CN112682474A - 双质量飞轮 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种双质量飞轮，包括同轴设置的第一质量及第二质量；该第一质量和第二质量之间通过弹性单元传递扭矩，该弹性单元包括第一涡卷弹簧，该第一涡卷弹簧与该第一质量及第二质量同轴设置，该第一涡卷弹簧的第一端与该第二质量相结合，第二端与该第一质量相结合。

Description

双质量飞轮

技术领域

本发明涉及一种交通工具的零部件及使用该零部件的交通工具，特别涉及一种双质量飞轮及车辆。

背景技术

双质量飞轮(Double Mass Flywheel，简称DMFW)是一种应用于汽车动力传动系中的机械结构，用于隔离发动机曲轴的扭转振动。双质量飞轮在其各参数已确定的条件下，在发动机的整个工作转速范围内，具有非线性的特点，这一特性使得动力传动系在发动机的工作转速范围内，特别是在易发生共振的低速范围内，使传动系的扭转振动的负荷得到抑制，大大削减了传动系的扭振振幅及其引起的噪声，从而使得共振现象难以发生。

现有技术中的双质量飞轮具有第一质量或称初级飞轮和第二质量或称次级飞轮，它们相对于双质量飞轮的转动轴线是可旋转的并且通过连接装置转动地且弹性地相互连接。第一质量保留在原来发动机一侧的位置上，用于起动和传递发动机的转动扭矩。第二质量设置在传动系变速器一侧，用于提高变速器的转动惯量。两部分飞轮之间设置环形的腔槽，腔槽中设置弹簧减振器，由弹簧减振器将两部分飞轮连接为一个整体，以抑制扭振从发动机传到变速器。

现有技术中的双质量飞轮的弹簧减振器为圆弧弹簧。如图1中所示，圆弧弹簧3较好的解决了有限设计空间内实现减振器低扭转刚度的问题，并能降低双质量飞轮的生产成本。双质量飞轮的圆弧弹簧分为长螺旋弹簧、短螺旋弹簧。长螺旋弹簧与保持器之间会产生摩擦，从而使扭转特性受到影响，并且摩擦还会影响使用寿命。短螺旋弹簧的分布半径较大，所受的离心力大。在同等扭矩下，弹簧易发生径向变形，加剧弹簧失效。另一方面，无论采用长螺旋弹簧还是短螺旋弹簧，双质量飞轮传递扭矩的极限值受双质量飞轮的尺寸所限。

有鉴于此，现有技术中急需要一种新的双质量飞轮，能克服现有技术中所存在的一个或多个缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双质量飞轮，克服现有的双质量飞轮存在的技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明公开一种双质量飞轮，包括同轴设置的第一质量及第二质量；该第一质量和第二质量之间通过弹性单元传递扭矩，该弹性单元包括第一涡卷弹簧，该第一涡卷弹簧与该第一质量及第二质量同轴设置，该第一涡卷弹簧的第一端与该第二质量相结合，第二端与该第一质量相结合。

更进一步地，该第一涡卷弹簧位于该双质量飞轮的内侧。

更进一步地还包括第一阻尼吸收装置，该第一阻尼吸收装置位于该第一涡卷弹簧的弹簧圈之间，和/或位于该第一涡卷弹簧与该第二质量之间，和/或位于该第一涡卷弹簧与该第一质量之间。

更进一步地，还包括第一限位装置，该第一限位装置位于该第一涡卷弹簧与该第二质量之间，和/或位于该第一涡卷弹簧与该第一质量之间。

更进一步地，该第二质量包括卡合槽，该第一限位装置容纳于该卡合槽内，和/或该第一质量包括卡合槽，该第一限位装置容纳于该卡合槽内。

更进一步地，该第一限位装置由含玻纤的聚酰胺制成。

更进一步地，还包括芯轴，该芯轴的第一端连接该第一质量，第二端连接该第二质量，该第一涡卷弹簧位于该芯轴的内侧面。

更进一步地，该芯轴与该第一质量之间设置止推装置。

更进一步地，还包括第二涡卷弹簧，该第二涡卷弹簧与该第一质量及第二质量同轴设置，该第二涡卷弹簧的第一端与该第二质量相结合，第二端与该第一质量相结合，该第一涡卷弹簧与第二涡卷弹簧的盘绕方向相同或相反。

