CN107956839A - 一种具有颗粒阻尼及电磁阻尼的复合可调式传动系统扭转减振装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有颗粒阻尼及电磁阻尼的复合可调式传动系统扭转减振装置，包括：第一质量飞轮；第二质量飞轮；电磁可调阻尼器，其转子可拆卸的固定于所述第一质量飞轮与定子端盖之间；颗粒阻尼器，其沿所述第二质量飞轮外侧周向均匀分布安装；其中，所述颗粒阻尼器包括外壳、阻尼颗粒和盖板，所述阻尼颗粒填充在所述外壳和所述盖板形成的腔体内。本发明结构简单，设计新颖合理，实现方便且成本低，在恶劣环境工作稳定性高，能够使大幅度降低传动系统扭转振动，从而提升传动系统工作性能、降低传动噪声，实用性强，便于推广使用。

Description

一种具有颗粒阻尼及电磁阻尼的复合可调式传动系统扭转减 振装置

技术领域

本发明涉及车辆传动技术领域，具体涉及一种具有颗粒阻尼及电磁阻尼的复合可调式传动系统扭转减振装置。

背景技术

汽车传动系统轴系的扭转振动是内燃机汽车的一种重要的振动形式，扭转振动与路面激励引起的车辆垂直振动以及传动系统的弯曲振动互相耦合，是传统汽车各种振动噪声问题的根源所在，而且这一问题将会导致汽车操稳性和平顺性的降低，甚至可能导致汽车零部件的使用寿命。

双质量飞轮(Dual Mass Flywheel)，就是将原有飞轮分为两个部分，它包括初级飞轮、次级飞轮和扭转减振器。初级飞轮仍然与发动机曲轴相连接，用于启动和传递发动机的转动扭矩；而次级飞轮则与传动系统的变速箱输入轴相连，；初级飞轮与次级飞轮通过扭转减振器相连。这样可以将扭转减振器的扭转刚度设计的很小，从而初级飞轮和次级飞轮之间可以产生很大的相对转角，有效衰减了汽车发动机在启动和扭矩突变工况下的振动振幅，延长了汽车传动系统中各零部件的使用寿命，同时也提高了汽车的平顺性。但是现有的双质量飞轮在高转速下的减振效果非常好，但是在低转速下，它的减振效果不是很理想。

颗粒阻尼(Particle Damping)技术是利用在振动结构体中有限封闭的腔体内填充微小阻尼颗粒，结构激励振动导致阻尼颗粒间发生摩擦与碰撞，从而消耗系统振动能量，实现衰减振动的作用。颗粒阻尼具有耐久性好、可靠度高、对温度变化不敏感(在颗粒金属熔点以下均可正常使用，钨粉能承受近2000℃高温)，易用于恶劣环境且对原结构影响不大等优点。颗粒阻尼器为附加质量式被动阻尼器，通过附加在双质量飞轮上可提高双质量飞轮的减振性能。

电磁阻尼(electromagnetic damper)是利用电磁感应原理，当线圈和磁场发生相对运动时，会在导电材料中感应出涡流，并且该涡流会激发感应磁场。又由楞次定律可知，该感应磁场的作用是阻碍导电材料与主磁场的相对运动，即对导电材料施加一个阻尼力(制动力)。此外，由于导电材料自身的电阻不为零，根据欧姆定律，涡流将以热能的形式耗散。

根据机械隔振理论我们知道，阻尼对降低共振时的振动幅值起着非常大的作用，但是当激励频率大于√2倍的固有频率时，阻尼反而使扭转减振器隔振性能变差。现有的传动系扭转减振器参数一经设计好，则其阻尼系数和刚度系数就无法根据车辆行驶工况进行改变，所以其无法对车辆传动系的所有工况都能提供良好的减振性能，从而降低车辆的乘坐舒适性，显然现有的传动系扭振减振器无法满足人们对车辆舒适性更高的要求，这就需要设计一种新型的扭转减振器，能够根据传动系工况的不同，实时调节扭转减振器的阻尼系数，从而使其一直处于最佳的减振状态。

现有专利主要是围绕对传统扭振减振器结构进行优化，但是还是无法从根本上解决传统减振器设计好后性能参数无法根据使用工况进行调节这一弊端。专利CN103758924B和CN103758923B提出一种智能式磁流变液双质量飞轮，将磁流变液集成到双质量飞轮中，磁流变液是一种具有随着磁场强度变化而改变液体流体特性的功能材料，智能式磁流变液双质量飞轮的阻尼力主要由磁流变液提供，通过调节给智能式磁流变液双质量飞轮的供电电流大小，从而实现改变磁流变液的流体特性也就改变双质量飞轮的阻尼力大小，从而实现了扭转减振器的半主动控制。但是该发明应用磁流变液带来了一个新问题，在高速旋转中，磁流变液的密封会很困难，会导致液体泄露；同时磁流变液的阻尼力可调范围较小，质量较大，从而导致机构比较笨重。

