CN118043569A - 扭转阻尼器 - Google Patents

Abstract

扭转阻尼器包括经由多根撑杆将固定于发动机的曲轴等旋转轴的凸台和圆环状的轮圈一体设置的轮毂，并使圆环状的振动环隔着弹性体与轮圈的外周面连结。撑杆具有不超过轮毂的轴向的共振频率的波长的1/4的长度的周向的宽度尺寸，并在轴向的厚度尺寸不超过轮毂的轴向的共振频率的波长的1/2的长度的范围内进行壁厚化。撑杆的壁厚化例如通过将轴向的厚度尺寸限定为轮毂的轴向的共振频率的波长的1/4以上的长度来实现。撑杆具有向轴向倾斜的形状。

Description

扭转阻尼器

技术领域

本公开涉及一种扭转阻尼器。

背景技术

扭转阻尼器例如在机动车的发动机中，用作驱动辅助设备类的曲轴带轮。曲轴带轮安装在设于发动机的曲轴的端部，经由带来驱动辅助设备类。

用作曲轴带轮的扭转阻尼器具有固定于曲轴的轮毂，并具有在轮毂的外周面经由弹性体连结振动环的结构。在作为动态吸振器观察时，弹性体成为弹簧，振动环成为质量体(mass)。因此，追随曲轴的旋转而旋转的振动环沿旋转方向共振，从而抑制曲轴的扭转共振的是基于扭转阻尼器的抑制振动的构造。

根据发动机的结构，在旋转的曲轴产生振动。曲轴的振动传递至扭转阻尼器，主要从轮毂放射而产生放射音。放射音成为噪音，因此考虑了各种各样的抑制这种噪音的技术。

例如，在日本特开平05-202987号公报(专利文献1)中公开了在扭转阻尼器的轮毂的前面侧安装吸音板，抑制从轮毂放射的放射音的发明。

作为另一方式，例如如日本特开2020-041684号公报(专利文献2)公开的那样，已知一种在轮毂设置空腔部的扭转阻尼器。导入空腔部的放射音的一部分被转换为与从轮毂发生的放射音相位相反的声波，因此尝试通过声波的干涉来想要消除放射音(参考文献2的段落[0030])。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平05-202987号公报

专利文献2：日本特开2020-041684号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

如日本特开平05-202987号公报(专利文献1)所记载的发明那样，在将吸音板安装到扭转阻尼器的情况下，部件数量增加而增大部件成本。制造工序的增加也是想避免的事情之一。

日本特开2020-041684号公报(专利文献2)记载的发明由于不需要吸音板之类的其他部件，因此在部件数量、制造工序数的方面被认可优越性，但是需要空腔部用的专有空间，大型化是不可避免的。

上述两篇文献(专利文献1、2)记载的发明中均期望得到改良。想要实现在避免附加追加要素、大型化等不利的同时减少放射音。

用于解决课题的方案

扭转阻尼器的一形态包括：轮毂，经由多根撑杆将固定于旋转轴的凸台和圆环状的轮圈一体设置；和圆环状的振动环，经由弹性体与所述轮圈的外周面连结，所述撑杆具有不超过所述轮毂的轴向的共振频率的波长的1/4的长度的周向的宽度尺寸。

发明效果

能够减少放射音。

附图说明

图1是固定于四缸发动机的曲轴也用作带轮的扭转阻尼器的示意图。

图2是本实施方式的扭转阻尼器的主视图。

图3是扭转阻尼器的纵剖侧面图。

图4是在中央位置处以纵剖面示出的扭转阻尼器的立体图。

图5是按频率示出等效辐射功率的图表。

图6是按频率示出由曲轴的轴向振动产生的振动环的轴向振动的大小的图表。

具体实施方式

基于附图来说明一实施方式。本实施方式是用于直列四缸的四冲程发动机的、对带轮的应用例。按照接下来的项目进行说明。

1.结构

(1)发动机

(2)扭转阻尼器的基本结构

(3)撑杆

2.作用效果

(1)基本的作用效果

(2)噪音的抑制

(a)等效辐射功率

(b)撑杆的周向的宽度

(c)撑杆的轴向的厚度

(d)撑杆的倾斜形状

(e)总结

3.变形例

1.结构

(1)发动机

如图1所示，曲轴12(旋转轴)旋转自如地安装于发动机11。曲轴12水平配置，在一端侧固定构成为带轮P的扭转阻尼器101。

曲轴12在每个气缸上配备平衡锤13，并将活塞16经由连杆15安装于销14。活塞16滑动自如地收容于气缸17。活塞16的滑动移动方向是与曲轴12的轴正交的垂直方向。

