CN115803539A - 用于确定振动阻尼器或减振器的寿命状态的方法以及用于执行该方法的装置 - Google Patents

Abstract

根据本发明的用于确定振动阻尼器(1)、特别是扭转振动阻尼器或减振器的使用寿命条件的方法，具有主质量块和副质量块，并具有设置在主质量块和副质量块之间的工作腔，工作腔填充有粘性阻尼介质，其中，振动阻尼器(1)设置在发动机(8)、特别是内燃机的曲轴(7)上，为了抑制或消除曲轴(7)的扭转振动，构成发动机(8)一部分的曲轴(7)被设计为在操作该发动机(8)时具有以下步骤。S1)操作发动机(8)；S2)确定发动机(8)的至少一个操作参数；S3)模拟粘性阻尼介质在工作腔中的温度分布；和S4)基于发动机(8)的操作参数和模拟粘性阻尼介质的温度分布的结果确定振动阻尼器(1)的寿命条件。还涉及用于执行所述方法的组件。

Description

用于确定振动阻尼器或减振器的寿命状态的方法以及用于执 行该方法的装置

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于确定振动阻尼器、特别是扭转振动阻尼器或减振器的寿命条件的方法。本发明还涉及一种用于执行这种方法的装置。

背景技术

振动阻尼器可用于不同地阻尼振动装置的机械振动。为了阻尼扭转振动，例如，将扭转振动阻尼器与布置在诸如活塞式发动机的内燃机的曲轴和传动系之间的阻尼装置一起使用。扭转振动阻尼器也可以安装在曲轴的自由端上。

扭转振动阻尼器可以设计为所谓的粘性阻尼器(visco-damper)，其例如具有作为主质量块的壳体、环形工作腔和作为副质量块的飞轮环。飞轮环布置在环形工作腔中，使得其能够相对于壳体旋转并且被粘性阻尼介质包围。

粘性阻尼介质例如是硅油。阻尼介质随时间老化。重要的老化促进剂是由高温、进气、催化过程和任何杂质类型和数量引起的应力。粘性阻尼介质的使用寿命决定性地取决于介质的温度。

文献EP3242055B1描述了振动阻尼器的磨损指示器。测量振动阻尼器的温度。阻尼介质的温度是关键因素。

然而，被认为不利的是，不能从外部直接测量阻尼介质的温度。其原因是，阻尼介质的温度强烈地取决于半径并且在阻尼介质布置在其中的阻尼间隙上也具有非常陡的梯度(例如，在0.6mm内35℃)。通过测量非常精确地确定阻尼介质的温度的尝试是极为困难的，因为必须在阻尼介质的各个点处进行测量。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种改进的用于确定振动阻尼器、特别是扭转振动阻尼器或减振器的寿命条件的方法。

所述目的通过根据权利要求1所述的方法来实现。

所述目的还通过根据权利要求14所述的组件来实现。

本发明的构思基于模拟阻尼介质的温度分布的事实。该模拟作为机器的操作状态的函数来执行。

根据本发明的用于确定振动阻尼器、特别是扭转振动阻尼器或减振器的使用寿命条件的方法，所述振动阻尼器具有主质量块和副质量块，并具有布置在主质量块和副质量块之间的工作腔，该工作腔填充有粘性阻尼介质，其中，振动阻尼器布置在发动机、特别是内燃机的曲轴上，以便阻尼或消除该曲轴的扭转振动，曲轴构成发动机一部分，该方法被设计为在操作该发动机时具有以下步骤。S1)操作发动机；S2)确定发动机的至少一个操作参数；S3)模拟粘性阻尼介质在工作腔内的温度分布；以及S4)基于发动机的操作参数和模拟粘性阻尼介质的温度分布的结果来确定振动阻尼器的寿命条件。

一个特别的优点是该过程可以在不测量阻尼介质的温度的情况下执行。

根据本发明的用于确定振动阻尼器、特别是扭转振动阻尼器或减振器的使用寿命条件的组件包括振动阻尼器和具有机器控制器的机器。该组件还具有评估装置，该评估装置具有计算机单元和用于存储数据的至少一个存储装置，该计算机单元具有用于温度分布的至少一个模拟程序。

