Гаситель крутильных колебаний
VIBRATION DAMPER

Заявляемое изобретение «Гаситель крутильных колебаний» относится к области машиностроения и предназначено для гашения крутильных колебаний, преимущественно, силового привода транспортных средств, вызванных неравномерной работой двигателя при передаче крутильных моментов от одного узла к другому и снижения, при резких изменениях режима движения, чрезмерных перегрузок.
Известен комбинированный гаситель крутильных колебаний силового привода, выполненный в сцеплении транспортного средства, содержащий упругую муфту и гаситель сухого трения. Упругая муфта образована двумя соосно расположенными маховиками, первичным и вторичным, соединенными упругим элементом с возможностью обеспечения угловых перемещений маховиков относительно друг друга. Первичный маховик расположен примыкающим к ведущему диску сцепления и образован двумя ведущими дисками, скрепленными неразъемно друг с другом, один из них, непосредственно примыкающий к ведущему диску сцепления, имеет на своей периферийной части неразъемно закрепленный ведомый диск сцепления, который образует упругий контакт с ведущим диском сцепления. Вторичный маховик образован ступицей ведомой с фланцем. Ведущие диски охватывают фланец с двух сторон с зазорами. Упругий элемент образован цилиндрическими пружинами сжатия, установленными в окнах, выполненных в ведущих дисках и соответственно во фланце ступицы ведомой, гаситель сухого трения выполнен в виде демпфирующих дисков, образующих упругий контакт с ведущими дисками и фланцем ступицы ведомой (см. Гольд Б.В. Конструирование и расчет автомобиля: Учебник для ВТУЗов. Изд. 2-е. - М.: Машгиз, 1962, с. 54-55).
Недостатком такого комбинированного гасителя крутильных колебаний силового привода является низкая надежность.
Данный недостаток, связан с быстрым износом демпфирующих узлов и обусловлен высокой нагруженностью цилиндрических пружин сжатия, образующих упругий элемент, и демпфирующих дисков, образующих гаситель сухого трения, которая приводит к усталостным поломкам цилиндрических пружин и износу демпфирующих дисков.
Известен также комбинированный гаситель крутильных колебаний силового привода, установленный между коленчатым валом двигателя и сцеплением транспортного средства, содержащий упругую муфту, гаситель сухого трения, гаситель жидкостного трения и зубчатый венец, упругая муфта образована, по меньшей мере, двумя соосно расположенными маховиками, соединенными упругим элементом с возможностью обеспечения угловых перемещений маховиков, первичного и вторичного, относительно друг друга. Первичный маховик расположен примыкающим к фланцу коленчатого вала и образован двумя ведущими дисками, скрепленными неразъемно друг с другом. Один из них, непосредственно примыкающий к фланцу коленчатого вала, имеет ступичную часть, вторичный маховик образован ступицей ведомой и ведущим диском сцепления, скрепленными стяжными элементами неподвижно друг с другом с возможностью разъема. Ведущие диски охватывают с двух сторон с зазорами ступицу ведомую, а в ступичной части ведущего диска первичного маховика выполнены отверстия под стяжные элементы, которыми он присоединен к фланцу коленчатого вала. Упругий элемент образован цилиндрическими пружинами сжатия, установленными в окнах, выполненных в ведущих дисках и соответственно в ступице ведомой. Вторичный маховик оперт на подшипник, установленный на основной наружной цилиндрической поверхности опорной втулки, выполненной с отверстиями под стяжные элементы, которыми она присоединена к фланцу коленчатого вала совместно с ведущим диском, имеющим ступичную часть. При этом опорная втулка выполнена с вспомогательной наружной цилиндрической поверхностью, на которой размещен ведущий диск со ступичной частью, а гаситель сухого трения выполнен в виде демпфирующих дисков, образующих упругий контакт с первичным и вторичным маховиками, гаситель жидкостного трения образован торообразным корпусом, в кольцевой герметичной полости которого, заполненной вязкой жидкостью, установлен маховик. Причем корпус гасителя жидкостного трения, на котором закреплен зубчатый венец, присоединен к фланцу коленчатого вала посредством ведущих дисков, образующих первичный маховик (см. заявку Франции N 2600390 A1, МПК: F 16 F 15/12, заявл. 19.06.86, опубл. 24.12.87).