(2)扭转阻尼器的基本结构

如图2至图4所示，扭转阻尼器101经由弹性体121将圆环状的振动环131与轮毂111连结，在振动环131的外周面设置带槽141。

轮毂111在中心位置配置固定于作为旋转轴的发动机11的曲轴12的凸台112，经由从凸台112朝向径向外侧立起的撑杆113设置轮圈114。

凸台112是呈圆筒状的构件，在中心具有用于供旋转轴嵌合的安装孔112a。轮毂111通过利用螺栓21固定嵌合于安装孔112a的曲轴12的一端部，从而被固定于曲轴12。在该状态下，凸台112使其轴A与成为曲轴12的旋转中心的轴X一致，伴随着曲轴12的旋转而旋转。

撑杆113是介于凸台112与轮圈114之间，并将凸台112与轮圈114连结的构件。撑杆113设为四根，分别在与凸台112的轴A同心的圆周上等间隔地排列。在各个撑杆113之间形成有四个孔115。这些孔115也在成为与凸台112的轴A同心的圆周上等间隔地排列。

轮圈114是从撑杆113的端部沿着轮毂111的轴向延伸而出的圆环状的构件，配置在凸台112的轴A的同心上。因此，轮圈114的外周面定位在与凸台112的轴A同心的圆周上。当然，轮圈114的外周面的直径不是恒定的，在轴向的大致中央位置处，因轮圈凹部116而直径变短。轮圈凹部116用于与振动环131一起形成卷绕部C，详情后述。

由凸台112、撑杆113和轮圈114构成的轮毂111例如以金属为材料一体形成。

弹性体121是直径均匀的圆环状的构件，介于轮圈114与振动环131之间，并将这些轮圈114与振动环131弹性连结。这样的弹性体121例如以橡胶为材料形成，遍及整周具有均匀的壁厚。

振动环131是内周面隔着间隙G与凸台112所具有的轮圈114的外周面面对面的圆环状的构件，在振动环131的内周面与凸台112所具有的轮圈114的外周面之间的间隙G介设有弹性体121。这样的振动环131在经由弹性体121被保持的结构的基础上，作为拥有固有的振动频率的质量体(mass)发挥作用。

在振动环131的内周面，与形成于轮圈114的外周面的轮圈凹部116形状相匹配地形成有环凸部132。这些轮圈凹部116和环凸部132遍及轮圈114和振动环131的整周并沿着其周向而设置，构成卷绕部C。卷绕部C提高轮圈114与振动环131之间的弹性体121的滑动阻力，抑制弹性体121的位置偏移、脱出。

振动环131在其外周面沿着周向形成多条带槽141。这些带槽141呈剖面V字形状，是为了驱动各种辅助设备类而缠绕动力传递用的无接头带的结构物(均未图示)。通过设置带槽141，扭转阻尼器101起到作为带轮P的作用。

(3)撑杆

本实施方式的扭转阻尼器101的撑杆113具有不超过轮毂111的轴向、也就是轴A的方向的共振频率的波长的1/4的长度的周向的宽度尺寸(参考图1)。

轮毂111的共振频率例如为3.7kHz。共振频率的波长为:

波长＝约340[m/s]/频率[Hz]

