ДЕМПФЕР КРУТИЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ
TORSIONAL OSCILLATIONS DAMPER

Изобретение относится к устройству для демпфирования колебаний. Такие устройства могут использоваться в трансмиссиях с функциями передачи моментов вращения или без них. Трансмиссии могут включать в себя двигатель внутреннего сгорания или электродвигатель. В частности, такие устройства для демпфирования колебаний используются в качестве демпферов крутильных колебаний для двигателя внутреннего сгорания или в качестве двухдискового маховика. См. ограничительную часть п.1 формулы изобретения.
US 5573460 показывает и описывает упругое сцепление в дисковой конструкции, включающее в себя две половины сцепления, которые установлены с ограниченной возможностью вращения относительно друг друга и связаны между собой с помощью упругих элементов сцепления. В радиально наружной области внутреннего пространства находятся демпферные камеры, которые могут быть заполнены демпфирующей средой.
Сцепления указанного типа имеют задачу, состоящую в том, чтобы обеспечить плавный ход приводных механизмов с двигателями внутреннего сгорания, в частности, в автомобилях, во всех диапазонах режима работы и чисел оборотов. В частности, мешающие крутильные колебания должны быть отстранены от трансмиссии.
Упругость сцепления выбрана такой, чтобы критическое число оборотов системы масс, состоящей из двигателя и передачи, находилось намного ниже области режима работы. При этом при прохождении через критическое число оборотов в приводных элементах не должно возникать никаких слишком высоких амплитуд и крутящих моментов. Существенным вкладом в это служит согласованное с трансмиссией демпферное устройство в сцеплении, а именно гидравлическое демпфирование путем вытеснения демпфирующей среды через заданные зазоры. Проблемой при этом является то, что в зависимости от типа двигателя (бензиновый двигатель, дизельный двигатель) или числа цилиндров, соответственно, расположения цилиндров (рядный двигатель, V-образный двигатель) или также от передачи имеют место различные характеристики крутильных колебаний.
DE 102005046334 A1 описывает демпфер крутильных колебаний согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения. В нем предусмотрена быстроизнашивающаяся чаша, которая проходит радиально снаружи каждой дугообразной пружины в ее продольном направлении и служит для направления дугообразной пружины.
Аналогичное решение известно из DE 102006046601 A1. См. там пластмассовую деталь 16.
От демпфера крутильных колебаний требуется, чтобы он эффективно подавлял крутильные колебания, произведенные двигателем. В частности, желательна «мягкая» характеристика пружины, чтобы по возможности ниже опустить резонансную частоту демпфера. Изготовители автомобилей требуют, далее, небольшого веса и небольшого конструктивного объема. В век жесткой конкуренции, однако, особенно важны затраты на изготовление. В отношении всех этих требований чрезвычайно желательна оптимизация.
В основе изобретения лежит задача, состоящая в том, чтобы демпфер крутильных колебаний согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения выполнить таким образом, чтобы он выполнял свои функции демпфирования так же хорошо, как и известные демпферы, или лучше, чем таковые, и чтобы он был в изготовлении конструктивно проще и поэтому экономичнее. Одновременно, в зависимости от конструктивного исполнения, его вес может быть меньше, чем в случае известных демпферов.
Эта задача решена с помощью демпфера крутильных колебаний согласно п.1 формулы изобретения.
Основная идея изобретения состоит в особенном направляющем и упорном устройстве, которое согласовано с каждой пружиной. Направляющее и упорное устройство включает в себя соответственно два дугообразных или прямолинейных направляющих элемента для опирания и направления дугообразных или прямолинейных пружин. Совершенно решающим является то, что с каждой пружиной согласовано два направляющих элемента, соответственно по одному на стороне продольной оси соответствующей пружины. Каждый направляющий элемент перекрывает часть радиально наружного квадранта пружины. Он образует, таким образом, опору и направляющую для пружины, а именно, не только в отношении перемещения в радиальном направлении, но также и в осевом направлении.
