RU2160398C2

RU2160398C2 - Damper of crankshaft oscillations of internal combustion engine

Info

Publication number: RU2160398C2
Application number: RU98106174A
Authority: RU
Inventors: М.И. Фесина; А.В. Соколов
Original assignee: Оао "Автоваз"
Priority date: 1998-03-25
Filing date: 1998-03-25
Publication date: 2000-12-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: damper has hub 1 with disc part 2 and rim 3 between which viscoelastic damping circular member 4 is positioned (vulcanized). Damper peculiarity is in that disc part 2 of hub 1 is made of gas-permeable, porous, metal, pressed material, for example of porous reticular material. Damper construction is simplified, and its price is lowered. EFFECT: enhanced reliability and efficiency. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к технике гашения колебаний в механических агрегатах двигателей внутреннего сгорания (далее ДВС) посредством использования свободно колеблющихся масс, вращающихся вместе с валом, в частности в конструкциях демпферов колебаний коленчатого вала ДВС. The invention relates to a technique for damping vibrations in the mechanical units of internal combustion engines (hereinafter ICE) by using freely oscillating masses rotating together with the shaft, in particular in designs of vibration dampers of the ICE crankshaft.

Классическая схема демпфера колебаний, в частности коленчатого (приводного) вала двигателя внутреннего сгорания (ДВС) представлена, например, в заявке Японии N 5-53974, кл. F 16 F 15/12, 1984, и включает присоединительную ступицу, сформированную из присоединительной и дисковой частей, и обод, между которыми радиально привулканизировано упругое (резиновое) кольцо, выполняющее роль настроенной колеблющейся массы. The classical scheme of the vibration damper, in particular the crankshaft (drive) shaft of an internal combustion engine (ICE) is presented, for example, in Japanese application N 5-53974, class. F 16 F 15/12, 1984, and includes a connecting hub formed of connecting and disk parts, and a rim between which an elastic (rubber) ring is radially vulcanized, which acts as a tuned oscillating mass.

Демпфер выполняет полезную функцию успокоителя динамических деформаций, возникающих в результате крутильных и изгибных колебаний непосредственно структуры коленчатого вала, однако дисковая часть его ступицы и обод (свободно качающаяся масса демпфера), совершая интенсивные крутильные, изгибные и осевые колебания относительно присоединительной части ступицы, являются, таким образом, "вредным" звуковым излучателем типа звукоизлучающей диафрагмы громкоговорителя. Более того, демпфер, установленный на носке коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания, например вблизи тонкостенной крышки (кожуха) привода газораспределительного механизма (далее ГРМ), может неизбежно усиливать (и существенно) указанное звуковое излучение крышки как вторичного излучателя звука. The damper has a useful function as a damper for dynamic deformations arising as a result of torsional and bending vibrations of the direct structure of the crankshaft, however, the disk part of its hub and rim (freely swinging mass of the damper), performing intense torsional, bending and axial vibrations relative to the connecting part of the hub, are such thus, a "harmful" sound emitter, such as a sound-emitting diaphragm of a loudspeaker. Moreover, a damper mounted on the toe of the crankshaft of an internal combustion engine, for example, near a thin-walled cover (casing) of a gas distribution mechanism drive (hereinafter), can inevitably amplify (and substantially) the indicated sound radiation of the cover as a secondary sound emitter.

В качестве прототипа выбран демпфер колебаний коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания, описанный в заявке Японии N 2-9214 (JP)B, кл. F 16 F 15/12, опубл. 01.03.90, N 5-231, содержащий ступицу, на которую через упругое кольцо посажен массивный обод, выполняющий функцию гасителя крутильных колебаний коленвала. В ступице, со стороны носка коленчатого вала, выполнено цилиндрическое углубление, внутри которого размещен второй кольцеобразный динамический демпфер, выполненный в виде массивного кольцевого элемента, закрепленного через упругую прокладку на торцевой части цилиндрического углубления, и поглощающий изгибные вибрации носка коленчатого вала, т.е. выполняющий функцию гасителя изгибных колебаний коленвала. As a prototype of the selected vibration damper of the crankshaft of an internal combustion engine, described in Japanese application N 2-9214 (JP) B, CL. F 16 F 15/12, publ. 03/01/90, N 5-231, containing a hub, onto which a massive rim is fitted through an elastic ring that acts as a damper for torsional vibrations of the crankshaft. In the hub, on the side of the toe of the crankshaft, a cylindrical recess is made, inside of which there is a second annular dynamic damper made in the form of a massive ring element fixed through an elastic gasket on the end of the cylindrical recess, and absorbing the bending vibrations of the crankshaft toe, i.e. acting as a damper for bending vibrations of the crankshaft.

