CN1085801C - 双质量飞轮 - Google Patents

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Abstract

一双质量飞轮(10，110)包括两个共轴设置的飞轮质量(11，111，12，112)，它们用于在驱动与超速方向进行有限的相对角转动；还包括若干枢轴连杆(40，140)。每一枢轴连杆包括可转动地连接于一个飞轮质量上的第一连杆(41，141)、以及可转动地连接于另一飞轮质量上的第二连杆(42，142)和可转动地连接该第一、第二连杆的枢轴(45，145)。连杆的作用控制飞轮质量的相对转动，并且连杆的控制作用由一根或多根助力弹簧(80，180)加强，这些助力弹簧在相对转动的整个驱动方向范围的大部分工作。这种双质量飞轮还可包括端止装置(70，91OR、130OR，910，130D)以有效地限制飞轮质量在驱动与超速方向的相对转动，并且还可附加端止弹性装置(85)，它在飞轮质量就要接触端止装置之前缓冲飞轮质量的相对转动。共用支承件(90)可部分地支承端止弹性装置的两端与助力弹簧的一端。

Description

双质量飞轮
本发明涉及一双质量飞轮，它用于传递扭矩和吸收或调整诸如在车辆传动装置中所产生的扭转振动。
本发明尤其是涉及一种连杆型双质量飞轮，它包括两个同轴设置的飞轮质量，这些飞轮质量可进行有限的相对角转动；还包括若干枢轴连杆，这些枢轴连杆包括可转动地连接于一飞轮质量上的第一连杆、可转动地连接于另一飞轮质量上的第二连杆及可转动地连接该第一与第二连杆的枢轴，其中连杆的作用是控制飞轮质量的相对转动。
本发明的目的是提供一种改进型的连杆型双质量飞轮。
因此根据本发明提供了一种连杆型双质量飞轮，其中连杆的控制作用由一个或多个助力弹簧加强，而这些助力弹簧在相对转动的全驱动方向范围的主要部分(即大部分)动作。
在这种连杆型双质量飞轮中，沿圆周作用的弹簧至少在下列状况之一下开始动作：
a)在驱动方向飞轮质量整个相对转动的0％～60％之间，特别是在驱动方向飞轮质量整个相对转动的0％～50％之间，例如，通常是25％时；
b)在驱动方向飞轮质量相对转动0～12度之间，例如一般是7度时。
通常助力弹簧的总可压缩量大于飞轮质量相对转动10度，例如一般是飞轮质量相对转动20度。
助力弹簧的总刚度系数可低于飞轮质量相对转动每度20Nm(牛米)，例如一般是飞轮质量相对转动每度12Nm。
同样对于某一处于稳定转速而飞轮质量处于最大的偏转相对转动位置的发动机来说，助力弹簧进一步的更大的变形仍是可能的。这种进一步的变形用于适应在瞬时发动机状况如发动机启动过程中出现的相对转动。
下面仅以实施例的方式结合附图来描述本发明，其中：
图1为本发明所述的连杆型双质量飞轮沿图2之B方向的轴向剖视图；
图2为沿图1之X-X线方向的径向剖视图，为清晰起见，没有示出蹄板82；
图3为本发明所述的连杆型双质量飞轮第二实施例的类似于图1的视图；
图4为图3的局部放大图；
图5为沿图3之Z-Z线方向的剖视图；而
图6则为沿图3之Y-Y线方向的剖视图。
参见图1与图2，其示出了由两个飞轮质量11和12组成的联杆型双质量飞轮10。
通过中央毂14与穿过孔18的螺栓(未示出)将一飞轮质量(也称为输入飞轮质量)11固定在一内燃机的曲轴(未示出)上。在使用中，一摩擦离合器(未示出)固定到第二飞轮质量12(也称为输出飞轮质量)上，从而使第二飞轮质量与一相关的齿轮箱(未示出)相连。