Очень важным является то, что оба направляющих элемента, которые согласованы с пружиной, в своей радиально самой наружной области имеют некоторое осевое расстояние друг от друга. Через это расстояние может проводиться центральный диск. Это проведение предпочтительно, так как в этом случае также демпферные камеры могут располагаться радиально дальше снаружи и соответственно проявлять большой эффект демпфирования. Система демпфирования может быть системой фрикционных демпферных элементов, гидравлическим устройством демпфирования или комбинацией этих обоих устройств.
Направляющий элемент может иметь две упорные щеки, которые, обе, взаимодействуют с одним и тем же боковым диском. Пружина в ненагруженном состоянии опирается своими обоими концами FA и FB пружины одновременно на упорные щеки A и B. При введении нагрузки на пружину она опирается одним своим концом FA пружины только еще на упорную щеку A, а своим другим концом FB пружины только еще на упорную поверхность MB центрального диска, согласованную с концом FB пружины. Альтернативно этому, при противоположном нагружении пружины конец FB пружины находится в контакте с упорной щекой B, в то время как конец FA пружины опирается на упорную поверхность MA центрального диска, согласованную с концом FA пружины. В нормальном случае всегда взаимодействуют два направляющих элемента по обе стороны дуговой пружины, как это показано на фиг.1a и 1b.
Направляющий элемент и обе упорные щеки могут образовывать между собой единый конструктивный элемент. В этом случае указанные три элемента собраны не только из трех частей, а с самого начала изготовлены в виде единой детали. В любом случае три части должны состоять из износостойкого материала.
Направляющее и упорное устройство выполняет следующие функции:
- радиальное и осевое опирание пружины;
- радиальное и осевое направление пружины;
- опору против воздействия центробежной силы;
- направление пружины во время нагружения;
- передачу усилия на пружины на основе момента вращения;
- увеличение опорной и упорной поверхности, в частности, в осевом направлении демпфера крутильных колебаний, чтобы обеспечить достаточную передачу сил между боковыми дисками и всеми пружинами комплекта пружин даже при применении нескольких расположенных друг в друге пружин, внутри комплекта пружин.
Из изобретения получаются следующие преимущества:
- немного деталей;
- экономия затрат на обработку благодаря интеграции функций;
- простое изготовление направляющей и упора;
- снижение износа пружин и направляющих элементов;
- лишь немногие детали (одна или две) должны изготавливаться с высокими допусками;
- простая адаптация к различным комплектациям пружин;
- реализация большей поверхности контакта между направляющим и упорным устройством и пружиной; тем самым вследствие меньшего усилия прижатия поверхностей благодаря большей поверхности в этом месте имеется меньший износ;
- передача усилия на внутренние пружины при применении нескольких расположенных друг в друге пружин внутри комплекта пружин.
Дугообразный в данном случае направляющий элемент может быть изготовлен из пластмассы путем литья под давлением. Он может быть выполнен сплошным. Он может быть изготовлен в виде листовой детали, полученной путем глубокой вытяжки. При монтаже - в зависимости от выбранной формы выполнения - его можно вставить следующим образом:
- с помощью зажатия;
- с помощью вкладки;
- с помощью клепки;
- с помощью сварки.
В качестве материала для направляющего и упорного устройства можно принять во внимание любой тип металлов, или керамики, или пластмасс, или композиционных материалов. Важными являются хорошие свойства скольжения и благоприятные свойства износа.
