DE2926012A1

DE2926012A1 - Einrichtung zur aufnahme von drehmomentschwingungen im abtrieb einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2926012A1
Application number: DE19792926012
Authority: DE
Inventors: Akio Yoshida
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1979-03-30
Filing date: 1979-06-27
Publication date: 1980-10-02
Also published as: JPS6038577B2; AU4778179A; JPS55132435A; AU527492B2; US4468207A

Description

Einrichtung zur Aufnahme von Drehmomentschwingungen im Abtrieb einer Brennkraftmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Aufnahme von Drehmomentschwingungen im Abtrieb einer Brennkraftmaschine.

Aus der DE-OS 23 58 516 ist eine Einrichtung zur Aufnahme von Drehmomentschwingungen im Abtrieb einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bekannt. Diese bekannte, auf die nämliche Anmelderin zurückgehende Einrichtung macht es möglich, relativ hochfrequente Drehmomentschwingungen an der Abtriebsseite einer Brennkraftmaschine wirksam zu dämpfen, ohne daß der Durchmesser der Lagerteile, die Bestandteil der Einrichtung bilden, gegenüber früheren Konstruktionen vergrößert werden muß.

Es versteht sich, daß innerhalb gegebener Durchmesser- oder Gewichtsgrenzen für die Lagerteile die Summe der Trägheitsmomente von erstem und zweitem drehträgen Lagerteil begrenzt ist. Zusätzlich müssen die Trägheitsmomente der drehträgen Körper, die Federkonstanten und der Dämpfungskoeffizient der Dämpfungselemente derart gewählt sein, daß die Eigenfrequenz des gedämpft schwingungsfähigen Systems unterhalb der niedrigsten auftretenden Frequenz der Drehmomentschwingungen im Abtrieb der Brennkraftmaschine liegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß für ein gegebenes Gesamtträgheitsmoment der beiden Lagerteile eine maximale Dämpfung von Drehmomentschwingungen erreicht wird.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

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Die Erfindung betrachtet demnach die eigentliche, die Feder- und Dämpfungselemente enthaltende Einrichtung nicht isoliert, sondern bezieht die mit diesen kraftschlüssig verbundenen Teile mit ein, d.h. die bewegten Teile der antreibenden Brennkraftmaschine und die bewegten Teile auf der Abtriebsseite, beispielsweise eine Kupplung, eine Kardanwelle, ein Ausgleichsgetriebe und dgl. Die Erfindung soll nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt:

Fig. 1 ein grobes Übersichtsbild über das Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung;

Fig. 2 einen Axialschnitt einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung;

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Anordnung nach Fig. 2, und

Fig. 4 eine Schemadarstellung eines linearen Schwingungssystems, das äquivalent dem erfindungsgemäßen Schwingungssystem ist.

Fig. 1 zeigt im wesentlichen die bewegten Teile des Antriebssystems eines von einer Brennkraftmaschine angetriebenen Kraftfahrzeugs. Die Brennkraftmaschine ist eine übliche mehrzylindrige Maschine, von der hier nur die Kurbelwelle 1 und einige Kolben 3 dargestellt sind, die über Pleuelstangen 4 mit der Kurbelwelle 1 verbunden sind. Zum Antriebssystem des Kraftfahrzeugs gehört weiterhin eine Kupplung 5, ein Obersetzungsgetriebe 7, eine Kardanwelle 9 und ein Differentialgetriebe 11. Das Differentialgetriebe 11 ist mit den nicht dargestellten Rädern verbunden. Mit 13 ist eine Einrichtung zur Unterdrückung von Drehmomentschwingungen nach der vorliegenden Erfindung bezeichnet, die in der Hauptsache aus einem treibenden, schwungradartigen Lagerteil 15 und einem

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davon getriebenen schwungradartigen zweiten Lagerteil 17 besteht. Die Lagerteile 15 und 17 sind auf gemeinsamer Achse angeordnet und bilden zwischen sich einen kleinen Spalt aus. Zwischen den beiden Lagerteilen 15 und 17 ist ein Schwingungsdämpfer angeordnet, bestehend aus einer Federanordnung mit dem Federkoeffizienten "k" und einer Dämpfungseinrichtung mit dem Dämpfungskoeffizienten "c".

