СПИРАЛЬНАЯ ПРУЖИНА ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА В ТРАНСМИССИИ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА И ДЛЯ УСТРАНЕНИЯ КОЛЕБАНИЙ И/ИЛИ ГАШЕНИЯ КРУТИЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ
SPIRAL SPRING FOR TRANSMISSION OF TORQUE IN TRANSMISSION OF VEHICLE AND FOR ELIMINATION OF OSCILLATIONS AND/OR SUPPRESSION OF TORSIONAL OSCILLATIONS

Изобретение относится к спиральной пружине для трансмиссии транспортного средства, в частности автомобиля промышленного назначения, предпочтительно грузового автомобиля или автобуса. Спиральная пружина служи, в частности, для передачи крутящего момента и для устранения колебаний и/или гашения крутильных колебаний.
В уровне техники известны устройства для передачи крутящего момента и для устранения колебаний и гашения крутильных колебаний в трансмиссиях автомобилей промышленного назначения. На сегодняшний день являются общеупотребительными следующие устройства для гашения и/или устранения колебаний: колебания могут гаситься/устраняться при помощи нескольких элементов из эластомера в предварительно напряженном состоянии. При этом с одной стороны надежно передается движущий момент, например для насоса охлаждающей жидкости, а с другой стороны благодаря жесткости и внутреннему гасящему действию эластомера достигается уменьшение определенных из моторного процесса пиков крутящего момента. Во время эксплуатации элементы из эластомера вследствие относительного движения расплющиваются и освобождаются от напряжения и сверх этого подвергаются неблагоприятным условиям окружающей среды, например воздействию масла, температуры масла и т.д. Ввиду этого элементы из эластомера имеют склонность к тому, чтобы затвердевать и деформироваться таким образом, что гасящее действие исчезает. Другие исполнения воспринимают колебания металлическими демпфирующими элементами. При этом речь может идти о пружинах сжатия, которые действуют в качестве устраняющего колебания элемента. При этом существуют исполнения с дополнительными маятниковыми гасителями, так называемыми гасящими массами, которые колеблются в противофазе к соответствующим колебаниям и вследствие этого вызывают выравнивание колебаний (гашение). Дальнейшие исполнения используют пакеты листовых пружин, посредством действий которых при большем изгибе листовых пружин увеличивается характеристика жесткости пружин. Эти элементы из листовых пружин ввиду ограниченных в большинстве случаев размеров монтажного пространства образуют относительно жестко настроенную систему. Благодаря закрытой конструкции устраняющего колебания элемента достигается дополнительное гашение при помощи амортизаторной жидкости, которая сжимается листовыми пружинами внутри камеры.
Задача изобретения состоит в создании альтернативной и/или улучшенной возможности для передачи крутящего момента и для устранения колебаний и/или гашения крутильных колебаний в трансмиссии транспортного средства.
Эта задача может решаться с помощью признаков независимого пункта формулы изобретения. Предпочтительные усовершенствования изобретения могут быть позаимствованы из зависимых пунктов формулы изобретения и последующего описания предпочтительных вариантов осуществления изобретения.
Изобретение создает спиральную пружину для передачи крутящего момента и для устранения колебаний и/или гашения крутильных колебаний, в частности, для устранения сверхкритических колебаний, по меньшей мере, почти без гашения.
Спиральная пружина целесообразно служит для использования в трансмиссии (например, силовой передаче, вспомогательной силовой передаче и/или вспомогательной выходной передаче) транспортного средства, в частности, автомобиля промышленного назначения, например, грузового автомобиля или автобуса.
Спиральная пружина отличается в частности тем, что ее (профильное) поперечное сечение (например, высота и/или ширина) увеличивается в зависимости от длины, по меньшей мере, на отдельных участках, в частности возрастает, и таким образом целесообразно изменяется.
Вследствие этого может реализовываться зависящая от нагрузки и/или весьма незначительная жесткость пружины. Это приводит в частности к весьма незначительной собственной частоте в колебательной системе и/или позволяет реализовывать устранение сверхкритических колебаний, по меньшей мере, почти без гашения.