因此，轮毂111的轴向的共振频率的波长为约0.092m(92mm)。因此，撑杆113具有不超过92mm的1/4的23mm的周向的宽度尺寸。

本实施方式的撑杆113在轴向的厚度尺寸不超过轮毂111的轴向的共振频率的波长的1/2的长度的范围内进行壁厚化。

如前所述，轮毂111的轴向的共振频率的波长为约92mm。因此，撑杆113在不超过92mm的1/2的46mm的范围内壁厚化。

此处所说的壁厚化，作为一例，是指成为撑杆113的轴向的共振频率的波长的1/4以上的壁厚。在本例的情况下，撑杆113的轴向的厚度设定为23～46mm的范围。

作为另一例，壁厚化是指设为周向的宽度尺寸以上的壁厚。撑杆113的周向的宽度尺寸如前所述设定为不超过23mm的范围。例如设定20mm作为撑杆113的周向的宽度尺寸的情况下，撑杆113的轴向的厚度设定为20～46mm的范围。

若明确地表现上述的撑杆113的形状，则可以说相对于通常的扭转阻尼所具有的撑杆，为周向的宽幅窄且轴向的厚度厚的形状。加厚轴向的厚度是为了提高撑杆113的刚性。

在确保刚性的方面，本实施方式的撑杆113具有向轴向倾斜的形状(参考图2-3)。此时，撑杆113的表面背面以相同的角度倾斜。也就是说，撑杆113的成为向轴向倾斜的形状的表面背面具有平行的部分。

2.作用效果

(1)基本的作用效果

在这样的结构中，当曲轴12因发动机11的起动而旋转时，扭转阻尼器101也旋转。此时，扭转阻尼器101也构成带轮P，因此动力被传递到辅助设备类。

扭转阻尼器101由于振动环131作为质量体(mass)发挥功能，因此在扭转方向上拥有固有振动频率。因此，在曲轴12旋转而产生扭转振动的情况下，如果将扭转阻尼器101的扭转方向的固有振动频率调谐为适合于其扭转共振频率，就能够吸收并减少在曲轴12产生的扭转振动。

一般而言，在曲轴12产生的扭转共振频率多为300～600Hz左右。因此，扭转阻尼器101的扭转方向的固有振动频率也与在曲轴12产生的扭转共振频率相匹配地调谐至300～600Hz左右。

(2)噪音的抑制

曲轴12也在轴X方向上振动。因此，扭转阻尼器101也在与轴X一致的轴A的方向(以下简称为“轴向”)上共振。此时，振动环131的轴向的共振频率为与扭转振动相同程度的几百Hz左右。

另一方面，轮毂111以更高的几千Hz的频率在轴向上共振。当轮毂111以高频共振时，从轮毂111放射的放射音成为噪音而传播。

(a)等效辐射功率

为了理解从轮毂111产生的噪音，此处假设等效辐射功率。等效辐射功率是表示从物体产生的声音的程度的指标。如果能够减小等效辐射功率，则能够减少由轮毂111发出的放射音。

等效辐射功率的计算式如(1)式。

P＝τ×(sv/2)×md×a×v².........(1)

其中，

P：等效辐射功率

τ：放射损失系数

sv：音速

md：材料密度

a：面积

v：振动速度

放射损失系数τ是取决于物体的形状的系数。例如，根据细的钢琴线的声音的放射弱、宽的平板的声音的放射强的情况可以想像，表示声音的放射的程度。

材料密度md是取决于材料的要素。例如，由海绵状、无气泡的高密度体等结构来决定材料密度。

面积a是指振动体的投影面积。

对于扭转阻尼器101而言，轮毂111通常使用铸铁等金属，因此在抑制由放射音引起的噪音这一方面下功夫的余地少。关于被认为有效抑制噪音的主要原因，在形状方面为放射损失系数τ和面积a，在除形状以外的方面为振动速度v。通过减小“放射损失系数τ”“面积a”“振动速度v”三要素的值，能够减少从轮毂111发出的放射音。

当然，对于轮毂111中的凸台112和轮圈114而言，难以设法减小上述三要素的值。因此，在本实施方式中，研究撑杆113的形状来减小上述三要素的值。

(b)撑杆的周向的宽度

在本实施方式中，使撑杆113的周向的宽度变窄。如前所述，为不超过轮毂111的轴向的共振频率的波长的1/4的长度的宽度。由此，放射损失系数τ和面积a均变小，等效辐射功率P相应地变小，由此实现从轮毂111发出的放射音的减少。

