CN112228508A - 一种离心摆 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及汽车配件技术领域，公开了一种离心摆，包括基盘和设置在基盘上的摆单元，所述基盘上设有沿基盘周向设置的摆动导孔，所述摆单元包括设置在摆动导孔内的导向块，所述导向块和所述摆动导孔远离基盘盘心的相邻周向侧壁之间设有导向槽口，每个所述导向槽口包括外导向槽口和内导向槽口，所述摆动导孔在远离所述基盘盘心的周向侧壁的两边角上设置有逐渐向着所述基盘盘心收缩靠近的圆弧过渡区域，所述外导向槽口和内导向槽口的轮廓由连续多段弧形曲线拟合而成，并且该轮廓的两末端区段逐渐收缩。本发明对摆动导孔的形状进行优化处理，并且通过导向槽口的末端轮廓调整导向块的运动路径，缓解摆孔边角应力集中，能有效提高离心摆的抗疲劳强度。
Description
技术领域
本发明涉及汽车配件技术领域，更具体地说，是涉及一种离心摆。
背景技术
当前，在环保与能源的巨大压力下，全球各国都制定了严苛的油耗及排放标准。在传统内燃机领域，发动机小型化逐渐成为汽车制造商实现节能减排的主要手段之一。在减少气缸数量达到这一目的的同时，为了不影响汽车的动力性，汽车制造商往往通过涡轮增压技术来提升发动机的扭矩。这些技术应用都增加了发动机的扭矩波动，由此产生的扭转振动如果无法得到有效减小，不仅会对传动系部件带来损伤，还会大大影响驾乘舒适性。目前，手动档车辆主要通过带离心摆式吸振器的离合器从动盘来降低发动机传到变速箱中的扭转振动。
离心摆式减振器虽然有着良好的减振性能，但众所周知，离心摆需要尽可能大的摆动角度和转动惯量以储存振动能量从而提升滤振性能，为了布置更大的振动摆角，摆块在径向方向上应当尽量靠近外缘，进而提供更多的转动惯量，以更好地改善在低速情况下的隔振效果，因此我们对于摆动导孔的形状设计需要预留足够大的空间来满足摆块的左右摆动，并且摆动导孔位置应尽量靠近基盘的外缘。
但实际情况是，基盘在使用过程中受到空间限制，人们无法增大其外圆直径，这就造成了摆动导孔的外侧壁两边角与基盘外缘之间的距离过小，并且目前的摆动导孔边角基本为直角或者锐角设置(如图6所示)，前述两个因素导致基盘存在应力集中的风险，当离心摆高速旋转时容易出现基盘在摆动导孔拐角处断裂的现象，严重影响了离心摆的疲劳寿命。
针对上述技术问题，很有必要开发出一种新型的离心摆式吸振器，以减轻基盘摆动导孔的边角应力集中，难以承受较大剪切力的弊端，一定程度上提升离心摆的抗冲击强度，为发动机隔振提供有力的保障。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种离心摆，以克服现有技术中摆动导孔外侧容易断裂的问题。
本发明上述目的通过以下技术方案实现：
一种离心摆，包括基盘，所述基盘上设有至少两个沿基盘周向设置的摆动导孔，每个所述摆动导孔上均活动设置有摆单元，所述摆单元包括设置在所述摆动导孔内的导向块，所述导向块与所述摆动导孔靠近所述基盘盘心的相邻周向侧壁之间活动设置有止挡滚子，所述导向块和所述摆动导孔远离所述基盘盘心的相邻周向侧壁之间设有导向槽口，每个所述导向槽口包括外导向槽口和内导向槽口，所述外导向槽口和内导向槽口之间活动设置有导向滚子，所述导向槽口用于限制所述导向滚子在所述导向块和所述摆动导孔远离所述基盘盘心的相邻周向侧壁之间活动；所述摆动导孔在远离所述基盘盘心的周向侧壁的两边角上设置有逐渐向着所述基盘盘心收缩靠近的圆弧过渡区域，所述外导向槽口和内导向槽口的轮廓由连续多段弧形曲线拟合而成，并且该轮廓的两末端区段逐渐向着所述导向滚子收缩靠近。
作为本发明的进一步优化方案，所述圆弧过渡区域沿着所述基盘的径线方向从外向内逐渐收缩靠近，实现所述摆动导孔外侧壁边角到所述基盘外缘之间截面面积的递增。
作为本发明的进一步优化方案，所述导向块朝向所述圆弧过渡区域的末端为圆滑边角，以顺应所述圆弧过渡区域的轮廓变化。