"Сверхкритические колебания" означают в частности то, что возбужденное колебание в колебательной системе значительно выше по частоте, чем собственная частота системы. Определяющим для этого является соотношение частоты возбуждения к собственной частоте, которое для сверхкритического определения параметров не должно быть меньше значения равного , так как при соотношении частот в 1 возникает так называемая критическая резонансная катастрофа, при которой амплитуды частоты возбуждения суммируются с амплитудами собственной частоты.
Во время эксплуатации или в нагруженном состоянии спиральная пружина наматывается (например, на внутреннее кольцо), вследствие чего ее эффективная длина уменьшается, и жесткость пружины изменяется. Намотанная часть спиральной пружины целесообразно больше не обладает пружинным действием. В этом случае эффективными пружинными свойствами обладает только лишь ненамотанная оставшаяся длина спиральной пружины. Намотка зависит, в частности, от приложенного крутящего момента и увеличивающегося поперечного сечения спиральной пружины.
Спиральная пружина предпочтительно является металлической спиральной пружиной, так что может реализовываться надежная передача крутящего момента, а именно вне зависимости от температур, которым подвержена спиральная пружина (например, температуры двигателя, температуры масла и т.д.), и от эксплуатационных материалов (например, масла).
Возможно, что поперечное сечение (целесообразно высота и/или ширина) спиральной пружины увеличивается равномерно и/или непрерывно, предпочтительно без ступеней.
Поперечное сечение (целесообразно высота и/или ширина) увеличивается предпочтительно от внутреннего участка спирали, предпочтительно от внутреннего конца спирали, к внешнему участку спирали, предпочтительно к внешнему концу спирали, в частности непрерывно.
Поперечное сечение (целесообразно высота и/или ширина) предпочтительно на внутреннем конце спирали меньше, чем на внешнем конце спирали, так что может вызываться, в частности целенаправленная намотка, начинающаяся на внутреннем конце спирали. Альтернативно или дополнительно поперечное сечение (целесообразно высота и/или ширина) может быть выполнено с равномерным и/или непрерывным увеличением от внутреннего конца спирали к внешнему концу спирали.
Следовательно, спиральная пружина имеет целесообразно внутри меньшее поперечное сечение (целесообразно высоту и/или ширину) чем снаружи, вследствие чего может реализовываться, в частности относительно низкая собственная частота, так как следствием незначительного поперечного сечения (целесообразно высоты и/или ширины) является низкая жесткость пружины. Вследствие этого в колебательной системе можно осуществлять устранение сверхкритических колебаний, по меньшей мере, почти без гашения.
Спиральная пружина с, например, конструктивно относительно небольшим поперечным сечением благодаря своей незначительной жесткости имеет в колебательной системе соответственно относительно низкую собственную частоту.
Спиральная пружина предпочтительно выполнена в виде плоской спиральной пружины, так что предпочтительно в направлении нормали или поперечном направлении к нагрузке она может иметь по существу постоянную величину.
Возможно, что спиральная пружина предпочтительно по всей своей длине имеет постоянную ширину.
Возможно, что спиральная пружина предпочтительно по всей своей длине имеет постоянную высоту.
Возможно, что поперечное сечение (целесообразно высота и/или ширина) увеличивается, по меньшей мере, почти по всей длине спиральной пружины, предпочтительно, по меньшей мере, на 90%, 94% или 96% длины спиральной пружины. Вследствие этого изобретением охвачены, например, варианты осуществления, в которых высота и/или ширина спиральной пружины увеличивается по всей длине спиральной пружины, предпочтительно за исключением указанных далее крепежных средств (например, крепежных фланцев), высота и/или ширина которых может отличаться, например, от высоты и/или ширины спиральной пружины.
Спиральная пружина может иметь целесообразно внутреннее крепежное средство (например, выступающий вовнутрь крепежный фланец) для закрепления на первой части и/или целесообразно внешнее крепежное средство (например, выступающий наружу крепежный фланец) для закрепления на второй части.