在正常驱动和超速状况下时，双质量飞轮10沿图1箭头E所示顺时针方向旋转。
飞轮质量11包括中央毂14、主壳板15、盖板13和焊接于主壳板15上的启动机齿圈27。通过铆钉(未示出)将一内轴承支承板28固定于毂14上，以夹持一用于安装第二飞轮质量的轴承19。壳板15由螺钉16固定于中央毂14上。
第二飞轮质量12包括一飞轮板31，其上带有一外轴承支承板29和转板30，两者均由螺栓32固定于飞轮板31上。
转板30具有一环形内部30A，其上带有形成枢轴43部分的若干突起30B、形成一端止装置70部分的若干槽型突起30C、以及作用于各弹簧装置80上的若干突起30E。
两飞轮质量11与12之间的相对转动主要由若干枢轴连杆40控制。若干助力弹簧装置80、一摩擦阻尼装置50及端止装置70与枢轴连杆40并行作用，以在预定的某些相对角位置或超过预定的某些角范围时协助控制两个飞轮质量11与12之间的相对转动。
每一枢轴连杆40包括通过第一枢轴43转动地安装于飞轮板31的中央毂部分33与转板30之间的第一连杆41和通过第二枢轴44转动地安装于飞轮质量11上的采用一对平行臂42A与42B形式的第二连杆42。两连杆41与42通过第三枢轴45彼此转动地连接。由图1应注意到第一枢轴43径向位于第二与第三枢轴44、45以内。第一连杆41形成一摆动质量。
在离合器分离的空载状况下，离心力作用于枢轴连杆40、特别是作用于第一连杆41上，并且朝径向向外方向驱动连杆，使枢轴45采取位于枢轴43径向外侧的位置，如图1所示(该位置被当成飞轮质量相对转动的驱动与超速方向之间的中立位置，即双质量飞轮旋转而不传递扭矩时连杆所采取的位置)。在高旋转速度下离心力变大，然而这并不影响空载状况下飞轮的结构，而是大大影响使飞轮质量12相对于飞轮质量11移动所需的力，即飞轮的扭转刚度。
如果离合器接合并且从飞轮质量11向飞轮质量12沿驱动方向传递动力，则该两个质量具有彼此相对转动的趋势(当由图1看时，飞轮质量11相对于飞轮质量12顺时针方向旋转)。在速度相对较低而离心力的影响较小时，飞轮质量相互之间更易运动，即飞轮扭转刚度相对较低。然而在相对较高的速度下，离心力的影响要大得多并且飞轮质量之间的相对转动需要更大的扭矩，即飞轮的扭转刚度相对较高。由此可见飞轮的扭转刚度对速度敏感。
如果离合器接合并且动力沿超速方向从飞轮质量12向飞轮质量11传递，则除了相对转动的方向相反(当由图1观看时飞轮质量11相对于飞轮质量12逆时针方向旋转)之外，离心力的作用与上述相似，在图1所示实施例中第一连杆41合拢于第二连杆42即臂42A与42B之间。
因此，在双质量飞轮任何转动速度以及飞轮质量任何相对转动位置，枢轴连杆的控制效应都是可操作的。
根据本发明，助力弹簧装置80在驱动方向超过极限角范围处协助控制双质量飞轮的相对转动。
每一助力弹簧装置80安装在壳板15与盖板13之间并且包括助力弹簧81及蹄板82。助力弹簧81包括两根同心弹簧81A与81B，两者安装在助力弹簧81一端的销83的台肩型第三支座83A与助力弹簧81另一端的蹄板82之间。在一变型实施例中，助力弹簧81可包括一个弹簧或一些其它类型的弹性装置，例如弹性材料块。