Die Fig. 2 und 3 zeigen eine Ausführungsform der Einrichtung 13 nach der Erfindung. Das erste Lagerteil 15 weist einen Zapfen 15a auf, an welchem das Abtriebsende der Kurbelwelle 1 befestigt ist, beispielsweise durch Schrauben 16. Das zweite Lagerteil 17 ist ringförmig ausgebildet und drehbar auf dem Zapfen 15a des ersten Lagerteils 15 gelagert, wie später noch beschrieben wird. Das zweite Lagerteil 17 weist im Bereich seines äußeren Randes eine Mehrzahl im Kreis verteilter Bohrungen auf, in welche Stifte 18 fest eingesetzt sind, mit deren Hilfe das zweite Lagerteil 17 am äußeren Gehäuse 5' der Kupplung 5 (Fig. 1) befestigt werden kann. Um eine gegenseitige Verdrehung der beiden Lagerteile zu ermöglichen, ist in das zweite Lagerteil 17 eine mit einem radial wegstehenden Kragen 19a versehene Hülse 19 eingesetzt, die zugleich auf den Zapfen 15a des ersten Lagerteils 15 aufgesetzt ist. An dem zweiten Lagerteil 17 sind mehrere, im Winkel gleichmäßig verteilte Stifte 21 befestigt, die in bogenförmige Schlitze 23 im Randbereich 15d des ersten Lagerteils 15 eingreifen. Diese Stifte 21 begrenzen im Zusammenwirken mit den Schlitzen 23 den Winkel, um den die beiden Lagerteile 15 und 17 gegeneinander verdreht werden können. Das erste Lagerteil 15 ist sandwichartig zwischen zwei dünnen Metallscheiben 25 und 27 eingeschlossen. Die Scheiben 25 und 27 sind an dem zweiten Lagerteil 17 mittels mehrerer Schrauben 30 befestigt, die in die Stifte 21 eingeschraubt sind, die aus den Schlitzen 23 des ersten Lagerteils 15 herausragen. Auf diese Weise folgen die beiden Scheiben 25 und 27 exakt der Bewegung der zweiten Scheibe 17. Sie übertragen die Drehung vom ersten Lagerteil 15 auf das zweite Lagerteil 17 in der

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später beschriebenen Weise.

Die Federeinrichtung mit Federkoeffizienten "k" und die Dämpfungseinrichtung mit dem Dämpfungskoeffizienten, "c" sind gemäß Fig. 2 und 3 wie folgt aufgebaut. In dem ersten Lagerteil 15 sind in gleichmäßigen Winkelabständen mehrere Durchbrüche 31 ausgebildet. In jedem Durchbruch 31 sitzt eine Schraubendruckfeder 33 in der Weise, daß ihre beiden Enden sich an entsprechenden Sitzen 35 abstützen,die an den in Umfangsrichtung gesehen sich gegenüberliegenden Kanten 31a der Durchbrüche 31 ausgebildet sind. Die eine Scheibe 25 weist eine entsprechende Mehrzahl im Winkel gleichmäßig verteilter Vertiefungen 25a auf, die jeweils in Umfangsrichtung gesehen einander gegenüberliegende Kanten 25b aufweisen. Die andere Scheibe weist eine entsprechende Vielzahl im Winkel gleichmäßig verteilter Vertiefungen 27a auf, die den Vertiefungen 25a in der ersten Scheibe 25 gegenüberstehen. Auch die Vertiefungen 27a in der zweiten Scheibe 27 weisen in Umfangsrichtung gesehen einander gegenüberliegende Kanten 27b auf. In dem von jeweils einem Paar Vertiefungen 25a und 25b umschlossenen Raum ist eine der Federn 33 angeordnet. Die beschriebene Konstruktion erlaubt es, daß die erwähnten Kanten 25b und 27b in Anlage an die Federenden kommen können. Auf diese Weise ist das erste Lagerteil 15 über die Federn 33 mit dem zweiten Lagerteil kraftschlüssig verbunden, wobei eine gegenseitige Verdrehung der beiden Lagerteile 15 und 17 unter Verformung der Federn 33 möglich ist.