更进一步地，该第一质量和第二质量通过第一轴承连接，和/或该第一质量和变速箱传动轴通过第二轴承连接。

本发明还公开一种车辆，其特征在于，该车辆包括动力传动系统，该动力传动系统包括上文所述双质量飞轮。

与现有技术相比较，本发明所提供的双质量飞轮可以有效地消除发动机曲轴、启动电机以及变速箱传递轴所产生的振动频率和振幅。本发明可以解决现有的双质量飞轮可传递扭矩过小，无法适用大功率车辆的问题。本发明还可以解决车辆启停时摆动过大、换挡和行驶过程中所产的NVH，并且在超负荷工作状态下也能提供缓冲隔振作用。

附图说明

本领域的普通技术人员将会理解，提供的附图用于更好地理解本发明，而不对本发明的范围构成任何限定。其中：

图1为现有技术中采用的双质量飞轮的结构示意图；

图2为本发明较佳实施例一的双质量飞轮的平视图；

图3为本发明较佳实施例二的双质量飞轮的剖视图；

图4为本发明较佳实施例二的双质量飞轮的爆炸图；

图5为本发明所提供的双质量飞轮的弹性垫的结构示意图；

图6为本发明所示的双质量飞轮的刚度曲线图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”“上”“下”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。本发明中所述的术语“外部”、“外侧”通常是指远离传动轴轴线的位置，“内部”、“内侧”通常是指靠近传动轴轴线的位置。“轴向”是指传动轴轴线延伸的方向，“径向”是指与传动轴轴向相垂直的方向。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明中所述“第一”、“第二”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于名称的区分。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的目的在于提供一种双质量飞轮，解决现有的双质量飞轮可传递扭矩过小，无法适用大功率车辆的问题。为了实现上述发明目的本发明提供了一种双质量飞轮，该双质量飞轮包括同轴设置的第一质量及第二质量；所述第一质量和第二质量之间通过弹性单元传递扭矩，弹性单元包括涡卷弹簧，所述涡卷弹簧与第一质量及第二质量同轴设置，所述涡卷弹簧的第一端与所述第二质量相结合，第二端与所述第一质量相结合。当发动机的旋转动力传递至第一质量时，通过涡卷弹簧发生弹性形变可以抑制动系的扭转振动的负荷，减少在动力传递过程中所产生的噪声、冲击和振动。

以下将结合附图和实施例详细地说明本发明，在说明过程中为了便于理解将给出典型的示范、示例，但该些示范和示例并非本发明可以实现的唯一方式。

图2为本发明较佳实施例一的双质量飞轮的平视图。如图2所示，该双质量飞轮包括第一质量10。第一质量10与发动机的曲轴同轴连接，鉴于本发明中若干部件均同轴连接，为了说明简便，将以发动机的曲轴的轴线代指双质量飞轮的轴线。第一质量10和第二质量之间通过涡卷弹簧11连接，涡卷弹簧11的一端和第一质量结合，另一端和第二质量结合，通过弹性形变吸收振动。在本实施例中，第一质量10上设置凹槽10a，涡卷弹簧11的一端容纳于凹槽10a中，另一端容纳于位于第二质量16上的凹槽16a。涡卷弹簧11可以仅具有一圈，也可以为两圈或以上，本领域普通技术人员可以根据传动系统传递扭矩的大小自行设计。

在优选的方案中，涡卷弹簧11与第一和第二质量的结合端位于同一径向延长线上，该技术方案可以有效约束车辆起步和停止阶段的过大的摆动。

在另一种优选的方案中，涡卷弹簧11与第一质量10和第二质量16之间的空隙中可以设置阻尼吸收元件12。阻尼吸收元件12由可以发生弹性形变的材料制成，比如可以是橡胶条或塑料带。橡胶条填塞于涡卷弹簧11的弹簧圈之间，或涡卷弹簧11与第一质量10和第二质量16之间。阻尼吸收元件12可以固定涡卷弹簧的位置，防止涡卷弹簧11过度位移，并且能作为阻尼件，利用弹性垫15摩擦系数大的特点对涡卷弹簧11提供摩擦阻尼。因此，在该实施例中，当传动轴振动时，振动通过传动轴传递至第一质量10，第一涡卷弹簧11发生弹性形变吸收震动，阻尼吸收元件12进一步产生摩擦阻力阻碍第一涡卷弹簧11发生弹性形变，被两次吸收后的振动再次通过第一涡卷弹簧11传递至第二质量16，从而实现极大地降低NVH(噪声、振动与声振粗糙度)。极端情况下，当传递轴过载时，双质量飞轮会进入超负荷状态，由于阻尼吸收元件12对涡卷弹簧11进行了限位，使该涡卷弹簧11不会发生失去弹性形变的极端情形，即使超过工作刚度，也不会完全失效。