Недостатком такого комбинированного гасителя крутильных колебаний силового привода является низкая надежность, поскольку комбинированный гаситель крутильных колебаний утрачивает свои функциональные свойства, вызывая усталостную поломку цилиндрических пружин и снижение упругости демпфирующих дисков.
Данный недостаток обусловлен также тем, что при использовании комбинированного гасителя такой конструкции в силовом приводе с дизельным двигателем имеет место интенсивный нагрев до высоких температур демпфирующих дисков и их быстрое изнашивание с образованием продуктов износа, которые, в свою очередь, интенсифицируют процесс разрушения дисков. Известен принятый за прототип комбинированный гаситель крутильных колебаний силового привода, описанный в патенте на изобретение RU №2162176, МПК F16F 15/12; F16F 15/16, опубл. 20.01.2001, установленный между коленчатым валом двигателя внутреннего сгорания и сцеплением транспортного средства, содержащий упругую муфту, гаситель сухого трения, гаситель жидкостного трения и зубчатый венец, упругая муфта которого образована, по меньшей мере, двумя соосно расположенными маховиками, первичным и вторичным, соединенными упругим элементом с возможностью обеспечения угловых перемещений маховиков относительно друг друга, первичный маховик расположен примыкающим к фланцу коленчатого вала и образован двумя ведущими дисками, скрепленными неразъемно друг с другом, один из них, непосредственно примыкающий к фланцу коленчатого вала, имеет ступичную часть, вторичный маховик образован ступицей ведомой и ведущим диском сцепления, скрепленными стяжными элементами неподвижно друг с другом с возможностью разъема, ведущие диски охватывают с двух сторон с зазорами ступицу ведомую, а в ступичной части ведущего диска первичного маховика выполнены отверстия под стяжные элементы, которыми он присоединен к фланцу коленчатого вала, упругий элемент образован цилиндрическими пружинами сжатия, установленными в окнах, выполненных в ведущих дисках и соответственно в ступице ведомой, вторичный маховик оперт на подшипник, установленный на основной наружной цилиндрической поверхности опорной втулки, выполненной с отверстиями под стяжные элементы, которыми она присоединена к фланцу коленчатого вала совместно с ведущим диском, имеющим ступичную часть, при этом опорная втулка выполнена с вспомогательной наружной цилиндрической поверхностью, на которой размещен ведущий диск со ступичной частью, гаситель сухого трения выполнен в виде демпфирующего диска, образующего упругий контакт с первичным и вторичным маховиками, гаситель жидкостного трения образован торообразным корпусом, в кольцевой герметичной полости которого, заполненной вязкой жидкостью, установлен маховик, причем корпус гасителя жидкостного трения, на котором закреплен зубчатый венец, присоединен к фланцу коленчатого вала, отличающийся тем, что комбинированный гаситель снабжен дополнительным несущим маховиком, на периферийной части которого неразъемно выполнен корпус гасителя жидкостного трения, причем дополнительный несущий маховик размещен между фланцем коленчатого вала и ведущим диском со ступичной частью на вспомогательной наружной цилиндрической поверхности опорной втулки и в нем выполнены отверстия под стяжные элементы, которыми он присоединен к фланцу коленчатого вала с возможностью разъема, причем ступица ведомая вторичного маховика и охватывающие ее с двух сторон ведущие диски первичного маховика размещены в полости, образованной опорной втулкой, дополнительным несущим маховиком и корпусом гасителя жидкостного трения, причем ступица ведомая снабжена дополнительной цилиндрической частью, на торце которой выполнены проточки, при этом гаситель сухого трения снабжен упорной шайбой, имеющей на плоской поверхности наружные и внутренние стопоры в виде выступов, и нажимной тарельчатой пружиной, имеющей внешние и внутренние выступы на соответствующих цилиндрических поверхностях, при этом демпфирующий диск, упорная шайба и нажимная тарельчатая пружина установлены на цилиндрической части ступицы ведомой между ведущим диском первичного маховика и ведущим диском сцепления, а демпфирующий диск установлен между ведущим диском первичного маховика и упорной шайбой, внутренние выступы нажимной тарельчатой пружины введены в зацепление с канавками, выполненными снаружи на цилиндрической части ступицы ведомой, а один из внешних выступов нажимной тарельчатой пружины размещен между наружными стопорами упорной шайбы, внутренние стопоры которой расположены в проточках, выполненных на торце цилиндрической части ступицы ведомой, а в ведущем диске сцепления выполнены сквозные дренажные отверстия, размещенные напротив гасителя сухого трения, и в дополнительном несущем маховике выполнены сквозные дренажные отверстия, размещенные напротив торцов стяжных элементов для скрепления ступицы ведомой и ведущего диска сцепления.
