PL189945B1 - Element przenoszący do przenoszenia sił i/lub momentów, tłumik drgań oraz ich zastosowanie - Google Patents

Abstract

1. Element przenoszacy do przenoszenia sil i/lub momentów, zwlaszcza element przenoszacy do pojazdów mechanicznych, w których z tym elementem przenosza- cym jest polaczona czynnie kierownica i tlumik drgan, znamienny tym, ze tlumik drgan (8) ma elastyczne wlasciwosci asy- metryczne przeciwdzialajace asymetrycznie wystepujacym drganiom w plaszczyznie czynnej elementu przenoszacego (1 ) i drga- niom, powstalym od kierownicy (5) na ele- mencie przenoszacym (1 ) w tej czynnej plaszczyznie. FIG. 2 PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest element przenoszący do przenoszenia sił i/lub momentów, tłumik drgań oraz ich zastosowanie zwłaszcza w pojazdach mechanicznych.

Elementy przenoszące są znane w najróżniejszych postaciach wykonania i przypadkach stosowania. Za pomocą tych elementów przenoszących, siły i/lub momenty zostają odprowadzone z jednego miejsca do innego miejsca.

189 945

Tak więc w pojeździe mechanicznym siły i momenty do sterowania i regulacji przebiegów ruchowych są przekazywane za pomocą .układów dźwigniowych i innych elementów przenoszących. Na przykład wytworzony przez kierowcę moment obrotowy na kierownicy dla naprowadzenia pojazdu zostaje dalej skierowany przez kolumnę kierowniczą do przekładni kierowniczej.

W wyniku najróżniejszych układów istnieje niebezpieczeństwo, że w elemencie przenoszącym mogą powstać drgania. Są one, co najmniej niepożądane i obniżają komfort.

Dla zmniejszenia i/lub wytłumienia drgań znane jest stosowanie tłumika drgań.

W patencie DE 37 061 35 Al proponuje się, aby niepożądane drgania osiowe sprzęgła wyrównawczego napędu pompy wtryskowej zmniejszyć za pomocą urządzenia tłumiącego. Urządzenie tłumiące składa się w zasadzie z umieszczonej wewnątrz pustego wału masy elastomerowej, w środku której wtopiony jest czop.

Z opublikowanego DE 197 26 293 Al jest znane, że drgania gnące wykonanego jako pustego wewnątrz wału napędowego lub Cardana zostają skutecznie zmniejszone, jeżeli wewnątrz pustego wału w miejscu największych drgań jest umieszczony tłumik drgań. Ten tłumik drgań posiada masę tłumiącą i elastyczny element sprzęgający.

W opisie US-A-5,326,324 jest opisany tłumik drgań do pustych wewnątrz wałów, który w płaszczyźnie czynnej posiada jednakowe właściwości tłumiące.

Celem wynalazku jest ulepszenie elementu przenoszącego w rodzaju podanym na wstępie oraz tłumika drgań w ten sposób, aby jego zakres stosowania został rozszerzony. Celem wynalazku jest również zastosowanie ulepszonego elementu przenoszącego do przenoszenia sił i/lub momentów oraz tłumika drgań w pojazdach mechanicznych.

Cele te zostały osiągnięte dzięki rozwiązaniu konstrukcyjnemu elementu przenoszącego do przenoszenia sił i/lub momentów, a zwłaszcza elementu przenoszącego do pojazdów mechanicznych połączonego z kierownicą i tłumikiem drgań według niniejszego wynalazku, którego istota polega na tym, że tłumik drgań posiada elastyczne właściwości asymetryczne, przeciwdziałające asymetrycznie występującym drganiom w płaszczyźnie czynnej elementu przenoszącego i drganiom, powstałym od kierownicy na elemencie przenoszącym w tej czynnej płaszczyźnie.

Tłumik drgań korzystnie jest umieszczony na zewnętrznej ściance elementu przenoszącego, a zwłaszcza elementu wykonanego z masywu.

Tłumik drgań korzystnie jest umieszczony wewnątrz elementu przenoszącego, a zwłaszcza elementu rurowego.

Element przenoszący korzystnie posiada większą liczbę tłumików drgań.