特别有利的是，不需要具有相关安装的复杂测量技术。该组件被设计成执行上述的本发明的方法。仅评估以任何方式已知的变量，例如机器的操作数据。这些已知的变量可以以简单的方式从机器控制系统获得。

本发明的有利的其它方面是从属权利要求的主题。

在该方法的一个方面中，在机器的操作期间以预定间隔重复步骤S1)和S2)，并且基于所执行的多个或全部操作参数确定和温度分布模拟来确定振动阻尼器的疲劳寿命条件。

在此有利的是，操作参数是机器的操作时间，因为这些值是可用的并且可以例如作为电数据值以简单的方式从机器控制系统获得。

本发明的另一方面规定，当模拟粘性阻尼介质的温度分布时，确定三维温度分布作为粘性阻尼介质在工作腔中的温度场。通过对阻尼介质的三维温度场的精确模拟，根据机器的操作状态并因此也有利地在振动阻尼器的使用寿命内，可以获得关于振动阻尼器中的温度分布的明显更精确的信息。

还规定，所述主质量块具有带环形工作腔的环形壳体并且所述副质量块是布置在所述环形壳体内的飞轮环，填充有粘性阻尼介质(特别是硅油)的间隙在工作腔中形成在飞轮环和壳体之间，在模拟粘性阻尼介质的温度分布期间，确定粘性阻尼介质在工作腔中的间隙内的三维温度分布。有利的是，为此不需要传感器。

同样有利的是，对于机器的不同操作状态，温度分布可以作为粘性阻尼介质的温度场被模拟，因为这允许对振动阻尼器的使用寿命作出更精确的说明。

另一方面，粘性阻尼介质的温度场的模拟值可用于确定阻尼介质的相关降级速率，并与作为参考值的先前存储的阻尼介质的降级速率值相比较。通过这种方式，可以快速和准确地确定寿命。

先前存储的阻尼介质的降级速率值可以作为用于所有操作条件的参考值存储，优选地存储在被设计为“查找表”的文件中。这提供了对参考值的快速访问，当然通过随后的相加可以以特定间隔更精确地指定所述参考值。