销83牢靠地固定于飞轮质量11上并可与其一起旋转。蹄板82的轴向侧以这种方式装入壳板15与盖板13的凹窝84中，即保证蹄板轴向与径向固定而相对于飞轮质量11在有限的范围内作圆周运动。在安装时，蹄板82的一端顶住凹窝84的端部84A并且助力弹簧81有相对较小的压缩量。
每一端止装置70包括一通过螺栓螺母72安装在壳板15与盖板13之间的套筒71，该套筒71位于槽型突起30C内。
双质量飞轮需向相关的齿轮箱传递发动机扭矩。术语“发动机扭矩”是指发动机在某一速度下产生并且能保持的扭矩。当发动机在其怠速以上运转并且只在驱动方向作用时，就会产生这些发动机扭矩。发动机扭矩可在零(即发动机怠速运转、离合器分离)与最大发动机扭矩值之间变化。
此外，双质量飞轮还需传递瞬时扭矩。这种瞬时扭矩是由于惯性负荷而产生且不能保持很长时间。而且瞬时扭矩可作用于驱动与超速两个方向，并且尤其是它可能高于最大发动机扭矩值。
在相对较低的旋转速度和较高的发动机扭矩(需要在驱动方向)状况下，飞轮质量11与12之间发生相对转动，直到突起型第四支座30E接触到蹄板82(该情形在从中立位置相对转动7度之后)为止。当相关的车辆离合器完全接合以相对较低的速度(例如5公里/小时)运动并且随着车辆的加速，发动机油门突然全开而使发动机速度逐步增大时，通常会发生这种状况。在这些状况下，每一助力弹簧首先可由突起30E推动蹄板82而被部分压缩，而接着当发动机速度增大时，作用于摆动质量上的离心力使飞轮质量逐步回到中立位置，并且当突起30E与蹄板82分离时，助力弹簧的控制效应就停止。应当注意的是，使助力弹簧在相对较低的发动机速度下工作尤为有利，因为相关的内燃机产生的扭矩周期性变化在低速时更明显，而助力弹簧可协助控制扭矩的这些周期性变化，同时控制发动机的平均基本稳定扭矩。
在极端的瞬时扭矩驱动状况下，飞轮质量的相对转动使蹄板82在凹窝84内移动并且压缩弹簧组81直至套筒71接触槽型突起30C的一端73，此时相对转动停止(该情形是在从中立位置总共相对转动26度之后)。
通常这种极端的瞬时驱动状况可能会发生在很低的旋转速度和很高的扭矩负荷下，例如在发动机启动或者停止、当飞轮速度低于正常怠速时，会产生远大于发动机能输出的最大发动机扭矩的惯性扭矩负荷。
在很低的旋转速度和超速方向很高的扭矩负荷之极端的瞬时扭矩超速状况下(例如发动机启动或停止时)，飞轮质量11与12之间的相对转动持续至套筒71接触到槽型突起30C的另一端74为止，此时相对转动停止(该情形是在从中立位置总共相对转动15度之后)。
端止装置70用于防止连杆40的第一、第二、第三枢轴43、44、45对齐并且用于保证弹簧80不至于过载。
多片摩擦阻尼装置50的操作不是本发明主题的一部分。对其工作的完整描述可在本申请人的在先英国专利申请9505750.1中找到。无可怀疑，阻尼装置50可摩擦地缓冲飞轮质量11与12之间的相对转动。
图3～6示出了本发明所述的一双质量飞轮10的一种变型实施例，其中基本完成相同功能的元件比双质量飞轮10的相应元件的参考标记大100。
双质量飞轮110与10之间的主要区别在于：
a)双质量飞轮110还包括有端止弹性装置85，该端止弹性装置在飞轮质量相对转动的驱动或超速方向在低转速与高扭矩的极端状况下工作；
b)相关联的助力弹簧181与端止弹性装置85部分地由一共用支承件90支承；及
c)修改了端止装置的布置。