在一种优选实施例中，该阻尼吸收元件12是一缺口圆环状的橡胶垫片。如图5所示，该橡胶垫片12包括从外到内三个凸起12a、12b、12c，凸起用于填充缝隙。从剖视图上看，该橡胶垫片12的形状类似于“Ш”形。与若干根橡胶条相比较，该橡胶垫片是一个完整的结构，限位和阻尼效果更好。如果增加涡卷弹簧11的圈数则可以相应地增加橡胶垫片12的凸起的数量，设计和加工都非常方便。

本发明还包括限位装置13，该限位装置与阻尼吸收元件相比较刚性更大，换言之，可发生形变的空间更小。发明人通过实验发现，增加刚性的限位装置13后，可以有效增加车辆换挡时的平稳过度。

该限位装置13包括两个限位块，第一限位块13b位于涡卷弹簧11和第一质量10之间，第二限位块13a位于涡卷弹簧11和第二质量16之间。优选地，第一限位块13b以凹槽10a为中心，分布于凹槽10a的两侧；第二限位块13a以凹槽16a为中心，分布于凹槽16a的两侧。第一质量10上设置第二凹槽10b，第一限位块13b的部分容纳于第二凹槽10b中。第二质量16上设置第二凹槽16b，第二限位块13a的部分容纳于第二凹槽13b中。该限位装置13可以由刚性材料如金属、高分子材料制成。优选地，该限位装置13由含玻纤的聚酰胺制成，优点为抗疲劳、摩擦系数小。

在一种优选实施例中，涡卷弹簧11位于双质量飞轮的内侧。内侧是指以双质量飞轮的径向长度为基准，涡卷弹簧11分布于中点上或轴心至中点之间。该设计可以降低双质量飞轮本身的制造成本并且减少双质量飞轮的重量，进而降低传动系统的总重量。在另一种优选实施例中，涡卷弹簧11位于双质量飞轮的第一质量和第二质量所形成的全部容纳空间中，这样设计可以降低双质量飞轮的最大直径，减少双质量飞轮的尺寸。

图3为本发明较佳实施例二的双质量飞轮的剖视图，图4为本发明较佳实施例二的双质量飞轮的爆炸图。以下将结合图3和图4详细说明本发明的第二实施方式。如图3所示，第一质量10的外侧面包括三节台阶，第一级台阶与起动电机齿轮30连接，齿圈22的内表面与起动电机齿轮30的外表面连接。第一质量与发动机曲轴40连接，并通过轴承14与变速箱传动轴50连接。第二质量16与芯轴15通过螺钉20连接。芯轴15一端与第二质量16连接，另一端与第一质量10结合。在本实施例中第一质量10包括一环形槽，芯轴15的一端被容纳于所述环形槽内。

在本实施例中，芯轴15将该双质量飞轮分割成为内侧和外侧，即位于芯轴15内表面所在空间中为内侧，位于芯轴15外表面所在空间中为外侧。弹性元件就容纳于内侧中，该设计可以降低双质量飞轮本身的制造成本并且减少双质量飞轮的重量。另一方面，当弹性单元位于芯轴15的内侧时，可以更加有效地设计第一质量和第二质量的重量比，达到最佳平衡。第一质量10和第二质量16通过轴承20连接，其中轴承20的内圈连接第一质量10，轴承20的外圈连接第二质量16。

弹性元件位于第一质量10、第二质量16、芯轴15和轴承20形成的相对封闭的容纳空间中，避免外界的灰尘油污进入从而导致涡卷弹簧和/或弹性垫失效。本实施例中包括两组弹性元件，两组弹性元件分别包括一个涡卷弹簧11，两个涡卷弹簧11分别以相同或不同方向绕制。优选地，一个为逆时针，另一个为顺时针。该设计可以从两个方向对振动进行隔离和平衡。两个涡卷弹簧11彼此位于不同的橡胶垫片12中。在一种优选实施例中，在第一涡卷弹簧和第二涡卷弹簧之间设置了垫片19，垫片19可以隔离两个涡卷弹簧，并使彼此之间不产生干扰。涡卷弹簧11的第一端与第一质量10连接，另一端与芯轴15连接。

