303之间的第二弹性体构件316。第一弹性体构件314和第二弹性体构件316将惯性构件308与整体式主体301可操作地耦接以与其共同旋转，尤其是绕图8所示的轴S旋转。

TVD的后面BF和前面FF标示在图7中。第一弹性体构件314和第二弹性体构件316可以抵靠惯性构件308安置且然后插入整体式构件中，或者可替代地，在惯性构件308安置在整体式主体301中之后压配合或注入到惯性构件308与外环状壁303之间以及惯性构件308与轴S之间的间隙中。无论组装方式如何，第一弹性体构件314和第二316通常压缩抵靠这些相应的表面。因此，第一弹性体构件314和第二弹性体构件316将惯性构件308与整体式构件301非刚性耦接，以与其共同旋转，从而抑制和/或吸收旋转构件如轴S的振动频率。通常，在扭转振动减振器300中，不存在任何部件的相对旋转，并且不存在任意部件相对于另一部件的平移。

板318可以包括多个通孔352以减轻TVD 300的重量。TVD 300的部件可由上文关于TVD 100所描述的相同类型的材料制成，并且如上文所述可以混合和匹配用于保持弹性体构件的各种手段，例如使用单凹部结构、双凹部结构、粘合剂和模制结合。

本文公开的双弹性体构件TVD的主要优点是能够以比那些使用单弹性体系统的频率更高的频率产生直接驱动TVD，单弹性体系统具有与毂同心且与毂径向向外间隔的弹性体构件从而非刚性地耦接与弹性体构件同心布置且与弹性体构件径向向外间隔的惯性构件。这可参考图2进行说明。左侧的示意图是现有技术的单弹性体系统，其以数学关系表示，如在背景技术部分中所阐述的。右侧的示意图是公开的双弹性体系统，其具有增强的扭转刚度kt，如以下表达式所表示：

kt＝kt1+kt2 (III)

并且由于扭转刚度增加所以相应的频率增加：

公开的TVD的另一优点在于由于相对于单弹性体构造所使用的弹性体的量增加所以疲劳性能增强。该额外的量实现更佳的散热并允许TVD以更高振幅振荡而无故障。

尽管关于某些实施例示出和描述了本发明，但是显然，在阅读和理解本说明书时，本领域技术人员将想到修改，并且本发明包括所有这些修改。

Claims (16)

1.一种扭转振动减振器，包括：

整体式主体，其具有旋转轴线、限定贯通其中用于接收轴的孔的最内环状壁，以及关于所述旋转轴线同心且相对于所述最内环状壁径向向外间隔的外环状壁；

惯性构件，其关于所述旋转轴线同心且相对于所述外环状壁径向向内定位，所述惯性构件具有朝向所述旋转轴线的内表面和朝向所述最外环状壁的外表面；

第一弹性体构件，其抵靠所述惯性构件的内表面安置；以及

第二弹性体构件，其抵靠所述惯性构件的外表面安置且位于所述惯性构件与所述外环状壁之间；

其中所述第一弹性体构件和第二弹性体构件将所述惯性构件可操作地耦接至所述整体式主体以与其共同旋转。

2.如权利要求1所述的扭转振动减振器，其中所述外环状壁与所述最内环状壁同心且与其径向向外间隔开从而在它们之间限定环状空腔。

3.如权利要求2所述的扭转振动减振器，其中所述惯性构件安置在所述环状空腔内，所述第一弹性体构件受压缩在所述惯性构件与所述最内环状壁之间。

4.如权利要求3所述的扭转振动减振器，其中所述第一弹性体构件和第二弹性体构件中的至少一个与所述惯性构件粘合剂结合或模制结合。

5.如权利要求3所述的扭转振动减振器，其中所述惯性构件具有平行于所述旋转轴线所取的大体I形截面，并且第一弹性体构件和第二弹性体构件安置在由所述惯性构件的所述大体I形截面限定的对置凹部中。

6.如权利要求2所述的扭转振动减振器，其中所述整体式主体还包括与所述最内环状壁同心且位于所述最内环状壁与所述外环状壁之间的中间环状壁；其中所述惯性构件安置在所述中间环状壁与所述外环状壁之间，所述第一弹性体构件受压缩在所述惯性构件与中间环状件之间，所述第二弹性体构件受压缩在所述惯性构件与所述外环状壁之间。

7.如权利要求6所述的扭转振动减振器，其中所述第一弹性体构件和第二弹性体构件中的至少一个与所述惯性构件粘合剂结合或模制结合。

8.如权利要求6所述的扭转振动减振器，其中所述惯性构件具有平行于所述旋转轴线所取的大体I形的截面，并且所述第一弹性体构件和第二弹性体构件安置在由所述惯性构件的所述大体I形截面限定的对置凹部中。

9.如权利要求6所述的扭转振动减振器，其中所述外环状壁具有限定带接合表面的径向最外表面。

10.如权利要求9所述的扭转振动减振器，其中所述带接合表面包括用于接合环形带的肋件。

11.如权利要求1所述的扭转振动减振器，其中所述最内环状壁和所述外环状壁从所述整体式主体的板沿相反方向径向向外延伸，并且所述第一弹性体构件受压缩在所述惯性构件与所述轴之间。

12.如权利要求11所述的扭转振动减振器，其中所述第一弹性体构件和第二弹性体构件中的至少一个与所述惯性构件粘合剂结合或模制结合。

13.如权利要求11所述的扭转振动减振器，其中所述惯性构件具有平行于所述旋转轴线所取的大体I形截面，并且所述第一性体构件和第二弹性体构件安置在由所述惯性构件的所述大体I形截面限定的对置凹部中。

14.一种驱动系，包括权利要求3所述的扭转振动减振器。

15.一种驱动系，包括权利要求11所述的扭转振动减振器驱动系。

16.一种前端附件驱动系统，包括权利要求6所述的扭转振动减振器。