УЗЕЛ ГАСИТЕЛЯ ВИБРАЦИЙ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Область техники, к которой относится полезная модель
Раскрытая идея полезной модели, в общем, относится к узлу гасителя вибраций для уменьшения крутильных колебаний в двигателе внутреннего сгорания. Конкретнее, раскрытая идея полезной модели относится к маятниковым гасителям вибраций, прикрепленным полосами к маховику двигателя.
Уровень техники
Крутильные колебания в двигателе внутреннего сгорания представляют собой хорошо известную проблему. Эти колебания являются следствием изменений скорости вращения коленчатого вала, вызванных флуктуациями передачи крутящего момента от поршней коленчатому валу. Крутильные колебания коленчатого вала обычно в наибольшей степени определяются частотой зажигания двигателя.
Одним из средств борьбы с крутильными колебаниями в двигателе внутреннего сгорания является использование гасителей вибраций. В качестве гасителей вибраций общеупотребительны маятниковые гасители. Этот тип гасителей вибраций применялся в авиационных двигателях, а позднее стал применяться в гидротрансформаторах серийных автомобильных двигателей. Таким образом, применение маятниковых гасителей для подавления вибраций двигателя хорошо известно. Это подавление осуществляется настройкой маятника в резонанс с частотой зажигания двигателя. В частности, маятниковые гасители вибраций применяются для уравновешивания или гашения нежелательных гармоник вибраций двигателя. В таких случаях коленчатый вал соединяется с маятниковой массой роликами, которые, в отличие от основного движения, движутся по круговым, циклоидным или иным траекториям, чтобы при любых оборотах двигателя удерживать резонансную частоту маятника соответствующей частоте зажигания двигателя.
Известные маятниковые гасители вибраций сконструированы так, чтобы предотвратить механическое повреждение двигателя, предотвратив размах маятниковых масс, выходящий за механические границы или рабочий диапазон их движения. В этих известных гасителях вибраций маятниковые массы при малых углах размаха почти полностью гасят вибрации двигателя обкаткой роликов по траектории, которая создает приблизительно таутохронное движение маятников. При более высоких или больших амплитудах, эти устройства обеспечивают способ автоматической расстройки маятников, при котором маятники постепенно становятся все менее и менее настроены на частоту возбуждения коленчатого вала. Это приводит к постепенному уменьшению отклика маятника на импульсы вибраций, что ограничивает размах при более высоких уровнях возбуждения крутильных колебаний, удерживая маятниковые массы в пределах механических границ рабочего диапазона углов колебаний.
Хотя маятниковые гасители вибраций оказались эффективны для снижения крутильных колебаний в двигателе внутреннего сгорания, известные маятниковые гасители не обеспечивают окончательного решения проблемы вибраций. Особую озабоченность вызывает тот факт, что размещение роликов, как правило, ограничено смазкой окружающих элементов. Однако размещение роликов в окружении несмазываемых элементов, например на маховике сухой муфты, может привести к преждевременной поломке и, таким образом, острее ставит вопросы долговечности.
Как и во многих областях технологии автомобилестроения, всегда есть пространство для усовершенствований, связанных с системами и способами уменьшения величины крутильных колебаний, возникающих в двигателе внутреннего сгорания.
Сущность полезной модели
Раскрытая идея полезной модели преодолевает проблемы, связанные с известными подходами к снижению крутильных колебаний, возникающих при работе двигателей внутреннего сгорания. Раскрытая идея полезной модели достигает этого, предлагая маятниковый гаситель вибраций для двигателя внутреннего сгорания. Гаситель вибраций крепится к вращающемуся элементу, например, к маховику двигателя.
Маятниковый гаситель вибраций согласно раскрытой идее полезной модели содержит маятник, имеющий первый и второй концы, и анкер маятника, неподвижно прикрепленный к вращающемуся элементу. Анкер маятника также имеет первый и второй концы.
Гибкая полоса обернута вокруг маятника и анкера маятника так, что полоса соединяет первый конец маятника с первым концом анкера маятника и второй конец маятника со вторым концом анкера маятника. Полоса состоит из гибких материалов любого типа, подходящих для такого применения, включая нержавеющую сталь. Предпочтительно гибкая полоса выполнена из нескольких слоистых полос. Такое устройство образует бифилярный маятниковый гаситель вибраций.