在一种优选实施例中，芯轴15和第一质量10之间包括止推装置。本实施例中止推装置为一止推环18，还可以是分布于芯轴15和第一质量10之间的止推片。在一种优选实施例中，芯轴15靠近第一质量10的一侧包括容纳槽用于容纳止推环18，这样可以防止止推环18移位，影响密封效果。

该双质量飞轮工作时，扭矩从齿圈22传递至第一质量10。当第一质量10受扭转力矩旋转时，涡卷弹簧11发生弹性形变，吸收振动。发生弹性形变后的涡卷弹簧11将扭矩传递至芯轴15，由于芯轴15与第二质量16通过螺钉20固定，因此扭矩通过芯轴15传递至第二质量16。第二质量相对于第一质量扭转，扭矩再次传递至于第二质量16连接的离合器从动盘，从而完成扭矩的传递。

如图6所示，图6为本发明所示的双质量飞轮的刚度曲线图，该刚度曲线图为平稳过度的三段式。该刚度曲线图包括k1段和k2段。在k1段主要由阻尼吸收元件实现缓冲减振，k2阶段由涡卷弹簧实现缓冲减振，即使传递的扭矩达到400Nm，也具有非常好的缓冲、减振效果，不会导致失效或打滑。与现有技术中可传递300Nm扭矩的双质量飞轮比起来，上限值提升了141％，技术效果非常明显。更进一步地，由于设置了限位单元，使k1和k2之间的过渡曲线非常平滑，这证明在换挡期间，该双质量飞轮仍然可以实现良好的缓冲减振效果。由此可见，该双质量飞轮尤其适合于大功率的车辆。

与现有技术相比较，本发明所提供的双质量飞轮可以有效地消除发动机曲轴、启动电机以及变速箱传递轴所产生的振动频率和振幅。本发明可以解决现有的双质量飞轮可传递扭矩过小，无法适用大功率车辆的问题。本发明还可以解决车辆启停时摆动过大、换挡过程中所产的NVH，并且在超负荷工作状态下也能提供缓冲隔振作用。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (11)

1.一种双质量飞轮，包括同轴设置的第一质量及第二质量；所述第一质量和第二质量之间通过弹性单元传递扭矩，其特征在于，所述弹性单元包括第一涡卷弹簧，所述第一涡卷弹簧与所述第一质量及第二质量同轴设置，所述第一涡卷弹簧的第一端与所述第二质量相结合，第二端与所述第一质量相结合。

2.如权利要求1所述的双质量飞轮，其特征在于，所述第一涡卷弹簧位于所述双质量飞轮的内侧。

3.如权利要求1所述的双质量飞轮，其特征在于，还包括第一阻尼吸收装置，所述第一阻尼吸收装置位于所述第一涡卷弹簧的弹簧圈之间，和/或位于所述第一涡卷弹簧与所述第二质量之间，和/或位于所述第一涡卷弹簧与所述第一质量之间。

4.如权利要求1所述的双质量飞轮，其特征在于，还包括第一限位装置，所述第一限位装置位于所述第一涡卷弹簧与所述第二质量之间，和/或位于所述第一涡卷弹簧与所述第一质量之间。

5.如权利要求4所述的双质量飞轮，其特征在于，所述第二质量包括卡合槽，所述第一限位装置容纳于所述第二质量的卡合槽内，和/或所述第一质量包括卡合槽，所述第一限位装置容纳于所述第一质量的卡合槽内。

6.如权利要求4所述的双质量飞轮，其特征在于，所述第一限位装置由含玻纤的聚酰胺制成。

7.如权利要求1所述的双质量飞轮，其特征在于，还包括芯轴，所述芯轴的第一端连接所述第一质量，第二端连接所述第二质量，所述第一涡卷弹簧位于所述芯轴的内侧面。

8.如权利要求7所述的双质量飞轮，其特征在于，所述芯轴与所述第一质量之间设置止推装置。

9.如权利要求1所述的双质量飞轮，其特征在于，还包括第二涡卷弹簧，所述第二涡卷弹簧与所述第一质量及第二质量同轴设置，所述第二涡卷弹簧的第一端与所述第二质量相结合，第二端与所述第一质量相结合，所述第一涡卷弹簧与第二涡卷弹簧的盘绕方向相同或相反。

10.如权利要求1所述的双质量飞轮，其特征在于，所述第一质量和第二质量通过第一轴承连接，和/或所述第一质量和变速箱传动轴通过第二轴承连接。

11.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括动力传动系统，所述动力传动系统包括如权利要求1-10任一项所述的双质量飞轮。

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