双质量飞轮110包括有三个端止弹性装置85，每一个端止弹性装置包括一弹性装置86、驱动蹄板87D和一超速蹄板87OR。在所示实施例中弹性装置86包括粘接成一叠层状的三个弹性盘片86B和粘接于叠层状弹性盘片的每一端的金属隔板86A。在其它实施例中，每一端止弹性装置可包括其它形式的弹性材料，尤其是可采用单块弹性材料或一个或多个金属螺旋弹簧。
每一端止弹性装置85安装在由盖板113的薄片101与共用支承件90的一端止部分91D、91OR组合构成的飞轮质量111的第一支座之间。
共用支承件90由钢带顺次弯曲形成。共用支承件的横截面轮廓包括由蹄板导向部分92连接的大致为圆形的驱动与超速端止部分91D、91OR并且还包括连接于超速端止部分91OR上的一助力弹簧支座93及连接于驱动端止部分91D上的助力弹簧导向部分94。
共用支承件90通过一穿过主壳板115、盖板113及每一驱动与超速端止部分91上的定位孔的固定铆钉95夹置于盖板113与主壳板115之间。因此每一共用支承件由两个固定铆钉95定位。
双质量飞轮110的工作与双质量飞轮10的操作大致相同，其中飞轮110的第四支座104在低发动机速度与高发动机扭矩状况下用于压缩助力弹簧。
然而，在极端瞬时扭矩驱动状况下当飞轮质量在驱动方向接近相对转动的极限时，飞轮质量112上的第二驱动支座102D接触相应的驱动蹄板87D并压缩弹性装置86。接着，进一步的相对转动使转板130的驱动端止部分130D接触共用支承件的驱动端止部分91D，此时相对转动停止。
在极端瞬时扭矩超速状况下，在超速方向飞轮质量充分的相对转动会使每一第二超速支座102OR接触相应的超速蹄板87OR并压缩弹性装置，直到转板130的超速端止部分130OR接触到共用支承件的超速端止部分91OR而停止相对转动为止。
由图4可看出，由中立位置开始，当飞轮质量在驱动方向彼此相对转动时，转动7度与助力弹簧接合、转动21度与端止弹性装置接合、而转动26度就与端止装置接合。相应地当飞轮质量在超速方向彼此相对转动时，转动8度就与端止弹性装置接合，而转动13度后就与端止装置接合。
应当注意，端止弹性装置从而可在驱动方向作5度(26～21)的相对转动并且可在超速方向也作5度(13～8)的相对转动。其它实施例中可使端止弹性装置在驱动与超速方向作不同范围的飞轮质量的相对转动。
可注意到端止弹性装置在驱动方向的总行程(5度)大致为助力弹簧总行程(19度)的26％(即低于30％)。
双质量飞轮10或110的端止装置之间的接触会产生噪音并且会在某些元件内造成高应力。因此在双质量飞轮110中端止弹性装置用作缓冲垫或者在某些情况下防止端止装置之间的接触从而降低了噪音并降低了某些元件内的应力。
在端止弹性装置85压缩过程中，蹄板导向部分92用于导引驱动或超速蹄板87D、87OR的运动。
每一弹簧装置180包括一弹簧181与一蹄板182。每一弹簧181包括一对同心的弹簧181A与181B，两者的每一端均由采用共用支承件90的助力弹簧支座93形式的第三支座103以及助力弹簧蹄板182支承。
在其它实施例中，助力弹簧181可包括一单根弹簧或一些其它类型的弹性装置例如弹性材料块。
助力弹簧支座93与蹄板182装入形成在盖板113与壳板115上的凹窝184内。由助力弹簧181产生的负荷通过助力弹簧支座93经与凹窝184端部的接触传递到主壳板115与盖板113上。
在某些特定状况下助力弹簧181的中部可径向内弯并且在共用支承件90上设置助力弹簧导向部分94来抵消这种弯曲趋势。
因此共用支承件完成几种功能并可简单与廉价地制造。