Tłumik drgań korzystnie posiada masę tłumiącą i elastyczny element sprzęgający, za pomocą którego jest on połączony czynnie z elementem przenoszącym.

Element sprzęgający korzystnie ma budowę asymetryczną.

Pomiędzy pustym wewnątrz elementem przenoszącym i elastycznym elementem sprzęgającym tłumika drgań korzystnie jest umieszczona tuleja.

Masa tłumiąca tłumika drgań jest pokryta materiałem elastycznym, który najkorzystniej ma kształt pęczków.

Element przenoszący korzystnie posiada przyporządkowane urządzenie nastawcze.

Tłumik drgań, zwłaszcza do stosowania w elemencie przenoszącym pojazdów mechanicznych, posiadający masę tłumiącą połączoną z elementem sprzęgającym, charakteryzuje się tym, że element sprzęgający posiada w płaszczyźnie czynnej elastyczne właściwości asymetryczne.

Element sprzęgający korzystnie ma kształt asymetryczny i/lub są w nim asymetrycznie rozmieszczone różne materiały, nadające temu elementowi sprzęgającemu elastyczne właściwości asymetryczne.

Opisane powyżej: element przenoszący i tłumik drgań, są stosowane w pojazdach mechanicznych.

Kierownica połączona czynnie z elementem przenoszącym może wywołać w tym elemencie przenoszącym drgania asymetryczne.

Drgania występują zasadniczo w różnych postaciach. Ciało sztywne, które jest zawieszone elastycznie, może być wzbudzone w drgania podłużne i drgania obrotowe, przy czym element elastyczny może dodatkowo wzbudzić drgania zginające i drgania skrętne. Dla dalszego ograniczenia zostają odróżnione drgania symetryczne od asymetrycznych. Przy drga4

189 945 niach symetrycznych następują ruchy drgające symetrycznie do osi odniesienia elementu. W przeciwieństwie do tego drgania asymetryczne mają różne amplitudy i częstotliwości względem osi odniesienia elementu.

Niniejszy wynalazek zajmuje się drganiami asymetrycznymi wzgl. ich tłumieniem i kompensacją w elementach przenoszących. Jako oś odniesienia służy oś wzdłużna elementu przenoszącego.

Zrozumiałe jest, że odnośnie tłumienia i kompensacji drgań należy rozważać zmniejszenie amplitud ruchu a w tym związanych z nimi sił.

Do tłumienia asymetrycznego drgania elementu przenoszącego jest przewidziany asymetrycznie wykonany tłumik drgań, który jest połączony czynnie z elementem przenoszącym. Dzięki asymetrycznej konstrukcji tłumika drgań zostają osiągnięte asymetryczne właściwości tłumiące, tak że występujące drgania asymetryczne zostaną lepiej stłumione, aniżeli miałoby to miejsce w przypadku zastosowania tłumika symetrycznego.

Tłumik drgań zostaje z reguły umieszczony jak najbliżej miejsca występowania maksymalnych drgań, a więc w miejscu o największej amplitudzie drgań, ponieważ jest to najczęściej najlepsze miejsce do skutecznego tłumienia drgań.

Na przykład na kolumnach kierowniczych często występują drgania asymetryczne. W wyniku zespolenia innych składników, jak na przykład poduszki powietrzne i elektryczne elementy łączące, oraz konieczności uzyskania swobodnego spojrzenia na instrumenty, kierownice są najczęściej wykonywane asymetrycznie. Ponieważ pojazd jedzie przeważnie prosto, kierownica znajduje się jako element przede wszystkim w położeniu środkowym. W tej pozycji kolumna kierownicza jako element przenoszący zostaje wzbudzona, odnośnie rodzaju i częstotliwości drgań, poprzecznie do wzdłużnej osi pojazdu do innych drgań, aniżeli prostopadle do nich.

Tłumik drgań może być umieszczony w obszarze ścianki zewnętrznej elementu przenoszącego, dzięki czemu jest umożliwiony łatwy montaż i kontrola odnośnie nastawiania i uszkodzeń.

Przy zastosowaniu pustego wewnątrz elementu przenoszącego, tłumik drgań może być umieszczony wewnątrz tego elementu. Taki układ jest oszczędny przestrzennie i chroni tłumik drgań przed uszkodzeniem i rozregulowaniem.