发明内容

本发明设计开发了一种具有颗粒阻尼及电磁阻尼的复合可调式传动系统扭转减振装置，本发明的发明目的之一是通过在飞轮系统中设置电磁阻尼器，可以实现通过调节电流来改变扭转减振器的阻尼系数，扭转减振器阻尼系数实时调节的目的，能够使扭转减振器在各种工况都有理想的减振效果，同时电磁阻尼系数可调范围大、响应速度快且体积小，而且克服了磁流变液密封困难的问题。

本发明的发明目的之二是通过安装颗粒阻尼器进一步解决衰减扭转振动的问题。

本发明提供的技术方案为：

一种具有颗粒阻尼及电磁阻尼的复合可调式传动系统扭转减振装置，包括：

转轴；

第一质量飞轮，其可旋转的支撑在所述转轴上；所述第一质量飞轮具有环形内腔；

第二质量飞轮，其可旋转与所述第一质量飞轮同轴设置；

环形硅钢片，其套设固定在所述转轴上，并且位于所述环形内腔中，能够和所述转轴一同旋转；

励磁线圈，其缠绕在所述环形硅钢片上；

环形永磁体，其位于所述环形内腔中，并且固定连接所述环形内腔的内壁；所述环形永磁体和所述环形硅钢片具有一定间隙；

多个外壳，其沿所述第二质量飞轮外侧面周向均匀分布，并且所述外壳具有内腔；

阻尼颗粒，其容纳于所述环形外壳的内腔内。

优选的是，还包括：

启动齿轮，其通过过盈配合与所述第一质量飞轮套装；

密封盖板，其与所述第一质量飞轮固定安装，所述第一质量飞轮在两端具有对称凸台，所述凸台与所述密封盖板之间形成圆形空腔；

传力板，其与所述转轴和所述第二质量飞轮固定连接，所述传力板沿径向对称设置2个向外延伸的侧耳板；

弧形弹簧，其安装在所述圆形空腔内；

其中，所述弧形弹簧的端部抵靠所述侧耳板，所述第一质量飞轮能够通过带动所述弧形弹簧进而驱动所述传力板，并且能够使所述第二质量飞轮与所述第一质量飞轮相对转动。

优选的是，所述传力板沿径向对称设置向外延伸的侧耳板，其用于压缩所述弧形弹簧。

优选的是，所述外壳通过螺栓固定在所述第二质量飞轮外侧。

优选的是，所述阻尼颗粒材料为刚性材料，直径为1mm～5mm，填充率为70％～90％。

优选的是，所述传力板与所述第二质量飞轮铆接。

优选的是，所述传力板与所述转轴通过螺栓固定连接。

优选的是，所述第一质量飞轮与所述密封盖板通过焊接连接。

本发明与现有技术相比较所具有的有益效果：

1、本发明具有颗粒阻尼及电磁阻尼的复合可调式传动系统扭转减振装置结构简单，设计新颖合理，实现方便且成本低，在传统双质量飞轮减振降噪的性能的基础上进一步提高了改善了传统双质量飞轮低速减振效果不好的缺点；

2、本发明设计的具有颗粒阻尼及电磁阻尼的复合可调式传动系统扭转减振装置通过电磁可调阻尼器能够实现阻尼力的半主动控制，通过调节线圈电流大小实现电磁阻尼力的调节来满足不同工况下传动系对阻尼大小的要求，从而提高传动系扭转振动性能；

3、本发明设计的具有颗粒阻尼及电磁阻尼的复合可调式传动系统扭转减振装置利用电磁感应原理，不需考虑液体密封、响应慢、结构复杂等问题，具有使用价值；

4、本发明还利用颗粒阻尼技术，在第二质量飞轮外侧附加2～10个颗粒阻尼器，利用阻尼颗粒在封闭腔体内发生摩擦与碰撞，将振动机械能转换为内能，实现消耗系统振动能量，实现衰减扭转振动的作用，并且本发明使用的颗粒阻尼器、电磁阻尼器，具有耐久性好、可靠度高、对温度变化不敏感，易用于恶劣环境且对原结构影响不大等优点，通过附加在双质量飞轮上可提高双质量飞轮的减振性能。