进行详细说明。

从振动体放射的音取决于振动体的尺寸，被分为有效放射的频率和放射低效的频率。在振动体为长方形的情况下，波长比该振动体的最小宽度尺寸短的频率的声音作为空气的压缩波向前方放射。对此，比最小宽度尺寸长的波长的频率会引起使周边的空气沿着振动体的侧面绕到背后的衍射现象，并不会作为压缩波向周围传播。特别是如果为拥有波长的1/4的最小幅的振动体，则完全没有放射音。极限地减小放射损失系数τ。

因此，在本实施方式中，将撑杆113的周向的宽度设定为不超过轮毂111的轴向的共振频率的波长的1/4的长度的宽度、例如1/4的宽度。由此，可以抑制从轮毂111产生的放射音。

(c)撑杆的轴向的厚度

在本实施方式中，使撑杆113在轴向上壁厚化，从而提高刚性。当提高撑杆113的刚性时，撑杆113的轴向的振动变小，振动状态向高频偏移。其结果，振动速度v变小，伴随与此的等效辐射功率P变小，从而实现从轮毂111发出的放射音的减少。

然而，当使撑杆113在轴向上过度壁厚化时，难以引起上述的衍射现象。衍射现象由于是使空气沿着振动体的侧面绕到背后的现象，当振动体的侧面长度变长时，空气变得难以绕到背后。如此，放射损失系数τ就不会足够小。

因此，在本实施方式中，将撑杆113的厚度限制在不超过轮毂111的轴向的共振频率的波长的1/2的长度的范围，防止衍射现象的钝化。

(d)撑杆的倾斜形状

通过使撑杆113倾斜，可以大幅提高轴向的刚性。在本实施方式中，通过倾斜形状来提高撑杆113的轴向的刚性，不仅仅是依靠壁厚化来实现撑杆113的刚性的提高。因此，能够一边实现基于衍射现象的对来自轮毂111的放射音的抑制，一边使撑杆113的轴向振动向高频偏移。

在撑杆113难以进行轴向的壁厚化的局面下撑杆113的倾斜形状具有特别大的意义。如前所述，撑杆113的轴向的厚度被限制为不超过轮毂111的轴向的共振频率的波长的1/2的长度。然而，可以设想其壁厚无法使其在轴向拥有充分的刚性的状况。撑杆113的倾斜形状在撑杆113的壁厚化受到限制时，对其刚性的提高有贡献。

(e)总结

撑杆113的周向的宽度尺寸的制限对减小定义等效辐射功率P的上述(1)式中的放射损失系数τ和面积a有贡献。另一方面，由于撑杆113的刚性下降，因此有可能给(1)式中的振动速度v带来不利的状况。

关于这一方面，在本实施方式中，通过使撑杆113在轴向上壁厚化来抑制或减小振动速度v的上升。然而，在使撑杆113在轴向过度壁厚化的情况下，不易产生使空气沿着撑杆113的侧面绕到背后的衍射现象，放射损失系数τ不会足够小。

因此，在本实施方式中，对撑杆113的轴向的壁厚化设置制限，防止衍射现象的钝化。此时，撑杆113的倾斜形状抑制轴向的刚性下降，对振动速度v的减少有贡献。

其结果，能够均衡地减小“放射损失系数τ”“面积a”“振动速度v”三要素的值，从而减少等效辐射功率P，实现从轮毂111发出的放射音的减少。

图5和图6是示出模拟结果的图表。这些附图中，本实施方式的扭转阻尼器101的模拟结果用实线示出，参考例的模拟结果用虚线示出。参考例是在撑杆113的周向的宽度和轴向的厚度方面不具有本实施方式这样的数值范围的公知的扭转阻尼器。

如图5所示，可知与参考例相比，本实施方式的扭转阻尼器101的等效辐射功率在到400～4000Hz的宽频带内变小。特别在以稍微超过2500Hz附近的频率为峰值的1600～3200Hz的范围处，明显出现等效辐射功率的减少程度。也可以说在等效辐射功率遍及整个频率带而没有出现大的变化这一方面是比参考例优异的特性。