Недостатком известного технического решения является высокая сложность изготовления и недостаточная надежность. Данный недостаток обусловлен повышенной усталостной прочностью комбинированного гасителя крутильных колебаний.
Технической проблемой заявляемого изобретения является повышенная усталостная прочность комбинированного гасителя крутильных колебаний силового привода при расширении функциональных возможностей.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение надежности и износостойкости при улучшении эксплуатационных качеств при изменении частоты вращения в виде эффективного гашения крутильных колебаний в широком диапазоне.
Поставленный технический результат достигается тем, что в известном гасителе крутильных колебаний, содержащем демпфер, со встроенными пружинами сжатия, ступицу со шлицевым профилем, выполненную с возможностью соединения с трансмиссией машины и с центральным диском, выполненным с установочными отверстиями, компенсирующими прорезями и с крепежными элементами для силового привода, согласно изобретения, что гаситель крутильных колебаний выполнен с возможностью закрепления, непосредственно, на маховике двигателя через отверстия центрального диска, выполненного с пазами, отверстиями разного диаметра и с усечениями окружности в виде лысок, оснащен двумя кольцами соответствующего диаметра, собранных с диском, связанным со шлицевым профилем вала коробки передач, причем демпферный узел закреплен посредством стальных заклепок, обеспечивающих неразъемное соединение диском, выполненным из легированной стали, с покрытием из синтетического материала, содержащего кевлар, толщиной до 0,25 мм, на котором закреплены восемь наружных и восемь внутренних пружин демпферного узла, равномерно расположенных по окружности, выполняющих роль упругой муфты, а также тарельчатая пружина, установленная между кольцами и диском демпфера.
Между отличительными признаками и достигаемым техническим результатом существует следующая причинно-следственная связь.
В отличие от известных аналогов и прототипа выполнение заявляемого гасителя крутильных колебаний в виде, демпфера со встроенными пружинами сжатия, ступицы со шлицевым профилем, соединенной с трансмиссией машины, и с центральным диском, выполненным с установочными отверстиями, компенсирующими прорезями и с крепежными элементами для силового привода, способствует обеспечению достаточной прочности и жесткости гасителя крутильных колебаний при его конструктивной простоте с сохранением геометрических стандартов, принятых в отрасли. Выполнение заявляемого гасителя крутильных колебаний, в совокупности признаков, в виде центрального диска с установочными отверстиями, компенсирующими прорезями и крепежными элементами, включающий демпфер со встроенными пружинами сжатия, ступицу, выполненную со шлицевым отверстием для соединения с трансмиссией машины, с учетом геометрических стандартов, принятых в отрасли, также повышает надежность и износостойкость, улучшая эксплуатационные качества, в виде изменения частоты вращения и эффективного гашения крутильных колебаний в широком диапазоне, что также обеспечивает прочность и жесткость гасителя крутильных колебаний. Возможность закрепления гасителя крутильных колебаний силового привода, непосредственно, на маховике двигателя через отверстия центрального диска, выполненного с усечениями окружности, в виде лысок, прорезями и отверстиями, а также выполнение центрального диска из легированной стали с покрытием из синтетического состава, содержащего кевлар, толщиной до 2,5мм. дают ему дополнительную гибкость, для создания антирезонанса, обеспечивая не только прочность и жесткость, но и ремонтопригодность при износе деталей и при их деформации. Таким образом, заявленный гаситель крутильных колебаний обеспечивает, высокие эксплуатационные возможности, одновременно, простоту, в целом, и высокую скорость его монтажа. Кроме этого, конструкция заявленного гасителя крутильных колебаний обеспечивает регулировку возрастания амплитуды крутильных колебаний, препятствуя ее (амплитуды) нарастанию и удерживая ее в минимальном значении с последующим гашением, по достижению стабильной частоты вращения вала. Как упоминалось выше, упомянутые пружины сжатия демпфера реагируют, как на начальные возбуждения, при номинальной частоте вращения вала, так и на возрастающие возбуждения при увеличенной частоте вращения вала, вместе с которой возрастает амплитуда крутильных колебаний, при