Фиксатор маятника прикреплен к маятнику механическими крепежными элементами так, что часть гибкой полосы зажата между фиксатором маятника и маятником. Аналогично, фиксатор анкера маятника прикреплен к анкеру маятника механическими крепежными элементами так, что часть гибкой полосы зажата между фиксатором анкера маятника и анкером маятника.
Маятник содержит обращенную к анкеру поверхность маятника с активными зонами, образующими кулачковые поверхности опоры гибкой полосы. Аналогично, анкер маятника содержит обращенную к маятнику поверхность с активными зонами, образующими кулачковые поверхности опоры гибкой полосы.
Раскрытый маятниковый гаситель вибраций может быть настроен для уменьшения различных гармоник крутильных колебаний подстройкой конфигураций кулачковых поверхностей к изменяющимся длинам активно изгибающихся частей гибкой полосы. Маятниковый гаситель вибраций, раскрытый в настоящем описании, может быть использован в окружении несмазываемых элементов. Таким образом, раскрытый маятниковый гаситель вибраций обладает несколькими преимуществами перед известными роликовыми системами, обеспечивая повышение долговечности, а также экономию материала и затрат на изготовление и сборку.
Вышеуказанные и иные преимущества и особенности полезной модели станут ясны из нижеследующего подробного описания предпочтительных вариантов ее осуществления при их рассмотрении совместно с сопроводительными чертежами.
Краткое описание чертежей
Теперь для более полного понимания настоящей полезной модели следует сделать ссылку на варианты ее осуществления, проиллюстрированные более подробно на сопроводительных чертежах и раскрытые ниже в качестве примеров осуществления полезной модели, при этом:
на ФИГ. 1 представлен вид сбоку бифилярного маятникового гасителя вибраций, выполненного согласно раскрытой идеи полезной модели и прикрепленного к маховику двигателя;
на ФИГ. 2 представлен увеличенный вид бифилярного маятникового гасителя вибраций, изображенного на ФИГ. 1, и
на ФИГ. 3 представлен разрез по 3-3 на ФИГ. 1.
Описание предпочтительного примера осуществления полезной модели
На нижеследующих ФИГ. одними и теми же номерами позиций обозначены идентичные элементы. В нижеследующем описании различные рабочие параметры и элементы раскрыты для конструктивно различных вариантов осуществления. Эти конкретные параметры и элементы включены в качестве примеров и не имеют ограничительного смысла.
Узел гашения крутильных колебаний согласно раскрытой идее полезной модели, в целом обозначенный позицией 10, показан на ФИГ. 1, представляющей вид сбоку узла 10, и на ФИГ. 2, представляющей увеличенный вид узла 10. Узел 10 содержит, по меньшей мере, один узел 12 бифилярного маятникового гасителя, прикрепленный к маховику 14 автомобильного двигателя, причем маховик двигателя имеет осевое направление 16 (показано на ФИГ. 3). Узел 12 бифилярного маятникового гасителя более подробно показан на ФИГ. 2.
Следует понимать, что хотя показан только один узел 12 бифилярного маятникового гасителя, прикрепленный к маховику 14 двигателя, предпочтительно прикреплять к маховику 14 двигателя четыре таких узла, но возможно и иное количество узлов, например три или пять, в зависимости от числа цилиндров двигателя и иных переменных. В качестве предпочтительного примера укажем, что размещение по одному узлу 12 бифилярного маятникового гасителя на каждом квадранте маховика 14 двигателя позволяет достичь настройки гармоник порядка 1,5 на соответствие частоте зажигания трехцилиндрового двигателя.
Узел 12 бифилярного маятникового гасителя, в основном, содержит неподвижно прикрепленную часть и подвижную часть. Неподвижно прикрепленная часть это анкер 18 маятника, а подвижная часть - это маятник 20. Анкер 18 маятника неподвижно прикреплен к маховику 14 двигателя. В анкере 18 маятника образовано несколько монтажных отверстий 22, 22′ и 22′′, хотя число образованных отверстий может быть больше или меньше. Такое же число крепежных элементов (крепежные элементы 24, 24′ и 24′′, изображенные на ФИГ. 1) крепят анкер 18 маятника к маховику 14 двигателя. Прикреплением анкера 18 маятника к маховику 14 двигателя можно управлять, используя штифты или аналогичные установочные элементы для более точного контроля действительного положения анкера 18 маятника относительно маховика 14 двигателя.
