DE112014004054T5

DE112014004054T5 - Drehmomentstab und Herstellungsverfahren davon

Info

Publication number: DE112014004054T5
Application number: DE112014004054.1T
Authority: DE
Inventors: Yousuke Satou
Original assignee: Yamashita Rubber Co Ltd
Current assignee: Yamashita Rubber Co Ltd
Priority date: 2013-09-06
Filing date: 2014-08-25
Publication date: 2016-06-02
Also published as: CN105518336B; WO2015033812A1; US10245934B2; JP2015052359A; US20160193907A1; JP6154255B2; CN105518336A

Abstract

Die Aufgabe ist es, die Bestimmung der Kleiner-Kugel-Torsionsfederung und Großer-Kugel-Federungsverhältnisses zu ermöglichen, wenn ein Drehmomentstab konstruiert wird, der flache Übertragungscharakteristiken von weniger als 100 N/mm aufweist, für die Übertragung von dem großen Kugelteil auf das Fahrzeug. [Aufbau] Ein Drehmomentstab ist ausgestattet mit einem kleinen Kugelteil (20), das mit einem Motor (12) verbunden ist, einem großen Kugelteil (30), das mit einer Fahrzeugkarosserie (14) verbunden ist, und einem Stabteil (40), das das kleine Kugelteil (20) mit dem großen Kugelteil (30) verbindet. Das große Kugelteil (30) ist ausgestattet mit einem äußeren Element (31), das mit dem Stabteil (40) verbunden ist, und einem inneren Element (32), das mit der Fahrzeugkarosserie (14) verbunden ist, und einem Große-Kugel-Elastikelement (33), das das äußere Element und das innere Element verbindet. Ein Übertragungscharakteristik-Kennfeld erhält man vorab durch Kartierung der Übertragungscharakteristiken des Drehmomentstabs, bestimmt unter Verwendung der Stablänge, einer Kleiner-Kugel-Torsionsfederung, einer Große-Kugel-Federung und im Große-Kugel-Federungsverhältnis als Parameter, und aus diesem Kennfeld wird eine Kombination von Parametern ausgewählt, für die die Übertragungscharakteristik kleiner als 100 N/mm ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drehmomentstab, um eine Verbindung zwischen einem Motor und einer Fahrzeugkarosserie in schwingungsisolierender Weise herzustellen, und ein Herstellungsverfahren davon.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Die 1 und 2 zeigen einen Drehmomentstab gemäß der vorliegenden Erfindung, und eine Gesamtstruktur ist schematisch als Struktur eines allgemeinen Drehmomentstabs dargestellt. 1(A) ist eine Perspektivansicht des Drehmomentstabs. 1(B) ist eine schematische Ansicht, die einen Zustand eines in schwingungsisolierender Weise gelagerten Motors zeigt. 2(A) ist eine Draufsicht des Drehmomentstabs, und 2(B) ist eine Vorderansicht davon.
In der folgenden Beschreibung der vorliegenden Erfindung soll jede Orientierung, wie etwa vorne, hinten, links, rechts, obere Seite und untere Seite, basierend auf jeder Richtung des Fahrzeugs bestimmt werden, an der der Motor angebracht ist. Insbesondere im Bezug auf vordere und hintere Richtungen eines großen Ringabschnitts soll die Seite eines kleinen Ringabschnitts eine vordere Richtung sein.
Ein Drehmomentstab 10 vom allgemeinen Typ, wie in 1(B) gezeigt, wird als unteres Lager verwendet, das unter einem Motor 12 angeordnet ist, um eine Verbindung zwischen einem unteren Teil des Motors 12 und einer Fahrzeugkarosserie herzustellen.
Der Motor 12 ist quer angeordnet, und dessen obere und untere Seiten sind an einem oberen Lager 50 und dem Drehmomentstab 10 getragen. Der Motor 12 ist durch eine pendelartige Lagerungsstruktur getragen, so dass beide linken und rechten Seiten einer Hauptträgheitsachse, die sich in der Fahrzeugbreitenrichtung erstreckt, durch seitliche Lager (die jeweils in der Zeichnung nicht gezeigt sind) getragen sind, und der Motor 12, der um die Hauptträgheitsachse kippt, durch die oben genannten verschiedenen Arten von Motorlagern getragen ist.
Der Drehmomentstab 10, der als unteres Lager fungiert, ist vorgesehen, um die Kippbewegung zu unterdrücken. Während des Kippens wird die Last in den Drehmomentstab eingegeben, um ihn nach vorne zu ziehen.
Dieser Drehmomentstab 10 enthält einen Stababschnitt 40, der aus einem langen Element wie etwa einem Stabelement gebildet ist, sowie einen kleinen Ringabschnitt 20 und einen großen Ringabschnitt 30, die an beiden Enden in Längsrichtung des Stababschnitts 40 ausgebildet sind. Der kleine Ringabschnitt 20 ist mit dem Motor 12 verbunden, und der große Ringabschnitt 30 ist mit einer Fahrzeugkarosserie 14 verbunden.
Wie in 1(A) gezeigt, ist der kleine Ringabschnitt 20 versehen mit einem zylindrischen Außenelement 21, das mit dem Stababschnitt 40 verbunden ist, einem zylindrischen Kleiner-Ring-Innenelement 22, das mit dem Motor 12 zu verbinden ist, und einem Kleiner-Ring-Elastikelement 23 aus Gummi etc., das eine Verbindung zwischen dem zylindrischen Außenelement und dem zylindrischen Kleiner-Ring-Innenelement herstellt.
Der große Ringabschnitt ist versehen mit einem zylindrischen Großer-Ring-Außenelement 31, das mit dem Stababschnitt 40 verbunden ist, einem zylindrischen Großer-Ring-Innenelement 32, das mit der Fahrzeugkarosserie 14 zu verbinden ist, und einem Großer-Ring-Elastikelement 33 aus Gummi etc., das eine Verbindung zwischen dem zylindrischen Großer-Ring-Außenelement und dem zylindrischen Großer-Ring-Innenelement herstellt.
Hier sei C1 eine Mittelachse des Kleiner-Ring-Innenelements 22, sei C2 eine Mittelachse des Großer-Ring-Innenelements 32, und sei C3 eine Mittelachse des Stababschnitts 40, wobei diese Achsen einander rechtwinklig schneiden. Die Mittelachse C1 soll in Ausrichtung mit der Links- und Rechtsrichtung Y des Fahrzeugs angeordnet werden. Die Achse C2 soll in Ausrichtung mit der Aufwärts- und Abwärtsrichtung Z des Fahrzeugs angeordnet werden, und die Mittelachse C3 soll in Ausrichtung mit dessen Vorne- und Hinten-Richtung X angeordnet werden.
Der Drehmomentstab 10 ist vom Torsionstyp, wobei das Kleiner-Ring-Innenelement 22 des kleinen Ringabschnitts 20 und das Innenelement 32 des großen Ringabschnitts 30 geneigt oder mit 90° um die Richtung der Mittelachse C3 des Stababschnitts 40 verdreht sind.
Obwohl dieser Drehmomentstab 10 ursprünglich eine Schwingungsisoliervorrichtung ist, um zu verhindern, dass die Schwingungen des Motors 12 auf die Fahrzeugkarosserie 14 übertragen werden, ist es bekannt, dass die Fahrzeugkarosserie 14 aufgrund der starren Körperresonanz des Drehmomentstabs 10 mitschwingt, wodurch heftige Geräusche (dumpfes Geräusch) erzeugt werden.
Dies ist so, weil in der Fahrzeugkarosserie 14 ein vorbestimmter Fahrzeugkarosserieresonanzfrequenzbereich vorliegt, und die Fahrzeugkarosserie 14 mitschwingt, wenn die starre Körperresonanz des Drehmomentstabs 10 diesen Fahrzeugkarosserieresonanzfrequenzbereich erzeugt und von dem großen Ringabschnitt 30 auf die Fahrzeugkarosserie 14 übertragen wird.
Daher ist es wünschenswert, die Geräusche an der Fahrzeugkarosserie-Seite aufgrund der starren Körperresonanz des Drehmomentstabs 10 zu reduzieren, und es sind Verfahren überprüft worden, um in dem Fahrzeugkarosserieresonanzfrequenzbereich die Übertragung der Frequenz von dem großen Ringabschnitt 30 des Drehmomentstabs 10 auf das Fahrzeug 14 zu verringern.