作为本发明的进一步优化方案，所述导向滚子与所述外导向槽口和内导向槽口的槽面抵接，在所述外导向槽口和内导向槽口的轮廓与末端形状作用下，所述导向滚子的运动轨迹为一条由连续多段弧形曲线拟合而成的不规则曲线，能够实现离心摆的过度调谐。
在此对于本发明所述导向槽口的轮廓特征简述一下其设计原理：
首先请参见图9，图中虚线表示常规离心摆的组件形状轮廓，实线表示本发明的组件形状轮廓，当中，C-导向块质心；S1-常规运动路径；S2-本发明的运动路径；O-基盘转动轴心；P、P′-导向块路径的曲率中心；r、r′-导向块质心到导向块路径曲率中心的距离；R、R′-导向块路径曲率中心到基盘转动轴心的距离；t0-基盘径向厚度；t1-常规摆动导孔拐角到基盘外缘的径向距离；t2-本发明的圆弧过渡区域拐角到基盘外缘的径向距离。
本发明中t2＞t1，优选地，t2与t1的比值为2-3。
由图9可知，当行程较小时，摆线S1和S2有大约相等的曲率半径r，曲率中心在P点；当行程较大时，摆线S2比S1圆要陡峭，此时曲率半径r′＜r，曲率中心位置变化为P′点，即S2是由一条由连续多段弧形曲线拟合而成的不规则曲线，无固定曲率中心，曲率中心位置和曲率半径会随着离心摆摆角的变化而改变。从运动轨迹可以发现，所述导向滚子运动轨迹的两个尽头方向产生一个朝向基盘盘心的倾斜，行程越大，所述导向块的运动趋势就越倾向基盘盘心。
一般情况下，常规离心摆的导向块摆线轨迹为固定曲率半径的圆弧。为达到最佳的隔振效果，离心摆系统调谐阶次的设计应该与发动机激励的主阶次大小相等，发动机调谐阶次
为一固定不变的常数，由于R′＞R， r′＜r，所以本发明的调谐阶次n′＞n，离心摆实际表现为过度调谐。过度调谐的设置，是考虑到实际工况受外界因素影响较大，为了提高离心摆系统的适用性，设计人员往往会选用轻微的过度调谐，使得调谐阶次略高于发动机谐波的主阶次，以预防离心摆调谐不足导致的不稳定性，同时用于弥补实际环境中其他因素对离心摆调谐阶次引起的误差。
由上可知，所述外导向槽口和内导向槽口的轮廓变化与轮廓末端逐渐收缩的设置，是作为圆弧过渡区域发明点的一个重要辅助手段，目的在于使得所述导向滚子的摆动趋势尽可能倾向所述基盘盘心，避免在摆角过大时所述导向件与所述圆弧过渡区域发生碰撞，进而避免所述摆单元因碰撞所出现的失稳现象，还能减少所述导向滚子对于所述导向槽口边角的冲击，多角度出发，进一步保证所述基盘的抗疲劳强度。
作为本发明的进一步优化方案，所述导向块和所述摆动导孔靠近所述基盘盘心的相邻周向侧壁之间设有止挡槽口，所述止挡槽口包括相邻且相对设置的外止挡槽口和内止挡槽口，所述止挡滚子设置在所述外止挡槽口与所述内止挡槽口之间且与所述外止挡槽口和所述内止挡槽口的槽面抵接，所述止挡槽口用于限制所述止挡滚子在所述导向块和所述摆动导孔靠近所述基盘盘心的相邻周向侧壁之间活动。
作为本发明的进一步优化方案，所述外止挡槽口的数量至少为一个，并设置在所述导向块的周向侧壁上；所述内止挡槽口的数量至少为两个，均设置在所述摆动导孔的周向侧壁上；在所述导向块来回摆动的过程中，所述止挡滚子能够顺势滑进相应位置的所述内止挡槽口。所述内止挡槽口的位置与所述导向槽口的位置相关联，如此结构关系能促使所述导向滚子在摆动过程中始终准确地位于相应的槽口内，确保离心摆内部组件的协调性能。
作为本发明的进一步优化方案，每个所述摆动导孔内设置有两个以上的导向滚子以及一个以上的止挡滚子，所述导向滚子相应设置在独立的外导向槽口和内导向槽口之间，所述止挡滚子相应设置在独立的外止挡槽口内。
作为本发明的进一步优化方案，所述导向块朝向所述摆动导孔内侧边角的两末端上设置有缓冲垫块。
作为本发明的进一步优化方案，所述基盘上环形均匀设置有四个所述摆动导孔，所述导向块为适配于所述摆动导孔槽型并沿着所述摆动导孔移动的弧形块。
作为本发明的进一步优化方案，所述摆单元由两质量板以及夹在两所述质量板之间的所述导向块组成，两所述质量板分设在所述基盘的两侧，所述质量板的外轮廓与基盘的外边缘相平。