附图说明

图1为本发明具有颗粒阻尼及电磁阻尼的复合可调式传动系统扭转减振装置主视图上的剖视图。

图2为本发明具有颗粒阻尼及电磁阻尼的复合可调式传动系统扭转减振装置的前端轴侧投影图。

图3为本发明具有颗粒阻尼及电磁阻尼的复合可调式传动系统扭转减振装置的后端轴侧投影图。

图4为本发明具有颗粒阻尼及电磁阻尼的复合可调式传动系统扭转减振装置主视图。

图5为本发明具有颗粒阻尼及电磁阻尼的复合可调式传动系统扭转减振装置侧视图。

图6为本发明具有颗粒阻尼及电磁阻尼的复合可调式传动系统扭转减振装置的弧形弹簧和传力板的结构示意图。

图7为本发明具有颗粒阻尼及电磁阻尼的复合可调式传动系统扭转减振装置的定子盖板的前端轴侧投影图。

图8为本发明具有颗粒阻尼及电磁阻尼的复合可调式传动系统扭转减振装置的定子盖板的后端轴侧投影图。

图9为本发明具有颗粒阻尼及电磁阻尼的复合可调式传动系统扭转减振装置的转轴侧投影图。

图10为本发明具有颗粒阻尼及电磁阻尼的复合可调式传动系统扭转减振装置的第一质量飞轮的轴侧投影图。

图11为本发明具有颗粒阻尼及电磁阻尼的复合可调式传动系统扭转减振装置的颗粒阻尼器的轴侧投影图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1～11所示，本发明提供了一种具有颗粒阻尼及电磁阻尼的复合可调式传动系统扭转减振装置，在传统双质量飞轮扭转减振器第一质量中集成了半主动可调电磁阻尼器和颗粒阻尼器，电磁阻尼器主要是由永磁体、硅钢片、线圈和壳体构成，当线圈通入电流后并与永磁体发生相对运动会产生电磁阻尼力，改变通入线圈电流大小就可以实现改变阻尼力，电磁阻尼力可调范围大，响应速度快，且体积小，不会发生液体泄露等问题；同时在双质量飞轮第二质量中安装有颗粒阻尼器，进一步衰减扭转振动，当第二质量发生波动时，会导致颗粒阻尼器中的颗粒阻尼发生摩擦和碰撞，从而将振动机械能转化为内能消耗掉，实现振动的衰减。

本发明提供的减振装置包括多个颗粒阻尼器、电磁可调阻尼器和双质量飞轮组件；颗粒阻尼器包括颗粒阻尼器外壳300、阻尼颗粒310以及颗粒阻尼器盖板320，颗粒阻尼器外壳300与颗粒阻尼器盖板320形成一个腔体，腔体内部填充阻尼颗粒310，多个颗粒阻尼器通过螺栓固定在双质量飞轮组件第二质量飞轮120后端面；电磁可调阻尼器包括曲轴连接法兰210、电磁阻尼器转子220、永磁体222、励磁线圈223、电磁阻尼器定子端盖225、滑动轴承226组成；定子端盖225左侧有与发动机动力源相连接的法兰，右侧与第一质量飞轮110通过螺栓连接并形成圆形空腔，圆形空腔内部为电磁可调阻尼器转子220；电磁阻尼器转子220由转轴221、硅钢片224和励磁线圈223组成，转轴221通过滑动轴承226安装在定子端盖225与第一质量飞轮110空腔内部，并且可以与定子端盖和第一质量飞轮110组成的电磁阻尼器定子相对转动，多片硅钢片224套设在转轴221上，并且位于第一质量飞轮110内侧的环形内腔内，能够和转轴221一同旋转，励磁线圈223缠绕在硅钢片224上，永磁体222固定在电磁阻尼器定子端盖225、双质量飞轮组件第一质量飞轮110内侧的环形内腔内，并且周向布置的永磁体222与硅钢片224轴向具有一定间隙，曲轴连接法兰210与电磁阻尼器定子端盖225加工成一体。