Als ein Beispiel solcher Verfahren ist ein solches offenbart worden, worin ein Schwerpunkt des Drehmomentstabs 10 von einer geraden Linie gesetzt ist, welche die Achsen des kleinen Ringabschnitts 20 und des großen Ringabschnitts 30 verbindet, indem ein Gewicht im Außenelement 31 des großen Ringabschnitts 30 angeordnet wird, oder auf andere Weise, so dass die Schwingungen in der Rückschlagrichtung und der Nickrichtung durch die Vibrationen der Rollrichtung aufgehoben werden (Verfahren 1: siehe Patentreferenz 1).
Ferner ist es auch bekannt, dass eine Spitze (siehe P1, P2 von 7) der starren Körperresonanz in der Richtung zur Übertragung von dem großen Ringabschnitt 30 zur Fahrzeugkarosserie derart verändert wird, dass sie von dem Fahrzeugkarosserieresonanzfrequenzbereich geschoben wird (Verfahren 2).
Jedoch muss in dem obigen Verfahren 1 die Resonanzspitze in einem Resonanzsystem das Gewicht so eingestellt werden, dass sie mit dem Fahrzeugkarosserieresonanzfrequenzbereich überlappt. Da nämlich unterschiedliche Spezifikationen für jedes von Fahrzeugmodellen vorbereitet werden, muss die Gewichtseinstellung jedes Mal durchgeführt werden, wenn eine Kombination zwischen dem Motor und dem Fahrzeug aufgrund von Unterschieden der Fahrzeuge verändert wird. Somit hat dieses Verfahren eine schlechte Vielseitigkeit.
Ferner wird in dem Verfahren 2, wie in 7 gezeigt, die Spitze der starren Körperresonanz lediglich parallel von P1 des Fahrzeugkarosserieresonanzfrequenzbereichs zu P2 einer niederfrequenten Seite hin verschoben. Wenn daher die Konstruktion und dergleichen des Fahrzeugs aufgrund der Unterschiede der Fahrzeuge verändert werden, und der Fahrzeugkarosserieresonanzfrequenzbereich in die Position von P2 verschoben wird, muss die Konstruktion des Drehmomentstabs erneut verändert werden, so dass die Resonanzspitze dementsprechend verschoben wird. Somit hat auch dieses Verfahren eine schlechte Vielseitigkeit.
Um diese Vielseitigkeit zu verbessern, ist es denkbar, die Übertragung der Schwingungen von dem Innenelement 32 des großen Ringabschnitts 30 auf die Fahrzeugkarosserie 14 in einem Frequenzbereich von 30–200 Hz zu erschweren, entsprechend einer primären Frequenzkomponente durch die Verbrennung des Motors. Genauer gesagt, ist es bekannt, dass dies realisierbar ist, wenn die Übertragungscharakteristiken, die eine Frequenzübertragungskapazität in der Resonanzspitze haben, geringer als 100 N/mm sind. Hierin soll die Resonanz, deren Übertragungscharakteristiken weniger als 100 N/mm sind, als flache Charakteristik bezeichnet werden.
Der Drehmomentstab mit solchen flachen Charakteristiken ist öffentlich bekannt. In 8 ist ein großer Ringabschnitt 130 eines herkömmlichen Beispiels eines solchen Drehmomentstabs gezeigt, bei Betrachtung aus Richtung einer Lagerwelle eines Innenelements 132. Dieser große Ringabschnitt 130 hat ein Großer-Ring-Elastikelement 133, das ein Außenelement 133 und das innere Element 132 elastisch verbindet. Das innere Element 132 ist aus Metallguss hergestellt und hat eine spezielle Form insbesondere eines Dreiecks.
Das innere Element 132 ist mit der Fahrzeugkarosserie-Seite durch einen Bolzen als Lagerwelle verbunden. In der Mitte des Innenelements 132 ist als Befestigungsmitte CT1 bezeichnet. Darüber hinaus ist eine Mitte einer Federung in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung des Großer-Ring-Elastikelements 133 als Elastikmitte CT2 bezeichnet. Ein Abstand zwischen der Befestigungsmitte CT1 und der Elastikmitte CT2 ist als Großer-Ring-Elastikmittelabstand A bezeichnet (er ist positiv, wenn die Elastikmitte CT2 hinter der Befestigungsmitte CT1 angeordnet ist).
Mit dieser Anordnung kommt die Befestigungsmitte CT1 näher an die Elastikmitte CT2, und wird der Großer-Ring-Elastikmittelabstand verringert, so dass der Großer-Ring-Elastikmittelabstand und ein Großer-Ring-Federungsverhältnis R in einem solchen Zustand vergleichsweise klein sein können, so dass sie in eine Gießzone 61 von 6 fallen, worauf später Bezug genommen wird. Daher werden die kleinen Übertragungscharakteristiken von weniger als 100 N/mm in Kombination mit einer stark geschwächten TorsionsFederung des kleinen Ringabschnitts realisiert, worauf später Bezug genommen wird.
VERWEIS AUF STAND DER TECHNIK
Patent-Referenz 1: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 2009-185883 .
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
VON DER ERFINDUNG ZU LÖSENDES PROBLEM
Wenn man übrigens die Abnahme der Übertragungscharakteristiken betrachtet, ist es denkbar, dass im Drehmomentstab 10 vom Torsionstyp eine Torsionsfederung Kr des Kleiner-Ring-Elastikelements 23 des kleinen Ringabschnitts 20 verringert wird, da der kleine Ringabschnitt 20 um das Kleiner-Ring-Innenelement als Torsionsmitte verdreht wird, und diese Torsion auf den großen Ringabschnitt 30 übertragen wird, wenn die Schwingungen von dem Motor 12 auf die Fahrzeugkarosserie 14 übertragen werden.
Ferner ist es denkbar, dass die Federung (nachfolgend als Federung in der Aufwärts- und Abwärtsbewegung bezeichnet) in der axialen Richtung des Großer-Ring-Elastikelements 33 abnimmt, da die auf den Drehmomentstab 10 übertragene Schwingung von dem Innenelement 32 des großen Ringabschnitts 30 auf die Fahrzeugkarosserie 14 übertragen wird. Hierbei ist es für das Großer-Ring-Elastikelement 33 erforderlich, die Federung (nachfolgend als Federung in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung oder Federung in der axialen Richtung des Stababschnitts) in der axialen Richtung des Stababschnitts 14 zu erhöhen. Wenn daher das Großer-Ring-Federungsverhältnis R die Federung in Aufwärts- und Abwärtsrichtung/die Federung in der Vorwärts-Rückwärtsrichtung sei, dann muss dieses Großer-Ring-Federungsverhältnis R soweit wie möglich verringert werden.
In dem herkömmlichen Beispiel, wie in 8 gezeigt, wird das vergleichsweise kleine Großer-Ring-Federungsverhältnis derart realisiert, dass die Torsionsfederung Kr des Kleiner-Ring-Elastikelements kleiner als 1,0 ist, um eine sehr schwache Federung zu erhalten, und ist das innere Element 32 des großen Ringabschnitts 30 in einer speziellen Form ausgebildet. Somit werden die kleinen Übertragungscharakteristiken um weniger als 100 N/mm realisiert. Darüber hinaus der Kleiner-Großer-Ring-Mittelabstand realisiert, indem das innere Element 32 mit einer speziellen Form ausgebildet wird.
Übrigens werden in dem Fall, wo die Federung des Großer-Ring-Elastikelements stark verringert wird, oder der Ausgleich im Bezug auf das Großer-Ring-Federungsverhältnis nicht eingestellt wird, das Kleiner-Ring-Elastikelement und das Großer-Ring-Elastikelement 133 leicht durchbrochen, wodurch die Haltbarkeit beeinträchtigt werden könnte. Um die Haltbarkeit des Kleiner-Ring-Elastikelements und des Großer-Ring-Elastikelements zu verbessern, ist daher die Konstruktion erforderlich, die in der Lage ist, die kleinen Übertragungscharakteristiken von weniger als 100 N/mm zu realisieren, indem die Torsionsfederung Kr des Kleiner-Ring-Elastikelements um ein bestimmtes Ausmaß erhöht wird, und indem erlaubt wird, dass das Großer-Ring-Federungsverhältnis R in einen geeigneten Bereich fällt.
Darüber hinaus wird in dem Fall der Verwendung des Innenelements 132 mit spezieller Form, wie hier, das innere Element 132 von der Abmessung her größer und nimmt im Gewicht zu, und daher kommt es zu einer starken Kostenzunahme der Herstellung durch Gießen. Dementsprechend ist es wünschenswert, ein solches preisgünstiger und leichtes Innenelement zu verwenden, das aus einem runden Metallrohr hergestellt wird, wie es als allgemein üblicher Artikel auf dem Markt erhältlich ist. Jedoch werden im Falle der Verwendung des Innenelements aus einem runden Rohr wie hier, die Befestigungsmitte CT1 und die Elastikmitte CT2 um ein großes Maß voneinander getrennt.