Która postać układu zostanie ostatecznie wybrana, zależy każdorazowo od charakterystyki poszczególnego przypadku.

Na elemencie przenoszącym lub wewnątrz jego może być także umieszczona większa liczba tłumików drgań. Jest to zwłaszcza korzystne wtedy, jeżeli na przykład dłuższy drążek kierowniczy zostanie wzbudzony do różnych form drgań, co oznacza istnienie wielu miejsc o maksymalnej amplitudzie drgań. W tym przypadku jest korzystne umiejscowienie odpowiednio przygotowanego tłumika drgań w każdym brzuścu drgań, to znaczy tłumika dostrojonego na odpowiednią częstotliwość.

Tłumik drgań może posiadać masę tłumiącą i elastyczny element sprzęgający, wykonany na przykład z elastomerowego tworzywa sztucznego, przy czym połączenie czynne między tłumikiem drgań i elementem przenoszącym następuje za pomocą elastycznego elementu sprzęgającego.

Elastyczny element sprzęgający może być wykonany asymetrycznie, aby osiągnąć żądane asymetryczne właściwości tłumiące tłumika drgań. W tym celu ten elastyczny element sprzęgający jest w jednej osi poprzecznej wykonany masywniej, niż w osi poprzecznej prostopadłej do niej, co może być osiągnięte na przykład przez otwory, puste przestrzenie lub całkowity brak materiału. W osi poprzecznej, w której elastyczny element jest wykonany masywnie, istnieje większa sztywność, tak że tłumik drgań posiada w tym kierunku wyższą częstotliwość własną. W przeciwieństwie do tego elastyczny element sprzęgający prostopadle do osi poprzecznej lub w innym kierunku jest wykonany bardziej podatnie, tzn. jest mniej sztywny, tak że tłumik drgań w tym kierunku posiada niższą częstotliwość własną. Częstotliwość własna tłumika drgań określa każdorazowo ten zakres częstotliwości, w którym tłumi on drgania, występujące w połączonym z nim elementem konstrukcyjnym, w danym przypadku z elementem przenoszącym.

W przypadku zastosowania pustego wewnątrz walu jako elementu przenoszącego, między nim i elastycznym elementem sprzęgającym tłumika drgań może być umieszczona tuleja.

189 945

Tuleja jest niedroga w produkcji, chroni elastyczny element sprzęgający przed uszkodzeniem podczas montażu i ułatwia montaż.

Masa tłumiąca tłumika drgań może być pokryta materiałem elastycznym, na przykład gumą. Elastyczne pokrycie tłumi szmery uderzeniowe, które mogą powstawać, jeżeli masa tłumiąca wchodzi w niezamierzony kontakt z elementem przenoszącym. Oprócz tego elastyczne pokrycie chroni nie tylko masę tłumiącą, lecz także element przenoszący przed uszkodzeniem mechanicznym i korozją.

Elastyczne pokrycie masy tłumiącej może być wykonane także w postaci wystających pęczków. Dzięki temu szmery uderzeniowe w wyniku większej podatności są tłumione jeszcze skuteczniej, niż przy pokryciu równomiernym.

Element przenoszący może posiadać urządzenie nastawcze. Może być ono umieszczone na elemencie przenoszącym lub na tłumiku drgań. Gwarantuje to, że wykonany asymetrycznie tłumik drgań jest montowany w sposób pewny w żądanej pozycji i w żądanym kierunku na elemencie przenoszącym lub wewnątrz niego i tam już pozostaje. Nastawianie może się odbywać, przy zastosowaniu pustego wału, poprzez wzdłużną szczelinę w tulei tłumika drgań lub za pomocą żebra lub kołka w pustym wewnątrz wale.

Jest też możliwe zastosowanie innych urządzeń nastawczych, znanych fachowcowi.

Tłumik drgań odznacza się tym, że element sprzęgający posiada asymetryczne elastyczne właściwości w jednej płaszczyźnie działania. Tłumik drgań posiada masę tłumiącą i połączony z nim elastyczny element sprzęgający, przy czym ten element sprzęgający posiada, jak już wspomniano, asymetryczne elastyczne właściwości w jednej płaszczyźnie działania. Element sprzęgający jest najczęściej połączony czynnie nie tylko z samą masą tłumiącą, lecz także z częścią składową, na przykład elementem przenoszącym, który zostaje wzbudzony asymetrycznie względem niepożądanych drgań. Połączenie czynne może każdorazowo być wykonane za pomocą połączenia zamkniętego kształtowo i/lub siłowo.