作为本发明的进一步优化方案，所述质量板与所述导向块之间设置有阻尼垫片。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
首先，本发明对摆动导孔的形状进行优化处理，在摆动导孔外侧壁上的两边角设置有向着基盘盘心逐渐收缩靠近的圆弧过渡区域，从而实现摆动导孔外侧壁到基盘外缘之间截面面积的递增，使得摆动导孔外侧壁处的应力分布更趋于均匀，避免了在高速旋转过程中受摆单元离心力影响导致摆动导孔外侧壁的两边角应力集中断裂，提高了基盘的结构强度和疲劳安全系数；其次，为了适应摆动导孔形状的变化，本发明还对摆单元的运动路径进行了调整，通过将外导向槽口和内导向槽口轮廓两末端区段设置为朝着导向滚子逐渐收缩靠近的形状，使得导向滚子轨迹能够顺应所述圆弧过渡区域的渐变轮廓而变化，避免了导向块与摆动导孔的碰撞。
除此之外，本发明还对导向块的结构与安装作出改良，具体为在导向块朝向所述摆动导孔内侧边角的两末端上设置有缓冲垫块，缓冲垫块能在两者接触时起到缓冲减震的作用；并且在导向块与质量板之间增设阻尼垫片，阻尼垫片能消化一部分所述质量板传导过来的扭转动能，有助于降低导向块的摆动频率。从导向块的角度出发，减少摆动导孔所受到的冲击强度。
综上，本发明针对离心摆的结构薄弱点提出了科学严谨的轮廓改良，能够显著缓解摆动导孔应力集中的现象，有效增强了离心摆基盘的抗疲劳强度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本实施例的离心摆的结构示意图；
图2为图1示出的的其一摆单元与基盘的内部结构示意图；
图3为本实施例的某一摆单元在离心摆上的爆炸视图；
图4为本实施例的摆单元的结构示意图；
图5(a)为摆单元逆时针摆动时与基盘配合的结构示意图；
图5(b)为摆单元顺时针摆动时与基盘配合的结构示意图；
图6展示了本实施例中对于基盘强度仿真测试的六个测量点(位置A-F)；
图7(a)展示了优化前的基盘在位置A-D的应力值；
图7(b)展示了优化前的基盘在位置E、F的变形量；
图8(a)展示了优化后的基盘在位置A-D的应力值；
图8(b)展示了优化后的基盘在位置E、F的变形量；
图9展示了优化前后离心摆的结构差异以及导向块的运动轨迹差异；
图中，100-基盘；110-摆动导孔；111-外导向槽口；221-内导向槽口；120- 轮廓末端；130-圆弧过渡区域；200-摆单元；210-质量板；220-导向块；222- 外止挡槽口；112-内止挡槽口；230-连接销钉；240-阻尼垫片；250-缓冲垫块； 300-导向滚子；400-止挡滚子。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1、图3、图4所示，本实施例提供了一种离心摆，包括基盘100和设置在基盘100上的摆单元200，所述基盘100上设有至少两个沿着基盘100 周向设置的摆动导孔110，每个摆动导孔110上设置有一个摆单元200，所述摆单元200由两质量板210、两阻尼垫片240以及夹在两所述阻尼垫片240 之间的所述导向块220组成，五者之间通过连接销钉230固定连接在一起，形成质量板210-阻尼垫片240-导向块220-阻尼垫片240-质量板210的结构，其中的所述导向块220位于所述摆动导孔110内，两所述质量板210分设在所述基盘100的两侧，在所述导向块的220带动下，所述摆单元200围绕基盘100盘心在所述摆动导孔110上周向摆动。
如图2所示，所述摆动导孔110在远离所述基盘100轴心的周向侧壁的两边角上设置有逐渐向着所述基盘100轴心收缩靠近的圆弧过渡区域130，以实现摆动导孔110外侧壁到基盘100外圆之间截面面积的递增，使得摆动导孔110外侧壁处的应力分布更趋于均匀，避免了在高速旋转过程中受摆单元200离心力作用而导致所述摆动导孔110外侧壁两边角应力集中断裂，从而提高所述基盘100的结构强度和疲劳安全系数。