由此可理解，助力弹簧80、180主要用于在驱动方向在发动机扭矩处于特定的可维持状况下协助飞轮质量的控制。这与端止弹性装置85的操作完全不同，端止弹性装置85主要用于控制由于发动机怠速运转时在驱动与超速方向的惯性负荷而产生的极高的瞬时扭矩。
这一区别基于以下事实，即所有助力弹簧的综合刚度系数远低于所有端止弹性装置的综合刚度系数。例如，一辆新式的2升小轿车(salooncar)假设产生180Nm的最大发动机扭矩，并且该发动机包括一所述的连杆型双质量飞轮，则其可具有飞轮质量相对转动每度低于20Nm的助力弹簧综合刚度系数；而如果飞轮包括端止弹性装置，则端止弹性装置的综合弹性系数可在每度40Nm～150Nm范围之间。
如果将助力弹簧综合刚度系数与端止弹性装置的综合刚度系数之比设置在1∶2～1∶6范围之间，则是有利的。
在上述实施例中，虽然车辆能产生180Nm的最大的可维持的发动机扭矩，但在诸如发动机启动和停机的瞬时状况下，由于惯性负荷，能瞬时产生1000Nm以上的极端瞬时扭矩，并且端止装置与端止弹性装置最终控制的正是这些极端扭矩负荷。
这与当作用于摆动质量上的离心作用低并且由摆动质量与助力弹簧共同控制相对转动时可维持的相对较低的速度、较高的发动机扭矩状况正相反。
而且端止弹性装置可在快速反向惯性负荷作用下工作。例如在发动机启动过程中，随着发动机由停止到怠速的加速，飞轮质量可快速地由全驱动位置到全超速位置，并且再返回到全驱动位置几次。如果端止弹性装置是由弹性材料制成则尤为有利。这种弹性材料比例如一等效的螺旋压缩弹簧具有更显著的粘滞性，因而当压缩时，其可吸收系统的一些能量。这意味着随后当双质量飞轮开始向其它极端相对转动运动时，动能较少并且减小或消除了端止装置间随后的接触。
应当注意到，尽管在驱动方向大多相对转动运动中助力弹簧工作，但这并不必然意味着当相关的发动机处于驱动状况时助力弹簧大多时候都工作。这是因为在高发动机转速的中段，摆动质量的作用足以将双质量飞轮维持在或者在中立位置附近和当离合器分离时处于相对较低的发动机转速(例如怠速)、或者将相关的齿轮箱维持在空档而发动机扭矩的波动不足以将双质量飞轮移离其中立位置。通常车辆可将大多时间花在高发动机转速的中段、或者处于离合器分离时的怠速、或者是齿轮箱处于空档。
在其它实施例中可以具有任意数量的连杆和任意数量的助力弹簧组合(即不必是每一连杆带一根助力弹簧)。此外这些实施例还可附有任意数量的端止弹性装置(即不必每一连杆带一个端止弹性装置)。

Claims (22)

1.一种双质量飞轮，其包括两个同轴设置的飞轮质量，设置的这两个飞轮质量用于在驱动与超速方向相互进行有限的角转动；其还包括若干枢轴连杆，这些连杆包括可转动地连接于一个飞轮质量上的第一连杆、可转动地连接于另一飞轮质量上的第二连杆以及可转动地连接第一及第二连杆的枢轴，其中连杆的作用是控制飞轮质量的相对转动，其特征在于，连杆的控制作用由一根或多根助力压缩弹簧来增强，这些助力压缩弹簧在相对转动的整个驱动方向范围的主要部分工作。
2.如权利要求1所述的双质量飞轮，其中，一根或多根助力弹簧在驱动方向上于飞轮质量相对转动0～12度之间开始起工作。
3.如权利要求1所述的双质量飞轮，其中，助力弹簧的总可压缩量大于飞轮质量10度的相对转动。
4.如权利要求1所述的双质量飞轮，其中，其包括在驱动与超速方向可靠地限制飞轮质量相对转动的端止装置，并且还包括在飞轮质量就要接触该端止装置之前缓冲飞轮质量的相对转动的端止弹性装置。