Asymetryczne właściwości elastyczne elementu sprzęgającego mogą być uzyskane przez nadanie asymetrycznego kształtu. W ten sposób tłumik drgań może być wykonany z jednolitego materiału z asymetrycznie ukształtowanym, elastycznym elementem sprzęgającym. W tym przypadku żądane, asymetryczne właściwości tłumiące tłumika drgań zostają osiągnięte dzięki temu, że element sprzęgający w kierunku płaszczyzny prostopadłej do wzdłużnej osi tłumika drgań posiada inną sztywność, niż w innym kierunku, na przykład w kierunku poprzecznym.

Tłumik drgań może posiadać także elastyczny element sprzęgający, w którym różne materiały każdorazowo o różnych właściwościach materiałowych są kombinowane asymetrycznie. W tym przypadku żądane, asymetryczne właściwości tłumiące tłumika drgań zostają osiągnięte dzięki temu, że asymetrycznie ukształtowana sztywność elastycznego elementu sprzęgającego zostaje wywołana przez różne właściwości materiałowe, zwłaszcza przez różną sztywność kombinowanych w nim materiałów.

Możliwe jest także, że elastyczny element sprzęgający tłumika drgań jest wykonany asymetrycznie nie tylko przez ukształtowanie lecz także przez kombinację różnych materiałów i tym samym osiągnięte zostają pożądane, asymetryczne właściwości tłumiące tłumika drgań.

Sposób tłumienia drgań, zwłaszcza elementu przenoszącego charakteryzuje się tym, że tłumienie w płaszczyźnie czynnej wykonuje się w różnych kierunkach każdorazowo o różnym stopniu sztywności tłumienia. Wynika z tego asymetryczne tłumienie które w określonych przypadkach, jak wspomniano wyżej, prowadzi do dobrych rezultatów.

Przedmiot wynalazku, umieszczony na przykład w kolumnie kierownicy pojazdu mechanicznego, zostanie poniżej objaśniony dokładniej na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia widok z boku elementu przenoszącego; fig. 2 - przekrój wzdłużny przez tłumik drgań oraz fig. 3 - przekrój poprzeczny przez tłumik drgań.

Na fig. 1 jest przedstawiony element przenoszący 1, wykonany jako kolumna kierownicy, która posiada pusty wewnątrz podłużny drążek kierowniczy 2, przegub Cardana 3 i drugi drążek kierowniczy 4. Element przenoszący 1 przenosi ruch obrotowy kierownicy 5 do przekładni kierowniczej 6. Drążek kierowniczy 2 jest umieszczony obrotowo w pobliżu kierownicy 5 w łożysku 7. W wyniku wibracji i uderzeń, występujących w pojeździe, w drążku kierowniczym 2 zostają wzbudzone drgania zginające. Ponieważ prostopadle do poziomej płaszczyzny zostają wzbudzone inne częstotliwości i inne rodzaje drgań, to w drążku kierowniczym 2 występują,

189 945 odnosząc do jego osi wzdłużnej, drgania asymetryczne. Ta asymetria zostaje zwiększona przez asymetryczną sztywność kolumny kierownicy.

Do tłumienia asymetrycznych drgań wewnątrz pustego drążka kierowniczego 2 jest umieszczony w odpowiednim miejscu tłumik drgań 8. Ten tłumik drgań 8 składa się, jak to zostało uwidocznione na fig. 2, zasadniczo z masy tłumiącej 9, która jest wykonana w postaci zwartej i posiada pośrodku zwężenie. W tym zwężeniu masa tłumiąca 9 jest połączona z elastycznym elementem sprzęgającym 10. Elastyczny element sprzęgający 10 jest otoczony tuleją 11, za pomocą której tłumik drgań 8 jest połączony z elementem przenoszącym 2 i w ten sposób zostaje utworzone połączenie czynne.