因此有利的是，通过将阻尼介质的瞬时降级速率与先前存储的参考值进行比较来确定阻尼介质的瞬时降级速率。这允许关于振动阻尼器的状态的最新说明。

有利的是，通过对所确定的阻尼介质随时间的降级速率进行积分来确定振动阻尼器的损坏并因此可以预测使用寿命。

通过这种方式，当超过先前限定的极限值时，可以有利地发出输出、警报、警告等。

在另一种形式中，利用对另一参数(例如振动阻尼器在先前限定的点处的外部温度)的测量的至少一次校准可用于该模拟的附加校准。

环境温度也可以选择性地或在机器和振动阻尼器的操作期间使用，以便能够更精确地说明振动阻尼器的使用寿命。

另外，与现有技术相比产生以下优点。

——不需要复杂的测量技术，相反，只评估在任何情况下已知的变量。这允许更精确地预测三维温度场并因此预测振动阻尼器的使用寿命。

——可以更精确地预测三维温度场并因此预测寿命。

——可以考虑阻尼介质中的短期温度变化，其例如在仅测量阻尼器外部温度时完全没有被注意到。

附图说明

下面使用附图描述本发明各方面的示例。

在附图中

图1示出根据本发明的组件的示意性框图；

图2示出振动阻尼器的示意性局部剖视图；

图3示出根据图2的振动阻尼器的间隙的示意性剖视图；

图4示出内部振动阻尼器的示意性剖视图；以及

图5是根据本发明的方法的示意性流程图。

具体实施方式

图1示出根据本发明的用于确定振动阻尼器1、特别是扭转振动阻尼器或减振器的使用寿命条件的组件的示意性框图。

该组件包括振动阻尼器1、具有机器控制器9的机器8和评估装置10。

这里，振动阻尼器1被设计为扭转振动阻尼器并且安装在机器8的曲轴7上，以便阻尼或消除曲轴7的扭转振动。该曲轴具有曲轴轴线7a。

例如，机器8是活塞发动机。机器控制器9通过一条或多条传输线连接到评估单元10。

评估装置10包括计算机单元11和用于存储数据的至少一个存储装置12，所述计算机单元具有用于温度分布的至少一个模拟程序。

此外，评估装置10确定振动阻尼器1的当前和剩余使用寿命，并通过输出部13输出信息和警报。例如，如果确定了关于振动阻尼器1的损坏或寿命终止的极限值，则触发警报。

输出部13连接到评估单元10或集成在该评估单元中。输出部13可以是屏幕、打印机、接口、光学输出、声学输出和/或触觉输出。

此外，该组件具有至少一个传感器14，利用该传感器可以记录振动阻尼器1的环境温度。

该组件被设计为执行如下详细描述的用于确定振动阻尼器或减振器、即振动阻尼器1的使用寿命条件的方法。

使用该方法可以确定粘性阻尼器、例如振动阻尼器1的使用寿命。为此目的，通过评估单元10的计算机单元11精确地模拟振动阻尼器1的阻尼介质的温度分布。该模拟根据机器8的操作状态来执行，所述机器的操作状态例如以来自机器控制器9的数据值的形式被传送给评估单元10。

图2示出振动阻尼器1的示意性局部剖视图，其被设计为具有旋转轴线1a的扭转振动阻尼器。

坐标x、y、z用于定向。坐标x沿旋转轴线1a的方向延伸，坐标y与所述旋转轴线成直角，坐标z在图2中在径向方向上。

扭转振动阻尼器的设计和功能被假定是已知的并且在此将不详细说明。在这方面，例如参考文献EP3242055B1。

振动阻尼器1在此具有作为主质量块的环形壳体2和布置在壳体2的工作腔2a中的作为副质量块的飞轮环3。工作腔2a在此被设计为环形腔。

壳体2和飞轮环3与旋转轴线1a同轴地布置并且能够绕该旋转轴线旋转。飞轮环3安装在壳体2中，使得其能够相对于壳体2旋转。轴承未示出。

在飞轮3与壳体2之间形成间隙4。间隙4填充有阻尼介质、例如硅油。阻尼取决于阻尼介质的粘性。

振动阻尼器1作为扭转振动阻尼器例如安装在内燃机、例如活塞式发动机(见图4)的曲轴7上。当振动阻尼器1在操作中时，间隙4内的阻尼介质加热，并且产生的热量被分配到壳体2和飞轮环3上。

在图2中，这种温度分布被示出为示例性用于飞轮3的温度场5。为此目的，飞轮3的横截面被划分为从飞轮3的径向外部区域沿旋转轴线1a的方向延伸的不同温度范围5-1至5-9。

对于这个示例，已经使用适当的计算机程序来模拟具有其温度范围5-1至5-9的温度场5。下面的表中的温度已经被计算出来并被分配到图2所示的温度范围5-1至5-9。

表1：温度场5

温度范围	温度[°K]
		5-1	402
5-2	400
		5-3	397
5-4	395
		5-5	393
5-6	392
		5-7	390
5-8	390
		5-9	389

可以看出，温度范围为5-1的飞轮3的外部径向截面的大部分具有最高温度。

图3示出沿着根据图2的线II-II的振动阻尼器1的间隙4的示意性剖视图。

间隙4被示出为矩形，其具有沿z方向的径向长度4a和沿y方向的横向长度。此外，用表示模拟温度场6的网格示出间隙4。

在模拟程序中将温度场6划分为有限元6a。这在此仅在y-z平面中二维地示出。有限元6a也可以是三维有限体积元。

温度场6的有限元6a沿径向z方向从间隙4的外半径开始向旋转轴线1a以分层的温度范围6-1至6-7布置。

将间隙4划分为一定数量的分层的温度范围6-1至6-7以及划分为特定数量的有限元6a可以适合于不同的边界条件。这里所示的数字仅仅是示例性的。

下表示出图2中所示的温度范围6-1至6-7在该示例中分配有模拟计算温度。

表2：温度场6

温度范围	温度[°K]
		6-1	390...392
6-2	392
		6-3	394...396
6-4	396
		6-5	398
6-6	400
		6-7	402