Zum Beispiel wird, um das Großer-Ring-Federungsverhältnis R und den Großer-Ring-Mittelabstand A ähnlich dem herkömmlichen Beispiel von 8 zu realisieren, indem das innere Element aus einem runden Rohr hergestellt wird, ein großer Ringabschnitt 130A mit einem angenähert V-förmigen Großer-Ring-Elastikelement 133A ausgebildet, und wird ein Innenelement 132A aus rundem Rohr in der Nähe eines Vorsprungsabschnitts 133B angeordnet, der eine Mitte des Großer-Ring-Elastikelements 133A ist, wie in 9 gezeigt. Um den Großer-Ring-Mittelabstand A ähnlich dem herkömmlichen Beispiel zu realisieren, wird das innere Element 132A des runden Rohrs von dem Vorsprungsabschnitt 133B nach hinten versetzt angeordnet (in 9 nach unten). In einem solchen Zustand fungiert das innere Element 132A scheinbar nicht als Element zur elastischen Verformung des Großer-Ring-Elastikelements 133A, und daher ist die Konfiguration des großen Ringabschnitts 133A nicht geeignet materialisierbar.
Auch im Falle der Verwendung des Innenelements aus rundem Rohr ist es dementsprechend erforderlich, dass durch Optimieren des Großer-Ring-Federungsverhältnisses und des Großer-Ring-Elastikmittelabstands die geringen Übertragungscharakteristiken von weniger als 100 N/mm realisiert werden. Darüber hinaus müssen die Erleichterung im Gewicht und die Verringerung der Kosten realisiert werden. Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die obigen Anforderungen zu realisieren.
MITTEL ZUR LÖSUNG DES PROBLEMS
Zur Lösung der oben beschriebenen Aufgabe weist ein Drehmomentstab gemäß einem ersten Merkmal der vorliegenden Erfindung auf: einen kleinen Ringabschnitt (20) zur Verbindung mit einem Motor (12); einen großen Ringabschnitt (30) zur Verbindung mit einer Fahrzeugkarosserie (14); und einen Stababschnitt (40), der eine Verbindung zwischen dem kleinen Ringabschnitt (20) und dem großen Ringabschnitt (30) herstellt; wobei der kleine Ringabschnitt (20) ein Außenelement (21) enthält, das mit dem Stababschnitt (40) verbunden ist, ein Kleiner-Ring-Innenelement (22) zur Verbindung mit dem Motor (12) sowie ein Kleiner-Ring-Elastikelement (23), das eine Verbindung zwischen dem Außenelement (21) und dem Kleiner-Ring-Innenelement (22) herstellt; und der große Ringabschnitt (30) ein Außenelement (31) enthält, das mit dem Stababschnitt (40) verbunden ist, ein Innenelement (32) zur Verbindung mit der Fahrzeugkarosserie (14) und ein Großer-Ring-Elastikelement (33), das eine Verbindung zwischen dem Außenelement (31) und dem Innenelement (32) herstellt; wobei Großer-Ring-Übertragungscharakteristiken relativ zur Stärke der Übertragungskraft, die von dem großen Ringabschnitt (30) auf die Fahrzeugkarosserie (14) übertragen wird, flache Charakteristiken sind, deren Spitzenwert kleiner als 100 N/mm ist; und wobei eine Kombination zwischen einer Kleiner-Ring-Torsionsfederung, die eine Federung ist, während eine Torsion auf das Kleiner-Ring-Elastikelement (23) des kleinen Ringabschnitts (20) ausgeübt wird, und einem Großer-Ring-Federungsverhältnis, das ein Verhältnis einer Federung in der axialen Richtung des Innenelements (32) des großen Ringabschnitts (33) im Bezug auf eine Federung in der axialen Richtung des Stababschnitts (40) ist, derart konfiguriert ist, dass Übertragungscharakteristiken in einem Übertragungscharakteristik-Kennfeld, das durch Kartierung von Übertragungscharakteristiken des Drehmomentstabs erhalten wird, die unter Verwendung einer Stablänge, der Kleiner-Ring-Torsionsfederung, des Großer-Ring-Federungsverhältnisses und eines Großer-Ring-Federungs-Werts als Parameter vorbestimmt sind, kleiner als 100 N/mm sind.
Gemäß einem zweiten Merkmal der vorliegenden Erfindung, zusätzlich zum ersten Merkmal, ist das innere Element (32) des großen Ringabschnitts (30) aus Rohr hergestellt.
Gemäß einem dritten Merkmal der vorliegenden Erfindung, zusätzlich zum zweiten Merkmal, ist das innere Element (32) des großen Ringabschnitts (30) aus rundem Rohr hergestellt.
Gemäß einem vierten Merkmal der vorliegenden Erfindung, zusätzlich zum zweiten oder dritten Merkmal, fallen das Großer-Ring-Federungsverhältnis und ein Großer-Ring-Elastikmittelabstand, der ein Abstand zwischen einer Elastikmitte des Großer-Ring-Elastikelements (33) und einer Befestigungsmitte des Innenelements (32) im Bezug auf die Fahrzeugkarosserie ist, in eine vorbestimmte Rohrzone (60), welche zuvor durch Experimente bestimmt ist.
Gemäß einem fünften Merkmal der vorliegenden Erfindung, zusätzlich zum vierten Merkmal, ist die Rohrzone eine Zone, die umgrenzt ist von den Großer-Ring-Federungsverhältnissen von R = 0,2 – 1,0, einer gerade Linie von A = –23R + 21, sowie geraden Linien, die sich parallel zur geraden Linie A = –23R + 21 in einem Graph erstrecken, der den Großer-Ring-Elastikmittelabstand (A) auf der vertikalen Achse und das Großer-Ring-Federungsverhältnis (R) auf der horizontalen Achse repräsentiert.
Gemäß einem sechsten Merkmal der vorliegenden Erfindung, zusätzlich zu einem der ersten bis fünften Merkmale, sind das äußere Element (21) des kleinen Ringabschnitts und das äußere Element (31) des großen Ringabschnitts aus Kunststoff hergestellt und mit dem Stababschnitt (40) integriert ausgebildet.
Gemäß einem siebten Merkmal der vorliegenden Erfindung, zusätzlich zu einem der ersten bis sechsten Merkmale, ist der Drehmomentstab unter dem Motor angeordnet und wird als unteres Lager verwendet, in dem das äußere Element (31) des großen Ringabschnitts (30) eine Kraft derart aufnimmt, dass es im Bezug auf das innere Element (32) durch Schwingungen des Motors relativ nach vorne bewegt wird. Das Großer-Ring-Elastikelement (33) ist integriert mit dem Innenelement (32) ausgebildet und hat eine im Wesentlichen V-förmig nach vorne vorstehende Konfiguration.
Gemäß einem achten Merkmal der vorliegenden Erfindung, zusätzlich zu einem der ersten bis fünften Merkmale, sind eine Mittelachse (C1) des kleinen Ringabschnitts (20) und eine Mittelachse (C2) des großen Ringabschnitts (30) mit einem Winkel von 90° zueinander geneigt.