Такой комбинированный виброгаситель крутильных и изгибных колебаний, включающий двухмассовую колебательную систему, подключенную к структуре коленчатого вала, позволяет достаточно эффективно ослабить крутильные и изгибные колебания носка коленчатого вала, за счет тангенциального, касательного и консольного подключения упруго закрепленных соответствующих масс, и соответственно успокоить структуру коленчатого вала в целом. В это же время, вследствие ослабления изгибных и осевых колебаний носка коленвала, дополнительно ослабляются интенсивные изгибные колебания дисковой части демпфера как вибрирующей диафрагмы и, таким образом, ослабляется излучаемый ею (дисковой частью) звук. Such a combined vibration absorber of torsional and bending vibrations, including a two-mass oscillatory system connected to the structure of the crankshaft, can sufficiently weaken the torsional and bending vibrations of the toe of the crankshaft due to the tangential, tangent and cantilever connection of elastically fixed corresponding masses, and accordingly calm the structure of the crankshaft generally. At the same time, due to the weakening of the bending and axial vibrations of the toe of the crankshaft, the intense bending vibrations of the disk part of the damper as a vibrating diaphragm are additionally weakened, and thus the sound emitted by it (the disk part) is weakened.

Однако и в прототипе имеет место то обстоятельство, что составные части демпфера, в первую очередь обод и дисковая часть ступицы, продолжают совершать достаточно интенсивные колебания относительно ступицы, являясь при этом по сути дела излучателями диафрагменного типа, т.к. "раскачиваются" от периферии колеблющимися массами (кольцами) демпфера. Кроме того, эффективность в работе прототипа достигается за счет применения достаточно сложного конструктивного решения, связанного с существенным удорожанием конструкции, увеличением массы, усложнения технологии изготовления и контроля качества (собственные резонансные частоты демпфера должны находиться в узком поле допуска). При этом следует отметить, что работа демпфера основана на преобразовании колебательной энергии в тепловую, возникающую при деформировании резиновых слоев (молекулярное трение), а в прототипе отсутствуют какие-либо средства, ограничивающие допустимый температурный режим. В процессе эксплуатации демпфера его резиновые элементы значительно нагреваются также от горячих частей двигателя (носка коленвала), что приводит к существенному изменению их упругожесткостных и демпфирующих характеристик, снижается их долговечность, а значит, эффективность и ресурс демпфера в целом. However, in the prototype, there is the fact that the components of the damper, primarily the rim and the disk part of the hub, continue to make quite intense vibrations relative to the hub, while being essentially diaphragm emitters, because “swing” from the periphery by the oscillating masses (rings) of the damper. In addition, the effectiveness in the work of the prototype is achieved through the use of a fairly complex design solution associated with a significant increase in the cost of construction, weight increase, complication of manufacturing technology and quality control (intrinsic resonance frequencies of the damper should be in a narrow tolerance field). It should be noted that the damper’s work is based on the conversion of vibrational energy into thermal energy arising from the deformation of rubber layers (molecular friction), and the prototype does not have any means that limit the permissible temperature regime. During operation of the damper, its rubber elements also significantly heat up from the hot parts of the engine (toe of the crankshaft), which leads to a significant change in their elastic-stiffness and damping characteristics, their durability is reduced, which means the efficiency and life of the damper as a whole.

Задачей изобретения является ослабление излучения звука элементами демпфера, упрощение и удешевление конструкции, повышение надежности и эффективности ее в работе. The objective of the invention is to attenuate sound radiation by elements of the damper, simplify and reduce the cost of the structure, increase its reliability and efficiency in operation.

Для решения поставленной технической задачи предлагается в известном демпфере колебаний, содержащем ступицу с дисковой частью и обод, между которыми размещен упругий, в частности резиновый кольцевой элемент, по крайней мере дисковую часть ступицы выполнить из металлического прессованного волокнистого воздухопроницаемого материала (пористого сетчатого материала, далее ПСМ). To solve the technical problem, it is proposed in the well-known vibration damper containing a hub with a disk part and a rim between which there is an elastic, in particular a rubber ring element, at least the disk part of the hub is made of pressed metal fibrous breathable material (porous mesh material, hereinafter PSM )