Первая часть и/или вторая часть может включать в себя, например, кольцо и/или стержень, например, внешнее кольцо и внутреннее кольцо, однако также, например, комбинацию кольцо-стержень или комбинацию стержень-стержень.
Возможно, что поперечное сечение спиральной пружины непрерывно увеличивается от внутреннего крепежного средства до внешнего крепежного средства.
Спиральная пружина, как ранее уже упоминалось, предпочтительно изготовлена из металла.
Изобретение не ограничено спиральной пружиной, напротив оно включает в себя также модуль для трансмиссии (например, силовой передачи, вспомогательной силовой передачи и/или вспомогательной выходной передачи) транспортного средства. Модуль включает в себя первую часть (например, кольцо, внутреннее кольцо или стержень) и вторую часть (например, кольцо, внешнее кольцо или стержень) и, по меньшей мере, одну раскрытую здесь спиральную пружину, которая расположена между первой частью и второй частью.
Кольцо, в частности внешнее кольцо, может быть выполнено, например, в виде зубчатого колеса, ременного шкива, цепного колеса или вала или может быть соединено с ними.
Модуль может быть выполнен, например, для того, чтобы конструктивно располагаться между коленчатым валом и насосом охлаждающей среды.
Предпочтительно модуль включает в себя несколько расположенных соосно спиральных пружин.
Спиральные пружины могут быть расположены друг за другом и/или в общей плоскости.
Возможно также конструктивное соединение расположенных в одной плоскости спиральных пружин в один конструктивный элемент, так что он является составным элементом и соединяет в себе несколько спиральных пружин, например, при помощи внутреннего кольца и внешнего кольца.
По меньшей мере, одна спиральная пружина может быть закреплена и таким образом целесообразно смонтирована, например, на первой части и/или второй части, для того чтобы образовывать модуль. Тем не менее, по меньшей мере, одна спиральная пружина, первая часть и вторая часть могут также изготовляться за одно целое, для того чтобы образовывать модуль.
Кроме того, изобретение включает в себя трансмиссию (например, силовую передачу, вспомогательную силовую передачу и/или вспомогательную выходную передачу) для транспортного средства, включающую в себя, по меньшей мере, один раскрытый здесь модуль.
Трансмиссия предпочтительно включает в себя несколько модулей, которые могут быть расположены с последовательным и/или параллельным соединением.
Следует также отметить то, что спиральная пружина служит, в частности, для передачи крутящего момента в трансмиссии транспортного средства и для устранения колебаний и/или гашения крутильных колебаний целесообразно между первой частью (например, кольцом или стержнем) и второй частью (например, кольцом или стержнем).
Кроме того, следует отметить то, что указанное здесь транспортное средство предпочтительно является автомобилем промышленного назначения, в частности, грузовым автомобилем или автобусом.
Описанные ранее предпочтительные варианты осуществления и признаки изобретения могут комбинироваться друг с другом. Другие предпочтительные усовершенствования изобретения раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения или проистекают из последующего описания предпочтительных примеров осуществления изобретения в сочетании с приложенными чертежами, на которых показано:
фиг. 1 - вид сверху на спиральную пружину согласно варианту осуществления изобретения,
фиг. 2 - вид в разрезе по линии A-A с фиг. 1,
фиг. 3 - вид сверху на модуль согласно варианту осуществления изобретения в ненагруженном состоянии,
фиг. 4 - вид сверху на модуль с фиг. 3 в нагруженном состоянии,
фиг. 5 - изображение в перспективе в разобранном виде двух модулей согласно варианту осуществления изобретения,
фиг. 6 - вид в перспективе модуля согласно другому варианту осуществления изобретения,
фиг. 7 - схематичный вид модуля согласно варианту осуществления изобретения,
фиг. 8 - схематичный вид модуля согласно другому варианту осуществления изобретения,
фиг. 9 - диаграмма, которая иллюстрирует увеличивающийся, передаваемый, крутящий момент спиральной пружины согласно варианту осуществления изобретения в зависимости от угла скручивания,
фиг. 10 - идеализированная диаграмма Кэмпбелла, которая иллюстрирует частоту спиральной пружины согласно варианту осуществления изобретения в зависимости от числа оборотов, и
фиг. 11 - вид сверху на модуль согласно варианту осуществления изобретения.