Изобретение поясняется более подробно на основе чертежей, на которых изображено следующее:
фиг.1a показывает демпфер крутильных колебаний в вертикальном осевом разрезе с упорными поверхностями обоих боковых дисков,
фиг.1b показывает демпфер крутильных колебаний в вертикальном осевом разрезе с упорными поверхностями обеих упорных щек,
фиг.2 показывает предмет фиг.1a на виде сбоку при рассмотрении в направлении оси, причем для ясности некоторые детали опущены,
фиг.3 показывает направляющее и упорное устройство на виде сверху,
фиг.4 показывает уменьшенный предмет фиг.3, изображение в перспективе,
фиг.5 - вид разреза по линии A-A разреза из фиг.3,
фиг.6 - вид разреза по линии B-B из фиг.3,
фиг.7 показывает направляющее и упорное устройство в сплошном выполнении,
фиг.8 - вид разреза по линии A-A разреза из фиг.7,
фиг.9 - изображение в перспективе предмета фиг.7.
Демпфер, показанный на фиг.1a и 1b, включает в себя первичную часть с двумя боковыми дисками 1, 2, которые соединены между собой без возможности проворачивания. Далее, предусмотрена вторичная часть, включающая в себя центральный диск 3, расположенный между боковыми дисками 1, 2. Корпус 4 включает в себя первичную и вторичную часть и сам является составной частью первичной части.
Видна пружина 5. Она выполнена дуговой, однако, она может быть также сформирована прямолинейной, соответственно, цилиндрической. Пружина 5 находится радиально внутри внутренней стенки 6 сегмента демпферной камеры.
Решающим конструктивным элементом является направляющее и упорное устройство 7, см. также фиг.2-4. Пружина/пружины могут быть расположены в сегменте окна для пружины. С каждым сегментом окна для пружины для приема комплекта пружин, состоящего соответственно по меньшей мере из одной дугообразной пружины, согласовано два направляющих и упорных устройства 7, соответственно по одному на оси на каждой стороне соответствующей дугообразной пружины. Каждое направляющее устройство 7 изготовлено из стального листа способом глубокой вытяжки. Оно имеет направляющий элемент 7.1. Последний имеет, в сущности, U-образный профиль, содержащий первую полку 7.1.1, вторую полку 7.1.2 и перемычку 7.1.3. Полка 7.1.1 лежит на дугообразной пружине. Полка 7.1.2 проходит осепараллельно. Она опирается на соответствующий боковой диск 1, соответственно, 2, кроме того, на радиально внутреннюю ограничительную поверхность стенки 6 демпферной камеры на демпферном сегменте. Само собой разумеется, вместо стального листа можно использовать также другой пригодный листовой материал, например алюминиевый лист. Направляющие элементы не ограничены применением для дугообразных пружин, а могут также использоваться для прямолинейных, соответственно, цилиндрических пружин вместо дугообразных пружин.
Направляющий элемент 7.1 служит одновременно для радиально внутреннего опирания и направления сегмента демпферной камеры.
Важно, чтобы оба направляющих элемента 7.1 имели такое осевое расстояние друг от друга, чтобы центральный диск 3 мог проходить между ними. Благодаря этому сегменты демпферных камер могут лежать на большом радиусе и в соответствии с этим также оказывать соответственно высокое действие.
Корпус 4 имеет два упора 4.1 и 4.2. Они служат для опирания радиально наружных полок 7.1.2 направляющего элемента 7.1 против давления, оказываемого демпферной камерой и действующего радиально вовнутрь.
Из фиг.2 видно полное направляющее и упорное устройство 7 с направляющим элементом 7.1, а также с двумя щеками 7.2 и 7.2. Обе щеки 7.2, 7.2 служат для взаимодействия с соответствующими контактными поверхностями боковых дисков 1 и 2. На фиг.1a можно видеть контактные поверхности бокового диска 1, представленные заштрихованными. На фиг.1b можно видеть контактные поверхности обоих упорных щек, представленные заштрихованными.
Фиг.3-6 позволяют видеть в подробностях направляющее и упорное устройство 7. Дугообразный направляющий элемент 7.1 изготовлен из стального листа. Фиг.5 позволяет увидеть это особенно хорошо. См. там обе полки 7.1.1 и 7.1.2 U-образного профиля, а также перемычку 7.1.3, находящуюся между ними. Также обе щеки 7.2 и 7.2 изготовлены из стального листа, а именно за одно целое с дугообразным направляющим элементом 7.1.