Gemäß einem neunten Merkmal der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Drehmomentstabs angegeben, wobei der Drehmomentstab aufweist: einen kleinen Ringabschnitt (20) zur Verbindung mit einem Motor (12); einen großen Ringabschnitt (30) zur Verbindung mit einer Fahrzeugkarosserie (14); und einen Stababschnitt (40), der eine Verbindung zwischen dem kleinen Ringabschnitt (20) und dem großen Ringabschnitt (30) herstellt; wobei der kleine Ringabschnitt (20) ein Außenelement (21) enthält, das mit dem Stababschnitt (40) verbunden ist, ein Kleiner-Ring-Innenelement (22) zur Verbindung mit dem Motor (12) sowie ein Kleiner-Ring-Elastikelement (23), das eine Verbindung zwischen dem Außenelement (21) und dem Kleiner-Ring-Innenelement (22) herstellt; und der große Ringabschnitt (30) ein Außenelement (31) enthält, das mit dem Stababschnitt (40) verbunden ist, ein Innenelement (32) zur Verbindung mit der Fahrzeugkarosserie (14) und ein Großer-Ring-Elastikelement (33), das eine Verbindung zwischen dem Außenelement (31) und dem Innenelement (32) herstellt; wobei Großer-Ring-Übertragungscharakteristiken relativ zur Stärke der Übertragungskraft, die von dem großen Ringabschnitt (30) auf die Fahrzeugkarosserie (14) übertragen wird, flache Charakteristiken sind, deren Spitzenwert kleiner als 100 N/mm ist; wobei eine Federung während des Anlegens einer Torsion an das Kleiner-Ring-Elastikelement (23) des kleinen Ringabschnitts (30) eine Kleiner-Ring-Torsionsfederung sei, und ein Verhältnis einer Federung in der axialen Richtung des Innenelements (32) des großen Ringabschnitts (33) im Bezug auf eine Federung in der axialen Richtung des Stababschnitts (40) ein Großer-Ring-Federungsverhältnis sei; wobei der Drehmomentstab bei Verwendung einer Stablänge, der Kleiner-Ring-Torsionsfederung, einer Großer-Ring-Federung und dem Großer-Ring-Federungsverhältnis als Parameter konstruiert wird; und wobei zunächst eine spezifische Stablänge und Großer-Ring-Federung bestimmt werden, und dann basierend auf einem Übertragungscharakteristik-Kennfeld, das Übertragungscharakteristiken des Drehmomentstabs entsprechend Änderungen in der Kleiner-Ring-Torsionsfederung und dem Großer-Ring-Federungsverhältnis aufweist, die für jede der Stablängen und jede der Großer-Ring-Federungen, die Kleiner-Ring-Torsionsfederung und das Großer-Ring-Federungsverhältnis vorbestimmt sind, aus einer solchen Kombination zwischen der Kleiner-Ring-Torsionsfederung und dem Großer-Ring-Federungsverhältnis bestimmt werden, dass die Übertragungscharakteristiken in dem Übertragungscharakteristik-Kennfeld bei der spezifischen Stablänge und Großer-Ring-Federung kleiner als 100 N/mm sind.
WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Gemäß dem ersten Merkmal der vorliegenden Erfindung ist es durch Auswahl einer solchen Kombination zwischen dem Kleiner-Ring-Torsionsfederung und dem Großer-Ring-Federungsverhältnis, dass die Übertragungscharakteristiken in dem Übertragungscharakteristik-Kennfeld bei der spezifischen Stablänge und der Großer-Ring-Federung kleiner als 100 N/mm sind, möglich, den Drehmomentstab zu realisieren, der haltbar ist und derart flache Charakteristiken hat, dass der Spitzenwert der Übertragungscharakteristik kleiner als 100 N/mm ist. Darüber hinaus können die Kleiner-Ring-Torsionsfederung und das Großer-Ring-Federungsverhältnis, welche als die Parameter verwendet werden, leicht bestimmt oder festgelegt werden.
Da gemäß dem zweiten Merkmal der vorliegenden Erfindung das innere Element (32) des großen Ringabschnitts (30) aus Rohr hergestellt ist, ist es nicht erforderlich, das innere Element mit einer speziell verformten Gestalt zu verwenden. Daher kann eine Kostenreduktion erreicht werden, während man den Drehmomentstab erhält, der haltbar ist und die flachen Charakteristiken hat.
Da gemäß dem dritten Merkmal der vorliegenden Erfindung das billige runde Rohrelement für das innere Element (32) des großen Ringabschnitts (30) verwendet wird, können die Kosten weiter gesenkt werden.
Gemäß dem vierten Merkmal der vorliegenden Erfindung wird der Großer-Ring-Elastik-Mittelabstand so gesetzt, dass er in die vorbestimmte Rohrzone fällt, wodurch die Verwendung des aus Rohr hergestellten Innenelements (einschließlich des runden Rohrs) möglich geworden ist.
Gemäß dem fünften Merkmal der vorliegenden Erfindung kann in dem Graph, der den Großer-Ring-Elastik-Mittelabstand (A) auf der vertikalen Achse und das Großer-Ring-Federungsverhältnis (R) auf der horizontalen Achse repräsentiert, die Zone, welche durch die Großer-Ring-Federungsverhältnisse R = 0,2 ~ 1,0, die gerade Linie von A = –23R + 21 und die geraden Linien, die sich parallel zu der geraden Linie A = –23R + 21 erstrecken, als die Rohrzone aufgestellt werden.
Da gemäß dem sechsten Merkmal der vorliegenden Erfindung jedes der Außenelemente (21) und (31) des kleinen Ringabschnitts (20) und des großen Ringabschnitts (30) aus Kunststoff hergestellt sind und integriert mit dem Stababschnitt (40) ausgebildet sind, kann die Herstellung erleichtert werden im Vergleich zu dem Fall, wo diese Komponenten separat ausgebildet werden. Darüber hinaus kann der Freiheitsgrad im Bezug auf die Form des Außenelements (31) des großen Ringabschnitts (30) vergrößert werden.
Gemäß dem siebten Merkmal der vorliegenden Erfindung ist der Drehmomentstab unter dem Motor als unteres Lager angeordnet, und das äußere Element (31) des großen Ringabschnitts (30) nimmt die Kraft derart auf, dass er durch die Schwingungen des Motors im Bezug auf das innere Element (32) relativ nach vorne bewegt wird. Da jedoch das Großer-Ring-Elastikelement (33) angenähert V-förmig nach vorne vorsteht, kann in einem solchen Zustand, dass es in der Zugrichtung verformt wird, die Haltbarkeit verbessert werden. Daher wird es als das untere Lager geeignet.
Da gemäß dem achten Merkmal der vorliegenden Erfindung die Mittelachse (C1) des kleinen Ringabschnitts (20) und die Mittelachse (C2) des großen Ringabschnitts (30) zueinander mit einem Winkel von 90° geneigt sind, wird der Drehmomentstab in Torsionsbauart ausgebildet, wodurch es möglich wird, die Schwingungsabsorption durch die Kleiner-Ring-Torsionsfederung des kleinen Ringabschnitts (20) anzuheben.
Gemäß dem neunten Merkmal der vorliegenden Erfindung werden die Stablänge, die Kleiner-Ring-Torsionsfederung, die Großer-Ring-Federung und das Großer-Ring-Federungsverhältnis als Parameter verwendet, und werden die Stablänge und die Großer-Ring-Federung zuerst unter Verwendung des Übertragungscharakteristik-Kennfelds bestimmt, das zuvor für jede der Stablängen und die Großer-Ring-Federungen bestimmt ist. Hierbei wird es aus dem Übertragungscharakteristik-Kennfeld entsprechend diesen Stablängen und der den Großer-Ring-Federungen möglich, die Kombination zwischen der Kleiner-Ring-Torsionsfederung und dem Großer-Ring-Federungsverhältnis so zu bestimmen, dass die Übertragungscharakteristiken kleiner als 100 N/mm sind. Wenn daher der Drehmomentstab unter Verwendung der Stablänge, die Kleiner-Ring-Torsionsfederung, der Großer-Ring-Federung und dem Großer-Ring-Federungsverhältnis als Parameter konstruiert wird, können die Kleiner-Ring-Torsionsfederung und das Großer-Ring-Federungsverhältnis zum Realisieren der haltbaren flachen Charakteristiken leicht und rasch bestimmt oder festgelegt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Perspektivansicht eines Drehmomentstabs, der eine allgemeine Struktur hat;
2(A) ist eine Draufsicht des obigen Drehmomentstabs und (B) ist eine Vorderansicht davon;
3 ist eine schematische Darstellung, die prinzipielle Parameter des Drehmomentstabs zeigt;
4 zeigt Diagramme zur verbesserten Erläuterung der Einstellung einer Kleiner-Ring-Torsionsfederung und eines Großer-Ring-Federungsverhältnisses;
5 zeigt in Graphen Übertragungscharakteristiken;
6 ist ein Korrelationsdiagramm zwischen Großer-Ring-Federungsverhältnis R und einem Großer-Ring-Elastikmittelabstand A, wenn ein Innenelement aus einem runden Rohr verwendet wird;
7 ist ein Graph, der Frequenzcharakteristiken von Übertragungscharakteristiken zeigt;
8 ist eine Ansicht eines großen Ringabschnitts eines herkömmlichen Beispiels bei Betrachtung in der Achsrichtung eines Innenelements; und
9 ist eine Ansicht, die einen Zustand zeigt, dessen Form sich nicht materialisieren lässt, wenn man ein rundes Rohr verwendet.
BESTE ART ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Im Bezug auf die 1 und 2 wird zuerst ein Umriss eines Drehmomentstabs 10 gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert. Jedoch ist eine Struktur im äußeren Erscheinungsbild gleich jener, die im obigen technischen Hintergrund erläutert wurde, und daher die Unterschiede nur in den Werten von Übertragungscharakteristiken und Parametern, wie etwa einem Großer-Ring-Federungsverhältnis, einem Großer-Ring-Elastikmittelabstand und dergleichen. Daher wird die Erläuterung im Bezug auf ähnliche oder entsprechende Teile in der Struktur im äußeren Erscheinungsbild weggelassen und nachfolgend werden solche Details und Merkmale erläutert.