Маятник 20 прикреплен к анкеру 18 маятника гибкой полосой 26. Гибкая полоса 26 может быть образована из подходящего материала любого типа, включая, но не ограничительно, тонколистовую нержавеющую сталь для прокладок. Прокладочный лист предпочтительно наматывают в несколько слоев, чтобы сформировать гибкую полосу 26, достигая таким образом требуемой прочности на растяжение. Прокладочный лист, из которого формируется гибкая полоса 26, может иметь любую подходящую толщину, но в любом случае должен быть достаточно тонким, для того чтобы он не подвергался чрезмерным напряжениям изгиба при намотке и при изгибе в процессе работы двигателя.
Гибкая полоса 26 содержит два свободных конца, в частности, первый конец 28, вставленный в пропил 30, образованный в анкере 18 маятника. Штифт или установочный винт 32 закрепляет конец 28 в пропиле 30. При сборке, после того как конец 28 гибкой полосы 26 введен в пропил 30 и штифт или установочный винт 32 отрегулирован так, чтобы он удерживал конец 28 на месте, гибкую полосу 26 несколько раз обертывают вокруг анкера 18 маятника и маятника 20, пока не будет получено требуемое число слоев (и, таким образом, достигнута требуемая прочность на растяжение). В процессе намотки гибкой полосы 26 маятник 20 и анкер 18 маятника можно удерживать от смещения относительно друг друга, закрепив обе детали в креплении, которое точно фиксирует и удерживает эти детали, вставкой штифтов или иных крепежных элементов в отверстия 22, 22′ и 22′′ в анкере 18 маятника и в отверстия 24 и 24′ в маятнике 20.
Когда гибкая полоса 26 намотана как требуется, она удерживается в натянутом состоянии, причем крепежные отверстия сформированы в соответствующем техпроцессе таким образом, чтобы не возникало чрезмерной слабины гибкой полосы 26 в зонах, прилегающих к крепежным отверстиям. В частности, крепежные отверстия 34, 34′, 34′′ и 34′′′ образованы на участке гибкой полосы 26, прилегающем к анкеру 18 маятника, в то время как крепежные отверстия 36, 36′, 36′′ и 36′′′ образованы на участке гибкой полосы 26, прилегающем к маятнику 20.
Соответственно образованным крепежным отверстиям 34, 34′, 34′′ и 34′′′, фиксатор 38 анкера маятника располагается так, что крепежные элементы 40, 40′, 40′′ и 40′′′ проходят сквозь крепежные отверстия 34, 34′, 34′′ и 34′′′, чтобы тем самым прикрепить фиксатор 38 анкера маятника к анкеру 18 маятника, зажав между ними часть гибкой полосы 26. Аналогично, соответственно образованным крепежным отверстиям 36, 36′, 36′′ и 36′′′, фиксатор 42 маятника располагается так, что крепежные элементы 44, 44′, 44′′ и 44′′′ проходят сквозь крепежные отверстия 36, 36′, 36′′ и 36′′′, чтобы тем самым прикрепить фиксатор 42 маятника к маятнику 20, зажав между ними часть гибкой полосы 26. После этого удаляют излишек прокладочного листа на его втором конце 31.
Следует заметить, что у концевых отверстий 34, 34′′′, 36 и 36′′′, где гибкая полоса 26 выходит из зажима между маятником 20 и фиксатором 42 маятника и из зажима между анкером 18 маятника и фиксатором 38 анкера маятника, с маятника 20, фиксатора 42 маятника, анкера 18 маятника и фиксатора 38 анкера маятника удаляют материал с поверхностей, которые сопрягаются с гибкой полосой 26, для того чтобы основная часть усилий зажима, создаваемых крепежными элементами 40, 40′′′, 44 и 44′′′, передавалась на ту часть гибкой полосы 26, находящуюся между изгибающимися частями, соединяющими маятник 20 и анкер 18 маятника, которая не была ослаблена образованием отверстий 34, 34′′′, 36 и 36′′′. Зажимающая нагрузка создает на прижатых частях гибкой полосы 26 трение между гибкой полосой 26 и маятником 20, фиксатором 42 маятника, анкером 18 маятника и фиксатором 38 анкера маятника, для того чтобы растягивающая нагрузка, которую несут изгибающиеся части гибкой полосы 26, не передавалась на часть гибкой полосы 26, ослабленную образованием отверстий 34, 34′′′, 36 и 36′′′.