этом пружины сжатия демпфера реагируют на нарастание амплитуды, удерживая ее (амплитуду) в минимальном значении с последующим гашением. За счет этого, также повышаются эксплуатационные возможности гасителя крутильных колебаний. Наличие покрытия заявляемого гасителя крутильных колебаний, а именно выполнение центрального диска из легированной стали с покрытием из синтетического состава, содержащего кевлар, толщиной до о,25мм, увеличивает срок службы заявленного гасителя крутильных колебаний до (30) лет и, дополнительно, также способствует повышению надежности и износостойкости при одновременном улучшении эксплуатационных качеств, изменения частоты вращения в виде эффективного гашения крутильных колебаний в широком диапазоне и увеличения ресурса работы и, как упоминалось выше, прочности, в целом, всей конструкции гасителя крутильных колебаний, а также его ремонтопригодности при (необратимых деформациях) или разрушениях, что повышает амортизирующий эффект составляющих его элементов, а также удовлетворяет требованиям безопасности, в части повышения надежности заявляемого гасителя крутильных колебаний. Таким образом, достигается поставленный технический результат заявляемого изобретения «Гаситель крутильных колебаний», а именно: - повышение надежности и износостойкости при улучшении эксплуатационных качеств при изменении частоты вращения в виде эффективного гашения крутильных колебаний в широком диапазоне.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения «Гаситель крутильных колебаний» позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся совокупностью признаков, тождественной всем существенным признакам заявленного изобретения «Гаситель крутильных колебаний». По имеющимся у заявителя сведениям, совокупность существенных признаков заявленного изобретения «Гаситель крутильных колебаний» не известна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявленного изобретения «Гаситель крутильных колебаний» критерию “новизна”. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволяет выявить совокупность всех существенных, по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату, отличительных признаков в заявленном изобретении «Гаситель крутильных колебаний», изложенных в формуле изобретения, что подтверждает то, что заявленное изобретение «Гаситель крутильных колебаний», соответствует критерию изобретения "новизна".
Изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании в заявленного изобретения «Гаситель крутильных колебаний» совокупности признаков в том виде, как заявленное изобретение охарактеризована в формуле изобретения, что подтверждают возможность его осуществления с помощью описанного в заявке примера конкретного выполнения. Конструктивные особенности изобретения, воплощающие заявленное изобретение «Гаситель крутильных колебаний», при его осуществлении, а именно: возможности закрепления к гасителю крутильных колебаний силового привода, непосредственно, на маховике двигателя через отверстия центрального диска, выполненного из легированной стали толщиной 2-2,5мм с прорезями, способны обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата, а именно, повышение надежности за счет достаточной прочности и жесткости гасителя крутильных колебаний при его простоте с учетом сохранения стандартов, принятых в отрасли. Кроме того, в отличие от аналогов и прототипа, в заявленном гасителе крутильных колебаний повышается возможность сокращения времени на ремонт и монтаж гасителя крутильных колебаний, в целом, а также увеличивается его долговечность, что подтверждает соответствие заявленного изобретения «Гаситель крутильных колебаний» критерию "промышленная применимость". С учетом этого, совокупность существенных признаков, «Гаситель крутильных колебаний» характеризующих сущность заявленного изобретения может быть многократно использована с получением технического результата, заключающегося в надежности с повышением долговечности и эксплуатационных возможностей гасителя крутильных колебаний в целом, что подтверждает соответствие заявленного изобретения «Гаситель крутильных колебаний» критерию "промышленная применимость".
Сущность заявленного изобретения «Гаситель крутильных колебаний» поясняется примером конкретного выполнения и графическими материалами (чертежами), на которых:
на фиг. 1 – изображен общий вид гасителя крутильных колебаний;
фиг. 2 - изображена упругая муфта гасителя крутильных колебаний, продольный разрез на фиг. 1.