Äußere Elemente 21, 31 und ein Stababschnitt 40 sind aus geeigneten leichten Materialien wie etwa Kunstharz und dergleichen hergestellt, die ein geringeres spezifisches Gewicht als Aluminium haben und integriert miteinander ausgebildet sind. Dieser Drehmomentstab wird mit einem öffentlich bekannten Verfahren hergestellt, wie etwa einem Vorformling, der integriert mit einem Kleiner-Ring-Innenelement 22, einem Kleiner-Ring-Elastikelement 23 und einem Großer-Ring-Innenelement 32 durch einen Vulkanisierungsformungsprozess oder dergleichen ausgebildet wird, in einer Metallform angeordnet wird und der Kunststoff in die Peripherie des Vorformlings gespritzt wird, um hierdurch die Außenelemente 21 und 31 zu einer einzigen Einheit integriert zu kombinieren.
Ein Großer-Ring-Elastikelement 33 ist mit einem hinteren Anschlag 34, einem Hauptfederungsabschnitt 35 und einem vorderen Anschlag 36 versehen. Zwischenräume 37, 38 sind zwischen dem hinteren Anschlag 34 und dem Hauptfederungsabschnitt 35 sowie zwischen dem Hauptfederungsabschnitt 35 und dem vorderen Anschlag 36 ausgebildet. Der Hauptfederungsabschnitt 35 ist ein Federungsabschnitt, der als schwingungsisolierender Hauptkörper bei der Schwingungsübertragung von einem großen Ringabschnitt 30 auf eine Fahrzeugkarosserie 14 fungiert, wenn der große Ringabschnitt 30 durch die vom Motor 12 eingegebene Schwingung in der Aufwärts- und Abwärtsrichtung in Schwingung versetzt wird.
In dem Drehmomentstab 10 vom Typ als unteres Lager ist der Hauptfederungsabschnitt 35 so angeordnet, dass er in der Form eines V nach vorne vorsteht. Da durch das Kippen des Motors 12 eine Last in der nach vorwärts ziehenden Richtung auf den Drehmomentstab 10 eingegeben wird, versucht das äußere Element 30, sich nach vorne zu bewegen, und das innere Element 32 bewegt sich relativ zu dem Außenelement 31 nach hinten. Daher wird der Hauptfederungsabschnitt 35 hauptsächlich durch kompressive Verformung verformt und erzeugt eine starke Federung. Dementsprechend ist die vorwärts vorstehende Konfiguration in der Form eines V für den Drehmomentstab 10 vom Typ als unteres Lager in der Lagerungsstruktur in Pendelbauart bevorzugt. Hierin ist der Hauptfederungsabschnitt 35 nicht auf die V-Form beschränkt, und es können verschiedene Formen angewendet werden.
Im Übrigen sind der Motor 12 und die Fahrzeugkarosserie 14 in vereinfachter Weise gezeigt. Obwohl darüber hinaus in dem kleinen Ringabschnitt 20 und im großen Ringabschnitt 30 die äußere Elemente 21, 31 und die Innenelemente 22, 32 jeweils aus einem runden Rohr mit orthogonal kreisförmigem Querschnitt hergestellt sind, der durch Schneiden des runden Rohrs in Richtung orthogonal zur Achse auf eine vorbestimmte Länge in der Längsrichtung gebildet ist, sind diese nicht auf eine Kreiszylinderform beschränkt, sondern es können auch geeignete Formen wie etwa eine nicht-kreisförmige zylindrische Form oder dergleichen verwendet werden, welche eine polygonale Form im orthogonalen Querschnitt enthält.
Hierin ist das Rohr ein hohles langes Element, das eine gleichmäßige Dicke hat, und das durch Ziehen, elektrisches Widerstandsschweißen, Schneiden und dergleichen hergestellt ist. Jene, die aus einem Rohr hergestellt sind, bedeuten jene, die aus einem Rohr geformt sind.
Nun wird das Setzen der prinzipiellen Parameter erläutert, die für die Konstruktion des Drehmomentstabs erforderlich sind.
Die Drehmomentstäbe werden gemäß den erforderlichen Spezifikationen bestimmt oder festgelegt, indem die Stablänge, das Gewicht, die Kleiner-Ring-Federung, die Kleiner-Ring-Torsionsfederung, die Großer-Ring-Federung, das Großer-Ring-Federungsverhältnis, der Großer-Ring-Elastikmittelabstand etc., welche als Parameter zu verwenden sind, verschieden verändert werden.
3 zeigt ein vereinfachtes Modell zur Berechnung der Übertragungscharakteristiken dieses Drehmomentstabs 10.
Darüber hinaus sind in dieser Zeichnung die prinzipiellen Parameter definiert, die zur Konstruktion dieses Drehmomentstabs erforderlich sind.
Die Übertragungscharakteristiken werden gemessen als Übertragungskraft in Richtung einer Mittelachse C2 (in der Aufwärts- und Abwärtsrichtung), welche auf das innere Element 32 des großen Ringabschnitts 30 übertragen wird, indem eine erzwungene Verlagerung von ±1 mm auf das Kleiner-Ring-Innenelement 22 des kleines Ringabschnitts 20 mit einem Vibrationsanreger angelegt wird. Wenn hierbei das Kleiner-Ring-Innenelement 22 des kleinen Ringabschnitts 20 angeregt wird, wird die Anregungslast durch das Kleiner-Ring-Elastikelement 23 auf den Stababschnitt 40 übertragen, und gleichzeitig wird sie in dem großen Ringabschnitt durch das Großer-Ring-Elastikelement 33 auf das innere Element 32 übertragen.
Auf diesem Schwingungsübertragungsweg wird die angeregte Last zuerst durch das Kleiner-Ring-Elastikelement 22 absorbiert und dann durch das Großer-Ring-Elastikelement 33 absorbiert. Die Verformung des Kleiner-Ring-Elastikelements 23 ist hauptsächlich zusammengesetzt aus Torsion aufgrund der Drehung des Stababschnitts 40. Daher werden die Kleiner-Ring-Federung Kk und die Kleiner-Ring-Torsionsfederung Kr wesentlich.
Der große Ringabschnitt 30 wird hauptsächlich in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung und in der Aufwärts- und Abwärtsrichtung durch die Torsion des Außenelements 31 aufgrund der Drehung des Stababschnitts 40 verformt. Daher werden die Großer-Ring-Federung Ko und das Großer-Ring-Federungsverhältnis R wesentlich. Das Großer-Ring-Federungsverhältnis R ist ein Verhältnis der Federung in der Aufwärts- und Abwärtsrichtung zur Federung in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung, und ist definiert als die Federung in der Aufwärts- und Abwärtsrichtung/die Federung in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung.
Die Übertragungskraft ist die Kraft, die auf das innere Element 32 übertragen wird, nachdem eine Komponente in Richtung der Mittelachse C2, nämlich in der Aufwärts- und Abwärtsrichtung des J, das von dem Stababschnitt 40 auf den großen Ringabschnitt 30 gelegt wird, durch die Federung in der Aufwärts- und Abwärtsrichtung des Großer-Ring-Elastikelements 33 absorbiert wird, so dass die Übertragungskraft mit abnehmender Federung in der Aufwärts- und Abwärtsrichtung abnimmt. Die Übertragungskraft pro Verlagerungseinheit ist die Übertragungscharakteristik.
Da ferner das Moment J mit einem Großer-Ring-Schwerpunktsabstand L1 mit einem Stabgewicht M zusammenhängt, ist die Stablänge L auch ein wesentlicher Faktor im Bezug auf die Übertragungscharakteristiken. Hierin ist der Großer-Ring-Schwerpunktsabstand L1 ein Abstand zwischen der Befestigungsmitte CT1(a) des großen Ringabschnitts 30 und einem Schwerpunkt WC. Einer Kleiner-Ring-Schwerpunktsabstand L2 ist ein Abstand zwischen der Befestigungsmitte CT1(b) des kleinen Ringabschnitts 20 und dem Schwerpunkt WC. In der Zeichnung bezeichnet das Bezugszeichen CT2 die Elastikmitte. Während darüber hinaus das Bezugszeichen CT1 die Befestigungsmitte bezeichnet, sind (a) und (b) beigefügt, um hierin zwischen der großen Ringseite und der kleinen Ringseite zu unterscheiden.