进一步地说，所述导向块220与所述摆动导孔110靠近所述基盘100盘心的相邻周向侧壁之间设有止挡槽口，所述止挡槽口包括相对设置的外止挡槽口222和内止挡槽口112，其中所述外止挡槽口222设置在所述导向块220 的周向侧壁上；所述内止挡槽口112设置在所述摆动导孔110的周向侧壁上；所述外止挡槽口222与所述内止挡槽口112之间放置有止挡滚子400，所述止挡滚子400与所述外止挡槽口222和所述内止挡槽口112的槽面抵接。
本实施例中，所述导向块220的周向侧壁上设置有一个所述外止挡槽口 222，所述外止挡槽口222的形状与所述止挡滚子400相匹配，使得所述止挡滚子400始终活动嵌在所述外止挡槽口222之内，在所述导向块220来回摆动的过程中，所述止挡滚子400能够被外止挡槽口222带动，与所述内止挡槽口112的不同点抵接。本实施例中所述摆动导孔110的周向侧壁上设置有两个相邻的所述内止挡槽口112，随着导向块220的顺时针或者逆时针摆动，所述止挡滚子400会顺势滑进相应位置的内止挡槽口112。设置所述止挡槽口，能够限制所述止挡滚子400在所述导向块220和所述摆动导孔110相邻周向侧壁之间活动。
为了进一步避免止挡滚子400跳出导向块220与摆动导孔110之间的相邻周向侧壁，更有效地对所述导向块220实施轨迹导引，所述导向块220与所述摆动导孔110远离所述基盘100盘心的相邻周向侧壁之间设有导向槽口，每个所述导向槽口包括相邻且相对设置的外导向槽口111和内导向槽口221，其中所述外导向槽口111设置在所述摆动导孔110的周向侧壁上，所述内导向槽口221设置在所述导向块220的周向侧壁上，所述外导向槽口111与所述内导向槽口221之间放置有导向滚子300，所述止挡滚子400与所述外止挡槽口222和所述内止挡槽口112的槽面抵接。
为了达到平稳的导引作用，本实施例设置有两个相邻的所述导向槽口，每个导向槽口内均设有所述导向滚子300，也就是说所述导向滚子300相应设置在独立的外导向槽口111和内导向槽口221之间。
进一步地说，每个所述外导向槽口111和内导向槽口221的轮廓都是由连续多段弧形曲线拟合而成，并且该轮廓的两末端区段逐渐向着所述导向滚子300收缩靠近，使得所述导向块220在摆动过程中，一端会沿基盘100径向向内运动，同时另一端则沿基盘100径向向外运动(如图5a、5b所示)，以顺应所述圆弧过渡区域130的圆弧边线走向。具体地，所述外导向槽口111 和内导向槽口221轮廓两末端区段构造为逐渐向着导向滚子收缩靠近的变化，使得所述导向块220在所述摆动导孔110内来回摆动过程中，在所述导向滚子300运动轨迹的两个尽头方向产生一个朝向基盘100轴心的倾斜，从而适应了所述圆弧过渡区域130往内收缩的变化，防止所述导向件220在摆动过程中与摆动导孔110发生碰撞。
当然，应可理解的是，由于所述摆动导孔110在两边角上设置有逐渐收缩的所述圆弧过渡区域130，为避免在摆动过程中所述基盘100与所述摆单元200发生不必要的碰撞，所述导向块220朝向所述圆弧过渡区域130的末端应设置为圆滑边角，以顺应所述圆弧过渡区域130的轮廓变化。
进一步地，如图2、图3所示，所述导向块220朝向所述摆动导孔110 内侧边角的两末端均设有凹槽，所述凹槽上对应安装有缓冲垫块250，所述缓冲垫块250可采用橡胶材料或其他弹性非金属材料制成，当所述导向块220 接近于最大摆角时，其左右侧壁或者内侧壁与摆动导孔110通过所述缓冲垫块250进行接触，从而达到缓冲减震的效果。
本实施例中，为实现均匀的隔振效果，所述基盘100上环形均匀设置有四个所述摆动导孔110，所述导向块220为适配于所述摆动导孔110槽型并沿着所述摆动导孔110移动的弧形块，并且所述质量板210为弧形摆块，所述弧形摆块的外轮廓与基盘100的外边缘相平。
为了进一步论证所述圆弧过渡区域130以及所述导向槽口非线性轮廓变化发明点的有效性，本实施例对优化前和优化后的离心摆进行了强度仿真对比。