Zwischen der ersten Scheibe 25 und dem ersten Lagerteil 15 ist ein Federring 37 eingespannt, der die Scheibe 25 von dem ersten Lagerteil 15 wegdrückt, so daß über die Schrauben 30 und die Stifte 21 das zweite Lagerteil 17 so gegen das erste Lagerteil gedrückt wird, daß der Kragen 19a der Hülse 19 an beiden Lagerteilen anliegt. Auf diese Weise wird eine Reibungskraft

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zwischen dem zweiten Lagerteil 17 und der Hülse 19 auf dem ersten Lagerteil 15 erzeugt. Die Reibungskraft hat einen Dämpfungskoeffizienten "c", wie schematisch in Fig. 1 eingezeichnet ist.

Die oben beschriebene Einrichtung macht es möglich, Drehmomentschwingungen zu dämpfen und damit Vibrationen im Fahrzeug zu vermindern, weil die Einrichtung die Drehmomentschwankungen aufnimmt, die eine Brennkraftmaschine aufgrund ihrer physikalischen Gegebenheiten an der Kurbelwelle erzeugt. Soweit beschrieben, entspricht die Anordnung und ihre Wirkungsweise jener, die aus der DE-OS 23 58 516 bekannt ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann man den Schwingungsdämpfungseffekt optimieren, wenn man bestimmte Bedingungen hinsichtlich der Trägheitsmomente beachtet.

Es sei zunächst angenommen, daß die nachfolgende Gleichung erfüllt ist:

J₁ + J₉ = konstant (J ) (1)

worin J₁ das Trägheitsmoment des ersten Lagerteils 15 und J₇ das Trägheitsmoment des zweiten Lagerteils 17 ist.

Diese Annahme ist berechtigt, da der Maximaldurchmesser oder das Maximalgewicht der Lagerteile 15 und 17 aufgrund gegebener Platzverhältnisse in einem Fahrzeug beschränkt ist.

Das von der Erfindung angesprochene Drehschwingungssystem entspricht einem linearen Schwingungssystem, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, in welchem eine erste Masse "m" und eine zweite Masse "M" miteinander durch eine Einrichtung verbunden sind, die aus einer Feder mit der Federkonstante "k" und einem Dämpfungselement mit dem Dämpfungskoeffizienten "c" besteht.

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Wenn man auf die erste Masse "m" eine lineare Schwingungskraft "F" ausübt und die zweite Masse "M" um die Wegstrecke "x" ausgelenkt wird, dann läßt sich folgende Gleichung aufstellen:

$ C~ ) = 2 ^}LJLJT* 2

¹ Ck-Mu) +jcej) (k-mco +jcco) - (k+jcco)

In dieser Gleichung ist "co" die Schwingungsfrequenz.

Wenn man die Gleichung C2) in eine für Drehschwingungen gültige Gleichung umwandeln will, dann ist es notwendig, die Massen "m" und "M" durch die Trägheitsmomente J₁ und J- der beiden Lagerteile 15 und 17 zu ersetzen. Die Kraft FCx) ist durch das Drehmoment T(Cc?) an dem ersten Lagerteil 15 zu ersetzen. Die Auslenkung χ ist durch den Schwingungswinkel des zweiten Lagerteils 17 zu ersetzen. Man erhält auf diese Weise folgende Gleichung:

θ , . _ k + j ccj

¹ / k-(J₂+Jc)c^+j CCuJ^k-(J₁+JE)O *+j ccj J - (k+jco?)