При таком конструктивном исполнении положительный эффект достигается за счет выполнения дисковой части ступицы демпфера из ПСМ или другого аналогично высокодемпфирующего материала, ослабляющего излучение звука этой частью демпфера, за счет уменьшения коэффициента излучения этой пористой структуры. Более того, пористая воздухопроницаемая структура, из которой состоит дисковая часть ступицы, выполняет даже функцию звукопоглощающего элемента в зоне шумовиброактивного переднего кожуха ограждения привода газораспределительного механизма и вспомогательных агрегатов двигателя, а также позволяет обеспечить более эффективный отвод тепла от эластичной резиновой вставки и одновременно уменьшить подвод тепла от нагретого коленчатого вала и ступицы демпфера, вследствие увеличенных потерь тепла в волокнистом воздухопроницаемом слое ПСМ демпфера, что важно для ее долговечности. Наличие промежуточного вибродемпфирующего слоя в структуре демпфера благоприятно с точки зрения гашения его собственных нежелательных (паразитных) резонансов, вследствие высоких значений коэффициента механических потерь слоя из ПСМ. With this design, a positive effect is achieved by performing the disk part of the damper hub from PSM or another similarly high-damping material that attenuates the sound emission by this part of the damper, by reducing the emissivity of this porous structure. Moreover, the porous air-permeable structure of which the disk part of the hub consists even performs the function of a sound-absorbing element in the area of the noise-absorbing front casing of the drive of the gas distribution mechanism and engine auxiliary units, and also allows for more efficient heat removal from the elastic rubber insert and at the same time reduce heat input from the heated crankshaft and damper hub, due to increased heat loss in the fibrous breathable PS layer M damper, which is important for its durability. The presence of an intermediate vibration-damping layer in the damper structure is favorable from the point of view of damping its own undesirable (spurious) resonances, due to the high values of the mechanical loss coefficient of the PSM layer.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где показано поперечное сечение демпфера колебаний. The invention is illustrated in the drawing, which shows a cross section of a vibration damper.

Демпфер колебаний содержит ступицу 1 с дисковой частью 2 и обод 3, между которыми размещен упругий (резиновый) кольцевой элемент 4. На чертеже, в качестве примера, демпфер установлен на носке коленчатого вала 5 двигателя внутреннего сгорания. Дисковая часть 2 ступицы 1 демпфера выполнена из металлического прессованного пористого воздухопроницаемого материала, например пористого сетчатого материала. The vibration damper contains a hub 1 with a disk part 2 and a rim 3, between which an elastic (rubber) ring element 4 is placed. In the drawing, as an example, the damper is mounted on the toe of the crankshaft 5 of the internal combustion engine. The disk portion 2 of the hub 1 of the damper is made of extruded metal porous porous breathable material, such as porous mesh material.

Работает демпфер обычным образом. The damper works in the usual way.

Известно, например, из публикаций (копии прилагаются):
- Anders Agren. Aspects of how to design less noisy diesel endines. NAM, 96, Nordic Acoustical Meeting Helsinki, 12-14 June 1966, p. 113...120.It is known, for example, from publications (copies are attached):
- Anders Agren. Aspects of how to design less noisy diesel endines. NAM, 96, Nordic Acoustical Meeting Helsinki, 12-14 June 1966, p. 113 ... 120.

- Orjan Johansson, Anders Agren. Noise radiation from a torsional vibration damper in a diesel engine. INTER-NOISE, 93, Leuven-Belgium, August 24-26, p. 1501...1504. - Orjan Johansson, Anders Agren. Noise radiation from a torsional vibration damper in a diesel engine. INTER-NOISE, 93, Leuven-Belgium, August 24-26, p. 1501 ... 1504.