Описанные со ссылкой на фигуры варианты осуществления частично совпадают, так что аналогичные или идентичные элементы снабжены одинаковыми ссылочными позициями, и для их разъяснения также делается ссылка на описание других вариантов осуществления, для того чтобы избегать повторений.
Фиг. 1 показывает вид сверху на спиральную пружину 1 согласно варианту осуществления изобретения.
Спиральная пружина 1 изготовлена из металла и служит для передачи крутящего момента в трансмиссии транспортного средства и для устранения колебаний и/или гашения крутильных колебаний.
Спиральная пружина 1 отличается высотой h, которая по существу по всей длине спиральной пружины в зависимости от длины равномерно, непрерывно увеличивается и таким образом возрастает. Высота h увеличивается равномерно и непрерывно изнутри наружу, начиная от внутреннего участка 2 спирали (конца спирали) к внешнему участку 3 спирали (концу спирали). Таким образом, спиральная пружина 1 отличается увеличивающимся в зависимости от длины поперечным сечением профиля. В непоказанном варианте осуществления альтернативно или в дополнение к высоте h может увеличиваться в зависимости от длины ширина b спиральной пружины 1.
Спиральная пружина 1 имеет выступающий вовнутрь крепежный фланец 4 (крепежное средство) для закрепления на внутреннем кольце 11 (первая часть) (например, фиг. 3 и 4) и выступающий наружу крепежный фланец 5 (крепежное средство) для закрепления на внешнем кольце 12 (вторая часть) (например, фиг. 3 и 4). Выступающий вовнутрь крепежный фланец 4 выполнен на внутреннем конце 2 спирали, в то время как выступающий наружу крепежный фланец 5 выполнен на внешнем конце 3 спирали. Целесообразно высота h непрерывно увеличивается от крепежного фланца 4 до крепежного фланца 5.
Фиг. 2 показывает вид в разрезе по линии A-A с фиг. 1.
В частности на фиг. 2 можно увидеть то, что спиральная пружина 1 выполнена в виде плоской спиральной пружины 1 и имеет постоянную предпочтительно по всей своей длине ширину b.
Фиг. 3 показывает вид сверху на модуль 10 для трансмиссии транспортного средства в ненагруженном состоянии.
Модуль 10 включает в себя внутреннее кольцо 11 и внешнее кольцо 12, между которыми соосно смонтированы три спиральные пружины 1.
Фиг. 4 показывает модуль 10 с фиг. 3, однако в нагруженном рабочем состоянии.
Передаваемый крутящий момент приводит во время эксплуатации или в нагруженном состоянии к намотке спиральных пружин 1 на внутреннее кольцо 11, вследствие чего эффективные длины пружин изменяются, и минимально эффективные высоты h спиральных пружин 1 увеличиваются. Вследствие этого с увеличивающимся приложенным моментом во время эксплуатации увеличивается жесткость пружины. Намотанная часть спиральных пружин 1 больше почти не имеет пружинного действия. Эффективными пружинными свойствами обладает только лишь ненамотанная оставшаяся длина спиральных пружин 1. Намотка зависит от приложенного крутящего момента и от увеличивающейся высоты h спиральных пружин 1.
Фиг. 5 показывает изображение в перспективе в разобранном виде двух модулей 10 согласно варианту осуществления изобретения.
В частности на фиг. 5 можно увидеть то, что в рамках изобретения возможно соединять несколько модулей 10 друг с другом последовательно. Альтернативно или дополнительно модули 10 могут соединяться друг с другом параллельно. Отдельные модули 10 могут иметь множество спиральных пружин 1.
Фиг. 6 показывает вид в перспективе модуля 10 согласно другому варианту осуществления изобретения.