有限元6a的计算和分析可以在间隙4的径向长度4a、横向长度4b以及周向长度上进行。

温度场6从温度范围为6-7的边界层开始的直接与飞轮3的外半径接触的各层以及在其上方的例如一直到温度范围6-4的层具有最高的温度。这些阻尼介质层暴露于高剪切力并因此暴露于高内摩擦。

阻尼介质的温度强烈地取决于间隙4的半径并且在间隙上具有非常陡的梯度，例如在0.6mm的距离内35℃。

三维阻尼介质温度场6的精确模拟提供了关于作为机器的操作状态的函数的、振动阻尼器1中的温度分布以及因此也关于振动阻尼器1的使用寿命的更精确的信息。

图4示出具有温度模拟的内部振动阻尼器1'的示意性剖视图。

这里仅输入相应温度场5'的三个温度范围5'-1至5'-3。下表中给出了相应的相关温度范围5'-1至5'-3的温度。

表3：温度场5'。

温度范围	温度[℃]
		5’-1	144
5’-2	139
		5’-3	133

图5示出根据本发明的用于确定振动阻尼器或减振器、例如振动阻尼器1的使用寿命条件的方法的示意性流程图。

在第一过程步骤S1中，操作机器8、例如活塞发动机、内燃机等。

在第二过程步骤S2中，确定机器8的至少一个操作参数。将机器控制器9的特定数据值发送给评估装置10可以实现这一点。

例如，机器8的这种操作参数可以是机器8的操作时间。

在第三过程步骤S3中，模拟粘性阻尼介质在振动阻尼器1的工作腔2a、2'a中的温度分布、即温度场6。该模拟借助于评估单元10的计算机单元11中的一个或多个模拟程序来执行。

该模拟优选地确定粘性阻尼介质在工作腔2a、2'a中和在工作腔的间隙4中的三维温度分布。

最后，在第四过程步骤S4中，基于机器8的操作参数和模拟的结果来确定振动阻尼器1的寿命条件。

在操作期间以预定间隔重复过程步骤S1和S2。基于所执行的大多数或全部操作参数确定和温度分布模拟来确定使用寿命条件。

此外，利用例如通过传感器14对振动阻尼器例如在一点处的外部温度的测量的一次校准可以用于模拟模型的附加校准。环境温度也可以按时使用，或者也可以在机器8和振动阻尼器1的操作期间使用。

也可以针对不同的操作条件来确定阻尼介质的三维温度场6。

使用模拟值，确定阻尼介质的相关降级速率，并将其与先前存储的参考值进行比较。如果超过极限值，则可发出输出、警报、警告等。

先前存储的参考值可以作为用于所有操作条件的降级速率的存单以表格形式存储在评估单元10的存储器12中的文件(“查找表”)中。

通过这种方式，可以确定和/或显示瞬时降级速率。

振动阻尼器1的损坏可以通过对降级速率随时间进行积分来确定并且也可以存储起来，以例如用于检查。

本发明不受上述设计示例限制，而是可以在权利要求的范围内进行修改。

可以想到，评估装置10可以完全或部分地集成到机器控制器9中。

附图标记列表

1 振动阻尼器

2、2' 壳体

2a、2'a 工作腔

3、3' 飞轮

4、4' 间隙

4a 径向长度

4b 横向长度

5 温度场

5-1...5-9 温度范围

6 温度场

6a 有限元

6-1...6-7 温度范围

7 曲轴

7a 曲轴轴线

8 机器

9 机器控制器

10 评估装置

11 计算机单元

12 存储装置

13 输出部

14 传感器

S1、S2、S3、S4 步骤

x、y、z 坐标

Claims (15)