图6按频率示出振动环131的轴向振动的大小。

如前所述，当在曲轴12产生轴向振动时，扭转阻尼器101的振动环131以几百Hz在轴向上共振。当参考参考例的模拟结果可知，振动环以630Hz、1000Hz和2500Hz的附近为峰值共振。此时，在参考例中，轮毂的轴向的刚性低，因此可以预想振动环的基于轴向的共振产生的力隔着弹性体传递至位于轮毂的外周部的轮圈，使轮圈强制位移而产生放射音。

在本实施方式中，在上述三种频率区域的任一者中，在振动环131产生的振动均比参考例低。这被认为是撑杆113的轴向的刚性高的原因。因此，即使伴随着振动环131的轴向的共振的强制位移力被传递至轮圈114，轮圈114也不容易变形，可以减少同频率带中的放射音。

3.变形例

实施时，允许各种变形和变更。

例如，撑杆113的轴向的壁厚化只要不对撑杆113要求必要以上的刚性，就不一定是必需的。

撑杆113的倾斜形状也不是必需的。如果能够在不拥有倾斜形状的情况下对撑杆113基于充分的刚性、活着对撑杆113不要求需要以上的刚性，则撑杆113也可以是从凸台112向与轴向正交的方向延伸的直线形状。

其他，允许所有的变更、变形。

附图标记说明

11 发动机

12 曲轴(旋转轴)

13 平衡锤

14 销

15 连杆

16 活塞

17 气缸

21 螺栓

101 扭转阻尼器

111 轮毂

112 凸台

112a 安装孔

113 撑杆

114 轮圈

115 孔

116 轮圈凹部

121 弹性体

131 振动环

132 环凸部

141 带槽

A 轴(扭转阻尼器)

C 卷绕部

G 间隙

P 带轮

X 轴(曲轴)

Claims (9)

1.一种扭转阻尼器，其中，包括：

轮毂，经由多根撑杆将固定于旋转轴的凸台和圆环状的轮圈一体设置；和

圆环状的振动环，隔着弹性体与所述轮圈的外周面连结，

所述撑杆具有不超过所述轮毂的轴向的共振频率的波长的1/4的长度的周向的宽度尺寸。

2.根据权利要求1所述的扭转阻尼器，其中，

所述撑杆在轴向的厚度尺寸不超过所述轮毂的轴向的共振频率的波长的1/2的长度的范围内进行壁厚化。

3.根据权利要求1所述的扭转阻尼器，其中，

所述撑杆具有被限定在所述轮毂的轴向的共振频率的波长的1/4～1/2的长度的范围的轴向的厚度尺寸。

4.根据权利要求1所述的扭转阻尼器，其中，

所述撑杆具有被限定在周向的宽度尺寸以上且所述轮毂的轴向的共振频率的波长的1/2的长度以下的范围的轴向的厚度尺寸。

5.根据权利要求1所述的扭转阻尼器，其中，

所述撑杆在轴向的厚度尺寸不超过所述轮毂的轴向的共振频率的波长的1/2的长度的范围内进行壁厚化，

所述撑杆具有被限定在所述轮毂的轴向的共振频率的波长的1/4～1/2的长度的范围的轴向的厚度尺寸。

6.根据权利要求1所述的扭转阻尼器，其中，

所述撑杆在轴向的厚度尺寸不超过所述轮毂的轴向的共振频率的波长的1/2的长度的范围进行壁厚化，

所述撑杆具有被限定在周向的宽度尺寸以上且所述轮毂的轴向的共振频率的波长的1/2的长度以下的范围的轴向的厚度尺寸。

7.根据权利要求1所述的扭转阻尼器，其中，

所述撑杆的周向的宽度尺寸是所述轮毂的轴向的共振频率的波长的1/4的长度。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的扭转阻尼器，其中，

所述撑杆具有向轴向倾斜的形状。

9.根据权利要求8所述的扭转阻尼器，其中，

所述撑杆的成为向轴向倾斜的形状的表面背面具有平行的部分。