Jak to zostało uwidocznione w przekroju na fig. 3, elastyczny element sprzęgający 10, odnosząc do jego osi wzdłużnej, jest wykonany asymetrycznie. W osi płaszczyzny czynnej element sprzęgający 10 posiada właściwości masywne a tym samym znaczną sztywność, natomiast prostopadle do niej, w wyniku brakującego materiału, jest bardziej podatny i tym samym bardziej elastyczny. W kierunku osi o sztywnym ukształtowaniu tłumik drgań 8 tłumi wysoką częstotliwość, zaś w kierunku osi o ukształtowaniu elastycznym - częstotliwość niską. Tak więc tłumik drgań 8 posiada więc asymetryczne właściwości tłumiące.

Na fig. 3 są pokazane następnie pęczki 12, które są rozmieszczone na masie tłumiącej 9 i mogą być wykonane na przykład z gumy. W wyniku tego usytuowania zostają wytłumione szmery powstałe od uderzeń oraz zapobiega się uszkodzeniom, które mogą powstać, jeżeli masa tłumiąca 9 przy określonych formach drgań osiągnie zamierzony kontakt z drążkiem kierowniczym 2.

FIG

FIG

FIG

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.

Claims (14)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Element przenoszący do przenoszenia sił i/lub momentów, zwłaszcza element przenoszący do pojazdów mechanicznych, w których z tym elementem przenoszącym jest połączona czynnie kierownica i tłumik drgań, znamienny tym, że tłumik drgań (8) ma elastyczne właściwości asymetryczne przeciwdziałające asymetrycznie występującym drganiom w płaszczyźnie czynnej elementu przenoszącego (1) i drganiom, powstałym od kierownicy (5) na elemencie przenoszącym (1) w tej czynnej płaszczyźnie.
2. 2. Element przenoszący według zastrz. 1, znamienny tym, że tłumik drgań (8) jest umieszczony na zewnętrznej ściance elementu przenoszącego (1).
3. 3. Element przenoszący według zastrz. 1, znamienny tym, że tłumik drgań (8) jest umieszczony wewnątrz elementu przenoszącego (1).
4. 4. Element przenoszący według zastrz. 1, znamienny tym, że ma większą liczbę tłumików drgań (8).
5. 5. Element przenoszący według zastrz. 1, znamienny tym, że tłumik drgań (8) ma masę tłumiącą (9) i elastyczny element sprzęgający (10), za pomocą którego tłumik drgań (8) jest połączony czynnie z elementem przenoszącym (1).
6. 6. Element przenoszący według zastrz. 5, znamienny tym, że elastyczny element sprzęgający (10) ma budowę asymetryczną.
7. 7. Element przenoszący według zastrz. 3, znamienny tym, że pomiędzy pustym wewnątrz elementem przenoszącym (1) i elastycznym elementem sprzęgającym (10) tłumika drgań (8) jest umieszczona tuleja (11).
8. 8. Element przenoszący według zastrz. 5, znamienny tym, że masa tłumiąca (9) tłumika drgań (8) jest pokryta elastycznym materiałem.
9. 9. Element przenoszący według zastrz. 8, znamienny tym, że materiał elastyczny ma kształt pęczków (12).
10. 10. Element przenoszący według zastrz. 1, znamienny tym, że posiada urządzenie nastawcze, przyporządkowane do tego elementu przenoszącego (1).
11. 11. Tłumik drgań, zwłaszcza do stosowania w elemencie przenoszącym pojazdów mechanicznych, posiadający masę tłumiącą połączoną z elementem sprzęgającym, znamienny tym, że element sprzęgający (10) posiada w płaszczyźnie czynnej elastyczne właściwości asymetryczne.
12. 12. Tłumik drgań według zastrz. 11, znamienny tym, że element sprzęgający (10) ma kształt asymetryczny i/lub są w nim asymetrycznie rozmieszczone różne materiały, nadające temu elementowi sprzęgającemu (10) elastyczne właściwości asymetryczne.
13. 13. Zastosowanie elementu przenoszącego jak opisano w zastrz. 1 do 10 w pojazdach mechanicznych.
14. 14. Zastosowanie tłumika drgań jak opisano w zastrz. 11 do 12 w pojazdach mechanicznych.