在另一种实施例中，颗粒阻尼器通过螺栓固定在双质量飞轮组件第二质量飞轮120外侧。

在另一种实施例中，颗粒阻尼器周向均匀分布在双质量飞轮组件第二质量飞轮120外侧，安装个数为2～10个；作为一种优选，在本实施例中，安装个数为6个。

在另一种实施例中，颗粒阻尼器内部填充的阻尼颗粒310材料为钢性材料；在本实施例中，作为一种优选，阻尼颗粒310材料为钢或者铅。

在另一种实施例中，颗粒阻尼器内部填充的阻尼颗粒310多少用填充率η来表示，填充率η的取值范围为70％～90％。

在另一种实施例中，颗粒阻尼器内部填充的阻尼颗粒310大小用阻尼颗粒直径D来表示，D的取值范围为1mm～5mm。

在另一种实施例中，电磁可调阻尼器转子220通过滑动轴承226安装在电磁阻尼器定子端盖225、第一质量飞轮110上的中心孔内，电磁阻尼器转子中线圈通有电流后，且与电磁阻尼器定子发生相对转动时便可产生电磁阻尼力，改变电流大小还可实现调节电磁阻尼力的大小，实现所述动力输入端总成与动力输出端总成之间的阻尼系数实时调节。

在另一种实施例中，电磁可调阻尼器转子220与第一质量飞轮110装配的一端转轴上加工有螺纹孔，励磁线圈223缠绕固定在转子硅钢片224上。

在另一种实施例中，电磁阻尼器定子端盖225、第一质量飞轮110通过螺栓固定，与转子220形成电磁可调阻尼器。

在另一种实施例中，双质量飞轮组件包括初级飞轮组件、次级飞轮组件和弧形弹簧263，初级飞轮组件包括启动齿圈230、第一质量飞轮110和密封盖板250，第一质量飞轮110可旋转的支撑在转轴221上，并且内侧与定子端盖225通过螺栓连接并形成环形内腔，外侧径向向外侧加工两个半圆形的周向弧形滑道，两半圆形滑道中间加工有两个凸台，同时，第一质量飞轮110外侧与密封盖板250形成一个圆形空腔，第一质量飞轮110与密封盖板250通过激光焊接连接，弧形弹簧263安装在空腔内部，第一质量飞轮110的空腔内部的两个对称的凸台，用来固定弧形弹簧263，启动齿圈230与第一质量飞轮110通过过盈配合套装在一起；次级飞轮组件包括传力板260与第二质量飞轮120，第二质量飞轮120可旋转的与第一质量飞轮110同轴设置；传力板260与第二质量飞轮120通过铆钉262铆接，次级飞轮组件通过滑动轴承226安装在初级飞轮组件中的第一质量飞轮110的右侧，初级飞轮组件可以和次级飞轮组件发生相对转动。

在另一种实施例中，定子端盖225、第一质量飞轮110、密封盖板250通过螺栓或者焊接等刚性连接手段，使它们成为动力输入端的总成，转动时是一起转动的，不会发生相对转动；传力板260、电磁阻尼器转子220、第二质量飞轮120以及颗粒阻尼器通过螺栓刚性连接，它们作为动力输出端的总成，它们之间也是一起转动，不会发生相对转动；动力输入端总成与动力输出端总成之间通过弧形弹簧263连接并传递动力，它们之间会发生相对转动，并且通过电流的改变使所述动力输入端总成与动力输出端总成之间的阻尼系数可以实时调节。

在另一种实施例中，传力板260沿径向对称地设置2个向外伸出的侧耳板，通过侧耳板压缩弧形弹簧263来实现扭矩传递，弧形弹簧263的端部抵靠侧耳板，第一质量飞轮110能够通过凸台压缩弧形弹簧263进而驱动传力板260，并且能够使电磁阻尼器转子220与第一质量飞轮110和定子端盖225组成的电磁阻尼器定子相对转动，第二质量飞轮120与第一质量飞轮110相对转动；也就是通过螺栓刚性连接的定子端盖225、第一质量飞轮110总成和刚性连接的电磁阻尼器转子220、传力板260和第二质量飞轮120总成能够实现相对转动。

在另一种实施例中，电磁阻尼器转子220的转轴221与双质量飞轮组件的传力板260通过螺栓261连接固定，传力板260与双质量飞轮组件的第二质量飞轮120通过铆钉262铆接，通过调节线圈电流大小，就可以改变电磁阻尼力的大小，也就是实现调节第一质量飞轮110与第二质量飞轮120之间的阻尼力，也就是改变扭转减振器的阻尼系数，实现了通过电磁阻尼来调节发动机曲轴与变速器输入轴之间的阻尼大小。