In der Gleichung (3) ist "Jc" das Gesamtträgheitsmoment des auf der Seite des zweiten Lagerteils 17 gelegenen Abschnitts des Antriebssystems, bestehend aus dem Trägheitsmoment der Kupplung 5, des Getriebes 7, der Kardanwelle 9, des Differentialgetriebes 11 usw. "JE" ist das Gesamtträgheitsmoment derjenigen Teile des Antriebssystems, die auf der Seite des ersten Lagerteils 15 liegen, d.h. der Kurbelwelle 1, der Pleuel 4, Kolben 3 usw. Das Trägheitsmoment Jc wird zum Trägheitsmoment J₂ hinzuaddiert, weil die abtriebsseitigen Teile zwischen dem zweiten Lagerteil und den Rädern direkt mit dem zweiten Lagerteil 17 verbunden sind. Aus dem gleichen Grunde wird auch das Trägheitsmoment JE zum Trägheitsmoment J₁ hinzugezählt.

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Aus der Gleichung (3) läßt sich folgende Gleichung ableiten:

[k-(J₂+Jc)Ü ²JEk-(J₁H-JE)W ²J

Die Gleichung (4) gibt den Frequenzgang des Verhältnisses des Verdrehungswinkels θ des zweiten Lagerteils 17 zur Einheit des Drehmoments T an, das am ersten Lagerteil 15 wirkt, d.h. die sogenannte Drehschwingungsweichheit (reziproke Drehschwingungssteifigkeit) an. Je kleiner dieser Wert ist, um so mehr wird die Übertragung von Drehmomentschwankungen vom ersten Lagerteil 15 auf das zweite Lagerteil 17 gedämpft. Um einen maximalen Dämpfungseffekt zu erhalten, ist es daher notwendig, die Größen der Trägheitsmomente J₁ und J₂ so zu wählen, daß die Drehschwingungsweichheit, die von der Gleichung (4) bestimmt wird, minimal wird. Da J„ = J_-J.., erhält man folgende Gleichung:

.S(CO) = : Κ— -j- (5)

Lk-(J_n-J₁^Jc)Ct? J [ k- (J₁ +JE)cj jf Leitet man die Gleichung (5) nach J₁ ab, ergibt sich:

I |Θ,_Μ

TX" τ ^^{w J}I ⁼ γ ΤίΖ~?

Wenn die Drehschwingungsweichheit minimal ist, dann muß die Gleichung (6) den Wert Null ergeben. Die Trägheitsmomente und Jy der beiden Lagerteile 15 und 17 ergeben sich dann zu:

, J„ + Jc - JE

^J1 ■-2—5— (7)

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J-Jc- JE

Die Gleichungen (7) und (7¹) sind, da J₁ + J₂ = J , äquivalent der Gleichung:

J₁ + JE = J₂ + Jc (8)

Diese Gleichung zeigt, daß das Gesamtträgheitsmoment aller Teile, die auf der einen Seite der Dämpfungseinrichtung angeordnet sind, genausogroß sein muß wie das Gesamtträgheitsmoment aller bewegten Teile, die auf der anderen Seite der Dämpfungseinrichtung angeordnet sind. In diesem Falle wird die Drehschwingungsweichheit des Systems nach Fig. 1 minimal, so daß die Vibrationen des Fahrzeugs wirksam verringern kann.

Demgemäß ist die in den Fig. 2 und 3 dargestellte Vorrichtung so getroffen, daß durch entsprechende Wahl der Trägheitsmomente J₁ und J- der beiden Lagerteile 15 und 17 die Gleichungen (7) und (7¹) erfüllt werden.