5.如权利要求4所述的双质量飞轮，其中，每一端止弹性装置在驱动与超速两个方向用于缓冲飞轮的相对转动。
6.如权利要求4所述的双质量飞轮，其中，端止弹性装置或所有端止弹性装置的综合刚度系数远大于助力弹簧或所有助力弹簧的综合刚度系数。
7.如权利要求1所述的双质量飞轮，其中，助力弹簧的综合刚度系数低于飞轮质量的相对转动每度20Nm。
8.如权利要求4所述的双质量飞轮，其中，端止弹性装置的综合刚度系数在飞轮质量的相对转动每度40～150Nm范围之内。
9.如权利要求4所述的双质量飞轮，其中，助力弹簧的综合刚度系数与端止弹性装置综合刚度系数之比在1∶2～1∶6范围之内。
10.如权利要求4所述的双质量飞轮，其中，端止弹性装置在驱动方向的总行程小于助力弹簧的总行程的30％。
11.如权利要求4所述的双质量飞轮，其中，每一端止弹性装置安装在一飞轮质量上的第一支座与另一飞轮质量上的第二支座之间，当一飞轮质量在驱动或超速方向相对转动一预定的角量之后就压缩每一端止弹性装置，从而缓冲飞轮质量的相对转动。
12.如权利要求11所述的双质量飞轮，其中，每一助力弹簧安装在所述一飞轮上的第三支座与所述另一飞轮质量上的第四支座之间，作用于助力弹簧的一端以压缩助力弹簧。
13.如权利要求12所述的双质量飞轮，其中，一端止弹性装置的第一支座与相关助力弹簧的第三支座部分由一共用支承件构成。
14.如权利要求12所述的双质量飞轮，其中，在驱动或超速方向端止弹性装置压缩过程中，每一共用支承件支承与导引相关端止弹性装置的相对端的蹄板。
15.如权利要求13所述的双质量飞轮，其中，共用支承件也用作端止装置的一部分以限制飞轮质量的相对转动。
16.如权利要求1所述的双质量飞轮，其中，每一助力弹簧包括一对并列作用的同心弹簧。
17.如权利要求4所述的双质量飞轮，其中，每一端止弹性装置包括一对并列作用的同心弹簧。
18.如权利要求4所述的双质量飞轮，其中，每一端止弹性装置包括一个或多个弹性材料构件。
19.如权利要求1所述的双质量飞轮，其中，围绕该飞轮在周边上间隔开的位置设有多个共用支承件(90)，每个支承件部分地支持其中一个端止弹簧装置(85)的二端以及在其径向外侧支持其中一个助力弹簧(180)的一端。
20.一种双质量飞轮，其包括两个同轴设置的飞轮质量，这些飞轮质量用于在驱动与超速方向进行有限的相对角转动；其还包括若干枢轴连杆，这些连杆包括可转动地连接于一个飞轮质量的第一连杆、可转动地连接于另一飞轮质量的第二连杆以及可转动地连接该第一与第二连杆的枢轴，连杆用作控制飞轮质量的相对转动，其特征在于，连杆的控制作用是由一根或多根助力压缩弹簧来加强以及进一步由一根或多根端止弹簧来加强。
21.一种双质量飞轮，其包括两个共轴设置的飞轮质量，这些飞轮质量可在驱动与超速方向相互进行有限的角转动；其还包括第一弹性装置，它在相对转动的整个驱动方向或超速方向范围的大部分中工作；以及第二弹性装置，它在相对转动的整个驱动或超速方向范围端部工作，其特征在于，共用支承件部分地支承第二弹性装置的两端和第一弹性装置的一端。
22.如权利要求21所述的双质量飞轮，其中，其包括端止装置，以有效地限制飞轮质量在驱动与超速方向的相对转动；还包括用作端止装置一部分的共用支承件。
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