- Шум на транспорте. Пер. с англ. К.Г. Бомштейна. М.: Транспорт, 1995, с. 69, рис. 4.21 и с. 102,
что демпфер крутильных колебаний коленчатого вала, выполняя полезную функцию успокоителя динамических деформаций (крутильных и взаимосвязанных с ними изгибных и осевых) непосредственно структуры коленвала, с целью снижения динамического возбуждения блока картера цилиндров двигателя, через коммуникационные связи - коренные опоры (подшипники) на его внешние стенки и близкорасположенные тонкостенные присоединительные детали - масляный поддон, крышку или кожух привода газораспределительного механизма, защитный кожух корпуса сцепления с соответствующим снижением корпусного шума двигателя, может являться (демпфер) в свою очередь непосредственным интенсивным источником шумового излучения. Действительно, как это отмечено в названных работах, дисковая часть и венец демпфера, совершают интенсивные изгибные колебания относительно ступицы и являются по сути излучателями звука типа вибрирующей диафрагмы громкоговорителя. Более того, вблизи расположенная тонкостенная крышка (кожух) привода газораспределительного механизма, или торцевая передняя стенка масляного поддона (см. вышеприведенные публикации), может существенно усиливать указанное излучение звука.- Noise in the transport. Per. from English K.G. Bomstein. M .: Transport, 1995, p. 69, fig. 4.21 and p. 102,
that the damper of torsional vibrations of the crankshaft, performing the useful function of a damper for dynamic deformations (torsional and interconnected bending and axial) of the crankshaft structure itself, in order to reduce the dynamic excitation of the crankcase block of the engine, through communication links - the main bearings (bearings) on its outer walls and nearby thin-walled connecting parts - oil sump, cover or cover of the timing gear drive, clutch housing protective cover with a corresponding reduction in engine body noise, it can be (a damper), in turn, a direct intense source of noise radiation. Indeed, as noted in the aforementioned works, the disk part and the damper crown perform intense bending vibrations relative to the hub and are essentially sound emitters, such as a vibrating diaphragm of a loudspeaker. Moreover, the thin-walled cover (casing) of the gas distribution mechanism drive located nearby or the front front wall of the oil sump (see the above publications) can significantly enhance this sound emission.

Следует отметить и то обстоятельство, что при работе демпфера происходит существенный нагрев и возможный перегрев резинового кольцевого элемента 4, что приводит к существенному изменению его упругожесткостных и демпфирующих свойств, частотной расстройке и снижает долговечность конструкции демпфера в целом, поскольку эффект демпфирования подразумевает именно преобразование вибрационной энергии, при деформациях резинового слоя внешней кольцевой массой демпфера, его ободом 3, совершающей крутильные виброперемещения в тепловую энергию материала упругого кольцевого элемента 4 (резину) с высоким внутренним трением (молекулярное трение). It should be noted that during the operation of the damper there is significant heating and possible overheating of the rubber ring element 4, which leads to a significant change in its elastic-stiff and damping properties, frequency detuning and reduces the durability of the damper structure as a whole, since the effect of damping involves the conversion of vibrational energy , with deformation of the rubber layer by the outer annular mass of the damper, its rim 3, performing torsional vibrational displacement into thermal energy elastic material of the ring member 4 (rubber) with a high internal friction (molecular friction).

Таким образом, с одной стороны необходимо избегать перегрева резины, за счет эффективного отвода избыточного тепла от нее, а с другой стороны - уменьшать подвод избыточного тепла от нагретой металлической ступицы 1 и носка коленчатого вала. Thus, on the one hand, it is necessary to avoid overheating of the rubber, due to the effective removal of excess heat from it, and on the other hand, to reduce the supply of excess heat from the heated metal hub 1 and the toe of the crankshaft.

Именно пористая прессованная металлическая воздухопроницаемая структура дисковой части 2 ступицы 1 в предлагаемом демпфере позволяет частично решить обозначенные выше проблемы. Одновременно с этим, изгибные и осевые колебания коленчатого вала дополнительно демпфируются пористой вязкоупругой демпфирующей структурой дисковой части 2, за счет реализации микродеформаций структуры этого элемента (ПСМ) с высоким внутренним трением и рассеиванием механической энергии деформаций микроструктуры материала в преобразуемую тепловую энергию трения микрочастиц структуры дисковой части 2 ступицы 1. It is the porous pressed metal breathable structure of the disk part 2 of the hub 1 in the proposed damper that allows to partially solve the above problems. At the same time, the bending and axial vibrations of the crankshaft are additionally damped by the porous viscoelastic damping structure of the disk part 2 due to the implementation of microdeformations of the structure of this element (PSM) with high internal friction and dissipation of the mechanical energy of the deformation of the microstructure of the material into the converted thermal friction energy of the microparticles of the structure of the disk part 2 hubs 1.

Таким образом, эффективность предлагаемого демпфера обуславливается за счет введения в конструкцию слабоизлучающей высокодемпфирующей пористой металлической прессованной воздухопроницаемой структуры дисковой части ступицы. Thus, the effectiveness of the proposed damper is due to the introduction into the design of a low-emitting highly damping porous metal extruded compressed air-permeable structure of the disk part of the hub.

Claims

1. An oscillation damper, in particular a crankshaft of an internal combustion engine, comprising a hub with a disk part and a rim between which an annular element of viscoelastic damping material is placed, characterized in that the disk part of the damper hub is made of a metal, porous, gas-permeable material.

2. The damper according to claim 1, characterized in that the disk part of the hub of the damper is made of porous mesh material.