На фиг. 6 можно, например, увидеть то, что внешнее кольцо 12 может выполняться, например, в виде зубчатого колеса.
Фиг. 7 показывает схематичный вид двух соединенных друг с другом модулей согласно варианту осуществления изобретения. Следовательно, фиг. 7 показывает систему модулей с двумя пакетами пружин.
Фиг. 8 показывает схематичный вид четырех соединенных друг с другом модулей согласно варианту осуществления изобретения. Следовательно, фиг. 8 показывает систему модулей с четырьмя пакетами пружин.
o
Фиг. 9 показывает диаграмму с углом [] скручивания по оси X и передаваемым крутящим моментом [Нм] по оси Y спиральной пружины 1 согласно варианту осуществления изобретения.
Фиг. 10 показывает идеализированную диаграмму Кэмпбелла с числом [об/мин] оборотов (двигателя) по оси X и частотой [Гц] по оси Y спиральной пружины 1 согласно варианту осуществления изобретения.
Следует отметить то, что модули 10 могут использоваться с последовательным и/или параллельным соединением, для того чтобы реализовывать оптимизированную, в частности увеличивающуюся, общую жесткость пружин. Собственная частота модуля 10 или модулей 10 может также увеличиваться, однако она остается целесообразно значительно ниже частоты возбуждения из моторного процесса (например, ниже порядка 0,5; 1 и 2). Вследствие этого в колебательной системе можно осуществлять устранение сверхкритических колебаний, целесообразно, по меньшей мере, почти без гашения.
Фиг. 11 показывает вид сверху на модуль 10 согласно варианту осуществления изобретения.
Фиг. 11 показывает модуль 10, который объединяет несколько спиральных пружин 1 в общей плоскости при помощи первой части 11 (внутреннего кольца) и второй части 12 (внешнего кольца) в один конструктивный элемент. Спиральные пружины 1 расположены между первой частью 11 и второй частью 12.
В отличие от модуля 10 с фиг. 4, у которого спиральные пружины 1 закреплены и, следовательно, смонтированы на первой части 11 и второй части 12, спиральные пружины 1, первая часть 11 и вторая часть 12 с фиг. 11 и, следовательно, модуль 10 с фиг. 11 изготовлены за одно целое.
В частности спиральная пружина (пружины) имеет (имеют) следующие преимущества:
- чистое устранение колебаний посредством предпочтительно металлического исполнения вместо гашения посредством внутреннего трения в эластомере. Из этого следует то, что образуется меньше тепла посредством гашения и/или устранения колебаний,
- отсутствие технического обслуживания или, по меньшей мере, частого технического обслуживания, так как металлическая спиральная пружина 1 является устойчивой к воздействию температур и сред (например, к воздействию масла),
- простой монтаж, так как входные (приводные) и выходные стороны могут быть выполнены идентично и должны устанавливаться, например, лишь друг на друге,
- экономичное изготовление, так как спиральная пружина 1 может штамповаться из листа пружинной стали и разрезаться лазером или струей воды,
- благодаря модульной пригодности к созданию модификаций спиральная пружина 1 может с изменениями использоваться для различных применений, например изменение количества пружин, пакетов пружин и/или размеров пружин.
Изобретение не ограничено вышеописанными предпочтительными вариантами осуществления. Наоборот, возможны многочисленные варианты и изменения, которые также будут использовать идею изобретения и как следствие будут входить в объем защиты. Сверх этого, изобретение истребует также защиты для предмета и признаков зависимых пунктов формулы изобретения вне зависимости от признаков и пунктов, на которые они ссылаются.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ
1 спиральная пружина
2 внутренний участок спирали
3 внешний участок спирали
4 целесообразно внутреннее крепежное средство, например, крепежный фланец для закрепления на внутреннем кольце
5 целесообразно внешнее крепежное средство, например, крепежный фланец для закрепления на внешнем кольце
10 модуль
11 первая часть, например (внутреннее) кольцо или стержень
12 вторая часть, например (внешнее) кольцо или стержень
h высота спиральной пружины
b ширина спиральной пружины