Diese prinzipiellen Parameter sind gemäß den Spezifikationen, die für jedes der Fahrzeugmodelle vorbereitet sind, verschiedentlich unterschiedlich. Jedoch wird der Großteil dieser Parameter automatisch festgelegt, ohne Beziehung auf die Übertragungscharakteristiken, wenn konkrete Spezifikationen der Fahrzeugkarosserieseite festgelegt werden. Zum Beispiel sind die Stablänge L, das Stabgewicht M, der Schwerpunkt WC, der Großer-Ring-Schwerpunktsabstand L1, der Kleiner-Ring-Schwerpunktsabstand L2, das Moment J, die Großer-Ring-Federung Ko und die Kleiner-Ring-Federung Kk in solchen Parametern enthalten.
Andererseits gibt es, als die Übertragungscharakteristik-Parameter, welche die Parameter zum Realisieren von spezifischen Übertragungscharakteristiken sind, die Kleiner-Ring-Torsionsfederung Kr und die Großer-Ring-Torsionsfederung R. Darüber hinaus werden die Kleiner-Ring-Torsionsfederung Kr und das Großer-Ring-Federungsverhältnis durch die Stablänge L im Bezug auf die Übertragungscharakteristiken stark beeinflusst, so dass die Stablänge L auch einer der Übertragungscharakteristik-Parameter ist. Um darüber hinaus ist das oben beschriebene innere Element vom runden Rohr nutzbar zu machen, ist der Großer-Ring-Elastikmittelabstand A auch in den Übertragungscharakteristik-Parametern enthalten.
Dann werden, zum konkreten Aufstellen der Übertragungscharakteristik-Parameter, die ersten prinzipiellen Parameter außer die Übertragungscharakteristik-Parameter auf die Anfangswerte der Konstruktion gesetzt. Die Anfangswerte der Konstruktion sind Werte, die zu Beginn der Konstruktion angewendet werden und Durchschnittswerten entsprechen, welche für die meisten Drehmomentstäbe angewendet werden. Basierend auf den Anfangswerten der Konstruktion wird ein Übertragungscharakteristik-Kennfeld vorbereitet, auf das später Bezug genommen wird.
Nun wird ein Verfahren zum Aufstellen der Übertragungscharakteristik-Parameter erläutert, um die Übertragungscharakteristik von weniger als 100 N/mm zu realisieren. Zunächst hat die Stablänge der prinzipiellen Parameter eine starke Abhängigkeit von den Spezifikationen des Fahrzeugs, und deshalb wird sie auf einen insgesamt vorbestimmten Wert festgelegt, wenn die Spezifikationen des Fahrzeugs festgelegt werden. Im Hinblick hierauf werden das Gewicht M, der Schwerpunkt WC, der Großer-Ring-Schwerpunktabstand L1, der Kleiner-Ring-Schwerpunktsabstand L2 und das Moment J festgelegt.
Dann werden zunächst diese Parameter auf Anfangswerte der Konstruktion festgelegt. Gleichzeitig werden die Großer-Ring-Federung Ko und die Kleiner-Ring-Federung Kk auf die Anfangswerte der Konstruktion festgelegt (SCHRITT 1).
In diesem Zustand bleiben die Kleiner-Ring-Torsionsfederung Kr, das Großer-Ring-Federverhältnis R und der Großer-Ring-Elastikmittelabstand A offen. Da jedoch der Großer-Ring-Elastikmittelabstand A der Parameter ist, der notwendig wird, wenn man das runde Rohr für das innere Element verwendet, wird er als vorübergehende Maßnahme auf einen optionalen Wert festgelegt, und werden die Kleiner-Ring-Torsionsfederung Kr und das Großer-Ring-Federungsverhältnis R aufgestellt.
Zunächst werden die Anforderungen für die Haltbarkeit der Kleiner-Ring-Torsionsfeder Kr und des Großer-Ring-Federungsverhältnisses R untersucht, und diese Parameter werden auf einen festen Bereich verengt (SCHRITT 2).
Wie in 4 gezeigt, korreliert die Kleiner-Ring-Torsionsfederung Kr mit den Übertragungscharakteristiken. Wenn nämlich das Großer-Ring-Federungsverhältnis R auf einen geeigneten Wert festgelegt wird, besteht eine Tendenz, dass die Übertragungscharakteristiken mit Zunahme der Kleiner-Ring-Torsionsfederung Kr zunehmen. Daher können die Übertragungscharakteristiken mit abnehmender Kleiner-Ring-Torsionsfederung Kr verringert werden.
Jedoch lässt sich die Kleiner-Ring-Torsionsfederung Kr nicht unbegrenzt verringern, und wenn sie kleiner als 1 × N·m/Grad ist, nimmt die Haltbarkeit ab, so dass sie für den praktischen Gebrauch ungeeignet ist. Wenn sie darüber hinaus mehr als 4 × N·m/Grad beträgt, ist die Haltbarkeit ausreichend, aber werden die Übertragungscharakteristiken 100 N/mm oder mehr. Dementsprechend muss die Kleiner-Ring-Torsionsfederung Kr im Bereich von 1 × N·m/Grad ≤ Kr ≤ 4 × N·m/Grad fallen.
Im Hinblick auf die Beziehung zwischen Großer-Ring-Federungsverhältnis R und der Haltbarkeit ist es denkbar, dass haltbare Modelle jene sind, die in 4(B) (das Großer-Ring-Federungsverhältnis R Maximum = 1,0) und 4(C) (das Großer-Ring-Federungsverhältnis R Minimum = 0,2), gezeigt sind, so dass das Großer-Ring-Federungsverhältnis R, das eine gute Haltbarkeit hat, innerhalb des Bereichs von 0,2 ≤ R ≤ 1 liegt. Hierin zeigt 4(B) ein solches, wo sich das Großer-Ring-Elastikelement 33 in den Links- und Rechtsrichtungen auf einer geraden Linie erstreckt, und das innere Element 32, das aus einem runden Rohr hergestellt ist, in der Mitte des Großer-Ring-Elastikelements 32 angeordnet ist. Die Federung in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung wird minimal, und das Großer-Ring-Federungsverhältnis R wird 1,0. Dann wird der Großer-Ring-Elastikmittelabstand A zu 0 (null).
4(C) zeigt ein solches, wo sich das Großer-Ring-Elastikelement 33 auf einer geraden Linie von dem Innenelement 32, das in der Mitte angeordnet ist, nach hinten erstreckt. Die Federung in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung wird maximal, und das Großer-Ring-Federungsverhältnis R wird 0,2. Und dann wird der Großer-Ring-Elastikmittelabstand A zum Beispiel 18 mm (in dem Fall, wo die freie Länge des Großer-Ring-Elastikelements 33 36 mm beträgt.
Dementsprechend werden, aus der Perspektive der Haltbarkeit und dergleichen, zuerst die Kleiner-Ring-Torsionsfederung Kr und das Großer-Ring-Federungsverhältnis R auf solche Bereiche wie oben hinunter verengt.
Dann wird innerhalb der haltbaren Bereiche von jeder der Kleiner-Ring-Torsionsfederung Kr und dem Großer-Ring-Federungsverhältnis R die Kombination bestimmt, welche die Übertragungscharakteristiken von weniger als 100 N/mm realisiert (SCHRITT 3).
Dies wird basierend auf dem zuvor aufgestellten Übertragungscharakteristik-Kennfeld bestimmt.
Das Übertragungscharakteristik-Kennfeld ist ein solches, das Übertragungscharakteristiken kartiert, wenn die Kleiner-Ring-Torsionsfederung Kr und das Großer-Ring-Federungsverhältnis R im Bezug auf jede der Stablängen und jede der Großer-Ring-Federungen verändert worden sind. Diese Kartierung kann durch Erfahrung anhand von Versuchsherstellungsexperimenten oder dergleichen, mathematischen Operationen mittels elektronischer Simulation eines numerischen Ausdrucks eines spezifischen Modells etc. erfolgen, und kann universal vorbestimmt sein.
Die Kleiner-Ring-Torsionsfederung Kr und das Großer-Ring-Federungsverhältnis R liegen jeweils innerhalb des Bereichs, der durch den obigen SCHRITT 2 nach unten verengt ist.