гаситель крутильных колебаний выполнен
Гаситель крутильных колебаний содержит диск 1 с отверстиями 2 разного диаметра для крепления, с пазами 3, с двумя лысками 4 и с демпферным узлом 5, состоящим из ступицы 6 со шлицевым профилем 7, согласно шлицевому профилю вала 8 коробки передач, на который данный гаситель крутильных колебаний устанавливается с возможностью закрепления, непосредственно, на маховике двигателя через отверстия центрального диска 1, выполненного с пазами 3, отверстиями 2 разного диаметра и с усечениями окружности в виде лысок 4, оснащен двумя кольцами 9 соответствующего диаметра, собранных с диском демпфера посредством стальных заклепок 10, обеспечивающих неразъемное соединение. В окна 11 гасителя крутильных колебаний установлены восемь наружных пружин 12 демпферного узла 5 и восемь внутренних пружин 13, равномерно расположенных по окружности, которые выполняют роль упругой муфты гасителя крутильных колебаний. Тарельчатая пружина 14, обеспечивающая заданный момент трения, возникающий за счет сил упругой деформации пружин после сборки, устанавливается между кольцами 9 и диском демпфера 15. Ступица 6 и два диска демпфера 15, установленные соосно с диском 1, кольцами 9 и тарельчатой пружиной 14 собраны стальными заклепками 16, образуя демпферный узел, который демпфирует величину динамического крутящего момента на валу 8 коробки передач, а также исключает резонансные явления. Ступица 6 и два диска 1 демпфера, установленные соосно, кольцами 9 и тарельчатой пружиной 14 собраны стальными заклепками 10, образуя демпферный узел, который снижает величину динамического крутящего момента на валу 8 коробки передач, а также исключает резонансные явления, поскольку демпфер гасителя крутильных колебаний выполнен с возможностью гашения максимальной амплитуды крутильных колебаний, возникающих в двигателе внутреннего сгорания при работе кривошипно-шатунного механизма при смене режима его работы от минимальной частоты вращения до максимальной, как на начальные возбуждения, при номинальной частоте вращения вала 8, так и на возрастающие возбуждения при увеличенной частоте вращения вала 8 вместе с начальными возбуждениями при номинальной частоте вращения вала 8, препятствуя при этом нарастанию амплитуды до минимального значения с последующим гашением, по достижению стабильной частоты вращения вала 8.
Изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании в заявленном изобретении «Гаситель крутильных колебаний» совокупности признаков в том виде, как заявленное изобретение охарактеризовано в формуле изобретения, что подтверждают возможность ее осуществления с помощью описанного в заявке примера конкретного выполнения. Конструктивные особенности, воплощающие заявленное изобретение при его осуществлении, а именно: - гаситель крутильных колебаний, устанавливается непосредственно на маховик двигателя внутреннего сгорания посредством диска гасителя, соединяемого с маховиком болтовым соединением с учетом сохранения стандартов, принятых в отрасли машиностроения;
- диск гасителя, закрепленный на маховике представляет собой оригинальную форму с прорезями, отверстиями, усечениями окружности (лысками), а также покрытому синтетическим составом содержащем кевлар толщиной 0,25 мм.
Такие, в совокупности, свойства диска гасят скорость распространения волны резонанса, повышают долговечность диска и в целом гасителя, что подтвердили исследования отверстий крепления диска после испытаний, в которых не обнаружены микротрещины.
Предлагаемое изобретение «Гаситель крутильных колебаний» имеет повышенные эксплуатационные возможности, а именно, обеспечивает повышение надежности и износостойкости при улучшении эксплуатационных качеств при изменении частоты вращения в виде эффективного гашения крутильных колебаний в широком диапазоне. Применение предлагаемого изобретения позволит обеспечить гасителю крутильных колебаний достаточную прочность и жесткость при сохранении геометрических стандартов, принятых в отрасли, а также обеспечить ремонтопригодность при его разрушении без производства работ по замене (узлов), обеспечивая бесперебойную работу и надежную фиксацию, как в стационарном, так и во временном исполнении.