本发明的一种工作过程如下：

法兰210与动力源通过螺栓连接，法兰210转动带动第一质量飞轮110同时转动，第一质量飞轮110转动则压缩弧形弹簧263发生形变，弧形弹簧263压缩产生的弹力推动传力板260，然后传力板260带动第二质量飞轮120、转轴221同时转动；当动力源转速不稳定会导致转轴221和第二质量飞轮120输出的动力发生波动，此时第二质量飞轮120波动将会使固定在第二质量飞轮120上的颗粒阻尼器300发生波动，使颗粒阻尼器300里面的阻尼颗粒310在空腔内发生运动，从而发生阻尼颗粒310与腔体内壁、阻尼颗粒与颗粒的摩擦碰撞，摩擦碰撞会消耗波动时的机械能并转化为热能消散在空气中，实现了被动的降低第二质量飞轮120的波动；同时由于第一质量飞轮110与第二质量飞轮120的不同步导致它们之间也会产生相对运动，与法兰210刚性连接的转轴221上的励磁线圈223将会与永磁体222(固定在定子端盖225，定子端盖225与第一质量飞轮110刚性连接)发生相对运动；当外部电源能量不足时，电磁阻尼器中励磁线圈223无电流输入且为开路，励磁线圈223无电流流通，电磁阻尼器无阻尼力产生，此时扭转减振装置仅有传统双质量飞轮和颗粒阻尼器工作；当外部电源能量充足，电磁阻尼器正常工作，励磁线圈223输入电流大小根据第二质量飞轮120转速波动大小进行调节，(波动大时大电流、小时小电流、无波动时不通入电流)，励磁线圈223通入电流后会产生与电流大小成正比例的电磁阻尼力，此时扭转减振装置具有颗粒阻尼及电磁阻尼和双质量飞轮共同工作，而且电磁阻尼力还可以根据工况进行实时调节，达到理想的减振效果。

本发明设计新颖合理，实现方便且成本低，工作稳定性和可靠性高，馈能效率高，实时性高，能够使主动悬架处于最佳的减振状态，实用性强，便于推广使用。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (8)

1.一种具有颗粒阻尼及电磁阻尼的复合可调式传动系统扭转减振装置，其特征在于，包括：

转轴；

第一质量飞轮，其可旋转的支撑在所述转轴上；所述第一质量飞轮具有环形内腔；

第二质量飞轮，其可旋转与所述第一质量飞轮同轴设置；

环形硅钢片，其套设固定在所述转轴上，并且位于所述环形内腔中，能够和所述转轴一同旋转；

励磁线圈，其缠绕在所述环形硅钢片上；

环形永磁体，其位于所述环形内腔中，并且固定连接所述环形内腔的内壁；所述环形永磁体和所述环形硅钢片具有一定间隙；

多个外壳，其沿所述第二质量飞轮外侧面周向均匀分布，并且所述外壳具有内腔；

阻尼颗粒，其容纳于所述环形外壳的内腔内。

2.如权利要求1所述的具有颗粒阻尼及电磁阻尼的复合可调式传动系统扭转减振装置，其特征在于，还包括：

启动齿轮，其通过过盈配合与所述第一质量飞轮套装；

密封盖板，其与所述第一质量飞轮固定安装，所述第一质量飞轮在两端具有对称凸台，所述凸台与所述密封盖板之间形成圆形空腔；

传力板，其与所述转轴和所述第二质量飞轮固定连接，所述传力板沿径向对称设置2个向外延伸的侧耳板；

弧形弹簧，其安装在所述圆形空腔内；

其中，所述弧形弹簧的端部抵靠所述侧耳板，所述第一质量飞轮能够通过带动所述弧形弹簧进而驱动所述传力板，并且能够使所述第二质量飞轮与所述第一质量飞轮相对转动。

3.如权利要求2所述的具有颗粒阻尼及电磁阻尼的复合可调式传动系统扭转减振装置，其特征在于，所述传力板沿径向对称设置向外延伸的侧耳板，其用于压缩所述弧形弹簧。

4.如权利要求2或3所述的具有颗粒阻尼及电磁阻尼的复合可调式传动系统扭转减振装置，其特征在于，所述外壳通过螺栓固定在所述第二质量飞轮外侧。

5.如权利要求4中任一项所述的具有颗粒阻尼及电磁阻尼的复合可调式传动系统扭转减振装置，其特征在于，所述阻尼颗粒材料为刚性材料，直径为1mm～5mm，填充率为70％～90％。

6.如权利要求5所述的具有颗粒阻尼及电磁阻尼的复合可调式传动系统扭转减振装置，其特征在于，所述传力板与所述第二质量飞轮铆接。

7.如权利要求6所述的具有颗粒阻尼及电磁阻尼的复合可调式传动系统扭转减振装置，其特征在于，所述传力板与所述转轴通过螺栓固定连接。

8.如权利要求2、3、5-7中任一项所述的具有颗粒阻尼及电磁阻尼的复合可调式传动系统扭转减振装置，其特征在于，所述第一质量飞轮与所述密封盖板通过焊接连接。