5 zeigt dieses Übertragungscharakteristik-Kennfeld. In diesem Beispiel sind vier Arten von Übertragungscharakteristik-Kennfeldern gezeigt, denen, bei einer bestimmten festen Großer-Ring-Federung (z. B. 105 N/mm) die Stablängen im Bereich von 100–225 mm mit Intervallen von 25 mm liegen. In jedem dieser Übertragungscharakteristik-Kennfeldern werden die Großer-Ring-Federungsverhältnisse R in der vertikalen Richtung verändert, und werden die Kleiner-Ring-Torsionsfederungen Kr in der horizontalen Richtung verändert. Jede der kombinierten Spalten zwischen dem Großer-Ring-Federungsverhältnis R und der Kleiner-Ring-Torsionsfederung Kr ist die Übertragungscharakteristik. In der Darstellung der Spalten sind die Übertragungscharakteristiken von weniger als 100 N/mm nur durch Schraffierung markiert, und die blanken Spalten sind die Übertragungscharakteristiken von 100 N/mm und mehr. Darüber hinaus sind diese Übertragungscharakteristik-Kennfelder für jede der Großer-Ring-Federungen vorbereitet und ferner für jede der Stablängen im Bezug auf eine bestimmte große Ringfederung vorbereitet.
Wenn daher diese Großer-Ring-Federung und die Stablänge festgelegt sind, wird das Übertragungscharakteristik-Kennfeld entsprechend dieser Großer-Ring-Federung und der Stablänge ausgewählt, und ferner erhält man gemäß diesem ausgewählten Übertragungscharakteristik-Kennfeld mögliche Kombinationen zwischen der Kleiner-Ring-Torsionsfederung Kr und dem Großer-Ring-Federungsverhältnis R. Zum Beispiel im Falle der Stablänge von 225 mm ist die Spalte, bestehend aus einer Kombination zwischen dem Großer-Ring-Federungsverhältnis R von 0,2 und der Kleiner-Ring-Torsionsfederung Kr von 1 × N·m/Grad, schraffiert markiert und zeigt, dass die Übertragungscharakteristiken dieser Kombination kleiner als 100 N/mm sind. Daher ist es durch die Kombination dieser numerischen Werte möglich, den Drehmomentstab zu erhalten, der haltbar ist und die flachen Charakteristiken hat, so dass die Übertragungscharakteristiken kleiner als 100 N/mm sind.
Im Übrigen sind die Kombinationen anderer numerischer Werte zwischen der Kleiner-Ring-Torsionsfederung Kr und dem Großer-Ring-Federungsverhältnis R jeweils blanke Spalten. Das bedeutet, dass die Übertragungscharakteristiken nicht kleiner als 100 N/mm sind, und daher diese Kombinationen für den Drehmomentstab nicht geeignet sind.
In dem Fall, wo andere Stablängen ausgewählt werden, sind die Kombinationen zwischen den Kleiner-Ring-Torsionsfederungen Kr und den Großer-Ring-Federungsverhältnissen R derart, dass die Übertragungscharakteristiken kleiner als 100 N/mm sind, in dem Übertragungscharakteristik-Kennfeld entsprechend der gewählten Stablänge ausgewählt.
Mit dem obigen Verfahren kann, mittels des Übertragungscharakteristik-Kennfelds, das für jedes der Großer-Ring-Federungen und jede der Stablängen vorbereitet ist, der haltbare Drehmomentstab, der die flachen Charakteristiken hat, leicht erhalten werden. Wenn man darüber hinaus den Drehmomentstab mittels der Stablänge, der Kleiner-Ring-Torsionsfederung, der Großer-Ring-Federung und dem Großer-Ring-Federungsverhältnis als den Parametern konstruiert, können diese Parameter leicht bestimmt oder festgelegt werden.
Nun wird die Einstellung für die Herstellung des Innenelements aus dem runden Rohr erläutert. 6 zeigt ein Diagramm, in dem die Großer-Ring-Federungsverhältnisse R und die Großer-Ring-Elastikmittelabstände A derart aufgetragen sind, dass das innere Element 32 aus dem runden Rohr hergestellt ist und dass das Großer-Ring-Federungsverhältnis R und der Großer-Ring-Elastikmittelabstand A im Bereich von 4(B) bis (C) verändert werden, bei der Einstellung, welche die Übertragungscharakteristiken von weniger als 100 N/mm durch das obige Verfahren realisiert, mit der Ausnahme des Großer-Ring-Federungsverhältnisses R und des Großer-Ring-Elastikmittelabstands A. Die schwarzen Punkte in 6 bezeichnen aktuelle Werte des Großer-Ring-Federungsverhältnisses und des Großer-Ring-Elastikmittelabstands im Bezug auf jene, die die Übertragungscharakteristik von weniger als 100 N/mm realisieren und die das innere Element 32 aufweisen, das aus dem runden Rohr hergestellt ist.
In 6 sei der Großer-Ring-Elastikmittelabstand die vertikale Achse und sei das Großer-Ring-Federungsverhältnis die horizontale Achse, wobei die Korrelation zwischen dem Großer-Ring-Federungsverhältnis R und dem Großer-Ring-Elastikmittelabstand A angegeben sind.
Die schwarzen Punkte sind nämlich insgesamt in dem Bereich der Großer-Ring-Federungsverhältnisse von 0,2–1,0 entlang der geraden Linie von A = –23R + 21 verteilt. Alle schwarzen Punkte treten in die Rohrzone 60 ein (einen schraffiert markierten Bereich), die durch die geraden Linien von A = –23R + 20 und A = –23R + 26 umgrenzt ist, welche sich parallel zur geraden Linie A = –23R + 21 erstrecken. Wenn daher innerhalb dieser Rohrzone 60 das innere Element 32 aus rundem Rohr verwendet wird, kann der Großer-Ring-Elastikmittelabstand A so konfiguriert werden, dass er in den realisierbaren Bereich fällt, das die Form des Drehmomentstabs und somit das innere Element 32 aus rundem Rohr nutzbar wird. Obwohl hierin 6 ein Beispiel des Innenelements aus rundem Rohr zeigt, könnte ähnlich auch das gewinkelte oder rechteckige Rohr verwendet werden.
Dementsprechend wird in der Rohrzone 60 der Großer-Ring-Elastikmittelabstand A entsprechend im im SCHRITT 3 festgelegten Großer-Ring-Federungsverhältnis R ausgewählt (SCHRITT 4).
Somit kann das runde Rohrelement für das innere Element 32 verwendet werden, und kann der Drehmomentstab erhalten werden, der als die Form realisierbar ist und die flachen Charakteristiken hat. Darüber hinaus hat der Drehmomentstab eine ausgezeichnete Haltbarkeit und ist preisgünstig.
Im Übrigen ist die in 6 gezeigte Gießzone 61 eine Zone des Großer-Ring-Elastikmittelabstands A und der Großer-Ring-Federungsverhältnisses R im herkömmlichen Beispiel von 8. Sie ist von der Rohrzone 60 entfernt, und der Großer-Ring-Elastikmittelabstand A und das Großer-Ring-Federungsverhältnis R sind jeweils in dem niedrigeren oder kleineren Bereich angeordnet.
Diese Gießzone 61 ist eine vorbestimmte kreisförmige Zone, die mit dem Großer-Ring-Elastikmittelabstand A = 2,3 mm und dem Großer-Ring-Federungsverhältnis R = 0,35 an seiner Mitte ausgebildet ist und der Bereich ist, zu dem der Großer-Ring-Elastikmittelabstand A und das Großer-Ring-Federungsverhältnis R des Drehmomentstabs gehört, der die Struktur des in 8 gezeigten herkömmlichen Beispiels hat.
7 zeigt einen Graph der Übertragungscharakteristik. In dem Fall, wo die Parameter gemäß jedem der obigen Schritte aufgestellt sind, wird eine Spitze P3 der starren Körperresonanz gemäß der vorliegenden Erfindung eine ziemlich niedrige Übertragungscharakteristik von weniger als 100 N/mm. Aufgrund dieser flachen Charakteristiken können heftige Geräusche der Fahrzeugkarosserie deutlich verringert werden. Gleichzeitig braucht in dem Fall, wo der Resonanzpunkt der Fahrzeugkarosserie durch die Spezifikationen verändert wird, die Resonanz an der Drehmomentstab-Seite nicht entsprechend den Änderungen in den Spezifikationen abgestimmt zu werden, wodurch der Drehmomentstab besonders vielseitig ist.
Darüber hinaus kann die Kombination zwischen der Kleiner-Ring-Torsionsfederung Kr und dem Großer-Ring-Federungsverhältnis R, deren jedes zum Realisieren der flachen Charakteristiken essentiell und schwierig festzulegen ist, mittels des Übertragungscharakteristik-Kennfelds leicht festgelegt werden. Darüber hinaus ist es möglich, den Drehmomentstab zu erhalten, der die flachen Charakteristiken hat und haltbar ist.
Ferner ist es durch die Auswahl der Kombination zwischen dem Großer-Ring-Elastikmittelabstand A und dem Großer-Ring-Federungsverhältnis R, das in die Rohrzone 60 fällt, möglich, das aus runden Rohr hergestellte innere Element 32 zu verwenden, so dass der Drehmomentstab, der sehr haltbar, leichtgewichtig und preisgünstig ist, leicht erhalten werden kann. In dem Fall, wo zum Beispiel das Rechteck oder gewinkelte Rohr anstelle des runden Rohrs verwendet wird, ist es auch möglich, den gleichen Effekt zu erhalten.