Beispiel

2 Bei einem Fahrzeug mit einem Jc von 0,56 kg · cm · sek und

9
einem JK von 0,41 kg · cm · sek ergab sich eine wirksame

2 Vibrationsverminderung bei einem J₁ von 0,7 kg · cm · sek

2 und einem J_ von 0,5 kg · cm · sek . In diesem Falle war JE +J₁ = 1,11, während JE + J_? = 1,06 war. Man sieht hieraus, daß die Forderung der Gleichung (8) im wesentlichen erfüllt ist,

In diesem Beispiel ist J₁ größer als J₂. Aus Konstruktionsgründen sollten die Durchmesser der beiden Lagerteile 15 und 17 jedoch annähernd gleich sein. Aus diesem Grunde ist am ersten Lagerteil 15 der Bereich 15c zwischen dem Zapfen 15a und dem Randbereich 15d verhältnismäßig dünn. Das Trägheitsmoment J₁ des Lagerteils 15 kann auf diese Weise größer sein

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als das des zweiten Lagerteils 17, obgleich die Durchmesser der beiden Lagerteile annähernd gleich sind.

_Kö/H. 03004 07 0575

Leerseite

Claims

Ansprüche

Einrichtung zur Aufnahme von Drehmomentschwingungen im Abtrieb einer Brennkraftmaschine mit zwei einander gegenüberstehenden, zwischen den Antrieb der Brennkraftmaschine und einer Kraftübertragungseinrichtung eingeschalteten, drehträgen Lagerteilen, die durch Federelemente und durch eine Dämpfungseinrichtung kraft- und reibschlüssig miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Gesamtträgheitsmoment aller auf der einen Seite der Einrichtung (13) gelegenen bewegten Teile (1, 3, 4) unter Einschluß des zugehörigen Lagerteils (IS) ebensogroß ist wie die auf der anderen Seite der Einrichtung (13) gelegenen bewegten Teile (5, 7, 9, 11) unter Einschluß des jenen zugehörigen Lagerteils (17).
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Lagerteil (15) aus einer dünnen Scheibe mit einem in der Mitte vorstehenden Zapfen (15a) und einem verstärkten Außenring (15d) besteht, daß das zweite Lagerteil (17) im wesentlichen ringförmig gestaltet und

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MÜNCHEN: TELEFON (OB9) 225585 KABEL: PROPINDUS- TELEX O5 24 344

BERLIN: TELEFON (O3O) 83I2O88
KABEL: PROPINDUS ■ TELEX Ο184Ο57

auf dem Zapfen (15) drehbar gelagert ist, und daß das Trägheitsmoment des ersten Lagerteils (15) größer als jenes des zweiten Lagerteils (17) ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente (33) im dünnwandigen Bereich (15c) des ersten Lagerteils (15) in gleichen Winkelabständen verteilt angeordnet sind, daß das zweite Lagerteil (17) für jedes Federelement (33) zwei Anschläge (35) aufweist, an denen die Enden der Federelemente (33) anliegen, und daß die Dämpfungseinrichtung aus einer mit einem Kragen (19a) versehenen, auf dem Zapfen (15a) sitzenden Hülse (19) und einer das zweite Lagerteil (17) auf den Kragen (19a) drückenden Einrichtung (37, 25, 30, 21) besteht.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Lagerteil (15) sandwichartig zwischen zwei Scheiben (25, 27) eingeschlossen ist, die mit dem zweiten Lagerteil (17) fest verbunden sind, daß die Scheiben (25, 27) Vertiefungen (25a, 27b) zur Aufnahme der Federelemente (33) aufweisen und daß die Vertiefungen (25a, 2 7b) in Umfangsrichtung gesehen einander gegenüberliegende Anschlagkanten (25b, 27b) aufweisen, die bei gegenseitiger Verdrehung der beiden Lagerteile (15, 17) sich an die Enden der Federelemente (33) anlegen und letztere zusammendrücken.

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