На фиг.3 более подробно обозначены упорные поверхности обеих щек 7.2, 7.2, которые взаимодействуют с соответствующим боковым диском 1 и 2.
Фиг.3 и 4 показывают множество отверстий 7.3. Они имеют следующее значение:
Как можно видеть из фиг.1a, 1b, в области аксиально между стенками корпуса 4 и стороной направляющего элемента 7.1, обращенной от пружины 5, находится мертвое пространство. В процессе работы оно может заполниться демпфирующей средой или пластичной смазкой, например, благодаря тому, что среда во время работы под воздействием центробежной силы или вследствие воздействия силы тяжести во время состояния покоя поступает в мертвое пространство. Так как мертвое пространство с помощью контура листа направляющего элемента 7.1 в достаточной степени отделено от остального внутреннего пространства корпуса 4, то демпфирующая среда или пластичная смазка, находящаяся в мертвом пространстве, больше не может возвращаться или возвращается лишь очень плохо обратно к рабочему запасу демпфирующей среды или смазки.
Множество сквозных отверстий 7.3 обеспечивает вспомогательные мероприятия. Сквозные отверстия делают возможным вытекание среды из мертвого пространства в остальное внутреннее пространство корпуса 4; возвращенная среда, таким образом, снова используется. Производится, например, улучшенное или вследствие оптимизированного наполнения демпфирующей среды более равномерное гидравлическое демпфирование. Далее, сквозные отверстия 7.3 можно оптимизировать и целенаправленно рассчитать так, чтобы пластичная смазка целенаправленно направлялась к важным участкам в контакт между деталями, перемещающимися относительно друг друга, например, между пружиной 5 и направляющим устройством 7, чтобы уменьшался или устранялся износ.
Сквозные (проточные) отверстия 7.3 в показанном примере делают возможным протекание в осевом направлении. Сквозные отверстия 7.3 могут, однако, располагаться таким образом, чтобы поток проходил в радиальном направлении, согласованно внутри с направляющей поверхностью для пружины или снаружи в направлении демпферной камеры - см. фиг.4.
При изготовлении направляющего и упорного устройства 7 в виде детали, полученной способом глубокой вытяжки, сквозные отверстия 7.3 могут выполняться в полке 7.1.1, и/или в полке 7.1.2, и/или в перемычке 7.1.3 направляющего элемента 7.1.
Указанные сквозные отверстия 7.3 могут также выполняться на деталях, полученных способом литья под давлением, или на деталях, изготовленных из сплошного материала, - здесь не показано.
Дугообразный направляющий элемент 7.1, показанный на фиг.7-9, выполнен сплошным. Он может состоять из любого материала - пластмассы, металла, керамики или композиционного материала. Подразумевается, что направляющие элементы 7.1 снова располагаются попарно, точно так же, как и в вариантах выполнения согласно фиг.1a и 1b.
Упорные щеки не должны выполняться за одно целое с направляющими элементами. Направляющие элементы 7.1 могут также быть выполнены без упорных щек. В этом случае упорные поверхности боковых дисков и/или центрального диска закалены или выполнены с «твердой» накладкой.
Направляющий элемент 7.1, в общем, служит одновременно для внутреннего опирания и направления сегмента демпферной камеры. Это видно на фиг.1a и 1b. Там осепараллельная полка 7.1.2 прилегает к стенке 6 демпферной камеры.
Перечень обозначений
1 боковой диск
1.1 контактная поверхность
2 боковой диск
2.1 контактная поверхность
3 центральный диск
4 корпус
5 пружина
6 стенка демпферной камеры
7 направляющее и упорное устройство
7.1 дугообразный направляющий элемент
7.1.1 полка U-образного профиля
7.1.2 полка U-образного профиля
7.1.3 перемычка
7.2 щеки
7.3 сквозное отверстие.