1.根据本发明的用于确定振动阻尼器(1)、特别是扭转振动阻尼器或减振器的使用寿命条件的方法，所述振动阻尼器具有主质量块和副质量块并具有工作腔(2a、2'a)，所述工作腔布置在所述主质量块和所述副质量块之间并且填充有粘性阻尼介质，其中，所述振动阻尼器(1)布置在发动机(8)、特别是内燃机的曲轴(7)上，为了抑制或消除该曲轴(7)的扭转振动，所述曲轴(7)构成所述发动机(8)的一部分，所述方法被设计为在操作该发动机(8)时具有以下步骤：

S1)操作所述发动机(8)；

S2)确定所述发动机(8)的至少一个操作参数；

S3)模拟所述粘性阻尼介质在所述工作腔(2a、2'a)中的温度分布；以及

S4)基于所述发动机(8)的所述操作参数和模拟所述粘性阻尼介质的所述温度分布的结果来确定所述振动阻尼器(1)的寿命条件。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在机器(8)的操作期间以预定间隔重复步骤S1)和S2)，并且基于多个或全部所执行的操作参数确定和温度分布模拟来确定所述振动阻尼器(1)的使用寿命条件。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述操作参数是机器(8)的操作时间。

4.根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，在模拟所述粘性阻尼介质的所述温度分布时，确定三维温度分布作为所述粘性阻尼介质在所述工作腔(2a、2'a)中的温度场(6)。

5.根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，所述主质量块包括环形壳体(2、2')，所述环形壳体具有环形工作腔(2a、2'a)，并且所述副质量块是布置在所述环形壳体(2)中的飞轮环(3、3')，由此在所述飞轮环(3、3')和所述环形壳体(2、2')之间，在所述工作腔(2a、2'a)中形成填充有所述粘性阻尼介质、特别是硅油的间隙(4)，在模拟所述粘性阻尼介质的所述温度分布期间确定所述粘性阻尼介质在所述工作腔(2、2')中的所述间隙(4)内的三维温度分布。

6.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述温度分布的模拟作为所述粘性阻尼介质的温度场(6)针对机器(8)的不同操作状态来执行。

7.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，借助于所述粘性阻尼介质的温度场(6)的模拟值，确定所述粘性阻尼介质的相关降级速率，并将所述相关降级速率与作为参考值的先前存储的所述粘性阻尼介质的降级速率值进行比较。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述粘性阻尼介质的先前存储的降级速率值被存储为用于所有操作状态的参考值，优选地被存储在形成为查找表的文件中。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，通过与先前存储的参考值进行比较来确定所述粘性阻尼介质的瞬时降级速率。

10.根据权利要求7至9之一所述的方法，其特征在于，通过对所确定的所述粘性阻尼介质随时间的降级速率进行积分来确定所述振动阻尼器(1)的损坏。

11.根据权利要求7至10之一所述的方法，其特征在于，当超过先前可限定的极限值时，在比较期间给出输出、警报、警告等。

12.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，将利用对另一参数、例如振动阻尼器(1)在先前可确定的点处的外部温度的测量的至少一次校准用于所述模拟的附加校准。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在点处或在机器(8)和所述振动阻尼器(1)的操作期间使用环境温度。

14.一种用于确定振动阻尼器(1)、特别是扭转振动阻尼器或减振器的使用寿命条件的组件，包括振动阻尼器(1)和具有机器控制器(9)的机器(8)，其特征在于，所述组件还包括评估装置(10)，所述评估装置具有计算机单元(11)和至少一个用于存储数据的存储装置(12)，所述计算机单元具有至少一个用于温度分布的模拟程序。

15.根据权利要求14所述的组件，其特征在于，用于执行用于确定振动阻尼器(1)、特别是扭转振动阻尼器或减振器的使用寿命状态的方法的组件根据权利要求1至14之一设计。

Images