BESCHREIBUNG DER BEZUGSZEICHEN

10: Drehmomentstab, 20: kleiner Ringabschnitt, 30: großer Ringabschnitt, 31: Großer-Ring-Außenelement, 32: Großer-Ring-Innenelement, 33: Großer-Ring-Elastikelement, 40: Stababschnitt, 60: Rohrzone, A: Großer-Ring-Elastikmittelabstand, CT1: Befestigungsmitte, CT2: Elastikmitte, R: Großer-Ring-Federungsverhältnis

Claims

Drehmomentstab, welcher aufweist: einen kleinen Ringabschnitt (20) zur Verbindung mit einem Motor (12); einen großen Ringabschnitt (30) zur Verbindung mit einer Fahrzeugkarosserie (14); einen Stababschnitt (40), der eine Verbindung zwischen dem kleinen Ringabschnitt (20) und dem großen Ringabschnitt (30) herstellt; wobei der kleine Ringabschnitt (20) ein Außenelement (21) enthält, das mit dem Stababschnitt (40) verbunden ist, ein Kleiner-Ring-Innenelement (22) zur Verbindung mit dem Motor (12) sowie ein Kleiner-Ring-Elastikelement (23), das eine Verbindung zwischen dem Außenelement (21) und dem Kleiner-Ring-Innenelement (22) herstellt; und der große Ringabschnitt (30) ein Außenelement (31) enthält, das mit dem Stababschnitt (40) verbunden ist, ein Innenelement (32) zur Verbindung mit der Fahrzeugkarosserie (14) und ein Großer-Ring-Elastikelement (33), das eine Verbindung zwischen dem Außenelement (31) und dem Innenelement (32) herstellt; wobei Großer-Ring-Übertragungscharakteristiken relativ zur Stärke der Übertragungskraft, die von dem großen Ringabschnitt (30) auf die Fahrzeugkarosserie (14) übertragen wird, flache Charakteristiken sind, deren Spitzenwert kleiner als 100 N/mm ist; und wobei eine Kombination zwischen einer Kleiner-Ring-Torsionsfederung (Kr), die eine Federung ist, während eine Torsion auf das Kleiner-Ring-Elastikelement (23) des kleinen Ringabschnitts (20) ausgeübt wird, und einem Großer-Ring-Federungsverhältnis (R), das ein Verhältnis einer Federung in der axialen Richtung des Innenelements (32) des großen Ringabschnitts (33) im Bezug auf eine Federung in der axialen Richtung des Stababschnitts (40) ist, derart konfiguriert ist, dass Übertragungscharakteristiken in einem Übertragungscharakteristik-Kennfeld, das durch Kartierung von Übertragungscharakteristiken des Drehmomentstabs erhalten wird, die unter Verwendung einer Stablänge, der Kleiner-Ring-Torsionsfederung, des Großer-Ring-Federungsverhältnisses und eines Großer-Ring-Federungs-Werts als Parameter vorbestimmt sind, kleiner als 100 N/mm sind.
Der Drehmomentstab nach Anspruch 1, wobei das innere Element (32) des großen Ringabschnitts (30) aus Rohr hergestellt ist.
Der Drehmomentstab nach Anspruch 2, wobei das innere Element (32) des großen Ringabschnitts (30) aus rundem Rohr hergestellt ist.
Der Drehmomentstab nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Großer-Ring-Federungsverhältnis und ein Großer-Ring-Elastikmittelabstand (A), der ein Abstand zwischen einer Elastikmitte des Großer-Ring-Elastikelements (33) und einer Befestigungsmitte des Innenelements (32) im Bezug auf die Fahrzeugkarosserie ist, und in eine vorbestimmte Rohrzone (60) fallen, welche zuvor durch Experimente bestimmt ist.
Der Drehmomentstab nach Anspruch 4, wobei die Rohrzone eine Zone ist, die umgrenzt ist von den Großer-Ring-Federungsverhältnissen von R = 0,2 – 1,0, einer geraden Linie von A = –23R + 21, sowie geraden Linien, die sich parallel zur geraden Linie A = –23R + 21 in einem Graph erstrecken, der den Großer-Ring-Elastikmittelabstand (A) auf der vertikalen Achse und das Großer-Ring-Federungsverhältnis (R) auf der horizontalen Achse repräsentiert.
Der Drehmomentstab nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das äußere Element (21) des kleinen Ringabschnitts und das äußere Element (31) des großen Ringabschnitts aus Kunststoff hergestellt sind und mit dem Stababschnitt (40) integriert ausgebildet sind.
Der Drehmomentstab nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Drehmomentstab unter dem Motor angeordnet ist und als unteres Lager verwendet wird, in dem das äußere Element (31) des großen Ringabschnitts (30) eine Kraft derart aufnimmt, dass es im Bezug auf das innere Element (32) durch Schwingungen des Motors relativ nach vorne bewegt wird, und wobei das Großer-Ring-Elastikelement (33) integriert mit dem Innenelement (32) ausgebildet ist und eine im Wesentlichen V-förmig nach vorne vorstehende Konfiguration hat.
Der Drehmomentstab nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei eine Mittelachse (C1) des kleinen Ringabschnitts (20) und eine Mittelachse (C2) des großen Ringabschnitts (30) mit einem Winkel von 90° zueinander geneigt sind.
Verfahren zur Herstellung eines Drehmomentstabs; wobei der Drehmomentstab aufweist: einen kleinen Ringabschnitt (20) zur Verbindung mit einem Motor (12); einen großen Ringabschnitt (30) zur Verbindung mit einer Fahrzeugkarosserie (14); und einen Stababschnitt (40), der eine Verbindung zwischen dem kleinen Ringabschnitt (20) und dem großen Ringabschnitt (30) herstellt; wobei der kleine Ringabschnitt (20) ein Außenelement (21) enthält, das mit dem Stababschnitt (40) verbunden ist, ein Kleiner-Ring-Innenelement (22) zur Verbindung mit dem Motor (12) sowie ein Kleiner-Ring-Elastikelement (23), das eine Verbindung zwischen dem Außenelement (21) und dem Kleiner-Ring-Innenelement (22) herstellt; und der große Ringabschnitt (30) ein Außenelement (31) enthält, das mit dem Stababschnitt (40) verbunden ist, ein Innenelement (32) zur Verbindung mit der Fahrzeugkarosserie (14) und ein Großer-Ring-Elastikelement (33), das eine Verbindung zwischen dem Außenelement (31) und dem Innenelement (32) herstellt; wobei Großer-Ring-Übertragungscharakteristiken relativ zur Stärke der Übertragungskraft, die von dem großen Ringabschnitt (30) auf die Fahrzeugkarosserie (14) übertragen wird, flache Charakteristiken sind, deren Spitzenwert kleiner als 100 N/mm ist; wobei eine Federung während des Anlegens einer Torsion an das Kleiner-Ring-Elastikelement (23) des kleinen Ringabschnitts (30) eine Kleiner-Ring-Torsionsfederung (Kr) sei, und ein Verhältnis einer Federung in der axialen Richtung des Innenelements (32) des großen Ringabschnitts (33) im Bezug auf eine Federung in der axialen Richtung des Stababschnitts (40) ein Großer-Ring-Federungsverhältnis sei, wobei der Drehmomentstab unter Verwendung einer Stablänge, der Kleiner-Ring-Torsionsfederung, einer Großer-Ring-Federung und dem Großer-Ring-Federungsverhältnis als Parameter konstruiert wird; und wobei zunächst eine spezifische Stablänge und Großer-Ring-Federung bestimmt werden, und dann basierend auf einem Übertragungscharakteristik-Kennfeld, das Übertragungscharakteristiken des Drehmomentstabs entsprechend Änderungen in der Kleiner-Ring-Torsionsfederung und dem Großer-Ring-Federungsverhältnis aufweist, die für jede der Stablängen und jede der Großer-Ring-Federungen, die Kleiner-Ring-Torsionsfederung und das Großer-Ring-Federungsverhältnis vorbestimmt sind, aus einer solchen Kombination zwischen der Kleiner-Ring-Torsionsfederung und dem Großer-Ring-Federungsverhältnis bestimmt werden, dass die Übertragungscharakteristiken in dem Übertragungscharakteristik-Kennfeld bei der spezifischen Stablänge und Großer-Ring-Federung kleiner als 100 N/mm sind.