其中，优化前的离心摆在摆动导孔两边角处以及导向块末端均采用常规的倒钝处理，此时t1/t0＝1/8；优化后的离心摆按照本发明内容设置有圆弧过渡区域、导向槽口末端收缩，并且将导向块末端形状调整为圆滑边角，此时 t2/t0＝1/4；试验内容为利用三维仿真软件模拟实际工作环境，分别对优化前和优化后的离心摆进行12000圈/分钟的绕轴转动，然后先后收集如图6所示的四个固定点(图中位置A-D)的模拟应力值和两个固定点(图中位置E、F) 的变形量进行比对，试验结果如下：
(1)优化前的基盘(常规基盘)强度仿真分析数据，也可参阅图7(a)(b)
(2)优化后的基盘(本发明基盘)强度仿真分析数据，也可参阅图8(a)(b)
(3)将优化前与优化后基盘受到的应力值进行对比分析
由上述实验数据可知，优化后基盘100的最大应力点出现在摆动导孔110 的边角处，也就是所述圆弧过渡区域130，优化后受到的应力均小于2000Mpa，可见所述圆弧过渡区域130逐渐收缩以及所述导向槽轮廓变化的设置，能够显著有效地降低所述基盘100受到的外力冲击，有助于提高离心摆的结构强度和疲劳安全系数。
以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种离心摆，包括基盘，所述基盘上设有至少两个沿基盘周向设置的摆动导孔，每个所述摆动导孔上均活动设置有摆单元，所述摆单元包括设置在所述摆动导孔内的导向块，所述导向块与所述摆动导孔靠近所述基盘盘心的相邻周向侧壁之间活动设置有止挡滚子，所述导向块和所述摆动导孔远离所述基盘盘心的相邻周向侧壁之间设有导向槽口，每个所述导向槽口包括外导向槽口和内导向槽口，所述外导向槽口和内导向槽口之间活动设置有导向滚子，其特征在于：所述摆动导孔在远离所述基盘盘心的周向侧壁的两边角上设置有逐渐向着所述基盘盘心收缩靠近的圆弧过渡区域，所述外导向槽口和内导向槽口的轮廓由连续多段弧形曲线拟合而成，并且该轮廓的两末端区段逐渐向着所述导向滚子收缩靠近。
2.根据权利要求1所述的一种离心摆，其特征在于：所述圆弧过渡区域沿着所述基盘的径线方向从外向内逐渐收缩靠近，实现所述摆动导孔外侧壁边角到所述基盘外缘之间截面面积的递增。
3.根据权利要求2所述的一种离心摆，其特征在于：所述导向块朝向所述圆弧过渡区域的末端为圆滑边角，以顺应所述圆弧过渡区域的轮廓变化。
4.根据权利要求1所述的一种离心摆，其特征在于：所述导向滚子与所述外导向槽口和内导向槽口的槽面抵接，在所述外导向槽口和内导向槽口的轮廓以及轮廓末端形状作用下，所述导向滚子的运动轨迹为一条由连续多段弧形曲线拟合而成的不规则曲线，能够实现离心摆的过度调谐。
5.根据权利要求1所述的一种离心摆，其特征在于：所述导向块和所述摆动导孔靠近所述基盘盘心的相邻周向侧壁之间设有止挡槽口，所述止挡槽口包括相邻且相对设置的外止挡槽口和内止挡槽口，所述止挡滚子设置在所述外止挡槽口与所述内止挡槽口之间且与所述外止挡槽口和所述内止挡槽口的槽面抵接，所述止挡槽口用于限制所述止挡滚子在所述导向块和所述摆动导孔靠近所述基盘盘心的相邻周向侧壁之间活动。
6.根据权利要求5所述的一种离心摆，其特征在于：所述外止挡槽口的数量至少为一个，并设置在所述导向块的周向侧壁上；所述内止挡槽口的数量至少为两个，均设置在所述摆动导孔的周向侧壁上；在所述导向块来回摆动的过程中，所述止挡滚子能够顺势滑进相应位置的所述内止挡槽口。
7.根据权利要求6所述的一种离心摆，其特征在于：所述导向块朝向所述摆动导孔内侧边角的两末端上设置有缓冲垫块。
8.根据权利要求7所述的一种离心摆，其特征在于：所述基盘上环形均匀设置有四个所述摆动导孔，所述导向块为适配于所述摆动导孔槽型并沿着所述摆动导孔移动的弧形块。
9.根据权利要求8所述的一种离心摆，其特征在于：所述摆单元由两质量板以及夹在两所述质量板之间的所述导向块组成，两所述质量板分设在所述基盘的两侧，所述质量板的外轮廓与基盘的外边缘相平。
10.根据权利要求9所述的一种离心摆，其特征在于：所述质量板与所述导向块之间设置有阻尼垫片。
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