Анкер 18 маятника содержит активную зону в виде обращенной к маятнику поверхности 48. Первая профильная кривая 50 образует первую кулачковую поверхность, в то время как вторая профильная кривая 52 образует вторую кулачковую поверхность. Обращенная к маятнику поверхность 48, далее, содержит ряд выступов 54, 54′ и 54′′ и впадин 56 и 56′.
Маятник 20 содержит активную зону в виде обращенной к анкеру поверхности 58 маятника. Первая профильная кривая 60 образует первую кулачковую поверхность, в то время как вторая профильная кривая 62 образует вторую кулачковую поверхность. Обращенная к маятнику поверхность 58, далее, содержит ряд выступов 64, 64′ и 64′′ и впадин 66 и 66′. Рядом с выступами 64 и 64′′ предусмотрены эластомерные буферы 68 и 68′, соответственно. Эластомерные буферы 68 и 68′ предназначены для ослабления ударов металла о металл в контактах между анкером 18 маятника и маятником в обеих крайних точках качания маятника 20 относительно анкера 18 маятника.
Следует понимать, что изображенные формы профилей обращенной к маятнику поверхности 48 анкера 18 маятника и обращенной к анкеру поверхности 58 маятника 20 - это предлагаемые формы, которые не должны толковаться в ограничительном смысле. Скорее, конфигурации поверхностей сформированы так, что кулачковые поверхности обеспечивают поверхности эффективного навертывания и развертывания гибкой полосы 26, в то время как выступы и впадины маятника 20 и анкера 18 маятника сформированы взаимно сопряженными. Во всех положениях качания маятника относительно анкера 18 маятника имеется лишь малый рабочий зазор между поверхностью 48 анкера 18 маятника и поверхностью 58 маятника 20. Это взаимное сопряжение двух поверхностей исключает возможность отклонения движения маятника от заданной ему траектории; гибкая полоса 26 никогда не испытает никакой сжимающей нагрузки, которая могла бы деформировать полосу, и маятник 20 не сможет удариться об анкер 18 маятника никаким местом, за исключением эластомерных буферов 68 и 68′. Конкретно это показано на ФИГ. 1, где положение маятника 20 относительно анкера 18 маятника показано в середине штатного перемещения маятника между концевыми точками качания, в которых эластомерные буферы 68 и 68′ вступают в контакт с анкером 18 маятника.
Однако в процессе работы маятник 20 качается в ту или иную сторону относительно анкера 18 маятника, как показано пунктирными линиями на ФИГ. 3. При движении вправо от центра относительно анкера 18 маятника, как показано пунктирной линией, гибкая полоса 26 наматывается на первую профильную кривую 50 анкера 18 маятника и на вторую профильную кривую 62 маятника 20, в то же время гибкая полоса 26 отматывается со второй профильной кривой 52 анкера 28 маятника и с первой профильной кривой 60 маятника 20.
Таким образом, кулачковые поверхности сформированы для того, чтобы отматывающийся конец гибкой полосы 26 имел постоянный или постепенно убывающий радиус, в то время как наматывающийся конец имел постоянный или постепенно возрастающий радиус. При этом длина активного изгиба полосы 26 между маятником 20 и анкером 18 маятника остается постоянной или уменьшается с увеличением угла качания маятника 20. Такая геометрия позволяет сделать резонансную частоту маятника при большой амплитуде достаточно высокой, для того чтобы маятник 20 был менее предрасположен к восприятию дополнительной энергии от вибраций коленчатого вала, до того как эластомерные буферы 68 и 68′, прикрепленные к обращенной к анкеру поверхности 58 маятника 20, придут в соприкосновение с обращенной к маятнику поверхностью 48 анкера 18 маятника.
Узел 12 бифилярного маятникового гасителя согласно раскрытой идее полезной модели может быть использован в окружении несмазываемых элементов. Однако в этом окружении не должно быть грязи или стружек.
Специалист легко поймет из настоящего описания, сопроводительных чертежей и формулы полезной модели, что в него могут быть внесены различные изменения, модификации и вариации, без отступления от истинного смысла и добросовестно определенного объема настоящей полезной модели, определяемых нижеследующей формулой полезной модели.